Bloque IV: El nivel de red Tema 10: Enrutamiento IP ... - QueGrande

Bloque IV: El nivel de redTema 10: Enrutamiento IP básico

Índice• Bloque IV: El nivel de red– Tema 10: Enrutamiento IP básico• Introducción• Tabla de enrutamiento• Algoritmo de enrutamiento• Direcciones IP privadas• NAT y DHCP• Ejemplo resumen• Referencias– Capítulo 4 de “Redes de Computadores: Un enfoquedescendente basdado en Internet”. James F. Kurose, KeithW. Ross. Addison Wesley, 2ª edición. 2003.– Capítulos 3 y 9 de “TCP/IP Illustrated, Volume 1: TheProtocols”, W. Richard Stevens, Addison Wesley, 1994.RC - Bloque IV - Tema 102

Introducción• Algoritmo general de enrutamiento:– Si el destino está directamente conectado a la máquina (p.e.enlace punto a punto) o en una red compartida (p.e.Ethernet/Token Ring), se envía el datagrama IP directamente aldestino.– En caso contrario: la máquina envía el datagrama a un router pordefecto, y deja que este router entregue el datagrama al destino.• El nivel IP se puede configurar de dos formas:– para actuar como host.– para actuar como router.• El algoritmo de enrutamiento debe valer para poder ser utilizado porlas dos posibles configuraciones. Cuando IP recibe un paquete:– Si el destino es la propia máquina o una dirección de broadcast,entonces se pasa a la capa de transporte correspondiente.– Sino:• Si la máquina está configurada para actuar como router,entonces encamina el paquete• Sino el paquete se descartaRC - Bloque IV - Tema 103

Tabla de enrutamiento• La capa IP tiene una tabla de enrutamiento en memoria. Cada entrada de latabla de enrutamiento contiene las siguientes informaciones:– Dirección IP de destino: Puede ser un host (host ID != 0) o una dirección dered (host ID =0).– Dirección IP del siguiente router o la dirección IP de una red conectadadirectamente. A el/ella se envían las datagramas para su posterior reenvío.– Flags:• Host: indica si la dirección IP de destino es de una red o de un host.• Gateway: indica si el siguiente router es realmente un router o unainterfaz conectada directamente.– Especificación de la interfaz de red a la que se debe pasar el datagramapara su envío.• El enrutamiento en IP se hace salto a salto:– IP no conoce cuál es la ruta completa al destino final de un datagrama.– Sabe cuál es el siguiente router en el camino de un datagrama.– El siguiente router está directamente conectado a la máquina que envía eldatagrama.Destino Gateway Flags Interfaz Tabla deenrutamientoRC - Bloque IV - Tema 104

Algoritmo de enrutamiento1. Se busca en una tabla de enrutamiento una entrada que secorresponda con la dirección completa IP de destino (ID de red + ID de“host”).– Si se encuentra, se envía el paquete al siguiente router indicado oa la interfaz conectada directamente (depende del flag).2. Se busca en la tabla de enrutamiento una entrada que se correspondasólo con el ID de red de destino.– Si se encuentra, se envía el paquete al siguiente router indicado oa la interfaz conectada directamente (depende del flag).– Esto permite que todos los hosts de una red (ej: una red ethernetlocal) se gestionen con una sola entrada en la tabla deenrutamiento.3. Se busca en la tabla de enrutamiento una entrada “default” (pordefecto). Si se encuentra, se envía el paquete al “router” indicado.4. Si ninguno de los pasos anteriores tiene éxito, se genera el error “hosto red inalcanzable”. Ha sido imposible entregar el datagrama.RC - Bloque IV - Tema 105

Enrutamiento IP básico• Tabla de enrutamiento de un host aislado:Destino Gateway Flags Interfaz127.0.0.1 ---- Host Gateway lo0• Tabla de enrutamiento de un host conectado a unaLAN:Destino Gateway Flags Interfaz127.0.0.1 ---- Host Gateway lo0173.197.0.0 ---- Host Gateway le0IP: 173.197.45.10 IP: 173.197.24.1 IP: 173.197.15.4 IP: 173.197.0.8LAN A - 173.197.0.0RC - Bloque IV - Tema 106

Enrutamiento IP básico• Tabla de enrutamiento de un host conectado a unaLAN (alternativa):Destino Gateway Flags Interfaz127.0.0.1 ---- Host Gateway lo0173.197.24.1 ---- Host Gateway le0173.197.15.4 ---- Host Gateway le0173.197.0.8 ---- Host Gateway le0IP: 173.197.45.10 IP: 173.197.24.1 IP: 173.197.15.4 IP: 173.197.0.8LAN A - 173.197.0.0RC - Bloque IV - Tema 107

Enrutamiento IP básico• Tabla de enrutamiento de un host conectado a unared de área local con conexión a Internet a través deun router:Destino Gateway Flags Interfaz127.0.0.1 ---- Host Gateway lo0173.197.0.0 ---- Host Gateway le0default 173.197.1.1 Host Gateway le0IP: 173.197.45.10 IP: 173.197.24.1 IP: 173.197.15.4 IP: 173.197.0.8LAN A - 173.197.0.0IP: 173.197.1.1InternetRC - Bloque IV - Tema 108

Enrutamiento IP básicoEjemplo: Conexión de dos LANsmediante una línea serie

Enrutamiento IP básico: EjemploLAN A173.197.0.0Destino Gateway Flags Interfaz127.0.0.1 ---- H G lo0210.53.23.0 ---- H G le1192.168.1.1 ---- H G le0173.197.0.0 192.168.1.1 H G le0RALAN B210.53.23.0173.197.15.10le0173.197.1.1le1192.168.1.1RED192.168.1.0210.53.23.10173.197.24.1192.168.1.2le0le1210.53.23.1210.53.23.55RC - Bloque IV - Tema 10RB11

Enrutamiento IP básico: EjemploDestino Gateway Flags Interfaz127.0.0.1 ---- H G lo0173.197.0.0 ---- H G le1default 173.197.1.1 H G le1LAN A173.197.0.0RALAN B210.53.23.0173.197.15.10le0173.197.1.1le1192.168.1.1RED192.168.1.0210.53.23.10173.197.24.1192.168.1.2le0le1210.53.23.1210.53.23.55RC - Bloque IV - Tema 10RB12

Direcciones privadas• En el caso anterior, las direcciones utilizadas para lalínea serie entre RA y RB no son conocidas por loshosts. ¿Para qué malgastar direcciones IP públicas? Se utilizan IPs privadas• Direcciones IP reservadas y privadas (RFC 1918):– 10.0.0.0: privado– 172.16.0.0 – 172.31.0.0: privado– 192.168.0.0 – 192.168.255.0: privado– 128.0.0.0, 192.0.0.0, 224.0.0.0: reservado (iniciodel rango de las direcciones clase B, C y D).– 127.0.0.0, 191.255.0.0: reservado (fin direccionesclase A y B).– 240.0.0.0 – 255.255.255.254: reservado (clase E)RC - Bloque IV - Tema 1013

Direcciones privadas• Red privada A, utilizando unadirección privada.LAN A172.25.0.0• Red privada B, utilizando unadirección pública.LAN B173.197.0.0172.25.25.15173.197.15.10172.25.63.5173.197.24.1RC - Bloque IV - Tema 1014

Direcciones privadas152.21.9.4173.197.24.1LAN A172.25.0.0InternetLAN B173.197.0.0172.25.25.15le0172.25.1.1NATRANAT 173.197.1.1RBle0173.197.15.10173.197.24.1172.25.63.5RC - Bloque IV - Tema 1015

NAT• Network Address Translation: Consiste en modificar la dirección IP origen y/o destino deun datagrama IP al pasar a través de un router o firewall:– Normalmente se utiliza para permitir a múltiples máquinas en una red privada accedera Internet usando una única dirección IP pública.• Firewall: dispositivo configurado para permitir, denegar o actuar de intermediario en lascomunicaciones de una red.– Puede ser hardware o software– Permite controlar el tráfico entre redes de diferentes zonas de confianza.– Normalmente, separa una red interna (intranet: alto nivel de confianza) de una redexterna (Internet: confianza nula), evitando accesos irregulares a la red interna.– También se utiliza para crear una DMZ.• DMZ (DeMilitarized Zone): parte de una red que sitúa entre la red interna de unaorganización y una red externa (p.e. Internet).– Se permiten las conexiones desde las redes externa e interna al DMZ.– Desde el DMZ sólo se permiten las conexiones a la red externa Esto protege la redinterna en caso de que una máquina de la DMZ sea comprometida.– En la DMZ se incluyen todos los servidores accesibles desde el exterior: servidor Web,correo electrónico, DNS, …RC - Bloque IV - Tema 1016

NAT• Configuración típica:– La red interna utiliza una dirección IP privada.– El router de la red tiene una interfaz con IP privada (conectada a la redinterna) y otra interfaz con IP pública (conectada a Internet).– El router se encarga de realizar NAT:• Para el tráfico saliente modifica la dirección IP origen privada por unadirección IP pública.• El router debe almacenar la información básica para cada conexión(dirección IP + puerto destino, dirección IP + puerto interno)• Cuando se recibe la respuesta el router debe modificar la IP destino(pública) por la privada que corresponda.– Desde Internet parece que la comunicación se está realizandodirectamente con el router.• Tipos de NAT:– NAPT (Network Address Port Translation): múltiples máquinas compartenuna única dirección IP pública.• La traducción se realiza mapeando números de puerto.– Basic NAT (o NAT estático o NAT 1 a 1): sólo se realiza el mapeo dedirecciones IP.• Cada dirección IP privada tiene asignada una dirección IP pública.RC - Bloque IV - Tema 1017

NAPTwww.google.com209.85.129.99LAN A172.25.0.0Internet200.199.198.197172.25.25.15172.25.1.1NATRAIP O172.25.25.15IP D209.85.129.99Puerto O12345Puerto D80Datos172.25.63.5RC - Bloque IV - Tema 1018

NAPTIP D209.85.129.99Puerto D80IP O172.25.25.15Puerto O12345Puerto O’30123www.google.com209.85.129.99LAN A172.25.0.0Internet200.19.18.17172.25.25.15172.25.1.1NATRAIP O200.19.18.17IP D209.85.129.99Puerto O30123Puerto D80Datos172.25.63.5RC - Bloque IV - Tema 1019

NAPTIP D209.85.129.99Puerto D80IP O172.25.25.15Puerto O12345Puerto O’30123www.google.com209.85.129.99LAN A172.25.0.0Internet200.19.18.17172.25.25.15172.25.1.1NATRAIP O209.85.129.99IP D200.19.18.17Puerto O80Puerto D30123Datos172.25.63.5IP O209.85.129.99IP D172.25.25.15Puerto O80Puerto D12345DatosRC - Bloque IV - Tema 1020

NAT• Ventajas:– Seguridad – No se permiten conexiones bidireccionales: unamáquina interna debe iniciar la conexión con una máquinade Internet Evita conexiones maliciosas desde el exterior.– Solución para la escasez de direcciones IPv4:• Utilizar direcciones IP públicas sólo para máquinas querequieran conexión bidireccional a Internet.• Direcciones privadas para las máquinas que sólo seconectan a Internet.• Inconvenientes:– No existe una conectividad extremo a extremo real:• Limita la utilización de algunos protocolos de la capa deaplicación envían información sobre direcciones IP enlos datos de la aplicación (p.e. FTP activo, SIP, IPSec,…)• Desarrollo de gateways de aplicaciones específicos paraestos casos (p.e. FTP pasivo)– Reduce la necesidad de IPv6RC - Bloque IV - Tema 1021

DHCP• Dynamic Host Configuration Protocol: permite asignar direcciones IPdinámicamente a los hosts:– Las direcciones IP se asignan durante un tiempo limitado (desde horas adías), después es necesario renovarlas.– También incluye otros parámetros como máscaras de subred, router pordefecto (antes se utilizaba ICMP o BOOTP) y servidores DNS.• Se basa en el modelo cliente-servidor– Cliente DHCP: cualquier máquina “nueva” en la red que se esté iniciando ynecesite una configuración de red– Servidor DHCP: garantiza que todas las direcciones IP son únicas (durantesu tiempo de vida).• Métodos de asignación de direcciones:– Estática o manual: se asigna una dirección IP a una máquina concreta (enbase a su dirección MAC). Evita que se conecten clientes no identificados.– Automática: asigna una dirección IP permanente a una máquina.– Dinámica: se utiliza un rango de direcciones IP y cada ordenador de la redestá configurada para solicitar su dirección IP al iniciarse la interfaz.• Permite la reutilización dinámica de las direcciones IP.• Facilita la instalación de nuevas máquinas en la red.RC - Bloque IV - Tema 1022

DHCP: Funcionamiento• Modelo cliente-servidor basado en UDP– Puerto 67 para el servidor y puerto 68 para el cliente.• Mensajes DHCP: el cliente incluye un identificador de transacción en elmensaje de descubrimiento, que deberá ser repetido en los siguientes.– Discovery: mensaje difundido en la red por el cliente paradescubrir el/los servidores DHCP.• Envía un mensaje UDP a la dirección de broadcast255.255.255.255.– Offer: mensaje que contiene la dirección IP que el servidor ofreceal cliente DHCP.• Incluye la dirección MAC del cliente, la IP ofertada, la máscara,el tiempo de validez y la dirección del servidor.– Request: el cliente seleccionará una dirección de las ofertadas.• En caso de existir varios servidores, se indica el servidor delque se acepta la oferta.– Acknowledgement: el servidor confirma la solicitud del cliente y leindica cualquier otra información solicitada por el cliente.RC - Bloque IV - Tema 1023

DHCP: FuncionamientoClienteDHCPDHCP DiscoveryDir. IP 0.0.0.0Id. transacción: 1234ServidorDHCP(192.168.1.1)Cabecera IPCabecera UDPIP O192.168.1.1IP D255.255.255.255Puerto O67Puerto D68DHCPDHCP OfferDir. IP 192.168.1.10Id. transacción: 1234Servidor DHCP: 192.168.1.1Tiempo de vida: 3600 segsRC - Bloque IV - Tema 1025

DHCP: FuncionamientoClienteDHCPDHCP DiscoveryDir. IP 0.0.0.0Id. transacción: 1234DHCP OfferDir. IP 192.168.1.10Id. transacción: 1234Servidor DHCP: 192.168.1.1Tiempo de vida: 3600 segsServidorDHCP(192.168.1.1)Cabecera IPIP OIP D0.0.0.0 255.255.255.255Cabecera UDPPuerto O Puerto D68 67DHCPDHCP RequestDir. IP 192.168.1.10Id. transacción: 1234Servidor DHCP: 192.168.1.1Tiempo de vida: 3600 segsRC - Bloque IV - Tema 1026

Enrutamiento IP básicoEjemplo resumen

Enrutamiento básico: Ejemplo resumenLAN A173.197.0.0Destino Gateway Flags Interfaz127.0.0.1 ---- H G lo0173.197.0.0 ---- H G le0153.63.0.0 ---- H G le1default 153.63.1.2 H G le1LAN B153.63.0.0LAN C210.53.23.0173.197.15.10RA153.63.10.23RB210.53.23.10le0173.197.1.1173.197.24.1RC - Bloque IV - Tema 10153.63.1.1 le0le1le1153.63.1.2210.53.23.1le2192.168.1.1153.63.4.1192.168.1.2Internet210.53.23.5529

Enrutamiento básico: Ejemplo resumenLAN A173.197.0.0Destino Gateway Flags Interfaz127.0.0.1 ---- H G lo0153.63.0.0 ---- H G le0210.53.23.0 ---- H G le1192.168.1.2 ---- H G le2default 192.168.1.2 H G le2173.197.0.0 153.63.1.1 LAN B H G LAN le0 C153.63.0.0210.53.23.0173.197.15.10RA153.63.10.23RB210.53.23.10le0173.197.1.1173.197.24.1RC - Bloque IV - Tema 10153.63.1.1 le0le1le1153.63.1.2210.53.23.1le2192.168.1.1153.63.4.1192.168.1.2Internet210.53.23.5530

Enrutamiento básico: Ejemplo resumen• 173.197.15.10 envía un datagrama a 173.197.24.1:– El nivel de red de 173.197.15.10 recibe undatagrama, con destino 173.197.24.1– Algoritmo de enrutamiento (tabla deenrutamiento): 173.197.0.0 Directamenteconectada– El datagrama se envía al nivel de enlace (p.e.Ethernet), que consigue la dirección Ethernet dedestino utilizando ARP.RC - Bloque IV - Tema 1031

Enrutamiento básico: Ejemplo resumenEthernet DEth(173.197.24.1)Ethernet OEth(173.197.15.10)IP D173.197.24.1IP O173.197.15.10DatosLAN A173.197.0.0LAN B153.63.0.0LAN C210.53.23.0173.197.15.10RA153.63.10.23RB210.53.23.10le0173.197.1.1173.197.24.1RC - Bloque IV - Tema 10153.63.1.1 le0le1le1153.63.1.2210.53.23.1le2192.168.1.1153.63.4.1192.168.1.2Internet210.53.23.5532

Enrutamiento básico: Ejemplo resumen• 173.197.15.10 envía un datagrama a 156.95.76.53(paso 1):– El nivel de red de 173.197.15.10 recibe undatagrama, con destino 156.95.76.53.– Algoritmo de enrutamiento (tabla deenrutamiento): default 173.197.1.1– El datagrama se envía al nivel de enlace, con ladirección Ethernet de destino de 173.197.1.1 (ydirección IP destino 156.95.76.53).RC - Bloque IV - Tema 1033

Enrutamiento básico: Ejemplo resumenEthernet DEth(173.197.1.1)Ethernet OEth(173.197.15.10)IP D156.95.76.53IP O173.197.15.10DatosLAN A173.197.0.0LAN B153.63.0.0LAN C210.53.23.0173.197.15.10RA153.63.10.23RB210.53.23.10le0173.197.1.1173.197.24.1RC - Bloque IV - Tema 10153.63.1.1 le0le1le1153.63.1.2210.53.23.1le2192.168.1.1153.63.4.1192.168.1.2Internet210.53.23.5534

Enrutamiento básico: Ejemplo resumen• 173.197.15.10 envía un datagrama a 156.95.76.53(paso 2):– El nivel de red de 173.197.1.1 (RA) recibe undatagrama, con destino 156.95.76.53.– Algoritmo de enrutamiento (tabla deenrutamiento): default 153.63.1.2– El datagrama se envía al nivel de enlace, con ladirección Ethernet de destino de 153.63.1.2 (ydirección IP destino 156.95.76.53).RC - Bloque IV - Tema 1035

Enrutamiento básico: Ejemplo resumenEthernet DEth(153.63.1.2)Ethernet OEth(153.63.1.1)IP D156.95.76.53IP O173.197.15.10DatosLAN A173.197.0.0LAN B153.63.0.0LAN C210.53.23.0173.197.15.10RA153.63.10.23RB210.53.23.10le0173.197.1.1173.197.24.1RC - Bloque IV - Tema 10153.63.1.1 le0le1le1153.63.1.2210.53.23.1le2192.168.1.1153.63.4.1192.168.1.2Internet210.53.23.5536

Enrutamiento básico: Ejemplo resumen• 173.197.15.10 envía un datagrama a 156.95.76.53(paso 3):– El nivel de red de 153.63.1.2 (RB) recibe undatagrama, con destino 156.95.76.53.– Algoritmo de enrutamiento (tabla deenrutamiento): default 192.68.1.2– El datagrama se envía al nivel de enlace, con ladirección Ethernet de destino de 192.68.1.2 (ydirección IP destino 156.95.76.53).RC - Bloque IV - Tema 1037

Enrutamiento básico: Ejemplo resumenEthernet DEth(192.168.1.2)Ethernet OEth(192.168.1.1)IP D156.95.76.53IP O173.197.15.10DatosLAN A173.197.0.0LAN B153.63.0.0LAN C210.53.23.0173.197.15.10RA153.63.10.23RB210.53.23.10le0173.197.1.1173.197.24.1RC - Bloque IV - Tema 10153.63.1.1 le0le1le1153.63.1.2210.53.23.1le2192.168.1.1153.63.4.1192.168.1.2Internet210.53.23.5538