CONTENIDO
1.- Asignación de Nombres y Direcciones
- Direcciones IP
- Clases de direcciones
- Restricciones en las clases de direcciones
- Sub redes y Mascara de subred
2.- Debilidades de Direccionamiento IP
3.- Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP)
El protocolo de IP usa direcciones de IP para identificar los host y encaminar los datos hacia ellos. Todos los host deben tener una dirección de IP única para las comunicaciones. El nombre de host se traduce a su dirección de U' consultando el nombre en una base de datos de pares nombre-dirección.
Cuando se diseñaron las direcciones de IP, nadie había soñado que llegase a haber millones de computadoras en el mundo y que muchas de ellas quisieran o necesitasen una dirección de IP. Los diseñadores pensaron que tenían que satisfacer las necesidades de una modesta comunidad de universidades, grupos de investigación y organizaciones gubernativas y militares.
Eligieron un diseño que les parecía razonable por entonces. Una dirección de IP es un número binario de 32 bits (4 octetos). Claramente, la dirección se eligió para que encajase convenientemente en un registro de 32 bits de una computadora. El espacio de direcciones resultado, es decir, el conjunto de todos los números de direcciones posibles, contiene 2 31 (4.294.967.296) números.
La notación punto se inventó para leer y escribir fácilmente las direcciones de IR Cada octeto (S bits) de una dirección se convierte a su número decimal, y los números se separan por puntos. Por ejemplo, la dirección de blintz.med.yale.edu es un número binario de 32 bits que en la notación punto es:
10000010 10000100 0001001 1 0001
130.132.19.31
Tenga en cuenta que el mayor número que puede aparecer en una posición dada 255, que corresponde al número binario 1 1 1 1 1 1 1 1.
FORMATOS DE DIRECCIONES
Como se muestra en la Figura 1, una dirección de IP tiene un formato de dos partes que son la dirección de red y la dirección local. La dirección de red identifica la red a la que está conectado el nodo. La dirección local identifica a un nodo particular dentro de la red de una organización.
Todas las computadoras deben tener una dirección de IP única en el rango de sistemas con los que se comunican.
Dirección de red | Dirección local |
Figura 1. Formato de una dirección de IP
Toda organización que planee conectarse a la Intemet debe conseguir un bloque de direcciones de IP únicas. Las direcciones se consiguen de la autoridad de registro apropiada.
Por conveniencia, las NIC de registro delegan grandes bloques de su espacio de direcciones de IP a los proveedores de servicio. De esta forma las organizaciones pueden obtener sus direcciones de sus proveedores de servicios en lugar de un NIC de registro.
Durante muchos años, sólo había tres tamaños de bloques de direcciones, grande, medio y pequeño. Existían tres formatos diferentes de direcciones de red para cada uno de los tamaños de bloques. Los formatos de direcciones eran:
Clase A para redes muy grandes.
Clase B para redes de tamaño medio.
Clase C para redes pequeñas.
En la Figura 2 se muestran los formatos de las clases A, B y C. Tenga en cuenta que las clases de direcciones tienen las características que se muestran en la Tabla 1.
En los inicios de la Intemet, a las organizaciones con redes muy grandes, como la Marina de Estados Unidos o Digital Equipment Corporation, se les concedía direcciones de Clase A. La parte de red de una dirección de Clase A tiene una longitud de un octeto. Los tres octetos restantes de una dirección de Clase A pertenecen a la parte local y se usan para asignar números a los nodos.
Existen muy pocas direcciones de Clase A y la mayoría de las organizaciones de gran tamaño han tenido que conformarse con un bloque de direcciones de Clase B de tamaño medio. La parte de red de una dirección de Clase B es de dos octetos. Los dos octetos restantes de una dirección de Clase B pertenecen a la parte local y se usan para asignar números a los nodos.
Las organizaciones pequeñas reciben una o más direcciones de Clase C. La parte de red de una dirección de Clase C es de tres octetos. De esta forma sólo queda un octeto para la parte local que se usa para asignar números a los nodos.
Es sencillo adivinar la clase de una dirección de IP. Basta con mirar el primer número de la dirección en formato de puntos. Los intervalos de números para cada una de las clases se puede ver en la Tabla 1 y en la Figura 2
Figura 2
Además de las Clases A, B y C, existen dos formatos especiales de direcciones, la Clase D y la Clase E. Las direcciones de Clase D se usan para multienvío de IP. El multienvío permite distribuir un mismo mensaje a un grupo de computadoras dispersas por una red. Las direcciones de multienvío, permiten realizar aplicaciones de conferencia.
Las direcciones de Clase E se han reservado para uso experimental.
Las direcciones de Clase D empiezan con un número entre 224 y 239. Las direcciones de Clase E empiezan con un número entre 240 y 255.
RESTRICCIONES EN LAS CLASES DE DIRECCIONES
DIRECCIONES SIN CONEXIÓN A LA INTERNET
Se han reservado varios bloques de direcciones para su uso en redes que no se van a conectar a la Internet y que no van a necesitar conectividad con otra organización. Estas direcciones son:
10.0.0.0- 10.255.255.255
172.16.0.0-172.31.255.255
192.168.0.0-192.168.255.255
Tenga en cuenta que puede haber muchas organizaciones que usen estos números. Si su compañía se fusiona con otra en algún momento, o decide comunicarse con los clientes o los proveedores mediante TCP/IP, puede haber conflictos de direcciones. Sin embargo, puede registrar una red de Clase C y usarla para las comunicaciones externas. Se puede obtener software de envío que mande la información entre ciertas computadoras y el mundo exterior usando una red registrada de Clase C.
En la RFC 1918, Address Allocation for Private Internets (Asignación de direcciones en internet privadas), se tratan las ventajas e inconvenientes de usar estas direcciones reservadas.
DIFUSION DIRIGIDA (Broadcast)
Se puede enviar un datagrama de IP a todos los host de una red remota dada. Se hace poniendo la parte local de la dirección completa a uno.
Por ejemplo, suponga que un administrador quiere enviar un aviso a todos los nodos de la red Ethernet de Clase C 201.49.16.0. La dirección de IP utilizada para la difusión es:
201.49.16.255
Significa que a ningún host se le puede dar la dirección 201.49.16.255. La dirección 131,18.255.255 se podría usar para enviar un mensaje a todos los nodos de una red de Clase B completa. Tenga en cuenta que si se pudiese asignar como número de subred el 255 a una de las subredes, habría un problema. No quedaría claro si una difusión a 130.15.255.255 iba dirigida a esa subred o la red completa. Para evitarlo nunca se asigna a una subred un número que sean todos unos.
DIFUSION DIRIGIDA A UNA SUBRED
La difusión también se puede dirigir a una subred concreta, que puede encontrarse di- rectamente conectada a la subred o puede ser una subred remota desde el host origen. Por ejemplo, si 131.18.7.0 es una subred de una red de Clase B, se puede utilizar la dirección 130.18.7.255 para difundir un mensaje a todos los nodos de esa subred.
Si la subred de destino es remota, el resultado de enviar un datagrama de IP a la dirección de difusión es que se transmitirá una copia del datagrama al encaminador conectado a la subred 131.18.7.0. Suponiendo que esta subred es una LAN, el encaminador debería usar una dirección de difusión física en el campo de destino de la trama de Control de acceso al medio (MAC) para dirigir el mensaje a todos los host de dicha subred.
Tenga en cuenta que esto implica que no se puede asignar a ningún sistema la dirección reservada de IP 130.18.7.255.
DIFUSION LIMITADA
La dirección de IP 255.255.255.255 1, es decir, una dirección con 32 unos, difunde un datagrama a todos los sistemas en el enlace local. Este tipo de difusión se usa, por ejemplo, con los protocolos BOOTP y DHCP, que el sistema utiliza para obtener su dirección de IP y otros datos de inicialización desde un servidor de arranque. Un cliente en- vía una solicitud de arranque a 255.255.255.255 y usa la dirección reservada 0.0.0.0 como su dirección de IP.
Una difusión se expande por la LAN envolviendo el datagrama de IP en una trama cuya cabecera tiene la dirección de difusión física a todos como dirección de destino.
DIRECCION INTERNA (Loopback)
En el extremo opuesto de la difusión están los mensajes que nunca abandonan el host lo- cal. Hay muchos host que contienen procesos clientes y servidores. Los clientes y servidores locales se comunican mediante IP dentro del host. Para ello, usan una dirección especial que se llama dirección interna (loopback). Por convenio, cualquier dirección que empieza con 127 se reserva con este propósito. En la práctica sólo se usa la dirección 127.0.0. 1. Tenga en cuenta que se ha reservado un espacio de direcciones Clase A de 216 números con este propósito.
Es muy fácil ver en acción la dirección interna. Por ejemplo el cliente y el servidor de Transferencia de archivos de Chameleon se pueden ejecutar concurrentemente en Microsoft Windows.
El cliente se conecta con el servidor en una dirección interna 127.0.0.1. Cualquier «transferencia de archivo» que ejecuta el cliente lo único que hace es copiar los archivos de un directorio de la PC a otro. El servidor guarda un registro de la actividad del cliente en la dirección 127.0.0.1.
Una organización que tenga direcciones de red de Clase A o Clase B es muy probable que tenga una red de cierta complejidad constituida por muchas LAN y varios enlaces de WAN. Tiene sentido, entonces, dividir el espacio de estados de forma que coincida con la estructura de la red de acuerdo a una familia de subredes. Para ello, la parte local de la dirección se divide una parte de subred y una parte de sistema de manera conveniente, como se muestra en la Figura 3.
El tamaño de la parte de subred de una dirección y la asignación de números a subredes es responsabilidad de la organización que «posee» esa parte del espacio de direcciones.
Las direcciones de subred suelen dividirse en bytes. Una organización con direcciones de Clase B, como por ejemplo 128.21 usará el tercer byte para identificar las subredes. Por ejemplo:
128.121.1
128.121.2
128.121.3
Entonces el cuarto byte se usará para identificar los host particulares de una subred.
Por otra parte, una organización con direcciones de Clase C sólo tiene un byte de espacio de direcciones. Podría elegir no realizar subredes o quizá usar 4 bits para direcciones de subred y 4 bits para direcciones de host, como se muestra en la Figura 4. En esta figura, las direcciones locales, 61, se expresan en binario como 0011 1101. Los cuatro primeros bits identifican a una subred y los últimos cuatro bits identifican el sistema.
MÁSCARAS DE SUBRED
El tráfico se encamina hacia un host consultando las partes de red y subred de una dirección de IP. La parte de red de una dirección de Clase A, B o C tiene un tamaño fijo. Pero las organizaciones pueden decidir sus propios tamaños de subred, por lo que ¿cómo pueden reconocer los encaminadores estos campos? La respuesta es que hay que configurar los sistemas para que conozcan el tamaño de la parte de subred de la dirección.
El tamaño del campo de subred se almacena realmente en un parámetro de configuración llamado máscara de subred. La máscara de subred es una secuencia de 32 bits. Los bits que corresponden a los campos de red y subred de una dirección se ponen a 1 y los bits para el campo del sistema se ponen a 0.
Por ejemplo, si se usa el tercer byte de las direcciones que empiezan por 128.121 para identificar las subredes, la máscara es:
11111111 11111111 11111111 00000000
Normalmente las máscaras de subred se expresan en notación decimal con puntos. La máscara anterior se puede escribir:
255.255.255.0
A veces la máscara se escribe en hexadecimal, como
X`FF-FF-F'F-00
Los host y encaminadores conectados a una subred se configuran con la máscara de la subred. Suele ser común usar una única máscara de subred en toda una internet de la organización. Hay excepciones a esta práctica, y algunas organizaciones usan varios tamaños diferentes de subred.
Por ejemplo, si una red tiene muchas líneas punto a punto, no sería conveniente usar los números de subred ya que sólo hay dos sistemas en cada subred punto a punto. Una organización podría decidir usar máscaras de 14 bits (255.255.255.252) para sus líneas punto a punto.
ARP (Protocolo de Resolución de direcciones)
Antes de enviar un datagrama entre dos estaciones de una LAN, debe envolverse en una trama con una cabecera y una cola. La trama se envía a la su tarjeta de interfaz de red cuya dirección física coincide con la dirección física de destino en la cabecera de la trama.
Por tanto, para enviar un datagrama por una LAN, hay que descubrir cuál es la dirección .física del nodo de destino.
Afortunadamente, existe un procedimiento para descubrir automáticamente la dirección física. El Protocolo de resolución de direcciones (AR.P – Address Resolution Protocol) ofrece un método de difusión para traducir automáticamente entre dirección de IP y dirección física.
Los sistemas de la red local usan ARP para descubrir información sobre su propia dirección física. Cuando un host quiere empezar a comunicarse con un socio local, busca la dirección de IP del otro en su tabla de ARP, que normalmente se mantiene en memoria. Si no existe una entrada para esa dirección de IP, el host difunde una solicitud de ARP que contiene la dirección de IP de destino, de acuerdo con la Figura 5.
El host de destino reconoce su dirección de IP y lee la consulta. Lo primero que hace el host destino es actualizar su propia tabla de traducción de direcciones con la dirección física del origen. Es lógico ya que, probablemente, el destino pronto empezará una conversación con el origen. El host destino envía de vuelta una respuesta que contiene su propia dirección de la interfaz hardware.
Cuando el origen recibe la respuesta, actualiza su tabla de ARP y ya está listo para transmitir datos por la LAN.
Figura 5: Para determinar la dirección física Pb de B, desde su dirección IP, Ib, (a) el anfitrión A transmite por difusión una solicitud ARP que contiene Ib a todas las máquinas en la subred, y (b) el anfitrión B envía una respuesta ARP que contiene el par (Ib,Pb).
ARP Sustituto (proxy ARP)
Los términos ARP sustituto (proxy, ARP) promiscuo y ARP hack, se refieren a la segunda técnica utilizada para transformar un solo prefijo IP de red en dos direcciones físicas. La técnica, que sólo se aplica en redes que utilizan ARP para convertir direcciones de red en direcciones físicas, se puede explicar mejor mediante un ejemplo. En la figura 6 se ilustra la situación.
En la figura, dos redes comparten una sola dirección IP. Imagine que la etiquetada como Red Principal era la red original y segunda, etiquetada como Red Oculta, se agregó después. R, que es el ruteador que conecta las dos redes, sabe qué anfitriones residen en cada red física y utiliza ARP para mantener la ilusión de que solamente existe una red. Para dar esa apariencia, R mantiene totalmente oculta la localización de los anfitriones, permitiendo que las demás máquinas en la red se comuniquen como si estuvieran conectadas de manera directa. En nuestro ejemplo, cuando el anfitrión H1 necesita comunicarse con el anfitrión H4, primero llama a ARP para convertir la dirección IP de H4 en una dirección física. Una vez que tiene la dirección física, H1 puede enviarle directamente el datagrama.
Debido a que el ruteador R corre software proxy ARP, R captura la solicitud transmitida por difusión de Hi1 decide que la máquina en cuestión reside en la otra red física y responde la solicitud ARP enviando su propia dirección física. H1 recibe la respuesta ARP, instala la asociación en su tabla ARP y la utiliza para enviar a R los datagramas destinados a H4. Cuando R recibe un datagrama, busca en una tabla especial de ruteo para determinar cómo rutear el datagrama. R debe encaminar los datagramas destinados a H4 a través de la red oculta. a fin de permitir que los anfitriones en la red oculta alcancen anfitriones en la red principal, R también realiza el servicio de ARP sustituto (proxy ARP) en dicha red.
Los ruteadores que utilizan la técnica de ARP sustituto, tornan ventaja de una característica importante del protocolo ARP, a saber, la confianza. ARP está basado en la idea de que todas las máquinas cooperan y de que cualquier respuesta es legitima. La mayor parte de los anfitriones instalan asociaciones obtenidas por medio de ARP sin verificar su validez y sin mantener una consistencia. Por lo tanto, puede suceder que la tabla ARP asocie muchas direcciones IP en la misma dirección física, sin embargo, esto no viola las especificaciones del protocolo.
Algunas implantaciones de ARP no son tan poco exigentes como otras. En particular, las implementaciones ARP diseñadas para alertar a los administradores de posibles violaciones de seguridad les informarán siempre que dos direcciones IP distintas se transformen en la misma dirección física de hardware. El propósito de alertar al administrador es avisarle sobre el spoofing, situación en la que una máquina indica ser otra para poder interceptar paquetes. Las implantaciones de ARP en anfitriones que alertan a los administradores del posible spoofing no se pueden utilizar en redes que tienen ruteadores sustitutos ARP, ya que el software generarla mensajes con gran frecuencia.
La principal ventaja de ARP sustituto es que se puede agregar a un solo ruteador en una red sin alterar las tablas de ruteo en otros anfitriones o ruteadores en esa red. Por lo tanto, el software ARP sustituto (proxy ARP) oculta completamente los detalles de las conexiones físicas.
La principal desventaja de ARP sustituto es que no trabaja para las redes a menos que utilicen ARP para la definición de direcciones. Además, no se generaliza para topologías de red más complejas (por ejemplo, muchos ruteadores que interconectan dos redes físicas), ni incorpora una forma razonable para el ruteo. De hecho, la mayor parte de las implantaciones de ARP confía en los administradores para el mantenimiento manual de máquinas y direcciones, haciendo que se ocupe tiempo y se tenga propensión a los errores.
Figura 6 La técnica de APP sustituto (ARP hack) permite que una dirección de red se comparta entre dos redes físicas. El ruteador R contesta solicitudes ARP en cada red para los anfitriones en otra, proporcionando su dirección de hardware y ruteando datagramas de manera correcta en cuanto llegan. En esencia, R miente sobre las transformaciones de dirección IP a dirección física.
Una máquina puede enviar una solicitud ARP preguntando sobre su propia dirección IP. Propósitos:
- detectar direcciones IP duplicadas
- forzar a que todos actualicen la entrada de la cache correspondiente
Para ayudar a un nodo a descubrir su propia dirección de IP se diseñó una variante del ARP llamado ARP inverso (RARP – reverse ARP). El objetivo era que lo usasen las estaciones de trabajo sin disco y otros dispositivos que necesitasen obtener configuración de red de un servidor de red.
La estación que usa el protocolo ARP inverso difunde una petición en la que indica su dirección física y solicita su dirección de IP. Un servidor de la red, configurado con una tabla de direcciones físicas y las correspondientes direcciones de IP responde a la petición.
ARP inverso ha sido superado por el protocolo BOOTP y su versión mejorada, el Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol). Estos protocolos son más potentes y se usan para conseguir un conjunto completo de parámetros de configuración de un sistema TCP/IP.
Figura 7 Ejemplo de un intercambio en el que se utiliza el protocolo RARP. (a) la máquina A transmite por difusión una solicitud RARP especificándose como des- tino y (b) las máquinas autorizadas para proporcionar el servicio RARP (C y D) responden directamente a A.
El campo HARDWARE TYPE especifica un tipo de interfaz de hardware para el que el transmisor busca una respuesta; contiene el valor 1 para Ehternet De forma similar, el campo PROTOCOL TYPE especifica el tipo de dirección de protocolo de alto nivel que proporcionó el transmisor. contiene 080016 para la dirección IP. El campo OPERATION especifica una solicitud ARP (1), una respuesta ARP (2), una solicitud RARP (3) o una respuesta RARP (4). Los campos HLEN y PLEN permiten que ARP se utilice con redes arbitrarias ya que éstas especifican la longitud de la dirección de hardware y la longitud de la dirección del protocolo de alto nivel. El transmisor proporciona sus direcciones IP y de hardware, si las conoce, en los campos SENDER HA y SENDER IP.
Cuando realiza una solicitud, el transmisor también proporciona la dirección IP del objetivo (ARP) o la dirección de hardware del objetivo (RARP), utilizando los campos TARGET HA y TARGET IP. Antes de que la máquina objetivo responda, completa las direcciones faltantes, voltea los pares de objetivo y transmisor, y cambia la operación a respuesta. Por lo tanto, una respuesta transporta las direcciones tanto de hardware como de TP del solicitante original, lo mismo que las direcciones de hardware e IP de la máquina para la que se realizó asignación.
Autor:
Carlos Gimenez