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1 Funci’on

• Se encarga del encaminamiento de los paquetes de datos en Internet.
• Cada paquete se considera una unidad de informaci’on totalmente independiente de los dem’as. Esto quiere decir que s’olo se tiene en cuenta la direcci’on IP destino del paquete para realizar el encaminamiento del mismo a trav’es de Internet. Es frecuente llamar a los paquetes de datos datagramas cuando ’estos son transmitidos de esta manera.
• Existen actualmente dos versiones: la IPv4 (RFC 791) que es la que en estos momentos m’as se utiliza y la IPv6 (RFC 2460, RFC 2373) que se planea utilizar en un futuro pr’oximo.
• IPv6 es compatible hacia atr’as con IPv4 (IPv6 es capaz de encaminar paquetes IPv4).

2 Formato de la cabecera en IPv4

• Version: Versi’on del protocolo IP (4).
• IHL (Internet Header Length): Tamaño de la cabecera del paquete IP en palabras de 32 bits.
• Type of Service (TOS): Indicaci’on de la calidad de servicio que se espera recibir por parte de los routers (tr’afico multimedia, informaci’on sobre la congesti’on de la red, etc.).
• Total Length: Tamaño del datagrama IP (cabecera y datos) en bytes. Tamaños t’ipicos son (debido principalmente a los MTU’s de las redes) $1.500$ bytes (Ethernet) y $576$ bytes (PPP).
• Identification: Etiqueta creada por el emisor del paquete y que se utiliza cuando ’este se fragmenta.
• Flags:
  Bit 0: reserved, must be zero.  
  Bit 1: (DF) 0 = May Fragment,  1 = Don’t Fragment.  
  Bit 2: (MF) 0 = Last Fragment, 1 = More Fragments.

• Fragment Offset: Offset del paquete cuando se ha fragmentado en palabras de 8 bytes.
• Time to Live (TTL): Valor que se decrementa cada vez que el paquete es retransmitido por un router. Cuando TTL $=0$ entonces el paquete se destruye¹ .
• Protocol: Protocolo al que va dirigido el paquete (RFC’s 790, 1700 y 3232). Por ejemplo, cuando se transporta un paquete UDP se utiliza el 17, para TCP el 6, para ICMP el 1, etc.
• Header Checksum: C’odigo de detecci’on de errores que sirve para desechar el paquete si se han producido errores de transmisi’on en la cabecera. Es una suma de todas las palabras de 16 bits de (s’olo) la cabecera IP usando aritm’etica en complemento a 1 (RFC 1071). Este valor es recalculado en cada hop (salto) porque en cada uno de ellos el TTL se decrementa.
• Source Address: Dir IP del host que gener’o el paquete.
• Destination Address: Dir IP del host al que va dirigido el paquete.
• Options: Campo de longitud variable (desde 0 bytes) que se utiliza para diferentes prop’ositos (almacenar rutas, colocar estampas de tiempo, etc.).
• Padding: Bits a $0$ rellenando la cabecera hasta tener un tamaño m’ultiplo de $32$ bits.

3 Formato de la cabecera en IPv6

• Version: Versi’on del protocolo ($6$).
• Traffic Class: Identifica el tipo de tr’afico. Por ejemplo, sirve para diferenciar el tr’afico multimedia del que no es sensible al tiempo.
• Flow Label: Identifica a los paquetes de un mismo flujo de datos (tr’afico multimedia).
• Payload Length: N’umero de bytes de datos transportados (sin considerar la cabecera que es de tamaño fijo – $40$ bytes –).
• Next Header: Identifica el protocolo que utiliza el IP (igual que IPv4).
• Hop Limit: TTL.
• Source Address: Dir IP del host origen del paquete.
• Destination Address: Dir IP del host destino del paquete.

4 IP (Internet Protocol) [1]

• Introduced by Vint Cerf and Bob Kahn in 1974.
• IP performs routing of the packets in the Internet.
• If you use the Internet, the use of the IP is compulsory.
• There are two major versions: version 4 and 6. Both currently coexist.

5 Fragmentaci’on y ensamblaje

• S’olo en IPv4. No en IPv6² .
• Cada tecnolog’ia de red posee un l’imite en el tamaño m’aximo del paquete a transmitir (MTU). Por ejemplo, en Ethernet el l’imite es de $1.500$ bytes.
• El IP (en los hosts y en los routers), antes de enviar los datagramas los fragmenta de forma que ninguno de ellos tiene un tamaño superior al MTU de la red directamente conectada.
• Durante el trayecto los datagramas pueden ser re-fragmentados si se atraviesa una red de menor MTU.
• S’olo el IP del host destino realiza el ensamblaje (nunca los routers). Si alguno de los fragmentos no llega correctamente se desechan el resto de fragmentos.
• En la Figura 1 se muestra un ejemplo sencillo.

6 Direccionamiento en IPv4

• Cada enlace que se conecta a un host o un router en Internet lo hace a trav’es de un interface y cada interface tiene asociada una direcci’on IP.³
• En IPv4 las direcciones IP son de 32 bits y en IPv6 de 128 bits.

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  Figure 2: Formato de una direcci’on IP.

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• Las direcciones IP son jer’arquicas (v’ease la Figura 2). La primera parte identifica la red a la que est’a conectada el interface y la segunda parte, el interface dentro de la red.
• Por definici’on, todos los interfaces de una misma red tienen la misma direcci’on de red.
• En IPv4 se suele utilizar la notaci’on decimal punteada para representar las direcciones IP, donde cada byte se traduce a su forma decimal y se separa por un punto del resto de bytes de la direcci’on. Ejemplo:

  00001111 00010001 00000001 00000010 = 15.17.1.2

• Para diferenciar en una dir IP la direcci’on de la red y la direcci’on del interface, se utiliza la m’ascara de red. En el caso de IPv4 son 32 bits y para IPv6 128. Las m’ascaras son siempre de la forma

  1111...111000...000

  donde se cumple que

  dir_IP AND m’ascara = dir_Red

  y que

  dir_IP MOD m’ascara = dir_Interface.

7 Clases de direcciones IP

• Las redes IP se consideran de diferentes clases dependiendo de los bits m’as significativos [2]:
  • En la Figura 3 se muestran las clases de direcciones IP que han sido definidas para el IPv4.
  • En la Figura

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    Figure 4: Clases de direcciones en IPv6.

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    4 se muestran las clases de direcciones IP que han sido definidas para el IPv6.

8 Tipos de direcciones multicast

1. Direcciones de enlace local reservadas (224.0.0.0 - 224.0.0.255): Se utilizan para transmisiones multicast dentro de la red local porque los paquetes enviados a estos destinos siempre se generan con un TTL = 1, y por tanto, el gateway nunca los sacar fuera de la subred.
2. Direcciones agrupadas globalmente (224.0.1.0 - 238.255.255.255): Se utilizan para enviar trfico multicast al resto de Internet. Por ejemplo, la direccin 224.0.1.1 se utiliza para mantener sincronizados los relojes de los hosts mediante el protocolo NTP (Network Time Protocol).

9 Sub-netting y direcciones CIDR en IPv4

• El Sub-netting se explica en el RFC 950 y el CIDR (Classless Inter-Domain Routing) en el RFC 1519.
• Originalmente s’olo se permit’ian tres clases de direcciones IPv4 y por lo tanto s’olo exist’ian 3 tamaños posibles para las redes IP (v’ease la Figura 3).
• Los diseñadores de Internet pronto se dieron cuenta de que en muchos casos de produc’ia un desperdicio considerable de direcciones IP (por ejemplo, hac’ia falta una red de clase B para conectar a ella 257 interfaces).⁴
• Cuando se utilizan direcciones CIDR, la m’ascara de red (aparte de indicar la direcci’on de la red) define (independientemente de los bits iniciales de las direcciones IP) el tamaño de la red. As’i, una red de clase C se denota por

  X.Y.Z.0/24,

  porque la m’ascara de red, para todos los interfaces conectados a este tipo de red, posee 24 unos.

• Usando sub-netting, cualquier rango de direcciones IP se puede dividir en conjuntos disjuntos de direcciones IP y cada conjunto puede ser una (sub-)red diferente. V’ease la Figura

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  Figure 5: Un ejemplo de subnetting en una red de clase B.

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  5.

Ejemplo de red IP

10 Direcci’on de red y de broadcast de una red

• Por definici’on, la primera direcci’on IP del rango de direcciones asignadas a una red es la direcci’on IP de la red.
• Por definici’on, la ’ultima direcci’on IP del rango de direcciones asignadas a una red es la direcci’on de broadcast de la red.
• La direcci’on de red no puede usarse para ning’un adaptador de red.
• La direcci’on de broadcast no puede usarse para ning’un adaptador de red y todos aquellos paquetes que van dirigidos a ella llegan, por definici’on, a todos los adaptadores de red de la subred.
• Existen dos tipos de direciones de broadcast:
  1. Direccin de broadcast dirigido (directed broadcast): Es la ltima direccin del rango de direcciones de la subred y sirve para hacer un broadcasting desde un host que est fuera de dicha subred. Por ejemplo, el host 192.168.1.2/24 puede hacer un broadcast a todos los hosts de la red 192.168.2.0/24, enviando un paquete a la direccin 192.168.2.255.
  2. Direccin de broadcast limitado (limited broadcast): se realiza mediante la direccin 255.255.255.255 y los routers jams propagan este trfico. Por tanto, el broadcast limitado slo sirve para hacer una difusin dentro de la propia subred.

11 Rutas por defecto (default routes) (0.0.0.0 /8)

• Esta direcciones las usan los routers para especificar las rutas por defecto y por tanto no pueden ser usadas para ningn adaptador de red.

12 Direcciones Loopback (127.0.0.0/8)

• Se utiliza para comunicar procesos dentro del mismo host.
• Son ms ptimas que usar la direccin IP de uno de los adaptadores del host porque los paquetes no necesitan atravesar las capas de red, enlace y fsica.
• No son direcciones pblicas.

13 Direcciones de red local (Link-local addresses) (169.254.0.0/16)

• Se usan cuando no existe informacin sobre la configuracin del IP.
• Permiten montar una red privada virtual sobre una red pblica.
• Todos los paquetes que la usan reciben un TTL = 1 (nunca atraviesan el/los gategay/s).
• No son direcciones pblicas.

14 Direcciones TEST-NET (192.0.2.0/24)

• Se dedican a fines didcticos.
• No son direcciones pblicas.

15 La transici’on de IPv4 a IPv6

• RFC 2893.
• A principio de los 90 el IETF predijo que el espacio de direcciones del IPv4 se gastar’ia aproximadamente en 2008 [2]. Luego apareci’o el CIDR y se comenz’o a hacer un uso intensivo del NAT y del DHCP, con lo que el consumo se ha reducido considerablemente.
• Actualmente existen routers IPv4 e IPv6 funcionando.
• Los routers IPv6 son capaces de encaminar IPv4, pero no al contrario.
• Cuando un router no entiende IPv6 se utiliza una t’ecnica llamada tunneling, que consiste en encapsular datagramas IPv6 en datagramas IPv4 cuando los puntos extremos utilizan IPv6 y los routers intermedios s’olo entienden IPv4 (v’ease la Figura

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  Figure 6: El proceso de tunneling para que routers IPv4 puedan encaminar tr’afico IPv6.

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  6).

References