1Conceptos Bsicos de RedesConceptos Bsicos de Redes

Juan C. AhrensJuan C. Ahrens

1984

ISO

A partir de esquemas:DECNETSNATCP/IP

Modelo OSIModelo OSI

2Conjunto de estndares que buscan:

Conjunto de estndares que buscan:

Mayor compatibilidad.

Mayor interoperabilidad entre los diversos tipos de tecnologa.

Mayor compatibilidad.

Mayor interoperabilidad entre los diversos tipos de tecnologa.

Modelo OSIModelo OSI

Modelo OSIModelo OSI

Aporte en cada Capa:Aporte en cada Capa:

3APLICACINPRESENTACIN

SESINTRANSPORTE

REDENLACE DE DATOS

FSICAENLACE DE DATOS

REDTRANSPORTE

SESINPRESENTACIN

APLICACIN

Modelo OSIModelo OSIProceso de Comunicacin:Proceso de Comunicacin:

FSICAENLACE DE DATOS

RED

TRANSPORTE

SESINPRESENTACIN

APLICACIN Procesos de red a las aplicacionesRepresentacin de datos

Comunicacin entre hosts

Conexiones de extremo a extremo

Direcciones y mejor ruta

Acceso al medio

Transmisin binaria

Modelo OSIModelo OSI

4En cada capadel modelo OSI

podemos encontrardispositivos o software

que operan en ese nivel:

Cada capadel modelo OSI

tiene una funcin especfica, definida por el mismo modelo:

Modelo OSIModelo OSI

Transmission Control Protocol / Internet Protocol

Transmission Control Protocol / Internet Protocol

5 Es el estndar abierto de Internet. Suite de protocolos desarrollada por una comunidad de investigadores nucleados en ARPANet

Es la denominacin tanto del modelocomo del conjunto de protocolos.

TCP e IP son slo dos protocolos de la familia,los dos ms utilizados y conocidos.

Es el estndar abierto de Internet. Suite de protocolos desarrollada por una comunidad de investigadores nucleados en ARPANet

Es la denominacin tanto del modelocomo del conjunto de protocolos.

TCP e IP son slo dos protocolos de la familia,los dos ms utilizados y conocidos.

TCP / IPTCP / IP

FSICAENLACE DE DATOS

RED

TRANSPORTE

SESINPRESENTACIN

APLICACIN

RED

INTERNET

TRANSPORTE

APLICACIN

Modelo TCP/IPModelo TCP/IPModelo OSIModelo OSI

ComparacinComparacin

6Modelo de DiseoModelo de Diseo

Ethernet/IEEE 802.3 Ethernet/IEEE 802.3

Caractersticas

Utiliza un medio compartido.

CSMA/CD para controlar el acceso al medio.

Transmitir cuando haya algo para transmitir.

Repetir la transmisin si sta falla un tiempo aleatorio despus.

CRC para evaluar el xito de la transmisin.

Transmisin asincrnica

Requiere sincronizarse (al comienzo de la trama).

Soporta mltiples protocolos

IP, IPX, DECNet o AppleTalk entre otros.

7Trama EthernetTrama Ethernet

PREAMBLE: 8 octetos compuestos por 0 y 1 intercalados utilizados

para sincronizar una trama.

DESTINATION ADDRESS: Direccin Ethernet hacia donde est

dirigida la trama.

SOURCE ADDRESS: Direccin Ethernet desde donde se origina la

trama.

TYPE: Indica el protocolo del nivel superior. Los cdigos estn

definidos en estndares.

DATA: Datos a transmitir. Debe superar los 46 bytes para que la trama

no sea considerada basura.

FRAME CHECK SEQUENCE (FCS): CRC de 32 bits que controla la

integridad de todos los campos excepto PREAMBLE.

Direcciones Ethernet Direcciones Ethernet

Caractersticas

Longitud de 6 bytes

Pueden ser unicast, multicast o broadcast.

Componentes

FLAGS: 2 bits que definen el tipo de direccin (unicast, multicast

o broadcast).

VENDOR ID: 22 bits en donde se encuentra el cdigo del

fabricante de la interfase Ethernet asociada a esa direccin.

VENDOR ADDRESS: 24 bits donde el fabricante numera cada una

de sus tarjetas.

FLAGS VENDOR ID VENDOR ADDRESS

8Sistemas Ethernet Sistemas Ethernet

HUBs (muy poco utilizados ya)

Mismo dominio de broadcast y mismo dominio de colisin.

Switches

Mismo dominio de broadcast y diferentes dominios de colisin.

VLAN.

Administracin de tablas MAC-Puerto.

Trunking (801.2Q)

Protocolo IPProtocolo IP

Origen

Desarrollado por el gobierno de EE.UU. en colaboracin con

varias Universidades como parte del proyecto de defensa DARPA.

Caractersticas del protocolo IP

Connectionless

No asegura que los paquetes enviados lleguen. Deja esta tarea a

layers superiores.

Maneja el ruteo de los paquetes en la red.

Direccionamiento jerrquico

Fragmentacin

Multiplexado de distintos protocolos de layer 3.

TOS (clase de servicio)

9Direcciones IPDirecciones IP Caractersticas

Se componen de 4 bytes u octetos (32 bits) (Ej. 10.0.34.125).

Lgicamente se componen de una direccin de red y una direccin de host en dicha red. La mscara define cuntos bits se dedican para cada parte.

Una mscara de n bits define un espacio de direccionamiento en una red de 2^(32-n) hosts.

La mscara se escribe indicando con 1 cuntos bits de la direccin le corresponden a la direccin de red. 255.255.255.0 es equivalente a escribir /24, 255.128.0.0 es equivalente a /9.

NETWORKADDRESS

HOSTADDRESS

n bits m bitsn+m=32

Clases

Histricamente se definieron rangos de direcciones con mscaras

fijas segn el valor del primer octeto:

Clase A: 8 bits de mscara. 1 a 126.

Clase B: 16 bits de mscara: 128 a 191.

Clase C: 24 bits de mscara: 192 a 223.

Clase D: Multicast. 224 a 239.

Clase E: Reservada. 240 a 247

Se defini que NIC (Network Information Center) asignara las

direcciones de la red global.

Se reservaron un rango de direcciones dentro de cada clase para

la asignacin de redes privada (sin conexin con Internet).

10.0.0.0 a 10.255.255.255 (1 Clase A).

172.16.0.0 a 172.31.255.255 (16 Clases B).

192.168.0.0 a 192.168.255.255 (256 Clases C ).

Direcciones IPDirecciones IP

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Sub RedesSub Redes

Subneting Las clases definidas originalmente resultaron muy grandes para

las redes existentes en la prctica, por lo tanto se determin que stas podan ser partidas por la mitad cuantas veces fuese necesario hasta conseguir una red del tamao adecuado para cada requerimiento.

Por ejemplo, una clase C (/24) se puede dividir en dos subnets /25 de 128 hosts cada una y una de stas se puede dividir en otras dos /26 de 64 hosts.

10.1.1.0 /24 = 10.1.1.0 /25 + 10.1.1.128 /25

10.1.1.128 /25 = 10.1.1.128 /26 + 10.1.1.192 /26

Direcciones reservadas La primer direccin y la ltima de una red se reservan para

direccin de red y broadcast respectivamente.

Address Resolution ProtocolAddress Resolution Protocol

Objetivo de ARP

Provee el mecanismo para asociar en forma dinmica una

direccin de enlace con una direccin de red conocida. Se utiliza

generalmente para asociar MAC con IP en redes Ethernet.

Caractersticas del protocolo

Soporta varios protocolos de red y protocolos de enlace.

Se distribuye por broadcast. Llega a todos los hosts en el mismo

dominio de broadcast.

ARP Cache

Ha medida que se van averiaguando tuplas IP-MAC las mismas se

almacenan temporariamente en una tabla ARP. Dicha tabla se va

purgando periodicamente y las consultas deben realizarse

nuevamente.

11

Paquete ARPPaquete ARP

HT Hardware type

PT Protocol type

OP Operation

HS Hardware size

PS Protocol size

Sender Hardware address

Sender Protocol address

Target Hardware address

Target Protocol address

DESTMAC

SRCMAC

TY

HT

PT

HS

PS

SEND.H. ADDR

SEND.P.ADDR

TARG.H.ADDR

TARG.P.ADDR

Ethernet ARP

OP

ARPARP Si la mquina .6 desea comunicarse con la .5 sigue los siguientes

pasos:

Se fija si conoce una MAC para 10.1.1.5

Si no la conoce, manda un paquete ARP pidindole a la mquina que

responda qu MAC posee.

Si existe la mquina en la misma red de broadcast, esta responde

indicando su MAC.

La respuesta de la .5 se almacena en la tabla ARP para futuro uso.

10.1.1.0 /24

.7.6.5

ARPARP

ARP

Reply

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Paquete IP

VERSION: Versin del protocolo. Actualmente slo circulan IPv4 y se

est expandiendo IPv6.

VERSION TYPE OF SERVICE TOTAL LEN (bytes)HEADERLEN

0 15 16 31

IDENTIFICATION FLAGS FRAGMENT OFFSET

TIME TO LIVE PROTOCOL HEADER CHECKSUM

SOURCE IP ADDRESS

DESTINATION IP ADDRESS

OPTIONS

DATA

20 bytes

Header IP HEADER LENGTH: Longitud total del header IP, includas las opciones, en

cantidad de palabras de 32 bits.

TYPE OF SERVICE: Clasificacin del tipo de servicio (aplicacin) al cual pertenecedel paquete. Este campo es analizado por los equipos intermediarios para tomardecisiones de prioridad o relacionadas con la calidad de servicio.

TOTAL LENGTH: Longitud total de todo el paquete, incluyendo los datos, en bytes. La longitud mxima es 65535. Utilizndolo en conjunto con el HEADER LEN se puede saber qu porcin del paquete corresponde al pay-load (datos).

De los 8 bits solamente se utilizan 4, de los cuales puede haber en 1 solamente

uno a la vez. Si todos los bits se encuentran en 0 el paquete es normal. El

significado de los bits es el siguiente:

0x10 - Minimize delay (TELNET, FTP control)

0x08 - Maximize throughput (FTP data)

0x04 - Maximize reliability (SNMP, IGP)

0x02 - Minimize monetary cost

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Cundo se produce la fragmentacin del payload de IP ?

IDENTIFICATION: Identifica unvocamente cada paquete enviado por un host. Normalmente su valor se incrementa en uno por cada paquete IP enviado.

Fragmentacin

FRAGMENTATION & FLAGS: En conjunto con el campo IDENTIFICATION

controla el orden de los paquetes en caso que haya fragmentacin del pay-load.

TIME TO LIVE (TTL): Lmite mnimo de routers que deben hacer un forward del paquete antes de descartarlo. Se utiliza para evitar congestionamiento en redes con loops a nivel IP. Por cada router que atraviesa, el valor de este campo se reduce en uno. Cuando llega a cero se descarta el paquete.

PROTOCOL: Indica qu protocolo de layer superior contiene el pay-load.

HEADER CHECKSUM: Corresponde a la suma en 16 bits con complemento a unode los bytes del header. El receptor del paquete utiliza este campo para ver sihubo errores en el envo. De haber un error, el paquete es descartado sin notificar. Es responsabilidad de las capas superiores gestionar la retransmisin.

SOURCE AND DESTINATION ADDRESS: Direcciones IP del origen y destino del

paquete.

Header IP

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Objetivo

Comunicar errores u otros eventos que requieran atencin.

Caractersticas

Los mensajes ICMP se mandan dentro de un paquete IP.

Se relacionan con eventos de IP o de layers superiores.

IP HEADER ICMP MESSAGE

20 BYTES

PAQUETE IP

ICMP

Ping Objetivo

Testear si desde un host se puede alcanzar otro.

Medir los tiempos de respuesta de la red.

Caractersticas

Un paquete ICMP echo-request es generado por la mquina que

desea probar la comunicacin IP.

Un paquete ICMP echo-reply es generado por la mquina que

recibe el paquete ICMP echo-request.

Posee un nmero de secuencia para identificar paquetes

duplicados y retardo en su recepcin.

Transportan un rea de datos que puede variar en su tamao.

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Traceroute

Objetivo

Determinar en forma aproximada la ruta que sigue un paquete

por una red IP.

Funcionamiento

El host origen genera paquetes UDP o ICMP echo-request con

distinto TTL (de 1 a 30 generalmente).

Los paquetes normalmente son ruteados hasta el destino o hasta

que el TTL llegue a 0, donde generar un ICMP TTL Expired. El

host origen registrar quin envi el mensaje ICMP contruyendo

as la ruta que recorre el paquete.

Si el host destino recibe el paquete responde un mensaje de error

(ya que no esperaba recibir dicho paquete) y este mensaje es

interpretado por el origen como el ltimo elemento en la ruta.

User Datagram Protocol

Caractersticas

Connectionless protocol. Los datos se transmiten sin un previo

acuerdo entre las partes.

No existe control sobre los paquetes enviados. Los errores de

transmisin deben resolverse a nivel aplicativo. Los paquetes

UDP pueden duplicarse, perderse o llegar en desorden.

Permite la transmisin a direcciones de broadcast.

Incorpora el concepto de puerto para multiplexar varias

conexiones independientes entre dos hosts.

Cada paquete no puede superar los 64 KB.

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Header UDP

SOURCE PORT: Puerto que origin el paquete.

DESTINATION PORT: Puerto destino del paquete.

MESSAGE LEN: Longitud en bytes paquete UDP, esto incluye el

tamao del header.

CHECKSUM: CRC calculado sobre un pseudo header IP, el header

UDP y el rea de datos.

SOURCE PORT DESTINATION PORT

MESSAGE LEN CHECKSUM

DATA

0 16 3115

Transmission Control Protocol

Caractersticas Orientado a conexin. Requiere una negociacin previa antes de

poder transmitir los datos.

Existe un control de los paquetes que se envan. Se retransmiten los paquetes perdidos, se eliminan los paquetes duplicados y se ordenan antes de pasarle los datos a la capa superior.

Las conexiones deben ser unicast, o sea peer to peer. No soporta comunicacin desde o hacia broadcast, aunque s hacia multicast.

Maneja el concepto de puerto para multiplexar varias conexiones entre dos hosts.

Los datos se envan en un stream, no necesariamente en un solo paquete. Pueden enviarse datos urgentes, que son procesados con prioridad.

La conexin es full-duplex. Cada canal posee parmetros independientes.

17

TCP Reliability Sequence Number (SEQ) y Acknowledge (ACK)

Para controlar la correcta recepcin de los paquetes y la

secuencia de los mismos se utiliza un nmero de secuencia

incremental segn la cantidad de datos enviados.

El receptor de los mensajes debe anunciar la llegada de los

mismos mediante el envo de un ACK que hace referencia al

prximo SEQ esperado.

SEQ=5LEN=5

SEQ=200ACK=10

LEN=0

SEQ=10ACK=201

TCP Reliability Sliding Windows

Mantener el registro de un solo paquete enviando retrasa mucho la operacin. Para evitar esto TCP puede envar datos sin haber recibido un ACK por cada paquete enviado.

Los ACK no se contestan por cada paquete enviado y se manda uno solo por todos los datos recibidos. El envo de un ACK se puede forzar realizando un PUSH.

SEQ=5LEN=5SEQ=10

LEN=200SEQ=210LEN=5

SEQ=300ACK=215

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TCP Reliability Sliding Windows (cont.)

Para mantener un registro de los paquetes que se enviaron y no se aceptaron TCP utiliza sliding windows sobre los buffers de trasmisin.

Una sliding windows se compone de dos ndices sobre un buffer round-robbin. El ndice A se incrementa a medida que se reciben los ACK por los paquetes. El ndice B se incrementa por cada paquete enviado.

1 2 3 4 5 6 7 8

WINDOW

A B

1 2 3 4 5 6 7 8

WINDOW

A B

1 2 3 4 5 6 7 8

WINDOW

A B

TCP Connection Inicio de una conexin

Antes de poder trasmitir los datos en una conexin TCP es

necesario que ambas partes estn de acuerdo.

El cliente TCP enva un paquete sin datos con el flag SYN. El

servidor TCP debe contestar el paquete con un ACK y un SYN.

Este paquete a su vez debe ser contestado por el cliente con ACK.

SEQ=1000LEN=0SYN

SEQ=300ACK=1001

LEN=0SYN

SEQ=1001ACK=301LEN=?

CLIE

NTSER

VER

19

TCP Connection Finalizacin de una conexin

La parte que desea cerrar una conexin debe notificarle a la otra

parte para que se termine de transmitir la informacin pendiente

y se liberen los recursos reservados.

Para cerrar la conexin se debe enviar un paquete con flag FIN. Al

recibir este paquete la otra parte contesta con un ACK, y a

continuacin otro paquete con FIN, que debe ser contestado con

su respectivo ACK.

SEQ=1000FIN

SEQ=300ACK=1001

SEQ=1001ACK=302

CLO

SE IN

IT.

SEQ=301FIN

Header TCP

SOURCE PORT: Puerto que origin el paquete.

DESTINATION PORT: Puerto destino del paquete.

SOURCE PORT DESTINATION PORT

OPTIONS PADDING

DATA

0 16 3115

SEQUENCE NUMBER

ACKNOWLEDGE NUMBER

HLEN RESERVEDURG

ACK

PSH

RST

SYN

FIN

WINDOW

URGENT POINTERCHECKSUM

20

SEQUENCE NUMBER: Valor que se incrementa segn el tamao de los datos

transmitidos. Se utiliza para ordenar e identificar los paquetes TCP.

Header TCP

ACKNOWLEDGE NUMBER: Este valor debe tenerse en cuenta solamente si el flag ACK es 1. Mediante el nmero de secuencia del prximo paquete esperado se manda el ACK por todos los paquetes anteriores pendientes.

HEADER LEN.: Longitud total del header en mltiplos de 4 bytes. Se utiliza para

calcular la cantidad de opciones en header TCP.

WINDOW: Tamao de la ventana en bytes disponible para recibir ms paquetes.

Flags: Se utilizan para marcar los paquetes TCP que corresponden a determinadas

funciones.