Tema 2: Internet Protocol (IP)

Sistemas de Transportes de Datos (STD) Tema II: IP (Entrega 3)

Juan Carlos Cruellas Ibarz. Curso 2000/2001. Q1 1

DepartamentoArquitecturaComputadores

U P C

Grupo de Aplicaciones TelemáticasJ.C. Cruellas

Tema 2: Internet Protocol (IP)

– Modelo de operación de IP– Tipo de servico

– Elementos de diseño de IP– Direcciones IP

• Formato• Direcciones especiales

– Cabecera de datagrama IP– Gestión de direcciones IP

• Máscaras de red y subredes• Resolución de direcciones (ARP):

Ethernet y ATM

– Routers

– Fragmentación y reensamblado

– Encaminamiento• Tablas de encaminamiento• Encaminamientos interno y externo• Encaminamiento estático• Protocolos: RIP, OSPF,CIDR

– ICMP– Herramientas de ayuda: ping,

traceroute

– IP versión 6

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Routers

• Cuando un host A decide enviar un datagrama a otro B, si eldestinatario está en la misma red, A envía el datagrama a Bdirectamente a través de la red que los conecta físicamente.Si B NO está en la misma red que A, A envía el datagrama aun router que está conectado a su red.

• Un router se encarga de recibir datagramas y reenviarloshacia alguna de las redes a las que está conectado paraacercarlos a la red en la que está el host destinatario.

• Si el router está conectado a la red del host destinatario finaldel datagrama, el router le enviará el datagramadirectamente. Si no, enviará el datagrama a otro routerconectado a la red por la que decide encaminar eldatagrama.

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Routers

• Los routers realizan varias tareas:– Encaminar datagramas hacia su host destino

(Encaminamiento).

– Fragmentar los datagramas cuando es necesario(Fragmentación).

– También verifican el checksum de la cabecera,decrementan el TTL y calculan un nuevo checksum.

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Routers y encaminamiento

FDDI

LAN

Token Ring

FDDI

A

R1

R2

R3

R4

R5

Trama@Fis Origen B Destino C@IP Origen B Destino C

FDDI

CB

Trama@Fis Origen A Destino R1@IP Origen A Destino D

D

Trama@Fis Origen R1 Destino R2@IP Origen A Destino D



Trama@Fis Origen R4 Destino D@IP Origen A Destino D

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• Para llevar a cabo su trabajo los routers ejecutan unALGORITMO DE ENCAMINAMIENTO SOBRE UNASTABLAS DE ENCAMINAMIENTO que mantienen.

• Mantener entradas individualizadas para cada host redundaríaen tamaños inmanejables. Hay también entradas de parejasque asocian la red destino con la red (el interfaz de red -eth0del laboratorio-) a la que el router debe reenviar eldatagrama para acercarlo a su destino.

• Pueden aparecer algunas direcciones de hosts si losadministradores lo desean.

• Hay una entrada que dictamina una red de reenvío pordefecto para aquellas redes destino que NO aparecen en lasotras entradas.

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U P C



• Las tablas contienen también información de “distancia” a redde destino, y otras.

Destino Router Máscara Flags MTU Interfaz

@IP de redes@IP de hostsdefault

@IP routerpara reenvio

U: ruta en pieG: ruta a un routerH: ruta a hostNo G y No H: rutaa una red

eth0

• Tablas encaminamiento: el comando route permite gestionarmanualmente sus contenidos. Ejemplo de información obtenidopor route:

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U P C


Routers: algoritmo de encaminamiento

• Algoritmo seguido por un router para decidir el reenvío de un datagrama.

– Notación: @IP_d: dirección IP destino del datagrama.

@IP_r: campos clase e id. de red en la dirección IP_d.

– Extraer @IP_d del datagrama

– Calcular la parte de los campos de clase e id. de red @IP_r de IP_d

– SI @IP_r coincide con la de alguna de las redes a las que el router estáconectado, enviar el datagrama directamente a su host destinatario(@IP_d)

– SINO SI @IP_d aparece en una entrada de la tabla, enviar datagramapor donde indique la tabla.

– SiNO• N = @IP_d AND MASCARA• SI N aparece en alguna entrada de su tabla de encaminamiento, enviar el

datagrama hacia donde indique la tabla (otro router).

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U P C


Routers: algoritmo de encaminamiento

– SINO SI hay entrada “default” en la tabla, enviar datagrama hacia dondeindique esa entrada (otro router)

– SINO declarar que hay un error.

• Entrada “encaminamiento por defecto”:Destino Router Máscara Flags MTU Interfaz

0.0.0.0 @IP routerpara reenvio

U eth00.0.0.0 1500

– Ninguna de las otras entradas se ajusta a la direccióndestino.

– Se ejecuta @Ipd AND Máscara = 0.0.0.0 que coíncide conla columna “Destino”: se envía al router indicado en lasegunda columna de esta entrada.

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Maximum Transmission Unit

• MTU: Número máximo de bytes de datos que puedenaparecer encapsulados en una trama de red.

• Es un parámetro propio de cada una de las tecnologías de redexistentes.

• En el contexto de Internet, se define el “path MTU” entre doshosts que están en redes diferentes, como el mínimo de lasMTUs de las redes que los datagramas deben atravesar para irde uno a otro.

Punto a Punto 296X.25 576Ethernet 1500IEEE 802.3/802.2 1492FDDI 4352IEEE 802.5 (4 Mbps TR) 4464IBM (16 Mbps TR) 17914

Algunos valores de MTU

Red Bytes

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U P C


• En ocasiones el router debe fragmentar el datagramaANTES de enviarlo por una red determinada alsiguiente router o al host destinatario.

• El datagrama se convertirá así en dos o másdatagramas que viajarán por las redes de formaautónoma:– Pueden seguir caminos diferentes

– Pueden llegar en desorden al destinatario– Unos pueden llegar correctamente y otros con

alteraciones

Routers: fragmentación______________________________________

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• Un datagrama puede ser marcado como “NOFRAGMENTABLE”. En ese caso, si llega a un routercontectado a redes que no admiten el tamaño detrama correspondiente, se descartará

• Los datagramas salidos del host remitente SEREENSAMBLAN en el HOST DESTINATARIO.


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U P C


• Campos de la cabecera IP que entran en juego:

– Segundo bit de Flags: Fragmentable (0) / NoFragmentable (1)

– Tercer bit de Flags: Último Fragmento (0) / HayMás Fragmentos (1)

– Fragment Offset: Posición del fragmento en eldatagrama completo


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U P C


• Algoritmo de fragmentación de un datagrama:

– El router crea dos nuevos datagramas.– Copia la cabecera del inicial en las cabeceras de

los nuevos.

– Divide los datos del inicial en dos bloques. Elprimero debe tener una longitud MÚLTIPLO DE64 BITS (NFB=número de bloques de 8 bytes delprimer bloque de datos).

– Construye el datagrama con el primer fragmento:• Añade los datos después de la cabecera IP.

• Cambia el valor del campo longitud del datagrama a lalongitud del primer fragmento.


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U P C


• Pone el bit de Más Fragmentos a 1.

– Construye el datagrama con el segundofragmento:

• Añade los datos después de la cabecera IP.

• Cambia el valor del campo longitud del datagrama a lalongitud del segundo fragmento.

• Mantiene el valor del bit de Más Fragmentos igual al quetenía en la cabecera del datagrama fragmentado.

• Suma al campo Fragment Offset el valor NFB (lasunidades del Fragment Offset son bloques de 8 octetos,como NFB).


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– El offset del primer fragmento es igual al deldatagrama original.

– Al primer fragmento le seguirá otro (MásFragmentos a 1).

– El segundo fragmento cambia su offset al delinicial + NFB (¡permite fragmentar fragmentos!)

– El segundo fragmento NO TIENE por qué ser elúltimo (mantiene el bit Más Fragmentos quetuviera el datagrama inicial). El datagrama inicialpodría a su vez ser un fragmento de otro.

– Todos los fragmentos, salvo el último, de longitudmúltiplo de 64 bits.


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Routers: fragmentación

R1

R2

Host DestIEEE 802.3

Ethernet MTU Ethernet: 1500 bytesMTU IEEE 802.3: 1492

Ult. Fr: 0Offset:0Lon:2972

10

1492

Dat1

Dat11

0023

1500

Dat12

123788

Dat121

035732

Dat122

R1

R2

Datagrama inicial Dat1: Cabecera: 20 bytes Datos: 2952 bytes

Fragmento en Dat11: Cabecera: 20 bytes Datos: 1472 bytes (64x23)

Fragmento en Dat12: Cabecera: 20 bytes Datos: 1480 bytes

Fragmento en Dat122: Cabecera: 20 bytes Datos: 712 bytes

Fragmento en Dat121: Cabecera: 20 bytes Datos: 768 bytes (64x12)

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Encaminamiento

• Problema complicado. Hay que:– Decidir la información contenida en las tablas de

encaminamiento (Política de encaminamiento -daemons-).

– Decidir cómo va a llegar dicha información a los distintosrouters:

• Encaminamiento ESTÁTICO. Un gestor introduce entradas enlas tablas y mantiene los cambios. Por ejemplo, una red en laque todos los routers tuvieran tablas construidas como las quese han construido en la sesión 1 de problemas. Util solo eninternets pequeñas y sencillas.

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Encaminamiento

• Encaminamiento DINÁMICO. Los routers dialogan entre síutilizando los PROTOCOLOS de encaminamiento paraintercambiar información de rutas. Los contenidos de lastablas cambian con esta información.

– Considerar la multitud de redes que interconecta .• Nuevos métodos de cálculo de caminos a destinos lejanos.• Nuevos protocolos.

• Imposibilidad de gestión única y centralizada.

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Encaminamiento: sistemas autónomos

• Breve historia del crecimiento de Internet:

– Inicios: ARPANET y unas pocas redes interconectadas porrouters.

• Los routers compartían la información de encaminamiento(intercambiada por un protocolo extinguido: el GGP).

• Cada tabla contenía información de TODAS las redes IPinterconectadas.

• Crecimiento de redes: aumenta tamaño y frecuencia deintercambios de información.

• En realidad era como tener, a efectos de encaminamiento, unaUNICA RED.

• La situación llegó a ser prácticamente inmanejable.

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– Cambio de modelo: se consideró Internet dividida en variosSistemas Autónomos (SA): conjunto de redes y routersbajo la misma administración.

• Arpanet y Satnet: “núcleo central” (AS core). Un conjuntocreciente de SA conectados a él por routers, asegurando asíla conectividad entre ellos.

• NO definición exacta de un SA: redes corporativas, redesservidas por un ISP, etc. Requisitos:

– Todos sus routers deben estar interconectados.– Sus routers intercambian información de encaminamiento

mediante protocolos de encaminamiento de aplicación específicaen ese SA (protocolos Interiores-IGPs como RIP, OSPF-)

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• Los SA intercambian información de encaminamientomediante los protocolos Exteriores (Exterior GatewayProtocol fue el primero).

• Cada SA se conecta a uno o varios SAs a través de routersespecíficos que ejecutan un protocolo de encaminamientoexterior.

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ProtocoloExterior

AB

SA_1 SA_2 R_21 D

Router A envía a B información de las redes que hay en SA_1

ProtocoloInterior

Router B transforma esa información en entradas de las tablas de encamina-miento de los routers de SA_2. De esa forma, los routers interiores de SA_2 pueden enviar datagramas a las redes de SA_1 a través de B.

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Encaminamiento dinámico: protocolosinteriores

• Protocolos interiores: usados por los routers de un ASpara intercambiar información de encaminamiento ygestionar los contenidos de las tablas de encaminamiento(proceso: routing daemon -routed y gated en Unix-).

• El algoritmo de encaminamiento (routing mechanism)ejecutado por el kernel es siempre el mismo. Cambia laforma de llenar las tablas y la información misma.

• Cuando existen varios caminos a un mismo destino, elproceso selecciona UNA para ser anotada en la tabla.

• Objetivo: determinar el camino más corto entre dos puntosde Internet. La forma de hacerlo determinará la existenciade VARIAS FAMILIAS de protocolos.

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Encaminamiento dinámico: protocolosinteriores

• Los más conocidos: Routing Information Protocol (RIP), yel más reciente Open Shortest Path First Protocol (OSPF)

• RIP: familia de protocolos de “vectores de distancias”. Ladistancia se calcula por el algoritmo Bellman-Ford.

• OSPF: familia de protocolos de “estado de enlaces”.

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U P C


Encaminamiento dinámico: RIP

• Basado en algoritmo de Bellman-Ford para encontrardinámicamente la ruta mínima.

• No muy bueno técnicamente, pero distribuidogratuitamente desde el principio en el UNIX BSD!!.

• Tipo de métrica: ¿En qué unidades se miden las“distancias”?. ¿Número de routers?¿Tiempo de tránsito -lacongestión de las redes sería un factor importante-?

• Métrica de RIP: Número de enlaces que hace faltaatravesar para ir del remitente al destinatario (“hops”: 1para máquinas en la misma red, 2 para máquinas en redesinterconectadas por un router, y así sucesivamente).

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• Máquinas activas, que transmiten y reciben información deencaminamiento por las redes (los routers) y pasivas, quesolo la reciben (los hosts). Con la información recibida seactualizan las tablas de encaminamiento.

• Tiempos y distancias:– Distancia infinita: 16.

– Los routers transmiten su información cada 30 seg.– Si una entrada no se actualiza durante 180 segundos,

la distancia se pone a infinito

• Mensajes RIP, en datagramas UDP (NO gestionaconexión -pregunta/respuesta, no dialogos largos-) y éstosen datagramas IP. Puerto predeterminado UDP: 520

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• Direcciones en tablas RIP: @IP

– No especificación de tipo de @IP pasada en losmensajes RIP.

– Los routers separan las partes “network id” de la parte“subnet id + host id” según la clase de la @IP.

– RIP v1 NO prevee que los mensajes RIP transmitanmáscaras de red: limita a UNA entrada la forma deacceder a las distintas subredes de una red.

• Tablas contienen: @destino,métrica asociada, @delpróximo router,marca de “actualizada recientemente” yvarios “timers”.

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Encaminamiento dinámico: operacióndel RIP

• Algoritmo de Bellman-Ford para gestión de contenidos detablas.

– Inicio. Cada router coloca en la tabla entradas para lasredes a las que está conectado: métrica 0.

– Envío. Cada 30 seg todo router envía su tabla en unmensaje RIP a los que están conectados a la misma red.

– Gestión. Al recibir esta información un router:• Si aparece ruta a destinatario no presente en la tabla, se

crea una nueva entrada.

• Si aparece ruta a destinatario presente en la tabla perocon métrica menor, se sustituye la entrada por una nuevacreando una nueva ruta.

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Encaminamiento dinámico: operacióndel RIP

• Si aparece ruta a destinatario no presente en la tabla, secrea una nueva entrada.

• Si aparece una nueva ruta a destinatario presente en latabla pero con distancia menor, se sustituye la entradapor una nueva (se sustituye una ruta por otra).

• Si aparece la misma ruta a un destinatario presente, perocon distancia diferente, se altera el valor de la distanciaen la tabla.

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Routing Internal Protocol

0. Estado InicialA CB

D

1 2

6

3 4

5E

A Enl Coste

A Enl Coste A Enl Coste


A 0L

D 0L E 0L

C 0LB 0L

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U P C




D

1 2

6

3 4

5E

A Enl Coste



A 0L

D 0L E 0L

C 0LB 0L

1. “A” a vecinos

A 11

A 13

11

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U P C




D

1 2

6

3 4

5E

A Enl Coste



A 0L

D 0L E 0L

C 0LB 0L


A 11

A 13

2. “B” a vecinos

B 12A 22

B 14A 24

B 1 12 2

2

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U P C




D

1 2

6

3 4

5E

A Enl Coste



A 0L

D 0L E 0L

C 0LB 0L


A 11

A 13


B 12A 22

B 14A 24

3. “D” a vecinos

D 13

D 6 1

B 1 1

3

3

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U P C




D

1 2

6

4

5E

A Enl Coste



A 0L

D 0L E 0L

C 0LB 0L


A 11

A 13


B 12A 22

B 14A 24


D 13

D 6 1

B 1 14. “C” a vecinosC 2 1

C 5 1

4

4

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U P C




D

1 2

6

4

5E

A Enl Coste



A 0L

D 0L E 0L

C 0LB 0L


A 11

A 13


B 12A 22

B 14A 24


D 13

D 6 1


C 5 1

5. “E” a vecinosE 4 1D 4 2

D 5 2E 5 1

B 6 2C 6 2E 6 1

5

5

5

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U P C




D

1 2

6 5E

A Enl Coste



A 0L

D 0L E 0L

C 0LB 0L


A 11

A 13


B 12A 22

B 14A 24


D 13

D 6 1


C 5 1


D 5 2E 5 1

B 6 2C 6 2E 6 1


E 3 2

C 3 3

6

6

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U P C




D

1 2

6

4

5E

A Enl Coste



A 0L

D 0L E 0L

C 0LB 0L


A 11

A 13


B 12A 22

B 14A 24


D 13

D 6 1


C 5 1


D 5 2E 5 1

B 6 2C 6 2E 6 1


E 3 2

C 3 3


217

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Tema 2: Internet Protocol (IP)

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