Dispositivos de Red y Direccionamiento IP: Conceptos Clave

Dispositivos de Capa 3 (Red)

Router (Enrutador)

• Dispositivo de red que utiliza las direcciones lógicas (IP) para determinar por qué puerto debe enviar el paquete recibido.
• Es dependiente de los protocolos.
• Permite interconectar redes tanto de área local (LAN) como de área extensa (WAN), aunque habitualmente se usa para conectar una LAN a una WAN.
• Puede tener puertos LAN y/o WAN.
• Son capaces de elegir la ruta más eficiente que debe seguir un paquete en el momento de recibirlo.

Dispositivos de Capa 2 (Enlace)

Puente (Bridge)

• Dispositivo con dos puertos que crea tablas con las direcciones físicas (MAC) de los dispositivos conectados a sus puertos, de manera de poder decidir cuándo recibe una trama si la envía o no al otro puerto.
• Funciona en base a software.
• Divide dominios de colisión.

Switch (Bridge Multipuerto)

• Dispositivo multipuerto que crea tablas con las direcciones físicas (MAC) de los dispositivos conectados a sus puertos, de manera de poder decidir cuándo recibe una trama, a cuál puerto la envía.
• Funciona en base a hardware.

Dispositivos de Capa 1 (Física)

Repetidor

• Dispositivo activo que permite superar los 100m.
• Envía la señal que ingresa por un puerto al otro.
• Funcionamiento half duplex.

HUB (Activo/Pasivo)

• Dispositivo concentrador en una topología estrella.
• Es pasivo cuando no regenera la señal.
• Es activo cuando tiene posibilidad de regenerar la señal.
• Considerado como un repetidor multipuerto.
• Envía la señal que ingresa por un puerto a todos los restantes.
• Funcionamiento half duplex.
• Opera a 10 Mbps.

Inconvenientes del HUB

1. Es half duplex.
2. No divide dominio de colisión.

Dispositivos de Capa 1: Cable UTP, fibra óptica, cable coaxial, twisted pair.

Regla del 5-4-3-2-1

En una red con HUBs o repetidores no puede haber más de 5 segmentos separados, no más de 4 HUBs y/o repetidores, de los cuales solo 3 pueden contener hosts, 2 no pueden contener hosts y forman un solo dominio de colisión.

Métodos de Direccionamiento

Toda trama a enviar debe tener un remitente y un destinatario, por lo que se necesita un método de direccionamiento.

• Direccionamiento Físico:

  • Se realiza en la capa 2 de enlace.
  • Se usa dirección física (MAC Address).
  • Media Access Control, 6 bytes en codificación hexadecimal.
  • Direccionamiento plano.

• Direccionamiento Lógico:

  • Se realiza en la capa 3 de red.
  • Se usa dirección lógica (IP Address).
  • Internet Protocol v4, 4 Bytes (32 bits) en codificación decimal.
  • Internet Protocol v6, 16 Bytes (128 bits) en codificación hexadecimal.
  • Direccionamiento jerárquico.

Direccionamiento Físico

• Representado por la dirección MAC (Media Access Control address).
• La MAC es un identificador de 48 bits (6 bytes) visualizado en formato hexadecimal.
• Se corresponde de forma única con una tarjeta o interfaz de red (NIC).
• Es individual y única, cada dispositivo tiene su propia dirección MAC.
• Los primeros 24 bits están determinados por el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), identifican al fabricante.
• Los 24 bits restantes están determinados por el fabricante utilizando el OUI (Organizationally Unique Identifier), identifican al producto para el fabricante.

Direccionamiento Lógico

• Una dirección IP es un número que identifica de manera lógica a una interfaz de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo IP (Internet Protocol).
• Corresponde a la capa de red o capa 3 del modelo de referencia OSI.
• IPv4 (Internet Protocol versión 4) es una dirección de 32 bits (4 Bytes) expresados en formato decimal. El formato de escritura se denomina “decimal separado por puntos”. (X.X.X.X)
• La estructura de la dirección es jerárquica. Originalmente dividida en clases.
• Siempre está asociada a lo que se denomina máscara de red. La máscara divide en la dirección, el Id de red del Id de Host.

Direccionamiento Lógico IPv4 – Redes/Direcciones Reservadas

Para uso Privado:

• Clase A: 10.0.0.0/8 a 10.255.255.255/8 (8 bits red, 24 bits hosts)
• Clase B: 172.16.0.0/16 a 172.31.255.255/16 (16 bits red, 16 bits hosts)
• Clase C: 192.168.0.0/24 a 192.168.255.255/24 (24 bits red, 8 bits hosts)

Para uso Reservado:

• Clase D: 224.0.0.0/8 a 239.255.255.255/8 Reservado para uso de los ISP en multicast (8 bits red, 24 bits hosts)
• Clase E: 240.16.0.0/8 a 255.255.255.255/8 Reservado para uso del IETF (8 bits red, 24 bits hosts)

Direcciones/Redes Reservadas para uso de los Sistemas:

• 0.0.0.0  Enrutamiento por defecto.
• 127.0.0.0  Dirección de loopback.
• 255.255.255.255  Dirección de broadcast general.

Función de la Máscara de Red

La función básica de la máscara es dividir la dirección de red en sus dos componentes constitutivas, a saber:

• La porción que identifica a la red (Id Red).
• La porción que identifica al host dentro de esa red (Id Host).

Para realizar esto, la máscara debe tener en “1” los bits correspondientes a la porción de la dirección que identifican a la red (Id Red) y en “0” los bits correspondientes a la porción de la dirección que identifican al host (Id Host).

Problemática del Direccionamiento IPv4

Se agotaron los bloques de direcciones para asignar a causa de:

• Uso ineficiente de las direcciones IPv4.
• Aumento de dispositivos “online”.
• Aumento de la cobertura de Internet.
• Aumento de las conexiones de banda ancha.
• Aparición y aumento en cantidad de dispositivos móviles (Smartphones, tablets, netbooks, etc.)
• Aumento en el uso de la virtualización.

Al agotarse los bloques de direcciones, se generan además, los siguientes problemas:

• El tener todos los bloques de direcciones asignados y operativos, produce una gran cantidad de rutas en las tablas de enrutamiento de los routers principales de la Internet.
• Este problema se da por la organización de las direcciones IPv4 basado en clases.

Ventajas del Direccionamiento IPv6

• Abundante cantidad de direcciones.
• Manejo más simple del direccionamiento.
• Posibilidad de direccionar de extremo a extremo haciendo que el NAT no sea necesario.
• Oportunidad de seguridad mejorada con IPsec.
• Encabezado más simple, no hay dirección de broadcast ni es necesario procesar checksums.
• Mejoras en QoS y etiquetas de flujo en el encabezado.
• Movilidad mejorada por la incorporación del Mobile IP nativamente en el protocolo.

Formato IPv6

• x:x:x:x:x:x:x:x, donde cada x representa 16 bits en formato hexadecimal.
• Ceros a la izquierda pueden suprimirse.
• Ceros sucesivos pueden representarse como :: una sola vez por dirección.

Tipos de Direcciones IPv6

Multicast

• De uno a varios host.
• Uso más eficiente de la red.
• Rango mayor de direcciones disponibles.
• Comienzan con FF00::/8

Unicast

• Dirección que se asigna a una única interfaz.
• En IPv6 hay varios tipos: global, reservadas, link-local.

Anycast

• Un paquete Anycast se envía a la interfaz más cercana: envío de uno al más cercano.
• Identifica una lista de dispositivos o nodos, por lo que la dirección es compartida entre varios dispositivos.
• No tienen un direccionamiento especial distinguible.
• No puede ser utilizada como dirección de origen, tampoco para direccionar a un host. Solamente puede asignarse a la interfaz de un router (nodo).
• Se puede utilizar por ejemplo para balanceo de carga o servicios de contenido.

Tipos de Direcciones Unicast

• Globales, comienzan con 2000::/3 (001) y son asignadas por el IANA
• Reservadas para uso de la IETF
• Link Local, comienzan con FE80::/10
• Loopback ::1
• No especificada :: (dirección fuente que utiliza un host que no conoce su dirección IP)

Dirección Unicast Globales

• Formato de las direcciones globales y Anycast es el mismo.
• Utiliza un prefijo de enrutamiento global que facilita la agregación de rutas.
• Una interfaz puede tener diversas direcciones asignadas de diversos tipos.
• Una interfaz podría tener direccionamiento local y global.

Dirección Unicast Link Local

• Direcciones local link tienen un ámbito limitado al segmento de red local.
• Se asigna dinámicamente utilizando el prefijo FF80::/10
• Se utiliza para la configuración de direccionamiento automático, descubrimiento de vecinos, y envío de actualizaciones de enrutamiento.
• Se puede utilizar para comunicar diversos dispositivos en red que no necesitan una dirección global.
• Red no enrutable.

EUI-64 para Asignación de Direcciones

• Este formato extiende la dirección MAC de 48 a 64 bits.
• Esto se logra insertando “FFFE” a la mitad, entre el OUI y el ID de interfaz de la dirección MAC.
• El modelo de autoconfiguración de IP utiliza el formato EUI-64.