El protocolo IP (página 2)

• Ver: Versión de IP que se emplea para
  construir el Datagrama. Se requiere para que quien lo reciba lo
  interprete correctamente. La actual versión IP es la
  4.
• Hlen: Tamaño de la cabecera en
  palabras.
• TOS: Tipo de servicio. La gran
  mayoría de los Host y Routers ignoran este campo. Su
  estructura es:

La prioridad (0 = Normal, 7 = Control de red) permite implementar algoritmos de control de congestión
más eficientes. Los tipos D, T y R solicitan un tipo de
transporte dado: D =
Procesamiento con retardos cortos, T = Alto Desempeño y R = Alta
confiabilidad. Nótese que estos bits son solo "sugerencias",
no es obligatorio para la red cumplirlo.

• Longitud Total: Mide en bytes la longitud de
  doto el Datagrama. Permite calcular el tamaño del campo de
  datos: Datos = Longitud Total – 4 * Hlen.

Antes de continuar con la segunda palabra del Datagrama
IP, hace falta introducir conceptos relacionados con la
fragmentación.

Fragmentación

En primer lugar, De qué tamaño es un
Datagrama?. El tamaño para un Datagrama debe ser tal que
permita la encapsulación, esto es, enviar un
Datagrama completo en una trama física. El problema está en que el
Datagrama debe transitar por diferentes redes físicas, con diferentes
tecnologías y diferentes capacidades de transferencia. A la
capacidad máxima de transferencia de datos de una red
física se le llama MTU (el MTU de ethernet es 1500 bytes por trama,
la de FDDI es 4497 bytes por trama). Cuando un Datagrama pasa de
una red a otra con un MTU menor a su tamaño es necesaria la
fragmentación. A las diferentes partes de un
Datagrama se les llama fragmento. Al proceso de reconstrucción
del Datagrama a partir de sus fragmentos se le llama
Reensamblado de fragmentos.

El control de la fragmentación de un Datagrama IP
se realiza con los campos de la segunda palabra de su
cabecera:

• Identificación: Numero de 16 bits que
  identifica al Datagrama, que permite implementar números
  de secuencias y que permite reconocer los diferentes fragmentos
  de un mismo Datagrama, pues todos ellos comparten este
  numero.
• Banderas: Un campo de tres bits donde el
  primero está reservado. El segundo, llamado bit de No –
  Fragmentación significa: 0 = Puede fragmentarse el
  Datagrama o 1 = No puede fragmentarse el Datagrama. El tercer
  bit es llamado Más – Fragmentos y significa: 0 =
  Unico fragmento o Ultimo fragmento, 1 = aun hay más
  fragmentos. Cuando hay un 0 en más – fragmentos,
  debe evaluarse el campo desp. De Fragmento: si este es cero, el
  Datagrama no esta fragmentado, si es diferente de cero, el
  Datagrama es un ultimo fragmento.
• Desp. De Fragmento: A un trozo de datos se le
  llama Bloque de Fragmento. Este campo indica el tamaño del
  desplazamiento en bloques de fragmento con respecto al
  Datagrama original, empezando por el cero.

Para finalizar con el tema de fragmentación, hay
que mencionar el Plazo de Reensamblado, que es un
time out que el Host destino establece como máximo para
esperar por todos los fragmentos de un Datagrama. Si se vence y
aun no llegan TODOS, entonces se descartan los que ya han llegado
y se solicita el reenvío del Datagrama completo.

Formato del Datagrama IP
(Cont.)

• TTL: Tiempo de Vida del Datagrama,
  especifica el numero de segundos que se permite al Datagrama
  circular por la red antes de ser descartado.
• Protocolo: Especifica que protocolo de alto
  nivel se empleó para construir el mensaje transportado en
  el campo datos de Datagrama IP. Algunos valores posibles son: 1 =
  ICMP, 6 = TCP, 17 = UDP, 88 = IGRP (Protocolo de Enrutamiento
  de Pasarela Interior de CISCO).
• Checksum: Es un campo de 16 bits que se
  calcula haciendo el complemento a uno de cada palabra de 16
  bits del encabezado, sumándolas y haciendo su complemento
  a uno. Esta suma hay que recalcularla en cada nodo intermedio
  debido a cambios en el TTL o por
  fragmentación.
• Dirección IP de la Fuente:
• Dirección IP del Destino:
• Opciones IP: Existen hasta 40 bytes extra en
  la cabecera del Datagrama IP que pueden llevar una o más
  opciones. Su uso es bastante raro.

• Uso de Ruta Estricta (Camino
  Obligatorio)
• Ruta de Origen Desconectada (Nodos
  Obligatorios)
• Crear registro de Ruta
• Marcas de Tiempo
• Seguridad Básica del Departamento de
  Defensa
• Seguridad Extendida del Departamento de
  Defensa

Enrutamiento
IP

Enrutar es el proceso de selección de un camino para
el envío de paquetes. La computadora que hace esto es
llamada Router.

En general se puede dividir el enrutamiento en
Entrega Directa y Entrega Indirecta.
La Entrega Directa es la transmisión de un Datagrama de una
maquina a otra dentro de la misma red física. La Entrega
Indirecta ocurre cuando el destino no esta en la red local, lo
que obliga al Host a enviar el Datagrama a algún Router intermedio. Es
necesario el uso de mascaras de subred para saber si el Host
destino de un Datagrama esta o no dentro de la misma red
física.

Encaminamiento con Salto al
Siguiente.

La forma más común de enrutamiento requiere el
uso de una Tabla de Enrutamiento IP, presente tanto
en los Host como en los Routers. Estas tablas no pueden tener
información sobre cada
posible destino, de hecho, esto no es deseable. En ves de ello se
aprovecha el esquema de direcionamiento IP para ocultar detalles
acerca de los Host individuales, además, las tablas no
contienen rutas completas, sino solos la dirección del siguiente
paso en esa ruta.

En general una tabla de encaminamiento IP tiene pares
(Destino, Router), donde destino es la dirección IP de un
destino particular y Router la dirección del siguiente
Router en el camino hacia destino. Nótese que Router debe
ser accesible directamente desde la maquina actual.

Este tipo de encaminamiento trae varias consecuencias,
consecuencia directa de su naturaleza estática:

1. Todo trafico hacia una red particular toma el mismo
   camino, desaprovechando caminos alternativos y el tipo de
   trafico.
2. Solo el Router con conexión directa al destino
   sabe si este existe o esta activo.
3. Es necesario que los Routers cooperen para hacer
   posible la comunicación
   bidireccional.

Algoritmo de Enrutamiento IP

Ruta Datagrama(Datagrama) {

Extrae de la Cabecera de Datagrama la
dirección de destino D;

Extrae de D el prefijo de Red N;

Si N corresponde a cualquier dirección
directamente conectada Entonces

Envía el Datagrama a D sobre la Red
N;

Sino

Si en la tabla hay una ruta especifica para D
Entonces

Envía Datagrama al salto siguiente
especificado;

Sino

Si En la tabla hay una ruta para la red N
Entonces

Envía Datagrama al salto siguiente
especificado;

Sino

Si En la tabla hay una ruta por defecto
Entonces

Envía el Datagrama a la dirección por
defecto;

Sino

Declarar Fallo de Enrutamiento;

Fsi

Fsi

Fsi

Fsi

}

Manejo de Datagramas
Entrantes.

Cuando un Datagrama llega a un Host, el software de red lo entrega a IP. IP verifica
la dirección de destino y si esta concuerda con la de la
maquina local, entonces acepta el Datagrama y lo entrega a las
capas superiores. De no coincidir la dirección de destino,
el Datagrama es descartado.

Por otra parte, un Router que reciba un Datagrama
compara la dirección de destino con la suya propia. Si
coinciden, el Datagrama pasa a las capas superiores, sino, se le
aplica el algoritmo de encaminamiento y
se reenvía el Datagrama.

Direccionamiento sin
Clase

Durante la introducción a TCP/IP
(Juan Carlos Guevara), se explicaba como mediante el empleo de Mascaras de subred,
se lograba convertir una única red (generalmente una Clase
B) en múltiples redes lógicas interconectadas y
administradas por la organización propietaria. El
problema se presenta cuando el crecimiento explosivo de las redes
locales produce el fenómeno ROADS (Running Out of Address
Space), que consiste simplemente en el agotamiento del espacio de
direcciones útil, causado por la gran demanda de las direcciones
Clase B, de las cuales solo hay 16.384, mientras que las Clases C
permanecían sin Asignar (pues aunque hay 2.097.152 de ellas,
nadie las quiere por ser muy pequeñas).

Para enfrentar este problema se desarrollo el esquema de
Direcciones sin Clase, que consiste en asignar a una misma
organización un bloque
continuo de direcciones de Clase C. De esta manera, una
organización que requiera conectar a Internet un numero moderado de Hosts
(digamos 3.800) puede recibir un bloque de 16 redes continuas de
Clase C (por ejemplo, de la red Clase C 199.40.72.0 a la
199.40.87.0), con lo cual dispone de 4.096 direcciones IP validas
para administrar.

CIDR Enrutamiento Inter –
Dominio Sin Clases (Classless
Inter – Domain Routing)

El esquema de direcciones sin clase genera el problema
de aumentar la información que debe
incluirse en las tablas de enrutamiento. En el caso del ejemplo,
se tendría que incluir 16 nuevas entradas en cada tabla de
enrutamiento de cada Host y Router. CIDR resuelve el problema al
incluir en las tablas información acerca del tamaño de
los bloques y el numero de bloques, así, en las tablas de
enrutamiento IP se tienen pares (Destino, Router), donde destino
no es una dirección de Host o Red tradicional, sino que
incluye información acerca del numero de redes que incluye
el bloque (en nuestro ejemplo, 16) y el tamaño de cada una
de esas redes (en el ejemplo, son Clases C, 256 direcciones cada
una).

El Direccionamiento sin clase modifica la estructura de una
dirección IP, de esta manera:

Así, CIDR debe incluir en las tablas de
enrutamiento cual es la primera red que compone el bloque,
cuantos bits se emplean como Prefijo de Red y la mascara de
subred que se emplea. En nuestro ejemplo, las tablas de
enrutamiento IP contendrían esta
información:

199.40.72.0/20 255.255.240.0

Refiriéndose a un bloque que se inicia con la red
199.40.72.0 y que tiene 20 bits en el prefijo de red. La mascara
255.255.240.0 (11111111.11111111.11110000.00000000)
nos indica que se están usando 4 bits extra (los que se han
resaltado) para identificar a las redes que componen al bloque.
Nótese que cuatro bits permites agrupar precisamente 16
redes Clase C.

Un aspecto importante que hay que subrayar es que en
ningún momento cambia el algoritmo básico de
enrutamiento IP, lo que cambia es el contenido de las tablas.
Además, las nuevas tablas contienen información
resumida, por lo que buscar una dirección destino en la
tabla se hace de otra manera, pero el algoritmo permanece
inalterado.

El problema de buscar direcciones de destino en una
tabla, consiste en que cualquier dirección cuya mascara de
destino tenga menos bits, incluye a la que tiene mas bits. Con
esto quiero decir que una mascara de subred como 255.255.0.0
(11111111.11111111.00000000.00000000, es decir, 16
bits de prefijo de red) incluye dentro de si a la mascaras de
subred 255.255.128.0
(11111111.11111111.10000000.00000000, 17 bits de
prefijo de red) y esta a su ves incluye a la mascara
255.255.192.0 (11111111.11111111.11000000.00000000)
y en general, entre menos bits tiene el prefijo de red, mas
direcciones Host abarca. Por esta razón cuando se explora la
tabla de enrutamiento IP en busca de una dirección de
destino, se hace una búsqueda que inicia con las mascaras de
más bits y termina en la de menos bits. Es decir, se inicia
con mascaras como 255.255.255.255 (todo en uno) y se continua con
la 255.255.255.254 (31 unos y un cero) y así sucesivamente.
Esto quiere decir que tendrían que hacerse 32 recorridos
secuenciales a la tabla, lo cual es muy ineficiente en cuanto a
tiempo, pues además de
ser un procedimiento demorado, se sabe
ya que direcciones normales de Clase B (255.255.0.0) requieren 16
barridos a la tabla, además, hacen falta 32 barridos para
notar que no hay una entrada en la tabla para esas
dirección. Por esta razón se emplean otros métodos para hacer estas
búsquedas en las tablas de enrutamiento IP. Un esquema muy
popular emplea un Arbol Binario, en el cual cada bit representa
una nueva rama en el árbol. Así, en nuestro ejemplo,
podrían dividirse las direcciones asignadas a la
organización (4.096) en subredes de esta forma: dos subredes
de 1.024 direcciones cada una, tres de 512 y dos de 256
direcciones. De esta forma, el árbol resultante tendría
esta forma:

ICMP: Protocolo de Mensajes de
Control de Interred (Internet Control Message
Protocol)

Si un Router no puede enrutar o entregar un Datagrama, o
si detecta una situación anómala que afecta su
capacidad de hacerlo (por ejemplo, la congestión), debe
informar a la fuente original para que evite o solucione el
problema.

ICMP es un mecanismo para realizar esta operación.
Es considerado como una parte obligatoria de IP y debe ser
incluido en todas sus implementaciones. ICMP comunica la capa de
Interred de una maquina con la misma capa en otra maquina. ICMP
es un protocolo de reporte de errores (no los
corrige), además, ICMP solo puede informar del error a la
fuente del Datagrama, es esta maquina la que debe implementar
mecanismos para enfrentar el problema.

Los
mensajes de ICMP requieren doble encapsulacion: Los mensajes ICMP
viajan empaquetados en Datagramas IP. Aun así, no se
considera a ICMP un protocolo de nivel superior a IP.

Formato del Mensaje
ICMP

Aunque cada tipo de mensaje tiene su propio formato,
todos ellos comparten los primeros tres campos: TIPO (8 bits),
CODIGO (8 bits) y CHECKSUM (16
bits).

El campo TIPO identifica al tipo de mensaje ICMP y
determina su formato. Puede tener alguno de estos valores:

• 0 : Respuesta de Eco (Echo Replay)
• 3 : Destino Inaccesible (Host
  Unreachable)
• 4 : Acallamiento de Origen (Source
  Quench)
• 5 : Redireccionar (Redirect)
• 8 : Solicitud de Eco (Echo Request)
• 11 : Tiempo Excedido
• 12 : Problema de Parámetros
• 13 : Solicitud de Timestamp
• 14 : Respuesta de Timestamp
• 17 : Solicitud de mascara de subred
• 18 : Respuesta de mascara de subred

Mensajes Solicitud de Eco y
Respuesta al Eco

Este es el tipo de mensaje que envía la maquina
cuando se emplea el comando ping. Solicitud de Eco pide a la
maquina destino que responda con una Respuesta de Eco con un
numero de secuencia apropiado.

Mensaje Destino
Inaccesible.

Es el mensaje empleado para reportar que no es posible
entregar un Datagrama. El campo CODIGO describe mejor el
problema:

• 0 : Red Inaccesible
• 1 : Host Inaccesible
• 2 : Protocolo Inaccesible
• 3 : Puerto Inaccesible
• 4 : Necesita Fragmentación
• 5 : Falla en la Ruta de Origen
• 6 : Red de Destino Desconocida
• 7 : Host Destino Desconocido
• 8 : Host de Origen Aislado
• 9 : Comunicación con Red
  Destino Administrativamente Prohibida
• 10 : Comunicación con Host Destino
  Administrativamente Prohibida
• 11 : Red Inaccesible por el tipo de
  servicio
• 12 : Host Inaccesible por el tipo de
  servicio

Los errores de red inaccesible por lo general implican
fallas de enrutamiento. Debido a que el mensaje ICMP contiene la
cabecera del Datagrama que lo produjo (en el campo de datos), el
origen sabrá cual destino es inaccesible.

Mensaje de Acallamiento de
Origen

Debido a que IP funciona sin conexión un Router no
puede reservar memoria o recursos de comunicación
antes de recibir los Datagramas. En consecuencia los Routers
pueden verse repentinamente saturados por el trafico. A esta
situación se le llama congestión.

El congestionamiento se da por que un Host de alta
velocidad genera Datagramas
mas rápido de lo que el Router puede manejar o porque muchos
Host envían Datagrama a la misma dirección al mismo
tiempo.

Cuando los Datagramas llegan mas rápido de lo que
un Router puede manejarlos, este los coloca en un buffer. Si los
Datagramas son parte de una ráfaga pequeña, esto
soluciona el problema, pero si continúan llegando Datagramas
se saturan los buffers y el Router debe descartar los nuevos
Datagramas. Es entonces cuando el Router genera un mensaje ICMP
de Acallamiento de Origen solicitando a este reducir la tasa de
envío de Datagramas. No existe un mensaje ICMP para revertir
esta solicitud, en general poco después de bajar la tasa de
envío, los Hosts la aumentan progresivamente hasta recibir
otro mensaje de Acallamiento de Origen.

El objetivo de este mensaje era
aliviar el problema de la congestión, pero no tuvo éxito. Se dejo al
implementador decidir sobre cuando enviar estos mensajes, por lo
que cada fabricante emplea su política favorita sin que ninguna
solucione el problema del todo. Por otra parte, ICMP informa al
Host de origen que su Datagrama ha sido descartado, pero puede
que este Host no sea el causante de la congestión.
Además, Como responder al mensaje ICMP?. Documentos como Requisitos
para los Routers (RFC 1812) estipulan que NO se deben
enviar mensajes de Acallamiento de Origen. Se esta trabajando en
mecanismos mas eficientes.

Mensaje Redireccionar

Se asume que los Routers conocen rutas correctas. Los
Host comienzan con información mínima de enrutamiento y
aprenden nuevas rutas de los Routers. En caso de que un Host
utilice una ruta no optima, el Router que lo detecta envía
un mensaje ICMP Redireccionar solicitándole que actualice su
tabla de enrutamiento IP.

Mensaje Tiempo
Excedido

Debido a que los Routers solo deciden sobre el
próximo "Salto" usando tablas locales, errores en esas
tablas pueden generar "ciclos de enrutamiento" para algún
destino. Esto provoca que los Datagramas sean descartados por
vencimiento de su TTL. Siempre que un Router descarte un
Datagrama ya sea por vencimiento de TTL o por vencimiento del
Tiempo de Reensamblado, envía un mensaje de Tiempo Excedido
a la fuente.

CODIGO = 0: Descartado por vencimiento de TTL

CODIGO = 1: Descartado por vencimiento de Tiempo de
Reensamblado.

Mensaje Problema de
Parámetros

Cuando un Router o un Host encuentra un problema que no
ha sido cubierto con los mensajes ICMP anteriores, envía
este mensaje.

El campo indicador apunta al campo dentro del encabezado
IP que generó el problema.

Mensaje Solicitud de Timestamp y
Respuesta de Timestamp

Una técnica sencilla provista por TCP/IP para
sincronizar relojes emplea ICMP para obtener la hora de la otra
maquina. Una maquina envía a otra una solicitud de
Timestamp, solicitándole que informe su valor actual para la hora del
día. La otra maquina envía una respuesta de Timestamp
con esa información.

Mensaje Solicitud de Mascara de
Subred y Respuesta de Mascara de Subred

Para aprender la mascara de subred utilizada por la red
local, una maquina puede enviar un mensaje ICMP Solicitud de
Mascara de Subred a un Router y esperar su Respuesta. Si la
maquina no conoce la dirección del Router, puede enviar este
mensaje por difusión.