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14. Conjunto de protocolos TCP/IP

Contenido

a. TCP/IP – Internet – OSI

b. Nivel de red – Protocolo IP

c. Direccionamiento y subredes

d. Otros protocolos en el nivel de red

e. Nivel de transporte

a. TCP/IP – Internet – OSI

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b. Nivel de red – Protocolo IP

Posición de IPv4 en la suite del protocolo TCP/IP

Formato del datagrama IPv4

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Tipos de servicio y servicios diferenciados

El campo de precedencia fue parte de la ió 4 f dversión 4, pero nunca fue usado.

Tipos de servicio

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Tipo de servicio por defecto

Valores de lo códigos

El campo de longitud total define la l it d t t l d l d t i l dlongitud total del datagrama incluyendo

la cabecera (header).

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Encapsulación de un pequeño datagrama en una trama Ethernet

Campo de protocolo en datos encapsulados

Valores de protocolos

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Un paquete IPv4 a llegado con los primeros 8 bits, tal como se muestran:

01000010El receptor descarta el paquete. ¿Porqué?

Solución

Ejemplo 1

Hay un error en el paquete.Los 4 bits a la izquierda (0100) muestran la versión, la cual es correcta. Los siguientes 4 bits (0010) muestran una longitud inválida de header (2 × 4 = 8), pues el número mínimo de bytes del header es 20. El paquete se ha corrompido en la transmisión.

En un paquete IPv4, el valor del HLEN es 1000 en binario.¿Cuántos bytes de opciones son transportados por estepaquete?

Solución

Ejemplo 2

El valor HLEN es 8, lo cual significa que el número totalde bytes en la cabecera es de 8 × 4 = 32 bytes.Los primeros 20 bytes conforman la cabecera básica,los 12 bytes siguientes corresponden a las opciones.

En un paquete IPv4 el valor del HLEN es 5, y el valordel campo de longitud total es de 0x002816. ¿Cuántosbytes de data estan siendo trasportados por estepaquete?

Solución

Ejemplo 3

El valor del HLEN es 5, lo cual significa que el númerototal de bytes de la cabecera es de 5 × 4, ó 20 bytes (noopciones)La longitud total del paquete es de 40 bytes ( 2 x 16 + 8= 40), lo cual significa que el paquete estatransportando 20 bytes de data (40 − 20).

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Un paquete IPv4 ha llegado con los primeros bits hexadecimales como se muestran a continuación:

0x4500002800010000010216 . . .¿Cuántos saltos puede viajar este paquete antes de serdescartado? ¿A que protocolo de nivel superiorpertenecen los datos que estan siendo transportados?

Ejemplo 4

SoluciónPara hallar el tiempo de vida TTL, saltamos 8 bytes. Elcampo del tiempo de vida es el noveno byte, igual a 01Esto significa que el paquete solo puede dar un saltoadicional.El campo del protocolo es el siguiente byte (02), lo cualsignifica que el protocolo de nivel superior es el IGMP.

Unidad de transferencia máxima (Maximum transfer unit - MTU)

MTUs para alguna redes

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Flags usados en fragmentación

Ejemplo de fragmentación

Ejemplo detallado de fragmentación

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Un paquete ha llegado con el bit M = 0.¿Es este elprimer fragmento, el último fragmento ó el fragmentointermedio? ¿Sabemos que el paquete fuéfragmentado?

Solución

Ejemplo 5

SoluciónSi el bit M = 0, esto significa que no hay másfragmentos: el fragmento que transporta el paquete esel último.Sin embargo, no podemos decir si el paquete originalfue framentado ó no. Un paquete no fragmentado esconsiderado el último fragmento.

Un paquete ha llegado con el bit M = 1. ¿Es este elprimer fragmento, el último fragmento ó el fragmentointermedio? ¿Sabemos que el paquete fué fragmentado?

SoluciónSi M = 1, significa que hay por lo menos un fragmento

Ejemplo 6

, g q y p gadicional.Este fragmento puede ser el primero o el intermedio perono el último.Al no saber si el el primero ó el intermedio: necesitamosmayor información (el valor del umbral defragmentación).

Un paquete ha llegado con el bit M = 1 y el valor deloffset de fragmentación = 0. .¿Es este el primerfragmento, el último fragmento ó el fragmentointermedio? ¿Sabemos que el paquete fue fragmentado?

Solution

Ejemplo 7

SolutionComo el M bit is 1, este puede ser el paquete primero ópaquete intermedio.Debido a que el valor del offset es igual a 0, este el elprimer fragmento.

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Un paquete ha llegado con el valor de offset igual a 100.¿Cuál es el número de su primer byte? ¿Cómo sabemosel número de su último byte?

Solución

Ejemplo 8

SoluciónPara hallar el número de su primer byte, multiplicamos al valor del offset por 8. Esto significa que el número del primer byte es 800.No podemos determinar el número de su último byte a menos que conozcamos su longitud.

Un paquete ha llegado con el valor de offset igual a 100,el valor el HLEN = 5, y el valor del campo de longitudtotal es 100.¿Cuales son lo números del primero y elúltimo byte?

Solución

Ejemplo 9

SoluciónEl número del primer byte es: 100 × 8 = 800. La longitud total es de 100 bytes, y la longitud de la cabecera es de 20 bytes (5 × 4), lo cual significa que este datagrama tiene 80 bytes. Si el número del primer bytes es 800, el número del último byte debe de ser 879.

c. Direccionamiento y subredes

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Una dirección IPv4 de 32 bits de largo.

Las direcciones IPv4 son únicas y i luniversales.

Notación decimal con punto y notación binaria para una dirección IPv4

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Cambiar las siguientes direcciones IPv4 de notaciónbinaria a notación decimal con punto.

Ejemplo 1

SoluciónReemplazamos cada grupo de 8 bits por su númerodecimal equivalente y añadimos puntos paraseparación.

Cambiar las siguientes direcciones IPv4 de notacióndecimal a notación binaria

Ejemplo 2

S l ióSoluciónReemplazamos cada número decimal por suequivalente binario

Hallar el error, si hubiera, en las estas direcciones IPv4.

Ejemplo 3

Solucióna. No puede haber un 0 adelante (045).b. No puede haber mas de 4 números.c. Cada número necesita ser menor o igual a 255.d. No se permite una mixture de notación binaria y

notación decimal

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En direccionamiento classful, el espacio de direcciones esta dividido en cinco

lclases:A, B, C, D, and E.

Hallando las clases en notación binaria y decimal con punto:

Hallar la clase de cada una de estas direcciones:a. 00000001 00001011 00001011 11101111b. 11000001 10000011 00011011 11111111c. 14.23.120.8d. 252.5.15.111

Ejemplo 4

Solucióna. El primer bit es 0. Esta es una dirección clase A.b. Los primeros 2 bits son 1; el tercer bit es 0. Esta es una

dirección Clase C.c. El primer byte es 14; es una dirección clase A.d. El primer byte es 252; Es una dirección clase E.

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Número de bloques y tamaño de bloques en direccionamiento IPv4 classfull

En el direccionamiento classful, una gran parte de las direcciones

disponibles esta desperdiciada

Máscaras por defecto del direccionamiento classful

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El direccionamiento classful, el cual es casi obsoleto, esta siendo reemplazado

l di i i t l l ( icon el direccionamiento classless (sin clases)

El siguiente gráfico muestra un bloque de direcciones,tanto en notación binaria como decimal, garantizando aun pequeño negocio que necesita 16 direcciones.

Vemos que las restriciones que son aplicadas a estebloque. Las direcciones son contiguas.

Ejemplo 5

El número de direcciones e una potencia de 2 (16 = 24),y la primera dirección es divisible entre 16.La primera dirección, cuando es convertida en unnúmero decimal, es 3,440,387,360, la cual cuando esdividida entre 16 nos da 215,024,210.

Un bloque de 16 direcciones asignadas a una pequeña organización

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En direccionamiento IPv4, un bloque de direcciones puede ser definida como:

x y z t /nx.y.z.t /nEn la cual x.y.z.t define una de las

direcciones y /n define la máscara.

La primera dirección en el bloque puede h ll d l d 0 lser hallada colocando 0s a los

32 − n bits más a la derecha.

Un bloque de direcciones se concede a una empresa.Sabemos que una de las direcciones es205.16.37.39/28. ¿Cuál es la primera dirección delbloque?SoluciónLa representación binaria de la dirección dada es:

Ejemplo 6

11001101 00010000 00100101 00100111Si colocamos los primeros 4 bits (32−28) de lado derecho en 0, tenemos:

11001101 00010000 00100101 0010000ó

205.16.37.32.Esta será la primera dirección del bloque.

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La última dirección de un bloque puede h ll d l d l últi bitser hallada colocando los últimos bits

del lado derecho 32 − n bits iguales a 1s.

Hallar la última dirección de un bloque del ejemploanterior.SoluciónLa representación binaria de la dirección dada es:

11001101 00010000 00100101 00100111

Ejemplo 7

11001101 00010000 00100101 00100111

Colocamos los 4 bits (32 − 28) de la derecha igual a 1, con lo cual, tendremos:

11001101 00010000 00100101 00101111ó

205.16.37.47Esta será la última dirección del bloque.

Configuración y direcciones en una red subneteada

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Jerarquía de tres niveles en una dirección IPv4

A una ISP se le concede un bloque de direcciones queempieza con la dirección 190.100.0.0/16 (65,536addresses). El ISP necesita distribuir estasdirecciones en 3 grupos de usarios como sigue:

a. El primer grupo tiene 64 usuarios: cada gruponecesita 256 direcciones.

Ejemplo

b. El segundo grupo tiene 128 usuarios: cada gruponecesita 128 direcciones

c. El tercer grupo tiene 128 usuarios: cada gruponecesita 64 direcciones.

Diseñar los sub bloques y hallar cuando direccionesestán disponibles para estas locaciones..

SoluciónLa figura siguiente muestra esta situación.

Ejemplo

Gropo 1Para este grupo, cada usuario necesita 256direcciones. Esto significa que son necesarios 8 (log2256) bits para definir a cada host. La longitud delprefijo es: 32 − 8 = 24. Las direcciones son

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Ejemplo

Grupo 2Para este grupo, cada usuario necesita 128 direcciones.Esto significa que son necesarios 7 (log2 128) bits paradefinir a cada host. La longitud de prefijo es 32 − 7 = 25.Las direcciones son:

EjemploGroup 3Para este grupo, cada usuario necesita 64 direcciones.Son necesarios 6 (log2 64) bits para definir a cada host.La longitud de prefijo es 32 − 6 = 26. Las direcciones son:

Número de direcciones concedidas al ISP: 65,536Número de direcciones asignadas por el ISP: 40,960Número de direcciones libres disponibles: 24,576

Ejemplo de asignación de direcciones y su distribución para un ISP

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Tabla. Direcciones para empresas privadas

Una implementación NAT

Direcciones en una NAT

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Traslación de direcciones NAT

Tabla de translación de cinco columnas

d. Otros protocolos en el nivel de red

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Posición del UDP, TCP y SCTP en la suite TCP/IP

ARP y RARP

Operación del ARP

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Paquete ARP

Encapsulación del paquete ARP

Cuatro casos usando ARP

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Un host con dirección IP 130.23.43.20 y dirección físicaB2:34:55:10:22:10 tiene un paquete para enviar a otrohost con dirección IP 130.23.43.25 y dirección físicaA4:6E:F4:59:83:AB. Los dos hosts están en la mismared Ethernet. Mostrar los paquetes de petición yrespuesta ARP encapsulados en tramas Ethernet.

Ejemplo

SoluciónLa siguiente figura muestra los paquetes de petición yrespuesta ARP . Nótese que el campo de datos del ARPen este caso es de 28 bytes, y que las direccionesindividuales no se ajustan a la frontera de 4-bytes. Estoes porque no mostramos las fronteras regurales de 4-byte para estas direcciones.

Ejemplo. Una petición y respuesta ARP

Proxy ARP

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Operación RARP

Paquete RARP

Encapsulación del paquete RARP

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Cliente y servidor BOOTP en la misma y en diferente redes

Formato general de los mensajes ICMP

Mensajes de reporte de errores

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Concepto de redireccionamiento

Mensajes Query

Tipos de mensajes IGMP

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Formato del mensaje IGMP

Tipos de campos IGMP

Operación IGMP

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Hay tres hosts en una red, como se muestra en la figurasiguiente. Un mensaje de petición (query) es recibido enel tiempo 0; el tiempo de retardo aleatorio (en décimasde segundos) para cada grupo es montrado próximo ala dirección del grupo.Mostrar la secuencia de los mensajes de reporte

Ejemplo

SolutionLos eventos ocurren en esta secuencia:a. Time 12:. El temporizador para 228.42.0.0 en la host

A expira, y un reporte de membresía es enviado, elcual es recibido por el router y cada host, incluyendoal host B, el cual cancela su temporizador por228.42.0.0.

Ejemplob. Tiempo 30: El temporizador para 225.14.0.0 en la

host A expira, y un reporte de membresía es enviado, el cual es recibido por el router y cada host, incluyendo al host C, el cual cancela su temporizador para 225.14.0.0.

c. Tiempo 50: El temporizador para 238.71.0.0 en lahost B expira, y un reporte de membresía esenviado, el cual es recibido por el router y cada host.

d. Tiempo 70: El temporizador para 230.43.0.0 en lahost C expira, y un reporte de membresía esenviado, el cual es recibido por el router y cada hostincluyendo al host A el cual cancela su temporizadorpara 230.43.0.0.

Ejemplo

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e. Nivel de transporte

La capa de transporte es responsable de l tla entrega proceso – a - proceso

Tipo de entrega de datos

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Números de puertas

Direcciones IP vs números de puertas

Rangos de direcciones IANA

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Dirección de Socket

Multiplexaje y demultiplexaje

Control de errores

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Posición del UDP, TCP y SCTP en la suite TCP/IP

Puertas Well-known usadas por el UDP

Fomato de datagrama de usuario

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Longitud UDP l it d IP l it d d b IP= longitud IP – longitud de cabecera IP

Pseudoheader para el cálculo del checksum

Puertas Well-known usadas por el TCP

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Flujo de entrega de bytes

Buffers de transmisión y de recepción

Segmentos TCP

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Los bytes de data que están siendo transferidos en cada conexión son

d l TCPnumerados por el TCP. La numeración empieza en un número

generado aleatoriamente.

La tabla siguiente muestra el número de secuenciapara cada segmento:

Ejemplo

Formato del segmento TCP

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Campo de control

Descripción de los flags en el campo de control

Establecimiento de la conexión usando el three-way handshaking

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Un segmento SYN no puede transportar datos, pero consume un número de

secuencia.

Un segmento SYN + ACK no puede t t d ttransportar datos, pero consume un

número de secuencia.

Un segmento ACK segment, si no transporta datos, no consume un

número de ssecuencia.

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Transferencia de datos

Terminación de una conexión usado el three-way handshaking

Half-close

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Operación normal

Segmento perdido

Retransmisión rápida

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SCTPProtocolo de control de transmisión de flujo (StreamControl Transmission Protocol - SCTP) es unprotocolo nuevo, confiable, orientado al transporte demensajes.

SCTP, sin embargo, esta mayormente diseñado paraaplicaciones de Internet que han sido introducidasrecientemente.

Estas nuevas aplicaciones necesitan un servicos mássofisticado que el que el TCP provee.

SCTP es un protocolo confiable i t d l j bi lorientado al mensaje, que combina las

mejores características del UDP y TCP.

Algunas aplicaciones del SCTP