IPv4 - Internet Protocol version 4 v1.0

IPv4 – Internet Protocol version 4Introducción al protocolo y características

Versión 1.0

• Introducción

• Redes y subredes

• Conectividad IP

• Aplicaciones IP

• Conclusiones

Agenda

El protocolo IP nació originalmente para comunicar computadoras y servidores entre sí, dentro de una red privada o pública (Internet)

Internet

ISP

Enlace IP

privado

ROUTERROUTER

Introducción

Antecedentes

Red IP como plataforma única de comunicaciones.

Red IP privada / pública

Cada vez más aplicaciones y equipos adquieren el soporte de IP: Telefonía IP fija y móvil, Comunicaciones IP inalámbricas, Protocolos industriales sobre IP, equipos de audio y video, electrodomésticos, etc.

Introducción

Tendencia actual

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Red

Enlace

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Datos

DatosTCP/UDP

TCP+…IP

IP+…ETH

ETH+…Cu ETH+…Cu

IP+…ETH

TCP+…IP TCP+…IP

IP+…ETH

ETH+…FO ETH+…FO

IP+…ETH

TCP+…IP

DatosTCP/UDP

DatosDatos

Datos

Ubicación del protocolo IP en el modelo OSI

Introducción

Ethernet cobre Ethernet fibra

Capa 1: física

• Serial

RS-232: cable multipar con conector DB9/DB25, hasta 115200bps

V.35: cable multipar con conector winchester o DB25, hasta 2Mbps

• Multiplexación digital PDH/SDH/SONET en general “TDM”

G.703/G.704 (E1): par de coaxiales o UTP con conector RJ45, hasta 2Mbps

DS3; STM-1 a STM-1024: fibra óptica, de 45Mbps hasta 160Gbps

• Ethernet

10/100/1000/10G/100GBaseXX: UTP con conector RJ45 o fibra óptica, hasta 100Gbps

Capa 2: enlace

• Frame-relay/ATM: varios circuitos virtuales (PVC) en un solo enlace físico

• HDLC: un circuito lógico punto a punto en el enlace físico

• PPP: un circuito lógico en el enlace físico, soporta autenticación y más.

• Ethernet: multiacceso

Capa 3: Red

• IP: Internet Protocol (v4 y v6)

Protocolos típicos por capa del modelo OSI

Introducción

128.0.0.0 – 191.255.0.0

192.0.0.0 – 223.255.255.0C

B

A

Rangos reservados para redes privadas

255.0.0.0

255.255.0.0

255.255.255.0

10.0.0.0 – 10.255.255.255

172.16.0.0 – 172.31.0.0

192.168.0.0 – 192.168.255.0C

B

A 255.0.0.0

255.255.0.0

255.255.255.0

Opción “classless” anula el concepto de clases con máscara fija

Redes y subredes

Distribución de direcciones IP

1.0.0.0 – 127.0.0.0

224.0.0.0 – 239.255.255.255D -

192.168.001.003

255.255.255.000

11000000.10101000.00000001.00000111

11111111.11111111.11111111.00000000

11000000.10101000.00000001.00000000

AND

192.168.001.000

Dirección IP de red = Parte de RED + Parte de HOSTS

La máscara define estas dos partes, la parte de RED está identificada por ‘1s’

Bloque de red disponible = 192.168.1.0 a 192.168.1.255

Dirección de red (primera) = 192.168.1.0

Dirección de broadcast (última) = 192.168.1.255

Direcciones disponibles para hosts: 192.168.1.1 a 192.168.1.254

172.016.001.006

255.255.255.252

10101100.00010000.00000001.00000110

11111111.11111111.11111111.11111100

10101100.00010000.00000001.00000100

AND

172.016.001.004

Bloque de red disponible = 172.16.1.4 a 172.16.1.7

Dirección de red (primera) = 172.16.1.4

Dirección de broadcast (última) = 172.16.1.7

Direcciones disponibles para hosts: 172.16.1.5 a 172.16.1.6

Redes y subredes

Significado y formación de subredes

1. Cada octeto expresado en decimal, tal cual suena.

255.254.0.0 255.255.128.0 255.255.255.0

2. Llamarla según el concepto antiguo de clases

255.0.0.0 Máscara de “clase A”

255.255.0.0 Máscara de “clase B”

255.255.255.0 Máscara de “clase C”

3. Expresarla en números del 1 al 32 según la cantidad de “1s” consecutivos

255.0.0.0 /8 255.255.128.0 /17

255.255.0.0 /16 255.255.255.128 /25

255.255.255.0 /24 255.224.0.0 /11

255.254.0.0 /15 255.255.255.255 /32

Redes y subredes

Formas de expresar una máscara

192.168.1.0/24

172.16.1.8/30

172.16.1.12/30

172.16.1.0/30

172.16.1.4/30192.168.2.0/24

192.168.3.0/25

192.168.3.128/25

.1 .2

.3

.4

.5.1

.1

.129

.1

.2

.13

.6

.9

.10

.1

.14

192.168.4.0/24

.1 -LAN varía según cantidad

de hosts posibles (pensar en el

futuro)

-WAN /30 para enlaces

punto a punto

Redes y subredes

Esquemas típicos de subred

192.168.3.0/24

Consiste en agrupar varias redes bajo una sola “super-red” con el objetivo primario de minimizar el tamaño de las tablas de rutas, logrando a la vez estabilidad en éstas.

Ejemplo:

192.168.1.0/24

192.168.2.0/24

192.168.0.0/24

192.168.0.0/22

¿Cómo se logra estabilidad en las tablas sumarizando?

Se “esconden” las pérdidas consecutivas de rutas o “flaps”

192.168.1.0/24

192.168.2.0/24

192.168.3.0/24Sumarización

192.168.0.0/22

Sólo aprende la

sumarización,

ésta no se cae

Tabla más estable

Redes y subredes

Concepto de sumarización

Con la práctica es más fácil; si no la hay, seguir los siguientes pasos:

1. Separar la parte de red y trabajar sólo con ésta

192.168.0.0/24 192.168.0 192.168.2.0/24 192.168.2

192.168.1.0/24 192.168.1 192.168.3.0/24 192.168.3

2. Pasar los octetos “no comunes” a bits

192.168.0 00000000 192.168.2 00000010

192.168.1 00000001 192.168.3 00000011

3. Escoger los bits “no comunes” comparando todos los octetos, estos bits pasarán a ser parte de host (“0”) en la máscara de la nueva red sumarizada.

00000000 00000010 Nueva máscara

00000001 00000011 255.255.252.0

4. Hacer un “AND” con cualquiera de las redes y la nueva máscara:

(192.168.3.0 AND 255.255.252.0) = 192.168.0.0 Nueva red

NUEVA SUPERNET 192.168.0.0 255.255.252.0 ó 192.168.0.0/22

¿Cómo se sumariza?

Redes y subredes

Comunicación dentro de la misma red

Para lograr una comunicación entre equipos cuando estos se encuentran en la misma red IP, se mapea el destino IP a la dirección de capa 2.En IPv4 los hosts intercambian ARP broadcasts en capa 2 para conocer la dirección física de cada uno e iniciar la comunicación local.

192.168.1.2

¿192.168.1.10?

192.168.1.10

ARP

ARP

ARP ARP

ARP

ARP

ARPMAC

1. ARP Request

2. ARP Reply

Comunicación

unidireccional

Conectividad IP

IP:192.168.2.2

• Enrutamiento estático: se configura cada ruta en forma manual.• Enrutamiento dinámico.-

-IGP (interior routing protocol): para enrutamiento dentro de un sistema autónomo (AS). Protocolos: RIPv2, OSPF, IS-IS, EIGRP

-EGP (exterior routing protocol): para enrutamiento entre sistemas autónomos (AS). Protocolos: BGP.

192.168.2.2

192.168.1.2

Rutas: a donde se tiene que enviar el paquete para que llegue a cierta redEjemplo estática: ip route [red destino] [máscara] [siguiente salto]

ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 172.16.1.1

172.16.1.1

IP:192.168.1.3

192.168.1.3

Conectividad IP

Introducción a enrutamiento

1. Ruta más específica, sin importar el protocolo de enrutamiento.

2. Ruta con menor Distancia Administrativa.

DISTANCIAS ADMINISTRATIVAS EN CISCO

CONECTADAS 0

ESTÁTICAS 1 (MODIFICABLE)

EBGP 20

EIGRP 90

OSPF 110

ISIS 115

RIPv2 120

ODR 160

IBGP 200

3. Ruta con menor métrica.

MÉTRICAS POR PROTOCOLO

EBGP ATRIBUTOS VARIOS

EIGRP BW, DELAY, LOAD, RELIABILITY

OSPF BW

ISIS MANUAL

RIPv2 HOPS

IBGP ATRIBUTOS VARIOS

Conectividad IP

Criterios de selección de rutas al mismo destino

Para que exista conectividad entre dos redes IP es necesario:

1. Que ambas redes tengan una ruta hacia la red destino, la cual puede ser específica, sumarizada o por defecto.

2. Que cada salto IP en el medio de las dos redes tenga una ruta para llegar a ambos destinos.

192.168.1.1/24 192.168.2.1/24

C 192.168.1.0/24S 192.168.2.0/24

via 172.16.1.1

C 172.16.1.0/30C 172.16.2.0/30S 192.168.1.0/24

via 172.16.1.2S 192.168.2.0/24

via 172.16.2.2

C 192.168.2.0/24S 192.168.1.0/24

via 172.16.2.1

172.16.1.1 172.16.2.1

172.16.1.2 172.16.2.2

Reglas de conectividad

Conectividad IP

1. Unicast

Comunicación de “uno a uno”.

Ejm.- 192.168.1.101 a 192.168.2.10

2. Multicast

Comunicación de “uno a algunos” (los que están registrados en el grupo Multicast)

Ejm.- 192.168.1.101 a 239.1.1.10

3. Broadcast

Comunicación de “uno a todos”.

Ejm.- 192.168.1.101 a 192.168.1.255

Tipos de conectividad

Conectividad IP

PING

Es importante saber que:

- No sólo tiene dirección DESTINO sino también ORIGEN.

- Es tráfico de IDA y de VUELTA

Por eso a veces es necesario hacer un “ping extendido” especificando un origen que no sea la IP de la interfaz de egreso.

Pruebas de conectividad

192.168.1.1/24 192.168.2.1/24

C 192.168.1.0/24S 192.168.2.0/24

via 172.16.1.1

C 172.16.1.0/30C 172.16.2.0/30S 192.168.1.0/24

via 172.16.1.2S 192.168.2.0/24

via 172.16.2.2

C 192.168.2.0/24S 192.168.1.0/24

via 172.16.2.1

PING – ORIGEN 172.16.1.2 / DESTINO 192.168.2.1

172.16.1.1 172.16.2.1

172.16.1.2 172.16.2.2

Conectividad IP

PING


- No sólo tiene dirección DESTINO sino también ORIGEN.


Por eso a veces es necesario hacer un “ping extendido” especificando un origen que no sea la IP de la interfaz de egreso.


192.168.1.1/24 192.168.2.1/24

C 192.168.1.0/24S 192.168.2.0/24

via 172.16.1.1

C 172.16.1.0/30C 172.16.2.0/30S 192.168.1.0/24

via 172.16.1.2S 192.168.2.0/24

via 172.16.2.2

C 192.168.2.0/24S 192.168.1.0/24

via 172.16.2.1

PING – ORIGEN 192.168.1.1 / DESTINO 192.168.2.1

172.16.1.1 172.16.2.1

172.16.1.2 172.16.2.2

Conectividad IP

TRACEROUTE


- Es un paquete ICMP que empieza con un valor de TTL (Time to Live) igual a 1, por lo cual expira en el primer salto.

- Conforme va recibiendo respuestas de cada salto, va aumentando su valor de TTL en 1, así va recibiendo información desde cada salto IP.

- Utiliza mensajes ICMP “host-unreachable” y “time-exceeded”.


Por defecto servirá en redes IP: qué pasa con las redes MPLS?

- Puede o no mostrar los saltos intermedios, dependerá de una configuración en los PE que tiene que ver con el TTL (propagate TTL)

- Mostrará siempre el DELAY TOTAL de la red MPLS en cada salto


Conectividad IP

Para probar conectividad entre redes públicas, se dispone de otras herramientas como los “Looking Glass”.

Un “Looking Glass” es un acceso limitado a un equipo que sirve para efectuar pruebas o verificar información en dicho equipo.

Ejemplo:www.traceroute.org

Contiene links a “LookingGlass” de distintos proveedores, en distintos países.


Conectividad IP

http://www.traceroute.org/

Esquema tradicional: Equipos de telefonía tradicional conectados entre sí a través de la PSTN o red privada sin compresión.

Red privada / pública (PSTN)

Red de telefonía tradicional

PBX

PBX

Aplicaciones IP

Telefonía IP

Esquema híbrido: Equipos de telefonía tradicional conectados a una red IP a través Routers con funciones de Voice Gateways.

Red IP Privada / Internet

Redes IP


PBX

Router/

V.Gateway

Router/

V.Gateway

Aplicaciones IP

Telefonía IP

Esquema híbrido: Equipos de telefonía tradicional conectados a una red IP a través de ‘Voice Gateways’ dedicados.


Redes IP


VVVV VVVV

Router Router

Voice

Gateway

Voice

Gateway

Aplicaciones IP

Telefonía IP

Esquema de VoIP completo: Equipos de telefonía con soporte IP completo, conectados entre sí a través de una red IP.


Redes IP

Router Router

Central IP Central IP

Teléfonos IP Teléfonos IP

Aplicaciones IP

Telefonía IP

Ventajas principales de la Telefonía IP

• Disminución de los costos:

- El consumo de cada llamada es menor en los medios de transmisión.

- Posibilidad de utilizar una red IP privada o pública (Internet) para establecer llamadas.

- Convergencia de servicios en una sola red.

• Flexibilidad y facilidad para administrar los equipos involucrados.

• Existencia de aplicaciones muy útiles para usuarios móviles.

Retos

• Dimensionar adecuadamente los enlaces y políticas de calidad de servicio para contar con una comunicación nítida.

• Implementar esquemas redundantes para lograr una disponibilidad similar a la red de telefonía convencional.

Aplicaciones IP

Telefonía IP

Esquema tradicional: El control, monitoreo y configuración de equipos industriales se hacía en una red paralela de protocolos seriales.

RS232

RS485

RS422

Red Industrial tradicional

PLC /

Controlador

Aplicaciones IP

IP en la industria de automatización

http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/2049/1/images/medigas2.gif


Esquema actual: La red de protocolos seriales se integra a la red IP de las plantas.

Un equipo intermedio posibilita el transporte de protocolos seriales a IP.

Aplicaciones IP



Terminal

Server/

Controlador

RS232

RS485

RS422

Eth. Industrial

Red Industrial tradicionalRed IP

PLC /

Controlador

Centro de Gestión

Usuarios

comunes

Usuarios

remotos



Red Industrial

tradicional

Actualmente muchos controladores industriales ya disponen directamente de un puerto Ethernet para su conexión a una red IP.


Aplicaciones IP



RS485

RS422

Ethernet Industrial

Red IP

PLC /

ControladorUsuarios

comunes

Usuarios

remotos

Centro de Gestión



Red Industrial

tradicional

Es posible también conectarse a la red IP en forma inalámbrica.


Aplicaciones IP



RS485

RS422

Red IP

Ethernet inalámbrico

PLC /

ControladorUsuarios

comunes

Usuarios

remotos

Centro de Gestión



Ventajas principales de las redes IP en la Industria

• Unificación de las redes de datos IP y Serial RS-XXX.

• Control remoto de fácil implementación y sin límites de distancia.

• Posibilidad de contar con aplicaciones Web para la administración de los dispositivos.

• Disminución de los costos operativos al contar con una plataforma única de comunicaciones.

Retos

• Implementar equipos e interfaces de calidad industrial en las plantas.

• Dimensionar adecuadamente los enlaces y políticas de calidad de servicio para contar con una comunicación confiable y rápida.

Aplicaciones IP


Red casera tradicional

Esquema tradicional: Los servicios están separados en distintas redes.

INTERNET TV/CablePSTN (Telf. pública)

Red casera IP

Aplicaciones IP

IP en el hogar

Red casera IP

Esquema ‘Triple Play’: Los servicios son otorgados por un mismo proveedor desde una plataforma IP unificada.

INTERNETPSTN

Aplicaciones IP

IP en el hogar

IPTV

Red IP

Ventajas principales de las redes IP en el Hogar

• IPTV ofrece un sistema de televisión y entretenimiento más personalizado y flexible.

• Los servicios ofrecidos dentro de un mismo paquete bajan los costos.

Retos

• Contar con redes de alta capacidad (Proveedor).

• Dimensionar adecuadamente los enlaces y políticas de calidad de servicio para contar con una comunicación confiable, rápida y nítida (Proveedor).

Aplicaciones IP

IP en el hogar

Esquema tradicional: Antes de contar con redes IP, los protocolos Frame-Relay / ATM para interconexión de sedes no hacían un uso óptimo del

medio de transmisión.

Circuitos de cliente en capa 2 : 0Circuitos de cliente en capa 2 : 1Circuitos de cliente en capa 2 : 2Circuitos de cliente en capa 2 : 3Circuitos de cliente en capa 2 : 4Circuitos de cliente en capa 2 : 5Circuitos lógicos para el cliente: 6

CBB

LPB

ORUSRZ

Red

Frame

Relay

Aplicaciones IP

IP en Provedores de Servicios

Tendencia actual: La tecnología MPLS, montada sobre una plataforma IP, permite un uso óptimo de los medios de transmisión.

Circuitos de cliente en capa 2 : 0Circuitos de cliente en capa 2 : 1Circuitos de cliente en capa 2 : 2Circuitos de cliente en capa 2 : 3Circuitos lógicos para el cliente : 4

CBB

LPB

ORUSCZ

NODO IP

NODO IP

NODO IP

NODO IP

SERVICIOS

Red

MPLS

Aplicaciones IP


Ventajas principales de las redes MPLS en los Proveedores de servicios de telecomunicaciones.

• Capacidad de ofrecerle a los clientes redes privadas y seguras con interconexión directa entre sus sedes por menor costo.

• Capacidad de ofrecerle al cliente servicios centralizados con mayor facilidad y menor costo.

• Provisionamiento de recursos mucho más sencillo.

• Disminución de los costos operativos al contar con una plataforma única de comunicaciones, capaz de transportar cualquier protocolo.

Retos

• Dimensionar adecuadamente los enlaces troncales para proveer a los clientes los parámetros de calidad de servicio deseado.

Aplicaciones IP


• El amplio despliegue de las redes IP en el mundo coloca a este protocolo como la plataforma ideal para integrar diversos protocolos y optimizar costos.

• La convergencia de redes permite el uso de dispositivos únicos de comunicación para el usuario, desde los cuales pueden contar con todos o con la mayoría de los servicios de telecomunicaciones disponibles (PCs, PDAs, Celulares, etc.).

Conclusiones

PROTOCOLO TIPO FUNCIÓN

RIPV2 PROT. DE ENRUTAMIENTO INTERNO PARA IP (VECTOR DISTANCIA)

Enrutar paquetes IP dentro de un sistema autónomo

OSPF PROT. DE ENRUTAMIENTO INTERNO PARA IP (ESTADO ENLACE)Enrutar paquetes IP dentro de un sistema autónomo

EIGRP PROT. DE ENRUTAMIENTO INTERNO PARA IP (HÍBRIDO)Enrutar paquetes IP dentro de un sistema autónomo

ISIS PROT. DE ENRUTAMIENTO INTERNO PARA IP (ESTADO ENLACE)Enrutar paquetes IP dentro de un sistema autónomo

eBGP PROT. DE ENRUTAMIENTO EXTERNO PARA IPEnrutar paquetes IP entre sistemas autónomos

iBGP PROT. DE ENRUTAMIENTO INTERNO PARA IPEnrutar paquetes IP dentro de sistemas autónomos de tránsito

MP-iBGP/eBGP

PROT. DE ENRUTAMIENTO PARA VARIOS PROTOCOLOSenrutar paquetes IPv4, IPv6, VPNv4, VPNv6, multicast, etc. interna y externamente

LDP CONTROL MPLSIntercambio de etiquetas entre routers con funciones de MPLS (LER, LSR)

MPLS CONMUTACIÓN DE PAQUETESConmutar paquetes de capa 3 o tramas de capa 2 utilizando etiquetas

ARP RESOLUCIÓN DE DIRECCIONESResolver direcciones IPv4 a partir de una dirección MAC

DHCP ADMINISTRACIÓN DE HOSTSAsignar direcciones IP a hosts automáticamente

HSRP REDUNDANCIARedundancia de gateway para hosts (propietario de Cisco)

VRRP REDUNDANCIARedundancia de gateway para hosts (estándar)

GLBP REDUNDANCIARedundancia de gateway para hosts, capacidad de balance de carga

Glosario

Bibliografía y recursos

Libros y otros recursos

• rfc791 – Internet Protocol

• rfc1918 - Address Allocation for Private Internets

• rfc3330 – Special-Use IPv4 Addresses

• Wikipedia - http://es.wikipedia.org/wiki/Direcci%C3%B3n_IP

• CCIE Professional Development - Routing TCP-IP, Volume I & II – Jeff Doyle

Gracias.

Contacto acerca de esta presentación:Gianpietro Lavado Chiarella

Systems Engineer

Cisco Systems

[email protected]

mailto:[email protected]

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