Redes de Telecomunicaci´n                       o     Baquero Portero, Isidro      Borrego Checa, Juan     C´mara Mora, Ca...
´Indice general1. Introducci´n a las redes de telecomunicaciones             o                                            ...
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  1. 1. Redes de Telecomunicaci´n o Baquero Portero, Isidro Borrego Checa, Juan C´mara Mora, Carlos M a Clemente Pascual-Vaca, Emilio M´rquez Gir´ldez, Laura a a S´nchez-Matamoros P´rez, Jose a e ´ Morales Castro, Manuel Angel Neira Fern´ndez, Rub´n a e Ojeda Rodr´ ıguez, Maria Elena Rodr´ıguez Quesada, Agust´ ın Romero del Toro, Maria Jos´ e Rueda Borrego, Beltr´na Serrano Mu˜oz, Fernando n Julio 2007
  2. 2. ´Indice general1. Introducci´n a las redes de telecomunicaciones o 5 1.1. Definici´n. Modelo gen´rico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o e 5 1.2. Eficiencia, evoluci´n e integraci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. Clasificaci´n de las redes de telecomunicaciones en funci´n de c´mo act´an sus o o o u conmutadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4.1. Tipos b´sicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 7 1.4.2. Tipos de redes basadas en la conmutaci´n de paquetes atendiendo al fun- o cionamiento interno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4.3. Tipos especiales de conmutaci´n de paquetes . . . . . . . . . . . . . . . . o 8 1.4.4. Ejemplos. Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.5. Retardos en redes de conmutaci´n de paquetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 10 1.6. Revisi´n de los modelos de referencia: el modelo OSI . . . . . . . . . . . . . . . o 11 1.6.1. Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 11 1.6.2. Capas o niveles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.6.3. Comunicaci´n entre sistemas. Primitivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 13 1.6.4. Funciones que se pueden realizar en cada capa . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.6.5. Comparaci´n con la jerarqu´ TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o ıa 17 1
  3. 3. Redes de Telecomunicaci´n o 22. Redes de ´rea extensa, WAN, Wide Area Networks a 18 2.1. Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 congesti´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 21 2.2.4. Integraci´n de redes heterog´neas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o e 223. Direccionamiento 23 3.1. Tipos de direcciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1.1. Clasificaci´n seg´n el ´mbito o alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o u a 23 3.1.2. Clasificaci´n seg´n 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. Difusi´n de mensajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 364. Integraci´n de redes o 38 4.1. Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 38 4.2. Ejemplo de integraci´n de redes con IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 39 4.3. Formato de los paquetes IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.3.1. Fragmentaci´n de paquetes IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 41 4.3.2. Opciones m´s usuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 45 4.4. Tablas de encaminamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
  4. 4. Redes de Telecomunicaci´n o 35. Encaminamiento 53 5.1. Tipos de direcciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.2. Clasificaci´n 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. Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 69 5.6.2. Algoritmo del camino m´s corto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 70 5.7. Distribuci´n de la informaci´n 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 congesti´n o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.8.4. Clasificaci´n de los mecanismos de control de congesti´n . . . . . . . . . o o 976. Capa de transporte 99 6.1. Introducci´n a la capa de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 99 6.2. Jerarqu´ TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 ıa 6.2.1. UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.2.2. TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
  5. 5. Redes de Telecomunicaci´n o 47. Evoluci´n de los equipos y tendenc´ o ıas 118 7.1. Introducci´n a IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 o 7.2. Direccionamiento en IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.3. Direcciones especiales en IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7.4. Organizaci´n de las direcciones en IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 o 7.5. Asignaci´n 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. Introducci´n a IPsec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 o 7.11. Introducci´n a las VPN o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
  6. 6. Cap´ ıtulo 1Introducci´n a las redes de otelecomunicaciones1.1. Definici´n. Modelo gen´rico o e Podemos definir una red de telecomunicaciones como aquella que proporciona una comu-nicaci´n eficiente entre m´ltiples entidades usando distintas tecnolog´ (el´ctrica, electr´nica, o u ıas e oelectromagn´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 informaci´n. o Transmisor: transforma informaci´n en se˜ales. o n Sistema de transmisi´n: transporta se˜ales. o n Receptor: inverso del transmisor. Destino: donde llega la informaci´n. o 5
  7. 7. Redes de Telecomunicaci´n o 61.2. Eficiencia, evoluci´n e integraci´n o o Para mejorar la eficiencia usamos conmutadores, dando lugar a estructuras jer´rquicas exis- aten distintas redes dependiendo del servicio que se quiera ofrecer con dicha red (fig. 1.2): Figura 1.2: Interconexi´n 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. ıa1.3. Elementos de una red1.3.1. Elementos b´sicos a Acceso: parte de la red que va del sistema origen al primer conmutador (bucle de abonado). Conmutaci´n: conjunto de conmutadores que forman la red. o Transmisi´n: conjunto de enlaces que une los conmutadores. Se usan t´cnicas de multiple- o e xi´n para compartir enlaces. Al conjunto de conmutadores y enlaces se les denomina red o dorsal. Se˜alizaci´n: parte de la red que controla su funcionamiento. Hay dos tipos de se˜alizaci´n: n o n o usuario-red, que comunica al usuario con el sistema, y red-red, que utiliza el sistema para organizarse.
  8. 8. Redes de Telecomunicaci´n o 71.3.2. Elementos no b´sicos a Sincronizaci´n: corresponde a toda la parte que se encarga de sintonizar un transmisor con o un receptor. Gesti´n: se encarga de los fallos (detectarlos, corregirlos...), monitorizaci´n y tarificaci´n. o o o Servicios: es la parte de red que sirve para ofrecer distintos servicios.1.4. Clasificaci´n de las redes de telecomunicaciones en o funci´n de c´mo act´ an sus conmutadores o o u1.4.1. Tipos b´sicos aRedes basadas en conmutaci´n de circuitos: se basan en establecer una reserva de recur- o sos para la comunicaci´n. 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 telef´nicas. Sin embargo, no es adecuado para comunicaci´n 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 conmutaci´n de paquetes: pensadas para fuentes intermitentes a r´fa- o a gas y cuando los destinos cambian r´pidamente. Utilizan multiplexi´n estad´ a o ıstica. Fig. 1.3. Figura 1.3: Red de conmutaci´n de paquetes. o
  9. 9. Redes de Telecomunicaci´n o 81.4.2. Tipos de redes basadas en la conmutaci´n de paquetes aten- o diendo al funcionamiento internoCircuito 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 conmutaci´n de paquetes oConmutaci´n de mensajes: cuando llega a un conmutador la informaci´n que se ha ido frag- o o mentando en paquetes, se reensambla, se analiza y se vuelve a enviar el paquete frag- ment´ndolo de nuevo. Sirve cuando queremos interconectar redes con funcionamientos a muy distintos.Conmutaci´n de c´lulas: los paquetes son de tama˜o fijo y peque˜os. Al ser de tama˜o 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 fragmentaci´n es m´s alta. Por ser de tama˜o peque˜o, la o a n n cabecera ocupar´ proporcionalmente un tama˜o mayor, lo que disminuye el rendimiento, a n pero a cambio presenta la ventaja de tener un tiempo de transmisi´n menor. Un tiempo de o transmisi´n 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 comentadosen el apartado 1.4.1: Conmutaci´n de circuitos: RTB (Red Telef´nica B´sica). o o a Conmutaci´n de paquetes: Internet. oVeremos en profundidad el segundo ejemplo, Internet.
  10. 10. Redes de Telecomunicaci´n o 9Descripci´n interna o Funciona con conmutaci´n de paquetes. Sus componentes ser´ sistemas finales (hosts), o ıanconmutadores intermedios (encaminadores o routers), enlaces de comunicaci´n (punto a punto, ored de area local) y otros dispositivos como repetidores o puentes. ´Organizaci´n 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 peque˜as 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 est´n interconectados entre s´ (fig. 1.4). a ı Figura 1.4: Internet Service Providers o ISPs.Descripci´n externa o Permite aplicaciones distribuidas.
  11. 11. Redes de Telecomunicaci´n o 10 Presenta dos tipos de servicios: • No orientado a conexi´n y no fiable o • Orientado a conexi´n y fiable. o No garantiza retardo en ninguno de los casos.1.5. Retardos en redes de conmutaci´n 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. eEncolado: 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.Transmisi´n: el tiempo de transmisi´n depende de la longitud del paquete (L, en bits) y de su o o capacidad (C, en bits por segundo), ecuaci´n 1.1. o L ttransmisi´n = o (1.1) CPropagaci´n: el tiempo de propagaci´n 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 se˜al (V, metros por n segundo), ecuaci´n 1.2. o D tpropagaci´n = o (1.2) V En la fig. 1.5 podemos ver de forma esquem´tica los distintos retardos que intervienen en a una transmisi´n 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
  12. 12. Redes de Telecomunicaci´n o 11 Figura 1.5: Retardos que intervienen en una transmisi´n. o1.6. Revisi´n de los modelos de referencia: el modelo OSI o1.6.1. Introducci´n o Cuando los equipos telem´ticos empezaron a conectarse en red hace unas d´cadas, cada a efabricante desarroll´ su propia arquitectura, de manera que era imposible conectar en la misma ored equipos de distintos fabricantes (a menos que los fabricantes hubieran desarrollado interfacesentre sus equipos). Como alternativa a los sistemas propietarios, la UIT-T desarroll´ la norma oX.200, con el objetivo de interconectar sistemas de distintos fabricantes (interoperabilidad). Estanorma 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.
  13. 13. Redes de Telecomunicaci´n o 12 De esta forma, el modelo OSI aborda el problema de la interconexi´n de equipos dividi´ndolo o een varios ”problemas menores”. Esta soluci´n es menos eficiente que una soluci´n directa (una o oque aborde simult´neamente todos los procesos implicados en la comunicaci´n), pero es mucho a om´s sencilla de implementar. Adem´s, tiene la gran ventaja de que las distintas capas pueden a air desarroll´ndose por separado, sin que ello repercuta en el resto de capas, por lo que podr´ a ıacambiarse toda la infraestructura de una capa determinada sin que el resto se enterara delcambio. Existen algunos t´rminos que conviene tener claros al hablar del modelo OSI: eEntidad: 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 interconexi´n de equipos di- o vidi´ndolo en varios ”problemas menores, en cada capa esos ”problemas menores”vuelven e a dividirse en problemas m´s peque˜os a´n. a n uPDU (Protocol Data Unit): Se denomina PDU a la unidad que intercambia informaci´n 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 nivelesNivel 1: F´ ısico: Se encarga de transmitir la se˜al por el medio f´ n ısico. Controla par´metros a como niveles de tensi´n, tipos de se˜al, etc. Libera a las capas superiores de las funciones o n que impongan los diferentes medios de transmisi´n.oNivel 2: Enlace: Es responsable de la transferencia de informaci´n entre nodos adyacentes. o
  14. 14. Redes de Telecomunicaci´n o 13Nivel 3: Red: Ofrece comunicaci´n extremo a extremo poniendo de acuerdo a los sistemas o intermedios.Nivel 4: Transporte: Es muy similar al nivel de red, ya que tambi´n se ocupa de la transfe- e rencia de informaci´n 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 funci´n coordin´ndolos. 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. Orientaci´n a conexi´n. o o Multiplexi´n: el nivel de red puede ofrecer una sola comunicaci´n de una m´quina a o o a otra, mientras que el nivel cuatro puede a˜adir multiplexi´n para tener m´s canales. n o aNivel 5: Sesi´n: 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 posesi´n del turno, as´ como retomar un di´logo que se e a o ı a haya interrumpido (por ejemplo, si hay alg´n error en la transmisi´n). u oNivel 6: Presentaci´n: Se ocupa de la compatibilidad sint´ctica (c´mo se representa la infor- o a o maci´n). Para ello ofrece una forma can´nica de representar informaci´n independiente a o o o la implementaci´n de los distintos sistemas. oNivel 7: Aplicaci´n: Se ocupa de la compatibilidad sem´ntica (lo que representa la informa- o a ci´n). o1.6.3. Comunicaci´n entre sistemas. Primitivas o Las entidades residentes en una capa necesitan comunicarse con las entidades gemelas re-sidentes en otros sistemas. Dicha comunicaci´n se realiza mediante el intercambio de mensajes odenominados PDU. Aunque desde un punto de vista l´gico cada capa se comunica directamente con su equi- ovalente de otro sistema, la realidad es que cada capa va pasando la informaci´n que quiere otransmitir a la inferior, hasta llegar a la m´s baja (nivel f´ a ısico), que es la unica que se comunica ´realmente”. Para ello, seg´n la informaci´n va atravesando de forma descendente las distintas u ocapas del modelo, se van a˜adiendo encabezamientos que contienen la informaci´n de control. n oEl conjunto resultante se transmite por el canal, y en el destino seguir´ el camino inverso, es a
  15. 15. Redes de Telecomunicaci´n o 14decir, cada encabezamiento ser´ utilizado s´lo por la capa receptora del mismo nivel; los en- a ocabezamientos destinados a las capas superiores son completamente ignorados, permitiendo laevoluci´n independiente de cada una de las capas. o Como ilustra la fig. 1.6, cuando una capa quiere mandar informaci´n lo hace en forma ode PDUs. Para ello, la entidad correspondiente de la capa N+1 utiliza los servicios que la capainferior (la capa N) le ofrece a trav´s del SAP, generando un SDU (Service Data Unit) que pasa a edicha capa. A este N-SDU se le a˜ade una cabecera llamada PCI (Protocol Control Information). nLa PCI contiene informaci´n 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. ıaFigura 1.6: Intercambio de PDUs entre entidades pares mediante los servicios que ofrecen lascapas inferiores.Los SAP, como ya se ha visto, proporcionan servicios a la capa inmediatamente superior, y lohacen mediante las denominadas primitivas de servicio. Existen 4 tipos: Petici´n (REQ, Request) o
  16. 16. Redes de Telecomunicaci´n o 15 Indicaci´n (IND, Indication) o Respuesta (RESP, Response) Confirmaci´n (CONF, Confirmation) o Seg´n 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 conexi´n, los servicios pueden clasificarse en: o Orientados a conexi´n (CO, Connection Oriented): necesitan establecer una conexi´n entre o o emisor y receptor antes de enviar los datos. No orientados a conexi´n (CL, Connectionless). o Es importante recalcar que el hecho de que un servicio sea confirmado o no confirmado estotalmente independiente de que sea CO ´ CL. Aunque algunas de las combinaciones puedan pa- orecer extra˜as, pueden darse cualquiera de las 4 posibilidades que podr´ obtenerse al combinar n ıanel tipo de primitivas utilizadas y la orientaci´n a conexi´n. 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 generaci´n de PDUs, pero no tiene por ıo oqu´. Por ejemplo, la m´quina B puede aprovechar un paquete que contenga una petici´n suya e a ohacia A e incluir en dicho paquete una respuesta de B a una petici´n anterior de A. o
  17. 17. Redes de Telecomunicaci´n o 161.6.4. Funciones que se pueden realizar en cada capaControl de errores: Aunque puede realizarse en todas las capas, lo mejor es buscar un com- promiso entre calidad y servicio (seg´n 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 informaci´n 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 conexi´n Dentro de un mismo sistema puede haber capas cuya co- o municaci´n est´ orientada a conexi´n y capas que no, dependiendo de lo que interese al o e o dise˜ar el sistema. nSegmentaci´n y reensamblado: Cada nivel tiene un tama˜o 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 informaci´n. Definida en la recomendaci´n X.200. o o Concatenaci´n-separaci´n. o oMultiplexi´n-demultiplexi´n: 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: Multiplexi´n. o
  18. 18. Redes de Telecomunicaci´n o 17 Figura 1.9: Comparaci´n OSI-TCP. o1.6.5. Comparaci´n 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 ola de la fig. 1.9.
  19. 19. Cap´ ıtulo 2Redes de ´rea extensa, WAN, Wide aArea Networks2.1. 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
  20. 20. Redes de Telecomunicaci´n 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 ared, tendr´ que seguir el siguiente camino: Saldr´ de la capa 7 del PC A, pasar´ por la capa 1 ıa ıa ıadel 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 conexi´n o no oorientado a conexi´n) con el funcionamiento interno de los encaminadores (circuito virtual o odatagrama). Normalmente, orientado a conexi´n se relaciona con circuito virtual, pero podemos otener TCP (que es orientado a conexi´n) sobre datagramas. o2.2. Funciones b´sicas del nivel de red a
  21. 21. Redes de Telecomunicaci´n o 20 Figura 2.2: Comunicaci´n 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 Identificaci´n 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 ureceptor. Se divide el problema en:Establecimiento de vecindades: saber cu´les son los nodos vecinos y adyacentes. aDistribuci´n de informaci´n: distribuir la informaci´n que cada encaminador posee. o o oC´lculo de rutas: se calculan rutas con la informaci´n que posee el encaminador y la que le a o env´ los otros. ıan
  22. 22. Redes de Telecomunicaci´n 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. a2.2.3. Control de congesti´n o La red dedica parte de sus recursos para controlarse a s´ misma, de modo que se eviten ıbloqueos. Para ello, el nivel de red debe introducir informaci´n adicional en los paquetes. o Figura 2.4: Comportamiento ideal, con info. de control y real en situaci´n de congesti´n. o o
  23. 23. Redes de Telecomunicaci´n o 22 Como se ilustra en la fig. 2.4, los diferentes comportamientos frente a la situaci´n de con- ogesti´n son los siguientes: oEn el caso ideal la informaci´n que sale es igual a la que entra. Esto ocurre hasta que llegamos o al punto de saturaci´n del sistema, en que independientemente de la informaci´n que entre, o o la salida es la misma, el m´ximo que permita el sistema. aEn el caso ideal con informaci´n de control se pierde un poco de rendimiento al tener en o cuenta que parte de los recursos se dedican a la comunicaci´n entre conmutadores. oEn el caso real entran en acci´n 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 congesti´n), el sistema empieza a perder paquetes odebido a que su memoria est´ llena. Adem´s, se puede llegar a un punto en que todos los recursos a adel sistema se dediquen al control de congesti´n, y perdamos la capacidad de transmitir (punto ode bloqueo). Es necesario buscar un compromiso entre congesti´n y rendimiento. Lo mejor ser´ o ıauna menor congesti´n a costa de un menor rendimiento. o2.2.4. Integraci´n de redes heterog´neas o e El mejor sitio para conectar redes heterog´neas es el nivel de red, ya que es dicho nivel el eque posee la informaci´n m´s util para poder traducir los paquetes entre una red y otra. o a ´
  24. 24. Cap´ ıtulo 3Direccionamiento3.1. Tipos de direcciones3.1.1. Clasificaci´n seg´ n el ´mbito o alcance o u a Locales: las direcciones est´n 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). Sondirecciones unicas que los fabricantes asignan a cada tarjeta de red, aunque s´lo hace falta que ´ osean unicas dentro de una misma LAN. ´3.1.2. Clasificaci´n seg´ n la jerarqu´ o u ıa Jer´rquicas: si dos de estas direcciones tienen una parte com´n, los caminos que deben a u seguirse para llegar a ellas tambi´n tienen una parte com´n. e u Planas: coincidencias en una parte de las direcciones no implican que los caminos a recorrer vayan a tener una parte com´n. Ej. Dos tarjetas de red del mismo fabricante comparten los u 24 primeros bits de su direcci´n MAC, y no tienen por qu´ instalarse en la misma subred. o e 23
  25. 25. Redes de Telecomunicaci´n o 243.2. Formatos de direcciones m´s extendidos a3.2.1. IPv4Introducci´n o Se trata de direcciones globales y jer´rquicas de 32 bits (4 octetos). Tienen dos partes, red ay host (tambi´n llamadas subred y m´quina, respectivamente). Todas las m´quinas cuya parte e a ade red coincida, deben poder comunicarse directamente sin pasar por un router; dicho de otromodo, esas m´quinas podr´ comunicarse mediante el nivel de enlace. En ese caso se dice que a ıanesas m´quinas son directamente accesibles. aClases de direcciones IP. Direcciones especiales Existen 3 tipos fundamentales de direcciones IPv4, que se distinguen seg´n el valor de sus uprimeros 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 aest´ poco extendido: a Clase D: direcci´n de grupo (multidifusi´n o multicast). Sirven para enviar un mismo o o datagrama simult´neamente a varios destinatarios de un mismo grupo. Su formato es el a siguiente:
  26. 26. Redes de Telecomunicaci´n o 25 1110XXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX Tienen dos particularidades: • No pueden usarse como direcci´n de origen, s´lo de destino. o o • Necesitan usar el protocolo IGMP para ser encaminadas. Esto significa que s´lo se o podr´n usar estas direcciones entre redes que est´n unidas por routers que ”ha- a e blen”multicast, lo que en la pr´ctica ocurre muy pocas veces. a Clase E: este tipo de direcciones est´n 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 - Direcci´n de difusi´n general (tambi´n llamada de difusi´n local o o o e o limitada): cuando se env´ un datagrama con esta direcci´n 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 - Direcci´n reflexiva: cuando se env´ un datagrama a esta direcci´n, 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
  27. 27. Redes de Telecomunicaci´n 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 est´n 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 est´n dentro de una red local direccionadas con una direcci´n a e oprivada puedan comunicarse con otras redes remotas a trav´s de una WAN se utiliza el protocolo ede 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 direccionesIPv4 privadas en direcciones IPv4 v´lidas para poder ser enviadas a trav´s de una WAN. a eM´scaras a El esquema de direccionamiento de IPv4 que acabamos de ver (denominado ”por clases oclassful”) es muy c´modo y sencillo de gestionar, pero tiene el inconveniente de ser poco flexible. oPor ello surgieron las m´scaras (y su implementaci´n oblig´ a realizar ciertas modificaciones a o oen 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 aIPv4) que indican hasta d´nde llega la parte de red de una direcci´n dada. Su formato es el o ode una serie de unos seguido de una serie de ceros (salvo los casos l´ ımite de ”todo unos y todoceros”, claro), es decir, que no puede haber ceros intercalados entre los unos, ni unos entre losceros. Suelen expresarse en decimal, como las direcciones; por ejemplo: 11111111.11111111.11111111.10000000=255.255.255.128 Tambi´n pueden expresarse mediante una ”notaci´n compacta”, que consiste en poner una e obarra seguida del n´mero de unos que tiene la m´scara justo tras la direcci´n a la que se u a oaplica. Por ejemplo, para aplicar la m´scara anterior a la direcci´n 138.4.3.120 podr´ a o ıamos usarindistintamente: 138.4.3.120/255.255.255.128 o 138.4.3.120/25 ´ Las m´caras pueden usarse de diversas maneras para dar mayor flexibilidad al sistema de adireccionamiento IPv4. Veremos algunas de estas formas con mayor detalle, y otras simplementelas nombraremos.
  28. 28. Redes de Telecomunicaci´n o 27 Subnetting con subredes homog´neas (FLSM - Fixed Length Subnet Mask) e Inicialmente se desarroll´ dentro de algunas grandes empresas que lo empleaban para o optimizar sus redes, pero acab´ convirti´ndose en un est´ndar. o e a El esquema ”classful”que acabamos de ver presenta varios problemas: • Las direcciones de clase A est´n 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 tambi´n son demasiado grandes para ser e empleadas como ”unidad m´ ınima”. Por ejemplo, si una compa˜´ tiene 2000 m´quinas, nıa a necesitar´ una direcci´n 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 direcci´n a cada grupo. a o El subnetting permite introducir routers dentro de una LAN y realizar subredes dentro de una misma direcci´n de red tipo B (te´ricamente puede usarse tambi´n 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 peque˜as, 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 direcci´n 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 f´cil verlo gr´ficamente en la fig. 3.2. a a a Figura 3.2: Ejemplo de subnetting.
  29. 29. Redes de Telecomunicaci´n o 28 Al aplicar la m´scara, aparecen nuevas direcciones reservadas: a • Direcci´n de la subred: IP AND MASK o • Direcci´n de difusi´n de la subred: IP OR (MASK negada) o o La direcci´n de subred no se usa (no est´ asignada a ning´n host de la red, s´lo se uti- o a u o liza para c´ ırculos de direccionamiento). En cambio, la direcci´n de difusi´n de la subred o o s´ conviene resaltar que, a diferencia de la direcci´n de difusi´n general, la direcci´n de ı; o o o difusi´n de subred s´ puede emplearse para transmitir datagramas a equipos que no est´n o ı a en la misma red f´ısica, pudiendo atravesar routers (siempre que est´n en la misma subred). a Cada subred ir´ desde la (direcci´n de subred+1) hasta la (direcci´n de difusi´n 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 direcci´n de a o difusi´n 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 homog´neas (VLSM-Variable Length Subnet Mask) e La principal restricci´n 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 tendr´n a el mismo tama˜o, ya que en todos los casos los campos de subred y host tendr´n el mismo n a n´mero de bits. Con este esquema se desaprovechan muchas direcciones. u Con VLSM se pretende dar a´n 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 tama˜os de las subredes al n´mero de m´quinas a n u a que est´n 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
  30. 30. Redes de Telecomunicaci´n o 29 Supernetting Supongamos que se desea montar una red con 900 equipos. Para poder direccionarla, una direcci´n de clase C (254 hosts) ser´ insuficiente, pero usar una de clase B (65536 hosts) o ıa implicar´ desperdiciar miles de direcciones utiles. Esta situaci´n se dio mucho, pues redes ıa ´ o de tama˜o medio se ve´ obligadas a pedir una direcci´n 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 soluci´n a este problema: b´sicamente consiste en la asociaci´n o o a o de varias direcciones consecutivas (normalmente de clase C) para formar una especie de ”super-red”(en contraposici´n 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 direcci´n 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 direcci´n acaba con los bits 00; de esta forma, las tres direcciones o siguientes acabar´n en 01, 10 y 11, pero el resto del campo de red ser´ exactamente igual a a al de la primera direcci´n. o Figura 3.3: Ejemplo de supernetting Como puede verse, el supernetting tiene una restricci´n: 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
  31. 31. Redes de Telecomunicaci´n 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 fusi´n 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 direcci´n, la m´scara. o a • Los protocolos de enrutamiento deben ser capaces de transportar las m˘ 00e1scaras. • Permite ajustar m´s el tama˜o de las redes al necesario, desaprovechando menos a n direcciones, gracias al uso de m´scaras de tama˜o variable. a n3.2.2. Otros esquemas de direccionamientoISO/NSAP Sus direcciones tienen longitud variable, hasta un m´ximo de 20 octetos. aX.121 Se usa en redes X.25. La direcci´n est´ compuesta por d´ o a ıgitos, no por octetos, hasta untama˜o 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.
  32. 32. Redes de Telecomunicaci´n o 31E.164 Propia de la red telef´nica actual. Se compone de un m´ximo de 15 d´ o a ıgitos, que se dividen entres campos. Cuando se usan estas direcciones para la interconexi´n de redes tienen el siguiente oformato: PA´ (3 d´ IS ıgitos) + C´digo de identificaci´n (entre 1 y 4 d´ o o ıgitos) + no de abonado (12-Xd´ ıgitos)F.69 Se usa en la red T´lex. eIPv6 ´ IPng (nueva generaci´n) o o Direcciones de 128 bits (16 octetos). Cada octeto se expresa como dos cifras en hexadecimaly cada cuatro cifras hexadecimales se separan por dos puntos (:). Ejemplo: 1234:5678:90AB:0000:FCB7:0000:0000:FFA7Si la direcci´n lleva dos puntos seguidos de otros dos (::), indica que la cantidad de cifras ohexadecimales que faltan son todos ceros en esa posici´n (4 ceros, 8 ceros, etc). Por ejemplo: o 1234:5678:90AB:0000:FCB7:0000:0000:FFA7En este caso vemos como nos faltar´ ocho ceros y los pondr´ ıa ıamos en la posicion de los :: comoen el primer ejemplo. No podr´ ıamos reemplazar los primeros cuatro ceros (negrita) a la vez quelos ultimos ocho poque no sabr´ ´ ıamos que cantidad de ceros ir´ en cada posici´n. 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 direcci´n de grupo pero con que llegue a uno del grupo es o suficiente.
  33. 33. Redes de Telecomunicaci´n o 323.3. Algunos ejemplos de funcionamiento de IPv43.3.1. M´quinas directamente accesibles a Supongamos la situaci´n de la figura 3.4 El equipo A no conoce la m´scara de B, s´lo su o a o Figura 3.4: EjemploIP. 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 ser´n de la forma que indica la figura 3.5: a Si ambos resultados no son id´nticos, 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
  34. 34. Redes de Telecomunicaci´n 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 accesibledirecci´n hardware (Ethernet MAC) que corresponde a una determinada direcci´n IP. Para ello o ose env´ un paquete (ARP request) a la direcci´n de multidifusi´n de la red (broadcast (MAC ıa o o= ff ff ff ff ff ff)) conteniendo la direcci´n IP por la que se pregunta, y se espera a que esa om´quina (u otra) responda (ARP reply) con la direcci´n Ethernet que le corresponde. Cada a om´quina mantiene una cach´ con las direcciones traducidas para reducir el retardo y la carga. a eARP permite a la direcci´n de Internet ser independiente de la direcci´n Ethernet, pero esto o osolo funciona si todas las m´quinas lo soportan. a3.3.2. Subnetting Supongamos el rango de direcciones definido por: 193.147.160.0/21. El n´mero total de udirecciones que tendremos disponible, teniendo en cuenta que hay que reservar dos para direcci´n ode red y la de difusi´n ser´ de: o a 232−21 − 2 = 2046 direcciones (3.4) Supongamos que nuestro objetivo es hacer 3 subredes de aproximadamente 1000 usuariosen 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 asoluci´n posible): o
  35. 35. Redes de Telecomunicaci´n o 34 Figura 3.7: Ejercicio 1 193.147.160.0/23 Dir de subred: 193.147.160.0 Dir de difusi´n: 193.147.161.255 oLa segunda de los mismos usuarios ser´ ıa: 193.147.162.0/23 Dir de subred: 193.147.162.0 Dir de difusi´n: 193.147.163.255 oY la tercera de 1024-2=1022 usuarios ser´ ıa: 193.147.164.0/23 Dir de subred: 193.147.164.0 Dir de difusi´n: 193.147.167.255 o En realidad a todas las subredes habr´ que quitarle un usuario m´s, ya que una de estas ıa adirecciones la tenemos que asignar a la interfaz del router con la que est´ conectada la subred. aNormalmente se toma la primera direcci´n del rango de la subred. Visto desde fuera de la red, otodas las subredes comparten los 21 primeros bits de la direcci´n IP. o3.3.3. Varios interfaces de red en una misma LAN Supongamos una LAN en la que tenemos, entre otros, 3 equipos llamados A, B y C. Lared se conecta a Internet mediante un router, y las m´scaras de los 3 equipos es la misma: a255.255.255.248 (29 bits a uno). Figura 3.8.
  36. 36. Redes de Telecomunicaci´n o 35 Figura 3.8: Ejercicio 2 En teor´ podr´ ıa, ıamos pensar que, estando en la misma red local, todos los equipos deber´ıanpoder comunicarse directamente a trav´s del nivel de enlace (estar ”directamente accesibles”). eAunque esto deber´ ser as´ lo cierto es que el uso de m´scaras puede hacer que no siempre sea ıa ı, aposible. En nuestro ejemplo, si A quiere enviar un datagrama a B o C, lo primero que har´ ser´ ıa ıacomprobar 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 aaccesibles. 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 ıandonde 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:
  37. 37. Redes de Telecomunicaci´n o 36 Direcci´n de subred y de difusi´n. o o ¿Cu´l es la mejor direcci´n de subred y m´scara que agrupe a las tres? a o a3.3.5. Difusi´n de mensajes o En este ejemplo, vemos c´mo el ordenador A env´ un paquete a tres direcciones de difusi´n o ıa odistintas. En el caso de los paquetes enviados a 181.168.7.255 (la direcci´n de difusi´n de la o osubred), el paquete llega a todas las m´quinas de la subred. Es el mismo caso que con el paquete aenviado a 255.255.255.255 (la direcci´n de difusi´n general). En ambos casos, el router, al ver o oque 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 difusi´n ıo o El caso del paquete dirigido a 173.15.23.255 es diferente. El router, al ver que la direcci´n o
  38. 38. Redes de Telecomunicaci´n o 37de difusi´n no es la de la subred por la que le llega el paquete, decide reenviarlo. Tras viajar opor la red, llegar´ a la subred deseada. El mensaje ser´ recibido por todos los componentes de a ıadicha subred.
  39. 39. Cap´ ıtulo 4Integraci´n de redes o4.1. Introducci´n o Cuando se dise˜a una red de datos se desea sacar el m´ximo rendimiento de sus capacidades. n aPara conseguir esto, la red debe estar preparada para efectuar conexiones a trav´s de otras redes, esin importar qu´ caracter´ e ısticas posean. El objetivo de la Interconexi´n de Redes (internetworking) es dar un servicio de comunica- oci´n de datos que involucre diversas redes con diferentes tecnolog´ de forma transparente para o ıasel usuario. Este concepto hace que las cuestiones t´cnicas particulares de cada red puedan ser eignoradas al dise˜ar las aplicaciones que utilizar´n los usuarios de los servicios. n a Algunas de las ventajas que plantea la interconexi´n de redes de datos, son: o Compartici´n de recursos dispersos. o Coordinaci´n de tareas de diversos grupos de trabajo. o Reducci´n de costes, al utilizar recursos de otras redes. o Aumento de la cobertura geogr´fica. a Los dispositivos de interconexi´n de redes sirven para superar las limitaciones f´ o ısicas de loselementos 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 aredes. En este tema vamos a ver de qu´ forma podemos conectar redes heterog´neas, centr´ndonos e e afundamentalmente en las redes TCP-IP. 38
  40. 40. Redes de Telecomunicaci´n o 394.2. Ejemplo de integraci´n de redes con IPv4 o Supongamos que queremos comunicar dos m´quinas distantes. Como puede verse en la afigura 4.1, el circuito f´ ısico que hay entre ambas atraviesa redes de distinto tipo:Figura 4.1: Ejemplo de interconexi´n de una red heterog´nea. Nota: CNLP (Connection Less o eNet Protocol) Desde el punto de vista de los equipos que se comunican, lo m´s sencillo ser´ usar un a ıasolo protocolo com´n, sin que tuvieran que ”lidiar¸on los distintos tipos de redes que hay entre u cambos; 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 direcci´n IP y la direcci´n IP de o odestino, y ser´ el protocolo el que se preocupe de llevar los datos desde el origen al destino a atrav´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 resoluci´n e ode direcciones. En nuestro ejemplo, necesitar´ ıamos un m´todo mediante el cual el ordenador A efuera capaz de obtener la direcci´n X.25 del router R1 a partir de su IP; una vez en R1, que oencontrara la direcci´n ethernet del router R2; y finalmente, una vez en R2, que encontrara ola direcci´n CLNP del equipo B. Para ello se usa ARP, que funciona de la siguiente manera: oCuando un ordenador quiere enviar un paquete a una direcci´n IP de un router u otro PC de su omisma red, primero env´ un mensaje ARP (que es de difusi´n) preguntando a qu´ direcci´n de ıa o e onivel de enlace pertenece esa IP (direcci´n de nivel de red). El router correspondiente respon- oder´ indicando su MAC (su direcci´n de nivel de enlace). Algunos sistemas permiten el proceso a oinverso, obtener una IP a partir de una MAC.
  41. 41. Redes de Telecomunicaci´n o 404.3. 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 ir´n en cada datagrama, de modo que el tama˜o m´ a n ınimo de cada datagrama IP es de20 octetos. A continuaci´n vendr´ un campo opcional de tama˜o variable, y finalmente, si los o ıa nhubiera, los datos (tambi´n de tama˜o variable). Veamos una descripci´n detalla de cada uno e n ode los campos: Versi´n (4 bits): versi´n del protocolo. Para IPv4 aparecer´ un 4. o o a Logitud de la Cabecera (4 bits): indica, en grupos de 4 octetos, el tama˜o de la n cabecera IP (parte fija+opciones). Dado que el tama˜o 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
  42. 42. Redes de Telecomunicaci´n o 41 paquetes de VoIP (Voz sobre IP) requieren poco retardo pero importa poco que se pierdan algunos. De esta forma, los routers dar´n prioridad a los paquetes VoIP pero los desechar´n a a si tienen que hacerlos esperar demasiado. Longitud total del paquete (16 bits): indica, en n´mero de octetos, el tama˜o total del u n datagrama IP, incluyendo cabecera y datos. Sirve para que el nivel IP del destino sea capaz de descartar el relleno a˜adido 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 fragmentaci´n de los paquetes, y se describen con o detenimiento en el apartado de Fragmentaci´n 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. a4.3.1. Fragmentaci´n de paquetes IPv4 o Dado que los paquetes IP pueden atravesar redes de muy distinto tipo, cada una con untama˜o m´ximo de paquete, a menudo ocurre que el tama˜o del paquete IP a enviar es de- n a nmasiado grande y hay que dividirlo en trozos m´s peque˜os antes de pasarlo al nivel inferior. a nEsto es lo que se conoce como ”fragmentaci´n de paquetes”. Es evidente que en el receptor, los opaquetes deber´ volver a unirse hasta obtener los paquetes IP originales, en lo que se denomina ıan”reensamblado”. Veamos un primer ejemplo sencillo de fragmentaci´n: supongamos que el router A quiere oenviarle al router B un paquete IP que contiene 3980 Bytes (octetos) m´s los 20 Bytes de cabecera ay que nuestro nivel inferior acepta datagramas de, como m´ximo, 1500 Bytes. Figura 4.3. a
  43. 43. Redes de Telecomunicaci´n o 42 Figura 4.3: Ejemplo de fragmentaci´n o El router A divide los 3980 Bytes de datos en 3 fragmentos, cada uno con un tama˜o nm´ximo de 1480 Bytes. De esta forma obtenemos 2 paquetes de 20+1480=1500 Bytes y uno de a20+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 tama˜o 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 a˜adir la cabecera IP no superemos los 1500 Bytes. n Si sumamos, todos los Bytes finales, incluidas las cabeceras, vemos que el tama˜o total se n ve incrementado, ya que cada nuevo fragmento a˜ade una nueva cabecera. n Es importante observar que la fragmentaci´n de un paquete puede darse en cualquier parte odel ”camino”que siguen los paquetes desde el emisor hasta el receptor, pero el reensamblado s´lo ose efect´a en el receptor. u El protocolo IPv4 implementa un sistema para controlar la fragmentaci´n y el reensambla- odo. Para ello, como vimos en el apartado anterior, hay varios campos en la cabecera de tododatagrama IP que se encargan de controlar la fragmentaci´n, y que ser´n de vital importancia o aa la hora del reensamblado. Figura 4.4.

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