Tema 8

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Junio 2015

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Tema 8: La capa de red.

Conceptos generales

Internet no es un nuevo tipo de red física, sino un conjunto de tecnologías que permiten interconectar redes muy distintas entre sí. Internet no es dependiente de la máquina ni del sistema operativo utilizado. De esta manera, podemos transmitir información entre un servidor Unix y un ordenador que utilice Windows. O entre plataformas completamente distintas como Macintosh, Alpha o Intel. Es más: entre una máquina y otra generalmente existirán redes distintas: redes Ethernet, redes Token Ring e incluso enlaces vía satélite. Como vemos, está claro que no podemos utilizar ningún protocolo que dependa de una arquitectura en particular. Lo que estamos buscando es un método de interconexión general que sea válido para cualquier plataforma, sistema operativo y tipo de red. La familia de protocolos que se eligieron para permitir que Internet sea una Red de redes es TCP/IP. Nótese aquí que hablamos de familia de protocolos ya que son muchos los protocolos que la integran, aunque en ocasiones para simplificar hablemos sencillamente del protocolo TCP/IP.

El protocolo TCP/IP tiene que estar a un nivel superior del tipo de red empleado y funcionar de forma transparente en cualquier tipo de red. Y a un nivel inferior de los programas de aplicación (páginas WEB, correo electrónico…) particulares de cada sistema operativo. Todo esto nos sugiere el siguiente modelo de referencia:

Capa de aplicación (HTTP, SMTP, FTP, TELNET...)

Capa de transporte (UDP, TCP)

Capa de red (IP)

Capa de acceso a la red (Ethernet, Token Ring...)

Capa física (cable coaxial, par trenzado...)

El nivel más bajo es la capa física. Aquí nos referimos al medio físico por el cual se transmite la información. Generalmente será un cable aunque no se descarta cualquier otro medio de transmisión como ondas o enlaces vía satélite.

La capa de acceso a la red determina la manera en que las estaciones (ordenadores) envían y reciben la información a través del soporte físico proporcionado por la capa anterior. Es decir, una vez que tenemos un cable, ¿cómo se transmite la información por ese cable? ¿Cuándo puede una estación transmitir? ¿Tiene que esperar algún turno o transmite sin más? ¿Cómo sabe una estación que un mensaje es para ella? Pues bien, son todas estas cuestiones las que resuelve esta capa.

Las dos capas anteriores quedan a un nivel inferior del protocolo TCP/IP, es decir, no forman parte de este protocolo. La capa de red define la forma en que un mensaje se transmite a través de distintos tipos de redes hasta llegar a su destino. El principal protocolo de esta capa es el IP aunque también se encuentran a este nivel los protocolos ARP, ICMP e IGMP. Esta capa proporciona el direccionamiento IP y determina la ruta óptima a través de los encaminadores (routers) que debe seguir un paquete desde el origen al destino.

La capa de transporte (protocolos TCP y UDP) ya no se preocupa de la ruta que siguen los mensajes hasta llegar a su destino. Sencillamente, considera que la comunicación extremo a extremo está establecida y la utiliza. Además añade la noción de puertos, como veremos más adelante.

Una vez que tenemos establecida la comunicación desde el origen al destino nos queda lo más importante, ¿qué podemos transmitir? La capa de aplicación nos proporciona los distintos servicios de Internet: correo electrónico, páginas Web, FTP, TELNET…

La familia de protocolos TCP/IP fue diseñada para permitir la interconexión entre distintas redes. El mejor ejemplo de interconexión de redes es Internet: se trata de un conjunto de redes unidas mediante encaminadores o routers. Un router es un dispositivo que separa 2 o más redes.

Concepto de capa de red

La capa de red se ocupa del control de la subred. La principal función de este nivel es la del encaminamiento, es decir, el tratamiento de cómo elegir la ruta más adecuada para que el bloque de datos del nivel de red (paquete) llegue a su destino. Cada destino está identificado univocamente en la subred por una dirección.

Otra función importante de esta capa es el tratamiento de la congestión. Cuando hay muchos paquetes en la red, unos obstruyen a los otros generando cuellos de botella en los puntos más sensibles. Un sistema de gestión de red avanzado evitará o paliará estos problemas de congestión.

Entre el emisor y el receptor se establecen comunicaciones utilizando protocolos determinados. El mismo protocolo debe estar representado tanto en el emisor como en el receptor.

El concepto de red está relacionado con las direcciones IP que se configuren en cada ordenador, no con el cableado. Es decir, si tenemos varias redes dentro del mismo cableado solamente los ordenadores que permanezcan a una misma red podrán comunicarse entre sí. Para que los ordenadores de una red puedan comunicarse con los de otra red es necesario que existan routers que interconecten las redes. Un router o encaminador no es más que un ordenador con varias direcciones IP, una para cada red, que permita el tráfico de paquetes entre sus redes.

La capa de red se encarga de fragmentar cada mensaje en paquetes de datos llamados datagramas IP y de enviarlos de forma independiente a través de la red de redes. Cada datagrama IP incluye un campo con la dirección IP de destino. Esta información se utiliza para enrutar los datagramas a través de las redes necesarias que los hagan llegar hasta su destino.

Nota: Cada vez que visitamos una página web o recibimos un correo electrónico es habitual atravesar un número de redes comprendido entre 10 y 20, dependiendo de la distancia de los hosts. El tiempo que tarda un datagrama en atravesar 20 redes (20 routers) suele ser inferior a 600 milisegundos.

La dirección IP es el identificador de cada host dentro de su red de redes. Cada host conectado a una red tiene una dirección IP asignada, la cual debe ser distinta a todas las demás direcciones que estén vigentes en ese momento en el conjunto de redes visibles por el host. En el caso de Internet, no puede haber dos ordenadores con 2 direcciones IP (públicas) iguales. Pero sí podríamos tener dos ordenadores con la misma dirección IP siempre y cuando pertenezcan a redes independientes entre sí (sin ningún camino posible que las comunique).

Las direcciones IP se clasifican en:

Direcciones IP públicas. Son visibles en todo Internet. Un ordenador con una IP pública es accesible (visible) desde cualquier otro ordenador conectado a Internet. Para conectarse a Internet es necesario tener una dirección IP pública.
Direcciones IP privadas (reservadas). Son visibles únicamente por otros hosts de su propia red o de otras redes privadas interconectadas por routers. Se utilizan en las empresas para los puestos de trabajo. Los ordenadores con direcciones IP privadas pueden salir a Internet por medio de un router (o proxy) que tenga una IP pública. Sin embargo, desde Internet no se puede acceder a ordenadores con direcciones IP privadas.

A su vez, las direcciones IP pueden ser:

Direcciones IP estáticas (fijas). Un host que se conecte a la red con dirección IP estática siempre lo hará con una misma IP. Las direcciones IP públicas estáticas son las que utilizan los servidores de Internet con objeto de que estén siempre localizables por los usuarios de Internet. Estas direcciones hay que contratarlas.
Direcciones IP dinámicas. Un host que se conecte a la red mediante dirección IP dinámica, cada vez lo hará con una dirección IP distinta. Las direcciones IP públicas dinámicas son las que se utilizan en las conexiones a Internet mediante un módem. Los proveedores de Internet utilizan direcciones IP dinámicas debido a que tienen más clientes que direcciones IP (es muy improbable que todos se conecten a la vez).

Las direcciones IP están formadas por 4 bytes (32 bits). Se suelen representar de la forma a.b.c.d donde cada una de estas letras es un número comprendido entre el 0 y el 255. Por ejemplo la dirección IP del servidor de IBM (www.ibm.com) es 129.42.18.99.

Las direcciones IP se pueden representar

en decimal (lo habitual), desde 0.0.0.0 hasta 255.255.255.255
en hexadecimal, desde la 00.00.00.00 hasta la FF.FF.FF.FF
o en binario, desde la 00000000.00000000.00000000.00000000 hasta la 11111111.11111111.11111111.11111111.

Las tres direcciones siguientes representan a la misma máquina (podemos utilizar una calculadora científica para realizar las conversiones).

(decimal) 128.10.2.30
(hexadecimal) 80.0A.02.1E
(binario) 10000000.00001010.00000010.00011110

Ejemplo

En una red TCP/IP es posible tener, por ejemplo, servidores web y servidores de correo para uso interno. Obsérvese que todos los servicios de Internet se pueden configurar en pequeñas redes internas TCP/IP.

A continuación veremos un ejemplo de interconexión de 3 redes. Cada host (ordenador) tiene una dirección física que viene determinada por su adaptador de red. Estas direcciones se corresponden con la capa de acceso al medio y se utilizan para comunicar dos ordenadores que pertenecen a la misma red. Para identificar globalmente un ordenador dentro de un conjunto de redes TCP/IP se utilizan las direcciones IP (capa de red). Observando una dirección IP sabremos si pertenece a nuestra propia red o a una distinta (todas las direcciones IP de la misma red comienzan con los mismos números, según veremos más adelante).

Host	Red	Dirección IP	Dirección física
A	Red 1	192.168.0.10	00-60-52-0B-B7-7D
R1	Red 1	192.168.0.1	00-E0-4C-AB-9A-FF
R1	Red 2	10.10.0.1	A3-BB-05-17-29-D0
B		10.10.0.7	00-E0-4C-33-79-AF
R2		10.10.0.2	B2-42-52-12-37-BE
R2	Red 3	200.3.107.1	00-E0-89-AB-12-92
C		200.3.107.73	A3-BB-08-10-DA-DB
D		200.3.107.200	B2-AB-31-07-12-93

En el ejemplo anterior, supongamos que el ordenador 200.3.107.200 (D) envía un mensaje al ordenador con 200.3.107.73 (C). Como ambas direcciones comienzan con los mismos números, D sabrá que ese ordenador se encuentra dentro de su propia red y el mensaje se entregará de forma directa. Sin embargo, si el ordenador 200.3.107.200 (D) tuviese que comunicarse con 10.10.0.7 (B), D advertiría que el ordenador destino no pertenece a su propia red y enviaría el mensaje al router R2 (es el ordenador que le da salida a otras redes). El router entregaría el mensaje de forma directa porque B se encuentra dentro de una de sus redes (la Red 2).

Direcciones IP

¿Quién reparte las direcciones IP?

En un principio se encargó de ello el IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Actualmente tanto las direcciones como los nombres son administrados por la ICANN.

La Corporación de Internet para la Asignación de Nombres y Números (en inglés: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers; ICANN) es una organización sin fines de lucro creada el 18 de septiembre de 1998 con objeto de encargarse de cierto número de tareas realizadas con anterioridad a esa fecha por otra organización, la IANA. Su sede radica en California y está sujeta a las leyes de dicho Estado.

ICANN es una organización que opera a nivel multinacional/internacional) y es la responsable de asignar las direcciones del protocolo IP, de los identificadores de protocolo, de las funciones de gestión del sistema de dominio y de la administración del sistema de servidores raíz.

La ICANN (Corporación de Internet para la Asignación de Nombres y Números) delega los recursos de Internet a los RIRs, y a su vez los RIRs siguen sus políticas regionales para una posterior subdelegación de recursos a sus clientes, que incluyen Proveedores de servicios y organizaciones para uso propio.

Un Registro Regional de Internet o Regional Internet Registry (RIR) es una organización que supervisa la asignación y el registro de recursos de números de Internet dentro de una región particular del mundo. Los recursos incluyen direcciones IP (tanto IPv4 como IPv6) y números de sistemas autónomos (para su uso en encaminamiento BGP).

Hay actualmente 5 RIRs en funcionamiento:

American Registry for Internet Numbers (ARIN) para América Anglosajona.
RIPE Network Coordination Centre (RIPE NCC) para Europa, el Oriente Medio y Asia Central.
Asia-Pacific Network Information Centre (APNIC) para Asia y la Región Pacífica.
Latin American and Caribbean Internet Address Registry (LACNIC) para América Latina y el Caribe.
African Network Information Centre (AfriNIC) para África

¿Cómo se reparten las direcciones IPv4?

Existen un total de 3³² direcciones IP (4.294.967.296).

La mitad (2.147.483.648) están destinadas a redes de clase A: (16.777.216 IPs por cada una de las 128 redes de clase A).
Un cuarto (1.073.741.824) están destinadas a redes de clase B: (65.536 IPs por cada una de las 16.384 redes de clase B).
Un octavo (536.870.912) están destinadas a redes de clase C: (256 IPs por cada una de las 2.097.152 redes de clase C)
Un dieciseisavo (268.435.456) están destinadas la clase D (Multicast).
Otro dieciseisavo (268.435.456) están destinadas a la clase E (Experimental).

Tamaño relativo de cada clase.

Clase C: (256 IPs).Arriba

Clase B: (65.536 IPs). En medio

Clase A: (16.777.216 IPs). Abajo

Clases

¿Cuántas direcciones IP existen? Si calculamos 2 elevado a 32 obtenemos más de 4000 millones de direcciones distintas. Sin embargo, no todas las direcciones son válidas para asignarlas a hosts. Las direcciones IP no se encuentran aisladas en Internet, sino que pertenecen siempre a alguna red. Todas las máquinas conectadas a una misma red se caracterizan en que los primeros bits de sus direcciones son iguales. De esta forma, las direcciones se dividen conceptualmente en dos partes: el identificador de red y el identificador de host.

Dependiendo del número de hosts que se necesiten para cada red, las direcciones de Internet se han dividido en las clases primarias A, B y C. La clase D está formada por direcciones que identifican no a un host, sino a un grupo de ellos. Las direcciones de clase E no se pueden utilizar (están reservadas).

	0	1	2	3	4	8	16	24	32
Clase A	0	red				host
Clase B	1	0	red				host
Clase C	1	1	0	red				host
Clase D	1	1	1	0	grupo de multicast (multidifusión)
Clase E	1	1	1	1	(direcciones reservadas: no se pueden utilizar)

Clase	Formato(r=red, h=host)	Nº de redes	Nº de hosts por red	Rango de direcciones de redes	Máscara de subred
A	r.h.h.h	128	16.777.214	0.0.0.0 127.0.0.0	255.0.0.0
B	r.r.h.h	16.384	65.534	128.0.0.0 191.255.0.0	255.255.0.0
C	r.r.r.h	2.097.152	254	192.0.0.0 223.255.255.0	255.255.255.0
D	grupo	-	-	224.0.0.0 239.255.255.255	-
E	no válidas	-	-	240.0.0.0 255.255.255.255	-

Nota: Las direcciones usadas en Internet están definidas en la RFC 1166

Difusión (broadcast) y multidifusión (multicast).-- El término difusión (broadcast) se refiere a todos los hosts de una red; multidifusión (multicast) se refiere a varios hosts (aquellos que se hayan suscrito dentro de un mismo grupo). Siguiendo esta misma terminología, en ocasiones se utiliza el término unidifusión para referirse a un único host.

Direcciones IP especiales y reservadas

No todas las direcciones comprendidas entre la 0.0.0.0 y la 223.255.255.255 son válidas para un host: algunas de ellas tienen significados especiales. Las principales direcciones especiales se resumen en la siguiente tabla. Su interpretación depende del host desde el que se utilicen.

Bits de red	Bits de host	Significado	Ejemplo
todos 0		Mi propio host	0.0.0.0
todos 0	host	Host indicado dentro de mi red	0.0.0.10
red	todos 0	Red indicada	192.168.1.0
todos 1		Difusión a internet. Se acota a mi red.	255.255.255.255
red	todos 1	Difusión a la red indicada	192.168.1.255
127	cualquier valor válido	Loopback (mi propio host)	127.0.0.1

OBSERVACIONES:

La red 0 y la red 127 (ambas de clase A) son especiales. Perdemos nada menos que 2*16.777.216 IPs que no pueden asignarse a ningún host concreto.
En cada red existen 2 direcciones especiales: la primera del rango (dirección de red) y la última del rango (dirección de broadcast). Por tanto si tenemos la red 192.168.0.x con 256 IPs, sólo pueden destinarse a hosts 254 direcciones (192.168.0.0 es la dirección de red y 192.168.0.255 es la dirección de broadcast)

Difusión o broadcasting es el envío de un mensaje a todos los ordenadores que se encuentran en una red. La dirección de loopback (normalmente 127.0.0.1) se utiliza para comprobar que los protocolos TCP/IP están correctamente instalados en nuestro propio ordenador. Lo veremos más adelante, al estudiar el comando PING.

Las direcciones de redes siguientes se encuentran reservadas para su uso en redes privadas (intranets). Una dirección IP que pertenezca a una de estas redes se dice que es una dirección IP privada.

Clase	Rango de direcciones privadas de redes
A	10.0.0.0
B	172.16.0.0 - 172.31.0.0
C	192.168.0.0 - 192.168.255.0

Los anteriores rangos vienen especificados en el RFC 1918.

Ademas según el RFC 3330, se reserva la red 169.254.0.0 para el uso de link-local, más conocido como APIPA (Automatic Private Internet Protocol Addressing - Direccionamiento Privado Automático del Protocolo de Internet). Este sistema es usado por sistemas Windows cuando no detectan la presencia de ningún servidor DHCP.

Por ejemplo, si estamos construyendo una red privada con un número de ordenadores no superior a 254 podemos utilizar una red reservada de clase C. Al primer ordenador le podemos asignar la dirección 192.168.23.1, al segundo 192.168.23.2 y así sucesivamente hasta la 192.168.23.254. Como estamos utilizando direcciones reservadas, tenemos la garantía de que no habrá ninguna máquina conectada directamente a Internet con alguna de nuestras direcciones. De esta manera, no se producirán conflictos y desde cualquiera de nuestros ordenadores podremos acceder a la totalidad de los servidores de Internet (si utilizásemos en un ordenador de nuestra red una dirección de un servidor de Internet, nunca podríamos acceder a ese servidor).

Definiciones

Intranet.-- Red privada que utiliza los protocolos TCP/IP. Puede tener salida a Internet o no. En el caso de tener salida a Internet, el direccionamiento IP permite que los hosts con direcciones IP privadas puedan salir a Internet pero impide el acceso a los hosts internos desde Internet. Dentro de una intranet se pueden configurar todos los servicios típicos de Internet (web, correo, mensajería instantánea, etc.) mediante la instalación de los correspondientes servidores. La idea es que las intranets son como "internets" en miniatura o lo que es lo mismo, Internet es una intranet pública gigantesca.

Extranet.-- Unión de dos o más intranets. Esta unión puede realizarse mediante líneas dedicadas (RDSI, X.25, frame relay, punto a punto, etc.) o a través de Internet.

Internet.-- La mayor red pública de redes TCP/IP.

CASO PRÁCTICO.- Una empresa dispone de una línea frame relay con direcciones públicas contratadas desde la 194.143.17.8 hasta la 194.143.17.15 (la dirección de la red es 194.143.17.8, su dirección de broadcasting 194.143.17.15 y su máscara de red 255.255.255.248). La línea frame relay está conectada a un router. Diseñar la red para:

3 servidores (de correo, web y proxy)
20 puestos de trabajo

Los 20 puestos de trabajo utilizan direcciones IP privadas y salen a Internet a través del Proxy. En la configuración de red de cada uno de estos 20 ordenadores se indicará la dirección "192.168.1.1" en el cuadro "Puerta de enlace". La puerta de enlace (puerta de salida o gateway) es el ordenador de nuestra red que nos permite salir a otras redes. El Proxy tiene dos direcciones IP, una de la red privada y otra de la red pública. Su misión es dar salida a Internet a la red privada, pero no permitir los accesos desde el exterior a la zona privada de la empresa.

Los 3 servidores y el router utilizan direcciones IP públicas, para que sean accesibles desde cualquier host de Internet. La puerta de enlace de Proxy, Correo y Web es 194.143.17.9 (Router).

Obsérvese que la primera y última dirección de todas las redes son direcciones IP especiales que no se pueden utilizar para asignarlas a hosts. La primera es la dirección de la red y la última, la dirección de difusión o broadcasting. La máscara de subred de cada ordenador se ha indicado dentro de su red después de una barra: PC1, PC2, ... , PC20 y Proxy (para su IP 192.168.1.1) tienen la máscara 255.255.255.0 y Router, Web, Correo y Proxy (para su IP 194.143.17.10), la máscara 255.255.255.248. El concepto de máscara de subred se estudia a continuación.

Máscara de red y subred

Una máscara de subred es aquella dirección que enmascarando nuestra dirección IP, nos indica si otra dirección IP pertenece a nuestra subred o no.

La siguiente tabla muestra las máscaras de subred correspondientes a cada clase:

Clase	Máscara de subred
A	255.0.0.0
B	255.255.0.0
C	255.255.255.0

Si expresamos la máscara de subred de clase A en notación binaria, tenemos:

11111111.00000000.00000000.00000000

Los unos indican los bits de la dirección correspondientes a la red y los ceros, los correspondientes al host. Según la máscara anterior, el primer byte (8 bits) es la red y los tres siguientes (24 bits), el host. Por ejemplo, la dirección de clase A 35.120.73.5 pertenece a la red 35.0.0.0.

Supongamos una subred con máscara 255.255.0.0, en la que tenemos un ordenador con dirección 148.120.33.110. Si expresamos esta dirección y la de la máscara de subred en binario, tenemos:

148.120.33.110 10010100.01111000.00100001.01101110 (dirección de una máquina) 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 (dirección de su máscara de red) 148.120.0.0 10010100.01111000.00000000.00000000 (dirección de su subred) <-------RED-----> <-----HOST------>

Al hacer el producto binario de las dos primeras direcciones (donde hay dos 1 en las mismas posiciones ponemos un 1 y en caso contrario, un 0) obtenemos la tercera.

Si hacemos lo mismo con otro ordenador, por ejemplo el 148.120.33.89, obtenemos la misma dirección de subred. Esto significa que ambas máquinas se encuentran en la misma subred (la subred 148.120.0.0).

148.120.33.89 10010100.01111000.00100001.01011001 (dirección de una máquina) 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 (dirección de su máscara de red) 148.120.0.0 10010100.01111000.00000000.00000000 (dirección de su subred)

En cambio, si tomamos la 148.115.89.3, observamos que no pertenece a la misma subred que las anteriores.

148.115.89.3 10010100.01110011.01011001.00000011 (dirección de una máquina) 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 (dirección de su máscara de red) 148.115.0.0 10010100.01110011.00000000.00000000 (dirección de su subred)

Cálculo de la dirección de difusión.-- Ya hemos visto que el producto lógico binario (AND) de una IP y su máscara devuelve su dirección de red. Para calcular su dirección de difusión, hay que hacer la suma lógica en binario (OR) de la IP con el inverso (NOT) de su máscara.

En una red de redes TCP/IP no puede haber hosts aislados: todos pertenecen a alguna red y todos tienen una dirección IP y una máscara de subred (si no se especifica se toma la máscara que corresponda a su clase). Mediante esta máscara un ordenador sabe si otro ordenador se encuentra en su misma subred o en otra distinta. Si pertenece a su misma subred, el mensaje se entregará directamente. En cambio, si los hosts están configurados en redes distintas, el mensaje se enviará a la puerta de salida o router de la red del host origen. Este router pasará el mensaje al siguiente de la cadena y así sucesivamente hasta que se alcance la red del host destino y se complete la entrega del mensaje.

EJEMPLO.- Los proveedores de Internet habitualmente disponen de una o más redes públicas para dar acceso a los usuarios que se conectan por módem. El proveedor va cediendo estas direcciones públicas a sus clientes a medida que se conectan y liberándolas según se van desconectando (direcciones dinámicas). Supongamos que cierto ISP (proveedor de servicios de Internet) dispone de la red 63.81.0.0 con máscara 255.255.0.0. Para uso interno utiliza las direcciones que comienzan por 63.81.0 y para ofrecer acceso a Internet a sus usuarios, las direcciones comprendidas entre la 63.81.1.0 hasta la 63.81.1.254 (las direcciones 63.81.0.0 y 63.81.255.255 están reservadas).

Si un usuario conectado a la red de este ISP tiene la dirección 63.81.1.1 y quiere transferir un archivo al usuario con IP 63.81.1.2, el primero advertirá que el destinatario se encuentra en su misma subred y el mensaje no saldrá de la red del proveedor (no atravesará el router).

Las máscaras 255.0.0.0 (clase A), 255.255.0.0 (clase B) y 255.255.255.0 (clase C) suelen ser suficientes para la mayoría de las redes privadas. Sin embargo, las redes más pequeñas que podemos formar con estas máscaras son de 254 hosts y para el caso de direcciones públicas, su contratación tiene un coste muy alto. Por esta razón suele ser habitual dividir las redes públicas de clase C en subredes más pequeñas. A continuación se muestran las posibles divisiones de una red de clase C. La división de una red en subredes se conoce como subnetting.

Máscara de subred	Binario	Nº de subredes	Nº de hosts por subred	Ejemplos de subredes (x=a.b.c por ejemplo, 192.168.1)
255.255.255.0	00000000	1	254	x.0
255.255.255.128	10000000	2	126	x.0, x.128
255.255.255.192	11000000	4	62	x.0, x.64, x.128, x.192
255.255.255.224	11100000	8	30	x.0, x.32, x.64, x.96, x.128, ...
255.255.255.240	11110000	16	14	x.0, x.16, x.32, x.48, x.64, ...
255.255.255.248	11111000	32	6	x.0, x.8, x.16, x.24, x.32, x.40, ...
255.255.255.252	11111100	64	2	x.0, x.4, x.8, x.12, x.16, x.20, ...
255.255.255.254	11111110	128	0	ninguna posible
255.255.255.255	11111111	256	0	ninguna posible

Obsérvese que en el caso práctico que explicamos un poco más arriba se utilizó la máscara 255.255.255.248 para crear una red pública con 6 direcciones de hosts válidas (la primera y última dirección de todas las redes se excluyen). Las máscaras con bytes distintos a 0 o 255 también se pueden utilizar para particionar redes de clase A o de clase B. Por ejemplo, la máscara 255.255.192.0 dividiría una red de clase B en 4 subredes de 16382 hosts (2 elevado a 14, menos 2) cada una.

Configuración de clientes

Supongamos que deseamos configurar el soporte de red para el equipo que viene en el siguiente esquema. Para ello debemos de establecer los siguientes parámetros:

Dirección IP
Máscara de red
Puerta de enlace
Servidores de resolución de nombres (DNS)

Normalmente estos parámetros son configurados dinámicamente mediante DHCP por el Router de salida.

No obstante también es posible su configuración de forma manual.

Enrutamiento en el cliente

Un parámetro de importancia capital en una intranet es la configuración de la ruta por defecto en los clientes, que les permitirá salir a Internet. Para cada cliente deberemos establecer una puerta de enlace o gateway que es la dirección IP por la que el tráfico de red puede acceder a Internet. En el ejemplo anterior esta IP es 192.168.1.1.

Dicha IP suele ser la IP interna (a menudo privada) del router. Dicha dirección y la dirección de todos los equipos clientes deben hallarse dentro de la misma red (en este caso 192.168.1.0)

Si la puerta de enlace no se halla configurada o está incorrectamente configurada en los clientes, es imposible que los equipos puedan comunicarse con Internet.

A continuación mostramos como configurar, en el cliente, la puerta de enlace haciendo uso del terminal de texto. Tanto en Windows como en Linux se hace uso del comando route (aunque su sintaxis es ligeramente diferente en cada caso).

Ver puerta de enlace configurada


route print

route

Borrar o añadir puerta de enlace


route delete 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 192.168.1.1
      add

route del default gw 192.168.1.1
      add

Configuración del soporte básico de red

Visualización de configuración actual

Podemos ver los parámetros de la red con los siguientes comandos:


ipconfig /all            (IP/Máscara, Puerta de enlace, DNS)

ifconfig                 (IP/Máscara)
route                    (Puerta de enlace)
cat /etc/resolv.conf     (DNS)

Configuración dinámica de IP/Máscara, Puerta de Enlace y servidores DNS


ipconfig /release    (Liberamos)           
ipconfig /renew      (Renovamos)

dhclient -r eth0    (Liberamos)
dhclient eth0       (Renovamos)

Configuración estática de IP/Máscara, Puerta de Enlace y servidores DNS


netsh
interface
ip

set address “Conexión de área local” static   \     
        192.168.1.30                          \
        255.255.255.0                         \
        192.168.1.1                           \ 
        1

set dns “Conexión de área local” static       \  
            8.8.8.8

commit
exit

ifconfig eth0 192.168.1.30 netmask 255.255.255.0    

route add default gw 192.168.1.1

echo “nameserver 8.8.8.8” >> /etc/resolv.conf

Comprobación básica (Windows y Linux)

Una vez configurado el soporte de red procederemos a comprobar su correcto funcionamiento. Para ello deben seguirse los siguientes pasos en el orden indicado. Si alguno de los pasos falla, deberemos de corregir el error antes de proseguir.

1. Comprobamos la pila TCP/IP del Sistema Operativo

        ping 127.0.0.1

2. Comprobamos la tarjeta de red

        ping 192.168.1.30

3. Comprobamos las tablas de rutas

        route print        (Windows) 
        route              (Linux)

4. Comprobamos el cable

        ping 192.168.1.1

5. Comprobamos la salida a Internet

        ping 8.8.8.8

6. Comprobamos la resolución de nombres

        ping www.google.es

Utilidades de red (Windows y Linux)

Para examinar equipos de la red

ettercap

Para examinar puertos abiertos de nuestro equipo

netstat

Para examinar puertos abiertos de otros equipos

nmap

Para examinar tráfico en una red de difusión

wireshark

Estándares

Protocolo IP

IP es el principal protocolo de la capa de red. Este protocolo define la unidad básica de transferencia de datos entre el origen y el destino, atravesando toda la red de redes. Además, el software IP es el encargado de elegir la ruta más adecuada por la que los datos serán enviados. Se trata de un sistema de entrega de paquetes (llamados datagramas IP) que tiene las siguientes características:

Es no orientado a conexión debido a que cada uno de los paquetes puede seguir rutas distintas entre el origen y el destino. Entonces pueden llegar duplicados o desordenados.
Es no fiable porque los paquetes pueden perderse, dañarse o llegar retrasados.

Nota: El protocolo IP está definido en la RFC 791

Formato del datagrama IP

El datagrama IP es la unidad básica de transferencia de datos entre el origen y el destino. Viaja en el campo de datos de las tramas físicas (recuérdese la trama Ethernet) de las distintas redes que va atravesando. Cada vez que un datagrama tiene que atravesar un router, el datagrama saldrá de la trama física de la red que abandona y se acomodará en el campo de datos de una trama física de la siguiente red. Este mecanismo permite que un mismo datagrama IP pueda atravesar redes distintas: enlaces punto a punto, redes ATM, redes Ethernet, redes Token Ring, etc. El propio datagrama IP tiene también un campo de datos: será aquí donde viajen los paquetes de las capas superiores.

	Encabezado deldatagrama	Área de datos del datagrama IP

Encabezado dela trama	Área de datos de la trama		Final de la trama

0										10										20										30
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1
VERS				HLEN				Tipo de servicio								Longitud total
Identificación																Bandrs			Desplazaiento de fragmento
TTL								Protocolo								CRC cabecera
Dirección IP origen
Dirección IP destino
Opciones IP (si las hay)																								Relleno
Datos
...

Campos del datagrama IP:

VERS (4 bits). Indica la versión del protocolo IP que se utilizó para crear el datagrama. Actualmente se utiliza la versión 4 (IPv4) aunque ya se están preparando las especificaciones de la siguiente versión, la 6 (IPv6).
HLEN (4 bits). Longitud de la cabecera expresada en múltiplos de 32 bits. El valor mínimo es 5, correspondiente a 160 bits = 20 bytes.
Tipo de servicio (Type Of Service). Los 8 bits de este campo se dividen a su vez en:
- Prioridad (3 bits). Un valor de 0 indica baja prioridad y un valor de 7, prioridad máxima.
- Los siguientes tres bits indican cómo se prefiere que se transmita el mensaje, es decir, son sugerencias a los encaminadores que se encuentren a su paso los cuales pueden tenerlas en cuenta o no.
  - Bit D (Delay). Solicita retardos cortos (enviar rápido).
  - Bit T (Throughput). Solicita un alto rendimiento (enviar mucho en el menor tiempo posible).
  - Bit R (Reliability). Solicita que se minimice la probabilidad de que el datagrama se pierda o resulte dañado (enviar bien).
- Los siguiente dos bits no tienen uso.

Longitud total (16 bits). Indica la longitud total del datagrama expresada en bytes. Como el campo tiene 16 bits, la máxima longitud posible de un datagrama será de 65535 bytes.

Identificación (16 bits). Número de secuencia que junto a la dirección origen, dirección destino y el protocolo utilizado identifica de manera única un datagrama en toda la red. Si se trata de un datagrama fragmentado, llevará la misma identificación que el resto de fragmentos.
Banderas o indicadores (3 bits). Sólo 2 bits de los 3 bits disponibles están actualmente utilizados. El bit de Más fragmentos (MF) indica que no es el último datagrama. Y el bit de No fragmentar (NF) prohíbe la fragmentación del datagrama. Si este bit está activado y en una determinada red se requiere fragmentar el datagrama, éste no se podrá transmitir y se descartará.
Desplazamiento de fragmentación (13 bits). Indica el lugar en el cual se insertará el fragmento actual dentro del datagrama completo, medido en unidades de 64 bits. Por esta razón los campos de datos de todos los fragmentos menos el último tienen una longitud múltiplo de 64 bits. Si el paquete no está fragmentado, este campo tiene el valor de cero.

Tiempo de vida o TTL (8 bits). Número máximo de segundos que puede estar un datagrama en la red de redes. Cada vez que el datagrama atraviesa un router se resta 1 a este número. Cuando llegue a cero, el datagrama se descarta y se devuelve un mensaje ICMP de tipo "tiempo excedido" para informar al origen de la incidencia.
Protocolo (8 bits). Indica el protocolo utilizado en el campo de datos: 1 para ICMP, 2 para IGMP, 6 para TCP y 17 para UDP.
CRC cabecera (16 bits). Contiene la suma de comprobación de errores sólo para la cabecera del datagrama. La verificación de errores de los datos corresponde a las capas superiores.
Dirección origen (32 bits). Contiene la dirección IP del origen.
Dirección destino (32 bits). Contiene la dirección IP del destino.
Opciones IP. Este campo no es obligatorio y especifica las distintas opciones solicitadas por el usuario que envía los datos (generalmente para pruebas de red y depuración).
Relleno. Si las opciones IP (en caso de existir) no ocupan un múltiplo de 32 bits, se completa con bits adicionales hasta alcanzar el siguiente múltiplo de 32 bits (recuérdese que la longitud de la cabecera tiene que ser múltiplo de 32 bits).

Fragmentación

Ya hemos visto que las tramas físicas tienen un campo de datos y que es aquí donde se transportan los datagramas IP. Sin embargo, este campo de datos no puede tener una longitud indefinida debido a que está limitado por el diseño de la red. El MTU de una red es la mayor cantidad de datos que puede transportar su trama física. El MTU de las redes Ethernet es 1500 bytes y el de las redes Token-Ring, 8192 bytes. Esto significa que una red Ethernet nunca podrá transportar un datagrama de más de 1500 bytes sin fragmentarlo.

Un encaminador (router) fragmenta un datagrama en varios si el siguiente tramo de la red por el que tiene que viajar el datagrama tiene un MTU inferior a la longitud del datagrama. Veamos con el siguiente ejemplo cómo se produce la fragmentación de un datagrama.

Supongamos que el host A envía un datagrama de 1400 bytes de datos (1420 bytes en total) al host B. El datagrama no tiene ningún problema en atravesar la red 1 ya que 1420 < 1500. Sin embargo, no es capaz de atravesar la red 2 (1420 >= 620). El router R1 fragmenta el datagrama en el menor número de fragmentos posibles que sean capaces de atravesar la red 2. Cada uno de estos fragmentos es un nuevo datagrama con la misma Identificación pero distinta información en el campo de Desplazamiento de fragmentación y el bit de Más fragmentos (MF). Veamos el resultado de la fragmentación:

Fragmento 1: Long. total = 620 bytes; Desp = 0; MF=1 (contiene los primeros 600 bytes de los datos del datagrama original)
Fragmento 2: Long. total = 620 bytes; Desp = 600; MF=1 (contiene los siguientes 600 bytes de los datos del datagrama original)
Fragmento 3: Long. total = 220 bytes; Desp = 1200; MF=0 (contiene los últimos 200 bytes de los datos del datagrama original)

El router R2 recibirá los 3 datagramas IP (fragmentos) y los enviará a la red 3 sin reensamblarlos. Cuando el host B reciba los fragmentos, recompondrá el datagrama original. Los encaminadores intermedios no reensamblan los fragmentos debido a que esto supondría una carga de trabajo adicional, a parte de memorias temporales. Nótese que el ordenador destino puede recibir los fragmentos cambiados de orden pero esto no supondrá ningún problema para el reensamblado del datagrama original puesto que cada fragmento guarda suficiente información.

Si el datagrama del ejemplo hubiera tenido su bit No fragmentar (NF) a 1, no hubiera conseguido atravesar el router R1 y, por tanto, no tendría forma de llegar hasta el host B. El encaminador R1 descartaría el datagrama.

CIDR ( Classless Inter-Domain Routing)

Encaminamiento Inter-Dominios sin Clases

Pronunciado como "cider" or "cedar", se introdujo en 1993 y representa la última mejora en el modo como se interpretan las direcciones IP. Su introducción permitió una mayor flexibilidad al dividir rangos de direcciones IP en redes separadas. De esta manera permitió:

Un uso más eficiente de las cada vez más escasas direcciones IPv4.
Un mayor uso de la jerarquía de direcciones ('agregación de prefijos de red'), disminuyendo la sobrecarga de los enrutadores principales de Internet para realizar el encaminamiento.

Los bloques CIDR IPv4 se identifican usando una sintaxis similar a la de las direcciones IPv4: cuatro números decimales separados por puntos, seguidos de una barra de división y un número de 0 a 32; A.B.C.D/N. El número tras la barra es la longitud de prefijo, contando desde la izquierda, y representa el número de bits comunes a todas las direcciones incluidas en el bloque CIDR.

Decimos que una dirección IP está incluida en un bloque CIDR, y que encaja con el prefijo CIDR, si los N bits iniciales de la dirección y el prefijo son iguales. Por tanto, para entender CIDR es necesario visualizar la dirección IP en binario. Dado que la longitud de una dirección IPv4 es fija, de 32 bits, un prefijo CIDR de N-bits deja 32 − N bits sin encajar, y hay 2(32 − N) combinaciones posibles con los bits restantes. Esto quiere decir que 2(32 − N) direcciones IPv4 encajan en un prefijo CIDR de N-bits.

Nótese que los prefijos CIDR cortos (números cercanos a 0) permiten encajar un mayor número de direcciones IP, mientras que prefijos CIDR largos (números cercanos a 32) permiten encajar menos direcciones IP. CIDR también se usa con direcciones IPv6, en las que la longitud del prefijo varia desde 0 a 128, debido a la mayor longitud de bit en las direcciones, con respecto a IPv4. En el caso de IPv6 se usa una sintaxis similar a la comentada: el prefijo se escribe como una dirección IPv6, seguida de una barra y el número de bits significativos.

CIDR usa máscaras de subred de longitud variable (VLSM) para asignar direcciones IP a subredes de acuerdo a las necesidades de cada subred. De esta forma, la división red/host puede ocurrir en cualquier bit de los 32 que componen la dirección IP. Este proceso puede ser recursivo, dividiendo una parte del espacio de direcciones en porciones cada vez menores, usando máscaras que cubren un mayor número de bits.

Las direcciones de red CIDR/VLSM se usan a lo largo y ancho de la Internet pública, y en muchas grandes redes privadas. El usuario normal no ve este uso puesto en práctica, al estar en una red en la que se usarán, por lo general, direcciones de red privadas recogidas en el RFC 1918. El término VLSM (Variable Lenght Subnet Mask - Máscara de Subred de Longitud Variable) se usa generalmente cuando se habla de redes privadas, mientras que CIDR se usa cuando se habla de Internet (red pública).

Tabla de conversión de prefijos CIDR

CIDR	Clase	Hosts*	Máscara
/32	1/256 C	1	255.255.255.255
/31	1/128 C	2	255.255.255.254
/30	1/64 C	4	255.255.255.252
/29	1/32 C	8	255.255.255.248
/28	1/16 C	16	255.255.255.240
/27	1/8 C	32	255.255.255.224
/26	1/4 C	64	255.255.255.192
/25	1/2 C	128	255.255.255.128
/24	1 C	256	255.255.255.000
/23	2 C	512	255.255.254.000
/22	4 C	1024	255.255.252.000
/21	8 C	2048	255.255.248.000
/20	16 C	4096	255.255.240.000
/19	32 C	8192	255.255.224.000
/18	64 C	16384	255.255.192.000
/17	128 C	32768	255.255.128.000
/16	256 C, 1 B	65536	255.255.000.000
/15	512 C, 2 B	131072	255.254.000.000
/14	1024 C, 4 B	262144	255.252.000.000
/13	2048 C, 8 B	524288	255.248.000.000
/12	4096 C, 16 B	1048576	255.240.000.000
/11	8192 C, 32 B	2097152	255.224.000.000
/10	16384 C, 64 B	4194304	255.192.000.000
/9	32768 C, 128B	8388608	255.128.000.000
/8	65536 C, 256B, 1 A	16777216	255.000.000.000
/7	131072 C, 512B, 2 A	33554432	254.000.000.000
/6	262144 C, 1024 B, 4 A	67108864	252.000.000.000
/5	524288 C, 2048 B, 8 A	134217728	248.000.000.000
/4	1048576 C, 4096 B, 16 A	268435456	240.000.000.000
/3	2097152 C, 8192 B, 32 A	536870912	224.000.000.000
/2	4194304 C, 16384 B, 64 A	1073741824	192.000.000.000
/1	8388608 C, 32768 B, 128 A	2147483648	128.000.000.000

(*) En la práctica hay que restar 2 a este número. La dirección menor (más baja - todos los bits de host a 0) del bloque se usa para identificar a la propia red (toda la red), y la dirección mayor (la más alta - todos los bits de host a 1) se usa como dirección de broadcast. Por tanto, en un bloque CIDR /24 podríamos disponer de 2⁸ − 2 = 254 direcciones IP para asignar a dispositivos.

Otro beneficio de CIDR es la posibilidad de agregar prefijos de encaminamiento, un proceso conocido como "supernetting". Una dirección IP puede encajar en varios prefijos CIDR de longitudes diferentes. Por ejemplo, dieciséis redes /24 contíguas pueden ser agregadas y publicadas en los enrutadores de Internet como una sola ruta /20 (si los primeros 20 bits de sus respectivas redes coinciden). Dos redes /20 contiguas pueden ser agregadas en una /19, etc...

Esto permite una reducción significativa en el número de rutas que los enrutadores en Internet tienen que conocer (y una reducción de memoria, recursos, etc...) y previene una explosión de tablas de encaminamiento, que podría sobrecargar a los routers e impedir la expansión de Internet en el futuro.

Superredes

Para muchas organizaciones una dirección de red de clase C es poco.

Solución: Agrupar direcciones consecutivas (tienen un prefijo común) de redes de clase C para asignarlas a una organización.

Esto permite asignar espacio de direcciones a organizaciones con redes de tamaño medio, evitando utilizar direcciones de clase B.

Ejemplo de agrupamiento:

193.40.128.0 = 11000001 00101000 10000000 00000000
193.40.129.0 = 11000001 00101000 10000001 00000000
...          = ...                                 
193.40.142.0 = 11000001 00101000 10001110 00000000
193.40.143.0 = 11000001 00101000 10001111 00000000

La dirección de red/máscara sería 193.40.128.0/20 ( 255.255.240.0)

Máscara en binario: 11111111  11111111  11110000  00000000.

Existen 2¹²-2 (4096-2) direcciones IP para hosts

Protocolo ARP

Dentro de una misma red, las máquinas se comunican enviándose tramas físicas. Las tramas Ethernet contienen campos para las direcciones físicas de origen y destino (6 bytes cada una):

8 bytes	6 bytes	6 bytes	2 bytes	64-1500 bytes	4 bytes
Preámbulo	Dirección físicadestino	Dirección físicaorigen	Tipo de trama	Datos de la trama	CRC

El problema que se nos plantea es cómo podemos conocer la dirección física de la máquina destino. El único dato que se indica en los datagramas es la dirección IP de destino. ¿Cómo se pueden entregar entonces estos datagramas? Necesitamos obtener la dirección física de un ordenador a partir de su dirección IP. Esta es justamente la misión del protocolo ARP (Address Resolution Protocol, protocolo de resolución de direcciones).

ARP se utiliza en redes con mecanismos de difusión (Ethernet, FDDI, Token-Ring, etc.)

Nota: El protocolo ARP está definido en RFC 826, RFC 1042 y RFC 1390

Host	Red	Dirección IP	Dirección física
A	Red 1	192.168.0.10	00-60-52-0B-B7-7D
R1	Red 1	192.168.0.1	00-E0-4C-AB-9A-FF
R1	Red 2	10.10.0.1	A3-BB-05-17-29-D0
B		10.10.0.7	00-E0-4C-33-79-AF
R2		10.10.0.2	B2-42-52-12-37-BE
R2	Red 3	200.3.107.1	00-E0-89-AB-12-92
C		200.3.107.73	A3-BB-08-10-DA-DB
D		200.3.107.200	B2-AB-31-07-12-93

Vamos a retomar el ejemplo introductorio de este Capítulo. El host A envía un datagrama con origen 192.168.0.10 y destino 10.10.0.7 (B). Como el host B se encuentra en una red distinta al host A, el datagrama tiene que atravesar el router 192.168.0.1 (R1). Se necesita conocer la dirección física de R1.

Es entonces cuando entra en funcionamiento el protocolo ARP: A envía un mensaje ARP a todas las máquinas de su red preguntando "¿Cuál es la dirección física de la máquina con dirección IP 192.168.0.1?". La máquina con dirección 192.168.0.1 (R1) advierte que la pregunta está dirigida a ella y responde a A con su dirección física (00-E0-4C-AB-9A-FF). Entonces A envía una trama física con origen 00-60-52-0B-B7-7D y destino 00-E0-4C-AB-9A-FF conteniendo el datagrama (origen 192.168.0.10 y destino 10.10.0.7). Al otro lado del router R2 se repite de nuevo el proceso para conocer la dirección física de B y entregar finalmente el datagrama a B. El mismo datagrama ha viajado en dos tramas físicas distintas, una para la red 1 y otra para la red 2.

Observemos que las preguntas ARP son de difusión (se envían a todas las máquinas). Estas preguntas llevan además la dirección IP y dirección física de la máquina que pregunta. La respuesta se envía directamente a la máquina que formuló la pregunta.

Tabla ARP (caché ARP)

Cada ordenador almacena una tabla de direcciones IP y direcciones físicas. Cada vez que formula una pregunta ARP y le responden, inserta una nueva entrada en su tabla. La primera vez que C envíe un mensaje a D tendrá que difundir previamente una pregunta ARP, tal como hemos visto. Sin embargo, las siguientes veces que C envíe mensajes a D ya no será necesario realizar nuevas preguntas puesto que C habrá almacenado en su tabla la dirección física de D. Sin embargo, para evitar incongruencias en la red debido a posibles cambios de direcciones IP o adaptadores de red, se asigna un tiempo de vida de cierto número de segundos a cada entrada de la tabla. Cuando se agote el tiempo de vida de una entrada, ésta será eliminada de la tabla.

Las tablas ARP reducen el tráfico de la red al evitar preguntas ARP innecesarias. Pensemos ahora en distintas maneras para mejorar el rendimiento de la red. Después de una pregunta ARP, el destino conoce las direcciones IP y física del origen. Por lo tanto, podría insertar la correspondiente entrada en su tabla. Pero no sólo eso, sino que todas las estaciones de la red escuchan la pregunta ARP: podrían insertar también las correspondientes entradas en sus tablas. Como es muy probable que otras máquinas se comuniquen en un futuro con la primera, habremos reducido así el tráfico de la red aumentando su rendimiento.

Esto que hemos explicado es para comunicar dos máquinas conectadas a la misma red. Si la otra máquina no estuviese conectada a la misma red, sería necesario atravesar uno o más routers hasta llegar al host destino. La máquina origen, si no la tiene en su tabla, formularía una pregunta ARP solicitando la dirección física del router y le transferiría a éste el mensaje. Estos pasos se van repitiendo para cada red hasta llegar a la máquina destino.

Protocolo ICMP

Debido a que el protocolo IP no es fiable, los datagramas pueden perderse o llegar defectuosos a su destino. El protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol, protocolo de mensajes de control y error) se encarga de informar al origen si se ha producido algún error durante la entrega de su mensaje. Pero no sólo se encarga de notificar los errores, sino que también transporta distintos mensajes de control.

El protocolo ICMP únicamente informa de incidencias en la red pero no toma ninguna decisión. Esto será responsabilidad de las capas superiores. Los mensajes ICMP viajan en el campo de datos de un datagrama IP, como se puede apreciar en el siguiente esquema:

		Tipo	Datos ICMP

	Encabezado del datagrama	Área de datos del datagrama IP

Encabezado de la trama	Área de datos de la trama			Final de la trama

Debido a que el protocolo IP no es fiable puede darse el caso de que un mensaje ICMP se pierda o se dañe. Si esto llega a ocurrir no se creará un nuevo mensaje ICMP sino que el primero se descartará sin más.

Los mensajes ICMP comienzan con un campo de 8 bits que contiene el tipo de mensaje, según se muestra en la tabla siguiente. El resto de campos son distintos para cada tipo de mensaje ICMP.

Nota: El formato y significado de cada mensaje ICMP está documentado en la RFC 792

Campo de tipo	Tipo de mensaje ICMP
0	Respuesta de eco (Echo Reply)
3	Destino inaccesible (Destination Unreachable)
4	Disminución del tráfico desde el origen (Source Quench)
5	Redireccionar (cambio de ruta) (Redirect)
8	Solicitud de eco (Echo)
11	Tiempo excedido para un datagrama (Time Exceeded)
12	Problema de Parámetros (Parameter Problem)
13	Solicitud de marca de tiempo (Timestamp)
14	Respuesta de marca de tiempo (Timestamp Reply)
15	Solicitud de información (obsoleto) (Information Request)
16	Respuesta de información (obsoleto) (Information Reply)
17	Solicitud de máscara (Addressmask)
18	Respuesta de máscara (Addressmask Reply)

Solicitud y respuesta de eco

Los mensajes de solicitud y respuesta de eco, tipos 8 y 0 respectivamente, se utilizan para comprobar si existe comunicación entre 2 hosts a nivel de la capa de red. Estos mensajes comprueban que las capas física (cableado), acceso al medio (tarjetas de red) y red (configuración IP) están correctas. Sin embargo, no dicen nada de las capas de transporte y de aplicación las cuales podrían estar mal configuradas; por ejemplo, la recepción de mensajes de correo electrónico puede fallar aunque exista comunicación IP con el servidor de correo.

La orden PING envía mensajes de solicitud de eco a un host remoto e informa de las respuestas. Veamos su funcionamiento, en caso de no producirse incidencias en el camino.

A envía un mensaje ICMP de tipo 8 (Echo) a B
B recibe el mensaje y devuelve un mensaje ICMP de tipo 0 (Echo Reply) a A
A recibe el mensaje ICMP de B y muestra el resultado en pantalla

C:\>ping 172.20.9.7 -n 1 Haciendo ping a 172.20.9.7 con 32 bytes de datos: Respuesta desde 172.20.9.7: bytes=32 tiempo<10ms TDV=128

En la orden anterior hemos utilizado el parámetro "-n 1" para que el host A únicamente envíe 1 mensaje de solicitud de eco. Si no se especifica este parámetro se enviarían 4 mensajes (y se recibirían 4 respuestas).

Si el host de destino no existiese o no estuviera correctamente configurado recibiríamos un mensaje ICMP de tipo 11 (Time Exceeded).

C:\>ping 192.168.0.6 -n 1 Haciendo ping a 192.168.0.6 con 32 bytes de datos: Tiempo de espera agotado.

Si tratamos de acceder a un host de una red distinta a la nuestra y no existe un camino para llegar hasta él, es decir, los routers no están correctamente configurados o estamos intentando acceder a una red aislada o inexistente, recibiríamos un mensaje ICMP de tipo 3 (Destination Unreachable).

C:\>ping 1.1.1.1 -n 1 Haciendo ping a 1.1.1.1 con 32 bytes de datos: Respuesta desde 192.168.0.1: Host de destino inaccesible.

Utilización de PING para diagnosticar errores en una red aislada

C:\>ping 192.168.1.12

Respuesta. El cableado entre A y B, las tarjetas de red de A y B, y la configuración IP de A y B están correctos.
Tiempo de espera agotado. Comprobar el host B y el cableado entre A y B.
Host de destino inaccesible. Comprobar las direcciones IP y máscaras de subred de A y B porque no pertenecen a la misma red.
Error. Probablemente estén mal instalados los protocolos TCP/IP del host A. Probar C:\>ping 127.0.0.1 para asegurarse.

Nota: El comando ping 127.0.0.1 informa de si están correctamente instalados los protocolos TCP/IP en nuestro host. No informa de si la tarjeta de red de nuestro host está correcta.

Utilización de PING para diagnosticar errores en una red de redes.

A continuación veremos un ejemplo para una red de redes formada por dos redes (1 solo router). La idea es la misma para un mayor número de redes y routers.

C:\>ping 10.100.5.1

Respuesta. El cableado entre A y B, las tarjetas de red de A, R1 y B, y la configuración IP de A, R1 y B están correctos. El router R1 permite el tráfico de datagramas IP en los dos sentidos.
Tiempo de espera agotado. Comprobar el host B y el cableado entre R1 y B. Para asegurarnos que el router R1 está funcionando correctamente haremos C:\>ping 192.168.1.1
Host de destino inaccesible. Comprobar el router R1 y la configuración IP de A (probablemente la puerta de salida no sea 192.168.1.1). Recordemos que la puerta de salida (gateway) de una red es un host de su propia red que se utiliza para salir a otras redes.
Error. Probablemente estén mal instalados los protocolos TCP/IP del host A. Probar C:\>ping 127.0.0.1 para asegurarse.

En el caso producirse errores de comunicación en una red de redes con más de un router (Internet es el mejor ejemplo), se suele utilizar el comando PING para ir diagnosticando los distintos routers desde el destino hasta el origen y descubrir así si el fallo es responsabilidad de la red de destino, de una red intermedia o de nuestra red.

Nota: Algunos hosts en Internet tienen deshabilitadas las respuestas de eco (mensajes ICMP tipo 0) como medida de seguridad. En estos casos hay que utilizar otros mecanismos para detectar si responde (por ejemplo, la apertura de conexión a un puerto)

Mensajes ICMP de tiempo excedido

Los datagramas IP tienen un campo TTL (tiempo de vida) que impide que un mensaje esté dando vueltas indefinidamente por la red de redes. El número contenido en este campo disminuye en una unidad cada vez que el datagrama atraviesa un router. Cuando el TTL de un datagrama llega a 0, éste se descarta y se envía un mensaje ICMP de tipo 11 (Time Exceeded) para informar al origen.

Los mensajes ICMP de tipo 11 se pueden utilizar para hacer una traza del camino que siguen los datagramas hasta llegar a su destino. ¿Cómo? Enviando una secuencia de datagramas con TTL=1, TTL=2, TTL=3, TTL=4, etc... hasta alcanzar el host o superar el límite de saltos (30 si no se indica lo contrario). El primer datagrama caducará al atravesar el primer router y se devolverá un mensaje ICMP de tipo 11 informando al origen del router que descartó el datagrama. El segundo datagrama hará lo propio con el segundo router y así sucesivamente. Los mensajes ICMP recibidos permiten definir la traza.

La orden TRACERT (traceroute en entornos Unix) hace una traza a un determinado host. TRACERT funciona enviando mensajes ICMP de solicitud de eco con distintos TTL; traceroute, en cambio, envía mensajes UDP. Si la comunicación extremo a extremo no es posible, la traza nos indicará en qué punto se ha producido la incidencia. Existen algunas utilidades en Internet, como Visual Route, que conocen la localización geográfica de los principales routers de Internet. Esto permite dibujar en un mapamundi el recorrido que siguen los datagramas hasta llegar a un host.

C:\>tracert 130.206.1.2

Traza a la dirección sun.rediris.es [130.206.1.2]
sobre un máximo de 30 saltos:

 1   1 ms   1 ms   1 ms PROXY [192.168.0.1]
 2 122 ms 118 ms 128 ms MADR-X27.red.retevision.es [62.81.1.102]
 3 143 ms 232 ms 147 ms MADR-R2.red.retevision.es [62.81.1.92]
 4 130 ms 124 ms 246 ms MADR-R16.red.retevision.es [62.81.3.8]
 5 590 ms 589 ms 431 ms MADR-R12.red.retevision.es [62.81.4.101]
 6 612 ms 640 ms 124 ms MADR-R10.red.retevision.es [62.81.8.130]
 7 259 ms 242 ms 309 ms 193.149.1.28
 8 627 ms 752 ms 643 ms 213.0.251.42
 9 137 ms 117 ms 118 ms 213.0.251.142
10 109 ms 105 ms 110 ms A1-2-1.EB-Madrid00.red.rediris.es [130.206.224.81]
11 137 ms 119 ms 122 ms A0-0-0-1.EB-Madrid3.red.rediris.es [130.206.224.86]
12 109 ms 135 ms 115 ms sun.rediris.es [130.206.1.2]

Traza completa.

Ejemplo de Visual Route a una dirección IP de Taiwan (203.69.112.12):

IPv6

Diseñado por Steve Deering de Xerox PARC y Craig Mudge, IPv6 está destinado a sustituir al estándar IPv4, cuyo límite en el número de direcciones de red admisibles está empezando a restringir el crecimiento de Internet y su uso, especialmente en China, India, y otros países asiáticos densamente poblados. Pero el nuevo estándar mejorará el servicio globalmente; por ejemplo, proporcionando a futuras celdas telefónicas y dispositivos móviles con sus direcciones propias y permanentes. Al día de hoy se calcula que las dos terceras partes de las direcciones que ofrece IPv4 ya están asignadas.

IPv4 soporta 4.294.967.296 (2³²) direcciones de red diferentes, un número inadecuado para dar una dirección a cada persona del planeta, y mucho menos para cada coche, teléfono, PDA o tostadora; mientras que IPv6 soporta 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 (2¹²⁸ ó 340 sextillones) direcciones —cerca de 4,3 × 10²⁰ (430 trillones) direcciones por cada pulgada cuadrada (6,7 × 1017 ó 670 mil billones direcciones/mm2) de la superficie de La Tierra.

Adoptado por el Internet Engineering Task Force (IETF) en 1994 (cuando era llamado "IP Next Generation" o IPng), IPv6 cuenta con un pequeño porcentaje de las direcciones públicas de Internet, que todavía están dominadas por IPv4. La adopción de IPv6 ha sido frenada por la traducción de direcciones de red (NAT), que alivia parcialmente el problema de la falta de direcciones IP. Pero NAT hace difícil o imposible el uso de algunas aplicaciones P2P, como son la voz sobre IP (VoIP) y juegos multiusuario. Además, NAT rompe con la idea originaria de Internet donde todos pueden conectarse con todos. Actualmente, el gran catalizador de IPv6 es la capacidad de ofrecer nuevos servicios, como la movilidad, Calidad de Servicio (QoS), privacidad, etc. El gobierno de los Estados Unidos ha ordenado el despliegue de IPv6 por todas sus agencias federales para el año 2008.

Se espera que IPv4 se siga soportando hasta por lo menos el 2025, dado que hay muchos dispositivos heredados que no se migrarán a IPv6 nunca y que seguirán siendo utilizados por mucho tiempo.

IPv6 es la segunda versión del Protocolo de Internet que se ha adoptado para uso general. También hubo un IPv5, pero no fue un sucesor de IPv4; mejor dicho, fue un protocolo experimental orientado al flujo de streaming que intentaba soportar voz, video y audio.

Direccionamiento IPv6

El cambio más drástico de IPv4 a IPv6 es la longitud de las direcciones de red. Las direcciones IPv6, definidas en el RFC 2373 y RFC 2374, son de 128 bits; esto corresponde a 32 dígitos hexadecimales, que se utilizan normalmente para escribir las direcciones IPv6, como se describe en la siguiente sección.

El número de direcciones IPv6 posibles es de 2¹²⁸ ≈ 3.4 x 10³⁸. Este número puede también representarse como 16³², con 32 dígitos hexadecimales, cada uno de los cuales puede tomar 16 valores (véase combinatoria).

En muchas ocasiones las direcciones IPv6 están compuestas por dos partes lógicas: un prefijo de 64 bits y otra parte de 64 bits que corresponde al identificador de interfaz, que casi siempre se genera automáticamente a partir de la dirección MAC de la interfaz a la que está asignada la dirección.

Notación para las direcciones IPv6

Las direcciones IPv6, de 128 bits de longitud, se escriben como ocho grupos de cuatro dígitos hexadecimales.

Por ejemplo,

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7334

es una dirección IPv6 válida.

Si un grupo de cuatro dígitos es nulo (es decir, toma el valor "0000"), puede ser comprimido. Por ejemplo,

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344

es la misma dirección que

2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344

Siguiendo esta regla, si más de dos grupos consecutivos son nulos, pueden comprimirse como "::". Si la dirección tiene más de una serie de grupos nulos consecutivos la compresión solo en uno de ellos. Así,

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab
2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab
2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab
2001:0DB8:0::0:1428:57ab
2001:0DB8::1428:57ab

son todas válidas y significan lo mismo, pero

2001::25de::cade

es inválido porque no queda claro cuantos grupos nulos hay en cada lado.

Los ceros iniciales en un grupo pueden ser omitidos. Así,

2001:0DB8:02de::0e13

es lo mismo que

2001:DB8:2de::e13

Si la dirección es una dirección IPv4 camuflada, los últimos 32 bits pueden escribirse en base decimal; así,

::ffff:192.168.89.9 es lo mismo que  
::ffff:c0a8:5909, pero no lo mismo que 
::192.168.89.9 o 
::c0a8:5909.

El formato ::ffff:1.2.3.4 se denomina dirección IPv4 mapeada, y el formato ::1.2.3.4 dirección IPv4 compatible.

Las direcciones IPv4 pueden ser transformadas fácilmente al formato IPv6. Por ejemplo, si la dirección decimal IPv4 es 135.75.43.52 (en hexadecimal, 0x874B2B34), puede ser convertida a 0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34 o ::874B:2B34. Entonces, uno puede usar la notación mixta dirección IPv4 compatible, en cuyo caso la dirección debería ser ::135.75.43.52. Este tipo de dirección IPv4 compatible casi no está siendo utilizada en la práctica, aunque los estándares no la han declarado obsoleta.

Tipos de direcciones

IPv6 tiene tres tipos de direcciones, que se pueden clasificar según el tipo y alcance:

Las direcciones UNICAST. Se envía un paquete a una interfaz.
Las direcciones de MULTICAST (multidifusión). Se envía un paquete de múltiples interfaces.
Las direcciones ANYCAST. Se envía un paquete a la más cercana de múltiples interfaces (en términos de distancia de enrutamiento).

No hay direcciones de broadcast en IPv6. Las direcciones de multidifusión han reemplazado esta función.

Las direcciones Unicast y Anycast en IPv6 tienen los siguientes ámbitos (para las direcciones multicast, el ámbito está integrado en la estructura de dirección):

De enlace local. El ámbito es el enlace local (nodos de la misma subred).
Global. El alcance es global (direcciones de Internet IPv6).

Además, IPv6 tiene direcciones especiales como la dirección de bucle invertido. El ámbito de una dirección especial depende del tipo de dirección especial.

Gran parte del espacio de direcciones IPv6 está sin asignar.

Tabla muy resumida de la asignación por tipo de dirección.

Tipo de dirección	Prefijo binario	Notación IPv6
Sin especificar	00 . . . 0 (128 bits)	::/128
Loopback	00 . . . 1 (128 bits)	::1/128
Multicast	11111111 . . .	FF00::/8
Link-local unicast	1111111010 . . .	FE80::/10
Site-local unicast (obsoleto)	1111111011 . . .	FEC0::/10
Local unicast	1111110 . . .	FC00::/7
Global unicast	001 . . .	2000::/3

Paquetes IPv6

Un paquete en IPv6 está compuesto principalmente de dos partes: la cabecera y los datos.

La cabecera está en los primeros 40 bytes del paquete y contiene las direcciones de origen y destino (128 bits cada una), la versión de IP (4 bits), la clase de tráfico (8 bits, Prioridad del Paquete), etiqueta de flujo (20 bits, manejo de la Calidad de Servicio), longitud del campo de datos (16 bits), cabecera siguiente (8 bits), y límite de saltos (8 bits, Tiempo de Vida). Después viene el campo de datos, con los datos que transporta el paquete, que puede llegar a 64k de tamaño en el modo normal, o más con la opción "jumbo payload".

Despliegue de IPv6

Mecanismos de transición a IPv6

El cambio de IPv4 a IPv6 ya ha comenzado. Durante 20 años se espera que convivan ambos protocolos y que la implantación de IPv6 sea paulatina. Existe una serie de mecanismos que permitirán la convivencia y la migración progresiva tanto de las redes como de los equipos de usuario. En general, los mecanismos de transición pueden clasificarse en tres grupos:

Pila dual
Túneles
Traducción

Pila dual

La pila dual hace referencia a una solución de nivel IP con pila dual (RFC 2893), que implementa las pilas de ambos protocolos, IPv4 e IPv6, en cada nodo de la red. Cada nodo de pila dual en la red tendrá dos direcciones de red, una IPv4 y otra IPv6.

Pros: Fácil de desplegar y extensamente soportado.
Contras: La topología de red requiere dos tablas de encaminamiento y dos procesos de encaminamiento. Cada nodo en la red necesita tener actualizadas las dos pilas.

TúnelesLos túneles permiten conectarse a redes IPv6 "saltando" sobre redes IPv4. Estos túneles trabajan encapsulando los paquetes IPv6 en paquetes IPv4 teniendo como siguiente capa IP el protocolo número 41, y de ahí el nombre proto-41. De esta manera, los paquetes IPv6 pueden ser enviados sobre una infraestructura IPv4. Hay muchas tecnologías de túneles disponibles. La principal diferencia está en el método que usan los nodos encapsuladores para determinar la dirección a la salida del túnel.

Estas tecnologías incluyen túneles 6to4, ISATAP, y Teredo que proporcionan la asignación de direcciones y túnel automático para el tráfico IPv6 Unicast host-to-host cuando los hosts de IPv6 deben atravesar redes IP4 para llegar a otras redes IPv6.

Teredo es una tecnología de transición que proporciona conectividad IPv6 a hosts que soportan IPv6 pero que se encuentran conectados a Internet mediante una red IPv4. Comparado con otros protocolos similares, la característica que lo distingue es que es capaz de realizar su función incluso detrás de dispositivos NAT, como los routers domésticos.

Teredo opera usando un protocolo de túneles independiente de la plataforma diseñado para proporcionar conectividad IPv6 encapsulando los datagramas IPv6 dentro de datagramas UDP IPv4. Estos datagramas pueden ser encaminados en Internet IPv4 y a través de dispositivos NAT. Otros nodos Teredo, también llamados Teredo relays, que tienen acceso a la red IPv6, reciben los paquetes, los desencapsulan y los encaminan.

Teredo está diseñado como una tecnología de transición con el objetivo de ser una medida temporal. En el largo plazo, todos los hosts IPv6 deberían usar la conectividad IPv6 nativa y desactivar Teredo cuando la conectividad IPv6 esté disponible.

Teredo fue desarrollado por Christian Huitema en Microsoft y fue estandarizado por la IETF como RFC 4380. El servidor teredo escucha en el puerto UDP 3544.

El protocolo de túneles IPv6 sobre IPv4 más común, 6to4, requiere que el final del túnel tenga una dirección IPv4 pública. Sin embargo, actualmente muchos hosts se conectan a Internet IPv4 a través de uno o varios dispositivos NAT, por lo general por el agotamiento de las direcciones IPv4. En esta situación, la única dirección IPv4 pública se asigna al dispositivo NAT y es necesario que el protocolo 6to4 esté implementado en este dispositivo. Muchos de los dispositivos NAT usados actualmente no pueden ser actualizados para implementar 6to4 por razones técnicas o económicas.

Teredo soluciona este problema encapsulando paquetes IPv6 dentro de datagramas UDP IPv4, los cuales pueden ser reenviados correctamente por NATs. Por lo tanto los hosts IPv6 que se encuentran detrás de dispositivos NAT pueden usar los túneles Teredo incluso si no disponen de una dirección IPv4 pública. Un host que implemente Teredo puede tener conectividad IPv6 sin cooperación por parte de la red local o del dispositivo NAT.

Teredo pretende ser una medida temporal. En el largo plazo todos los hosts deberían usar la conectividad nativa IPv6. El protocolo Teredo incluye una disposición para el proceso de extinción del protocolo: "Una implementación Teredo debería proporcionar una forma para dejar de usar la conectividad Teredo cuando IPv6 haya madurado y la conectividad esté disponible usando un mecanismo menos frágil".

Miredo es un cliente libre de túneles Teredo diseñado para permitir conectividad IPv6 a ordenadores que se encuentran en redes IPv4 y que no tienen acceso directo a una red IPv6.

Miredo está incluido en muchas distribuciones Linux y BSD y también está disponible para las versiones recientes de Mac OS X.

Incluye implementaciones de los tres componentes de especificación Teredo: cliente, relay y servidor.

Está liberado bajo los términos de la licencia GNU General Public License, Miredo es software libre.

Traducción

La traducción es necesaria cuando un nodo solo IPv4 intenta comunicar con un nodo solo IPv6.

Actualmente el protocolo IPv6 está soportado en la mayoría de los sistemas operativos modernos, en algunos casos como una opción de instalación. Linux, Solaris, Mac OS, OpenBSD, FreeBSD, Windows (2k, CE) y Symbian (dispositivos móviles) son sólo algunos de los sistemas operativos que pueden funcionar con IPv6.

Dispositivos

Routers

Un router —también conocido enrutador o encaminador de paquetes—es un dispositivo que proporciona conectividad a nivel de red o nivel tres en el modelo OSI. Su función principal consiste en enviar o encaminar paquetes de datos de una red a otra, es decir, interconectar subredes, entendiendo por subred un conjunto de máquinas IP que se pueden comunicar sin la intervención de un encaminador.

Conexiones

Los tres tipos básicos de conexiones de un router son:

interfaces LAN
interfaces WAN
puertos de gestión

Las interfaces LAN permiten que el router pueda conectarse a la red de área local. Esto es por lo general algún tipo de Ethernet. Sin embargo, podría haber alguna otra tecnología LAN tales como Token Ring o modo de transferencia asíncrono (ATM).

Las conexiones de red de área amplia proporcionan conexiones a través de un proveedor de servicio a un sitio lejano o con Internet. Estos pueden ser conexiones en serie o cualquier número de otras interfaces WAN. Con algunos tipos de interfaces WAN, se requiere un dispositivo externo, para conectar el router a la conexión local del proveedor de servicios. Con otros tipos de conexiones WAN, el router puede estar conectado directamente al proveedor de servicios.

La función de los puertos de gestión es diferente de las demás conexiones. Las conexiones LAN y WAN proporcionan conexiones de red a través del cual se transmiten los paquetes. El puerto de gestión proporciona una conexión basada en texto para la configuración y solución de problemas del enrutador. Las interfaces de administración comunes son la consola y el puerto auxiliar. Estos son puertos serie asíncronos EIA- 232. Se conectan a un puerto de comunicaciones en un ordenador. El equipo debe ejecutar un programa de emulación de terminal para proporcionar una sesión basada en texto con el router. A través de esta sesión el administrador de red puede administrar el dispositivo.

Almacenamiento

ROM

La memoria de solo lectura (ROM) se utiliza para almacenar de forma permanente el código de diagnóstico de inicio (Monitor de ROM). Las tareas principales de la ROM son el diagnóstico del hardware durante el arranque del router y la carga del software IOS de Cisco desde la memoria flash a la RAM. Algunos routers también tienen una versión más básica del IOS que puede usarse como fuente alternativa de arranque. Las memorias ROM no se pueden borrar. Sólo pueden actualizarse reemplazando los chips de ROM.

RAM

La memoria de acceso aleatorio (RAM) se usa para la información de las tablas de enrutamiento, el caché de conmutación rápida, la configuración actual y las colas de paquetes. En la mayoría de los routers, la RAM proporciona espacio de tiempo de ejecución para el software IOS de Cisco y sus subsistemas. Por lo general, la RAM se divide de forma lógica en memoria del procesador principal y memoria compartida de entrada / salida (I/O). Las interfaces de almacenamiento temporal de los paquetes comparten la memoria de I/O compartida. El contenido de la RAM se pierde cuando se apaga la unidad. En general, la RAM es una memoria de acceso aleatorio dinámica (DRAM) y puede actualizarse agregando más módulos de memoria en línea doble (DIMM).

Memoria flash

La memoria flash se utiliza para almacenar una imagen completa del software IOS de Cisco. Normalmente el router adquiere el IOS por defecto de la memoria flash. Estas imágenes pueden actualizarse cargando una nueva imagen en la memoria flash. El IOS puede estar comprimido o no. En la mayoría de los routers, una copia ejecutable del IOS se transfiere a la RAM durante el proceso de arranque*. En otros routers, el IOS puede ejecutarse directamente desde la memoria flash. Agregando o reemplazando los módulos de memoria en línea simples flash (SIMMs) o las tarjetas PCMCIA se puede actualizar la cantidad de memoria flash.

NVRAM

La memoria de acceso aleatorio no volátil (NVRAM) se utiliza para guardar la configuración de inicio. En algunos dispositivos, la NVRAM se implementa utilizando distintas memorias de solo lectura programables, que se pueden borrar electrónicamente (EEPROM).En otros dispositivos, se implementa en el mismo dispositivo de memoria flash desde donde se argó el código de arranque. En cualquiera de los casos, estos dispositivos retienen sus contenidos cuando se apaga la unidad.

Proceso de arranque de un router

El proceso de arranque está conformado por cuatro etapas principales:

1. Ejecución de la POST

La prueba de autocomprobación de encendido (POST) es un proceso común que ocurre en casi todas las computadoras durante el arranque. El proceso de POST se utiliza para probar el hardware del router. Cuando se enciende el router, el software en el chip de la ROM ejecuta el POST. Durante esta autocomprobación, el router ejecuta diagnósticos desde la ROM a varios componentes de hardware, entre ellos la CPU, la RAM y la NVRAM. Después de completarse la POST, el router ejecuta el programa bootstrap.

2. Carga del programa bootstrap

Después de la POST, el programa bootstrap se copia de la ROM a la RAM. Una vez en la RAM, la CPU ejecuta las instrucciones del programa bootstrap. La tarea principal del programa bootstrap es ubicar al IOS y cargarlo en la RAM.

3. Ubicación y carga del IOS

El IOS normalmente se almacena en la memoria flash, pero también puede almacenarse en otros lugares como un servidor TFTP (Trivial File Transfer Protocol).

Si no se puede encontrar una imagen IOS completa, se copia una versión más básica del IOS de la ROM a la RAM. Esta versión del IOS se usa para ayudar a diagnosticar cualquier problema y puede usarse para cargar una versión completa del IOS en la RAM.

Algunos de los routers más antiguos ejecutan el IOS directamente desde la memoria flash, pero los modelos actuales copian el IOS en la RAM para que la CPU lo ejecute.

4. Ubicación y carga del archivo de configuración

Ubicación del archivo de configuración de inicio. Después de cargar el IOS, el programa bootstrap busca en la NVRAM el archivo de configuración de inicio, conocido como startup-config. El archivo contiene los parámetros y comandos de configuración previamente guardados, entre ellos:

direcciones de interfaz
información de enrutamiento
contraseñas
cualquier otra configuración guardada por el administrador de red

Si el archivo de configuración de inicio, startup-config, se encuentra en la NVRAM, se copia en la RAM como el archivo de configuración en ejecución, running-config.

A partir de aquí podemos conectar al router y según la plataforma y el IOS, el router podrá realizar diferentes tareas.

Actividades

Actividades de conceptos básicos

Imagina que te dan un router y te piden que lo configures. Indica los pasos que debes seguir para tener acceso a él.
Visita la página http://www.tp-link.com/en/support/emulators/ y elige 1 router. Haz un pequeño manual donde se explique las distintas opciones de estado y configuración de las que dispone.
Hemos contratado un ADSL con PepePhone. Nos sale más barato que la competencia, además si disponemos de router podemos utilizarlo. Realiza la configuración del router tal como nos indica la empresa:

Parámetros obligatorios (en la sección WAN) ------------------------------------------- ATM PVC VPI: 0 ATM PVC VCI: 33 PROTOCOLO DE RED: PPPoE MODO DE ENCAPSULACIÓN: LLC USER NAME (PPP): pepephone@pepephone Password NAME (PPP): < pepephone > o puedes dejarlo vacio.

Direcciones IPv4. Tacha las direcciones IP inválidas.

a) 1.1.1.1

b) 2.2.2.200

c) 200.260.0.3

d) 4.4.4.4.4

i) 255.255.255.255

e) 5.0.0.300

f) 256.244.244.4

g) 700.1000.100

h) 0.0.0.0

i) 255.255.255.255

Direcciones IPv4 especiales. ¿Qué significado tienen las siguientes direcciones?

a) 127.0.0.1

b) 127.1.1.0

c) 127.127.127.127

d) 127.3.3.4

e) 0.0.0.0

f) 255.255.255.255

g) 10.255.255.255

h) 192.168.1.255

i) 172.16.255.255

j) 10.0.0.0

k) 172.16.0.0

l) 192.168.0.0

Direcciones IP reservadas. Máscaras. Para las siguientes direcciones indicar máscara y si son o no reservadas para redes privadas.

a) 127.0.0.1

b) 8.8.8.8

c) 10.2.2.2

d) 169.254.254.254

e) 169.254.3.2

f) 192.168.1.254

g) 172.16.55.55

h) 10.0.0.1

i) 2.2.3.0

j) 2.1.0.0

k) 172.16.1.0

l) 192.168.0.1

m) 198.164.2.3

n) 1.0.0.1

¿Cuántas redes privadas de clase A tenemos? ¿Cuántos equipos tiene cada una?
¿Cuántas redes privadas de clase B tenemos? ¿Cuántos equipos tiene cada una?
¿Cuántas redes privadas de clase C tenemos? ¿Cuántos equipos tiene cada una?
Direcciones IPv6. Tacha las direcciones IP inválidas para Unicast global.

a) 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

b) 2001:db8:85a3:8d3:1319:8a2e:370:7348

c) 2001::1

d) 2001:af:3::1

e) 2001:0:0:0:0:0:0:1

f) 2001::12a6::1

g) 2002::3:abcd:2

h) 3333:ffff::1

i) 3777:ada:fea::34

Busca información acerca de qué es el EUI-64 y el EUI-64 modificado. Para la siguiente MAC (00:11:22:33:44:55) ¿cómo quedaría su EUI-64 y su EUI-64 modificado?
EUI-64 modificado. ¿Cuál es la MAC de tu tarjeta de red? Basándote en la dirección MAC de tu tarjeta calcula la dirección IPv6 automática de enlace local (fe80:1111:2222:3333::/10).
EUI-64 modificado. ¿Cuál es la MAC de tu tarjeta de red? Basándote en la dirección MAC de tu tarjeta calcula la dirección IPv6 automática global unicast (2001::/32).
En un instituto tenemos 2 líneas ADSL de distintos proveedores cada una con su router. Si realizamos balanceo de carga, ¿cuáles serán los beneficios obtenidos?

Actividades de Packet Tracer

Elabora un esquema donde aparezcan 2 PC conectados entre sí con IP estática privada en la red 10.0.0.0.
Elabora un esquema donde aparezcan 4 PC conectados a un switch con IP estática privada en la red 172.16.0.0.
Elabora un esquema donde aparezcan 4 PC conectados a un switch con IP dinámica privada en la red 192.168.30.0. Debes poner en la red un servidor DHCP que asigne direcciones en dicho rango.
Añade al ejercicio anterior un servidor web y comprueba que los clientes pueden acceder a él.
Añade al ejercicio anterior un servidor DNS y configura en él el nombre www.mired.es para el servidor web. Comprueba que los PC pueden acceder al servidor web mediante su nombre.
Elabora un esquema donde existan 3 redes de 4 equipos cada una conectadas a un router. Cada red debe tener direcciones privadas dinámicas (una red de clase A, otra de clase B y la otra de clase C). Comprueba que hay comunicación entre ellas.
Añade al ejercicio anterior un servidor DNS y un servidor web en la red de clase A. Configura todos los PCs para que puedan acceder al servidor web mediante el nombre dado de alta en el servidor DNS.

Actividades resueltas de subnetting

Calcular la dirección de red y dirección de broadcasting (difusión) de las máquinas con las siguientes direcciones IP y máscaras de subred (si no se especifica, se utiliza la máscara por defecto):

18.120.16.250:

máscara 255.0.0.0

red 18.0.0.0

broadcasting 18.255.255.255

18.120.16.255 / 255.255.0.0:

red 18.120.0.0

broadcasting 18.120.255.255

155.4.220.39:

máscara 255.255.0.0

red 155.4.0.0

broadcasting 155.24.255.255

194.209.14.33:

máscara 255.255.255.0

red 194.209.14.0

broadcasting 194.209.14.255

190.33.109.133 / 255.255.255.0:

red 190.33.109.0

broadcasting 190.33.109.255

Suponiendo que nuestro ordenador tiene la dirección IP 192.168.5.65 con máscara 255.255.255.0, indicar qué significan las siguientes direcciones especiales:

0.0.0.0: nuestro ordenador
0.0.0.29: 192.168.5.29
192.168.67.0: la red 192.168.67.0
255.255.255.255: broadcasting a la red 192.168.5.0 (la nuestra)
192.130.10.255: broadcasting a la red 192.130.10.0
127.0.0.1: 192.168.5.65 (loopback)

Calcular la dirección de red y dirección de broadcasting (difusión) de las máquinas con las siguientes direcciones IP y máscaras de subred:

190.33.109.133 / 255.255.255.128:

red 190.33.109.128

broadcasting 190.33.109.255

(133=10000101, 128=10000000, 127=01111111)

192.168.20.25 / 255.255.255.240:

red 192.168.20.16

broadcasting 192.168.20.31

(25=00011001, 240=11110000, 16=00010000, 31=00011111)

192.168.20.25 / 255.255.255.224:

red 192.168.20.0

broadcasting 192.168.20.31

(25=00011001, 224=11100000, 31=00011111)

192.168.20.25 / 255.255.255.192:

red 192.168.20.0

broadcasting 192.168.20.63

(25=00011001, 192=11000000, 63=00111111)

140.190.20.10 / 255.255.192.0:

red 140.190.0.0

broadcasting 140.190.63.255

(020=00010100, 192=11000000, 063=00111111)

140.190.130.10 / 255.255.192.0:

red 140.190.128.0

broadcasting 140.190.191.255

(130=10000010, 192=11000000, 128=10000000, 063=00111111, 191=10111111)

140.190.220.10 / 255.255.192.0:

red 140.190.192.0

broadcasting 140.190.255.255

(220=11011100, 192=11000000, 063=00111111, 255=11111111)

Viendo las direcciones IP de los hosts públicos de una empresa observamos que todas están comprendidas entre 194.143.17.145 y 194.143.17.158, ¿Cuál es (probablemente) su dirección de red, broadcasting y máscara?

Pasamos a binario las dos direcciones. La primera tiene que estar próxima a la dirección de red y la última, a la dirección de broadcasting:

194.143.017.145 11000010.10001111.00010001.10010001 194.143.017.158 11000010.10001111.00010001.10011110

Podemos suponer que la dirección de red es 194.143.17.144 y la de broadcasting, 194.143.17.159:

194.143.017.144 11000010.10001111.00010001.10010000 194.143.017.159 11000010.10001111.00010001.10011111 <-----------------------------><--> RED HOST

Entonces la máscara será:

255.255.255.240 11111111.11111111.11111111.11110000 <-----------------------------><--> RED HOST

Un equipo tiene la IP 194.100.129.120. Si existen 8 subredes, indicar:

a) clase y máscara por defecto

b) máscara cuando dividimos la red en 8 subredes

c) dirección de inicio (dirección de subred) y fin (dirección de difusión) de cada subred

d) subred a la que pertenece la dirección IP

e) número de IPs destinadas a equipos en cada subred

IP 194.100.129.120. Existen 8 subredes

a) IP de clase C. Máscara por defecto: 255.255.255.0.

b) Subred

Para obtener 8 subredes debemos ampliar la máscara anterior en 3 bits (2³=8)

Red Host 11111111.11111111.11111111.11100000 = 255.255.255.224 = \27

c) Las direcciones de subred son:

11000010.01100100.10000001.00000000 = 194.100.129.0 11000010.01100100.10000001.00100000 = 194.100.129.32 11000010.01100100.10000001.01000000 = 194.100.129.64 →11000010.01100100.10000001.01100000 = 194.100.129.96 11000010.01100100.10000001.10000000 = 194.100.129.128 11000010.01100100.10000001.10100000 = 194.100.129.160 11000010.01100100.10000001.11000000 = 194.100.129.192 11000010.01100100.10000001.11100000 = 194.100.129.224

Las direcciones de broadcast son:

11000010.01100100.10000001.00011111 = 194.100.129.31 11000010.01100100.10000001.00111111 = 194.100.129.63 11000010.01100100.10000001.01011111 = 194.100.129.95 →11000010.01100100.10000001.01111111 = 194.100.129.127 11000010.01100100.10000001.10011111 = 194.100.129.159 11000010.01100100.10000001.10111111 = 194.100.129.191 11000010.01100100.10000001.11011111 = 194.100.129.223 11000010.01100100.10000001.11111111 = 194.100.129.255

d) Nuestra IP

11000010.01100100.10000001.01111000 = 194.100.129.120

se halla en la subred

11000010.01100100.10000001.01100000 = 194.100.129.96

e) Como existen 5 bits de hosts, el número total de IPs para hosts es 2⁵-2

Un equipo tiene la IP 172.10.130.4. Si existen 4 subredes, indicar:

a) clase y máscara por defecto

b) máscara cuando dividimos la red en 4 subredes

c) dirección de inicio (dirección de subred) y fin (dirección de difusión) de cada subred

d) subred a la que pertenece la dirección IP

e) número de IPs destinadas a equipos en cada subred

IP 172.10.130.4. Existen 4 subredes

a) IP de clase B. Máscara por defecto: 255.255.0.0.

b) Subred

Para obtener 4 subredes debemos ampliar la máscara anterior en 2 bits (2²=4)

Red Host 11111111.11111111.11000000.00000000 = 255.255.192.0 = \18

c) Las direcciones de subred son:

10101100.00001010.00000000.00000000 = 172.10.0.0 10101100.00001010.01000000.00000000 = 172.10.64.0 →10101100.00001010.10000000.00000000 = 172.10.128.0 10101100.00001010.11000000.00000000 = 172.10.192.0

Las direcciones de broadcast son:

10101100.00001010.00111111.11111111 = 172.10.63.255 10101100.00001010.01111111.11111111 = 172.10.127.255 →10101100.00001010.10111111.11111111 = 172.10.191.255 10101100.00001010.11111111.11111111 = 172.10.255.255

d) Nuestra IP

10101100.00001010.10000010.00000100 = 172.10.130.4

se halla en la subred

10101100.00001010.10000000.00000000 = 172.10.128.0

e) Como existen 14 bits de hosts, el número total de IPs para hosts es 2¹⁴-2

Actividades a resolver de subnetting

¿Cuál de las siguientes opciones representa la máscara 255.255.240.0?
- /26
- /18
- /192
- /20
- /224
- /22
- /240
- /16
- /24
- /27
¿Qué máscaras de las siguientes son inválidas?
- 255.128.255.0
- 128.255.0.0
- 255.0.0.255
- 255.255.0.0
- 255.254.0.0
- 255.252.0.0
- 255.248.0.0
- 255.240.0.0
- 255.224.0.0
- 255.192.0.0
- 255.128.0.0
Para las siguientes máscaras, indicar su formato corto en forma de longitud de prefijo.
- 255.255.0.0
- 255.0.0.0
- 255.255.255.0
- 255.128.0.0
- 255.255.0.0
- 255.254.0.0
- 255.252.0.0
- 255.248.0.0
- 255.240.0.0
- 255.224.0.0
- 255.192.0.0
- 255.128.0.0
¿A qué subredes pertenecen estos hosts?
- 192.168.10.104/27
- 192.168.10.144/28
- 192.176.12.242/26
- 122.122.239.12/19
Dada la dirección 134.141.7.11 y la máscara 255.255.255.0, ¿Cuál es el número de subred?
Dada la dirección 193.193.7.7 y la máscara 255.255.255.0 ¿cuál es el número de subred y cuál es la dirección de broadcast?
Dada la dirección 200.1.1.130 y la máscara 255.255.255.224 ¿cuál es el número de subred y cuál es la dirección de broadcast?
Dada la IP 220.8.7.100/28, ¿Cuál es la dirección de subred y cuál es la dirección de broadcast?
Dada la dirección IP 10.141.7.11/24 ¿Cuál es la dirección de subred y cuál es la dirección de broadcast?
Dada la dirección 134.141.7.11/24 ¿Cuáles son las direcciones IP válidas?
Dada la dirección 200.2.1.130/27 ¿Cuáles son las direcciones IP válidas?
Dada la IP 134.141.7.7/24, ¿cuáles son las números de subred válidos?
Dada la IP 220.8.7.100 y la máscara 255.255.255.240, ¿cuáles son las subredes válidas?
¿Cuántas direcciones IP serán asignadas en cada subred de 134.141.0.0/24?
¿Cuántas direcciones IP serán asignadas en cada subred de 220.8.7.0/28?
¿Cuántas direcciones IP serán asignadas en cada subred de 10.0.0.0/14?
¿Cuántas direcciones IP serán asignadas en cada subred de 11.0.0.0 255.192.0.0?
Un equipo tiene la IP 10.10.4.4. Si existen 256 subredes, indicar:
- clase y máscara por defecto
- máscara cuando dividimos la red en 256 subredes
- dirección de inicio (dirección de subred) y fin (dirección de difusión) de cada subred (sólo las tres primeras)
- subred a la que pertenece la dirección IP
- número de IPs destinadas a equipos en cada subred
Diseñas una red para un cliente, y el cliente te pide que utilices la misma máscara de subred para todas las subredes. El cliente utiliza la red 10.0.0.0 y necesita 200 subredes, con 200 hosts como máximo en cada subred. ¿Qué máscara trabajará mejor y permitirá mayor crecimiento en el número de host por subred a futuro?

Actividades resueltas de VLSM

Subnetting

A partir de la red 192.168.100.0/24 hacer la subredes necesarias para obtener las mostradas en la siguiente figura.

Paso 0: ¿Cuantas IPs necesitamos?

Red A: 52. (50 + 2 -de red y broadcast-)
Red B: 29. (27 + 2 -de red y broadcast-)
Red C: 14. (12 + 2 -de red y broadcast-)
Red D: 14. (12 + 2 -de red y broadcast-)
Red E: 4. (2 + 2 -de red y broadcast-)
Red F: 4. (2 + 2 -de red y broadcast-)
Red G: 4. (2 + 2 -de red y broadcast-)
Red H: 4. (2 + 2 -de red y broadcast-)

Total: 52+29+14+14+4+4+4+4

Paso 1: ¿Tenemos espacio suficiente?

Comprobamos que disponemos de suficiente espacio de direcciones. Como una la red 192.168.100.0/24 dispone de 8 bits para hosts, tenemos 2⁸ = 256 IPs (muchas más de las que necesitamos).

Paso 2: ¿Como las distribuimos?

Para la red A: Necesitamos un bloque de 64 IPs (2⁶) >= 52

Para la red B: Necesitamos un bloque de 32 IPs (2⁵) >= 29

Para la red C: Necesitamos un bloque de 16 IPs (2⁴) >= 14

Para la red D: Necesitamos un bloque de 16 IPs (2⁴) >= 14

Para la red E: Necesitamos un bloque de 4 IPs (2²) >= 4

Para la red F: Necesitamos un bloque de 4 IPs (2²) >= 4

Para la red G: Necesitamos un bloque de 4 IPs (2²) >= 4

Para la red H: Necesitamos un bloque de 4 IPs (2²) >= 4

Red A: 6 bits para hosts. Por tanto 2 bits para subred. Máscara: /26.

Red B: 5 bits para hosts. Por tanto 3 bits para subred. Máscara: /27.

Red C: 4 bits para hosts. Por tanto 4 bits para subred. Máscara: /28.

Red D: 4 bits para hosts. Por tanto 4 bits para subred. Máscara: /28.

Red E: 2 bits para hosts. Por tanto 6 bits para subred. Máscara: /30.

Red F: 2 bits para hosts. Por tanto 6 bits para subred. Máscara: /30.

Red G: 2 bits para hosts. Por tanto 6 bits para subred. Máscara: /30.

Red H: 2 bits para hosts. Por tanto 6 bits para subred. Máscara: /30.

Paso 3: Realizamos distribución

A continuación se muestra un cuadro de cómo hemos distribuido las subredes. No es la única solución. Podríamos haber escogido otra forma de distribuirlas, siempre que respetemos la máscara que debemos asignar a cada una y el número de IPs por subred.

x=192.168.100

Las redes quedan de la siguiente forma:

Red A:192.168.100.64/26
Red B: 192.168.100.128/27
Red C: 192.168.100.160/28
Red D: 192.168.100.176/28
Red E:192.168.100.0/30
Red F:192.168.100.4/30
Red G: 192.168.100.8/30
Red H: 192.168.100.12/30

Supernetting. Resumen de rutas

Resumen de Huelva

172.16.64.0 = 10101100.00010000.01000000.00000000

172.16.65.0 = 10101100.00010000.01000001.00000000

172.16.66.0 = 10101100.00010000.01000010.00000000

172.16.67.0 = 10101100.00010000.01000011.00000000

22 bits son comunes.

Por tanto la ruta resumida es 172.16.64.0/22

Resumen de Cádiz

172.16.68.0 = 10101100.00010000.01000100.00000000

172.16.69.0 = 10101100.00010000.01000101.00000000

172.16.70.0 = 10101100.00010000.01000110.00000000

172.16.71.0 = 10101100.00010000.01000111.00000000

22 bits son comunes.

Por tanto la ruta resumida es 172.16.68.0/22

Resumen de Málaga

172.16.72.0 = 10101100.00010000.01001000.00000000

172.16.73.0 = 10101100.00010000.01001001.00000000

172.16.74.0 = 10101100.00010000 01001010.00000000

172.16.75.0 = 10101100.00010000 01001011.00000000

172.16.76.0 = 10101100.00010000.01001100.00000000

172.16.77.0 = 10101100.00010000.01001101.00000000

172.16.78.0 = 10101100.00010000.01001110.00000000

172.16.79.0 = 10101100.00010000.01001111.00000000

21 bits son comunes.

Por tanto la ruta resumida es 172.16.72.0/21

Resumen de Sevilla

172.16.64.0 = 10101100.00010000.01000000.00000000

172.16.68.0 = 10101100.00010000.01000100.00000000

172.16.72.0 = 10101100.00010000.01001000.00000000

20 bits son comunes.

Por tanto la ruta resumida es 172.16.64.0/20

Resultado final

Actividades a resolver de VLSM

Dada la red 192.168.0.0/24, desarrolle un esquema de direccionamiento que cumpla con los siguientes requerimientos. Use VLSM, es decir, optimice el espacio de direccionamiento tanto como sea posible.

Una subred de 50 hosts para ser asignada a los Profesores
Una subred de 80 hosts para ser asignada a los Estudiantes
Una subred de 20 hosts para ser asignada a los Invitados
Tres subredes de 2 hosts para ser asignada a los enlaces entre routers.

Usted es el administrador de la red para una escuela primaria local. Su primera tarea es hacer que la correcta distribución de IPs en la red. El ISP le ha dado a usted la dirección de red 177.19.156.0 y máscara 255.255.252.0. Realice el subnetting necesario según el esquema que se muestra más abajo. Comience las asignaciones de direcciones con el 177.19.157.0.
Sumarización de rutas. Tenemos esta red VLSM con subnetting y debemos averiguar cuál va a ser la dirección que va a publicar en Internet el router A.

Bibliografía y referencias