CCNA Modulo 1 TCP/IP

protocolos TCP/IP y direccionamiento IP
 

La capa de aplicación del modelo TCP/IP maneja protocolos de alto nivel, aspectos de representación, codificación y control de diálogo. El modelo TCP/IP combina todos los aspectos relacionados con las aplicaciones en una sola capa y asegura que estos datos estén correctamente empaquetados antes de que pasen a la capa siguiente.

La capa de transporte proporciona servicios de transporte desde el host origen hacia el host destino. Esta capa forma una conexión lógica entre los puntos finales de la red, el host transmisor y el host receptor.
El control de punta a punta, que se proporciona con las ventanas deslizantes y la confiabilidad de los números de secuencia y acuses de recibo, es el deber básico de la capa de transporte cuando utiliza TCP.
TCP y UDP 

  • Segmentación de los datos de capa superior
  • Envío de los segmentos desde un dispositivo en un extremo a otro dispositivo en otro extremo.

TCP solamente 

  • Establecimiento de operaciones de punta a punta.
  • Control de flujo proporcionado por ventanas deslizantes.
  • Confiabilidad proporcionada por los números de secuencia y los acuses de recibo

El propósito de la capa de Internet es seleccionar la mejor ruta para enviar paquetes por la red. El protocolo principal que funciona en esta capa es el Protocolo de Internet (IP). La determinación de la mejor ruta y la conmutación de los paquetes ocurre en esta capa.

Los siguientes protocolos operan en la capa de Internet TCP/IP: 

  • IP proporciona un enrutamiento de paquetes no orientado a conexión de máximo esfuerzo. El IP no se ve afectado por el contenido de los paquetes, sino que busca una ruta de hacia el destino.
  • El Protocolo de mensajes de control en Internet (ICMP) suministra capacidades de control y envío de mensajes.
  • El Protocolo de resolución de direcciones (ARP) determina la dirección de la capa de enlace de datos, la dirección MAC, para las direcciones IP conocidas.
  • El Protocolo de resolución inversa de direcciones (RARP) determina las direcciones IP cuando se conoce la dirección MAC.

La capa de acceso de red es la capa que maneja todos los aspectos que un paquete IP requiere para efectuar un enlace físico real con los medios de la red. Esta capa incluye los detalles de la tecnología LAN y WAN y todos los detalles de las capas física y de enlace de datos del modelo OSI. 

Los controladores para las aplicaciones de software, las tarjetas de módem y otros dispositivos operan en la capa de acceso de red. La capa de acceso de red define los procedimientos para realizar la interfaz con el hardware de la red y para tener acceso al medio de transmisión. Los estándares del protocolo de los módem tales como el Protocolo Internet de enlace serial (SLIP) y el Protocolo de punta a punta (PPP) brindan acceso a la red a través de una conexión por módem. Debido a un intrincado juego entre las especificaciones del hardware, el software y los medios de transmisión, existen muchos protocolos que operan en esta capa.

Las funciones de la capa de acceso de red incluyen la asignación de direcciones IP a las direcciones físicas y el encapsulamiento de los paquetes IP en tramas. Basándose en el tipo de hardware y la interfaz de la red, la capa de acceso de red definirá la conexión con los medios físicos de la misma. 

Protocolos: Ethernet, Fast Ethernet, Slip &PPP, FDDI, ATM, Frame Relay y SMDS, ARP, Proxy ARP, RARP.

Diferencias entre los modelos OSI y TCP/IP:

  • TCP/IP combina las capas de presentación y de sessión en una capa de aplicación
  • TCP/IP combina la capas de enlace de datos y la capa física del modelo OSI en una sola capa
  • TCP/IP parece ser más simple porque tiene menos capas
  • La capa de transporte TCP/IP que utiliza UDP no siempre garantiza la entrega confiable de los paquetes mientras que la capa de transporte del modelo OSI sí.

Cada computador conectado a una red TCP/IP debe recibir un identificador exclusivo o una dirección IP. Esta dirección, que opera en la Capa 3, permite que un computador localice otro computador en la red. Todos los computadores también cuentan con una dirección física exclusiva, conocida como dirección MAC. Estas son asignadas por el fabricante de la tarjeta de intefaz de la red. Las direcciones MAC operan en la Capa 2 del modelo OSI. 

Numeros Binarios

128 64 32 16 8 4 2 1

Así, por ejemplo el numero 220 seria
128 64 32 16 8 4 2 1
1 1 0 1 1 1 0 0
Osea: 128+64+16+8+4 = 220

 

IPV4

cada dirección IP consta de dos partes. Una parte identifica la red donde se conecta el sistema y la segunda identifica el sistema en particular de esa red (Red-Host). Cada octeto varía de 0 a 255.

Este tipo de dirección recibe el nombre de dirección jerárquica porque contiene diferentes niveles.
La primera parte identifica la dirección de la red del sistema. La segunda parte, la parte del host, identifica qué máquina en particular de la red. 

Clase
Cantidad de Redes
Cantidad de Host x Red
Intervalo
A
126
16.777.216
0-127 | 00000001-01111110
B
16.38
65.54
128-191 | 10000000-10111111
C
2.097.152
254
192-223 | 11000000-11011111
D(Multicast)
No Aplica
No Aplica
224-239 | 11100000-11101111

Clase A:
IP: Red.Host.Host.Host
8b.8b.8b.8b
8b Red.24b Hosts

Los números 0 y 127 quedan reservados y no se pueden utilizar como direcciones de red. La red 127.0.0.0 se reserva para las pruebas de loopback.

Clase B:
IP: Red.Red.Host.Host
8b.8b.8b.8b
16b Red.16b Hosts

Los primeros dos bits del primer octeto de la dirección Clase B siempre son 10, osea que el menor numero que se puede representar es 128 decimal (10000000) y el mas alto es 191 (10111111).

Clase C:
IP: Red.Red.Red.Host
8b.8b.8b.8b
24b Red.8b Hosts

Comienza con 110 osea que el menor numero posible es 192 (11000000) y el mayor es 223 (11011111).

La dirección Clase D se creó para permitir multicast en una dirección IP. Una dirección multicast es una dirección exclusiva de red que dirige los paquetes con esa dirección destino hacia grupos predefinidos de direcciones IP. Por lo tanto, una sola estación puede transmitir de forma simultánea una sola corriente de datos a múltiples receptores. 
Los primeros cuatro bits de una dirección Clase D deben ser 1110. Por lo tanto, el primer rango de octeto para las direcciones Clase D es 11100000 a 11101111, o 224 a 239.

Se ha definido una dirección Clase E. Sin embargo, la Fuerza de tareas de ingeniería de Internet (IETF) ha reservado estas direcciones para su propia investigación. Por lo tanto, no se han emitido direcciones Clase E para ser utilizadas en Internet. Los primeros cuatro bits de una dirección Clase E siempre son 1s. Por lo tanto, el rango del primer octeto para las direcciones Clase E es 11110000 a 11111111, o 240 a 255. 

Dirección de red: Utilizada para identificar la red

Dirección de broadcast: Utilizada para realizar el broadcast de paquetes hacia todos los dispositivos de una red. Por ejemplo para encontrar un servidor DNS.
Como funciona: La PC 1.1.1.1 envia un paquete Broadcast para encontrar un servidor DNS. Al ser un paquete broadcast todas las computadoras del segmento lo aceptan. El servidor DNS responde ese pedido y solo la PC 1.1.1.1 lo recibe.
Si un paquete es enviado a la dir x.x.x.255 será recibido por todas las computadoras dentro del rango x.x.x.1-x.x.x.254. (Clase C por default).

Las direcciones IP que tienen ceros binarios en todas las posiciones de bit de host quedan reservadas para la dirección de red.
En una red clase C seria x.x.x.0/24 o x.x.x.2 255.255.255.0

Direcciones IP públicas y privadas 

Las direcciones IP públicas son exclusivas ya que son IPs globales. Sin embargo las redes privadas no están conectadas a internet de modo que pueden utilizar cualquier dirección IP. (RFC 1918 http://www.rfc-es.org/rfc/rfc1597-es.txt )

Rango de direcciones privadas:
Clase A 10.0.0.0 – 10.255.255.255
Clase B 172.16.0.0 – 172.31.255.255
Clase C 192.168.0.0 – 192.168.255.255

Para conectar una IP privada con una IP pública se necesita que el router de salida convierta la IP privada en pública. Esto se conoce como NAT (Network Address Translation).
Para dividir una red en subredes se utiliza una máscara de subred para convertirla en segmentos más pequeños.
Para crear la dirección de subred se “piden prestados” bits del campo de host y los designa como campo de subred.
El mínimo de bits que se pueden pedir prestados es dos y el máximo es cualquier número que deje al menos dos bits en el campo de host.
La diferencia de IPV4 e IPV6 radica en que IPV4 usa direcciones de 32 bits de longitud en formato decimal y está separado por puntos. Las direcciones IPV6 usan direcciones de 128 bits de longitud en formato hexadecimal y estan separadas por comas. Las comas separan campos de 16 bits.

Para obtener una direccón de red hay dos formas: Estática y Dinámica.
(La dirección MAC o física única que posee un host solo tiene alcance local.)
En caso de redes pequeñas las direcciones IP pueden ser estáticas y asignadas arbitrariamente por el administrador. Esto resultaría imposible en redes de gran envergadura.
Obiamente los servidores y dispositivos de red siempre deben tener una dirección IP estática para que los host sepan como acceder a ellos y a los distintos servicios de la red.

 

Asignacion de direcciones RARP

El protocolo de resolución inversa de direcciones (RARP) asocia direcciones MAC conocidas a direcciones IP.

Un dispositivo utiliza el BOOTP para obtener una dirección IP cuando se inicializa. El BOOTP utiliza UDP para transportar los mensajes. El mensaje UDP se encapsula en un paquete IP. Un computador utiliza el BOOTP para enviar un paquete IP de broadcast a la dirección IP destino de todos unos, o sea, 255.255.255.255 en anotación decimal punteada. El servidor del BOOTP recibe el broadcast y responde en forma de broadcast. El cliente recibe una trama y verifica la dirección MAC. Si el cliente encuentra su propia dirección MAC en el campo de dirección destino y un broadcast en el campo IP destino, toma la dirección IP y la guarda junto con la otra información proporcionada por el mensaje BOOTP de respuesta.

A diferencia del RARP, los paquetes de BOOTP pueden incluir la dirección IP, así como la dirección de un Router, la dirección de un servidor y la información específica del fabricante. 

El Protocolo de configuración dinámica del host (DHCP) es el sucesor del BOOTP. A diferencia del BOOTP, el DHCP permite que el host obtenga la dirección IP de forma dinámica sin que el administrador de red tenga que configurar un perfil individual para cada dispositivo. Lo único que se requiere para utilizar el DHCP es un rango definido de direcciones IP en un servidor DHCP.

ARP son las siglas en inglés de Address Resolution Protocol (Protocolo de resolución de direcciones).

Es un protocolo de nivel de red responsable de encontrar la dirección hardware (Ethernet MAC) que corresponde a una determinada dirección IP. Para ello se envía un paquete (ARP request) a la dirección de difusión de la red (broadcast (MAC = ff ff ff ff ff ff)) que contiene la dirección IP por la que se pregunta, y se espera a que esa máquina (u otra) responda (ARP reply) con la dirección Ethernet que le corresponde. Cada máquina mantiene una caché con las direcciones traducidas para reducir el retardo y la carga. ARP permite a la dirección de Internet ser independiente de la dirección Ethernet, pero esto sólo funciona si todas las máquinas lo soportan.

ARP está documentado en el RFC (Request For Comments) 826.

El protocolo RARP realiza la operación inversa.

En Ethernet, la capa de enlace trabaja con direcciones físicas. El protocolo ARP se encarga de traducir las direcciones IP a direcciones MAC (direcciones físicas).Para realizar ésta conversión, el nivel de enlace utiliza las tablas ARP, cada interfaz tiene tanto una dirección IP como una dirección física MAC.

ARP se utiliza en 4 casos referentes a la comunicación entre 2 hosts:

1. Cuando 2 hosts están en la misma red y uno quiere enviar un paquete a otro.
2. Cuando 2 host están sobre redes diferentes y deben usar un gateway/router para alcanzar otro host.
3. Cuando un router necesita enviar un paquete a un host a través de otro router.
4. Cuando un router necesita enviar un paquete a un host de la misma red.

DHCP (sigla en inglés de Dynamic Host Configuration Protocol - Protocolo Configuración Dinámica de Servidor) es un protocolo de red que permite a los nodos de una red IP obtener sus parámetros de configuración automáticamente. Se trata de un protocolo de tipo cliente/servidor en el que generalmente un servidor posee una lista de direcciones IP dinámicas y las va asignando a los clientes conforme éstas van estando libres, sabiendo en todo momento quién ha estado en posesión de esa IP, cuánto tiempo la ha tenido y a quién se la ha asignado después.

 

Mensajes DHCP

DHCP Discovery
El cliente envía un paquete DHCPDISCOVER. Las direcciones IP origen y destino de dicho paquete serán 0.0.0.0 y 255.255.255.255 (broadcast) respectivamente. El servidor almacena los campos del paquete CHADDR (dirección Ethernet origen, MAC) y el de identificación del cliente.

DHCP Offer
El servidor determina la configuración basándose en la dirección del soporte físico de la computadora cliente especificada en el registro CHADDR. El servidor especifica la dirección IP en el registro YIADDR. Como la cual se ha dado en los demás parámetros.

DHCP Request
El cliente selecciona la configuración de los paquetes recibidos de DHCP Offer. Una vez más, el cliente solicita una dirección IP específica que indicó el servidor

DHCP Acknowledge
Cuando el servidor DHCP recibe el mensaje DHCPREQUEST del cliente, se inicia la fase final del proceso de configuración. Esta fase implica el reconocimiento DHCPACK el envío de un paquete al cliente. Este paquete incluye el arrendamiento de duración y cualquier otra información de configuración que el cliente pueda tener solicitada. En este punto, la configuración TCP / IP proceso se ha completado. El servidor reconoce la solicitud y la envía acuse de recibo al cliente. El sistema en su conjunto espera que el cliente para configurar su interfaz de red con las opciones suministradas. El servidor DHCP responde a la DHCPREQUEST con un DHCPACK, completando así el ciclo de iniciación. La dirección origen es la dirección IP del servidor de DHCP y la dirección de destino es todavía 255.255.255.255. El campo YIADDR contiene la dirección del cliente, y los campos CHADDR y DHCP: Client Identifier campos son la dirección física de la tarjeta de red en el cliente. La sección de opciones del DHCP identifica el paquete como un ACK.

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