Tema1 RedesIP Telematica 09 Parte1

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CONMUTACIÓN - 2º I. T. Telemática TEMA 1 – REDES IP

TEMA 1

REDES IP

Ana Lobo Castañón

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ÍNDICE

� Conmutación LAN� Introducción redes Ethernet� Mecanismos básicos de funcionamiento� Aprendizaje hacia atrás� Decisiones reenvío/filtrado� Topologías redundantes �� Spanning Tree� VLAN

� Redes IP� Direccionamiento IP� Encaminamiento estático� Encaminamiento dinámico� Control de tráfico� Técnicas NAT/PAT

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ÍNDICE



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INTRODUCCIÓN: MODELO TCP/IP

Redes comunicación actuales

Aplicación

TCP/UDP

IP

ETHERNET

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REDES ETHERNET: CAPA FÍSICA

Capa física Ethernet:

� Tipo cableadoCoaxial (obsoleto)

UTP/STP 8 hilos colores

hilos 1, 2: Tx datos

hilos 3, 6: Rx datos

� Cable directo: pin 1-pin1, pin2-pin2, …� Cable cruzado: pin 1-pin3, pin2-pin6

�Velocidad transmisión �� 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10 Gbps

Router

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REDES ETHERNET: CAPA DE ENLACE

DIRECCIONAMIENTO MAC

� Direcciones de 6 bytes

� Tipos direcciones:

� Broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF). Dirigida a todos los elementos de una red local.� Unicast. Dirigida a un equipo en concreto de la red local.

3 bytes ID fabricante (OUI) + ID dispositivo

http://standards.ieee.org/regauth/oui/index.html

� Multicast. (comienzan por 01:00:5e). Dirigida a todos los miembros de un grupo multicast.

� Formato de trama:

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REDES ETHERNET: ELEMENTOS DE INTERCONEXIÓN

Red local Ethernet

� Hub

� Switch

Nivel físico �� Reenvía trama por todos los puertos

Colisiones

70% velocidad nominal

Half-dúplex

Nivel de enlace �� Sólo a puerto dirección destino

No colisiones

100% velocidad nominal

Full-dúplex

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Dominios de colisión y dominios de broadcast

Switch Router Switch

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ÍNDICE



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CONMUTACIÓN LAN

� Switch LAN �� Segmentación red en múltiples dominios de colisión

� Mecanismos:

� Aprendizaje de direcciones MAC

� Según dir. MAC destino encaminará trama a puerto adecuado

“Aprendizaje hacia atrás”

� Decisiones de reenvío/filtrado de tramas

� Algoritmos para evitar bucles en red

� Evitar fallos enlaces o aumentar capacidad � Topologías redundantes � Problema: Bucles

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ÍNDICE



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APRENDIZAJE HACIA ATRÁS

� Conocimiento de la posición de los clientes �� Tabla dir. MAC

� Inicialmente, switch no conoce posición de ninguno

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ÍNDICE



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DECISIONES DE REENVÍO/FILTRADO DE TRAMAS

¿Qué lógica implementa un switch cuando recibe una trama?

Si dirección destino broadcasto multicast

Reenviar trama a todos los puertos menos por el que lo recibió

Si dirección destino unicast, pero no hay entrada en tabla dir. MAC

Reenviar trama a todos los puertos menos por el que lo recibió

Si dirección destino unicast, hay entrada en tabla dir. MAC y

puerto destino no igual a origen

Reenviar trama puerto destino

En otro caso Filtrar trama

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ÍNDICE



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TOPOLOGÍAS REDUNDANTES

� Problemas causados por los bucles en una red local:

� Reenvíos múltiples de la misma trama unicast

� Inestabilidad tabla direcciones MAC

� Tormentas de broadcast

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TORMENTA DE BROADCAST

Servidor envía trama broadcast

Switch 1 y 2 reenvían por todas sus bocas, menos por donde recibió

Ambos switchs reciben reenvío y repiten proceso

Consumo de recursos de CPUs de PCs y switches

Red inhabilitada

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REENVÍO MÚLTIPLE TRAMA – INESTABILIDAD TABLA MAC

Servidor envía trama a dirección MAC no conocida

Switch 1 y 2 reenvían por todas sus bocas, menos por donde recibió

Ambos switches apuntan MACservidor en interfaz superior

Switches reciben trama reenviada �� MACservidor en interfaz inferior y reenvío

Proceso infinito

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SPANNING TREE

� Protocolo para eliminar bucles en redes locales (IEEE 802.11d)

� Bloqueo lógico enlaces redundantes

� Ejecución con cada cambio de topología o levantamiento puerto

� Identificador Spanning Tree:

2 bytes 6 bytes

prioridad dirección MAC base dispositivo

� Tramas de gestión: BPDU (Bridge Protocol Data Units)

� Costes

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ESTADOS SPANNING TREE

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ESTADOS SPANNING TREE

FinalSISIReenvíoForwarding

IntermedioSISIDescarteLearning

IntermedioSINODescarteListening

FinalNONODescarteBlocking

Final/Intermedio?Procesa BPDUs?

Aprende dir. MAC?

Descarte/Reenvío tramas tráfico?

EstadoU

nos

50 s

eg

� Ejecución Spanning Tree:

1. Elegir elemento root � menor ID prioridad � Puertos Designados-Forwarding

2. Elegir ptos. root de eltos. no root � Recibe BPDU menor coste desde elto. root

3. Elegir ptos. Designados en segmentos de red � Pto. switch que envía BPDU menor coste originada en elto. root

4. En otro caso � Puerto No Designado � Estado Blocking

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EJECUCIÓN SPANNING TREE

1. Si igual ID prioridad � Menor dir. MAC base � Elemento root

2. Si empate costes � Elegir pto. root o designado de menor ID (prioridad � MAC base � MAC base + nº puerto)

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VIRTUAL LAN: INTRODUCCIÓN

Interconexión con hubs

Mismo dominio colisión

Interconexión con switches

Divide en varios dominios colision

Mejora prestaciones

Mismo dominio broadcast

� Implicaciones negativas:

1. Limitación prestaciones � Consumo BW tráfico broadcast<20% � Límite nºequipos

2. Seguridad � Tráfico broadcast llega a todos los equipos� Paquetes a destino no conocido llegan a todos (aprendizaje)

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VIRTUAL LAN

Definición VLAN

Dominio de difusión lógico que permite unir equipos situados en diferentes segmentosfísicos de una red local.

Cada VLAN Un dominio de broadcast (independientemente de la localización física)

� Mejoras en:

� Seguridad

� Prestaciones

� Flexibilidad

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FUNCIONAMIENTO DE VLAN

Cada VLAN Equivale a un switchlógico diferente

Implementación independiente de:

� Aprendizaje de direcciones MAC

� Decisiones de reenvío/filtrado de tramas

� Algoritmos para evitar bucles en red (Spanning Tree)

Cada trama recibida

Sólo retransmitida en puertos pertenecientes a la

misma VLAN

Alcance limitado de tráfico unicast,

multicast y broadcast

Si VLAN en más de un switch

Tráfico entre switches de

todas las VLANs

Puertos de trunking

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PUERTOS DE TRUNKING

� Enlace entre switches �� Puerto de trunking

� Etiquetado – ID VLAN:

� ISL – propietario CISCO

� IEEE 802.1q – estándar IEE:

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COMUNICACIÓN ENTRE VLANS

¿Qué pasa si queremos intercomunicar VLANS diferentes?

Hay que habilitar mecanismo de capa superior para la comunicación segura

Una VLAN a todos los efectos se comporta como una red local independiente;una red con capacidad de comunicar los equipos en capa 2.

Router

En cada interfaz, una VLAN y un rango de direcciones IP diferente:

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ÍNDICE



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DIRECCIONAMIENTO IP

Una dirección IP es un identificador único que se asigna a cada dispositivo enInternet o en una red TCP/IP (NIVEL DE RED)

� Direcciones de 4 bytes: ID red + ID host

192.168.100.2

� Tipos direcciones:

0… red host0 8 16 24 32

10… red host0 8 16 24 32

• Clase A. 126 redes – más de 16 millones de hosts por red

Byte 0 red (0000 0000): Identifica “esta red”Byte 127 red (0111 1111): Dirección loopback

• Clase B. más de 16.000 redes – 65534 hosts por red

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DIRECCIONAMIENTO IP

110… red host0 8 16 24 32

� Tipos direcciones (continuación):

• Clase C. más de dos millones de redes – 254 hosts por red

• Clase D. Empleada para direcciones multicast

• Clase E. Empleada en investigación

� Valores reservados en ID host

• Todo 0s: identifica toda la red, no un equipo• Todo 1s: dirección broadcast

� Direcciones reservadas (red privada) – no válidas en Internet:

• Red de clase A: 10.0.0.0• Redes de clase B : De 172.16.0.0 a 176.31.0.0• Redes de clase C: De 192.168.0.0 a 192.168.255.0

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CREACIÓN DE SUBREDES� Configuración mínima de un equipo IP:

• Dirección IP del equipo

• Máscara de red: determina bits red y bits host- bits a 1: bits red (o subred)- bits a 0: bits host

• Puerta de enlace: punto de salida a Internet ( o a otras redes)

� ¿Cómo se crean subredes?• Máscara subred: “toma prestados” bits host para identificar subred

n=nº bits host:

nº máx host/subred:

2n - 2

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ASIGNACIÓN/TRADUCCIÓN DIRECCIONES

� Asignación de direcciones IP:

• Direccionamiento estático: dirección IP asignada por el administrador

• Direccionamiento dinámico: asignación automática IPs según necesidad

- DHCP: servidor DHCP asigna dir. IP bajo demanda

� Traducción de direcciones IP:

Equipo con IP1 quiere enviar paquete a equipo con IP2 �� Ethernet ��

�� ¿Cuál es su dirección MAC?Modelo TCP/IP

� PROTOCOLO ARP (Address Resolution Protocol):

1. Equipo envía solicitud ARP por tráfico broadcast

2. Equipo destino responde con su relación IP-MAC

3. Estas relaciones se guardan en tabla ARP

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COMUNICACIÓN ENTRE VLANS

¿Qué pasa si queremos intercomunicar VLANS diferentes?

Router

En cada interfaz, una VLAN y un rango de direcciones IP diferente:

Interfaz conectada a VLAN 10

IP rango subred VLAN 10

Ejemplo

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