8.- Capa de red.pdf

8: CAPA DE RED ESFINFO5 CONMUTACION DE REDES DE AREA LOCAL Stte. Jose Ignacio Vázquez Arantegui ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8: CAPA DE RED 8.1 Características de la capa de Red 8.2 Paquete IPv4 8.3 Paquete IPv6 8.4 ¿Cómo arma las rutas un host? 8.5 Tabla...

8: CAPA DE RED ESFINFO5 CONMUTACION DE REDES DE AREA LOCAL Stte. Jose Ignacio Vázquez Arantegui ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8: CAPA DE RED 8.1 Características de la capa de Red 8.2 Paquete IPv4 8.3 Paquete IPv6 8.4 ¿Cómo arma las rutas un host? 8.5 Tablas de routing de router Objetivo: Explique cómo los routers utilizan los protocolos y los servicios de capa de red para habilitar la conectividad integral. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.1 Características de la capa de Red 8.1.1. La capa de red Proporciona servicios para permitir dispositivos finales intercambien datos. que los IP versión 4 (IPv4) e IP versión 6 (IPv6) son los principales protocolos de comunicación de la capa de red. La capa de red realiza cuatro operaciones básicas: • • • • Encapsulamiento y Desencapsulamiento Direccionamiento de terminales Encapsulamiento Routing Desencapsulamiento Objetivo: Explicar cómo la capa de red usa protocolos IP para comunicaciones confiables. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.1 Características de la capa de Red 8.1.2. Encapsulación IP IP encapsula el segmento de la capa de transporte. IP puede utilizar un paquete IPv4 o IPv6 y no afectar al segmento de capa 4. El paquete IP será examinado por todos los dispositivos de capa 3 a medida que atraviese la red. El direccionamiento IP no cambia de origen a destino. Nota: NAT cambiará el direccionamiento, pero se discutirá en una unidad didáctica posterior. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.1 Características de la capa de Red 8.1.3. Características IP IP está destinado a tener una sobrecarga baja y puede describirse como: • Sin conexión • Servicio mínimo o mejor esfuerzo • Independiente de los medios destino. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.1 Características de la capa de Red 8.1.4. IP Sin conexión (Connectionless) IP no establece ninguna conexión con el destino antes de enviar el paquete. No se necesita información de control (sincronizaciones, confirmaciones, etc.). El destino recibirá el paquete cuando llegue, pero no se envían notificaciones previas por IP. Si hay una necesidad de tráfico orientado a la conexión, otro protocolo manejará esto (normalmente TCP en la capa superior de transporte). ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.1 Características de la capa de Red 8.1.5. Mejor esfuerzo (Best Effort) IP es el mejor esfuerzo • IP no garantizará la entrega del paquete. • IP ha reducido la sobrecarga ya que no existe ningún mecanismo para reenviar datos que no se reciben. • IP no espera reconocimientos. • IP no sabe si el otro dispositivo está operativo o si recibió el paquete. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.1 Características de la capa de Red 8.1.6. Independencia de Medios (I) IP no es confiable: • No puede administrar ni corregir paquetes no entregados o corruptos. • IP no puede retransmitir después de un error. • IP no puede realinear los paquetes de secuencia. • IP debe depender de otros protocolos para estas funciones. IP es independiente de los medios: • IP no se refiere al tipo de trama requerido en la capa de enlace de datos ni al tipo de medio en la capa física. • IP se puede enviar a través de cualquier tipo de medio: cobre, fibra o inalámbrica. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.1 Características de la capa de Red 8.1.6. Independencia de Medios (II) La capa de red establecerá la Unidad de Transmisión Máxima (MTU). • La capa de red lo recibe de la información de control enviada por la capa de vínculo de datos. • A continuación, la red establece el tamaño de MTU. La fragmentación es cuando la Capa 3 divide el paquete IPv4 en unidades más pequeñas. • Fragmentar provoca latencia. • IPv6 no fragmenta paquetes. • Ejemplo: El router pasa de Ethernet a una WAN lenta con una MTU más pequeña. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.2 Paquete IPv4 8.2.1. Encabezado de paquetes IPV4 IPv4 es el protocolo de comunicación principal para la capa de red. El encabezado de red tiene muchos propósitos: • Garantiza que el paquete se envía en la dirección correcta (al destino). • Contiene información para el procesamiento de capas de red en varios campos. • La información del encabezado es utilizada por todos los dispositivos de capa 3 que manejan el paquete Objetivo: Explique la función de los principales campos de encabezado en el paquete IPv4. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.2 Paquete IPv4 8.2.2. Campos de encabezado de paquete IPV4 (I) Características del encabezado de red IPv4: • Está en binario. • Contiene varios campos de información • Diagrama se lee de izquierda a derecha, 4 bytes por línea. • Los dos campos más importantes son el origen y el destino. Los protocolos pueden tener una o más funciones. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.2 Paquete IPv4 8.2.2. Campos de encabezado de paquete IPV4 (II) Función Descripción Versión Esto será para v4, a diferencia de v6, un campo de 4 bits = 0100 Servicios diferenciados Utilizado para prioridad (QoS): campo DiffServ — DS. Campo de 8 bits. Suma de comprobación del encabezado (checksum) Detectar daños en el encabezado IPv4 Tiempo de vida (TTL) Recuento de saltos de capa 3. Cuando llega a cero (se reduce en uno cada vez que un router procesa el paquete), el router descartará el paquete. Evita que el paquete viaje incesantemente. Protocolo de Internet Protocolo de siguiente nivel de ID: ICMP, TCP, UDP, etc. Dirección IPv4 de origen Dirección de origen de 32 bits (Unidifusión) Dirección IPV4 de destino Dirección de destino de 32 bits (Unidifusión, Multidifusión y Difusión) Header Checksum Utilizado para detectar daños en el encabezado IPv4 ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.2 Paquete IPv4 8.2.3. Ejemplo de encabezado de paquete IPV4 con Wireshark ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.3 Paquete IPv6 8.3.1. Limitaciones de IPv4 IPv4 tiene tres limitaciones principales: • Depleción de direcciones IPv4: básicamente nos hemos quedado sin direccionamiento IPv4. • Falta de conectividad de extremo a extremo: para que IPv4 sobreviva a este largo tiempo, se crearon direcciones privadas y NAT. Esto puso fin a las comunicaciones directas con el discurso público. • Mayor complejidad de la red: NAT fue concebido como una solución temporal y crea problemas en la red como un efecto secundario de manipular los encabezados de red que direcciona. NAT provoca problemas de latencia y solución de problemas. NAT (Network Address Translation) hace que redes de ordenadores utilicen un rango de direcciones especiales (IPs privadas) y se conecten a Internet usando una única dirección IP (IP pública). Objetivo: Explique la función de los principales campos de encabezado en el paquete IPv6. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.3 Paquete IPv6 8.3.2. Introducción a IPv6 IPv6 fué desarrollado por Internet Engineering Task Force (IETF). IPv6 vence las limitaciones de IPv4. Mejoras que proporciona IPv6: • Mayor espacio de direcciones : basado en la dirección de 128 bits, no en 32 bits • Manejo mejorado de paquetes – encabezado simplificado con menos campos • Elimina la necesidad de NAT : dado que hay una gran cantidad de direccionamiento, no es necesario utilizar direccionamiento privado internamente y asignarse a una dirección pública compartida ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.3 Paquete IPv6 8.3.3. Campos de encabezado de paquetes IPv4 en el encabezado de paquetes IPv6 El encabezado IPv6 se simplifica, pero no es más pequeño. El encabezado se fija en 40 Bytes u octetos de longitud. Algunos campos IPv4 se eliminaron para mejorar el rendimiento: • Señalador • Desplazamiento de fragmentos • Suma de comprobación del encabezado. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.3 Paquete IPv6 8.3.4. Encabezado de paquetes IPv6 (I) Campos significativos en el encabezado IPv6: Función Descripción Versión Esto será para v6, a diferencia de v4, un campo de 4 bits = 0110 Clase de tráfico Utilizado para QoS: Equivalente al campo DiffServ — DS Etiqueta de flujo Informa al dispositivo que debe mantener la misma ruta para los paquetes en la misma conversación, campo de 20 bits Longitud de carga útil Este campo de 16 bits indica la longitud de la porción de datos o la carga útil del paquete IPv6 Siguiente encabezado I.D.s de siguiente nivel protocolo: ICMP, TCP, UDP, etc. Límite de saltos Reemplaza el recuento de saltos de capa 3 del campo TTL Dirección IPv6 de origen Dirección de origen de 128 bits Dirección IPV6 de destino Dirección de destino de 128 bits ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.3 Paquete IPv6 8.3.4. Encabezado de paquetes IPv6 (II) El paquete IPv6 también puede contener encabezados de extensión (EH). Características de los encabezados EH: • • • • proporcionar información de capa de red opcional son opcionales se colocan entre el encabezado IPv6 y la carga útil puede usarse para fragmentación, seguridad, soporte de movilidad, etc. Nota: a diferencia de IPv4, los Routers no fragmentan los paquetes de IPv6. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.4 ¿Cómo se enruta un host? 8.4.1. Decisión de reenvío de host (I) Los paquetes siempre se crean en el origen. Cada dispositivo host crea su propia tabla de enrutamiento, para asegurar que los paquetes se dirijan a la red de destino correcta. Un host puede enviar paquetes a lo siguiente: • A sí mismo: 127.0.0.1 (IPv4),: :1 (IPv6) , que se conoce como la interfaz de bucle invertido (loopback). La prueba de loopback verifica que la NIC del host, los controladores y el stack de TCP/IP funcionen. • Hosts locales: el destino está en la misma LAN • Hosts remotos: los dispositivos no están en la misma LAN, ruta predeterminada remota. Objetivo: Explique la forma en que los dispositivos de red utilizan tablas de routing para dirigir los paquetes a una red de destino. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.4 ¿Cómo se enruta un host? 8.4.1. Decisión de reenvío de host (II) El dispositivo de origen determina si el destino es local o remoto Método de determinación: • IPv4: el origen utiliza su propia dirección IP y máscara de subred, junto con la dirección IP de destino • IPv6: el origen utiliza la dirección de red y el prefijo anunciados por el enrutador local El tráfico local se desconecta de la interfaz de host para ser manejado por un dispositivo intermediario. El tráfico remoto se reenvía directamente a la puerta de enlace predeterminada de la LAN. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.4 ¿Cómo se enruta un host? 8.4.2. Gateway Predeterminado Un enrutador o conmutador de capa 3 puede ser una puerta de enlace predeterminada. Características de una puerta de enlace predeterminada (DGW): • Debe tener una dirección IP en el mismo rango que el resto de la LAN. • Puede aceptar datos de la LAN y es capaz de reenviar tráfico fuera de la LAN. • Puede enrutarse a otras redes. Si un dispositivo no tiene una puerta de enlace predeterminada o una puerta de enlace predeterminada incorrecta, su tráfico no podrá salir de la LAN. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.4 ¿Cómo se enruta un host? 8.4.3. Un host enruta a la puerta de enlace predeterminada El host conocerá la puerta de enlace predeterminada (DGW) de forma estática o a través de DHCP en IPv4. IPv6 envía el DGW a través de una solicitud de un router (RS) o puede configurarse manualmente. Una DGW es una ruta estática que será una ruta de último recurso en la tabla de enrutamiento. Todos los dispositivos de la LAN necesitarán el DGW del router si tienen la intención de enviar tráfico de forma remota. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.4 ¿Cómo se enruta un host? 8.4.4. Tablas de enrutamiento de Host En Windows, route print o netstat -r muestra la tabla de enrutamiento de PC. .11 .1 192.168.4.0/24 Tres secciones mostradas por estos dos comandos: • Lista de interfaces: todas las interfaces potenciales y direccionamiento MAC • Tabla de enrutamiento IPv4 • Tabla de enrutamiento IPv6. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.4 ¿Cómo se enruta un host? Seguimiento de enrutamiento En Windows, tracert dirección muestra los saltos de enrutamiento a la dirección de destino. .11 .1 192.168.4.0/24 El primer salto será la dirección IP por donde sale de la red local, la puerta de enlace de la conexión. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.5 Introducción al enrutamiento 8.5.1. Decisión de reenvío de paquetes del enrutador ¿Qué sucede cuando el enrutador recibe la trama del dispositivo host? 1. El paquete llega a la interfaz Gigabit Ethernet 0/0/0 del router R1. R1 desencapsula el encabezado Ethernet de Capa 2 y el remolque. 2. El router R1 examina la dirección IPv4 de destino del paquete y busca la mejor coincidencia en su tabla de enrutamiento IPv4. La entrada de ruta indica que este paquete se reenviará al router R2. 3. El router R1 encapsula el paquete en un nuevo encabezado Ethernet y remolque, y reenvía el paquete al siguiente router de salto R2. Objetivo: Explique la función de los campos en la tabla de routing de un router. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.5 Introducción al enrutamiento 8.5.1. Decisión de reenvío de paquetes del enrutador La siguiente tabla muestra la información pertinente de la tabla de ruteo R1. R1 Routing Table Route Next Hop or Exit Interface 192.168.10.0 /24 G0/0/0 209.165.200.224/30 G0/0/1 10.1.1.0/24 via R2 Default Route 0.0.0.0/0 via R2 ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.5 Introducción al enrutamiento 8.5.2. Tabla de enrutamiento IP del router Hay tres tipos de rutas en la tabla de enrutamiento de un enrutador: • Redes conectadas directamente. Estas rutas son agregadas automáticamente por el router, siempre que la interfaz esté activa y tenga direccionamiento. • Redes remotas. Estas son las rutas que el router no tiene una conexión directa y se pueden aprender:  Manualmente: con una ruta estática  Dinámicamente: mediante el uso de un protocolo de enrutamiento para que los routers compartan su información entre sí • Ruta predeterminada. Reenvía todo el tráfico a una dirección específica cuando no hay coincidencia en la tabla de enrutamiento ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.5 Introducción al enrutamiento 8.5.3. Enrutamiento estático Características de la ruta estática: • Debe configurarse manualmente. • Debe ser ajustado manualmente por el administrador cuando hay un cambio en la topología. • Bueno para redes pequeñas no redundantes. • Se utiliza a menudo junto con un protocolo de enrutamiento dinámico para configurar una ruta predeterminada. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática Si R2 no está disponible, no funciona 8.5 Introducción al enrutamiento 8.5.4. Enrutamiento dinámico El protocolo de enrutamiento dinámico hará automáticamente lo siguiente: • Detectar redes remotas. • Mantener información actualizada. • Elegir el mejor camino hacia las redes de destino (el de menor métrica o número de saltos). • Buscar nuevas rutas óptimas cuando hay un cambio de topología. El enrutamiento dinámico también puede compartir rutas estáticas predeterminadas con los otros routers. ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática 8.5 Introducción al enrutamiento 8.5.5. Introducción a una tabla de enrutamiento IPv4 El comando show ip route desde el modo EXEC privilegiado se utiliza para ver la tabla de enrutamiento IPv4 en un router. El ejemplo muestra la tabla de enrutamiento IPv4 del router R1. Al principio de cada entrada de tabla de enrutamiento hay un código que se utiliza para identificar el tipo de ruta o cómo se aprendió la ruta. Entre las fuentes de ruta comunes (códigos) se incluyen las siguientes: •L – Dirección IP de interfaz local conectada directamente •C – Red conectada directamente •S – La ruta estática fue configurada manualmente por un administrador •O – OSPF •D – EIGRP ACADEMIA DE LOGISTICA – Departamento de Gestión Área de Informática R1# show ip route Codes: L - local, C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2 i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route o - ODR, P - periodic downloaded static route, H - NHRP, l - LISP a - application route + - replicated route, % - next hop override, p - overrides from PfR Gateway of last resort is 209.165.200.226 to network 0.0.0.0 S* 0.0.0.0/0 [1/0] via 209.165.200.226, GigabitEthernet0/0/1 10.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets O 10.1.1.0 [110/2] via 209.165.200.226, 00:02:45, GigabitEthernet0/0/1 192.168.10.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks C 192.168.10.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0/0 L 192.168.10.1/32 is directly connected, GigabitEthernet0/0/0 209.165.200.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks C 209.165.200.224/30 is directly connected, GigabitEthernet0/0/1 L 209.165.200.225/32 is directly connected, GigabitEthernet0/0/1 R1#