Conceptos Clave de Redes TCP/IP: Subredes, CIDR, ARP, ICMP y TTL

Uso de la Máscara de Subred en Redes TCP/IP

La máscara de subred es un componente fundamental en las redes basadas en TCP/IP. Permite determinar qué parte de una dirección IP corresponde a la red y qué parte corresponde al host dentro de esa red.

• Para obtener la dirección de red, se realiza una operación AND lógica entre la máscara de subred y la dirección IP del host.
• Para obtener el identificador de host, se realiza una operación AND lógica entre la dirección IP y el complemento a 1 (negación) de la máscara de subred.

Notación CIDR para Direcciones IP: Ventajas sobre el Esquema de Clases

La notación CIDR (Classless Inter-Domain Routing) ha revolucionado la forma en que se interpretan y gestionan las direcciones IP. En CIDR, un bloque de direcciones se representa con el formato a.b.c.d/n, donde:

• a.b.c.d es la dirección IP más baja del bloque.
• n es un número entero, denominado prefijo o longitud de prefijo, que puede variar entre 0 y 32.

Ventajas de CIDR

CIDR ofrece varias ventajas significativas en comparación con el antiguo esquema basado en clases:

• Asignación más eficiente del espacio de direcciones IP: Permite una granularidad mucho mayor en la asignación de direcciones, evitando el desperdicio que se producía con las clases A, B y C.
• Agregación de rutas: Facilita la agregación de rutas, lo que reduce el tamaño de las tablas de enrutamiento en los routers y mejora la eficiencia del enrutamiento.
• Mayor flexibilidad: Permite a las organizaciones utilizar el espacio de direcciones IP de manera más flexible y adaptada a sus necesidades.

Funcionamiento del Protocolo ARP

El protocolo ARP (Address Resolution Protocol) es esencial para la comunicación en redes locales. Su función principal es traducir direcciones IP a direcciones MAC (direcciones físicas).

Escenarios de Operación de ARP

Origen y Destino en la Misma Red (Entrega Directa)

1. El origen busca la dirección MAC del destino en su caché ARP.
2. Si la encuentra, construye la trama Ethernet para enviar el datagrama IP.
3. Si no encuentra la dirección MAC, envía un mensaje de multidifusión ARP (broadcast) con la dirección IP de destino (solicitud ARP).
4. La máquina con esa dirección IP responde con su dirección MAC (respuesta ARP).
5. El origen actualiza su caché ARP.

Origen y Destino en Redes Diferentes (Entrega Indirecta)

1. El origen determina que el destino está en otra red.
2. Si no tiene la dirección MAC de la puerta de enlace predeterminada (default gateway) en su caché ARP, envía una solicitud ARP para obtenerla.
3. El datagrama IP se envía a la puerta de enlace.
4. La puerta de enlace realiza el proceso ARP en la red de destino.
5. Las direcciones MAC cambian en cada salto del datagrama IP.

ARP opera en cada salto que realiza un datagrama en su camino hacia el destino.

Protocolo ICMP: Función y Mensajes Principales

El protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) se utiliza para la transferencia de mensajes de control y error en redes IP. Estos mensajes viajan encapsulados en datagramas IP.

Principales Mensajes ICMP

• Destino inalcanzable: Indica que no se puede alcanzar la red o el host de destino.
• Tiempo excedido: Se envía cuando el tiempo de vida (TTL) de un datagrama llega a cero.
• Ralentización del origen: Mecanismo de control de flujo y congestión.
• Problema de parámetro: Indica un error en la cabecera IP.
• Redirección: Informa a un host sobre una mejor ruta.
• Eco y respuesta a eco: Utilizados para verificar la conectividad (comandos ping).
• Marca de tiempo y respuesta a marca de tiempo: Para sincronización de relojes.
• Petición de máscara de dirección y respuesta a máscara de dirección: Para obtener la máscara de subred.

Tiempo de Vida (TTL) de un Datagrama IP y su Manejo por los Routers

El campo TTL (Time To Live) en la cabecera IP indica el tiempo máximo (en segundos) que un datagrama puede permanecer en la red. Su valor máximo es 255.

Funcionamiento del TTL

• El remitente establece un valor inicial para el TTL.
• Cada router que recibe el datagrama decrementa el TTL en una unidad (o más, dependiendo del tiempo que tarde en procesarlo).
• Cuando el TTL llega a 0, el datagrama se descarta.
• El router que descarta el datagrama envía un mensaje ICMP de tiempo excedido al origen.

El TTL evita que los datagramas circulen indefinidamente por la red en caso de bucles de enrutamiento.

Mensajes ICMP "Destino Inalcanzable" y "Ralentización del Origen"

Destino Inalcanzable

Un router envía un mensaje ICMP de destino inalcanzable cuando:

• No tiene una ruta para alcanzar la red de destino.
• Necesita fragmentar un datagrama, pero el bit DF (Don't Fragment) está activado.

Ralentización del Origen

El mensaje ICMP de ralentización del origen es un mecanismo básico de control de flujo y congestión. Un router o un host de destino lo envía a un host de origen para indicarle que reduzca la velocidad de envío de datos. Esto ayuda a prevenir la congestión en la red.