encaminament tema 4 el nivell de xarxa - redes.upv.es filerealitzar l'encaminament òptim cap...
TRANSCRIPT
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 1
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
) �����������
��������������� ���������
����������������
��������������������������
����������������������������
�����������������!
"������������#$�
%��&���'����(��������
Tema 4El nivell de Xarxa
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 2
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
IntroduccióEl model ISO/OSI: capa de xarxa (N3)
• La principal funció de la capa de xarxa és l'encaminament: fer que les dades puguen fluir entre origen i destinació a través de la malla de nodes de commutació que formen la internet.
• Els nodes de commutació són els equips encarregats de realitzar l'encaminament òptim cap al següent node i s'anomenen encaminadors (routers o gateways)
• El protocol sobre el que resideixen les funcions d'encaminament és el protocol IP
• Els blocs de dades emprats a nivell de xarxa es coneixen com a paquets o datagrames IP.
• Addicionalment, la capa de xarxa té funcions de control de congestió de la xarxa.
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 3
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
�����������
������������� ����������
����������������
��������������������������
����������������������������
�����������������!
"������������#$�
%��&���'����(��������
El nivell de Xarxa
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 4
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Internet
Definició d’ internet
Conjunt de xarxes heterogènies connectades entre si
Interconnexió de xarxes
R RLAN/WAN LAN/WAN
��������
xarxes IP
RoutersComputadors (hosts)
LAN/WAN
R
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 5
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
– Les xarxes interconnectades poden ser de diferent naturalesa• Escenaris: LAN, MAN, WAN• Tecnologies: Ethernet, ATM, FDDI, etc.• Grandàries: generaran una quantitat de trànsit diversa• Altres consideracions diverses ...
Heterogeneitat de les xarxes
G: GatewayB: Bridge
Interconnexió de xarxes
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 6
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
– Per ocultar l’heterogeneïtat existent, s'ha creat el programari necessari per donar a tot el conjunt una aparença homogènia (arquitectura TCP/IP de Internet)
• Aquest programari ha d’encarregar-se de moltes tasques, entre elles, la més important pot ser la d'encaminar els paquets desde l'or igen fins a la destinació
G: GatewayB: Bridge
Interconnexió de xarxesHeterogeneitat de les xarxes
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 7
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
– Internet és una xarxa virtual: admet qualsevol tecnologia de xarxai per tant és independent del maquinari
– Les tasques d'encaminament són dutes a terme pels routers
– Possibilita la comunicació independentment del tipus d'escenaris implicats
LAN -- LANLAN -- WANWAN -- WANLAN -- WAN -- LAN
– Necessitat que hi haja uns dispositius, relés o caixes negres, que moguen la informació d’una xarxa a una altra
RepetidorsPontsRouters (gateways, passarel·les, encaminadors, enrutadors)
Interconnexió de xarxesArquitectura d’ Internet
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 8
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Repetidors
• Treballen a nivell 1• Reenvien el senyal amplificat• Transmeten en totes direccions• Uneixen segments de xarxa de la
mateixa tecnologia• No emmagatzemem en cap moment• No proporcionen aïllament entre els
segments. Una fallada es propaga • NO CICLES !
Re
ReReRe
Interconnexió de xarxes
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 9
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Bridges
P
• Treballen a Nivell-2
• Emmagatzemen, analitzen adreça destinaciói retransmeten per la rama adequada
• Només passen trames sense errors
• Pot unir LAN de distinta tecnologia
• Bridged LAN o LAN Esteses
• NO CICLES !
Interconnexió de xarxes
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 10
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Routers Interconnexió de xarxes
– Dispositius de nivell 3
– La seua funció bàsica és la de l'encaminament de paquets en Internet
– Disposen de taules d'encaminament en les que consulten les rutes posibles per arribar a una destinació
– Intercanvien informació entre ells per tindre actualitzades les taules d'encaminament
– Les xarxes IP queden delimitades per l'abast dels routers d'una LAN
– Els routers separen dominis de difusió. Una difusió a totes les màquines d'una xarxa no anirà més enllà del router que la delimita
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 11
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Xarxa
Físic
Enllaç
Sessió
Transpor t
Xarxa
Aplicació
Presentació
Físic
Enllaç
Sessió
Transpor t
Xarxa
Aplicació
Presentació
Físic Físic
Enllaç Enllaç
XarxaXarxa
Màquina A Màquina BRouter Router
Routers Interconnexió de xarxes
– Els routers no utilitzen les capes superiors de la pila de protocols per retransmetre paquets
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 12
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
�����������
��������������� ���������
������������������
��������������������������
����������������������������
�����������������!
"������������#$�
%��&���'����(��������
El nivell de Xarxa
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 13
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• El esquema d’adreçament IP és independent de les adreces físiques– Permet la interconnexió de diferents tipus de xarxes– És jeràrquic, per facilitar l’encaminament
• Les adreces IP seran usades per els protocols dels nivells
de xarxa (N3) i superiors, així com les aplicacions
• És un esquema d’adreces virtual (només interpretat pel
programari)
• Usat en totes les comunicacions (no és opcional)
• Adreces compostes per 4 bytes (32 bits)
Adreçament d’IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 14
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• Manejar una cadena de 32 bits és molt difícil per als humans
• Per a poder manejar adreces d’IP de manera còmoda
representem les adreces d’IP amb la notació punt decimal:
– es representen com a quatre números decimals obtinguts
dels quatre octets que formen l’adreça d’IP
Adreçament d’IPNotació
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 15
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• Una adreça d’IP es divideix en dues parts:
– Prefix: identifica la xarxa
– Sufix: identifica una màquina dins de la xarxa
• Les adreces d’IP són assignades per:
– Prefix: assignat de manera única per un organisme
internacional
– Sufix: assignat per l’administrador local de cada xarxa
Adreçament d’IPNotació
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 16
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Classe A
Classe B
Classe C
red
red
Host
Host
xarxa0
Xarxa
Xarxa
adreça multicastClasse D
0 8 16 24 31
1.0.0.0 ….. 126.0.0.0
128.0.0.0 ….. 191.255.0.0
192.0.0.0 ….. 223.255.255.0
224.0.0.0 …… 239.255.255.255
Host 01
011
111 0
Adreçament d’IPClasses d’adreces IP
– Segons la longitud de prefixos i sufixos, les adreces d’IP es divideixen en diferents classes
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 17
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• La grandària màxima d’una xarxa ve determinada per la classe d’adreça d’IP que utilize:
– Classe A: xarxes grans
– Classe B: xarxes mitjanes
– Classe C: xarxes menudes
Adreçament d’IPClasses d’adreces IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 18
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Adreçament d’IPExemple d'una internet
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 19
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Adreces especials
Tot 0s
Tot 0s host
Tot 1s
Aquest host
Host en aquesta xarxa
Difusió limitada
Difusió dirigida Tot 1sxarxa
127 Qualsevol cosaLoopback
Adreçament d’IP
Adreça de xarxa Tot 0sxarxa
– Hi ha unes quantes adreces amb un propòsit específic que no és el d'identificar una màquina
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 20
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Adreces especials
• Adreça de xarxaIdentifica una xarxa, no els seus computadors. No pot aparéixer com adreça origen o destinació en cap paquet– Exemple: 158.42.0.0 és l'adreça de xarxa de la UPV
• Aquest hostPot apareixer com adreça origen quan la IP del host no es coneix encara– Exemple: Petició d'IP (DHCPDISCOVER) a un servidor DHCP
• Host en aquesta xarxaEmprada quan el host coneix la seua adreça però no la seua xarxa– Exemple: Adreça font en petició de IP a servidor remot
Adreçament d’IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 21
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Adreces especials
• Difusió L imitadaEmprada com adreça destinació per fer arribar un paquet a tots els hosts de la pròpia xarxa. Format decimal: 255.255.255.255– Exemple: Petició DHCPDISCOVER a un servidor DHCP
• Difusió Dir igidaAdreça destinació per fer difusió en la xarxa del prefix. Només s'envia 1 còpia del paquet per internet. La difusió es farà a la xarxa destinació.
– Exemples: 110.255.255.255, 198.210.45.255
• Bucle local (loopback)Permet comunicar aplicacions en xarxa en una mateixa màquina sense eixir al mitja de transmissió. No requereix serveis de N-2– Exemple: 127.0.0.1
Adreçament d’IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 22
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Les adreces d’IP identifiquen un punt de connexió en una xarxa, per la qual cosa una màquina pot tenir diverses adreces d’IP distintes
Atenció!!
Adreçament d’IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 23
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Adreces privades
� Les adreces privades son un conjunt d'adreçes que poden ser usades per qualsevol en una xarxa privada
� S’han reservat (RFC1918) els tres blocs d’adreces IP següents per a xarxes privades:
10.0.0.0 - 10.255.255.255
172.16.0.0 - 172.31.255.255 192.168.0.0 - 192.168.255.255
� El primer bloc és una única adreça de xarxa de classe A� El segon bloc és un conjunt de 16 adreces de xarxes
contigües de classe B� El tercer bloc és un conjunt de 256 adreces de xarxa
contigües de classe C
Adreçament d’IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 24
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
� Els routers no les encaminen. Per tant, no poden ser referenciades directament des de fora de la xarxa privada � Els paquets que ixen d'una xarxa privada porten com a origen l'adreça del router
� Avantatges: estalvi d'adreces, no té cost, “ ideal para el hogar” , etc.� Desavantatges: les màquines de la xarxa privada no poden tindre entitat
pròpia en Internet. La configuració adecuada del router pot permetre l'accés des de l'exterior a determinats serveis en determinades màquines
Adreces privades Adreçament d’IP
router ��������
172.16.2.6
172.16.2.2
172.16.2.3
172.16.2.4
172.16.2.5
172.16.2.1 210.66.11.52
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 25
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Màscares de xarxa
� Associada a una adreça IP es defineix una màscara xarxa (netmask) per a determinar els bits corresponents a l’ identificador de xarxa
� Fent una operació AND entre els bits de la màscara de xarxa i els d'una adreça IP podem extraure l’ identificador de xarxa d’aquesta adreça IP
11111111.11111111.00000000.00000000255.255.0.0
10011000.00101010.00000100.00000010158.42.4.2 IP
Netmask
Adreçament d’IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 26
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
�����������
��������������� ���������
����������������
����������������������
����������������������������
�����������������!
"������������#$�
%��&���'����(��������
El nivell de Xarxa
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 27
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
TCP UDP
ICMP
driver targeta de xarxaAccésa la xarxa
Xarxa
Transport
Aplicacions
Nivell Físic
Telnet WWW Time
Nivell 2
Nivell 3
Nivell4
Nivell 5
Nivell 1mitjà de transmissió
Dinsd’unaxarxalocal
Entre diversesxarxeslocals
ARP
IP
Protocol IPRecordatori
Arquitectura TCP/IP: nivells
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 28
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Dades
Dades
Dades
Dades
Dades
CapçaleraTCP
CapçaleraUDP
CapçaleraTCP o UDP
CapçaleraTCP o UDP
CapçaleraIP
CapçaleraIP
Capçaleratrama
Cua trama
Accés a la xarxaTrama
XarxaDatagrama IP
Datagrama UDP
TransportSegment TCP
AplicacióDades
Arquitectura TCP/IP: encapsulament
Protocol IPRecordatori
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 29
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• Les aplicacions enviem els seus missatges emprant un dels dos protocols de nivell de transport disponibles TCP o UDP
• Els missatges TCP i UDP s’envien a través d’IP
• A la recepció el passament de missatges és a la inversa
IP
Port 2
TCP o UDP Demultiplexació en ports
Port nPort 1
Protocol IPInterficíes N5-N4-N3
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 30
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• El protocol IP determina les regles d’intercanvi de datagrames entre ordinadors:– Unitat bàsica de transferència de dades: datagrama– Format, normes de processament de paquets, condicions
d’error, etc.– Encaminament: decidir a quin node reenviarà el datagrama
(next hop) si n'hi ha diverses possibilitats
• No es manté cap tipus de connexió entre els extrems emissor i receptor (datagrama)
• No hi ha garantia d’entrega ni de seqüenciament. Així, la entrega pot ser desordenada � Internet és una xarxa poc fiable
Protocol IPCaracterístiques del protocol IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 31
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
0 4 8 16 19 24 31
vers longc tipus servei longitud total
identificació flags offset fragment
temps vida protocol checksum de la capçalera
adreça IP destinació
adreça IP font
DADES
opcions IP (variable) emplenament
capç
aler
a
Format del datagrama IP El datagrama IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 32
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Descripció dels camps
Versió
• Versió del protocol IP. 4 bits.Valor 4
Longitud de la capçalera
• Grandària de la capçalera del datagrama en paraules de 32 bits (valor mínim = 5)
Longitud
• Longitud total del datagrama. S’expressa amb octets, inclou tant la capçalera com l’àrea de dades. Grandària màxima = 65.535 octets
El datagrama IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 33
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Tipus de Servei
• Permet a l’usuari sol·licitar les condicions desitjades de retard, amplada de banda i fiabilitat– bits 0,1,2: prioritat del datagrama
– bit 3: baix retard
– bit 4: alta velocitat
– bit 5: elevada fiabilitat
• Aquests valors poden servir d’ajuda en les decisions d’encaminament
• Però ... no es garanteix el tipus de servei requerit
El datagrama IPDescripció dels camps
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 34
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Temps de vida (TTL, Time To Live)
• Els datagrames tenen un temps limitat de permanència en la Internet
• Finalitat: Evitar que, per un mal encaminament, estiguen fent voltes en la Internet sense arribar a la destinació
• Cada retransmissió del datagrama (en cada passarel·la) ha de decrementar aquest camp
• En arribar a zero el datagrama es descarta i ja no és retransmès
El datagrama IPDescripció dels camps
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 35
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
TCPUDPICMP
IP
Protocol
• Indica el protocol del nivell superior a què van destinades les dades.
• S’utilitza per a desmultiplexar els paquets.
El datagrama IPDescripció dels camps
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 36
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Checksum
• Inclou sols la capçaleraOpcions
• No sempre està present i s’ inclou amb finalitat de verificació del funcionament de la xarxa
• Té longitud variable– Determina la grandària del camp d’emplenament
• Permeten a l’emissor d’un datagrama:– Sol·licitar un registre dels diferents routers pels quals passa el
datagrama en el seu trànsit cap a la destinació– Especificar la ruta a seguir pel datagrama– Sol·licitar un registre de l’ instant en què el router processa el
datagrama
El datagrama IPDescripció dels camps
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 37
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Fragmentació de datagrames
• Els datagrames IP han de ser transmesos a través del servei que proporciona la xarxa física a què està connectat l’ordinador
• Totes les tecnologies de xarxa imposen limitacions a la grandària màxima dels paquets (MTU: Maximum transfer Unit)
• MTU en Ethernet: 1500 bytes (camp de dades de una trama Ethernet)
• Si el datagrama “ cap” en una trama no hi ha fragmentació (datagrama<=MTU)Si “no cap” s'ha de fragmentar
El datagrama IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 38
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Fragmentació de datagrames
• El problema de la fragmentació pot apareixer en el trànsit entre dues xarxes físiques diferents � fragmentaran els routers
El datagrama IP
RLAN/WAN LAN/WAN
MTU=1500 MTU=900
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 39
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Fragmentació de datagrames
En fragmentar un datagrama es copien la majoria dels camps de la capçalera:
• El camp d’ identificació permet identificar tots els fragments d’un mateix datagrama
• El camp longitud en un fragment indica la longitud del fragment esmentat
• Dos bits en el camp de flags:– Do not fragment (DF): El datagrama no pot ser fragmentat
– More fragments (MF): El fragment no es l’últim de la sèrie
• El desplaçament del fragment (en múltiples de 8 bytes) indica la posició del fragment dins el datagrama original
• Sols es reassembla en la destinació (es miraran els camps adreça font, identificació, flags i desplaçament de fragment)
El datagrama IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 40
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Red 2MTU=620
Router 1 Router 2
Host AHost B
Fragmentación en el router 1 al enviar datagramas superiores a 600, desde elhost A hasta el host B
Red 3MTU=1500Red 1
MTU=1500
MTU = 1500 octets
dades 1(600 octets)
dades 2(600 octets)
dades 3(200 octets)
lon. total1420
identific.32
DF=0MF=0
MTU = 620 octetsdades 1lon. total
620identific.
32DF=0MF=1
offset 0
dades 2lon. total
620identific.
32DF=0MF=1
offset 75(600)
dades 3lon. total
220identific.
32DF=0MF=0
offset 150(1200)
El datagrama IPFragmentació de datagrames: Exemple
Capçalera IP = 20 octets(sense opcions)
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 41
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
�����������
��������������� ���������
����������������
��������������������������
�����������������������
�����������������!
"������������#$�
%��&���'����(��������
El nivell de Xarxa
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 42
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
) camp de dades del datagrama
6 6 2 46-1500 4
capçalera
tipus (0x800) CRCAdr. Físicadestinació
Adr. Físicafont camp de dades de la trama
El datagrama s’envia encapsulat en el camp de dades d’una trama
Encaminament IP
La trama és el bloc d'informació que viatjarà finalmenta través del mitjà de comunicació
Encapsulament
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 43
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Encaminament IP
• Les adreces físiques, també conegudes com MAC o hardware, identifiquen unívocament un adaptador de xarxa
• Per poder enviar una trama una màquina ha de conéixer l'adreça física de la màquina destinació
• Si les aplicacions, nivell de transport i nivell de xarxa treballen amb adreces IP, com es pot conéixer les adreces físiques?
• Existeix un protocol anomenat ARP (Adress Resolution Protocol) que facilita la traducció entre una adreça IP i la seua adreça física associada
Només és possible coneixer les adreces físiques de les màquines de la pròpia xarxa, MAI les d'una altra xarxa
Adreces físiques i protocol ARP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 44
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• La divisió entre xarxes IP està determinada pels routers ja que aquests defineixen dominis de difusió diferents
• Dos hosts poden comunicar-se directament només si comparteixen la mateixa xarxa (diàleg directe)– En aquest cas, l’emissor encapsula el datagrama en una trama,
esbrina l’adreça física de la destinació (mitjançant el protocol ARP) i li envia directament la trama.
• Quan la destinació no està en la mateixa xarxa que l’origen s’ha d’enviar el datagrama al router (diàleg indirecte)– El procés és paregut, però ara l’adreça física destinació és la
del router
Encaminament IPDiàlegs directe i indirecte
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 45
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Exemples d'encaminament
Red 1132.58.0.0
Red 225.0.0.0
Router 1
132.58.0.2
25.0.0.1
25.0.0.3
Host A Host B
Host C
132.58.10.12132.58.0.11
A B
A C
IP dest C IP orig. A dadesHw dest R1 Hw orig. A 0x800
IP dest C IP orig. A dadesHw dest C Hw orig.R1 0x800
capçalera IP
IP dest B IP orig. A dadesHw dest B Hw orig. A 0x800
datagrama IPcapçalera trama
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 46
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Taules d’encaminament
• Element primordial en l’encaminament IP. Contenen informació sobre les possibles destinacions i com podem arribar-hi
• On es troben? – Als routers i hosts
• Com han de ser? – Compactes i menudes (en la mesura del possible) per a un
funcionament més eficient – Només amb informació sobre xarxes destinació i sobre
passarel·les que ens condueixen fins a aquestes
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 47
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Taules d’encaminament
Tipus d’entrades en la taula d’encaminament:
• Parelles (adr. xarxa destinació, router següent (next hop))
– Tot el trànsit a aquesta sol seguir el mateix camí– La ruta de A a B pot diferir de la de B a A
• Rutes per defecte: No apareix la xarxa destinació explícitament en la taula. – Útil quan la connexió a la resta de la Internet és única
• Ruta específica per a alguns hosts determinats. Respon a propostes de control i seguretat
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 48
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Taules d’encaminament: exemple
Taula d’encaminament del router 2
15.0.0.0 entrega directa
12.0.0.0 entrega directa
142.58.0.0
96.0.0.0 15.0.0.6
12.0.0.1
destinació ruta
Red 315.0.0.0
Red 496.0.0.0
Red 1142.58.0.0
Red 212.0.0.0
Router 1
Router 2Router 3142.58.0.2
12.0.0.1
12.0.0.3
15.0.0.3
15.0.0.6
96.0.0.1
Host A
12.1.1.1
Taula d’encaminament del host A
142.58.0.0 12.0.0.1
12.0.0.3default
destinació router
12.0.0.0 entrega directa
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 49
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Processament d’un datagrama IP
• És necessari tenir en compte que:– Un ordinador (host o router) amb múltiples connexions de
xarxa tindrà diverses adreces IP, i s’hauran de comprovar totes per veure si ell és la destinació
– S’ha de considerar també les adreces de difusió com a adreces destinació pròpies
– Les adreces de bucle (127.* .* .* ) també es consideren adreces pròpies
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 50
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Problemes amb l’adreçament IP
• El creixement exponencial d’ Internet ha provocat seriosos problemes a l’hora d’assignar adreces.– Els routers requereixen taules d’encaminament
excessivament grans.– L’adreçament tradicional amb classes de tipus A i B
proporciona un ús ineficient de les adreces• No és habitual connectar 224 o 216 hosts a una mateixa
xarxa local.– Cada vegada queden menys adreces disponibles (sobretot
de tipus A i B)
• Per tal d’alleugerir aquests problemes s’han proposat algunes tècniques com ara subnetting i supernetting.
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 51
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Subxarxes (Subnetting)
LAN
Router
131.107.0.0LAN
LAN
131.107.32.0
131.107.128.0
131.107.64.0
Màscara de subxarxa : 11111111 11111111 11100000 00000000
Fins a 8 subxarxes de 213 hoses
Router
131.107.0.0
LAN131.107.0.0
Màscara de xarxa B estàndard: 11111111 11111111 00000000 00000000
�Una de les solucions que es proposen consisteix a fragmentar una xarxa IP en subxarxes (Subnetting) � Perquè això no signifique modificar IP s’utilitzen màscares de xarxa.
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 52
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Superxarxes (Supernetting)
• Agrupa adreces consecutives de xarxes de classe C per a assignar-les a una xarxa IP. – Això permet assignar espai d’adreces a organitzacions
segons les seues necessitats.– Millor ús de l’espai d’adreces IP
• Exemple:
193.40.128.0193.40.129.0
193.40.142.0193.40.143.0
.
.
.
Adreça xarxa 193.40.128.0
Nre. de hosts4094
11000001 00101000 10000000 0000000011000001 00101000 10000001 00000000
11000001 00101000 10001111 0000000011000001 00101000 10001110 00000000
.
.
.
Màscara: 255.255.240.0 o 193.40.128.0 /20
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 53
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
CIDR (Classless Inter-Domain Routing)
• Permet reduir la grandària de les taules d’encaminament dels routers– Afegeix la informació de màscara a les taules d’encaminament
Router A
LAN
Router C
LAN
INTERNET
Router B
LAN
LAN
12.107.64.0 /24
12.107.65.0 /24
12.107.66.0 /24
193.40.129.0 /24
193.40.130.0 /24
193.40.131.0 /24
193.40.128.0 /22 Router B12.0.0.0 /8 Router COmissió Internet
193.40.128.0 /22 DirectaOmissió Router A
12.107.64.0 /24 Directa12.107.65.0 /24 Directa12.107.66.0 /24 DirectaOmissió Router A
193.40.128.0 /24
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 54
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Actualització de rutes
• La topologia y les condicions de la xarxa canvienAixò obliga els routers a esbrinar noves rutes
• Els routers intercanvien informació per a mantenir actualitzades les taules d’encaminament.
• No ∃ cap protocol obligatori per a actualitzar les taules d’encaminament d’ IP
• Hi ha diversos i s’anomenen IGP: Interior Gateway Protocol
• Els més populars:
– RIP: Routing Information Protocol (protocol de vector de distàncies)
– OSPF: Open Shortest Path First (protocol d’estat de l’enllaç)
Encaminament IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 55
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
�����������
��������������� ���������
����������������
��������������������������
����������������������������
����������������
"������������#$�
%��&���'����(��������
El nivell de Xarxa
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 56
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Per què una nova versió?
• Internet està creixent exponencialment (la seua grandària es duplica en menys d’un any)– Les adreces actuals s’estan esgotant: Es necessita un espai
d’adreces molt més ampli.
• Adreces Ipv4 de 32 bits (4 bytes) ≅ 4×109 adreces
• Ipv6: Format de capçalera més flexible:– Menys camps fixos que en IPv4– Capçaleres d’extensió opcionals
• Ipv6: Suport de trànsit multimèdia.– Permet definir fluxos de trànsit amb distints nivells de prioritat
• Ipv6: Integració de serveis de seguretat.– Autentificació (MD5), xifratge (DES), etc..
IPv6
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 57
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Adreces IPv6
• Adreces de 128 bits (16 bytes) ≅ 6×1023 adreces per m2 de la Terra
• No hi ha classes d’adreces
• La separació entre prefix (xarxa) i sufix (host) pot estar a qualsevol lloc– No es dedueix de la mateixa adreça, sempre s’ha d’ indicar la
longitud del prefix (màscara de xarxa)
• Adreces especials
– Unicast: adreça d’un computador
– Multicast: adreça d’un grup d’ordinadors (totes)
– Anycast: adreça d’un grup d’ordinadors (qualsevol del grup)
IPv6
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 58
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Adreces IPv6
• Notació:– Massa llarga en decimal
104.230.140.100.255.255.255.255.0.0.17.128.150.10.255.255– S’utilitzarà representació hexadecimal
68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:96A:FFFF– Els camps consecutius a 0 poden comprimir-se:
FF05:0:0:0:0:0:0:B3 ⇒ FF05::B3El símbol :: sols pot aparèixer una vegada en una adreça.
• Incorpora adreces d’ IPv4: ::128.10.2.1El símbol :: sols pot aparèixer una vegada en una adreça.
• Les adreces poden tenir diferents nivells de jerarquia.
Id. subredId. Proveed. Id. suscriptor Id. node010
IPv6
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 59
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Nova capçalera
• Capçalera de grandària fixa: extensions de capçalera opcionals
• Next header : Protocol de nivell superior
• Payload Length: longitud total del datagrama
• Hot limit: Temps de vida (TTL)
• Pr ior ity/Flow label: Etiqueta de prioritat/flux: Qualitat de servei
• No hi ha Checksum: relegat al nivell d’enllaç
• No hi ha fragmentació: descobriment de mínim MTU en origen
Capçalera IPv6(40 bytes)
IPv6
Priority Flow Label
Payload Length Next Header
Version
Hop Limit
Source Address
Destination Address
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 60
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Transició de la v4 a la v6
• S’ha previst una fase de transició, durant la qual puguen conviure ambdós protocols
• Durant el transitori:– Les adreces antigues poden codificar-se fàcilment com
a adreces noves– Es permetran dispositius capaços d’encaminar paquets
IPv6 i IPv4– Les estacions podran utilitzar els dos protocols– L’ús de túnels permetrà encapsular trànsit IPv6 que ha
de travessar zones IPv4
IPv6
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 61
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
�����������
��������������� ���������
����������������
��������������������������
����������������������������
�����������������!
��������!"�
%��&���'����(��������
El nivell de Xarxa
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 62
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• A Internet no disposem de mecanismes hardware per a
comprovar la connectivitat
• La detecció d’errors i problemes es converteix en una feina
difícil i complexa, per a la qual IP no proporciona eines
• Introduirem un nou mòdul (que es considera part d’IP): el
protocol ICMP (Internet Control Message Protocol)
• Aquest protocol permet als routers i als hosts enviar missatges
de control a altres routers o hosts
Protocol ICMP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 63
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• ICMP ens permet saber, per exemple, perquè no s’ha entregat
un datagrama (no hi ha ruta, la destinació no respon, esgotat
el temps de vida, etc.)
• Informa sobre errors només a l’origen del datagrama
• No corregeix el problema (només n’informa)
• Els missatges ICMP viatgen en el camp de dades d’un
datagrama d’IP
Protocol ICMP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 64
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• Els missatges ICMP s’encapsulen en datagrames d’IP. No obstant això, ICMP no es considera un protocol de nivell superior a IP
Encapsulament d’un missatge ICMP Protocol ICMP
Capçalerade la trama
Camp de dades de la trama
Capçalera Dades ICMP ICMP
Capça. del Camp de dades deldatagrama datagrama IP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 65
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• Cada missatge ICMP té el seu propi format, però tots comencen amb els mateixos camps:
– tipus (8 bits): Identifica el tipus de missatge.
– codi (8 bits): Més informació sobre el tipus de missatge.
– checksum (16 bits): Sobretot el missatge ICMP.
• Alguns missatges inclouen informació complementària.– En cas que informen sobre errades, inclouen la capçalera i els
primers 64 bits (8 bytes) de dades del datagrama que va causar el problema.
tipus codi checksum
dades ICMP (segons tipus)
dades opcionals
Protocol ICMPFormat dels missatges ICMP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 66
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• El tipus de missatge en determina el significat i el format
• Entre els principals tenim:
Tipus Missatge ICMP
0
3
4
8
11
Contestació d'eco
Destinació inassolible
Paquet de restricció
Petició d'eco
Temps excedit en datagrama
Tipus de missatges ICMP Protocol ICMP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 67
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Missatges d’eco (petició i resposta)
• La màquina que fa un echo request es posa a l'espera de rebre un echo response
L’ordre ping
• Es basa en l’ús de missatges de petició i resposta d’eco.
• És utilitzada per administradors i usuaris per a detectar problemes en la xarxa.
• Permet :– comprovar si la destinació està activa.– comprovar que hi ha una ruta fins a aquest.– mesurar el temps d’ ”anada” i “ tornada” .– estimar la fiabilitat de la ruta.
Protocol ICMPTipus de missatges ICMP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 68
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• Missatge de destinació inassolibleEnviat per un router quan no pot enviar o entregar un datagrama IP– Per exemple: xarxa inassolible, host inassolible, fragmentació
necessària i flag DF activat, xarxa desconeguda.
• Missatge de readreçamentL’empren els routers per advertir un host de l’existència d’una ruta millor per a assolir una destinació determinada
Protocol ICMPTipus de missatges ICMP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 69
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• Paquet de restr icció (source quench)
– És enviat per un router quan té problemes a causa de la recepció d’un nombre excessiu de datagrames (congestió en la xarxa)
– La recepció d’un paquet de restricció en una màquina provocarà una reducció en l’enviament de datagrames
• Missatge Time Exceeded
– Poden ser enviats per routers i hosts:
• routers: quan descarten un datagrama en finalitzar el seu temps de vida (TTL)
• hosts: en ocórrer un timeout mentre s’esperen els fragments per a reassemblar un datagrama.
– El camp codi explica quin dels dos successos ha ocorregut
Protocol ICMPTipus de missatges ICMP
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 70
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
�����������
��������������� ���������
����������������
��������������������������
����������������������������
�����������������!
"������������#$�
#��$���%�����&��������
El nivell de Xarxa
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 71
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• 1962 – 1969:– A principi dels 60 es concep per primera vegada la idea d’ Internet.
Sota el lideratge d’un projecte d’ investigació, Advanced Research Project Agency (ARPA), del Departament de Defensa dels EUA. L’objectiu final va ser compartir els recursos de supercomputació entre la comunitat científica dels EUA.
• 1971:– ARPANET creix a un total de 23 nodes que connecten universitats
i centres d’ investigació governamentals al llarg dels EUA.• 1973:
– ARPANET estableix enllaços internacionals amb University College a Londres i amb l’assentament de radars de la corona Noruega.
• 1983:– TCP/IP es converteix en el llenguatge universal d’ Internet
Història d'Internet
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 72
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
• 1991:– Naix el World Wide Web!
• Principi dels 90:– “The Bangeman Report” : Al Gore i la Comunitat Europea
uneixen esforços i iniciatives per a construir l’ “Autopista de la informació”
• 1994:– Pizza Hut anuncia la possibilitat de fer una comanda a través
dels seus servidors web �• 1996:
�Telecommunications Reform Act: El mercat de les telecomunicacions s’allibera
– Prop de 55 milions de nodes estan accessibles en Internet. Internet s’expandeix al llarg del globus.
Tim Berners-Lee
Història d'Internet
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 73
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Usuaris Internet http://www.exitoexportador.com/stats.htm
Història d'Internet
Gestió I Utilització de Xarxes Locals TEMA 4 74
GYU
RL -
Esc
ola
Tècn
ica
Supe
rioria
d’E
ngin
yeria
del
Dis
seny
(UPV
)
Fòrums oficials i industrials
• Organismes oficials de regularització en Internet: IAB, IRTF, IETF, ITU (abans CCITT) en l’àmbit europeu, ISO és un membre de ITU-T i inclou ANSI, AENOR, UNI, DIN... Altres: IEEE, ACM, NIST...
• Fòrums industrials: Consisteixen en la creació de grups d’ interès sobre una tecnologia per part d’empreses i operadors de telecomunicacions– Van nàixer com a represàlia a la lentitud de ITU-T i ISO en
l’aprovació d’estàndards internacionals (ex. RDSI)
– Alguns exemples:
• El ATM forum
• El Frame Relay forum
• El Gigabit Ethernet forum
• El ADSL forum (ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Loop)
Història d'Internet