Capa de Red - ASIR 2024-2025 PDF

Capa de Red ASIR 2024-2025 Profra. María del Pilar Gómez Cárdenas  Diagramas de topología de red Diagrama de topología de red: Disposición de elementos que conforman...

Capa de Red ASIR 2024-2025 Profra. María del Pilar Gómez Cárdenas  Diagramas de topología de red Diagrama de topología de red: Disposición de elementos que conforman una red (similar a tener un mapa de la red). Diagrama físico. Hay dos tipos de topología: 1. Diagramas físicos 2. Diagramas lógicos. Medios de transmisión en una red LAN Medios de transmisión en una red WAN Medio de transmisión inalámbrico Diagrama lógico Switch de 16 puertos. Diagramas lógicos Muestran la numeración de las interfaces que se están utilizando en la conexión con los diferentes dispositivos y también el direccionamiento lógico de la red (las IP) Ejemplo: Si los host están conectados al switch de la imagen, en el mapa se identificaría a que puerto se conecta en la interfaz del dispositivo de conexión: FE/01 -FE0/16.  Todos los dispositivos están conectados con todos, de tal forma que, si falla uno, puedes conectarte a otro. Es una tecnología muy costosa, por eso casi no se utiliza, se utiliza una intermedia, por ejemplo, la misma disposición de routers conectados entre ellos con un solo enlace. Mesh Mezcla varias topologías de acuerdo a las necesidades de la red. Estrella  Diseño jerárquico de una Capa core: Capa de backbone de alta velocidad con red LAN conexiones redundantes (de respaldo). Objetivo principal: transportar grandes cantidades datos con rapidez de manera confiable. La capa de núcleo es el punto de conexión con todos los módulos de la red (Internet, WAN, Centro de datos, servicios de red, etc.) Capa distribución Proporciona un punto de conexión para redes independientes (LAN o VLAN), controla el flujo de información entre las redes. Capa acceso La función principal de los switches, en esta capa es la de proporcionar acceso de red al usuario. Responsable de proporcionar acceso a los usuarios, autenticación, políticas de seguridad y otras funciones, pero también realiza el procesamiento del tráfico local  Diseño Jerárquico de una red LAN Sigue cuatro principios: 1. Jerarquía: Separar en capas (c/u con funciones específicas) 2. Modularidad: Permite expandir la red e implmentar nuevos servicios 3. Resilencia: La red siempre debe estar disponible para los usuarios (independientemente de fallos o ataques a la red) 4. Flexibilidad: Todos los recursos de la red deben ser utilizados Router vs Switch Switch Router Dispositivo de interconexión que conecta varios hosts Dispositivo de interconexión que conecta una red en una red local con otras redes locales Los router conectan redes diferentes. Pueden enviar un mensaje a un host específico Dividen dominios de colisiones Cuando un host envía un mensaje a otro host El router lee el encabezado del paquete, que son las conectado al switch, el switch acepta y decodifica las direcciones lógicas tramas para leer la parte de la dirección física (MAC) del mensaje Utiliza tabla de direcciones una tabla de direcciones Utiliza una tabla de enrutamiento, que contiene una MAC, que contiene una lista de todos los puertos lista de las interfaces por la que puede alcanzar a una activos y las direcciones MAC de los hosts que están determinada red, la ip de la misma y el salto que debe conectados al switch. hacer para alcanzar dicha red. Las tablas de enrutamiento contienen información acerca de los caminos o rutas que hay que seguir para llegar a redes remotas Switches: leen el encabezado de la trama, que contiene las direcciones físicas. Routers: leen el encabezado del paquete, que son las direcciones lógicas y leen el encabezado de ethernet que contiene las direcciones físicas (además modifica la MAC de destino) Paquete: datos + encabezado IP (direcciones lógicas) Trama: paquete + encabezado Ethernet (direcciones físicas) Capa de Red. La capa de red se encarga del transporte de los datos a través de la red: desde el dispositivo final de origen (o host) hasta el host de destino, de manera eficiente. Se basa en 4 procesos básicos: 1. Direccionamiento 2. Encapsulación 3. Enrutamiento 4. Desencapsulación  Direccionamiento. Los datos deben tener una dirección única para poder identificarlos. Encapsulado. Las PDU de la capa de red se denominan paquete y contienen en la cabecera, la dirección lógica (IP) de origen y la de destino Enrutamiento. Proporciona los servicios para dirigir estos paquetes a su host de destino, a través de las diferentes redes. Los dispositivos intermedios que conectan son los routers que seleccionan las rutas y dirigen los paquetes hacia su destino. Desencapsulamiento. El host examina la dirección de destino para verificar que el paquete fue direccionado para él y si es correcto, lo desencapsula (quita la cabecera de red) y lo pasa a la capa de transporte.  REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Una dirección jerárquica identifica cada host de manera exclusiva Ejemplo Enviar una carta desde Japón a un empleado que trabaja EEUU Direccionamiento IPv4. Puerta de enlace (gateway) El gateway es la dirección IPv4 de la interface del dispositivo que proporciona el primer punto de conexión con otras redes. Gateway La puerta de enlace es necesaria para poder conectarnos con otras redes, sin ella sólo podremos conectarnos con dispositivos de nuestra misma red Configuración de IP Estática y dinámica en windows 10 Actividad 1 Investiga cómo configurarías en el sistema operativo linux y Mac Haz tus pasos con pantallas (parecido a la diapositiva anterior)  IPv4 vs IPv6 Cada versión especifica la estructura y el contenido del encabezado de los paquetes. IPv4 IPv6 32 bits 128 bits 4 bytes 16 bytes 4 294 967 296 340 sextillones de direcciones direcciones Encabezado más sencillo para facilitar el enrutamiento  Lo utiliza el Tamaño de la cabecera. router para Tamaño Total del paquete Su valor en decimal se multiplica priorizar unos Incluye la PDU de transporte y los por 32 y se divide entre 8 (para paquetes sobre otros. QoS datos. Tamaño max=65535 (216) obtener bytes) IPv4 0100 0110 Identificación cada fragmento (si los hay). No se suele utilizar porque siempre se intenta respetar el MTU TTL. Evita el loop. Su valor en decimal es 255 Ip origen Número del Tamaño min- protocolo que se Ip destino max de la está aplicando cabecera. Su valor vendrá dado en el Ayuda a comprobar que header lenght los datos no hayan sido (expresado en decimal) corrompidos IPv4. Cabecera Flags (3 bits) Posición de fragmento (13 bits) Son 3 bits que sirven de indicadores: Se utiliza en datagramas fragmentados Bit 0: siempre 0. No tiene función. Indica la posición del fragmento actual Bit 1: recibe el nombre DF (Don't dentro del datagrama total. Fragment) Se mide en bloques de 8 bytes estando 0 = el router puede fragmentar el paquete numerado el primero como 0. Esto permite un desplazamiento máximo 1 = el paquete no se puede fragmentar de (213-1)*8=65.528 b Bit 2: denominado MF (More Fragments) 1 = aún quedan más fragmentos 0 = es el último fragmento  La capa de red es la responsable del tamaño máximo de la PDU que cada medio puede transportar, si la PDU es muy grande para el medio, la capa de red del router, lo fragmentará a unidades más pequeñas de acuerdo al MTU del medio de transmisión. MTU = Unidad Máxima de Transferencia Depende del tipo de medio de transmisión  Maximum Segment Size y Maximum Transmission Unit MSS: Tamaño máximo del campo de datos dentro de un segmento (no incluye la cabecera TCP). Los dos dispositivos que se comunican se ponen de acuerdo en el MSS que están dispuestos a recibir (puede ser diferente en cada una). El MSS se transmite en el intercambio SYN y SYN +ACK del protocolo 3way hand shake. MTU: Maximum Transmission Unit. Máxima cantidad de datos encapsulados en una trama que se pueden transmitir en un enlace (normalmente es igual a: MSS+cabecera TCP+cabecera IP) El dispositivo envía un datagrama con MTU=1500, pero al llegar a R1 se percata que su MTU es de 1200, por lo que se da cuenta que debe fragmentar para que se envíe el mensaje. MTU=1500 -> 20 Cabecera + 1480 Datos MTU= 1200 -> 20 Cabecera + 1180 (datos) -> 1180 no es múltiplo de 8 Los datagramas se envían en dos fragmentos hacia R2: 1. fragmento= 1196 bytes 2. Fragmento=324 bytes MTU= 620 -> 20 Cabecera + 600 (datos) -> 600 sí es múltiplo de 8 -> 600/8=75 Por lo tanto, se fragmenta en bloques de 600 y quedan por enviar 576 bytes. Como R3 tiene MTU=1500, los tres datagramas caben perfectamente y se envían hacia el dispositivo final. Una vez que se tienen todos los fragmentos en el dispositivo final, se reconstruyen los datos tal como nos los mandó el host de origen: Finalmente, el host destino tendrá el mismo datagrama que envió el host de origen. Actividad. Se quiere enviar un datagrama de 5140 bytes por un cable ethernet. Los valores iniciales son los indicados en la figura, a partir de ellos rellena los datos de la fragmentación que se efectuaría. 0-0 345 0 0-1 345 Cálculo del Fragment Offset [(tamaño total del paquete IP anterior - Header IP)/8] + (sumatoria de valores "Fragment offset" anteriores) ((1500-20)/8)+0=185 ((1500-20)/8)+185=370 El total del datagrama que se quiere enviar es de 5140-20=5120. A cada fragmento de 1500 le quitamos 20 de cabecera -> 1480 datos. 1480 *3= 4440. 4440+ (700-20)= 5120 Características IPv4 Sin conexión: no establece conexión antes de enviar los paquetes de datos No confiable: no se usan encabezados para garantizar la entrega de paquetes (de eso se encarga el protocolo TCP) Independiente de los medios: funciona sin importar los medios que transportan los datos (de eso se encarga la capa física) IPv4 Mejor intento, porque: No hay acuses de recibo de entrega de paquetes No hay control de error para datos No hay forma de rastrear paquetes No existe la posibilidad de retransmitir paquetes Encabezado del IP Pequeño → Menor sobrecarga → Menos demora en la entrega  Servicio independiente de los medios IPv4 e IPv6 operan independientemente de los medios que llevan los datos a capas inferiores de la pila (stack) del protocolo (modelo TCP o TCP/IP) REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Inicialmente… Después… Una red grande Redes más pequeñas interconectadas SUBREDES = RED Cualquier sistema de red hecho posible por los protocolos de comunicación comunes compartidos del modelo TCP/IP Ubicación geográfica Agrupar aquellos hosts con factores comunes Propósito Propiedad REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Agrupación de hosts de manera geográfica Agrupamiento de hosts en la misma ubicación Redes separadas puede mejorar la administración y operación de la red REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Agrupación de hosts para propósitos específicos Usuarios que tienen tareas similares usan generalmente software común, herramientas comunes y tienen patrones de tráfico común REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Agrupación de hosts para propiedad Utilizar una base organizacional (compañía, departamento) para crear redes para ayudar a controlar el acceso a los dispositivos y datos como también a la administración de las redes Problemas comunes con las redes grandes Degradación del rendimiento Problemas de seguridad Administración de direcciones REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Los dispositivos conectados a un hub, forman un solo dominio de colisión. Si un hub recibe una trama, la reenvía a todos sus puertos. Un hub no modifica ni analiza el contenido de una trama. Utilizan transmisión half duplex Dominio de colisión REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Dominio de colisión REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Dominio de colisión REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Dominio de colisión (El termino dominio de colisión no aplica para interfaces WAN.) Redes. División de hosts en grupos Dominios de Colisión Las redes LAN modernas con switches y routers, con full dúplex en cada enlace, NO tienen dominio de colisión. En una red LAN moderna con sólo switches y routers, incluso sabiendo que full dúplex elimina los dominios de colisión, debemos pensar en cada enlace Ethernet como un dominio de colisión separado cuando surga la necesidad de solucionar problemas Ejercicio: identifica todos los dominios de colisión  Dominio de broadcast Dispositivos de red conectados mediante un dominio broadcast Todos los puertos en un hub o switch por defecto pertenecen al mismo dominio de broadcast. REDES. División de hosts en grupos Dominio de broadcast Todos los puertos en un router están en diferentes dominios de broadcast y los routers no reenviaran las tramas de broadcast de un dominio a otro Dos subredes IP -> Dos dominios broadcast diferentes Buen rendimiento de la red y de los hosts REDES. División de hosts en grupos Encierra en un círculo los dominios de broadcast y con un rectángulo los de colisión. Numera cuantos hay de cada caso  REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS Encierra en un círculo los dominios de broadcast y con un rectángulo los de colisión. Numera cuantos hay de cada caso REDES. DIVISIÓN DE HOSTS EN GRUPOS El acceso a los recursos externos de cada red y desde estos pueden estar prohibidos, permitidos o monitoreados Acceso concedido Acceso denegado Firewall: Permite que sólo datos conocidos y confiables accedan a la red  Enrutamiento Enrutamiento es el proceso de entregar paquetes desde el dispositivo que genera el paquete hasta el dispositivo que está destinado a recibirlo. El enrutamiento: Se da en la capa de internet del modelo TCP/IP y en la capa de Red del modelo OSI Se completa gracias a los routers Los routers nos permiten interconectar redes y entregar paquetes entre diferentes dispositivos que se encuentran en diferentes redes. El router conecta una red lógica con otra red lógica.  Tabla de enrutamiento del host Enrutamiento Host Con IPv4 e IPv6, los paquetes siempre se crean en el host de origen. El host de origen debe poder dirigir el paquete al host de destino. Para ello, los dispositivos finales de host crean su propia tabla de enrutamiento. Otra función de la capa de red es dirigir los paquetes entre hosts. Un host puede enviar un paquete a lo siguiente: A Sí mismo: un host puede hacer ping a sí mismo enviando un paquete a una dirección IPv4 especial de 127.0.0.1 o una dirección IPv6 ::/1, que se conoce como la interfaz de bucle invertido. Hacer ping a la interfaz de loopback prueba la pila del protocolo TCP/IP en el host. Host local: es un host de destino que se encuentra en la misma red local que el host emisor. Los hosts de origen y destino comparten la misma dirección de red. Host remoto: este es un host de destino en una red remota. Los hosts de origen y destino no comparten la misma dirección de red.  Tabla de enrutamiento del host Enrutamiento Host Un host crea las rutas que se utilizan para reenviar los paquetes que origina Los hosts agregan automáticamente todas las redes conectadas a las rutas La tabla local del host contiene: Su conexión o conexiones directas a la red Su propia ruta por defecto al Gateway (puerta de enlace) Comandos para ver la tabla de enrutamiento de un host Netstat –r (Windows) route print (Windos /Linux)  Tabla de enrutamiento del host Enrutamiento Puerta de enlace Predeterminada (Gateway) Host La puerta de enlace predeterminada (Default Gateway) es el dispositivo de red (Router o Switch de capa 3) que puede enrutar el tráfico a otras redes. En una red, una puerta de enlace predeterminada suele ser un Router con estas características: Tiene una dirección IP local en el mismo rango de direcciones que otros hosts en la red local. Puede aceptar datos en la red local y reenviar datos fuera de la red local. Enruta el tráfico a otras redes. En IPv4, el host recibe la dirección IPv4 de la puerta de enlace predeterminada, ya sea dinámicamente desde el Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP) o configurado manualmente El tráfico no se puede reenviar fuera de la red local si no hay una puerta de enlace predeterminada, la dirección de la puerta de enlace predeterminada no está configurada o la puerta de enlace predeterminada está inactiva. Enrutamiento Comandos para ver la ipconfig (windows) gateway predeterminada ifconfig (Linux)  Tabla de enrutamiento del host Al ejecutar netstat – r veremos tres secciones: 1. Lista de interfaces: enumera las direcciones de control de acceso al medio (MAC) y el número de interfaz asignado de cada interfaz con capacidad de red en el host, incluidos los adaptadores Ethernet, Wi-Fi y Bluetooth. 2. Tabla de rutas IPv4: enumera todas las rutas IPv4 conocidas, incluidas las conexiones directas, las rutas de red locales y las rutas predeterminadas locales. 3. Tabla de rutas IPv6: enumera todas las rutas IPv6 conocidas, incluidas las conexiones directas, las rutas de red locales y las rutas predeterminadas locales. Enrutamiento  Enrutamiento Host Destino de red: enumera las redes que se pueden alcanzar. Tabla de enrutamiento para PC1 Máscara de red: incluye una máscara de subred que le indica al host cómo determinar las porciones de red y de host de la dirección IP. Puerta de acceso: indica la dirección que utiliza la PC local para llegar a un destino en una red remota. Si un destino es directamente accesible, se muestra como “En enlace o vínculo” en esta columna. Interfaz: indica la dirección de la interfaz física utilizada para enviar el paquete al gateway que se emplea para llegar al destino de red. Métrica: indica el costo de cada ruta y se utiliza para determinar la mejor ruta a un destino. Enrutamiento Entrega de paquetes. Si la dirección de destino de un paquete pertenece a la misma red lógica del dispositivo que genera el paquete , el paquete se entrega directamente. Si la dirección de destino de un paquete pertenece a una red lógica diferente a la red lógica del dispositivo que genera el paquete, el paquete se envía al gateway (router) 192.168.2.28/24 Enrutamiento  Enrutamiento. Entrega de paquetes en la misma red lógica Si la dirección IP de destino de un paquete pertenece a la misma red lógica del dispositivo que genera el paquete, se entrega directamente 2. El host origen comprueba si la IP destino 1. El host que va a enviar su paquete, comprueba a pertenece a su red que red pertenece él. Configurada a través de un Redes locales y protocolo de enrutamiento remotas La tabla de enrutamiento almacena información sobre redes conectadas (locales y remotas) Gateway para los hosts en las diferentes redes locales Redes remotas Red local  Enrutamiento Características de la Red de destino tabla de Siguiente salto Entrega de enrutamiento Métrica paquetes a diferente red lógica Si hay dos o más rutas posibles hacia el mismo destino se utiliza la métrica para decidir qué ruta aparece en la tabla de enrutamiento Si una ruta que representa la red de destino no está en la tabla de enrutamiento → Paquete será descartado (no se reenviará) El router también puede usar una ruta predeterminada para reenviar el paquete. La ruta predeterminada suele ser la 0.0.0.0/0 Se usa cuando la ruta de destino no está representada por ninguna otra ruta en la tabla de enrutamiento Enrutamiento. Entrega de paquetes a diferente red lógica Enrutamiento paquete por paquete y salto por salto Cada paquete es tratado de manera independiente en cada router a lo largo de la ruta 1. Se examina la dirección IP de destino 2. Se verifica la tabla de enrutamiento Reenviarlo al router del siguiente salto Lo que puede hacer el router con el paquete Reenviarlo al host de destino Descartarlo Casos que podemos encontrar cuando llega una trama al router Existe una entrada de ruta Si una ruta coincidente en la tabla de enrutamiento muestra que la red de destino está conectada directamente al router, el paquete es reenviado a la interfaz a la cual está conectada la red Casos que podemos encontrar cuando llega una trama al router No existe entrada de ruta, pero sí una ruta predeterminada Si la tabla de enrutamiento no contiene una entrada de ruta más específica para un paquete que llega, el paquete se reenvía a la interfaz que indica la ruta predeterminada, si la hubiere CAPA DE RED | ENRUTAMIENTO Casos que podemos encontrar cuando llega una trama al router No existe entrada de ruta, ni una ruta predeterminada  Procesos de enrutamiento SI Conoce el siguiente salto en la ruta hacia la red de destino del Un router NO paquete Conoce una ruta hacia todas las redes Demoras o Si la información de enrutamiento en la Los paquetes no pueden reenviarse pérdidas de tabla de enrutamiento está al siguiente salto más adecuado paquetes desactualizada Tabla de enrutamiento Configuración manual Configuración dinámica Configuración Híbrida: (a partir de otros routers Toda la tabla es dinámica pero el en la misma administrador configura alguna internetwork) entrada estática ENRUTAMIENTO ENRUTAMIENTO ESTÁTICO DINÁMICO Procesos de enrutamiento Una ruta predeterminada también puede configurarse estáticamente por el administrador de la red Procesos de enrutamiento Si no es factible mantener la tabla de Protocolos de enrutamiento dinámico enrutamiento por configuración estática manual Conjunto de reglas por las que los routers comparten dinámicamente su información de enrutamiento Procesos de enrutamiento PROTOCOLOS DE Protocolo de información de enrutamiento (RIP) ENRUTAMIENTO Protocolo de enrutamiento de gateway interno mejorado DINÁMICO (EIGRP) Open Shortest Path First (OSPF) Ventajas Proporcionan routers con tablas de enrutamiento actualizadas Consumo del ancho de banda de la red al intercambiar información de la ruta Inconvenientes Los routers tienen que tener suficiente capacidad de procesamiento como para implementar los algoritmos del protocolo para realizar el enrutamiento oportuno del paquete y enviarlo En muchas internetworks Enrutamiento estático + Enrutamiento dinámico  Webgrafía Apuntes informática FP (s.f.). Enrutamiento IP. Apuntes informática FP. https://www.apuntesinformaticafp.com/cursos/enrutamiento_ip.html AR2 Flipped. (27/04/2020). Fragmentación de IPv4. AR2 Flipped. https://www.youtube.com/watch?v=yL28OKZ5E4U NetworkGeeks (8/12/2018). Maximun Segment Size (MSS). NetworkGeeks. https://www.youtube.com/watch?v=BtzUR_Qv_wY Walton, A. (s.f.). Cómo enrutan los hosts. CCNA desde cero. https://ccnadesdecero.es/routing-como-enrutan-los-hosts/