IP, ARP, ICMP

Introducción y Modelos de Servicios de Red.
Ing. Camilo Zapata
czapata@udea.edu.co
Universidad de Antioquia


La Capa de Red, (o Capa de Internet) proporciona una comunicación de host­a­host, esto es, de Equipo Terminal­a­Equipo Terminal.
Conocer cómo la Capa de Red implementa el servicio de comunicación hots­a­host es nuestro tema de estudio!!
Algunas funciones de la Capa de Red

Determinación de Ruta

Enrutamiento

Establecimiento de llamada Gracias!!!
El Protocolo Internet (IP).
Interconexión.
?
Que dispositivo utilizar?
El dispositivo debe entender los diferentes protocolos de Capa de Enlace de Datos y servir de traductor entre ellos!!!
?
Capa de Internet.

Consta de 3 elementos principales:

Protocolo de capa de red.




Determinación de ruta.


Direccionamiento.
Campos de la PDU.
Internet Protocol (IP).
Cual es el camino que debe tomar un paquete para llegar a su destino?
Mecanismo de información de errores.

ICMP.
Direccionamiento IPv4.




Un host suele tener un solo punto de enlace con la red.
Un router dispone de más de una interfaz.
Técnicamente hablando, la dirección IP se asocia a la interfaz y no al host o router.
Cada dirección IP tiene un tamaño de 32 bits.

Cuantas direcciones IPv4 existen? 

Se escriben en notación decimal con punto.

en decimal: 193.32.216.9

en binario 11000001 00100000 11011000 00001001
Cada interfaz de cada host o router de toda Internet debe tener una dirección IP globalmente ÚNICA.

Cierta parte de la dirección IP de cada interfaz vendrá determinada por la red a la que se conecta.

NetID

HostID
Recordemos que por cada interfaz tenemos una direccion IP!!!
Que hay en común?
223.1.1.2
223.1.1.1
223.1.2.1
223.1.2.2
223.1.3.1
223.1.1.3
223.1.2.3
223.1.3.2
223.1.3.3
Cuantas redes IP hay?
223.1.1.2
223.1.1.1
223.1.2.1
223.1.2.2
223.1.3.1
223.1.1.3
223.1.2.3
223.1.3.2
223.1.3.3
Cuantas redes IP hay?
223.1.1.2
223.1.1.1
223.1.2.1
223.1.2.2
223.1.3.1
223.1.1.3
223.1.2.3
223.1.3.2
223.1.3.3
Y que es un segmento?
Dirección IP de RED y MASCARA DE RED
223.1.1.0/24
223.1.2.0/24
223.1.3.0/24
Qué es una Máscara de Red?



Número de 32 bits.
“Similar” a una dirección IP pero con una funcion totalmente diferente.
Si se le “mira” en binario, está compuesta por consecutivos de ceros o unos.

Los bits a cero indican posiciones de bits de host.

Los bits a uno indican posiciones de bits de red.

La definición de red IP no se restringe a segmentos ETHERNET que conecten diversos host con la interfaz de un router...
Cuantas redes IP hay?
Clases de direcciones IP Clases de direcciones IP

La idea que se esconde detras de las distintas clases es la de crear redes de varios tamaños adecuados para empresas diferentes.
CLASE A
0.0.0.0 A 127.255.255.255
CLASE B
CLASE C
CLASE D
CLASE E
128.0.0.0 A 191.255.255.255
192.0.0.0 A 223.255.255.255
224.0.0.0 A 239.255.255.255
240.0.0.0 A 255.255.255.255

El requisito de que el tamaño de la porción de red de cada dirección IP fuera exactamente uno, dos o tres bytes daba problemas con el tamaño de las redes. CIDR, Classless Interdomain Routing


La parte de red, NetID, puede tener cualquier tamaño.
Ejemplo a.b.c.d/x

x es el numero de bits iniciales que constituyen el NetID.
Direcciones IP NO REGISTRADAS

Estas direcciones NO se asignan a ninguna red registrada y por lo tanto las puede utilizar cualquier organización.
CLASE A
10.0.0.0 a 10.255.255.255
CLASE B
172.16.0.0 a 172.31.255.255
CLASE C
192.168.0.0 a 192.168.255.255
Direcciones IP “especiales”

Existen otras direcciones IP no asignadas a redes registradas porque poseen un cometido especial.
Todos los bits a 0
0.0.0.0
Todos los bits a 1
255.255.255.255
Todos los bits de host a 0
192.168.2.0
Todos los bits de host a 1
192.168.2.255
Todos los bits de red a 0
0.0.0.22
Primer octeto a 127
127.0.0.1
Unicast, Broadcast, Multicast

La mayoría de las direcciones IP se refieren a un sólo destinatario: unicast.
Broadcast



“todos los bits a uno”.
Estas direcciones no son válidas como dirección IP de origen.
Tipos de broadcast:



“Limitado”.
Dirigidos a una red.
Dirigidos a una subred.
Multicast
Multicast


Cada grupo está representado por un número de 28 bits, incluido en una dirección de clase D.
De este modo, las direcciones de grupos de multicast es 224.0.0.0 a 239.255.255.255. 
Un protocolo orientado a conexión puede usar direcciones de broadcast o multicast? Formato de un paquete IP
Fragmentación IP



No todos los protocolos de capa de enlace de datos pueden llevar paquetes del mismo tamaño.
La cantidad máxima de datos que puede portar un paquete de la capa de enlace de datos se denomina MTU. El resultado de una fragmentación se conoce como fragmento.
Fragmentos IP


Necesita enviar un datagrama de 4000 bytes

20 bytes header IP

3980 bytes payload IP
La MTU del “otro” enlace es de 1500

20 bytes

1480 bytes
A
B
A
B
El reensamblado se hace solo en los sistemas finales!!!
Fragmentos IP
Fragmento
Bytes
ID
Desplazamiento
Indicador
1 fragmento
1480 bytes
38
Desplazamiento = 0
Indicador = 1
2 fragmento
1480 bytes
38
Desplazamiento = 1480
Indicador = 1
3 fragmento
1020 bytes
38
Desplazamiento = 2960
Indicador = 0
Desplazamiento de un paquete IP desde su origen hasta su destino
Desplazamiento de un paquete IP desde su origen hasta su destino
C
223.1.3.3
D
Qué ocurre cuando A se quiere comunicar con:
B
E
223.1.3.2
223.1.3.1
B
E
223.1.2.2
223.1.1.2
A
223.1.1.1
223.1.2.1
F
223.1.1.3
223.1.2.3

Una vez A ha creado el paquete IP. Cómo consigue la capa de red mover el paquete desde el origen al destino?
Tabla de Enrutamiento

La determinación de una ruta se toma con base a la tabla de enrutamiento, la cual dispone de información limitada pero suficiente para permitir la interconexión de todas las redes.
Destino Mascara
Gateway
Interfaz
147.87.98.45
255.255.255.0
168.16.0.1
eth0
Desplazamiento del paquete IP dentro de una red IP.
Tabla de Enrutamiento de A
C
Destino Prox_Salto 223.1.3.3
223.1.1.0 ­ 223.1.2.0 223.1.1.1
223.1.3.0 223.1.1.1
Qué ocurre cuando A se quiere comunicar con B?
D
223.1.3.2
223.1.3.1
B
E
223.1.2.2
223.1.1.2
A
223.1.1.3
223.1.1.1
223.1.2.1
F
Desplazamiento del paquete IP dentro de una red IP.
C
223.1.3.3
D
Qué ocurre cuando A se quiere comunicar con E?
223.1.3.2
223.1.3.1
B
E
223.1.2.2
223.1.1.2
A
223.1.1.3
223.1.1.1
223.1.2.1
F
Direccionamiento IP.


La clave para entender el direccionamiento IP está en entender la manera como el dispositivo percibe realmente este concepto.
Para esto es de suma importancia la matemática binaria. Matemática Binaria


En el sistema binario solo existen dos valores: 0 y 1.
Qué representación en decimal tiene el siguiente valor binario?



1100
1x8 + 1x4 + 0x2 + 0x1 = 12
Tener presente la fórmula 2n, donde n es la posición que ocupa el bit. Estructura IP


Las direcciones IP se componen de: NetID y HostID.
Tenemos:



Direccion IP ­> 172.16.15.1
Mascara de Red ­> 255.255.0.0
Cual es la dirección IP de Red?

El resultado de la operación AND entre la dirección IP y su máscara de red da como resultado el NetID.
Que ocurre cuando A se quiere comunicar con...
C
* Qué ocurre cuando A se quiere comunicar con B ?
* Qué ocurre cuando A se quiere comunicar con E?
D
223.1.3.2
223.1.3.3
223.1.3.1
B
172.16.15.3
A
E
172.17.15.1
172.16.15.2
172.17.15.2
F
172.16.15.1
172.17.15.3
Cuando A se quiere comunicar con B

Información IP de A:

Información IP de B:
Cuando A se quiere comunicar con B




Conclusión:
Por tener el mismo NetID, el nodo A entrega el tráfico por conmutación!!
La pila de protocolo exige tener la dirección IP y la dirección MAC del destino.
Cómo obtener la MAC de B?

ARP
Cuando A se quiere comunicar con E

Información IP de A:

Información IP de E:



Conclusión:
Por tener NETID diferentes, el nodo A entrega el tráfico por enrutamiento!!.
El nodo A observa su tabla de enrutamiento y concluye que debe entregarle el tráfico a su Puerta de Enlace Predeterminada
Tabla de Enrutamiento de A
Destino Prox_Salto
172.16.0.0 ­ 172.17.0.0 172.16.15.2
223.1.3.0 172.16.15.2
C
D
223.1.3.2
223.1.3.3
223.1.3.1
B
172.16.15.3
A
E
172.17.15.1
172.16.15.2
172.17.15.2
F
172.16.15.1
172.17.15.3
División en Subredes



Se llama división en subredes al hecho de dividir una “red grande” en componentes más pequeños y manejables.
Entre las direcciones IP clase B y C hay una enorme diferencia. Lo mismo entre A y B.
Es posible tener en Red LAN con 65000 usuarios?


Al usar la máscara de red se pueden “robar” bits de la parte del HostID de la dirección IP y “asignarselos” a la parte del NetID.
De esta manera tendremos más “redes” pero con menor número de host por red. 
Para determinar cuantas subredes y hosts se obtienen con una determinada combinación de dirección IP/mascara de red se necesita:




Obtener la dirección IP y la máscara POR DEFECTO en binario.
Trazar una primera linea, linea de red, despues del último “1” de la máscara.
Determinar cuantos bits son necesarios para lograr las subredes requeridas.
Trazar una segunda linea, linea de subred. 128 64 32 16 8 4 2 1
En cada octeto solo tenemos…

9 combinaciones binarias válidas.









00000000 = 0
10000000 = 128
11000000 = 192
11100000 = 224
11110000 = 240
11111000 = 248
11111100 = 252
11111110 = 254
11111111 = 255
Ejemplo


A la empresa Zapatos S.A. le han asignado un bloque de direcciones IP clase C 192.168.1.0/24. Cuenta con 6 oficinas distribuidas en varias ciudades asi:



Med – Bgta – Cali – B/quilla – Cucuta – Sta Marta
Cada oficina cuenta con 28 empleados.
Como administrador de la red, debe proporcionar el direccionamiento IP más apropiado para esta empresa!!

Cual es la dirección IP?


Cuantas Redes/Subredes se necesitan?


192.168.1.0/24
6 redes/subredes
Cuantos nodos por Red/Subred?

28 nodos
MEDELLIN
SANTA MARTA
BOGOTA
B/QUILLA
CALI
CUCUTA

192.168.1.0/24


Si “miramos” el último octeto en binario tenemos:



Según esta máscara los tres primeros octetos forman el NetID y el cuarto octeto forma el HostID. 00000000
Recuerde que la idea es “robarle” bits al HostID para asignarselos al NetID.
Recuerde la fórmula 2n

Si le robo 3 bits al HostID, tendremos:

23 = 8 Subredes.

25 = 32 Nodos por cada Subred.

Así, el último octeto de la máscara será:

IP = 192.168.1.0 
192.168.1.0/27



MASK = 255.255.255.224
Con esta nueva máscara tenemos 8 subredes y por cada una de estas subredes tenemos 32 nodos.
Cuales son estas 8 subredes?
Cual es el rango de direcciones IP de cada una de las subredes? Cuales son las 8 combinaciones posibles

00000000 = 0

00100000 = 32

01000000 = 64

01100000 = 96

10000000 = 128

10100000 = 160

11000000 = 192

11100000 = 224
Tomemos el segundo caso!!

00100000

El mínimo valor posible es 00100000


32 en decimal
El máximo valor posible es 00111111

63 en decimal

192.168.1.0 – 192.168.1.31

192.168.1.32 – 192.168.1.63

192.168.1.64 – 192.168.1.95

192.168.1.96 – 192.168.1.127

192.168.1.128 – 192.168.1.159

192.168.1.160 – 192.168.1.191

192.168.1.192 – 192.168.1.223

192.168.1.224 – 192.168.1.255

192.168.1.0 – 192.168.1.31 Dirección IP de Red

192.168.1.32 – 192.168.1.63

192.168.1.64 – 192.168.1.95

192.168.1.96 – 192.168.1.127

192.168.1.128 – 192.168.1.159

192.168.1.160 – 192.168.1.191

192.168.1.192 – 192.168.1.223

192.168.1.224 – 192.168.1.255 Direción IP de Broadcast


Realmente la fórmula es 2n – 2.
Por lo tanto tenemos 6 subredes y por cada una de esas 6 subredes tenemos 30 nodos.
Rango de direcciones IP que se pueden asignar a los nodos

192.168.1.33 – 192.168.1.62

192.168.1.65 – 192.168.1.94

192.168.1.97 – 192.168.1.126

192.168.1.129 – 192.168.1.158

192.168.1.161 – 192.168.1.190

192.168.1.193 – 192.168.1.222
Atajos.




Buscar el octeto “interesante”.
Buscar el intervalo restando el octeto “interesante” de 256.
Empezar a calcular el intervalo de cada subred empezando por cero en el octeto “interesante”.
Eliminar las SUBREDES primera y última y las direcciones IP primera y última para cada subred. Gracias!!!
IPv6.
Por qué IPv6?



IPv4 se está agotando!!!
Los diseñadores aprovecharon para cambiar y/o aumentar algunos detalles de IPv4.
Aparece IPng, el resultado fue IPv6.
Formato del paquete IPv6

Direcciones de 32 bits a 128 bits!!!

Cabecera de tamaño FIJO de 40 bytes!!!

Etiquetado de Flujo y prioridad!!!
IPv4 vs IPv6 
NO HAY fragmentación/reensamblado en IPv6.

Suma de Comprobación de la cabecera.

Opciones.
La adopción de IPv6 ha sido lenta!!! 
Por qué?

CIDR

NAT

DHCP
ICMP.
Internet Control Message Protocol
D
C
A
E
Y
X
Z
B
F
ICMP.

IP es un protocolo poco confiable para la entrega de paquetes de red:



Mejor esfuerzo
IP no cuenta con ningun proceso incorporado para garantizar la entrega de paquetes en caso de que se produzca un problema de comunicación.
ICMP es el componente TCP/IP que “corrige” la limitación de IP.
ICMP


Es un protocolo de NOTIFICACIÓN de errores.
Cuando se produce un error en la entrega de paquetes se usa ICMP para NOTIFICAR de dichos errores a la fuente de dichos paquetes. 

Los mensajes ICMP se encapsulan en paquetes IP.
Los informes de error pueden generar más informes de error?
Formato de un mensaje ICMP.
Tipos de mensaje ICMP.
0
3
Respuesta de Eco
Destino Inalcanzable
4
Disminucion de Velocidad en Origen
5
8
9
10
Redireccionar/Cambiar peticion
Peticion de Eco
Publicacion del router
Selección de router
11
12
13
14
15
16
17
18
Tiempo Superado
Problema de parametros
Peticion de marca horaria.
Respuesta de marca horaria
Peticion de Informacion
Respuesta de Informacion
Peticion de Mascara de direccion Respuesta de Mascarade direccion
Internet Control Message Protocol
El nodo A se quiere comunicar con el nodo F.
D
C
A
Quien genera el mensaje ICMP en este caso?
E
Y
X
Z
B
F
Internet Control Message Protocol
D
C
A
Quien genera el mensaje ICMP en este caso?
E
Y
X
Z
B
F
Internet Control Message Protocol
D
C
A
Quien genera el mensaje ICMP en este caso? El router Z o el switch?
E
Y
X
Z
B
F
Internet Control Message Protocol
D
C
A
Quien genera el mensaje ICMP en este caso?
E
Y
X
Z
B
F
Internet Control Message Protocol
D
C
A
Quien genera el mensaje ICMP en este caso?
E
Y
X
Z
B
F
Internet Control Message Protocol
D
C
A
Quien genera el mensaje ICMP en este caso?
E
Y
X
Z
B
F
Internet Control Message Protocol
D
C
A
Quien genera el mensaje ICMP en este caso?
E
Y
X
Z
B
F
Redes fuera de alcance
Me quiero comunicar con B!!!
A
B
X
Y
“Destination Unreachable”
Código
0
network unreachable 1
host unreachable 2
protocol unreachable 3
port unreachable 4
fragmentation needed but the Do Not Fragment bit was set Redes fuera de alcance
Quien genera el tráfico ICMP y cual seria el código?
Me quiero comunicar con B!!!
A
B
X
Y
Redes fuera de alcance
Quien genera el tráfico ICMP y cual B
seria el código?
Me quiero comunicar con B!!!
A
B
X
Y
Redes fuera de alcance
Quien genera el tráfico ICMP y cual seria el código?
Me quiero comunicar con B!!!
A
B
X
Y
Mensajes de Eco
Tengo conectividad con el nodo B?
A
B
X
Y
Mensajes de Eco
En que casos no se genera tráfico ICMP?




ICMP no genera más tráfico ICMP!!!.
Un paquete IP destinado a una dirección broadcast.
Un fragmento que no sea el primero.
Una dirección origen que no identifique una sola estación.
Aplicaciones ICMP


PING.
TRACERT.