Direcciones IP
Una dirección IP es una dirección usada con el fin de identificar de manera única un dispositivo en una red IP. La dirección se compone de 32 bits binarios, que pueden ser divisibles en, una parte de red y una porción host, con la ayuda de una máscara de subred. Los 32 bits binarios se dividen en cuatro octetos (1 octeto = 8 bits). Cada octeto se convierte a decimal y separados por un punto (punto). Por esta razón, una dirección IP se expresa en formato decimal con puntos (por ejemplo,172.16.81.100). El valor en cada octeto varía de 0 a 255 en decimal, o 00000000-11.111.111 en binario.
Estos octetos se descomponen para proporcionar un esquema de direccionamiento que se puede acomodar a las redes grandes y pequeñas. Hay cinco clases diferentes de redes, de A a E. Este documento se centra en abordar las clases A a C, ya que las clases D y E están reservadas y la discusión de las mismas está más allá del alcance de este documento.
Nota: También tenga en cuenta que los términos “Clase A, Clase B y así sucesivamente” se utilizan en este documento para ayudar a facilitar la comprensión de direccionamiento y las subredes IP. Estos términos son raramente utilizados en la industria más debido a la introducción de enrutamiento sin clases entre dominios (CIDR), aunque CIDR está más allá del alcance de este documento. Dada una dirección IP, su clase se puede determinar a partir de los tres bits de orden superior. La siguiente figura muestra el significado de los tres bits de orden superior y el rango de direcciones que caen en cada clase. Para fines informativos, también se muestran las direcciones de clase D y clase E.
Dada una dirección IP y la máscara de red, determinar la red IP y la IP de difusión
Máscaras de red
Una máscara de red le ayuda a saber qué parte de la dirección identifica la red y qué parte de la dirección identifica el nodo. Clase A, las redes B y C tienen máscaras por defecto, también conocidas como máscaras naturales, como se muestra aquí:
Una dirección IP en una red de clase A que no ha sido dividida en subredes tendría una dirección y máscara similar a: 8.20.15.1 255.0.0.0.
Para ver cómo la máscara ayuda a identificar las partes de la red y el nodo de la dirección, convertimos la dirección y la máscara de números binarios.
8.20.15.1 = 00001000.00010100.00001111.00000001
255.0.0.0 = 11111111.00000000.00000000.00000000
Una vez que tenga la dirección y la máscara representado en binario, a continuación, identificar la red e ID de host es más fácil.
La división en subredes
La división en subredes permite crear múltiples redes lógicas que existen dentro de una única red de clase A, B o C
Cada uno de los enlaces de datos en una red debe tener un identificador de red único. Si se divide una red (Clase A, B, o C) en subredes más pequeñas, que le permite crear una red de subredes interconectadas. Cada enlace de datos en esta red tendría entonces un ID de red / subred única.
Para dividir una red (subnetting), extendemos la máscara natural utilizando algunos de los bits de la parte de ID de host de la dirección para crear un ID de sub-red. Por ejemplo, dada una red de clase C de 204.17.5.0, que tiene una máscara natural de 255.255.255.0, se puede crear subredes de esta manera:
Al extender la máscara para ser 255.255.255.224, que ha tomado tres bits (indicados por “sub”) a partir de la porción de host original de la dirección y los utiliza para hacer subredes. Con estos tres bits, es posible crear ocho subredes. Con los cinco bits de ID de host restantes, cada subred puede tener hasta 32 direcciones de host, 30 de los cuales en realidad se pueden asignar a un dispositivo ya que los identificadores de host de todos ceros o todos unos no se les permite (es muy importante recordar esto). Por lo tanto, con esto en mente, se han creado estas subredes.
Nota: Hay dos maneras para representar estas máscaras. En primer lugar, dado que está utilizando tres bits más que la máscara Clase C “natural”, puede referirse a estas direcciones como tener una máscara de subred de 3 bits. O, en segundo lugar, la máscara de 255.255.255.224 también puede ser representada como / 27 ya que hay 27 bits que se establecen en la máscara. Este segundo método se utiliza con CIDR. Con este método, una de estas redes se puede describir con la notación prefijo/ longitud. Por ejemplo, 204.17.5.32/27 representa la red 204.17.5.32 255.255.255.224.
El esquema de división en subredes de la red en esta sección permite ocho subredes, y la red podría aparecer como:
Observe que cada uno de los routers en la figura está unido a cuatro subredes, una sub-red es común a los dos routers. Además, cada router tiene una dirección IP para cada subred a la que está unida. Cada sub-red podría potencialmente soportar hasta 30 direcciones de host.
Esto nos lleva a un punto interesante. Cuantos más bits de host que utiliza una máscara de subred, más subredes podremos crear. Sin embargo,cuantas más subredes disponibles, menos direcciones de host disponibles por subred.
Por ejemplo, una red de clase C de 204.17.5.0 y una máscara de 255.255.255.224 (/ 27) le permite tener ocho subredes, cada una con 32 direcciones de host (30 de los cuales podrían ser asignados a los dispositivos). Si utiliza una máscara de 255.255.255.240 (/ 28), la descomposición es:
Desde ahora usted tiene cuatro bits para hacer subredes, es suficiente con cuatro bits de la izquierda para las direcciones host. Así que en este caso puede tener hasta 16 subredes, cada una de las cuales pueden tener hasta 16 direcciones de host (14 de los cuales se pueden asignar a los dispositivos).
Echad un vistazo a cómo podría dividirse en subredes de una red Clase B. Si usted tiene la red 172.16.0.0, entonces usted sabe que su máscara natural es 255.255.0.0 o 172.16.0.0/16. La extensión de la máscara a cualquier cosa más allá 255.255.0.0 significa que está haciendo subredes. Se puede ver rápidamente que usted tiene la capacidad de crear muchas más subredes con la red de clase C. Si utiliza una máscara de 255.255.248.0 (/ 21), ¿cuál es el número de subredes y hosts por subred que esto le permite?
Está utilizando cinco bits de los bits de host para las subredes originales. Esto le permite tener 32 subredes (2 ^ 5). Después de usar los cinco bits para subredes, se quedan con 11 bits de direcciones de host. Esto permite que cada subred de modo tenga 2048 direcciones de host (2 ^ 11), 2046 de los cuales podrían ser asignados a los dispositivos.
Nota: En el pasado, había limitaciones a la utilización de una subred 0 (todos los bits de subred se establecen en cero) y todos los subred (todos los bits de subred fijados a uno). Algunos dispositivos no permitirían el uso de estas subredes. los dispositivos de Cisco Systems permiten el uso de estas subredes cuando se configura.
Una dirección de difusión (broadcast) es una dirección IP que se dirige a todos los sistemas en una subred específica en lugar de los hosts individuales. La dirección de difusión de cualquier dirección IP puede ser calculada tomando el complemento bit de la máscara de subred, a veces referido como la máscara inversa y, a continuación, aplicar con un OR de cálculo para la dirección IP en cuestión.
Ejemplo Math
Si un sistema tiene la dirección IP 192.168.12.220 y una máscara de red de 255.255.255.128, ¿cuál debe ser la dirección de difusión (broadcast) para el sistema? Para hacer este cálculo, convertimos todos los números en valores binarios. Recuerde que cualquiera de los dos valores en los que al menos un valor sea 1, el resultado será 1, de lo contrario el resultado es 0.
Dada una tabla de enrutamiento y una dirección IP de destino, identificar qué entrada de la tabla de enrutamiento coincidirá con la dirección IP de destino
Las tablas de rutas
Cada equipo que ejecuta TCP / IP toma decisiones de enrutamiento. La tabla de enrutamiento IP controla estas decisiones. Para mostrar la tabla de enrutamiento IP en equipos que ejecutan sistemas operativos Windows Server 2003, puede escribir “route print” en la línea de comandos.
La siguiente tabla muestra un ejemplo de una tabla de encaminamiento IP. Este ejemplo es para un equipo que ejecuta Windows Server 2003, Standard Edition con un 10 megabits por segundo (/ s Mbit) adaptador de red y la configuración siguiente:
Máscara de subred: 255.0.0.0
Puerta de enlace predeterminada: 10.0.0.1
La tabla de enrutamiento se construye automáticamente, basándose en la configuración TCP / IP actual del equipo. Cada ruta ocupa una sola línea en la tabla que se muestra. El ordenador busca en la tabla de enrutamiento la entrada que más se acerque a la dirección IP de destino.
El ordenador utiliza la ruta por defecto si no hay otra ruta de host o de la red coincide con la dirección de destino incluida en un datagrama IP. La ruta por defecto típicamente reenvía un datagrama IP (para el que no hay coincidencia o ruta local explícita) a una dirección de la pasarela que suele ser un router. En el ejemplo anterior, la ruta por defecto reenvía el datagrama a un router con una dirección de puerta de enlace es 10.0.0.1.
Debido a que el router que corresponde a la puerta de enlace predeterminada contiene información acerca de los identificadores de red de las otras subredes IP dentro del TCP grande / IP de Internet, reenvía el datagrama a otros routers hasta el datagrama finalmente se entrega a un router IP que está conectado al host de destino especificado o subred dentro de la red más grande.
Las siguientes secciones describen cada una de las columnas que se muestran en la tabla de enrutamiento IP: destino de red, máscara de red, puerta de enlace, interfaz y métrica.
Destino de red
El destino de red se utiliza con la máscara de red para que coincida con la dirección IP de destino. El destino de red puede variar desde 0.0.0.0 para la ruta predeterminada a través 255.255.255.255 para la difusión limitada, que es una dirección de difusión especial para todos los hosts en el mismo segmento de red.
Puerta de Enlace
La dirección de la entrada es la dirección IP que el host local utiliza para reenviar datagramas IP a otras redes IP. Esta es la dirección IP de un adaptador de red local o la dirección de IP de un enrutador de IP (tal como una puerta de enlace por defecto)
.
Interfaz
La interfaz es la dirección IP que está configurada en el equipo local para el adaptador de red local que se utiliza cuando un datagrama IP se reenvía en la red.
Métricz
Una métrica indica el coste de una ruta, que es típicamente el número de saltos hasta el destino IP. Cualquier cosa en la subred local es un salto, y cada router cruzado después de eso es un salto adicional. Si hay varias rutas para el mismo destino con diferentes métricas, se selecciona la ruta con la métrica más baja.
Explicar el propósito y la funcionalidad de los protocolos de enrutamiento
Los protocolos de enrutamiento
Un protocolo de enrutamiento es un conjunto de reglas o estándar que determina cómo los routers en una red se comunican e intercambian información entre sí, lo que les permite seleccionar las mejores rutas a una red remota. Cada router tiene conocimiento de prioridad única de las redes conectados a él directamente. Un router que ejecuta acciones protocolo de enrutamiento comparte esta información en primer lugar, entre los vecinos inmediatos, y a continuación, a través de toda la red. De esta manera, los routers pueden adquirir una visión de la topología de la red.
Los protocolos de enrutamiento realizan varias actividades, entre ellas:
Deteccion de redes
Actualizar y mantener tablas de enrutamiento
El router que se encuentra en la base de una red mantiene una tabla de enrutamiento, que es una lista de las redes y las posibles rutas conocidas por el router. La tabla de enrutamiento incluye direcciones de red para sus propias interfaces, que son las redes conectadas directamente, así como direcciones de red para redes remotas. Una red remota es una red que sólo puede ser alcanzada tarvés de otro router.
Las redes remotas se agregan a la tabla de enrutamiento de dos maneras:
El administrador de red la configuración manual de las rutas estáticas.
Mediante la implementación de un protocolo de enrutamiento dinámico.
Los routers usan protocolos de enrutamiento dinámico para compartir información acerca de la accesibilidad y el estado de las redes remotas.
Protocolos de enrutamiento IP (dinámica)
Hay varios protocolos de enrutamiento dinámico de IP. Éstos son algunos de los protocolos más comunes para el encaminamiento de paquetes IP:
• RIP (Routing Information Protocol)
• IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
• EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
• OSPF (Open Shortest Path primero)
• IS-IS (Sistema Intermedio a Sistema Intermedio)
• BGP (Border Gateway Protocol
Ventajas de los protocolos de enrutamiento dinámico
• Actualización de los protocolos de enrutamiento dinámico y mantener las redes en sus tablas de enrutamiento.
• Los protocolos de enrutamiento dinámico no sólo hacen una mejor determinación de ruta a varias redes, que también determinará una nueva mejor ruta si la ruta inicial se convierte en inservible, o hay un cambio en la topología.
Los routers que usan protocolos de enrutamiento dinámico comparten de forma automática la información de enrutamiento con otros enrutadores y compensan cualquier cambio de topología sin la participación del administrador de la red.
Explicar el propósito de la fragmentación
¿Por qué ocurre la fragmentación?
La fragmentación ocurre cuando un datagrama IP de gran tamaño tiene que viajar a través de una red con una unidad de transmisión máxima (MTU) que es más pequeña que el tamaño de los datagramas IP. Si un datagrama IP es más grande de 1500 bytes (tamaño típico MTU) se envía en una red Ethernet, el datagrama debe ser fragmentado antes de ser colocado en la red. Los paquetes de red son ensamblados en el host receptor. La fragmentación puede ocurrir en cualquiera de los dos sitios, en el host de origen o en un enrutador intermedio.
Dado un fragmento, identificar qué información es necesaria para volver a montar
¿Cómo se vuelven a montar los paquetes?
Tenga en cuenta que con la fragmentación de IP, los paquetes no se vuelven a montar hasta que llegan a su destino final. Se vuelve a montar en la capa IP en el extremo receptor. Este es hacer la fragmentación y reensamblaje transparente a la capa de protocolo (TCP y UDP). Si uno de los paquetes se pierde, todo los paquetes necesitan ser transmitidos de nuevo. Los paquetes se vuelven a montar en el host receptor asociando cada fragmento con un número de identificación fragmento idéntico, o Identificación del frag para abreviar. El ID de frag es realmente una copia del campo ID (número de identificación IP) en la cabecera IP. Además de eso, cada fragmento debe llevar a su “posición” o “compensación” en el paquete original sin fragmentar. Así, el primer fragmento habrá un desplazamiento de 0, puesto que su asiento está en la primera fila y conteo se inicia desde 0. Cada fragmento también debe contar la longitud de los datos que lleva. Esto es como los compartimentos en un tren. Y, por último, cada fragmento debe marcar el bit MF (más fragmentos) si no es el último fragmento.
Fragmentar un paquete
Este es un ejemplo hipotético. Supongamos que queremos enviar un paquete ICMP de 110 bytes en una red con MTU de 40. Este es un diagrama del paquete original:
El paquete será fragmentado como se muestra a continuación.
Observe que el segundo paquete y los paquetes subsiguientes contiene cabecera IP que se copia del paquete original. No hay encabezados ICMP, excepto en el primer paquete. En pocas palabras, el paquete ICMP 110 está dividido en 5 paquetes, con longitudes totales de 40, 40, 40, 40 y 30 bytes cada uno. Los datos de ICMP se dividen en longitudes de 12, 20, 20, 20, y 10 bytes cada una.
Explicar el propósito de la funcionalidad TTL
TTL (Time-To-Live)
TTL puede ser implementado como un contador de marca de tiempo unido a o embebido en los datos. Una vez transcurrido el recuento de eventos prescritos o lapso de tiempo, se descartan datos. En las redes de computadoras, TTL evita que un paquete de datos pueda circular indefinidamente. En las aplicaciones de computación, TTL se utiliza para mejorar el rendimiento del almacenamiento en caché o para mejorar la privacidad.
En el marco del Protocolo de Internet, TTL es un campo de 8 bits. En la cabecera IPv4, TTL es el noveno octeto de 20. En el encabezado IPv6, es el octavo octeto de 40. El valor máximo TTL es 255, el valor máximo de un solo octeto. Un valor inicial recomendada es de 64.
El valor de tiempo de vida puede ser pensado como un límite superior en el momento en que un datagrama IP pueda existir en un sistema de Internet. El campo TTL es fijado por el emisor del datagrama, y reduce en cada router en la ruta hacia su destino. Si el campo TTL llega a cero antes de que el datagrama llega a su destino, entonces el datagrama es descartado y un datagrama de error ICMP (11 - Tiempo Excedido) es enviado de vuelta al remitente. El propósito del campo TTL es evitar una situación en la que no se puede entregar un datagrama sigua circulando por una red y llegando a ser inundad.
En teoría, bajo IPv4, tiempo para vivir se mide en segundos, aunque cada host que pasa el datagrama debe reducir la TTL por al menos una unidad. En la práctica, el campo TTL se reduce en uno con cada salto. Para reflejar esta práctica, el campo ahora en IPv6 se llama "límite de saltos" (hop limit).
Dado un paquete que atraviesa una topología, documentar los cambios de origen / destino de dirección IP / MAC de direcciones en cada salto
Paquete que atraviesa una topología
Si el host A quiere hablar al host B en la red y hay múltiples redes enrutadas entre los dos dispositivos, ¿se pueden describir los cambios en el paquete a medida que pasa a través de cada dispositivo de red?
He aquí un ejemplo de red y discutiremos el proceso del paquete que atraviesa la red a continuación.
El Host A intenta comunicarse con B (a través de una aplicación como un navegador). Esta podrá ser una conexión basada en un nombre DNS o una dirección IP. Si se trata de nombres DNS, se resuelve el nombre de host a una dirección IP o si no, se utilizará la dirección IP conocida en la ruta del explorador. El sistema operativo mira a ver si el host B está en su propia subred IP. Si fuera así, miraría en su caché ARP para ver si tiene una entrada para la dirección IP del Host B. Como el host B no está en su subred IP enviará el tráfico a su puerta de enlace predeterminada. El paquete no se destinará a la IP de la puerta de enlace predeterminada (en este caso IP del router A en la subred verde) pero se buscará en la caché ARP la dirección MAC de la puerta de enlace y el paquete se parecerá a esto cuando sale del Host A:
Src MAC = Host A
Dest MAC = Router A
Src IP = Host A
Dest IP = Host B
La puerta de enlace predeterminada recibirá el paquete y lo procesará ya que está destinado a él porque lleva su dirección MAC como destino. El router enviará el paquete al siguiente salto router dentro de la red (basado en rutas estáticas o rutas a través de los protocolos de enrutamiento) y el paquete se parecerá a la siguiente:
Src MAC = Router A
Dest MAC = Router B
Src IP = Host A
Dest IP = Host B
El router B recibirá el paquete y lo procesará ya que está destinado a él por su dirección MAC. Router B envía el paquete al siguiente salto router dentro de la red y el paquete se parecerá a la siguiente:
Src MAC = Router B
Dest MAC = Router C
Src IP = Host A
Dest IP = Host B
El router C recibirá el paquete y lo procesará ya que se destina a él por su dirección MAC. El router C verá que la IP de destino está en una subred conectada localmente y comprobará su caché ARP para la dirección MAC de la dirección IP del Host B. Si tiene una dirección MAC conocida lo enviará y si no, hará un ARP de la dirección IP para añadir la entrada a su tabla ARP. Una vez que se conoce la dirección MAC se enviará en el paquete que va a tener el siguiente aspecto:
Src MAC = Router C
Dest MAC = Host B
Src IP = Host A
Dest IP = Host B
IP versión 6
IPv6
El aumento del número de direcciones IP es una de las principales fuerzas detrás del desarrollo de IPv6. Utiliza una dirección de 128 bits, lo que significa que tenemos un máximo de 2128 direcciones disponibles, o 340,282,366,920,938,463,463,374,607,43
1768211456, o lo suficiente para dar múltiples direcciones IP a cada grano de arena en el planeta. Así que nuestro amable viejo IPv4 de 32 bits con puntos quads no hace todo el trabajo más. Estas IPs novedosas requieren ocho bloques delimitados por dos puntos hexadecimal de 16 bits. Así que no sólo son más largos, es que utilizan números y letras. A primera vista, estas enormes direcciones IPv6 se ven como código secreto impenetrable:
2001: 0db8: 3c4d: 0015: 0000: 0000: ABCD: EF12
Bajo IPv4 tenemos las viejas direcciones unicast, broadcast y multicast. En IPv6 tenemos unicast, multicast y anycast. Con IPv6 las direcciones de difusión (broadcast) ya no se usan, ya que se sustituyen con direccionamiento de multidifusión (multicast).
IPv6 Unicast
Esto es similar a la dirección unicast en IPv4 - una única dirección de identificación de una única interfaz. Hay cuatro tipos de direcciones unicast:
• Las direcciones unicast globales, que son la dirección convencionales, enrutables públicamente, al igual que las direcciones enrutables públicamente en IPv4.
• Las direcciones de enlace local, son similares a las direcciones privadas no enrutables en IPv4 ( 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16). Ellas no están destinadas a ser encaminadas, se limitan a un único segmento de red. Las direcciones de enlace local, significan que usted puede configurar fácilmente una LAN temporal, como para conferencias o reuniones, o configurar una pequeña red local permanente de manera fácil.
• Las direcciones locales únicas también están diseñadas para direccionamiento privado, con el añadido de ser único, de manera que la unión de dos subredes no causa colisiones de direcciones.
• Las direcciones especiales son direcciones de bucle (loopback), espacios IPv4-dirección asignada, y 6-a-4 direcciones para cruzar de una red IPv4 a una red IPv6.
Multicast
Multicast en IPv6 es similar a la antigua dirección de difusión IPv4 un paquete enviado a una dirección multicast y que es entregado a todas las interfaces en un grupo. La diferencia IPv6 es que está dirigido en lugar de molestar a cada host único en el segmento con broadcast, sólo los hosts que son miembros del grupo de multidifusión reciben los paquetes de multidifusión. IPv6 multicast se puede enrutar, y los routers no enviarán paquetes de multidifusión a menos que haya miembros de los grupos de multidifusión que transmita los paquetes. Cualquiera que haya sufrido alguna vez de tormentas de broadcast apreciarán esto.
Anycast
Una dirección anycast es una sola dirección asignada a varios nodos. Un paquete enviado a una dirección anycast se entrega al primer nodo disponible. Esta es una forma para proporcionar equilibrio de carga y conmutación automática por error.
Varios de los servidores raíz DNS utilizan una aplicación basada en anycast, que es realmente un unicast que comparte un esquema de direccionamiento. (Si bien hay sólo trece nombres de servidores raíz, el número total de servidores reales es considerablemente más grande, y están repartidos por todo el mundo.) La misma dirección IP se asigna a múltiples interfaces, y luego se necesitan entradas de varias tablas de enrutamiento para enrutarlo todo correctamente.
Las direcciones anycast IPv6 contienen campos que los identifican como "anycast", por lo que todo lo que necesita hacer es configurar las interfaces de red adecuadamente. El protocolo IPv6 en sí se encarga de conseguir los paquetes a sus destinos finales. Es mucho más fácil administrarlo que frente a unicast compartido (IPv4).
La disección de las direcciones IPv6
Vamos a echar otro vistazo a nuestra dirección IPv6 de ejemplo:
Esta dirección o prefijo identifica como una dirección unicast global. Consta de tres partes: el identificador de red, la subred, y el identificador de interfaz.
El prefijo de enrutamiento global proviene de un grupo que se le ha asignado, ya sea por asignación directa de un Registro Regional de Internet como APNIC, ARIN, o RIPE NCC, o más probablemente de su proveedor de servicios de Internet. El administrador de la red local controla los ID de subred y de interfaz.
Probablemente va a estar ejecutando redes IPv6 / IPv4 mixtas durante algún tiempo. Las direcciones IPv6 deben tener 128 bits. Por lo tanto, las direcciones IPv4 se representan así:
0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 192.168.1.25
Se requieren ocho bloques de 16 bits cada uno en una dirección IPv6. La dirección IPv4 ocupa 32 bits, por lo que es por eso que hay sólo siete bloques delimitados por dos puntos.
La dirección es localhost 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0001.
Naturalmente queremos atajos, ya que estos es largo y todos los ceros son simplemente inútiles. Los ceros iniciales pueden ser omitidos, y bloques contiguos de ceros pueden omitirse por completo, por lo que terminan con éstas:
2001: 0db8: 3c4d: 0015: 0: 0: ABCD: EF12
2001: 0db8: 3c4d: 0015 :: ABCD: EF12
:: :: 192.168.1.25
:: 1
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