Redes de datos - 7 - Direcciones IP

Redes de Datos

Direccionamiento IP

Ingeniería de software M.Sc. Johan Sebastian Giraldo H

Modelo TCP/IP

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Direccionamiento IP

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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 red TCP/IP. 01/10/2024

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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).

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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. ◼ Existen NIC especiales ▪ Dual ▪ Quad ▪ Balance de carga 01/10/2024

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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. ◼ Existen NIC especiales ▪ Dual ▪ Quad ▪ Balance de carga 01/10/2024

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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. 01/10/2024

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Direcciones IP en un router ◼ Los routers tienen varias interfaces de red.

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Qué es una dirección MAC

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Relación entre el nombre de host, la dirección IP y la dirección MAC ◼ Existe una correspondencia entre un nombre varias direcciones IP.

de host y una o

◼ 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.

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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.

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Notación para las direcciones IP IPv4 ◼ Notación decimal: 192.168.10.2 IPv6 ◼ 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 01/10/2024

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Notación decimal IPv4

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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. 01/10/2024

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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Máscara de subred ◼ Hay tres notaciones que se pueden usar para representar una máscara de subred: 11111111 ▪ Binario: 11111111 ▪ Decimal: 255.255.240.0 ▪ Abreviada: /20

11110000 00000000

◼ 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.

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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?

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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. 01/10/2024

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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Configuración manual

/etc/network/interfaces

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Configuración automática

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Protocolo DHCP ◼ Protocolo de configuración dinámica de host, especificado en el RFC 2131.

◼ La asignación de la dirección IP es por un tiempo determinado.

◼ Se utiliza para asignar las direcciones IP a los host de una red en forma automática.

◼ Cuando termina el tiempo asignado el host puede obtener una dirección diferente a la anterior.

◼ También asigna otros parámetros como son la máscara de subred, la puerta de enlace (gateway) y el servidor DNS. 01/10/2024

◼ Dependiendo de la configuración del servidor DHCP.

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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.

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◼ Si el servidor DHCP falla, deja sin servicio a todos los hosts de la red.

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Protocolo DHCP ◼ El protocolo DHCP se basa en el intercambio de cuatro mensajes enviados en broadcast por la red local.

▪ DHCP discover ▪ DHCP offer ▪ DHCP request ▪ DHCP ack ◼ La dirección origen del host cliente es 0.0.0.0 durante el proceso de configuración de su dirección IP. 01/10/2024

◼ La dirección IP del servidor DHCP no es conocida por el cliente DHCP. ◼ El cliente envía los mensajes a la dirección 255.255.255.255 en busca del servidor DHCP. ◼ El servidor envía los mensajes al cliente a la dirección 255.255.255.255 y un número de transacción para que el cliente los pueda identificar.

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Protocolo DHCP Discover

Request

◼ El cliente envía la dirección MAC y el nombre de host.

◼ El cliente envía la la solicitud de la dirección IP que el servidor previamente ha ofrecido.

Offer ◼ La dirección ofrecida, la máscara de subred, la dirección IP del default gateway y el tiempo de concesión van dentro de un campo de opciones.

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ACK ◼ La dirección IP va en el campo Your IP Address.

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Protocolo DHCP

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Direcciones APIPA ◼ Automatic Addressing.

Private

IP

◼ Los clientes DHCP pueden autoconfigurar sus direcciones IP y máscara de subred cuando el servidor DHCP no está disponible. ◼ No incluye la puerta de enlace ni el servidor DNS, por lo que permite la funcionalidad básica dentro de una red local sin salida a Internet.

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◼ Está reservado el rango 169.254.0.1 a 169.254.255.254. ◼ La dirección es seleccionada en forma aleatoria. ◼ El servicio APIPA verifica periódicamente la presencia de un servidor DHCP en la red para reemplazar la dirección cuando el servidor esté disponible.

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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.

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NAT - Network Address Translation

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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. 01/10/2024

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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.

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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.

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Conocer la dirección IP asignada Windows

GNU/Linux

◼ ipconfig Es una aplicación de consola que muestra los valores de los parámetros de red en la configuración.

◼ Ifconfig Permite configurar una interfaz de red y ver los valores de los parámetros de configuración.

◼ ipconfig/all Muestra la información de los parámetros de red con más nivel de detalle.

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Renovar la dirección IP asignada Windows

GNU/Linux

◼ ipconfig/release ◼ dhclient Libera la dirección IP actual Permite configurar una del host. Su nueva dirección es interfaz de red y ver los 0.0.0.0. valores de los parámetros de configuración. ◼ ipconfig/renew El host cliente solicita una nueva dirección IP y los demás parámetros de red que entrega el servidor DHCP. 01/10/2024

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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.

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Direcciones IP de interfaces y subredes

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Routers y subredes

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¡ GRACIAS !

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Referencias Luis Eduardo ◼Carlos Eduardo Gómez Montoya, PhD. Sepúlveda Rodríguez, PhD. Direccionamiento IP.

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Capa de enlace de datos

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