Direccionamiento IP
Ingeniería de software
M.Sc. Johan Sebastian Giraldo H
Modelo TCP/IP
Direccionamiento IP
◼ Aunque parece un asunto trivial, no lo es.
◼ Direcciones IP mal asignadas ocasionan problemas que a veces no son fáciles de detectar.
◼ El direccionamiento IP especifica ciertas normas que deben ser respetadas en el proceso de asignación de direcciones a los dispositivos de red.
◼ Proporciona un esquema de identificación lógico usado para que los dispositivos de red puedan enviar y recibir paquetes de datos a través de una redTCP/IP.
Qué es una dirección IP
◼ Es un número que identifica una interfaz de red (NIC).
◼ IPv4: 32 bits; IPv6: 128 bits.
◼ Una dirección IP debe ser única dentro de la red en la que se encuentre.
◼ Están especificadas en los RFC 791 (IPv4) y 2460 (IPv6).
NIC
- Network Interface Card
◼ Una interfaz de red es una conexión entre un host y un enlace físico conectado a la red.
◼ En un host la interfaz de red es la NIC, conocida como tarjeta de red.
NIC
- Network Interface Card
◼ Una interfaz de red es una conexión entre un host y un enlace físico conectado a la red.
◼ En un host la interfaz de red es la NIC, conocida como tarjeta de red.
Sobrecarga de direcciones IP
◼ Por lo general, un computador de escritorio tiene una única interfaz de red, mientras que los computadores portátiles de hoy en día tienen una interfaz de red adicional (inalámbrica).
◼ Un servidor puede tener una o varias interfaces de red, de acuerdo con el rol que vaya a desempeñar en la red.
◼ Una interfaz de red puede tener una o varias direcciones IP.
◼ Por lo tanto, un host puede llegar a tener configuradas varias direcciones IP.
Direcciones IP en un router
◼ Los routers tienen varias interfaces de red.
Qué es una dirección MAC
Relación entre el nombre de host, la dirección IP y la dirección MAC
◼ Existe una correspondencia entre un nombre de host y una o varias direcciones IP.
◼ Las personas recordamos más fácilmente los nombres de hots que las direcciones IP.
◼ Las direcciones MAC dependen del fabricante y no se puede controlar el lugar en el cual una tarjeta de red va a estar conectada. Por lo tanto, la dirección IP permite crear compatibilidad entre diferentes interfaces de red de una manera lógica.
◼ Las direcciones IP son usadas para el la entrega indirecta entre routers mientras que la dirección MAC es usada para la entrega final en el proceso de enrutamiento.
Estructura de una dirección IP
◼ Una dirección IP se divide en dos partes:
▪ NetID (prefijo que identifica la red)
▪ HostID (sufijo que identifica al host)
◼ Esta división facilita la administración reduciendo la información necesaria para el enrutamiento de paquetes.
◼ Todos los hosts que pertenezcan a la misma red tienen el mismo NetID.
◼ Se denomina dirección de la red a la dirección IP formada por el NetID y un conjunto de bits en 0 en el HostID.
◼ Se denomina dirección de broadcast a la dirección IP formada por el NetID y un conjunto de bits en 1 en el HostID.
◼ La cantidad de bits del HostID permite calcular el número de hosts que pueden pertenecer a la red.
Notación para las direcciones IP
Notación decimal: 192.168.10.2
◼ Notación hexadecimal:
2001:0123:0004:00ab:0cde:3403:0001:0063
Notación abreviada: 2001:123:4:ab:cde:3403:1:63
Notación hexadecimal: 2001:0:0:0:0:0:0:4
Notación abreviada: 2001::4
Notación decimal IPv4
Direcciones IP con clase
◼ Es un concepto muy antiguo.
◼ Permitía establecer redes de acuerdo a la cantidad de hosts que era necesario conectar.
◼ Redes muy grandes: Clase A.
◼ Redes medianas: Clase B.
◼ Redes pequeñas: Clase C.
Direcciones Clase A
◼ NetID de 8 bits (Inicia con 0 constante).
◼ HostID de 24 bits.
◼ 128 redes, cada una con hasta 16.777.216 hosts.
◼ El primer octeto está entre 0 y 127.
◼ Ejemplo: 118.23.45.3.
Direcciones Clase B
◼ NetID de 16 bits (Inicia con 10 constante).
◼ HostID de 16 bits.
◼ 16.384 redes, cada una con hasta 65.536 hosts.
◼ El primer octeto está entre 128 y 191.
◼ Ejemplo: 164.83.90.210.
Direcciones Clase C
◼ NetID de 24 bits (Inicia con 110 constante).
◼ HostID de 8 bits.
◼ 2.097.152 redes, cada una con hasta 256 hosts.
◼ El primer octeto está entre 192 y 223.
◼ Ejemplo: 201.22.31.25.
Direcciones Clase D y Clase E
Clase D: Para grupos multicast.
◼ Inician con 1110.
◼ El primer octeto está entre 224 y 239.
◼ Ejemplo: 228.30.234.4.
Clase E: Reservadas.
◼ Inician con 1111.
◼ El primer octeto está entre 240 y 255.
Direcciones sin clase
◼ CIDR – Classless InterDomain Routing
◼ Permite una forma más eficiente de asignar las direcciones IP que el direccionamiento con clases.
◼ Utiliza NetID de longitud arbitraria para ajustarse a la realidad o necesidad de una organización.
◼ Utiliza el formato dirección/longitud, donde dirección corresponde a la dirección de la red en notación decimal y longitud corresponde a la cantidad de bits del NetID.
◼ La forma como se especifica la longitud del NetID se conoce como máscara de subred.
Máscara de subred
◼ La máscara de subred es usada para especificar la frontera entre el NetID y el HostID.
◼ Es usada por los hosts y los routers para determinar si el host destino de un paquete está ubicado en la misma red o en otra.
◼ La máscara de subred es un número especial formado por una secuencia de bits en 1 seguida por otra secuencia de bits en 0.
Máscara de subred
◼ Hay tres notaciones que se pueden usar para representar una máscara de subred:
▪ Binario: 11111111 11111111 11110000 00000000
▪ Decimal: 255.255.240.0
▪ Abreviada: /20
◼ Cada bit de la máscara de subred corresponde a un bit de la dirección IP.
◼ Los bits que ocupan las posiciones del NetID en la dirección IP, son bits en 1 en la máscara de subred.
◼ Los bits que ocupan las posiciones del HostID en la dirección IP, son bits en 0 en la máscara de subred.
Asignación de direcciones IP
◼ Interfaces de red.
◼ Direcciones IP públicas.
◼ Direcciones IP privadas.
◼ Configuración manual.
◼ Configuración automática.
◼ Direcciones IP reservadas.
¿Quién establece las direcciones IP para los hosts de una organización?
Interfaces de red
◼ Es la conexión entre el host y el enlace físico al medio de transmisión de datos.
◼ Un host puede tener una o más interfaces de red.
◼ Un router puede tener al menos dos interfaces de red.
◼ En la mayoría de los casos se asigna una dirección IP a cada interfaz de red.
◼ Es posible que una interfaz de red tenga asignada más de una dirección IP.
Direcciones especiales
Loopback 127.0.0.1 (IPv4); 0:0:0:0:0:0:0:1 (IPv6); ::1 (IPv6)
◼ Es la dirección más utilizada para la realización de pruebas. Todas las direcciones con 127 en el primer octeto están reservadas.
Propio host 0.0.0.0 (IPv4); 0:0:0:0:0:0:0:0 (IPv6); :: (IPv6)
◼ Es utilizada en procesos de configuración cuando se solicita una dirección IP.
Broadcast en la red local 255.255.255.255
◼ Es utilizada para enviar un paquete a todos los hosts de la red local.
Direcciones IP públicas
◼ Son direcciones IP válidas en Internet y únicas en el mundo.
◼ Son para uso empresarial. Usualmente se utilizan en servidores de acceso público.
◼ Son asignadas por el proveedor de acceso a Internet (ISP).
◼ Son configuradas manualmente.
◼ La asignación es por períodos de tiempo largos, de acuerdo a la duración del contrato.
Direcciones IP públicas
◼ El ICANN es la organización responsable de la asignación de direcciones IP a los distintos proveedores con el fin de mantener la estabilidad de Internet.
◼ Además, en ICANN administra y coordina el sistema de nombres de dominio y resuelve los conflictos de nombre cuando se presentan.
Direcciones IP privadas
◼ No son válidas en Internet.
◼ Son utilizadas en los usuarios finales.
◼ Son utilizadas libremente en cualquier parte del mundo.
◼ El espacio de direcciones puede ser usado por muchas organizaciones.
◼ Las direcciones sólo serán únicas dentro de la organización.
◼ Los hosts que tengan una dirección IP privada no serán accedidos desde el exterior de la red.
◼ Puede ser una ventaja desde el punto de vista de la seguridad de la información.
Direcciones IP privadas
◼ Usualmente son configuradas en forma automática. También se pueden configurar manualmente.
◼ Puede cambiar entre una sesión y otra, dependiendo del contexto.
◼ Se han reservado las direcciones 10.0.0.0/8; 172.16.0.0/12; 192.168.0.0/16.
◼ Dada la cantidad de direcciones que pueden ser utilizadas, es muy difícil que una organización tenga problemas de disponibilidad o escalabilidad.
◼ Una organización puede cambiar el proveedor en cualquier momento sin afectar el direccionamiento interno.
◼ Puede ocasionar alguna dificultad cuando se unen dos o más.
Configuración manual
Configuración automática
Protocolo DHCP
◼ Protocolo de configuración dinámica de host, especificado en el RFC 2131.
◼ La asignación de la dirección IP es por un tiempodeterminado.
◼ Se utiliza para asignar las direcciones IP a los host de una red en forma automática.
◼ También asigna otros parámetros como son la máscara de subred, la puerta de enlace (gateway) y el servidor DNS.
◼ Cuando termina el tiempo asignado el host puede obtener una dirección diferentealaanterior.
◼ Dependiendo de la configuración del servidor DHCP.
Protocolo DHCP
◼ Facilita la administración de la red.
◼ Permite la reutilización de direcciones IP.
◼ Evita la manipulación manual de las direcciones IP que puede originar errores difíciles de detectar.
◼ Permite la movilidad de usuarios dentro de una red y entre redes diferentes.
◼ Si el servidor DHCP falla, deja sin servicio a todos los hosts de la red.
Protocolo DHCP
◼ El protocolo DHCP se basa en el intercambio de cuatro mensajes enviados en broadcastpor la red local.
▪ DHCPdiscover
▪ DHCPoffer
▪ DHCPrequest
▪ DHCPack
◼ La dirección origen del host cliente es 0.0.0.0 durante el proceso de configuración de su dirección IP.
◼ Ladirección IPdel servidor DHCPno es conocidapor el cliente DHCP.
◼ El cliente envíalos mensajes a ladirección 255.255.255.255 en busca del servidorDHCP.
◼ El servidor envíalos mensajes al clientea la dirección 255.255.255.255 y un número detransacción paraqueel cliente los pueda identificar.
Protocolo DHCP
Discover
◼ El cliente envía la dirección MAC yelnombredehost.
Request
Offer
◼ La dirección ofrecida, la máscara de subred, la dirección IP del default gateway y el tiempo de concesión van dentro de un campo deopciones.
◼ El cliente envía la la solicitud de la dirección IP que el servidor previamente ha ofrecido.
ACK
◼ La dirección IP va en el campo Your IP Address.
Protocolo DHCP
Direcciones APIPA
◼ Automatic Private IP Addressing.
◼ Estáreservadoel rango 169.254.0.1 a 169.254.255.254.
◼ Los clientes DHCP pueden autoconfigurar sus direcciones IP y máscara de subred cuando el servidor DHCP no está disponible.
◼ La direcciónes seleccionada enforma aleatoria.
◼ Noincluyelapuertade enlaceni el servidor DNS, por lo que permite la funcionalidad básica dentro deunaredlocalsinsalida a Internet.
◼ ElservicioAPIPAverifica periódicamente la presencia de unservidor DHCP enla red para reemplazarladirección cuando el servidoresté disponible.
NAT - Network Address Translation
◼ El servicio de traducción de direcciones de red es una técnica que permite mitigar el agotamiento de direcciones IP.
◼ El NAT es un servicio que traduce una dirección IP, usualmente de un segmento privado a una dirección pública.
◼ El NAT es utilizado para que los hosts dentro de una organización identificados con una dirección IP privada puedan acceder a Internet.
NAT - Network Address Translation
NAT - Network Address Translation
Un router NAT debe hacer:
◼ Reemplazar la dirección IP y el número de puerto por la dirección IP NAT y el nuevo número de puerto en todos los datagramas salientes. Los clientes y servidores remotos responderán usando como dirección de destino la dirección IP NAT y el nuevo número de puerto.
◼ Recordar en una tabla NAT todas las parejas de traducción (dirección IP origen, número de puerto) a (dirección IP NAT, nuevo número de puerto).
◼ Reemplazar la dirección IP NAT y el nuevo número de puerto en los campos de destino de todos los datagramas entrantes con la correspondiente dirección IP origen y número de puerto almacenados en la tabla NAT.
NAT - Network Address Translation
Ventajas:
◼ Solo se necesita una dirección IP pública para permitir la salida de los hosts de una organización.
◼ Las direcciones IP locales pueden ser modificadas sin necesidad de notificar a nadie fuera de la red.
◼ Si se necesita cambiar el proveedor, puede mantener las direcciones locales sin necesidad de modificarlas.
◼ Desde el punto de vista de la seguridad puede ser una ventaja porque las direcciones locales no son alcanzables desde el exterior.
NAT - Network Address Translation
Desventajas:
◼ Punto único de fallo y cuello de botella.
◼ Viola la encapsulación en la capa de red.
◼ Atravesar el NAT aumenta la complejidad de las aplicaciones.
Conocer la dirección IP asignada
Windows
◼ ipconfig Es una aplicación de consola que muestra los valores de los parámetros de red en la configuración.
GNU/Linux
◼ ipconfig/all
Muestra la información de los parámetros de red con más niveldedetalle.
◼ Ifconfig Permite configurar una interfaz de red y ver los valores de los parámetros de configuración.
Renovar la dirección IP asignada
Windows
◼ ipconfig/release
Libera la dirección IP actual delhost.Sunuevadirección es 0.0.0.0.
GNU/Linux
◼ ipconfig/renew
El host cliente solicita una nuevadirecciónIPylos demás parámetros de red que entregaelservidor DHCP.
◼ dhclient
Permite configurar una interfaz de red y ver los valores de los parámetros de configuración.
Direcciones IP para una organización
◼ El administrador de la red de la organización las solicita a su ISP.
◼ El ISP le asigna un bloque de direcciones IP consecutivas.
◼ Depende de las necesidades de la organización y de la disponibilidad del proveedor.
Direcciones IP de interfaces y subredes
Routers y subredes
¡ GRACIAS !
Referencias
◼Carlos Eduardo Gómez Montoya, PhD. Luis Eduardo
SepúlvedaRodríguez,PhD.DireccionamientoIP.