Enlace, Red y Transporte

Capa de Red

Capa de Red - Presentación
Funciones
Reenvío
Ruteo
Componentes
Datagrama IP
Tabla de Ruteo
ICMP
Ping - Traceroure
Referencias

## Capa de Red - Funciones Las funciones más importantes son: + reenvío (forwarding) + enrutamiento (routing) Cuando un paquete llega a un router por una interface (física o virtual) se analiza con la tabla de ruteo y se determina la interface por la cuál se enviará. El forwarding implica el paso de un paquete de una interface de entrada a otra de salida. Puede que el paquete tenga como destino el propio router, en cuyo caso se pasa a las capas superiores. Un ejemplo es un acceso al router a través de la red para configurarlo. La otra función importante es el enrutamiento que consiste en utilizar la información de las tablas de ruteo para elegir la interface de salida. Más adelante veremos como se llenan de información estas tablas. Notar que en ningún caso el router tiene información del camino completo de un paquete a menos que sea el próximo host. Los algoritmos de ruteo proporcionan parte de la información contenida en las tablas. #### Un algoritmo de enrutamiento es el encargado de aportar información para decidir el enlace de salida por el cuál se transmitirá un paquete.

## Funcionamiento IP Un ejemplo de funcionamiento de una conexión usando dos tecnologías de redes físicas diferentes: ethernet y frame relay. La forma de interpretar el gráfico en analizando las capas en forma vertical y horizontal. Si seguimos la secuencia de **t1** a **t14** vemos como transitan los datos desde un sistema final A (host) al otro B (otro Host). En el primer host A, la aplicación genera un conjunto de datos y se los pasa a la capa de Transporte. La capa de transporte le agrega un encabezado y la información más importante son los puertos (PORTs) origen y destino que permiten diferenciar a los procesos cliente y servidor que se van a comunicar entre los hosts: ~~~ ------------------------ | TCP-H | Data | ------------------------ ~~~ Este conjunto, llamado segmento, se pasa a la capa de red la que le agrega su encabezado y tenemos **t1**. La información más importante del encabezado son las IP destino (B) y la IP origen (A): ~~~ --------------------------------- | IP-H | TCP-H | Data | --------------------------------- ~~~ Ahora tenemos un paquete IP que se pasa a la capa de enlace ethernet compuesta por dos capas, la LLC que es la que se comunica con el SW y la MAC con el HW y por supuesto maneja las famosas direcciones MACs, quedando **t2**: ~~~ ------------------------------------------- | LLC-H1 | IP-H | TCP-H | Data | ------------------------------------------- ~~~ Acá se le agrega un acoplado y estamos en **t3**. ~~~ ------------------------------------------------------ | MAC-H1 | LLC-H1 | IP-H | TCP-H | Data | MAC-T1 | ------------------------------------------------------ ~~~ Se envía por la red hasta el router X que comparte la misma tecnología ethernet por un lado, pero que tiene otra del tipo Frame Relay **t4**: ~~~ ------------------------------------------------------ | MAC-H1 | LLC-H1 | IP-H | TCP-H | Data | MAC-T1 | ------------------------------------------------------ ~~~ Para arriba **t5**: ~~~ ------------------------------------------- | LLC-H1 | IP-H | TCP-H | Data | ------------------------------------------- ~~~ Más arriba a la capa de red del router X **t6**: ~~~ --------------------------------- | IP-H | TCP-H | Data | --------------------------------- ~~~ El router analiza la IP destino del encabezado IP y elige por dónde la va a enviar. Si la IP es una de las que tiene X, entonces pasa el paquete a las capas superiores. La ip no es propia **t7**. ~~~ --------------------------------- | IP-H | TCP-H | Data | --------------------------------- ~~~ En este caso elige la interface Frame Relay que lo conecta con el router Y **t8**: ~~~ ------------------------------------------------------- | FR- H | LLC-H1 | IP-H | TCP-H | Data | FR-T | ------------------------------------------------------- ~~~ Se envía a Y y llega **t9**: ~~~ ------------------------------------------------------- | FR- H | LLC-H1 | IP-H | TCP-H | Data | FR-T | ------------------------------------------------------- ~~~ Se pasa a la capa de red **t10**: ~~~ --------------------------------- | IP-H | TCP-H | Data | --------------------------------- ~~~ Se analiza la IP destino como en X y se determina que debe ser enviado a B **t11**: ~~~ --------------------------------- | IP-H | TCP-H | Data | --------------------------------- ~~~ Se pasa a la capa de enlace y **t12**: ~~~ ------------------------------------------- | LLC-H2 | IP-H | TCP-H | Data | ------------------------------------------- ~~~ Notar que los headers (encabezados) tienen el 2 para diferenciarlos de los anteriores ya que acá estamos en otra red ethernet y las MACs son diferentes. También se le agrega un acoplado y estamos en **t13**. ~~~ ---------------------------------------------------- | MAC-H2 | LLC-H1 | IP-H | TCP-H | Data | MAC-T2 | ---------------------------------------------------- ~~~ Llega al host B **t14**: ~~~ ---------------------------------------------------- | MAC-H2 | LLC-H1 | IP-H | TCP-H | Data | MAC-T2 | ---------------------------------------------------- ~~~ Para arriba **t15**: ~~~ ------------------------------------------- | LLC-H2 | IP-H | TCP-H | Data | ------------------------------------------- ~~~ A la capa de red **t16**: ~~~ --------------------------------- | IP-H | TCP-H | Data | --------------------------------- ~~~ La IP destino es la ip de B entonces se pasa a la capa de Transporte TCP: ~~~ ------------------------ | TCP-H | Data | ------------------------ ~~~ Se determina el proceso identificado por el PORT y se entrega los datos a la aplicación. Ahora, si analizamos la comunicación en forma horizontal como por ejemplo: t1, t6, t7, t10, t11, t16 Vemos que el conjunto de información, en este caso paquete, se repite para la capa de red en A, X, Y y en B. Los protocolos funcionan en forma horizontal entre las mismas capas de diferentes dispositivos. Los siguientes ejemplos solo involucran 2 t porque son punto a punto directamente conectados.

## Tablas de Ruteo Las tablas de ruteo se encuentran tanto en los routers como en los hosts. Poseen información para decidir el envío de paquetes. Consta de 4 partes pero algunas pueden no estar presentes. Tipos de entradas en la tabla de ruteo: + 1.- Las redes directamente conectadas. + 2.- Redes configuradas en forma estática. + 3.- Redes configuradas en forma dinámicas. + 4.- Defecto. La primer parte se completa con información sobre las redes que están directamente conectadas y puede obtenerla de la configuración de las interfaces al arrancar o si se introducen en caliente al configurar una interface. La última parte es una sola entrada y es la ruta por defecto, comodín, ya que cualquier dirección coincide con ésta. Estas dos partes son las que tienen todos los hosts y sirven para determinar si el envío es a un host local o remoto. Las dos partes del medio pueden no estar o puede estar alguna de ellas, dependiendo de la complejidad de la red y las interconexiones donde opera el router. Las estáticas son introducidas o configuradas por los administradores del router y son destinos que el router no conoce. Generalmente son pocas y se dan cuando la red en de tamaño pequeño pero que tiene algunos routers. Las dinámicas son las que aprende utilizando los protocolos de ruteos codificados en algoritmos. Se utilizan generalmente en sistemas muy interconectados y complejos (corazón de internet). Cada línea de la tabla de ruteo tiene la siguiente información: ~~~ ------------------------------------------- | Red | Mask | GW | Interface | ------------------------------------------- ~~~

## Rutas 3/4 Ahora completamos la ruta default. Esta entrada en la última posibilidad que tiene una dirección de ser enviada. Entonces necesitamos que haga equivalencia (match) con cualquier red y la máscara 0.0.0.0 es un comodín para eso. Y también necesitamos enviarle los paquetes a alguien que pueda dirigirlos (gateway, normalmente más arriba en la jerarquía o más cerca de la conexión al resto de las redes). En el caso de R1 es R2, pero observar que se le envía a la IP de la interface que está en la red que comparten ambos routers y se sale por la interface que está directamente conectada a dicha red. + Entonces será: Default, 0.0.0.0, 10.0.4.1, I1. Los paquetes que van a las redes conectadas a R1 se entregan directamente, los que van para internet se envían a R2 para que él lo resuelva. En el caso de R2 su router default está en internet y vamos a suponer que su dirección es 200.100.2.2.

## Rutas 4/4 Es el turno de las direcciones estáticas y dinámicas. Como la red es pequeña y los routers tienen pocas conexiones con otros routers no se justifica correr protocolos de ruteo y por lo tanto no tendremos entradas dinámicas. Y las estáticas… Veamos: con el estado de la tabla hasta acá no podemos resolver ciertas IP. Supongamos que llega un paquete con la dirección IP 10.0.3.3 desde internet. No coincide con la primer entrada, ni con la segunda, que son las redes conectadas y pasa a la default. El paquete se envía otra vez a internet. R2 no conoce las redes que están detrás de R1 y hay que agregarlas. Notar que la IP en la columna gateway es la de la interface que R1 tiene conectada a la red que comparten. En R1 podemos agregamos la red 10.0.1.0 , pero es redundante porque se resuelve con la default.

## Interfaces Virtuales Cuando se instala una red local con subredes se requiere que las subredes estén conectadas por routers y en cableados conectados a dispositivos switchs diferentes. Suponga que en el aula de máquinas de la biblioteca se quiere instalar tres subredes, las ya mencionadas A, D y E. Va a haber mayoría de alumnos, un par de docentes y un par de administrativos. Poner un switch para cada grupo o un cableado separado no es rentable. Además los routers incrementan su costo cuando más interfaces tienen. Los dispositivo de conexión vienen preparados para poder partirlos en subredes y conectarse al router con un solo troncal a una sola interface. Entonces hay que utilizar interfaces virtuales. La tabla de ruteo podría quedar así: |Destino|Mask|GW|Interface| |:--:|:--:|:--:|:--:| |10.0.1.0| /24 | * | I0:0 | |10.0.2.0| /24 | * | I1:0 | |10.0.3.0| /24 | * | I2:0 |

## Tracert – Traceroute - Tracepath Verificar Rutas + Utiliza el ttl + Comando + tracepath ***IP*** + tracepath ***Hostname*** + tracert ***IP*** + tracert ***Hostname*** Veamos el funcionamiento de la herramienta (Son todas similares): + **Tracert – Traceroute – Tracepath** En los paquetes IP existe un campo llamado **ttl** (time to live). Este campo tiempo de vida se llena con un valor numérico(8 bits) antes de enviar un paquete. En teoría indica la cantidad de segundos, pero en la práctica funciona de otra manera. El paquete sale de un host con un valor que se decrementa en 1 cada vez que pasa un router. En funcionamiento normal el paquete entra a un router, se determina la interface de salida, se le decrementa el ttl en 1 y se envía. Pero si hay congestión los paquetes van a para a una cola y luego de un determinado plazo se les decrementa en 1 el ttl. Si la cuenta llega a 0, se envía un mensaje de error al emisor y el paquete se descarta. Esto evita que el paquete quede circulando por la red indefinidamente en caso de un bucle de ruteo y favorece el control de congestión en la red. Las herramientas estas realizan pings modificando el valor del ttl. Funcionamiento: Arranca con ttl=1, envía el paquete y lo recibe el primer router, este lo decrementa y como llega a 0 manda un mensaje de error. Muestra el resultado. Luego pone el ttl=2 y envía el nuevo paquete. Este morirá al segundo salto y brindará información sobre el siguiente punto. Y así continúa incrementando el ttl hasta alcanzar el destino. A tener en cuenta: + Los paquetes pueden tomar diferentes caminos dado que las rutas cambian dinámicamente por los protocolos de ruteo y pueden morir por retraso en alguna cola debido a una posible congestión; o pueden simplemente perderse. Sin embargo es una herramienta interesante que nos indica que al menos existe un camino (si llega), puede indicarnos un corte en la red o un mal funcionamiento de algún router. Y nos brinda información adicional como tiempos de retardo.

Preguntas de Repaso

¿Cuál es la función principal de la capa de Red?
¿Cuál es la información más importante que maneja la capa de Red? ¿Porqué?
¿Cuál es la diferencia entre **forwarding** y **routing**?
¿Porque se dice que los protocolos rigen una comunicación horizontal y no vertical?

Referencias

Notas de esta presentación

Kurose-Ross Computer Networking A Top-down Approach Featuring the Internet Third Edition

Redes de Computadoras, 5ta Edición - James F. Kurose & Keith W. Ross

Prefijos Binarios