Redestelecomunicacion

Redes de Telecomunicaciń
o

Baquero Portero, Isidro
Borrego Checa, Juan
C´mara Mora, Carlos M
a
Clemente Pascual-Vaca, Emilio
M´rquez Gir´ldez, Laura
a a
Sńchez-Matamoros P´rez, Jose
a e
´
Morales Castro, Manuel Angel
Neira Fernńdez, Rubń
a e
Ojeda Rodr´ ıguez, Maria Elena
Rodr´ıguez Quesada, Agust´ ın
Romero del Toro, Maria Jos´ e
Rueda Borrego, Beltrńa
Serrano Muõz, Fernando
n

Julio 2007

´
Indice general

1. Introducciń a las redes de telecomunicaciones
o 5
1.1. Definiciń. Modelo gen´rico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o e 5
1.2. Eficiencia, evoluciń e integraciń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o o 6
1.3. Elementos de una red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.1. Elementos b´sicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a 6
1.3.2. Elementos no b´sicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a 7
1.4. Clasificaciń de las redes de telecomunicaciones en funciń de c´mo actán sus
o o o u
conmutadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.1. Tipos b´sicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a 7
1.4.2. Tipos de redes basadas en la conmutaciń de paquetes atendiendo al fun-
o
cionamiento interno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.3. Tipos especiales de conmutaciń de paquetes . . . . . . . . . . . . . . . .
o 8
1.4.4. Ejemplos. Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5. Retardos en redes de conmutaciń de paquetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 10
1.6. Revisiń de los modelos de referencia: el modelo OSI . . . . . . . . . . . . . . .
o 11
1.6.1. Introducciń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 11
1.6.2. Capas o niveles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6.3. Comunicaciń entre sistemas. Primitivas . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 13
1.6.4. Funciones que se pueden realizar en cada capa . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6.5. Comparaciń con la jerarqu´ TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o ıa 17

1

o 2

2. Redes de ´rea extensa, WAN, Wide Area Networks
a 18
2.1. Introducciń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 18
2.2. Funciones b´sicas del nivel de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a 19
2.2.1. Direccionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2. Encaminamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3. Control de congestiń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 21
2.2.4. Integraciń de redes heterogńeas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o e 22

3. Direccionamiento 23
3.1. Tipos de direcciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.1. Clasificaciń segń el ´mbito o alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o u a 23
3.1.2. Clasificaciń segń la jerarqu´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o u ıa 23
3.2. Formatos de direcciones m´s extendidos
a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.1. IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.2. Otros esquemas de direccionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3. Algunos ejemplos de funcionamiento de IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3.1. M´quinas directamente accesibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a 32
3.3.2. Subnetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3.3. Varios interfaces de red en una misma LAN . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3.4. Ejercicio propuesto en clase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.5. Difusiń de mensajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 36

4. Integraciń de redes
o 38
4.1. Introducciń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 38
4.2. Ejemplo de integraciń de redes con IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 39
4.3. Formato de los paquetes IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3.1. Fragmentaciń de paquetes IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 41
4.3.2. Opciones m´s usuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a 45
4.4. Tablas de encaminamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

o 3

5. Encaminamiento 53
5.1. Tipos de direcciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.2. Clasificaciń de mecanismos de encaminamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 54
5.3. Jerarqu´ de encaminamiento y direccionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ıa 55
5.4. Establecimiento de vecindades (Neighbour creating) . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.4.1. Enlace punto a punto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.4.2. Red de ´rea local (LAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a 58
5.5. PROXY ARP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.6. C´lculo de rutas
a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.6.1. Introducciń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 69
5.6.2. Algoritmo del camino m´s corto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a 70
5.7. Distribuciń de la informaciń
o o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.7.1. Vector de distancias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.7.2. Estados de los enlaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.7.3. LSP en una LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.8. Protocolos espec´
ıficos de encaminamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.8.1. Protocolos intradominio (IGP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.8.2. Protocolos interdominio (EGP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.8.3. TEMA 6: Control de congestiń
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.8.4. Clasificaciń de los mecanismos de control de congestiń . . . . . . . . .
o o 97

6. Capa de transporte 99
6.1. Introducciń a la capa de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o 99
6.2. Jerarqu´ TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
ıa
6.2.1. UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.2.2. TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

o 4

7. Evoluciń de los equipos y tendenc´
o ıas 118
7.1. Introducciń a IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
o
7.2. Direccionamiento en IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.3. Direcciones especiales en IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.4. Organizaciń de las direcciones en IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
o
7.5. Asignaciń de direcciones en IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
o
7.6. Formato de datagramas IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7.7. Cabeceras de opciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
7.8. Protocolo ICMPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.9. IPv6 M´vil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
o
7.10. Introducciń a IPsec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
o
7.11. Introducciń a las VPN
o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Cap´
ıtulo 1

Introducciń a las redes de
o
telecomunicaciones

1.1. Definiciń. Modelo gen´rico
o e
Podemos definir una red de telecomunicaciones como aquella que proporciona una comu-
nicaciń eficiente entre m´ltiples entidades usando distintas tecnolog´ (elćtrica, electrńica,
o u ıas e o
electromagn´tica...).
e
El modelo general de una red de telecomunicaciones (fig. 1.1) se compone de:

Figura 1.1: Modelo general de una red de telecomunicaciones.

Fuente: genera informaciń.
o
Transmisor: transforma informaciń en seãles.
o n
Sistema de transmisiń: transporta seãles.
o n
Receptor: inverso del transmisor.
Destino: donde llega la informaciń.
o

5

o 6

1.2. Eficiencia, evoluciń e integraciń
o o
Para mejorar la eficiencia usamos conmutadores, dando lugar a estructuras jer´rquicas exis-
a
ten distintas redes dependiendo del servicio que se quiera ofrecer con dicha red (fig. 1.2):

Figura 1.2: Interconexiń de dos redes mediante un conmutador.
o

Redes p´blicas: RTB, X.25, TV por cable.
u
Redes privadas: Centralitas, red de datos (red de area local)
´
RDSI: Red unica que se concibi´ para que pudiera servir para ofrecer cualquier tipo de
´ o
servicio. La tecnolog´ ATM es la que iba a soportar RDSI.
ıa

1.3. Elementos de una red
1.3.1. Elementos b´sicos
a
Acceso: parte de la red que va del sistema origen al primer conmutador (bucle de abonado).
Conmutaciń: conjunto de conmutadores que forman la red.
o
Transmisiń: conjunto de enlaces que une los conmutadores. Se usan tćnicas de multiple-
o e
xiń para compartir enlaces. Al conjunto de conmutadores y enlaces se les denomina red
o
dorsal.
Seãlizaciń: parte de la red que controla su funcionamiento. Hay dos tipos de seãlizaciń:
n o n o
usuario-red, que comunica al usuario con el sistema, y red-red, que utiliza el sistema para
organizarse.

o 7

1.3.2. Elementos no b´sicos
a
Sincronizaciń: corresponde a toda la parte que se encarga de sintonizar un transmisor con
o
un receptor.

Gestiń: se encarga de los fallos (detectarlos, corregirlos...), monitorizaciń y tarificaciń.
o o o

Servicios: es la parte de red que sirve para ofrecer distintos servicios.

1.4. Clasificaciń de las redes de telecomunicaciones en
o
funciń de c´mo act´ an sus conmutadores
o o u

1.4.1. Tipos b´sicos
a
Redes basadas en conmutaciń de circuitos: se basan en establecer una reserva de recur-
o
sos para la comunicaciń. Este sistema es muy adecuado con fuentes que emiten a una tasa
o
constante y que durante un cierto tiempo hablan con el mismo destino, como pueden ser
las conversaciones telefńicas. Sin embargo, no es adecuado para comunicaciń entre orde-
o o
nadores, ya que ´stos no tienen tasa constante y cambian constantemente de destinos, por
e
lo que si reservamos un canal exclusivamente para ellos gran parte del tiempo lo estaremos
desaprovechando.

Redes basadas en conmutaciń de paquetes: pensadas para fuentes intermitentes a r´fa-
o a
gas y cuando los destinos cambian r´pidamente. Utilizan multiplexiń estad´
a o ıstica. Fig.
1.3.

Figura 1.3: Red de conmutaciń de paquetes.
o

o 8

1.4.2. Tipos de redes basadas en la conmutaciń de paquetes aten-
o
diendo al funcionamiento interno
Circuito virtual: consiste en preparar el camino para mandar una serie de paquetes de forma
que todos sigan la misma ruta. Al transmitir el primer paquete, se calcula la ruta hacia el
destino. Todos los paquetes posteriores con el mismo destino siguen la misma ruta.

Datagrama: en este caso, el camino se busca para cada paquete individualmente. Es m´s lento
a
si existe gran cantidad de paquetes, pero permite adaptarse mejor a los cambios de la red.

1.4.3. Tipos especiales de conmutaciń de paquetes
o
Conmutaciń de mensajes: cuando llega a un conmutador la informaciń que se ha ido frag-
o o
mentando en paquetes, se reensambla, se analiza y se vuelve a enviar el paquete frag-
mentńdolo de nuevo. Sirve cuando queremos interconectar redes con funcionamientos
a
muy distintos.

Conmutaciń de c´lulas: los paquetes son de tamaõ fijo y pequeõs. Al ser de tamaõ fijo,
o e n n n
los c´lculos son m´s sencillos y r´pidos de realizar (incluso se pueden realizar por hard-
a a a
ware), pero la probabilidad de fragmentaciń es m´s alta. Por ser de tamaõ pequeõ, la
o a n n
cabecera ocupar´ proporcionalmente un tamaõ mayor, lo que disminuye el rendimiento,
a n
pero a cambio presenta la ventaja de tener un tiempo de transmisiń menor. Un tiempo de
o
transmisiń menor minimiza el problema de que llegue un paquete mientras est´s trans-
o a
mitiendo. Adem´s, el tiempo de llenado (tiempo que se tarda en crear un paquete, por
a
ejemplo si estamos muestreando) es menor, lo cual es una ventaja.

1.4.4. Ejemplos. Internet
Existen dos ejemplos claros de redes que utilizan cada uno de los dos sistemas comentados
en el apartado 1.4.1:

Conmutaciń de circuitos: RTB (Red Telefńica B´sica).
o o a

Conmutaciń de paquetes: Internet.
o

Veremos en profundidad el segundo ejemplo, Internet.

o 9

Descripciń interna
o

Funciona con conmutaciń de paquetes. Sus componentes ser´ sistemas finales (hosts),
o ıan
conmutadores intermedios (encaminadores o routers), enlaces de comunicaciń (punto a punto,
o
red de area local) y otros dispositivos como repetidores o puentes.
´

Organizaciń
o

Protocolos: Jerarqu´ TCP/IP
ıa

Normas: RFC (IETF)

Proveedores de servicios: los Internet Service Provider (ISP) son los que componen la red
dorsal. Se estructuran en 3 niveles, llamados ”tiers”. Los proveedores tier 3 son los que
dan acceso a nivel residencial o a pequeãs compa˜´ Los tier 2 proveen a los tier 3. Los
n nıas.
grandes proveedores, llamados tier 1 o Internet Backbone Provider (IBP), s´lo dan acceso
o
a proveedores tier 2 o compa˜´ muy grandes. Los tier 1 tienen alcance internacional y
nıas
estń interconectados entre s´ (fig. 1.4).
a ı

Figura 1.4: Internet Service Providers o ISPs.

Descripciń externa
o

Permite aplicaciones distribuidas.

o 10

Presenta dos tipos de servicios:
• No orientado a conexiń y no fiable
o
• Orientado a conexiń y fiable.
o
No garantiza retardo en ninguno de los casos.

1.5. Retardos en redes de conmutaciń de paquetes
o
Existen cuatro tipos de retardos:

Procesamiento: se denomina tiempo de procesamiento el tiempo que tarda el conmutador en
decidir qu´ hacer con un paquete. Es aproximadamente constante.
e
Encolado: se denomina tiempo de encolado al tiempo que tiene que esperar un paquete a que
se transmitan otros. Es muy variable, lo que hace que se convierta en el principal problema
de la fuente.
Transmisiń: el tiempo de transmisiń depende de la longitud del paquete (L, en bits) y de su
o o
capacidad (C, en bits por segundo), ecuaciń 1.1.
o

L
ttransmisiń =
o (1.1)
C
Propagaciń: el tiempo de propagaciń depende de la distancia que separa a los nodos emisor
o o
y receptor (D, metros) y de la velocidad con la que se propaga la seãl (V, metros por
n
segundo), ecuaciń 1.2.
o
D
tpropagaciń =
o (1.2)
V
En la fig. 1.5 podemos ver de forma esquem´tica los distintos retardos que intervienen en
a
una transmisiń entre el equipo A y el B.
o

Para estudiar el tiempo de encolado se emplea la teor´ de colas, donde:
ıa

N´mero de paquetes por segundo que llegan al sistema (tasa de llegada): λ
u
C
Tasa de salida del sistema: L
λ
Intensidad de tr´fico:
a . Si es ≥ 1, la cola se hace infinita.
(C )
L

o 11

Figura 1.5: Retardos que intervienen en una transmisiń.
o

1.6. Revisiń de los modelos de referencia: el modelo OSI
o

1.6.1. Introducciń
o
Cuando los equipos telem´ticos empezaron a conectarse en red hace unas dćadas, cada
a e
fabricante desarroll´ su propia arquitectura, de manera que era imposible conectar en la misma
o
red equipos de distintos fabricantes (a menos que los fabricantes hubieran desarrollado interfaces
entre sus equipos). Como alternativa a los sistemas propietarios, la UIT-T desarroll´ la norma
o
X.200, con el objetivo de interconectar sistemas de distintos fabricantes (interoperabilidad). Esta
norma es lo que conocemos como modelo OSI (Open System Interconnection).
Se trata de un modelo de capas en el que cada una de dichas capas:

Ofrece un servicio a la inmediatamente superior.

Recibe servicios de la capa inferior a ella.

o 12

De esta forma, el modelo OSI aborda el problema de la interconexiń de equipos dividińdolo
o e
en varios ”problemas menores”. Esta soluciń es menos eficiente que una soluciń directa (una
o o
que aborde simultńeamente todos los procesos implicados en la comunicaciń), pero es mucho
a o
m´s sencilla de implementar. Adem´s, tiene la gran ventaja de que las distintas capas pueden
a a
ir desarrollńdose por separado, sin que ello repercuta en el resto de capas, por lo que podr´
a ıa
cambiarse toda la infraestructura de una capa determinada sin que el resto se enterara del
cambio.
Existen algunos t´rminos que conviene tener claros al hablar del modelo OSI:
e

Entidad: Cada capa se descompone en entidades. Una entidad no es m´s que un m´dulo es-
a o
pecializado que realiza una o varias de las funciones que le corresponden a dicha capa. Si
antes dec´ıamos que el modelo OSI aborda el problema de la interconexiń de equipos di-
o
vidińdolo en varios ”problemas menores, en cada capa esos ”problemas menores”vuelven
e
a dividirse en problemas m´s pequeõs ań.
a n u

PDU (Protocol Data Unit): Se denomina PDU a la unidad que intercambia informaciń o
entre entidades pares de distintos sistemas (entidades de la misma capa pero en m´quinas
a
distintas).

Servicio: lo que ofrece cada capa a la inmediatamente superior. Para ofrecer un servicio, las
entidades de una capa colaboran con las entidades gemelas de la misma capa residentes
en otros sistemas. En general, el servicio que una capa N ofrece a la capa N+1 consiste en
transmitir datos.

Protocolo: conjunto de reglas que rige el intercambio de PDUs entre entidades pares.

SAP (Service Access Point): es la forma que tiene una capa de ofrecer un servicio. Los SAP
constituyen la ”frontera.o ”interfaz.entre dos capas.

Primitivas: Son las ordenes que se env´ entre capas contiguas. Son necesarias para poder
´ ıan
acceder al servicio.

1.6.2. Capas o niveles
Nivel 1: F´
ısico: Se encarga de transmitir la seãl por el medio f´
n ısico. Controla par´metros
a
como niveles de tensiń, tipos de seãl, etc. Libera a las capas superiores de las funciones
o n
que impongan los diferentes medios de transmisiń.o

Nivel 2: Enlace: Es responsable de la transferencia de informaciń entre nodos adyacentes.
o

o 13

Nivel 3: Red: Ofrece comunicaciń extremo a extremo poniendo de acuerdo a los sistemas
o
intermedios.

Nivel 4: Transporte: Es muy similar al nivel de red, ya que tambiń se ocupa de la transfe-
e
rencia de informaciń extremo a extremo. La diferencia est´ en que la capa de transporte
o a
lo hace independiente de cualquier nodo intermedio, mientras que la capa de red realiza su
funciń coordinńdolos. Ofrece servicios que la capa de red no ofrece:
o a

Fiabilidad: por si la capa de red ofrece un servicio no fiable, transporte puede emular
uno fiable si se requiere.
Orientaciń a conexiń.
o o
Multiplexiń: el nivel de red puede ofrecer una sola comunicaciń de una m´quina a
o o a
otra, mientras que el nivel cuatro puede aãdir multiplexiń para tener m´s canales.
n o a

Nivel 5: Sesiń: Ofrece mecanismos para organizar y sincronizar di´logos entre m´quinas. Per-
o a a
mite a las aplicaciones marcar el progreso del di´logo (insertando puntos de sincronismo)
a
y determinar qu´ sistema est´ en posesiń del turno, as´ como retomar un di´logo que se
e a o ı a
haya interrumpido (por ejemplo, si hay algń error en la transmisiń).
u o

Nivel 6: Presentaciń: Se ocupa de la compatibilidad sintćtica (c´mo se representa la infor-
o a o
maciń). Para ello ofrece una forma canńica de representar informaciń independiente a
o o o
la implementaciń de los distintos sistemas.
o

Nivel 7: Aplicaciń: Se ocupa de la compatibilidad semńtica (lo que representa la informa-
o a
ciń).
o

1.6.3. Comunicaciń entre sistemas. Primitivas
o
Las entidades residentes en una capa necesitan comunicarse con las entidades gemelas re-
sidentes en otros sistemas. Dicha comunicaciń se realiza mediante el intercambio de mensajes
o
denominados PDU.
Aunque desde un punto de vista l´gico cada capa se comunica directamente con su equi-
o
valente de otro sistema, la realidad es que cada capa va pasando la informaciń que quiere
o
transmitir a la inferior, hasta llegar a la m´s baja (nivel f´
a ısico), que es la unica que se comunica
´
realmente”. Para ello, segń la informaciń va atravesando de forma descendente las distintas
u o
capas del modelo, se van aãdiendo encabezamientos que contienen la informaciń de control.
n o
El conjunto resultante se transmite por el canal, y en el destino seguir´ el camino inverso, es
a

o 14

decir, cada encabezamiento ser´ utilizado s´lo por la capa receptora del mismo nivel; los en-
a o
cabezamientos destinados a las capas superiores son completamente ignorados, permitiendo la
evoluciń independiente de cada una de las capas.
o
Como ilustra la fig. 1.6, cuando una capa quiere mandar informaciń lo hace en forma
o
de PDUs. Para ello, la entidad correspondiente de la capa N+1 utiliza los servicios que la capa
inferior (la capa N) le ofrece a trav´s del SAP, generando un SDU (Service Data Unit) que pasa a
e
dicha capa. A este N-SDU se le aãde una cabecera llamada PCI (Protocol Control Information).
n
La PCI contiene informaciń que solamente es util para la capa par, de modo que cuando una
o ´
capa recibe una PDU, extrae la PCI, la interpreta y env´ la SDU a la capa superior.
ıa

Figura 1.6: Intercambio de PDUs entre entidades pares mediante los servicios que ofrecen las
capas inferiores.

Los SAP, como ya se ha visto, proporcionan servicios a la capa inmediatamente superior, y lo
hacen mediante las denominadas primitivas de servicio. Existen 4 tipos:

Peticiń (REQ, Request)
o

o 15

Indicaciń (IND, Indication)
o
Respuesta (RESP, Response)
Confirmaciń (CONF, Confirmation)
o

Segń el tipo de primitivas que utilice, un servicio puede ser:
u

No confirmado: s´lo utiliza REQ e IND.
o
Confirmado: usa los 4 tipos, REQ, IND, RESP y CONF.

Por otro lado, si atendemos al tipo de conexiń, los servicios pueden clasificarse en:
o

Orientados a conexiń (CO, Connection Oriented): necesitan establecer una conexiń entre
o o
emisor y receptor antes de enviar los datos.
No orientados a conexiń (CL, Connectionless).
o

Es importante recalcar que el hecho de que un servicio sea confirmado o no confirmado es
totalmente independiente de que sea CO ´ CL. Aunque algunas de las combinaciones puedan pa-
o
recer extraãs, pueden darse cualquiera de las 4 posibilidades que podr´ obtenerse al combinar
n ıan
el tipo de primitivas utilizadas y la orientaciń a conexiń.
o o
De forma esquem´tica, el funcionamiento de las primitivas ser´ el de la fig. 1.7.
a ıa

Figura 1.7: Uso de primitivas.

El env´ de primitivas lleva asociado, en general, la generaciń de PDUs, pero no tiene por
ıo o
qu´. Por ejemplo, la m´quina B puede aprovechar un paquete que contenga una peticiń suya
e a o
hacia A e incluir en dicho paquete una respuesta de B a una peticiń anterior de A.
o

o 16

1.6.4. Funciones que se pueden realizar en cada capa
Control de errores: Aunque puede realizarse en todas las capas, lo mejor es buscar un com-
promiso entre calidad y servicio (segń el nivel de errores de cada capa), ya que el control
u
de errores consume recursos del sistema Habitualmente se realiza en las capas bajas: f´ısica,
de enlace, de red y de transporte.

Control de flujo: Si un receptor se ve desbordado por la informaciń que recibe (le llegan m´s
o a
datos de los que es capaz de procesar), puede pedirle a un emisor que se frene.

Establecimiento de la conexiń Dentro de un mismo sistema puede haber capas cuya co-
o
municaciń est´ orientada a conexiń y capas que no, dependiendo de lo que interese al
o e o
diseãr el sistema.
n

Segmentaciń y reensamblado: Cada nivel tiene un tamaõ m´ximo de SDU admisible.
o n a
Cuando el nivel inferior no admite una SDU que queremos transmitir por ser demasia-
do grande, se puede trocear (fragmentar) esa SDU en varias en el emisor, volviendo a
unirla (reensamblarla) en el receptor. Hay otras operaciones parecidas, que no veremos en
profundidad:

Bloqueo-desbloqueo: Crea bloques de informaciń. Definida en la recomendaciń X.200.
o o
Concatenaciń-separaciń.
o o

Multiplexiń-demultiplexiń: Cosiste en ofrecer el servicio de varios SAP del nivel N+1 a
o o
trav´s de un SAP del nivel N (fig. 1.8). Se usa de forma habitual en servicios CO.
e

Figura 1.8: Multiplexiń.
o

o 17

Figura 1.9: Comparaciń OSI-TCP.
o

1.6.5. Comparaciń con la jerarqu´ TCP/IP
o ıa
La Jerarqu´ TCP/IP s´lo tiene 5 capas, cuya correspondencia con las 7 de la pila OSI es
ıa o
la de la fig. 1.9.

Cap´
ıtulo 2

Redes de ´rea extensa, WAN, Wide
a
Area Networks

2.1. Introducci´n
o
Existen varias formas de conectar varios ordenadores:

Punto a punto: cada ordenador se conecta directamente al resto, mediante un cable f´
ısico
exclusivo.

Red de ´rea local (RAL o LAN): Hablamos de una red de ´rea local cuando tenemos varios
a a
equipos interconectados de modo que pueden comunicarse entre s´ sin necesidad de pasar
ı
por conmutadores y/o encaminadores. C´mo se observa en la ﬁg. 2.1.
o

En una LAN, los equipos pueden interconectarse de dos formas:

Si todos los equipos trabajan con el mismo nivel f´
ısico (por ejemplo, todos se conectan
a trav´s de interfaces Ethernet), para interconectarlos usamos un repetidor (hub).
e
Dicho dispositivo solo presenta funciones de la capa 1 (f´ısica).
Para conectar equipos que utilizan interfaces no compatibles se utiliza un puente (en
ingl´s, bridge). El puente presenta funciones de las capas 1 y 2 (f´
e ısica y enlace).

Red de ´rea extensa (RAE o WAN): para interconectar varias redes de area local, se nece-
a ´
sita un encaminador o router. Este dispositivo posee funcionalidades de la capa 3 (red), lo

18

o 19

Figura 2.1: Concepto de LAN y WAN.

que significa que puede encaminar tr´fico. Adem´s de encaminar, puede controlar y filtrar
a a
el tr´fico que pase por ´l. Al unir varias redes LAN con encaminadores, obtenemos una red
a e
de ´rea extensa.
a

C´mo se observa en la fig. 2.2, si la m´quina A se quisiera conectar al PC de la segunda
o a
red, tendr´ que seguir el siguiente camino: Saldr´ de la capa 7 del PC A, pasar´ por la capa 1
ıa ıa ıa
del hub, por la capa 3 del router, por la capa 2 del bridge y de all´ pasar´ a la capa 7 del PC.
ı ıa
De forma m´s esquem´tica, una WAN se puede representar como en la fig. 2.3.
a a

No hay que confundir el servicio ofrecido por nivel de red (orientado a conexiń o no
o
orientado a conexiń) con el funcionamiento interno de los encaminadores (circuito virtual o
o
datagrama). Normalmente, orientado a conexiń se relaciona con circuito virtual, pero podemos
o
tener TCP (que es orientado a conexiń) sobre datagramas.
o

2.2. Funciones b´sicas del nivel de red
a

o 20

Figura 2.2: Comunicaciń atravesando una WAN.
o

Nota: Saber cu´les son las funciones b´sicas del nivel de red es concepto muy b´sico e
a a a
importante de cara al examen.

2.2.1. Direccionamiento
Identificaciń un´
o ıvoca de los nodos de la red. Las direcciones son unicas en todo el nivel de
´
red. Si el enlace es punto a punto no hacen falta direcciones.

2.2.2. Encaminamiento
B´squeda de un camino para que los paquetes atraviesen la red desde el emisor hasta el
u
receptor. Se divide el problema en:

Establecimiento de vecindades: saber cu´les son los nodos vecinos y adyacentes.
a

Distribuciń de informaciń: distribuir la informaciń que cada encaminador posee.
o o o

C´lculo de rutas: se calculan rutas con la informaciń que posee el encaminador y la que le
a o
env´ los otros.
ıan

o 21

Figura 2.3: Esquema gen´rico de una WAN.
e

Nota: Saber cu´les son las partes que componen el encaminamiento es concepto muy
a
b´sico e importante de cara al examen.
a

2.2.3. Control de congestiń
o
La red dedica parte de sus recursos para controlarse a s´ misma, de modo que se eviten
ı
bloqueos. Para ello, el nivel de red debe introducir informaciń adicional en los paquetes.
o

Figura 2.4: Comportamiento ideal, con info. de control y real en situaciń de congestiń.
o o

o 22

Como se ilustra en la fig. 2.4, los diferentes comportamientos frente a la situaciń de con-
o
gestiń son los siguientes:
o

En el caso ideal la informaciń que sale es igual a la que entra. Esto ocurre hasta que llegamos
o
al punto de saturaciń del sistema, en que independientemente de la informaciń que entre,
o o
la salida es la misma, el m´ximo que permita el sistema.
a

En el caso ideal con informaciń de control se pierde un poco de rendimiento al tener en
o
cuenta que parte de los recursos se dedican a la comunicaciń entre conmutadores.
o

En el caso real entran en acciń dos efectos que no ten´
o ıamos en cuenta anteriormente:

que algunos paquetes se pierden y es necesario retransmitirlos,
y que el sistema no posee una memoria infinita, sino limitada.

Por tanto, pasado un punto (punto de congestiń), el sistema empieza a perder paquetes
o
debido a que su memoria est´ llena. Adem´s, se puede llegar a un punto en que todos los recursos
a a
del sistema se dediquen al control de congestiń, y perdamos la capacidad de transmitir (punto
o
de bloqueo). Es necesario buscar un compromiso entre congestiń y rendimiento. Lo mejor ser´
o ıa
una menor congestiń a costa de un menor rendimiento.
o

2.2.4. Integraciń de redes heterogńeas
o e
El mejor sitio para conectar redes heterogńeas es el nivel de red, ya que es dicho nivel el
e
que posee la informaciń m´s util para poder traducir los paquetes entre una red y otra.
o a ´

Cap´
ıtulo 3

Direccionamiento

3.1. Tipos de direcciones

3.1.1. Clasificaciń seg´ n el ´mbito o alcance
o u a
Locales: las direcciones estń restringidas a un cierto entorno. Ser´ suficiente con el direc-
a ıa
cionamiento en el nivel de enlace.

Globales: alcanzan a toda la red (son por tanto direcciones del nivel de red).

En el nivel de enlace se usan normalmente direcciones MAC de 48 bits (IEEE 802.11). Son
direcciones unicas que los fabricantes asignan a cada tarjeta de red, aunque s´lo hace falta que
´ o
sean unicas dentro de una misma LAN.
´

3.1.2. Clasificaciń seg´ n la jerarqu´
o u ıa
Jer´rquicas: si dos de estas direcciones tienen una parte comń, los caminos que deben
a u
seguirse para llegar a ellas tambiń tienen una parte comń.
e u

Planas: coincidencias en una parte de las direcciones no implican que los caminos a recorrer
vayan a tener una parte comń. Ej. Dos tarjetas de red del mismo fabricante comparten los
u
24 primeros bits de su direcciń MAC, y no tienen por qu´ instalarse en la misma subred.
o e

23

o 24

3.2. Formatos de direcciones m´s extendidos
a

3.2.1. IPv4
Introducciń
o

Se trata de direcciones globales y jer´rquicas de 32 bits (4 octetos). Tienen dos partes, red
a
y host (tambiń llamadas subred y m´quina, respectivamente). Todas las m´quinas cuya parte
e a a
de red coincida, deben poder comunicarse directamente sin pasar por un router; dicho de otro
modo, esas m´quinas podr´ comunicarse mediante el nivel de enlace. En ese caso se dice que
a ıan
esas m´quinas son directamente accesibles.
a

Clases de direcciones IP. Direcciones especiales

Existen 3 tipos fundamentales de direcciones IPv4, que se distinguen segń el valor de sus
u
primeros bits:

Clase A: La parte de red la foman los 8 primeros bits mientras que la parte de host son los
siguientes 24 bits. El n´mero m´ximo de direcciones que podemos conseguir son 16777216.
u a

0XXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX

Clase B: La parte de red la foman los 16 primeros bits. El n´mero m´ximo de direcciones
u a
son 65536.

10XXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX

Clase C: La parte de red la foman los 24 primeros bits. El n´mero m´ximo de direcciones
u a
son 256.

110XXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX

Adem´s de estas tres fundamentales, existen otras dos clases de direcciones, aunque su uso
a
est´ poco extendido:
a

Clase D: direcciń de grupo (multidifusiń o multicast). Sirven para enviar un mismo
o o
datagrama simultńeamente a varios destinatarios de un mismo grupo. Su formato es el
a
siguiente:

o 25

1110XXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX
Tienen dos particularidades:

• No pueden usarse como direcciń de origen, s´lo de destino.
o o
• Necesitan usar el protocolo IGMP para ser encaminadas. Esto significa que s´lo se
o
podrń usar estas direcciones entre redes que estń unidas por routers que ”ha-
a e
blen”multicast, lo que en la prćtica ocurre muy pocas veces.
a

Clase E: este tipo de direcciones estń reservadas para usos experimentales y posibles
a
usos futuros. Su formato es el siguiente:
1111XXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX

Figura 3.1: Tabla resumen de las clases de direcciones.

Existe una serie de direcciones IPv4, denominadas especiales, que tienen un uso espec´
ıfico,
independientemente de lo que pudiera indicar a priori su clase:

255.255.255.255 - Direcciń de difusiń general (tambiń llamada de difusiń local o
o o e o
limitada): cuando se env´ un datagrama con esta direcciń de destino, la tarjeta de red lo
ıa o
env´ a todos los nodos de la red local. Si la LAN est´ interconectada con otras mediante
ıa a
un router, ´ste NO retransmite el datagrama fuera de la red.
e
127.xxx.xxx.xxx - Direcciń reflexiva: cuando se env´ un datagrama a esta direcciń,
o ıa o
vuelve a la misma m´quina que lo envi´. Sirve generalmente para realizar pruebas y
a o
diagn´sticos del sistema.
o

o 26

Direcciones de uso privado - no tienen por qu´ ser unicas, esto es, s´ se pueden repetir
e ´ ı
dentro de distintas redes locales, pero estń aisladas de la WAN. Son tres rangos:
a

• 10.0.0.0 - 10.255.255.255
• 172.16.0.0 - 172.31.255.255
• 192.168.0.0 - 192.168.255.255

Para que las m´quinas que estń dentro de una red local direccionadas con una direcciń
a e o
privada puedan comunicarse con otras redes remotas a trav´s de una WAN se utiliza el protocolo
e
de encaminamiento NAT (Network Address Translation). Este protocolo se implementa general-
mente en los routers, y se encarga de traducir de forma transparente al usuario las direcciones
IPv4 privadas en direcciones IPv4 v´lidas para poder ser enviadas a trav´s de una WAN.
a e

M´scaras
a

El esquema de direccionamiento de IPv4 que acabamos de ver (denominado ”por clases o
classful”) es muy c´modo y sencillo de gestionar, pero tiene el inconveniente de ser poco flexible.
o
Por ello surgieron las m´scaras (y su implementaciń oblig´ a realizar ciertas modificaciones
a o o
en los protocolos de encaminamiento, como veremos).
Una m´scara no es m´s que un grupo de 32 bits divididos en 4 octetos (como las direcciones
a a
IPv4) que indican hasta dńde llega la parte de red de una direcciń dada. Su formato es el
o o
de una serie de unos seguido de una serie de ceros (salvo los casos l´
ımite de ”todo unos y todo
ceros”, claro), es decir, que no puede haber ceros intercalados entre los unos, ni unos entre los
ceros. Suelen expresarse en decimal, como las direcciones; por ejemplo:

11111111.11111111.11111111.10000000=255.255.255.128

Tambiń pueden expresarse mediante una ”notaciń compacta”, que consiste en poner una
e o
barra seguida del n´mero de unos que tiene la m´scara justo tras la direcciń a la que se
u a o
aplica. Por ejemplo, para aplicar la m´scara anterior a la direcciń 138.4.3.120 podr´
a o ıamos usar
indistintamente:

138.4.3.120/255.255.255.128 o 138.4.3.120/25
´

Las mćaras pueden usarse de diversas maneras para dar mayor flexibilidad al sistema de
a
direccionamiento IPv4. Veremos algunas de estas formas con mayor detalle, y otras simplemente
las nombraremos.

o 27

Subnetting con subredes homogńeas (FLSM - Fixed Length Subnet Mask)
e
Inicialmente se desarroll´ dentro de algunas grandes empresas que lo empleaban para
o
optimizar sus redes, pero acab´ convirtińdose en un estńdar.
o e a
El esquema ”classful”que acabamos de ver presenta varios problemas:

• Las direcciones de clase A estń sobredimensionadas, ya que pueden albergar millones
a
de hosts, lo que dif´
ıcilmente una tecnolog´ LAN podr´ soportar. Adem´s, son muy
ıa ıa a
escasas, y por tanto caras.
• Por otro lado, las direcciones de clase B tambiń son demasiado grandes para ser
e
empleadas como ”unidad m´ ınima”. Por ejemplo, si una compa˜´ tiene 2000 m´quinas,
nıa a
necesitar´ una direcciń B, que le permitir´ direccionar 65536 m´quinas. Como vemos,
a o a a
esto es muy ineficiente, ya que se desperdician m´s de 60000 direcciones.
a
• No permite el fraccionamiento interno de la red; si se quiere aislar el tr´fico entre dos
a
grupos de m´quinas, es necesario asignar una direcciń a cada grupo.
a o

El subnetting permite introducir routers dentro de una LAN y realizar subredes dentro de
una misma direcciń de red tipo B (te´ricamente puede usarse tambiń en las clase A y
o o e
C, pero es muy poco habitual). Desde el exterior, es como si la LAN original no hubiera
cambiado (permite compatibilidad hacia atr´s con los esquemas de direccionamiento origi-
a
nales de IPv4), pero desde dentro de la red es como si se hubiera dividido en varias LANs
m´s pequeãs, lo que permite gestionar el tr´fico de red mucho mejor.
a n a
Su funcionamiento es muy simple: se trata de dividir el campo host de una direcciń IP
o
como las que vimos en el apartado anterior en dos, asignando una de estas partes al campo
de red para formar un ”campo de red extendido”. Para ello se emplea una m´scara, que
a
deber´ tener tantos unos seguidos como el campo de red ”original”m´s el n´mero de bits
a a u
que queramos ampliarlo. Es m´s fćil verlo gr´ficamente en la fig. 3.2.
a a a

Figura 3.2: Ejemplo de subnetting.

o 28

Al aplicar la m´scara, aparecen nuevas direcciones reservadas:
a

• Direcciń de la subred: IP AND MASK
o
• Direcciń de difusiń de la subred: IP OR (MASK negada)
o o

La direcciń de subred no se usa (no est´ asignada a ningń host de la red, s´lo se uti-
o a u o
liza para c´
ırculos de direccionamiento). En cambio, la direcciń de difusiń de la subred
o o
s´ conviene resaltar que, a diferencia de la direcciń de difusiń general, la direcciń de
ı; o o o
difusiń de subred s´ puede emplearse para transmitir datagramas a equipos que no estń
o ı a
en la misma red f´ısica, pudiendo atravesar routers (siempre que estń en la misma subred).
a
Cada subred ir´ desde la (direcciń de subred+1) hasta la (direcciń de difusiń de la
a o o o
subred -1), por lo que cada una tendr´:
a

no direcciones = 2LongitudCampoHost − 2 (3.1)

Desde el exterior, no habr´ diferencia alguna, pero internamente el router tendr´ un ma-
a a
yor control sobre el tr´fico en cada subred; por ejemplo, cuando se indica la direcciń de
a o
difusiń de la subred, el datagrama debe llegar a todos los nodos de la subred, pero no sale
o
fuera de ´sta.
e

Subnetting con subredes no homogńeas (VLSM-Variable Length Subnet Mask)
e
La principal restricciń del subnetting que acabamos de ver es que la m´scara debe ser la
o a
misma para todas las subredes. Esto es lo mismo que decir que todas las subredes tendrń
a
el mismo tamaõ, ya que en todos los casos los campos de subred y host tendrń el mismo
n a
n´mero de bits. Con este esquema se desaprovechan muchas direcciones.
u
Con VLSM se pretende dar ań m´s flexibilidad, ya que permite que distintas subredes
u a
tengan m´scaras distintas (permite crear sub-subredes, por decirlo de alguna manera),
a
permitiendo de esta manera ajustar m´s los tamaõs de las subredes al n´mero de m´quinas
a n u a
que estń dentro de ellas y desaprovechando menos direcciones.
a
El esquema VLSM no es compatible con el esquema ”classful”, ya que es necesario modificar
el protocolo de red para que pueda transportar las m´scaras de las subredes adem´s de las
a a
direcciones IP.
No veremos nada m´s acerca de este esquema de direccionamiento.
a

o 29

Supernetting
Supongamos que se desea montar una red con 900 equipos. Para poder direccionarla, una
direcciń de clase C (254 hosts) ser´ insuficiente, pero usar una de clase B (65536 hosts)
o ıa
implicar´ desperdiciar miles de direcciones utiles. Esta situaciń se dio mucho, pues redes
ıa ´ o
de tamaõ medio se ve´ obligadas a pedir una direcciń de clase B a pesar de desapro-
n ıan o
vechar la mayor parte del espacio de direcciones, lo que llev´ a un r´pido agotamiento de
o a
este tipo de direcciones.
El supernetting naci´ como soluciń a este problema: b´sicamente consiste en la asociaciń
o o a o
de varias direcciones consecutivas (normalmente de clase C) para formar una especie de
”super-red”(en contraposiciń al t´rmino ”subred”) mayor. La forma de hacerlo es sencilla:
o e
se toman varias direcciones consecutivas y se les asocia a todas la misma m´scara. El
a
router s´lo deber´ recordar la primera direcciń del grupo y la m´scara (por lo que no es
o a o a
compatible con el sistema ”classful”).
Veamos un ejemplo para nuestra red de 900 equipos. Necesitaremos 4 direcciones de clase
C (254 x 4 = 1016 hosts) que sean consecutivas, ya que en ese caso su campo de red
ser´ exactamente igual salvo por los ultimos bits. Supongamos que en nuestro caso el campo
a ´
de red de la primera direcciń acaba con los bits 00; de esta forma, las tres direcciones
o
siguientes acabarń en 01, 10 y 11, pero el resto del campo de red ser´ exactamente igual
a a
al de la primera direcciń.
o

Figura 3.3: Ejemplo de supernetting

Como puede verse, el supernetting tiene una restricciń: las direcciones s´lo pueden agru-
o o
parse en conjuntos que sean potencias de 2 (de 2 en 2, de 4 en 4, de 8 en 8), debido a la
forma de aplicar las m´scaras. Se siguen desaprovechando algunas direcciones, pero desde
a

o 30

luego no tantas como con el esquema classful.

CIDR (Classless InterDomain Routing)
Es el esquema que se utiliza actualmente en Internet. Consiste en una especie de fusiń
o
entre los conceptos de VLSM y supernetting, y soluciona (al menos de forma temporal)
los dos principales problemas que estaba teniendo internet:

• Agotamiento de direcciones
• Crecimiento excesivo de las tablas de enrutamiento

Sus principales caracter´
ısticas son:

• Las clases de direcciones (A, B, C, etc) dejan de tener sentido. Esto permite que
cualquier red est´ dentro de cualquier rango (no siendo necesario hacer subredes dentro
e
de una de clase B, como en el subnetting, o agrupar direcciones de clase C, como en
el supernetting).
• Las entradas en las tablas de enrutamiento de los routers deben tener, adem´s de la
a
direcciń, la m´scara.
o a
• Los protocolos de enrutamiento deben ser capaces de transportar las m˘ 00e1scaras.
• Permite ajustar m´s el tamaõ de las redes al necesario, desaprovechando menos
a n
direcciones, gracias al uso de m´scaras de tamaõ variable.
a n

3.2.2. Otros esquemas de direccionamiento
ISO/NSAP

Sus direcciones tienen longitud variable, hasta un m´ximo de 20 octetos.
a

X.121

Se usa en redes X.25. La direcciń est´ compuesta por d´
o a ıgitos, no por octetos, hasta un
tamaõ m´ximo de 14 d´
n a ıgitos, y consta de dos campos:
TERMINAL (10 d´
ıgitos) + RED (hasta 4 d´
ıgitos)
Los d´
ıgitos del campo de red tienen significado geogr´fico, ya que identifican al pa´
a ıs.

o 31

E.164

Propia de la red telefńica actual. Se compone de un m´ximo de 15 d´
o a ıgitos, que se dividen en
tres campos. Cuando se usan estas direcciones para la interconexiń de redes tienen el siguiente
o
formato:
PA´ (3 d´
IS ıgitos) + C´digo de identificaciń (entre 1 y 4 d´
o o ıgitos) + no de abonado (12-X
d´
ıgitos)

F.69

Se usa en la red T´lex.
e

IPv6 ´ IPng (nueva generaciń)
o o

Direcciones de 128 bits (16 octetos). Cada octeto se expresa como dos cifras en hexadecimal
y cada cuatro cifras hexadecimales se separan por dos puntos (:). Ejemplo:

1234:5678:90AB:0000:FCB7:0000:0000:FFA7

Si la direcciń lleva dos puntos seguidos de otros dos (::), indica que la cantidad de cifras
o
hexadecimales que faltan son todos ceros en esa posiciń (4 ceros, 8 ceros, etc). Por ejemplo:
o

1234:5678:90AB:0000:FCB7:0000:0000:FFA7

En este caso vemos como nos faltar´ ocho ceros y los pondr´
ıa ıamos en la posicion de los :: como
en el primer ejemplo. No podr´
ıamos reemplazar los primeros cuatro ceros (negrita) a la vez que
los ultimos ocho poque no sabr´
´ ıamos que cantidad de ceros ir´ en cada posiciń.
ıan o
Adem´s se pueden indicar los ultimos cuatro octetos en formato IPv4. Por ejemplo:
a ´

::193.147.162.5 = 0000:0000:0000:0000:0000:0000:193.147.162.5

Las direcciones IPv6 pueden ser de tres tipos:

Unicast: como en IPv4, dirigida a un s´lo host.
o
Multicast: como IPv4, dirigida a varios host.
Anycast: es como si fuese una direcciń de grupo pero con que llegue a uno del grupo es
o
suficiente.

o 32

3.3. Algunos ejemplos de funcionamiento de IPv4

3.3.1. M´quinas directamente accesibles
a
Supongamos la situaciń de la figura 3.4 El equipo A no conoce la m´scara de B, s´lo su
o a o

Figura 3.4: Ejemplo

IP. Para que A pueda saber si B est´ o no accesible debe realizar lo siguiente:
a

Compara los resultados de estas dos operaciones:

IPa &M ASCa (3.2)

IPb &M ASCa (3.3)

Si ambos resultados son iguales indica que el nodo es directamente accesible, y las tramas
del nivel de enlace que transmite el equipo A serń de la forma que indica la figura 3.5:
a

Si ambos resultados no son idńticos, el ser´ el encaminador el que tenga que encargarse
e a
de hacer llegar los datos a B, y los datagramas que salen de A quedar´ como la figura
ıan
3.6:

Para poder realizar comunicaciones a trav´s del nivel de enlace, se utiliza el protocolo ARP
e
(Address Resolution Protocol). Es un protocolo de nivel de red responsable de encontrar la

o 33

Figura 3.5: Datagrama de A a B si B es directamente accesible

Figura 3.6: Datagrama de A a B si B no es directamente accesible

direcciń hardware (Ethernet MAC) que corresponde a una determinada direcciń IP. Para ello
o o
se env´ un paquete (ARP request) a la direcciń de multidifusiń de la red (broadcast (MAC
ıa o o
= ff ff ff ff ff ff)) conteniendo la direcciń IP por la que se pregunta, y se espera a que esa
o
m´quina (u otra) responda (ARP reply) con la direcciń Ethernet que le corresponde. Cada
a o
m´quina mantiene una cach´ con las direcciones traducidas para reducir el retardo y la carga.
a e
ARP permite a la direcciń de Internet ser independiente de la direcciń Ethernet, pero esto
o o
solo funciona si todas las m´quinas lo soportan.
a

3.3.2. Subnetting
Supongamos el rango de direcciones definido por: 193.147.160.0/21. El n´mero total de
u
direcciones que tendremos disponible, teniendo en cuenta que hay que reservar dos para direcciń
o
de red y la de difusiń ser´ de:
o a

232−21 − 2 = 2046 direcciones (3.4)

Supongamos que nuestro objetivo es hacer 3 subredes de aproximadamente 1000 usuarios
en una y 500 en las otras dos. El esquema de lo que queremos se puede apreciar en la figura 3.7.
La primera, de 512-2=510 usuarios se podr´ direccionar de la siguiente forma (hay m´s de una
ıa a
soluciń posible):
o

o 34

Figura 3.7: Ejercicio 1

193.147.160.0/23 Dir de subred: 193.147.160.0 Dir de difusiń: 193.147.161.255
o

La segunda de los mismos usuarios ser´
ıa:

o

Y la tercera de 1024-2=1022 usuarios ser´
ıa:

o

En realidad a todas las subredes habr´ que quitarle un usuario m´s, ya que una de estas
ıa a
direcciones la tenemos que asignar a la interfaz del router con la que est´ conectada la subred.
a
Normalmente se toma la primera direcciń del rango de la subred. Visto desde fuera de la red,
o
todas las subredes comparten los 21 primeros bits de la direcciń IP.
o

3.3.3. Varios interfaces de red en una misma LAN
Supongamos una LAN en la que tenemos, entre otros, 3 equipos llamados A, B y C. La
red se conecta a Internet mediante un router, y las m´scaras de los 3 equipos es la misma:
a
255.255.255.248 (29 bits a uno). Figura 3.8.

o 35

Figura 3.8: Ejercicio 2

En teor´ podr´
ıa, ıamos pensar que, estando en la misma red local, todos los equipos deber´ıan
poder comunicarse directamente a trav´s del nivel de enlace (estar ”directamente accesibles”).
e
Aunque esto deber´ ser as´ lo cierto es que el uso de m´scaras puede hacer que no siempre sea
ıa ı, a
posible.
En nuestro ejemplo, si A quiere enviar un datagrama a B o C, lo primero que har´ ser´
ıa ıa
comprobar sus direcciones con su m´scara, con lo que obtendr´
a ıa:

IPa &M ASCa = 150,214,4,0 (3.5)

IPb &M ASCa = 150,214,4,8 (3.6)
IPc &M ASCa = 150,214,4,8 (3.7)

Si A quiere mandar algo a B o C debe enviarlo al router, ya que interpreta que no est´n a
accesibles. Si B quiere enviar algo a C lo puede hacer directamente sin pasar por el encaminador.
Por tanto, el router deber´ tener dos interfaces de red, que ser´ 150.214.4.1 (para la subred
a ıan
donde se encuentra A) y 150.214.4.9 (para la subred donde se encuentran B y C).

3.3.4. Ejercicio propuesto en clase
Asignar direcciones a 3 subredes con al menos 50 direcciones cada una a partir de 193.0.0.0.
Para cada una deﬁnir lo siguiente:

o 36

Direcciń de subred y de difusiń.
o o

¿Cu´l es la mejor direcciń de subred y m´scara que agrupe a las tres?
a o a

3.3.5. Difusiń de mensajes
o
En este ejemplo, vemos c´mo el ordenador A env´ un paquete a tres direcciones de difusiń
o ıa o
distintas. En el caso de los paquetes enviados a 181.168.7.255 (la direcciń de difusiń de la
o o
subred), el paquete llega a todas las m´quinas de la subred. Es el mismo caso que con el paquete
a
enviado a 255.255.255.255 (la direcciń de difusiń general). En ambos casos, el router, al ver
o o
que el paquete va dirigido a la subred a la cual pertenece el interfaz por el que le llega el paquete,
no reenv´ Figura 3.9.
ıa.

Figura 3.9: Reenv´ de los paquetes de difusiń
ıo o

El caso del paquete dirigido a 173.15.23.255 es diferente. El router, al ver que la direcciń
o

o 37

de difusi´n no es la de la subred por la que le llega el paquete, decide reenviarlo. Tras viajar
o
por la red, llegar´ a la subred deseada. El mensaje ser´ recibido por todos los componentes de
a ıa
dicha subred.

Cap´
ıtulo 4

Integraciń de redes
o

4.1. Introducciń
o
Cuando se diseã una red de datos se desea sacar el m´ximo rendimiento de sus capacidades.
n a
Para conseguir esto, la red debe estar preparada para efectuar conexiones a trav´s de otras redes,
e
sin importar qu´ caracter´
e ısticas posean.
El objetivo de la Interconexiń de Redes (internetworking) es dar un servicio de comunica-
o
ciń de datos que involucre diversas redes con diferentes tecnolog´ de forma transparente para
o ıas
el usuario. Este concepto hace que las cuestiones tćnicas particulares de cada red puedan ser
e
ignoradas al diseãr las aplicaciones que utilizarń los usuarios de los servicios.
n a
Algunas de las ventajas que plantea la interconexiń de redes de datos, son:
o

Comparticiń de recursos dispersos.
o
Coordinaciń de tareas de diversos grupos de trabajo.
o
Reducciń de costes, al utilizar recursos de otras redes.
o
Aumento de la cobertura geogr´fica.
a

Los dispositivos de interconexiń de redes sirven para superar las limitaciones f´
o ısicas de los
elementos b´sicos de una red, extendiendo las topolog´ de esta.
a ıas
Como vimos en temas anteriores, el nivel de red es el m´s apropiado para integrar distintas
a
redes. En este tema vamos a ver de qu´ forma podemos conectar redes heterogńeas, centrńdonos
e e a
fundamentalmente en las redes TCP-IP.

38

o 39

4.2. Ejemplo de integraciń de redes con IPv4
o
Supongamos que queremos comunicar dos m´quinas distantes. Como puede verse en la
a
figura 4.1, el circuito f´
ısico que hay entre ambas atraviesa redes de distinto tipo:

Figura 4.1: Ejemplo de interconexiń de una red heterogńea. Nota: CNLP (Connection Less
o e
Net Protocol)

Desde el punto de vista de los equipos que se comunican, lo m´s sencillo ser´ usar un
a ıa
solo protocolo comń, sin que tuvieran que ”lidiar¸on los distintos tipos de redes que hay entre
u c
ambos; y justamente eso es lo que se hace al usar IP: cada m´quina debe preocuparse unicamente
a ´
de generar un paquete IP indicando, principalmente, su propia direcciń IP y la direcciń IP de
o o
destino, y ser´ el protocolo el que se preocupe de llevar los datos desde el origen al destino a
a
trav´s de cualesquiera redes f´
e ısicas que haya entre ambos.
Para que podamos usar IP sobre cualquier tipo de red se necesita un m´todo de resoluciń
e o
de direcciones. En nuestro ejemplo, necesitar´
ıamos un m´todo mediante el cual el ordenador A
e
fuera capaz de obtener la direcciń X.25 del router R1 a partir de su IP; una vez en R1, que
o
encontrara la direcciń ethernet del router R2; y finalmente, una vez en R2, que encontrara
o
la direcciń CLNP del equipo B. Para ello se usa ARP, que funciona de la siguiente manera:
o
Cuando un ordenador quiere enviar un paquete a una direcciń IP de un router u otro PC de su
o
misma red, primero env´ un mensaje ARP (que es de difusiń) preguntando a qu´ direcciń de
ıa o e o
nivel de enlace pertenece esa IP (direcciń de nivel de red). El router correspondiente respon-
o
der´ indicando su MAC (su direcciń de nivel de enlace). Algunos sistemas permiten el proceso
a o
inverso, obtener una IP a partir de una MAC.

o 40

4.3. Formato de los paquetes IPv4
El formato general de un datagrama IP se aprecia en la figura 4.2:

Figura 4.2: Cabecera IP

Las 5 primeras filas (primeros 20 octetos) son lo que se denomina la ’parte fija de la cabecera,
y siempre irń en cada datagrama, de modo que el tamaõ m´
a n ınimo de cada datagrama IP es de
20 octetos. A continuaciń vendr´ un campo opcional de tamaõ variable, y finalmente, si los
o ıa n
hubiera, los datos (tambiń de tamaõ variable). Veamos una descripciń detalla de cada uno
e n o
de los campos:

Versiń (4 bits): versiń del protocolo. Para IPv4 aparecer´ un 4.
o o a

Logitud de la Cabecera (4 bits): indica, en grupos de 4 octetos, el tamaõ de la
n
cabecera IP (parte fija+opciones). Dado que el tamaõ m´
n ınimo es 20 octetos, el valor
m´ınimo de este campo es 5.

ToS=Type of Service (8 bits): inicialmente era un campo opcional que los routers
antiguos ignoraban, pero hoy en d´ se utiliza para la tecnolog´ QoS (Quality of Service,
ıa ıa
calidad de servicio). En concreto se utiliza en los Servicios Diferenciales. En estos, el TOS
identifica el tipo de tr´fico que lleva cada paquete (Tranferencia de ficheros, voz sobre
a
IP, etc.). As´ cada router tratar´ cada paquete de acuerdo al contenido. Por ejemplo, los
ı, a

o 41

paquetes de VoIP (Voz sobre IP) requieren poco retardo pero importa poco que se pierdan
algunos. De esta forma, los routers darń prioridad a los paquetes VoIP pero los desecharń
a a
si tienen que hacerlos esperar demasiado.

Longitud total del paquete (16 bits): indica, en n´mero de octetos, el tamaõ total del
u n
datagrama IP, incluyendo cabecera y datos. Sirve para que el nivel IP del destino sea capaz
de descartar el relleno aãdido por niveles inferiores. La longitud m´xima del paquete es
n a
de:
216 − 1 = 65535 octetos. (4.1)

Identificador (16 bits), Flags (3bits) y Desplazamiento y Offset (13 bits): estos
3 campos se utilizan para controlar la fragmentaciń de los paquetes, y se describen con
o
detenimiento en el apartado de Fragmentaciń de paquetes IPv4.
o

TTL = Time To Life (8bits): el tiempo de vida se inicializa en el emisor con un
valor entero, que se ir´ decrementando en una o varias unidades cada vez que el paquete
a
atraviesa un router. Si llega a cero, se destruye el paquete. De esta forma se evita que
paquetes perdidos queden atrapados en bucles infinitos saturando la red.

Protocolo (8bits): contiene un identificador del protocolo al que pertenece la PDU que
va en el campo de datos, como por ejemplo TCP.

Checksum (16bits): se trata de un sistema de control de la cabecera. Es muy simple, ya
que no es m´s que la suma de paridad de todos los bits de la cabecera.
a

Opciones: se describen en el apartado de Opciones m´s usuales.
a

4.3.1. Fragmentaciń de paquetes IPv4
o
Dado que los paquetes IP pueden atravesar redes de muy distinto tipo, cada una con un
tamaõ m´ximo de paquete, a menudo ocurre que el tamaõ del paquete IP a enviar es de-
n a n
masiado grande y hay que dividirlo en trozos m´s pequeõs antes de pasarlo al nivel inferior.
a n
Esto es lo que se conoce como ”fragmentaciń de paquetes”. Es evidente que en el receptor, los
o
paquetes deber´ volver a unirse hasta obtener los paquetes IP originales, en lo que se denomina
ıan
”reensamblado”.
Veamos un primer ejemplo sencillo de fragmentaciń: supongamos que el router A quiere
o
enviarle al router B un paquete IP que contiene 3980 Bytes (octetos) m´s los 20 Bytes de cabecera
a
y que nuestro nivel inferior acepta datagramas de, como m´ximo, 1500 Bytes. Figura 4.3.
a

o 42

Figura 4.3: Ejemplo de fragmentaciń
o

El router A divide los 3980 Bytes de datos en 3 fragmentos, cada uno con un tamaõ
n
m´ximo de 1480 Bytes. De esta forma obtenemos 2 paquetes de 20+1480=1500 Bytes y uno de
a
20+1020=1040 Bytes. N´tense varias cosas:
o

La cabecera del paquete original (el de 4000 Bytes) no se incluye en los fragmentos.

Los paquetes finales no deben superar el tamaõ m´ximo incluyendo las nuevas cabeceras.
n a
Por eso hemos dividido los datos en paquetes de 1480 Bytes como m´ximo, para que al
a
aãdir la cabecera IP no superemos los 1500 Bytes.
n

Si sumamos, todos los Bytes finales, incluidas las cabeceras, vemos que el tamaõ total se
n
ve incrementado, ya que cada nuevo fragmento aãde una nueva cabecera.
n

Es importante observar que la fragmentaciń de un paquete puede darse en cualquier parte
o
del ”camino”que siguen los paquetes desde el emisor hasta el receptor, pero el reensamblado s´lo
o
se efectá en el receptor.
u
El protocolo IPv4 implementa un sistema para controlar la fragmentaciń y el reensambla-
o
do. Para ello, como vimos en el apartado anterior, hay varios campos en la cabecera de todo
datagrama IP que se encargan de controlar la fragmentaciń, y que serń de vital importancia
o a
a la hora del reensamblado. Figura 4.4.

o 43

Figura 4.4: Campos de control de la fragmentaciń
o

Veamos una descripciń detallada de cada uno:
o

Identificador (16bits): es un identificador un´ ıvoco del datagrama original antes de frag-
mentar (en el ejemplo el de 4000 Bytes). Se usa cuando se solicitan reenv´ Debe ser
ıos.
unico a nivel de pareja IPorigen/IPdestino. Para ello, el origen lleva un contador interno
´
con el que numera cada paquete que env´ e incrementa el contador en uno. Para evitar
ıa
confusiones en caso de que el sistema se caiga y restituya demasiado r´pido y se mezclen
a
n´meros, el contador no empieza en cero, sino en una cifra aleatoria. Adem´s, se obliga al
u a
sistema a que tarde en arrancar al menos el tiempo que tarda un paquete en desaparecer
de la red. De este modo, aunque coincidieran las cifras aleatorias no habr´ confusiń, ya
ıa o
que el ultimo paquete que us´ el identificador ya no estar´ en la red.
´ o a
Flags o banderas (3 bits): se trata de tres bits indicadores, cada uno con una funciń:
o
• Cero: siempre a cero (no tiene funciń asignada).
o
• MF (More Fragments): vale 0 en el ultimo fragmento (no hay m´s fragmentos
´ a
detr´s) y 1 en otro caso. Si el datagrama es unico (no hubo fragmentaciń) tambiń
a ´ o e
vale 0. Cada vez que un datagrama se fragmenta, se pone el MF a uno en todos los
fragmentos salvo en el ultimo, que se le pone el del datagrama del que proviene.
´
• DF (Don’t Fragment): indica al router que no debe fragmentar el paquete en
ningń caso. En el caso de no poderse enviar un datagrama tan grande, ser´ desechado
u a
por el router.
Offset o desplazamiento (13 bits): indica el lugar que ocupaba el fragmento actual
dentro del fragmento original. Hay que tener en cuenta las siguientes cosas:
• Se cuenta en grupos de 8 bytes, es decir, que si este campo vale 100 en realidad
querr´ decir que van 100x8=800 bytes. Esto se debe a que s´lo disponemos de 13 bits
a o
para definir el offset, que en muchos casos pueden ser m´s que insuficientes.
a
• Se comienza a contar el Offset sin tener en cuenta la cabecera del datagrama original,
esto es, el desplazamiento es relativo al inicio del campo de datos, no al inicio del
datagrama.

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