Capítulo 2. Arquitectura y protocolos
En este capítulo comenzaremos con una introducción a TCP/IP y describiendo sus propiedades básicas, tales como la formación de redes, la distribución de protocolos por capas y el encaminamiento. A continuación discutiremos cada uno de los protocolos específicos en detalle.
2.1 Modelo arquitectónico
La pila TCP/IP se llama así por dos de sus protocolos más importantes: : TCP("Transmission Control Protocol" de IP("Internet Protocol". Otro nombre es pila de protocolos de Internet, y es la frase oficial usada en documentos oficiales de estándares. En este manual utilizaremos el término TCP/IP, que es más habitual.
2.1.1 Redes
La primera meta de diseño de TCP/IP fue construir una interconexión de redes que proporcionase servicios de comunicación universales: una red, o internet. Cada red física tiene su propia interfaz de comunicaciones dependiente de la tecnología que la implementa, en la forma de una interfaz de programación que proporciona funciones básicas de comunicación(primitivas). Las comunicaciones entre servicios las proporciona el software que se ejecuta entre la red física y la aplicación de usuario, y da a estas aplicaciones una interfaz común, independiente de la estructura de la red física subyacente. La arquitectura de las redes físicas es transparente al usuario.
El segundo objetivo es interconectar distintas redes físicas para formar lo que al usuario le parece una única y gran red. Tal conjunto de redes interconectadas se denomina "internetwork" o internet.
Para poder interconectar dos redes, necesitamos un ordenador que esté conectado a ambas redes y que pueda retransmitir paquetes de una a la otra; tal máquina es un "router". El término "router" IP también se usa porque la función de encaminamiento es parte de la capa IP de la pila TCP/IP(Ver protocolos por capas).
Figura - Ejemplos muestra dos ejemplo de "internetworks".
Figura: Ejemplos - Dos conjuntos interconectados de redes, cada uno visto como una red lógica.
Las propiedades básicas de un "router" son:
* Desde el punto de vista de la red, es un host normal.
* Desde el punto de vista del usuario, es invisible. El usuario sólo ve una gran red.
Para ser capaz de identificar un host en la red, a cada se le asigna una dirección, la dirección IP. Cuando un host tiene múltiples adaptadores de red, cada adaptador tiene una dirección IP separada. La dirección IP consta de dos partes:
dirección IP = <número de red><número de host>
El número de red lo asigna una autoridad central y es unívoco en Internet. La autoridad para asignar el número de host reside en la organización que controla la red identificada por el número de red. El esquema de direccionamiento se describe en detalle en Direccionamiento.
2.1.2 Arquitectura de Internet
La pila TCP/IP ha evolucionado durante unos 25 años. Describiremos algunos de sus aspectos mas importantes en los siguientes capítulos.
2.1.2.1 Protocolos por capas
TCP/IP, como la mayoría del software de red, está modelado en capas. Esta representación conduce al término pila de protocolos. Se puede usar para situar(pero no para comparar funcionalmente) TCP/IP con otras pilas, como SNA y OSI("Open System Interconnection". Las comparaciones funcionales no se pueden extraer con facilidad de estas estructuras, ya que hay diferencias básicas en los modelos de capas de cada una.
Los protocolos de Internet se modelan en cuatro capas:
Figura: Modelo arquitectónico - Cada capa representa un ":q.package:eq." de funciones.
Aplicación
es a un proceso de usuario que coopera con otro proceso en el mismo o en otro host. Ejemplos son TELNET (un protocolo para la conexión remota de terminales), FTP ("File Transfer Protocol" y SMTP ("Simple Mail Transfer Protocol". Estos se discuten con más detalle en protocolos de aplicación.
Transporte
proporciona la transferencia de datos de entre los extremos. Ejemplo son TCP(orientado a conexión) y UDP(no orientado a conexión). Ambos se discuten en detalle en TCP("Transmission Control Protocol" y UDP("User Datagram Protocol"
"Internetwork"
también llamada capa de red, proporciona la imagen de "red virtual" de Internet(es decir, oculta a los niveles superiores la arquitectura de la red). IP("Internet Protocol" es el protocolo más importante de esta capa. Es una protocolo no orientado a conexión que no asume la fiabilidad de las capas inferiores. No suministra fiabilidad, control de flujo o recuperación de errores. Estas funciones debe proporcionarlas una capa de mayor nivel, bien de transporte con TCP, o de aplicación, si se utiliza UDP como transporte. IP se discute con detalle en IP("Internet Protocol". Una unidad de un mensaje en una red IP se denomina datagrama IP. Es la unidad básica de información transmitida en redes TCP/IP networks. Se describe en El datagrama IP.
Network Interface
o capa de enlace o capa de enlace de datos, constituye la interfaz con el hardware de red. Esta interfaz puede proporcionar o no entrega fiable, y puede estar orientada a flujo o a paquetes. De hecho, TCP/IP no especifica ningún protocolo aquí, pero puede usar casi cualquier interfaz de red disponible, lo que ilustra la flexibilidad de la capa IP. Ejemplos son IEEE 802.2, X.25 (que es fiable por sí mismo), ATM, FDDI, PRN("Packet Radio Networks", como AlohaNet) de incluso SNA.
Las interacciones reales se muestran con flechas en Figura - Modelo arquitectónico. Un modelo de capas más detallado se muestra en Figura - Modelo arquitectónico detallado.
Figura: Modelo arquitectónico detallado
2.1.2.2 Puentes, "routers" y pasarelas
La formación de una red conectando múltiples redes se consigue por medio de los "routers". Es importante distinguir entre un "router", un puente y una pasarela.
Puente
Interconecta segmentos de LAN a nivel de interfaz de red y envía tramas entre ellos. Un puente realiza la función de retransmisión MAC, y es independiente de cualquier capa superior (incluyendo el enlace lógico). Proporciona, si se necesita, conversión de protocolo a nivel MAC.
Un puente es transparente para IP. Es decir, cuando un host envía un datagrama a otro host en una red con el que se conecta a través de un puente, envía el datagrama al host y el dar cruza el puente sin que el emisor se dé cuenta.
"Router"
Interconecta redes en el nivel de red y encamina paquetes entre ellas. Debe comprender la estructura de direccionamiento asociada con los protocolos que soporta y tomar la decisión de si se han de enviar, y cómo se ha de hacer, los paquetes. Los "routers" son capaces de elegir las mejores rutas de transmisión así como tamaños óptimos para los paquetes. La función básica de encaminamiento está implementada en la capa IP. Por lo tanto, cualquier estación de trabajo que ejecute TCP/IP se puede usar como "router".
Un "router" es visible para IP. Es decir, cuando un host envía un dar IP a otro host en una red conectada por un "router", envía el datagrama al "router" y no directamente al host de destino.
Pasarela
Interconecta redes a niveles superiores que los puentes y los "routers". Una pasarela suele soportar el mapeado de direcciones de una red a otra, así como la transformación de datos entre distintos entornos para conseguir conectividad entre los extremos de la comunicación. Las pasarelas limitan típicamente la conectividad de dos redes a un subconjunto de los protocolos de aplicación soportados en cada una de ellas.
Una pasarela es opaca para IP. Es decir, un host no puede enviar un datagrama IP a través de una pasarela: sólo puede enviarlo a la pasarela. La pasarela se ocupa de transmitirlo a la otra red con la información de los protocolos de alto nivel que vaya en él.
Estrechamente ligado al concepto de pasarela, está el de cortafuegos("firewall" o pasarela cortafuegos, que se usa para restringir el acceso desde Internet a una red o un grupo de ellas, controladas por una organización, por motivos de seguridad. Ver Cortafuegos para más detalles.
2.1.2.3 Encaminamiento IP
Los datagramas entrantes se chequean para ver si el host local es el destinatario:
sí
El datagrama se pasa a los protocolos de nivel superior.
no
El datagrama es para un host diferente. La acción depende del valor del flag "ipforwarding"(retransmisión IP).
verdadero
El datagrama se trata como si fuera un datagrama saliente y se encamina el siguiente salto según el algoritmo descrito abajo.
falso
El datagrama se desecha.
En el protocolo de red, los datagramas salientes se someten al algoritmo de encaminamiento IP que determina dónde enviar el datagrama de acuerdo con la dirección de destino.
* Si el host tiene una entrada en su tabla de encaminamiento IP (ver Encaminamiento IP básico) que concuerde con la ir de destino, el datagrama se envía a la dirección correspondiente a esa entrada.
* Si el número de red de la dirección IP de destino es el mismo que el de uno de los adaptadores de red del host(están en la misma red) el datagrama se envía a la dirección física del host que tenga la dirección de destino.
* En otro caso, el datagrama se envía a un "router" por defecto.
Este algoritmo básico, necesario en toda implementación de IP, es suficiente para realizar las funciones de encaminamiento elementales.
Como se señaló arriba, un host TCP/IP tiene una funcionalidad básica como "router", incluida en IP. Un "router" de esta clase es adecuado para encaminamiento simple, pero no para redes complejas. Los protocolos requeridos para redes complejas se describen en protocolos de encaminamiento.
El mecanismo de encaminamiento IP, combinado con el modelo por capas de TCP/IP, se representa en Figura - El "router". Muestra un datagrama IP, yendo de una dirección IP(número de red X, host número A) a otra(número de red Y, host número B), a través de dos redes físicas. Nótese que en el "router" intermedio, sólo están implicados los niveles inferiores de la pila(red e interfaz de red).
Figura: El "router" - La función de "router" la realiza el protocolo IP.
2.2 Direccionamiento
Las direcciones de Internet pueden ser simbólicas o numéricas. La forma simbólica es más fácil de leer, por ejemplo: [email protected]. La forma numérica es un número binario sin signo de 32 bits, habitualmente expresado en forma de números decimales separados por puntos. Por ejemplo, 9.167.5.8 es una dirección de Internet válida. La forma numérica es usada por el software de IP. La función de mapeo entre los dos la realiza el DNS(Domain Name System)discutido inDNS(Domain Name System). Primeramente examinaremos la forma numérica, denominada dirección IP.
2.2.1 La dirección IP
Los estándares para las direcciones IP se describen en RFC 1166 -- Números de Internet.
Para ser capaz de identificar una máquina en Internet, a cada interfaz de red de la máquina o host se le asigna una dirección, la dirección IP, o dirección de Internet. Cuando la máquina está conectada a más de una red se le denomina "multi-homed" y tendrá una dirección IP por cada interfaz de red. La dirección IP consiste en un par de números:
IP dirección = <número de red<número de interfaz de red
La parte de la dirección IP correspondiente al número de red está administrada centralmente por el InterNIC(Internet Network Information Center)y es única en toda la Internet.(1)
Las direcciones IP son números de 32 bits representados habitualmente en formato decimal (la representación decimal de cuatro valores binarios de 8 bits concatenados por puntos). Por ejemplo128.2.7.9 es una dirección IP, donde 128.2 es el número de red y 7.9 el de la interfaz de red. Las reglas usadas para dividir una dirección de IP en su parte de red y de interfaz de red se explican abajo.
El formato binario para la dirección IP 128.2.7.9 es:
10000000 00000010 00000111 00001001
Las direcciones IP son usadas por el protocolo IP(ver Internet Protocol (IP)) para definir únicamente un host en la red. Los datagramas IP(los paquetes de datos elementales intercambiados entre máquinas) se transmiten a través de alguna red física conectada a la interfaz de la máquina y cada uno de ellos contiene la dirección IP de origen y la dirección IP de destino. Para enviar un datagrama a una dirección IP de destino determinada la dirección de destino de ser traducida o mapeada a una dirección física. Esto puede requerir transmisiones en la red para encontrar la dirección física de destino(por ejemplo, en LANs el ARP("Adress Resolution Protocol", analizado en ARP("Address Resolution Protocol", se usa para traducir las direcciones IP a direcciones físicas MAC).
Los primeros bits de las direcciones IP especifican como el resto de las direcciones deberían separarse en sus partes de red y de interfaz.
Los términos dirección de red y netID se usan a veces en vez de número de red, pero el término formal, utilizado en RFC 1166, es número de red. Análogamente, los términos dirección de host y hostID se usan ocasionalmente en vez de número de host.
Hay cinco clases de direcciones IP. Se muestran en Figura - Clases asignadas de direcciones de Internet.
Figura - Clases asignadas de direcciones de Internet.
Nota: Dos de los números de red de cada una de las clases A, B y C, y dos de los números de host de cada red están preasignados: los que tienen todos los bits a 0 y los que tienen todos los bits a 1. Son estudiados más abajo en Direcciones IP especiales.
* Las direcciones de clase A usan 7 bits para el número de red permitiendo 126 posibles redes(veremos posteriormente que de cada par de direcciones de red y de host, dos tienen un significado especial). Los restantes 24 bits se emplean para el número de host, de modo que cada red tener hasta 16,777,214 hosts.
* Las direcciones de clase B usan 14 bits para el número de red, y 16 bits para el de host, lo que supone 16382 redes de hasta 65534 hosts cada una.
* Las direcciones de clase C usan 21 bits para el número de red y 8 para el de host, lo que supone 2,097,150 redes de hasta 254 hosts cada una.
* Las direcciones de clase D se reservan para multicasting o multidifusión, usada para direccionar grupos de hosts en un área limitada.Ver Multicasting para más información sobre el multicasting.
* Las direcciones de clase E se reservan para usos en el futuro
Es obvio que una dirección de clase A sólo se asignará a redes con un elevado número de hosts, y que las direcciones de clase C son adecuadas para redes con pocos hosts. Sin embargo, esto significa que las redes de tamaño medio(aquellas con más de 254 hosts o en las que se espera que en el futuro haya más de 254 hosts) deben usar direcciones de clase IP. El número de redes de tamaño pequeño y medio ha ido creciendo muy rápidamente en los últimos años y se temía que, de haber permitido que se mantuviera este crecimiento, todas las direcciones de clase B se habrían usado para mediados de los '90. Esto es lo que se conoce como el problema del agotamiento de las direcciones IP. Este problema y cómo está siendo tratado es analizado en El problema del agotamiento de las direcciones IP.
Un hecho a señalar en la división de la dirección IP en dos partes es que esta división a su vez divide en dos partes la responsabilidad de elegir una dirección IP. El número de red es asignado por el InterNIC y el de host por la autoridad que controla la red. Como veremos en la siguiente sección, el número de host puede dividirse aún más: esta división también es controlada por la autoridad propietaria de la red, y no por el InterNIC.
2.2.2 Subredes
Debido al crecimiento explosivo de Internet, el uso de direcciones IP asignadas se volvió demasiado rígido para permitir cambiar con facilidad la configuración de redes locales. Estos cambios podían ser necesarios cuando:
* Se instala una nueva red física.
* El crecimiento del número de hosts requiere dividir la red local en dos o más redes.
Para evitar tener que solicitar direcciones IP adicionales en estos casos, se introdujo el concepto de subred.
El número de host de la dirección IP se subdivide de nuevo en un número de red y uno de host. Esta segunda red se denomina subred. La red principal consiste ahora en un conjunto de subredes y la dirección IP se interpreta como
<número de red<número de subred<número de host
La combinación del número de subred y del host suele denominarse "dirección local" o parte local". La creación de subredes se implementa de forma que es transparente a redes remotas. Un host dentro de una red con subredes es consciente de la existencia de estas, pero un host de un red distinta no lo es; sigue considerando la parte local de la dirección IP como un número de host.
La división de la parte local de la dirección IP en números de subred y de host queda a libre elección del administrador local; cualquier serie de bits de la parte local se puede tomar para la subred requerida. La división se efectúa empleando una máscara de subred que es un número de 32 bits. Los bits a cero en esta máscara indican posiciones de bits correspondientes al número de host, y los que están a uno, posiciones de bits correspondientes al número de subred. Las posiciones de la máscara pertenecientes al número de red se ponen a uno pero no se usan. Al igual que las direcciones IP, las máscaras de red suelen expresarse en formato decimal.
El tratamiento especial de "todos los bits a cero" y "todos los bits a uno" se aplica a cada una de las tres partes de dirección IP con subredes del mismo modo que a una dirección IP que no las tiene. Ver Direcciones IP especiales. Por ejemplo, una red de clase B con subredes, que tiene un parte local de 16 bits, podría hacer uso de uno de los siguientes esquemas:
* El primer byte es el número de subred, el segundo el de host. Esto proporciona 254(256 menos dos, al estar los valores 0 y 255 reservados) posibles subredes, de 254 hosts cada una. La máscara de subred es 255.255.255.0.
* Los primeros 12 bits se usan para el número de subred, y los 4 últimos para el de host. Esto proporciona 4094 posibles subredes(4096 menos 2), pero sólo 14 host por subred. La máscara de subred es 255.25.255.240. Hay muchas otras posibilidades.
Mientras el administrados es totalmente libre de asignar la parte de subred a la dirección local de cualquier forma legal, el objetivo es asignar un número de bits al número de subred y el resto a la dirección local. Por tanto, es corriente usar un bloque de bits contiguos al comienzo de la parte local para el número de subred ya que así las direcciones son más legibles(esto es particularmente cierto cuando la subred ocupa 8 o 16 bits). Con este enfoque, cualquiera de las máscaras anteriores es buena, pero no máscaras como 255.255.252.252 o 255.255.255.15.
2.2.2.1 Tipos de "subnetting"
Hay dos tipos de "subnetting": estático y de longitud variable. El de longitud variable es el más flexible de los dos. El tipo de "subnetting" disponible depende del protocolo de encaminamiento en uso; el IP nativo sólo soporta "subnetting" estático, al igual que el ampliamente utilizado RIP. Sin embargo, la versión 2 del protocolo RIP soporta además "subnetting" de longitud variable. Para ver una descripción de RIP y RIP2, ir a RIP("Routing Information Protocol". Protocolos de encaminamiento analiza los protocolos de encaminamiento en detalle.
"Subnetting" estático
El "subnetting" estático consiste en que todas las subredes de la red dividida empleen la misma máscara de red. Esto es simple de implementar y de fácil mantenimiento, pero implica el desperdicio de direcciones para redes pequeñas. Por ejemplo, una red de cuatro hosts que use una máscara de subred de 255.255.255.0 desperdicia 250 direcciones IP. Además, hace más difícil reorganizar la red con una máscara nueva. Hoy en día, casi todos los hosts y "routers" soportan "subnetting" estático.
"Subnetting" de longitud variable
Cuando se utiliza "subnetting" de longitud variable, las subredes que constituyen la red pueden hacer uso de diferentes máscaras de subred. Una subred pequeña con sólo unos pocos hosts necesita una máscara que permita acomodar sólo a esos hosts. Una subred con muchos puede requerir una máscara distinta para direccionar esa elevada cantidad de hosts. La posibilidad de asignar máscaras de subred de acuerdo a las necesidades individuales de cada subred ayuda a conservar las direcciones de red. Además, una subred se puede dividir en dos añadiendo un bit a la máscara. El resto de las subredes no se verán afectadas por el cambio. No todos los hosts y "routers" soportan "subnetting" de longitud variable.
Sólo se dispondrán redes del tamaño requerido y los problemas de encaminamiento se resolverán aislando las redes que soporten "subnetting" de longitud variable. Un host que no soporte este tipo de "subnetting" debería disponer de una ruta de encaminamiento a un "router" que sí lo haga.
Mezclando "subnetting" estático y de longitud variable
A primera vista, parece que la presencia de un host que sólo puede manejar "subnetting" estático impediría utilizar "subnetting" de longitud variable en cualquier punto de la red. Afortunadamente no es este el caso. Siempre que los "routers" entre las subredes que tengan distintas máscaras usen "subnetting" de longitud variable, los protocolos de encaminamiento son capaces de ocultar la diferencia entre máscaras de subred a cada host de una subred. Los hosts pueden seguir usando encaminamiento IP básico y desentenderse de las complejidades del "subnetting", que quedan a cargo de "routers" dedicados a tal efecto.
2.2.2.2 Ejemplo de "subnetting" estático
Asumamos que a nuestra red se le ha asignado el número de red IP de clase B 129.112. Tenemos que implementar múltiples redes físicas en nuestra red, y algunos de los "routers" que usaremos no admiten "subnetting" de longitud variable. Por tanto tendremos que elegir una máscara de subred para la totalidad de la red. Tenemos una dirección local de 16 bits para la red y debemos dividirla correctamente en dos partes. Por el momento, no preveremos tener más de 254 redes físicas, ni más de 254 hosts por red, de tal forma que una máscara de subred aceptable sería 255.255.255.0(que además tiene la ventaja de ser legible). Esta decisión debe tomarse cuidadosamente, ya que será difícil cambiarla posteriormente. Si el número de redes o de hosts crece por encima de nuestras previsiones, puede que tengamos que implementar "subnetting" de longitud variable para usar al máximo las 65534 direcciones locales de las que disponemos.
Figura - Una configuración de subred muestra un ejemplo de implementación con tres subredes.
Figura: Una configuración de subred - Tres redes físicas forman una sola red IP. Los dos "routers" realizan tareas ligeramente diferentes. El "router" 1 actúa como "router" entre las subredes 1 y 3 así como para toda nuestra red y el resto de Internet. El "router" 2 actúa sólo como "router" entre las redes 1 y 2.
Consideremos ahora una máscara de subred diferente: 255.255.255.240. El cuarto octeto se ha dividido por tanto en dos partes:
La siguiente tabla contiene las posibles subredes que usarían esta máscara:
Tabla: Valores de subredes para la máscara de subred 255.255.255.240
Para cada uno de estos valores de subred, sólo 14 direcciones( de la 1 a la 14) de hosts están disponibles, ya que sólo la parte derecha del octeto se puede usar y porque las direcciones 0 y 15 tienen un significado especial tal como se describe en Direcciones IP especiales.
De este modo, el número de subred 9.67.32.16 contendrá a los hosts cuyas direcciones IP estén en el rango de 9.67.32.17 a 9.67.32.30, y el número de subred 9.67.32.32 a los hosts cuyas direcciones IP estén en el rango de 9.67.32.33 a 9.67.32.46, etc.
2.2.2.3 Encaminamiento IP con subredes
Para encaminar un datagrama IP en la red, el algoritmo general de encaminamiento IP tiene la forma siguiente:
Figura: Encaminamiento IP con subredes
Para ser capaz de distinguir entre subredes, el algoritmo de encaminamiento IP cambia y adopta la siguiente forma:
Figura: Encaminamiento IP con subredes
Algunas consecuencias de este algoritmo son:
* Es un cambio a algoritmo general. Por tanto, para poder operar de este modo, la correspondiente pasarela debe contener también el nuevo algoritmo. Algunas implementaciones pueden seguir usando el algoritmo general, y no funcionarán dentro de una red con subredes, aunque todavía podrán comunicarse con hosts en otras redes que no empleen "subnetting".
* Ya que el encaminamiento IP se usa en todos los hosts (aunque no en todos los "routers", todos los hosts en la subred deben:
1. Tener un algoritmo IP que soporte "subnetting".
2. Tener la misma máscara de subred(a menos que existan subredes dentro de la subred).
* Si la implementación de algún host no soporta "subnetting", dicho host sólo podrá comunicarse con hosts de la propia subred, pero no con máquinas que se hallen en otra subred dentro de su misma red. Esto se debe a que el host sólo ve la red IP y su encaminamiento no puede distinguir entre un datagrama IP dirigido a un host de su subred y que se debería enviar a través de un "router" a una subred diferente.
En caso de que uno o más hosts no soporten "subnetting", una forma alternativa de lograr el mismo objetivo es hacer uso del proxy-ARP, que no requiere cambios al algoritmo de encaminamiento IP para un host con una sola interfaz("single-homed", pero requiere cambios en los "routers" entre subredes. Esto se explica con más detalle en Proxy-ARP o "subnetting" transparente.
2.2.2.4 Obteniendo una máscara de subred
Habitualmente, los hosts almacenan su máscara de subred en un fichero de configuración. Sin embargo, a veces esto no se puede hacer, como es el caso de estaciones de trabajo sin disco. El protocolo ICMP incluye dos mensajes, solicitud de máscara de direcciones y respuesta de máscara de direcciones, que permitirá a los hosts obtener la máscara de subred correcta de un servidor. Ver Solicitud de máscara de direcciones(17) y Respuesta de máscara de direcciones (18) para más información.
2.2.2.5 Direccionando "routers" y hosts "multi-homed"
Un host se denomina "multi-homed" cuando tiene conexión física con múltiples redes o subredes . Todos los "routers" han de ser multi-homed ya que su trabajo es unir redes o subredes distintas. Un host multi-homed tiene siempre una dirección IP diferente para cada adaptador de red, puesto que cada adaptador se halla en una red distinta.
Hay una excepción aparente a esta regla: con algunos sistemas(por ejemplo VM y VMS) es posible especificar la misma dirección IP para múltiples enlaces punto a punto (como es el caso de los adaptadores de canal a canal) si el protocolo de encaminamiento se limita al algoritmo básico de encaminamiento IP.
2.2.3 Direcciones IP especiales
Como se ha señalado anteriormente, cualquier componente de un dirección IP con todos sus bits a 1 o a 0 tiene un significado especial
todos los bits a 0
significa "este": "este" host (direcciones IP con <número de host=0) o "esta" red (direcciones IP con <número de red=0) y sólo se usa cuando el valor real no se conoce. Esta forma de expresar direcciones se utiliza con direcciones IP fuente, cuando el host trata de determinar sus direcciones IP por medio de un servidor remoto. El host puede incluir su número de host, si lo conoce, pero no su número de red o subred. Ver Protocolo BOOTstrap - BOOTP.
todos los bits a 1
significa "todos": "todas" las redes o "todos" los hosts. Por ejemplo, 128.2.255.255 (una dirección de clase B con número de host 255.255) significar "todos los host de la red 128.2". Este forma de expresar direcciones se emplea en mensajes de broadcast, como se describe más abajo.
Hay otra dirección de especial importancia: el número de red de clase A con todos los bits a 1, 127, se reserva para la dirección de loopback. Todo lo que se envíe a una dirección con 127 como valor del byte de mayor orden, por ejemplo 127.0.0.1, no debe encaminarse a través de la red, sino directamente del controlador de salida al de entrada. (2)
2.2.4 Unicasting, broadcasting y multicasting
La mayoría de las direcciones IP se refieren a un sólo destinatario: se denomina direcciones de unicast. Sin embargo, como se ha señalado anteriormente, hay dos tipos especiales de direcciones IP que se utilizan para direccionar a múltiples destinatarios: las direcciones de broadcast y de multicast. Cualquier protocolo no orientado a conexión puede enviar mensajes de broadcast o de multicast, además de los unicast. Un protocolo orientado a conexión sólo puede usar direcciones de unicast porque la conexión existe entre un par específico de hosts. Ver TCP("Transmission Control Protocol" para más información sobre los protocolos orientados a conexión..
2.2.4.1 Broadcasting
Hay una serie de direcciones que usan para el broadcast en IP: todas manejan el convenio de que "todos los bits a 1" indica "todos". Las direcciones de broadcast nunca son válidas como direcciones fuente, sólo como direcciones de destino. Los diferentes tipos de broadcast se listan aquí:
direcciones de broadcast limitado
La dirección 255.255.255.255 (todos los bits a 1 en toda la dirección IP) se usa en redes que soportan broadcast, como por ejemplo redes en anillo, y se refiere a todos los host de la subred. No requiere que el host tenga conocimiento alguno de la configuración IP. Todos los host de la red local reconocerán la dirección, pero los "router" nunca enviarán el mensaje. Esta regla tiene una excepción, llamada retransmisión BOOTP. El protocolo BOOTP emplea el broadcast limitado para permitir a estaciones de trabajo sin disco contactar con un servidor BOOTP. La retransmisión BOOTP es una opción de configuración disponible en algunos "routers". Sin esta posibilidad, haría falta un servidor BOOTP en cada subred. Sin embargo, no se trata de una simple retransmisión, ya que el "router" también interviene en el desarrollo del protocolo BOOTP. Ver Protocolo BOOTstrap - BOOTP para más información al respecto.
direcciones de broadcast dirigidas a red
Si el número de red es un válido, la red no se subdivide en subredes y el número de host referencia todos los hosts de la red especificada, (por ejemplo, 128.2.255.255). Los "router" deberían enviar estos mensajes de broadcast a menos que están configurados para no hacerlo. Este tipo de broadcast se utiliza en solicitudes ARP (ver ARP("Address Resolution") en redes que contienen subredes.
direcciones de broadcast dirigidas a subred
Si el número de red y el de subred son válidos, y el de host tiene todos sus bits a 1, entonces la dirección referencia a todos los host de la subred especificada. Ya que la subred fuente y la de destino pueden tener distintas máscaras de subred, la fuente debe resolver de algún modo la máscara usada en la subred de destino. El broadcast lo efectúa realmente el "router" de subred que recibe el datagrama.
direcciones de broadcast dirigidas a todas las subredes
Si el número de red es válido, la red se subdivide en subredes y la parte local de la dirección tiene todos los bits a 1(por ejemplo, 128.2.255.255), y la dirección se refiere a todos los hosts en todas las subredes de la red especificada. En principio, los "router" pueden propagar broadcasts por todas las subredes, aunque no están obligados a hacerlo. En la práctica, no lo hacen; hay pocas circunstancias en las que un broadcast sea deseable, y puede causar problemas, particularmente si un host se ha configurado incorrectamente sin su máscara de subred. Considerar el derroche de recursos que se produciría si el host 9.180.214.114 en la red local clase A con subredes no fuera consciente de la existencia de esas subredes y usara 9.255.255.255 como dirección de broadcast "local" en vez de 9.180.214.255 y todos los "router" aceptaran la solicitud de enviar mensajes a todos los clientes.
Si los "router" respetan todos los mensajes de broadcast dirigidos a subredes, utilizan un algoritmo llamado Retransmisión Inversa("Reverse Path Forwarding" para evitar que los mensajes de broadcast se multipliquen descontroladamente. Ver el RFC 922 para más detalles sobre este algoritmo.
2.2.4.2 Multicasting
El broadcast tiene una gran desventaja: su falta de selectividad. Si un datagrama IP se difunde por broadcast a una subred, cada host de la misma lo recibirá, y tendrá que procesarlo para determinar si el destinatario está activo. Si no lo está, el datagrama IP se elimina. El multicast elimina este overhead al usar grupos de direcciones IP.
Cada grupo está representado por un número de 28 bits, incluido en una dirección de clase D. Recordar que una dirección de clase D tiene el formato:
De este modo, las direcciones de grupos de multicast 224.0.0.0 a 239.255.255.255. Para cada dirección multicast hay un conjunto de cero o más hosts a la escucha. Es lo que se denomina el grupo de hosts. Para que un host envíe un mensaje a ese grupo no se requiere que pertenezca a él.
Hay dos clases de grupos de hosts:
permanentes
La dirección IP tiene una asignación permanente a través de IANA. La pertenencia a un grupo no es permanente: un host puede unirse a un grupo o dejarlo a voluntad. Los grupos asignados con carácter permanente se incluyen en STD 2 - Números asignados de Internet. Algunos importantes son:
224.0.0.0
Dirección base reservada
224.0.0.1
Todos los sistemas en esta subred
224.0.0.2
Todos los "routers" en esta subred
Algunos otros ejemplos usados por el protocolo de encaminamiento OSPF(ver Versión 2 de OSPF("Open Shortest Path First Protocol") son:
224.0.0.5
Todos los "router" OSPF
224.0.0.6
"Routers" OSPF designados
Una aplicación puede además determinar la dirección IP permanente de un grupo por medio del DNS (ver DNS("Domain Name System") usando el dominio mcast.net, o determinar el grupo permanente para una dirección a través de una consulta por punteros(ver Mapeando direcciones IP a nombres de dominio - Consultas por punteros) en el dominio 224.in-addr.arpa. Un grupo permanente existe aunque no tenga miembros.
provisionales
Cualquier grupo que no sea permanente es provisional y está disponible para ser asignado dinámicamente según las necesidades. Los grupos provisionales dejan de existir cuando el número de sus miembros se hace cero.
El multicast en una sola red física que lo soporte s simple. Para unirse a un grupo, un proceso activo en un host debe informar de algún modo a sus controladores de red que desea ser parte del grupo especificado. El propio software de los controladores debe mapear la dirección de multicast a una dirección física de multicast para permitir la recepción de paquetes en esa dirección. Además, tiene que asegurarse de que el proceso receptor no recibe datagramas espúreos, chequeando la dirección de destino de la cabecera IP antes de pasarlos a la capa IP.
Por ejemplo, Ethernet soporta multicast si el byte de orden superior de la dirección de 48 bytes es X'01' y además IANA posee un bloque de la dirección, consistente en las direcciones entre X'00005E000000' y X'00005EFFFFFF'. IANA ha asignado la mitad inferior de este rango para direcciones de multicast, de modo que en una LAN Ethernet hay un rango de direcciones físicas entre X'01005E000000' y X'01005E7FFFFF' usado para el multicast IP. Este rango tiene 23 bits utilizables, por lo que las direcciones de multicast de 28 bits se mapean a Ethernet tomando los 23 bits inferiores, es decir, hay 32 direcciones de multicast mapeadas sobre cada dirección Ethernet. Debido a este mapeo no unívoco, hace falta efectuar un filtrado en el controlador. Hay otras dos razones por la que se podría seguir necesitando el filtrado:
* Algunos adaptadores LAN están limitados a un número finito de direcciones multicast concurrentes y si este es excedido tendrán que recibir todos los multicast.
* Otros adaptadores LAN tienden a filtrar de acuerdo con un valor de una tabla de hash, lo que significa que hay una posibilidad de que el filtro tenga fugas, si dos direcciones multicast con el mismo valor de hash se usan al mismo tiempo.
A pesar de la necesidad de filtrar por software de paquetes multicast, el multicast aún causa mucho menos overhead en los hosts no interesados. En particular, aquellos hosts que no estén en ningún grupo no escuchan a los mensajes con direcciones multicast y por tanto todos los mensajes multicast son filtrados por el hardware de la interfaz de red.
El multicast no se limita a una sola red física. Hay dos aspectos del multicast en redes físicas a considerar:
* Un mecanismo para decidir la amplitud del multicast(recordar que a diferencia del unicast y el broadcast, las direcciones de multicast cubren toda Internet).
* Un mecanismo para decidir si un datagrama multicast necesita ser enviado a una red concreta.
El primer problema tiene fácil solución: el datagrama multicast tiene un TTL(tiempo de vida o "Time To Live" como cualquier otro datagrama, que se decrementa con cada salto a una nueva red Cuando el TTL se decrementa a cero, el datagrama no puede ir más lejos. El mecanismo para decidir si un router debe enviar un datagrama multicast se denomina IGMP("Internet Group Management Protocol" o "Internet Group Multicast Protocol". IGMP se describe más detalle en IGMP("Internet Group Management Protocol". IGMP y el multicast se definen en el RFC 1112 - Extensiones de host para el multicast IP.
Pronto la tercera parte