Una red en funcionamiento:Internet

3. TCP/IP

Agenda

TCP/IP y el modelo DoD.

Dispositivos TCP/IP.

Los usos de Internet.

La arquitectura de la red pública.

Las capas y el funcionamiento de Internet.

Resumen.

• DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) es la agencia creada en 1958, responsable del desarrollo de nuevas tecnologías para su uso militar.

• Su acción dio lugar a ARPANET, que ha sido el primer desarrollo de una red WAN conmutada.

• ARPANET fue el predecesor de la actual Internet, que adoptó el modelo TCP/IP el 1 de enero del año 1983.

• No hay un documento oficial que defina el modelo.

• TCP/IP actualmente es mantenido por IETF.

TCP/IP y el modelo DoD

HostA

HostB

Router Router

Internet

Dispositivos TCP/IP

Mapa parcial de Internet que representa aproximadamente 30.000

nodos.

• Correo Electrónico.• World Wide Web.• Acceso Remoto.• Herramientas de colaboración.• Compartir archivos.• Difusión de multimedia.• Telefonía sobre Internet.• Mensajería instantánea.

Los usos de internet

Mapa del backbone IPv6 de Internet.Publicado por CAIDA (Cooperative Association

for Internet Data Analysis) en enero de 2008.

Arquitectura de Internet

Representación gráfica de la Internet actual, realizada por LANET VI.

La periferia

El núcleo

Arquitectura de Internet (cont.)

ORIGEN

Aplicación

Transporte

Internet

Acceso a Red

DESTINO

Aplicación

Transporte

Internet

Acceso a Red

ROUTER

Internet

Acceso a Red

ROUTER

Internet

Acceso a Red

El funcionamiento de Internet

¿Preguntas?

• El modelo TCP/IP fue adoptado finalmente como la base de la arquitectura de Internet.

• La operación de TCP/IP prevé 2 tipos de dispositivos: terminales que son origen y destino de la información, y routers que contruyen la ruta a través de la red.

• Internet fue diseñada inicialmente con una arquitectura distribuida para asegurar mayor estabilidad y resistencia ante posibles ataques.

• En su estructura actual, Internet es una estructura jerárquica basada en la conexión entre múltiples nodos. En esta jerarquía se distinguen 3 niveles: núcleo, periferia y capa exterior.

Resumen

1

Estructura y funcionamiento

3. TCP/IP

Agenda

Orígenes de TCP/IP.

El modelo DoD.

El stack TCP/IP.

Relación con las capas inferiores.

Funciones de IP.

Servicios de transporte.

Aplicaciones y servicios de red.

Resumen.

• Se requiere una arquitectura de comunicaciones de alcance global.

• 1973 – 74 – Primeras especificaciones del protocolo TCP (RFC 675).

• 1975 – Primera comunicación utilizando TCP/IP.

o TCP v2.

o TCP v3 e IP v3.

• 1978 – TCP/IP v4.

• 1983 (1 de enero) – ARPANET migra a TCP/IP.

Orígenes de TCP/IP

Elaborado al inicio de los años ’70 a instancias de DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).

Características:

• 4 capas.

• En cada capa operan protocolos específicos.

ACCESO A RED

INTERNET

TRANSPORTE

APLICACIÓN

El modelo DoD

DHCP RTP

DNS SNMP

SSH FTP

HTTP TELNET

POP3 SSL

SMTP NTP

TCP

UDP

IP ICMP

IGMP ARP

PPP SDLC

HDLC ATM

Frame Relay Ethernet

El stack TCP/IP

ACCESO A RED

INTERNET

TRANSPORTE

APLICACIÓN

• Regula los aspectos relacionados al establecimiento del enlace físico.

• Operan los controladores de software y las interfaces físicas para conectar a los medios físicos (placas de red, etc.).

• Se conforma la trama que luego será transmitida sobre el medio físico.

• Regula los aspectos relacionados al establecimiento del enlace físico.

• Operan los controladores de software y las interfaces físicas para conectar a los medios físicos (placas de red, etc.).

• Se conforma la trama que luego será transmitida sobre el medio físico.

Las capas inferiores

ACCESO A RED

INTERNET

TRANSPORTE

APLICACIÓN

• Brinda una arquitectura de direccionamiento jerárquico global.

• Asegura servicios para la resolución de direcciones en la misma capa.

• Proporciona un servicio de mensajería de control y errores.

• Brinda una arquitectura de direccionamiento jerárquico global.

• Asegura servicios para la resolución de direcciones en la misma capa.

• Proporciona un servicio de mensajería de control y errores.

Funciones de IP

ACCESO A RED

INTERNET

TRANSPORTE

APLICACIÓN

• Establece circuitos virtuales entre origen y destino para el intercambio de información.

• Permite desarrollar comunicaciones confiables, orientadas a la conexión, con sistemas de control de flujo y corrección de errores.

• Permite el mantenimiento de múltiples circuitos virtuales por la multiplexación de puertos.

• Establece circuitos virtuales entre origen y destino para el intercambio de información.

• Permite desarrollar comunicaciones confiables, orientadas a la conexión, con sistemas de control de flujo y corrección de errores.

• Permite el mantenimiento de múltiples circuitos virtuales por la multiplexación de puertos.

Servicios de transporte

ACCESO A RED

INTERNET

TRANSPORTE

APLICACIÓN

• Contiene protocolos de alto nivel que permiten al usuario acceder a los recursos de red.

• Hay múltiples servicios estándar y/o propietarios:

• HTTP.

• FTP.

• SNMP.

• POP3.

• SMTP.

• Contiene protocolos de alto nivel que permiten al usuario acceder a los recursos de red.

• Hay múltiples servicios estándar y/o propietarios:

• HTTP.

• FTP.

• SNMP.

• POP3.

• SMTP.

Aplicaciones y servicios de red

ACCESO A RED

INTERNET

TRANSPORTE

APLICACIÓN

¿Preguntas?

• El modelo DoD define un esquema de 4 capas para describir la comunicación entre dos equipos terminales a través de una red de dispositivos: Aplicación, Transporte, Internet y Acceso a red.

• Los principales protocolos responsables del establecimiento de una comunicación extremo a extremo son los protocolos TCP e IP.

• Además de TCP e IP, otros protocolos del stack (PPP, HDLC, HTTP, SMTP) completan el proceso brindando aplicaciones y acceso a los recursos de red.

Resumen

• TCP/IP concibe Internet como una red global que permite establecer circuitos virtuales extremo a extremo.

• En la red hay 2 tipos de dispositivos: terminales que son los que establecen el circuito virtual extremo a extremo.

• Nodos intermedios que reciben el nombre de routers (gateways) que componen la ruta interconectada entre los terminales.

Resumen (cont.)

1

Direcciones,máscaras y clases

3. TCP/IP

Agenda

Direccionamiento IP.

Estructura de direcciones IPv4.

Máscaras de subred.

Identificador de red.

Direcciones públicas y privadas.

Direcciones reservadas.

Resumen.

201.15.175.1411001001.00001111.10101111.00001110

169.25.70.1610101001.00011001.01000110.00010000

Direccionamiento IP

5411 - 52373500

200 . 082 . 126 . 215

IT CollegeBuenos Aires

Host de la RedIT College

Direcciones IPv4

Clase Aplicación Patrón binario del primer byte

Rango decimal del primer byte

A

Comercial

0_ _ _ _ _ _ _ 0 a 127

B 10 _ _ _ _ _ _ 128 a 191

C 110 _ _ _ _ _ 192 a 223

D Multicast 1110 _ _ _ _ 224 a 239

E Reservadas 1111 _ _ _ _ 240 a 255

Direcciones IPv4

Porción de Red

Porción de Subred

Porción de Host

Máscara de subred

Dirección IP en binarios

192 . 168 . 1 . 70

11000000 . 10101000 . 00000001 . 01000110

Máscara SR sin subredes 11111111 . 11111111 . 11111111 . 00000000 255.255.255.0

Máscara SR con subredes 11111111 . 11111111 . 11111111 . 11000000 255.255.255.192

Se crean22 = 4 subredes

Cada subred consta de 2(8-2) = 64 IPs

Máscara de subred

Dirección IP en binarios

192 . 168 . 1 . 70

11000000 . 10101000 . 00000001 . 01000110

Máscara SR sin subredes 11111111 . 11111111 . 11111111 . 00000000 255.255.255.0

Máscara SR con subredes 11111111 . 11111111 . 11111111 . 11000000 255.255.255.192

distro_1#sh ip routeCodes: C - connected, S - static, I - IGRP, 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, E - EGP i - IS-IS, 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

Gateway of last resort is not set 172.16.0.0/16 is variably subnetted, 4 subnets, 3 masksD 172.16.0.0/16 is a summary, 00:00:00, Null0C 172.16.1.0/24 is directly connected, FastEthernet0/0C 172.16.2.0/30 is directly connected, Serial0/3/0D 172.16.2.4/30 [90/2172416] via 172.16.1.2, 00:00:02, FastEthernet0/0 [90/2172416] via 172.16.1.4, 00:00:01, FastEthernet0/0D 192.168.1.0/24 [90/30720] via 172.16.1.1, 00:00:02, FastEthernet0/0D 192.168.2.0/24 [90/30720] via 172.16.1.2, 00:00:02, FastEthernet0/0 200.15.15.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masksD 200.15.15.0/24 is a summary, 00:00:35, Null0C 200.15.15.0/30 is directly connected, Serial0/3/1

192.168.1.38 / 24

11000000.10101000.00000001.00100110

AND 11111111 . 11111111 . 11111111 .00000000

11000000.10101000.00000001.00000000192.168.1.0 / 24

Dirección IP destino

Máscara de Subred

Resultado del AND

Identificador de red

RED LOCALIP PRIVADA

InternetRED GLOBAL

IP PÚBLICA

201.175.16.25 / 24Dirección IP pública

192.168.1.1 / 24Dirección IP privada

192.168.1.38 / 24Dirección IP privada

IP Pública / IP Privada

IP Orig

en: 192.168.1.38

IP Destino: 2

07.46.197.32

IP Pública / IP Privada

RED LOCALIP PRIVADA

InternetRED GLOBAL

IP PÚBLICA

201.175.16.25 / 24Dirección IP pública

192.168.1.1 / 24Dirección IP privada

192.168.1.38 / 24Dirección IP privada

IP Origen: 201.175.16.25IP Destino: 207.46.197.32

Direcciones reservadas

• Direcciones de loopback.o Representa lógicamente el

sistema ante sí mismo.o Todo dispositivo TCP/IP debe

responder a esta dirección.

127.0.0.1

• Direcciones reservadas de red.o Identifican a la red.o Todos los bits del host en 0.

192.168.1.011000000.10101000.00000001.00000000

• Direcciones reservadas de broadcast.o Identifican a todos los nodos de

la red.o Todos los bits del host en 1.

192.168.1.25511000000.10101000.00000001.11111111

¿Preguntas?

• El protocolo IP utiliza IDs de 32 bits de longitud.

• Las direcciones de red tienen una estructura jerárquica de 2 niveles: red y nodo.

• Se agrupan en 5 clases, 3 de ellas de uso comercial:

o Clase A – 0 a 127 en el primer octeto.

o Clase B – 128 a 191 en el primer octeto.

o Clase C – 192 a 223 en el primer octeto.

o Clase D – Multicast: 224 a 239.

Resumen

• La máscara de subred permite dividir internamente en múltiples subredes una red IP.

• 2n = cantidad de subredes creadas.

• 2n-2 = cantidad de subredes creadas.

• 2y-n = cantidad de direcciones IP por subred.

• 2(y-n)-2 = cantidad de direcciones IP útiles o de nodo, por subred.

• RFC 1918 establece 3 rangos de direcciones IP reservadas para utilización en las redes LAN en combinación con NAT para el acceso a Internet.

Resumen (cont.)

1

Protocolos de capa de red y entrega de mensajes

3. TCP/IP

Agenda

Funciones de la capa de red.

Envío y entrega de mensajes IP.

Resolución de direcciones con ARP.

Máscaras, subredes y rutas.

Protocolos de control: ICMP.

Herramientas de ICMP.

Resumen.

• Definición de un formato de paquete y un esquema de direccionamiento.

• Transferencia de datos entre la capa de Internet y la capa de Acceso de Red.

• Enrutamiento de los paquetes a través de la red hacia los hosts de destino.

Operan en esta capa del stack TCP/IP múltiples protocolos:

o IP

o ICMP

o ARP

o RARP

Funciones de la capa de red

Servicios del protocolo IP:

• Realización del “mejor esfuerzo” en la entrega de datagramas, NO confiable, NO orientado a la conexión.

• Fragmentación y reensamblado de paquetes.

MTU = 1500 B

MTU = 1000 B

Los paquetes mayores de 1000 bytes son fragmentados con un MTU = 1000 B.

Los fragmentos son reensamblados para

obtener el paquete original.

Envío y entrega de mensajes IP

IP: 192.168.1.38 / 24

MAC: 1111.00aa.aaaa

IP: 192.168.1.37 / 24

MAC: 1111.00bb.bbbb

IP: 192.168.1.1 / 24

MAC: 1111.0022.0022

IP MAC

192.168.1.1 1111.0022.0022

192.168.1.4 aaaa.aa.04.1125

ping 192.168.1.37

1

Consulta la tabla ARP2 Envía una solicitud ARP

3

3

3

Envía una respuesta ARP

4

Completa la tabla ARP5

Completa la la trama

6

ARP: Resolución de direcciones IP

Máscara, subredes y rutas

distro_1#sh ip routeCodes: C - connected, S - static, I - IGRP, 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, E - EGP i - IS-IS, 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

Gateway of last resort is not set 172.16.0.0/16 is variably subnetted, 4 subnets, 3 masksD 172.16.0.0/16 is a summary, 00:00:00, Null0C 172.16.1.0/24 is directly connected, FastEthernet0/0C 172.16.2.0/30 is directly connected, Serial0/3/0D 172.16.2.4/30 [90/2172416] via 172.16.1.2, 00:00:02, FastEthernet0/0 [90/2172416] via 172.16.1.4, 00:00:01, FastEthernet0/0D 192.168.1.0/24 [90/30720] via 172.16.1.1, 00:00:02, FastEthernet0/0D 192.168.2.0/24 [90/30720] via 172.16.1.2, 00:00:02, FastEthernet0/0 200.15.15.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masksD 200.15.15.0/24 is a summary, 00:00:35, Null0C 200.15.15.0/30 is directly connected, Serial0/3/1

192.168.1.38 / 24

11000000.10101000.00000001.00100110

AND 11111111 . 11111111 . 11111111 .00000000

11000000.10101000.00000001.00000000192.168.1.0 / 24

Dirección IP destino

Máscara de Subred

Resultado del AND

IP: 192.168.1.38 / 24

IP: 192.168.2.64 / 24

ping 192.168.2.64

1

El router envía un mensaje ICMP de red de destino inalcanzable hacia el origen.

3

El router descarta el paquete por falta de una ruta hacia la red 192.168.2.0

2

Mensaje ICMP tipo 8:echo request.

Mensaje ICMP tipo 3:destination unreachable.

Protocolo de control: ICMP

C:\>ping 209.191.93.55

Pinging 209.191.93.55 with 32 bytes of data:

Reply from 209.191.93.55: bytes=32 time=183ms TTL=58[se omiten líneas]

Ping statistics for 209.191.93.55: Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),Approximate round trip times in milli-seconds: Minimum = 183ms, Maximum = 193ms, Average = 188ms

C:\>tracert 209.191.93.55

Tracing route to 209.191.93.55 over a maximum of 30 hops:

1 15 ms 12 ms 10 ms cpe-190-55-120-1.telecentro.com.ar[190.55.120.1] 2 14 ms 12 ms 14 ms gigabitethernet2-5.ar3.EZE1.gblx.net [208.48.250.81] 3 9 ms 17 ms 10 ms gigabitethernet2-5.ar3.EZE1.gblx.net [208.48.250.81] 4 150 ms 151 ms 148 ms 64.208.27.58 5 187 ms 186 ms 186 ms so-2-0-0.pat2.dax.yahoo.com [216.115.96.21] 6 212 ms 189 ms 187 ms ae2-p101.msr1.mud.yahoo.com [216.115.104.107] 7 188 ms 198 ms 187 ms te-8-1.bas-c1.mud.yahoo.com [68.142.193.5] 8 187 ms 191 ms 187 ms hp2.latam.vip.mud.yahoo.com [209.191.93.55]

Trace complete.

Herramientas de ICMP

C:\>pathping 209.191.93.55

Tracing route to 209.191.93.55 over a maximum of 30 hops: 0 Desktop.cpe.telecentro.net.ar [192.168.1.100] 1 cpe-190-55-120-1.telecentro.com.ar [190.55.120.1] 2 gigabitethernet2-5.ar3.EZE1.gblx.net [208.48.250.81] 3 gigabitethernet2-5.ar3.EZE1.gblx.net [208.48.250.81] 4 64.208.27.58 5 so-2-0-0.pat2.dax.yahoo.com [216.115.96.21] 6 ae1-p101.msr1.mud.yahoo.com [216.115.104.99] 7 te-9-1.bas-c2.mud.yahoo.com [68.142.193.11] 8 hp2.latam.vip.mud.yahoo.com [209.191.93.55]Computing statistics for 200 seconds... Source to Here This Node/LinkHop RTT Lost/Sent = Pct Lost/Sent = Pct Address 0 Desktop.cpe.telecentro.net.ar [192.168.1.100] 0/ 100 = 0% | 1 10ms 0/ 100 = 0% 0/ 100 = 0% cpe-190-55-120-1.telecentro.com.ar[190.55.120.1] 0/ 100 = 0% | 2 16ms 2/ 100 = 2% 2/ 100 = 2% gigabitethernet2-5.ar3.EZE1.gblx.net [208.48.250.81] 0/ 100 = 0% | 3 15ms 1/ 100 = 1% 1/ 100 = 1% gigabitethernet2-5.ar3.EZE1.gblx.net [208.48.250.81] 0/ 100 = 0% | 4 155ms 0/ 100 = 0% 0/ 100 = 0% 64.208.27.58 0/ 100 = 0% | 5 191ms 0/ 100 = 0% 0/ 100 = 0% so-2-0-0.pat2.dax.yahoo.com [216.115.96.21] 0/ 100 = 0% | 6 201ms 1/ 100 = 1% 1/ 100 = 1% ae1-p101.msr1.mud.yahoo.com [216.115.104.99] 0/ 100 = 0% | 7 189ms 0/ 100 = 0% 0/ 100 = 0% te-9-1.bas-c2.mud.yahoo.com [68.142.193.11] 0/ 100 = 0% | 8 190ms 0/ 100 = 0% 0/ 100 = 0% hp2.latam.vip.mud.yahoo.com [209.191.93.55]

Trace complete.

Herramientas de ICMP (cont.)

¿Preguntas?

• El protocolo IP es un protocolo de capa de Red que proporciona un servicio de entrega de datagramas no confiable, no orientado a la conexión y un servicio de fragmentación y reensamblado de paquetes.

• ARP es un protocolo que permite obtener la dirección MAC que corresponde a una dirección IP de destino.

• ICMP proporciona en la capa de Internet un servicio de mensajería y control de errores.

• Las principales herramientas ICMP son: ping, traceroute y pathping.

Resumen

Lab 3-1Verificación de la operación de ICMP.

Lab 3-2Verificación de la operación de ARP.

1

Protocolos de capa de Aplicación y Transporte

3. TCP/IP

Agenda

TCP: Entrega confiable de mensajes.

Establecimiento de sesión de TCP.

Transferencia y control .

Control de flujo de TCP.

Direccionamiento y multiplexación de aplicaciones.

Protocolos de capa de aplicación: Telnet.

UDP: Entrega basada en mejor esfuerzo.

Aplicaciones en tiempo real: voz sobre IP.

Resumen.

TCP TCP

Servicios que ofrece TCP.

• Protocolo confiable.

• Orientado a la conexión.

• Control de flujo.

• Multiplexación de comunicaciones

TCP: entrega confiable

TCP TCP

CLIENTE SERVIDOR

SYN = 1 | ACK = 0 1

SYN = 1 | ACK = 1 2

SYN = 0 | ACK = 1 3

SYN = 0 | ACK = 1 | SEQ = x4

Negociación sesión TCP

TCP TCP

1 32

Puerto de Origen Puerto de Destino

Número de Secuencia

Número de Acuse de Recibo

HLEN Reservado Bits de Código Ventana

Suma de Comprobación Señalador

Opciones

Datos

Transferencia y control

TCP TCP

CLIENTE SERVIDOR

SEQ = x1

ACK = x+1 | SEQ = y2

ACK = y+1 | SEQ = x+13

Transferencia y control (Cont.)

TCP TCP

CLIENTE SERVIDOR2

ACK = 4

1

3

5

4

6

ACK = 6

6

7

Control de flujo de TCP

TCP: 1054 TCP: 80

IP: 172.16.1.10 IP: 172.16.1.100

172.16.1.10 : 1054 172.16.1.100 : 80

CLIENTE SERVIDOR

Multiplexación de aplicaciones

TCP: 1054 TCP: 23

IP: 172.16.1.10 IP: 172.16.1.1

172.16.1.10 : 1054 172.16.1.1 : 23CLIENTE

SERVIDOR

C:\>telnet 172.16.1.1

T

T

Aplicación: Telnet

UDP UDP

Servicios que ofrece UDP.

• No confiable.

• No orientado a la conexión.

• No hace control de flujo.

• Multiplexación de comunicaciones.

• Adecuado para aplicaciones en tiempo real.

UDP: mejor esfuerzo

UDP UDP

1 32

Puerto de Origen Puerto de Destino

Longitud Suma de Comprobación

Datos

… … …

UDP: mejor esfuerzo (cont.)

UDP UDP

Real time: servicios de voz

¿Preguntas?

• En la capa de transporte TCP ofrece un servicio de entrega de segmentos confiable y orientado a la conexión, con servicios de control de flujo y multiplexación de comunicaciones.

• En contraposición, UDP es un servicio no orientado a la conexión. Si bien no ofrece un servicio de control de flujo, permite la multiplexación de comunicaciones.

• Al no implementar acknoledge ni control de flujo, UDP es el protocolo de capa de transporte indicado para aplicaciones de tiempo real como voz y video sobre IP.

Resumen

• La confiabilidad se basa en el mecanismo de intercambio de triple vía que establece un VC antes de comenzar la transferencia de datos.

• El mecanismo de acknoledgment de segmentos permite al origen tener certeza de la recepción de cada segmento por el destino, y habilita el mecamismo de corrección de errores.

• El mecanismo de ventana deslizante brinda un recurso para el control de flujo.

• El uso de IDs de puertos, es la base para permitir la multiplexación de conexiones.

Resumen (cont.)

Lab 3-3Captura y análisis de una sesión HTTP.

Lab 3-4Captura y análisis de una sesión HTTP.