DISEÑO DE REDES DE
COMPUTADORAS
Unidad VI. Diseñando un plan de
direccionamiento IP para las redes.
Direccionamiento IPv4
Número que identifica, de manera lógica y jerárquica, a una Interfaz en red de un dispositivo que utilice el protocolo IP, que corresponde al nivel de red del modelo TCP/IP.
Cada dispositivo de una red debe ser definido en forma exclusiva mediante un número binario de 32 bits . Para los humanos se utiliza el formato decimal punteado.
10101100000100000000010000010100 = 172.16.4.20
Conversión de binario en decimal
Conversión de binario en decimal
Ejercicios
Conversión de binario en decimal:
11101110111111010011011011111001
11010101011110101110110101010111
01011001010101010101010110101010
00010101010111110110111010101111
Conversión de decimal a binario
Ejercicios
Conversión de decimal a binario
Tipos de direcciones en una red IPv4
• Dirección de red: dirección en la que se hace referencia a la red. Tiene un 0 por cada bit de host en la porción de host de la dirección
• Dirección de broadcast: dirección especial en que se envía datos a todos los hosts de la red. La dirección de broadcast utiliza la dirección más alta en el rango de la red. Ésta es la dirección en la cual los bits de la porción de host son todos 1. Para la red 10.0.0.0 con 24 bits de red, la dirección de broadcast sería 10.0.0.255. A esta dirección se la conoce como broadcast dirigido
• Direcciones host: direcciones asignadas a los equipos finales
Máscara y prefijos de red
• Máscara de red:
La máscara de red determina cuántos y qué bits del espacio de la dirección host representan el número de subred y cuántos y cuáles representan el número de host. Ej. Ip: 172.16.41.0 – Máscara de red: 255.255.255.0
• Prefijos de red:
Representación de la máscara de red Ej. Ip: 172.16.41.0/24
Clases de direcciones IP
La clase D está formada por direcciones que identifican no a un host, sino a un grupo de ellos. Las direcciones de clase E no se pueden utilizar (están reservadas)
Subredes
Objetivo: dividir una red simple en redes múltiples (subredes). Se realiza convirtiendo bits de hosts en bits de red (convirtiendo 0 en 1 en la máscara de red). Subnetting se le conoce también como FLSM (Fixed Length Subnet Mask, máscara de subred de longitud fija).
Subnetting se puede realizar de varias maneras:
• Por requerimiento de redes.
• Po requerimiento de hosts.
• Por máscara de subred (ampliada, personalizada) en notación decimal o en notación de barra diagonal.
Máscara de subred: porciones de red y host
La máscara de subred se expresa con el mismo formato decimal punteado que la dirección IPv4. La máscara de subred se crea al colocar un 1 binario en cada posición de bit que representa la porción de red y un 0 binario en cada posición de bit que representa la porción de host.
Operación AND
El objeto de la operación AND es encontrar la dirección de red/subred a la que pertenece un host dado su dirección IP y su máscara de red/subred
Operación OR
El objeto de la operación OR es encontrar la dirección de broadcast para la red/subred a la que pertenece un host dado su dirección IP y su máscara de red/subred:
Ejercicios
Ejercicios
Préstamo de bits
VLSM
Las máscaras de subred de tamaño variable (variable length subnet mask, VLSM) representan otra de las tantas soluciones que se implementaron para el agotamiento de direcciones ip (1987) y otras como la división en subredes (1985), el enrutamiento de interdominio CIDR (1993), NAT y las direcciones ip privadas.
VLMS toma una red y la divide en subredes fijas, luego se toma una de esas subredes y se vuelve a dividir tomando bits "prestados" de la porción de hosts, ajustándose a la cantidad de hosts requeridos por cada segmento de nuestra red.
VLSM se creó por el crecimiento exponencial de las redes que ha hecho que el direccionamiento IPv4, no permita un desarrollo y una escalabilidad acorde a lo deseado por los administradores de red. E
Las mascaras de Subred de tamaño variable representan otra de las tantas soluciones que se implementaron para el agotamiento de direcciones ip y otras como la división en subredes , el enrutamiento de interdominio CIDR (1993), NAT y las direcciones ip privadas. Otra de las funciones de VLSM es descentralizar las redes y de esta forma conseguir redes mas seguras y jerárquicas.
VLSM
Agregación de rutas
También conocido como sumarización de rutas (CDIR), Es el proceso de anunciar un conjunto de direcciones contiguas como una única dirección, con una máscara de subred más corta y menos específica. CDIR es una forma de sumarización de ruta y es un sinónimo de “creación de superredes”.
Omite la restricción de límites con clases y permite la sumarización con máscaras más pequeñas que las máscaras con clase predeterminada.
Unidad VII. Seleccionando un
protocolo de enrutamiento para la red.
Protocolos de enrutamiento
Permiten a los routers poder dirigir o enrutar los paquetes hacia diferentes redes usando tablas.
Los protocolos de enrutamiento pueden ser:
• Protocolo de enrutamiento estático: Generado por el propio administrador de red, todas las rutas estáticas que se definan son las que el Router reconocerá, por lo tanto sabrá enrutar paquetes hacia dichas redes.
• Protocolo de enrutamiento dinámico: El administrador se encarga de configurar el protocolo de enrutamiento mediante comandos IOS, en todos los routers de la red y éstos automáticamente intercambiarán sus tablas de enrutamiento con sus routers vecinos, por lo tanto cada Router conoce la red en base a las publicaciones de las otras redes que recibe de otros routers. Se clasifican en:
o Vector distancia o Estado de enlace.
Protocolos de enrutamiento
Protocolos de enrutamiento
Algunos protocolos de enrutamiento dinámicos son:
- RIP : Protocolo de enrutamiento de gateway Interior por vector distancia.
- IGRP: Protocolo de enrutamiento de gateway Interior por vector distancia, del cual es propietario CISCO.
- EIGRP: Protocolo de enrutamiento de gateway Interior por vector distancia, es una versión mejorada de IGRP.
- OSPF: Protocolo de enrutamiento de gateway Interior por estado de enlace.
- BGP: Protocolo de enrutamiento de gateway exterior por vector ditancia.
Protocolos de vector distancia.
Su métrica se basa en “número de saltos”, es decir la cantidad de routers por los que tiene que pasar el paquete para llegar a la red de destino, la ruta que tenga menor número de saltos, es la más óptima y la que se publicará.
Un router que utiliza un protocolo de enrutamiento vector distancia no tiene la información de la ruta completa hasta la red de destino. El router sólo tiene la siguiente información:
• La dirección o la interfaz en la que se deben reenviar los paquetes
• La distancia o la lejanía con respecto a la red de destino
Protocolos de vector distancia.
Funcionamiento de los protocolos de enrutamiento vector distancia
Algunos protocolos de enrutamiento vector distancia solicitan al router que envíe periódicamente un broadcast de toda la tabla de enrutamiento a cada uno de los vecinos. Este método no es eficiente porque las actualizaciones no sólo consumen ancho de banda sino también los recursos de la CPU del router para procesar las actualizaciones.
Las actualizaciones periódicas se envían a intervalos regulares (30 segundos para RIP y 90 segundos para IGRP).
Incluso si la topología no ha cambiado en varios días, las actualizaciones periódicas continúan enviándose a todos los vecinos.
Los vecinos son routers que comparten un enlace y que están configurados para usar el mismo protocolo de enrutamiento.
El router sólo conoce las direcciones de red de sus propias interfaces y las direcciones de red remota que puede alcanzar a través de sus vecinos.
No tiene un conocimiento más amplio de la topología de la red. Los routers que utilizan el enrutamiento vector distancia no tienen información sobre la topología de la red.
Características de RIP y EIGRP
RIP (Routing Information Protocol)
• Utiliza el conteo de saltos como métrica para la selección de rutas.
• Si el conteo de saltos de una red es mayor de 15, el RIP no puede suministrar una ruta para esa red.
• De manera predeterminada, se envía un broadcast o multicast de las actualizaciones de enrutamiento cada 30 segundos.
EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) Protocolo de Enrutamiento de Puerta de enlace Interior Mejorado
• Es un protocolo de transporte confiable.
• Establece adyacencias.
• Usa tablas de vecinos y topología.
• Utiliza el algoritmo de actualización por difusión (DUAL).
• Usa actualizaciones ilimitadas.
Protocolos de estado de enlace.
El protocolo de estado enlace OSPF (Open Shortest Path First = Primero el camino más corto) basa métrica en el retardo, ancho de banda, carga y confiabilidad de los distintos enlaces posibles para llegar a un destino, en base a esos conceptos el protocolo prefiere una ruta u otra.
Estos protocolos utilizan un tipo de publicaciones llamadas publicaciones de estado de enlace (LSA Link State Advertisements), que intercambian entre routers. Mediante éstas publicaciones cada Router crea una base de datos de la topología de red completa.
Protocolos de estado de enlace.
Características:
• Realizar la actualización de la información de encaminamiento según el algoritmo de estado-enlace.
• Utilizar el algoritmo SPF (Short Path First) para calcular el costo más bajo hasta un destino.
• Poder determinar la red destino del mensaje utilizando máscaras diferentes a la máscara por defecto de la clase a la que pertenece el equipo destino. Es un protocolo classless o sin clases
• Soportar tipos de servicio. Los administradores de red pueden instalar múltiples rutas hacia un destino dado, una por cada tipo de servicio.
• Proporcionar balanceo de carga entre rutas de igual peso. Si un administrador especifica múltiples rutas hacia un destino con el mismo coste, el protocolo OSPF distribuye el tráfico entre todas las rutas de la misma manera.
Permitir la partición en áreas y sistemas autónomos para el encaminamiento independiente en cada área. Los anuncios del estado de los enlaces se envían a todos los routers de un área.
• Realizar la localización automática de routers vecinos.
• Permitir la propagación de rutas aprendidas de fuentes externas.
• Propagar entre los enlaces las tablas de encaminamiento sólo cuando se detecta un cambio en la configuración de la red, ya que cuando se realizan actualizaciones, se produce un gran volumen de tráfico en la red.
Características de OSPF y IS-IS
OSPF (Open Shortest Path First = Primero el camino más corto)
• Estándar y de especificación abierta.
• Intra sistema autónomo.
• Converge rápidamente.
• Soporta diseño jerárquico, lo que lo hace muy escalable.
• Envía actualizaciones disparadas y sólo con la información que cambia.
• Se comunica utilizando multicast.
• Soporta autenticación.
IS-IS (Intermediate system to intermediate system)
• Protocolo de Routing Classless.
• Utiliza VLSM y sumarización manual y automática a IANA en los límites de la red.
• Utiliza el diseño en áreas para limitar la utilización intensiva de CPU.
• Envían actualizaciones incrementales, a través de los medios de broadcast, sincronizan las rutas completas cada 10 minutos.
• Mantienen la relación entre vecinos mediante paquetes Hello cada 10 segundos.
Comparativa entre vector distancia y estado de enlace.
VECTOR DISTANCIA ESTADO DE ENLACE
Vista de la topología de red desde la perspectiva del vecino.
Consigue una vista común de toda la topología de red.
Añade vectores de distancia de Router a Router.
Calcula la ruta más corta hasta otros routers.
Frecuentes actualizaciones periódicas, convergencia lenta.
Actualizaciones activadas por eventos, convergencia rápida.
Para copias de la tabla de enrutamiento a los routers vecinos.
Pasa las actualizaciones de enrutamiento de estado del enlace a los otros routers.
Unidad VIII. Diseñando redes para
transporte de voz.
Redes multiservicios integradas.
Consiste en una red de transmisión alta frecuencia que integra servicios de Voz, Video y Datos, los mismos que son trasmitidos por un solo cable. Incluyen un modelo jerárquico de red, desde el nivel de acceso, pasando por transporte, control y terminando en el nivel de servicio.
El enfoque a agrupar aplicaciones y diferentes tecnologías en servicios, permite definir niveles de servicio de acuerdo con la criticidad que dicho servicio tiene para el negocio.
Redes multiservicios integradas.
Redes multiservicios integradas.
Características:
• Apoyar voz, datos y vídeo
• Interfaces abiertas entre el transporte, el control y los usos de estándares
• Usa tecnología en modo de paquete al transporte (IP) para toda clase de información
• QoS garantizado para diversos tipos y SLAs del tráfico y niveles de prioridad para datos como el video y la voz.
• Encadenamiento fluido de servicios
• Todos los servicios en cualquier acceso
• Una red para cualquier servicio
• Estructura de gestión unificada
• Perfil único de usuario
Redes independientes Red multiservicios
VoIP
Voice Over Internet Protocol (Voz sobre Protocolo de Internet), es el enrutamiento de conversaciones de voz sobre internet u otra red basada en el protocolo IP.
Consiste en aprovechar la infraestructura desplegada originalmente para la transmisión de datos, para transmitir voz, por medio del protocolo IP que actualmente es el más utilizado en todo el mundo.
Protocolos de transporte y control de VoIP
Protocolo de transporte en tiempo real (RTP)
El RTP es un protocolo de transporte y control adaptado a las aplicaciones en tiempo real. El objetivo de RTP es que sea maleable y proporcionar la información requerida por una aplicación particular y normalmente será integrada dentro de la aplicación en vez de constituir un nivel separado.
Características:
• Se encapsula sobre UDP (TCP no sirve para aplicaciones de tiempo real).
• Usa puertos de usuario para cada medio que se transfiere.
• Puede enviar tramas generadas por cualquier algoritmo de Codificación: H261, MPEG-1, MPEG-2.
• Puede usarse con direcciones de destino unicast o multicast.
• Identifica los orígenes del tráfico, lo que permite reencapsular agrupando tráficos a mitad de camino.
• Incorpora marcas de tiempo para cada medio:
o Para sincronización intra-flujo (eliminar jitter).
o Para sincronización inter-medios (coincidencia audio/vídeo).
• Incluye números de secuencia para detectar pérdidas dentro de un flujo.
Protocolos de transporte y control de VoIP
El protocolo de control RTP (RTCP)
Se basa en la transmisión periódica de paquetes de control a todos los participantes de la sesión, utilizando el mismo mecanismo de transporte que los paquetes RTP. Utiliza un puerto distinto que RTP, por lo general se utilizan puertos consecutivos donde el par es asignado a el flujo RTP y el impar al flujo RTCP.
Características:
• Feedback RTCP: Encargado de la distribución de la información de realimentación de la calidad de los datos.
Uno podría tomar acciones para mejorar el rendimiento de la aplicación con esta información, por ejemplo cambiar la codificación, para disminuir la tasa de bits.
• Identificación: es necesario tener un identificador persistente a nivel de capa de transporte para las fuentes RTP. Este identificador se llama Nombre Canónico.
• Control de Participantes: las funciones anteriores obligan a los participantes de la sesión a enviar periódicamente paquetes RTCP, la tasa de envío de esos paquetes tiene que ser controlada para permitir acceso a mas participantes. Dado que los participantes envían los paquetes de control a todos los demás participantes, cada uno observa localmente el número de participantes y calcula a partir de este número la tasa de envío de paquetes de control.
Protocolos de transporte y control de VoIP
COdificador-DECodificador, es el aplicativo encargado de transformar la voz en datos y viceversa. Existen decenas de codecs, cada uno utiliza un algoritmo diferente, variando en el porcentaje de compresión, la calidad de la compresión y la cantidad de recursos que utilice en procesar esos datos.
Los códecs más usados en VoIP son: G.711 y G.729.
• G.711 utiliza mucho ancho de banda pero el sonido es excelente.
• G.729 tiene una compresión importante, sin perder mucha calidad (produce una perceptible bajada del volumen), lo que lo hace ideal para usarlo en VoIP. El inconveniente es que es un codec propietario, lo que implica pagar licencias por el uso.
Como alternativa libre y altamente extendida está el códec GSM, aunque su calidad es inferior.
Códecs.
Códecs.
Calidad de servicio
QoS o Calidad de Servicio (Quality of Service) es el rendimiento promedio de una red de telefonía o de computadoras, particularmente el rendimiento visto por los usuarios de la red. Cuantitativamente mide la calidad de los servicios que son considerados en varios aspectos del servicio de red, tales como tasas de errores, ancho de banda, rendimiento, retraso en la transmisión, disponibilidad, etc.
Ejemplos de mecanismos de QoS son la priorización de tráfico y la garantía de un ancho de banda mínimo.
La aplicación de QoS es un requisito básico para poder implantar servicios interactivos (por ejemplo voip).
Calidad de servicio
Los principales problemas en cuanto a la calidad del servicio (QoS) de una una red de VoIP son:
• Jitter
• Latencia
• Pérdida de paquetes.
Calidad de servicio
Jitter.
Los paquetes del transmisor pueden llegar a su destino con diferentes retardos. El jitter es la variación en el tiempo en la llegada de los paquetes, causada por congestión de red, perdida de sincronización o por las diferentes rutas seguidas por los paquetes para llegar al destino
Posibles soluciones:
Utilización del jitter buffer que consiste en asignar una pequeña cola para ir recibiendo los paquetes y sirviéndolos con un pequeño retraso. Si alguno no está en el buffer (se perdió o no ha llegado todavía) cuando sea necesario se descarta. Normalmente en los teléfonos IP (hardware y software) se pueden modificar los buffers. Un aumento del buffer implica menos perdida de paquetes pero más retraso. Una disminución implica menos retardo pero más perdida de paquetes.
Calidad de servicio
Retardo o latencia.
Puede ocurrir que los paquetes tomen un largo período en alcanzar su destino, debido a que pueden permanecer en largas colas o tomen una ruta menos directa para prevenir la congestión de la red. En algunos casos, los retardos excesivos pueden inutilizar aplicaciones tales como VoIP.
Posibles soluciones:
Reservar un ancho de banda de origen a destino o señalizar los paquetes para que los equipos sepan que se trata de tráfico en tiempo real y lo traten con mayor prioridad.
Calidad de servicio
Paquetes sueltos.
Los ruteadores pueden fallar en liberar algunos paquetes si ellos llegan cuando los buffers ya están llenos.
Algunos, ninguno o todos los paquetes pueden quedar sueltos dependiendo del estado de la red, y es imposible determinar que pasará de antemano. La aplicación del receptor puede preguntar por la información que será retransmitida posiblemente causando largos retardos a lo largo de la transmisión. Sin embargo la voz es bastante predictiva y si se pierden paquetes aislados se puede recomponer la voz de una manera bastante óptima. El problema es mayor cuando se producen pérdidas de paquetes en ráfagas.
Posible solución:
No transmitir los silencios. Gran parte de las conversaciones están llenas de momentos de silencio. Si sólo transmitimos cuando haya información audible liberamos bastante los enlaces y evitamos fenómenos de congestión.
Mecanismos de QoS aplicado a VoIP.
• Clasificación: El tráfico que entra al equipo y que se ha de transmitir se tiene que clasificar. Pueden usarse muchos criterios de clasificación: Por equipo destino, por marcas en los paquetes, por aplicación… Es algo que siempre hay que hacer ya que si no el propio concepto de QoS no existe. Básicamente, la clasificación es buscar a qué parámetros de QoS negociados o contratados pertenece un paquete (o tráfico) en particular: Tráfico máximo en ráfaga, tráfico mínimo sostenido, latencia máxima, variación en la latencia…
• Asignación de recursos: Una vez que se tiene el tráfico clasificado, y por tanto se saben qué parámetros de QoS se deben cumplir, hay que asignar los recursos en la interfaz. Hay que permitir que los paquetes se transmitan al medio (el aire o un cable).
Unidad IX. Administración de redes.
Protocolo SNMP
El Protocolo Simple de Administración de Red o SNMP (del inglés Simple Network Management Protocol) es un protocolo de la capa de aplicación que facilita el intercambio de información de administración entre dispositivos de red. Los dispositivos que normalmente soportan SNMP incluyen routers, switches, servidores, estaciones de trabajo, impresoras, bastidores de módem etc. Permite a los administradores supervisar el funcionamiento de la red, buscar y resolver sus problemas, y planear su crecimiento.
Un sistema administrador de red (NMS) ejecuta aplicaciones que supervisan y controlan a los dispositivos administrados. Los NMS’s proporcionan el volumen de recursos de procesamiento y memoria requeridos para la administración de la red. Uno o más NMS’s deben existir en cualquier red administrada.
Un dispositivo administrado es un dispositivo que contiene un agente SNMP y reside en una red administrada.
Estos recogen y almacenan información de administración, la cual es puesta a disposición de los NMS’s usando SNMP.
Un agente es un módulo de software de administración de red que reside en un dispositivo administrado. Un agente posee un conocimiento local de información de administración (memoria libre, número de paquetes IP recibidos, rutas, etcétera), la cual es traducida a un formato compatible con SNMP y organizada en jerarquías.
Protocolo SNMP
Protocolo RMON
RMON protocolo para la monitorización remota de redes. Es un estándar que define objetos actuales e históricos de control, permitiendo que usted capture la información en tiempo real a través de la red entera.
El estándar de RMON es una definición para Ethernet, además de formar parte del protocolo TCP/IP.
Una configuración típica de RMON consiste en la dirección de la estación central de la red y un dispositivo que hace un monitoreo remoto, llamado un agente de RMON. La dirección de la estación de la red puede ser el servidor o una PC basada en Windows o basada en UNIX que ejecuta una aplicación, tal como análisis de efectividad. De esta estación, se puede publicar comandos del SNMP que solicita la información del agente de RMON. El agente de RMON envía la información solicitada a la estación, que procesa y visualiza esta información sobre su consola.
El agente de RMON es un software que reside dentro de la red. Mientras que los paquetes viajan a través de la red, el agente de RMON recoge y analiza datos de Ethernet en tiempo real en un segmento alejado del LAN y salva continuamente los datos localmente en Ethernet según la especificación del MIB de RMON.
Usted puede tener agentes múltiples de RMON al ejecutarse en diversos segmentos de la red.
MIB = Management Information Base
Protocolo RMON
Protocolo NetFlow
NetFlow es un protocolo de red desarrollado por Cisco Systems para recolectar información sobre tráfico IP. Se ha convertido en un estándar de la industria para monitorización de tráfico de red, y actualmente está soportado para varias plataformas y sistemas operativos.
Los dispositivos con Netflow habilitado, cuando activan la característica de Netflow, generan "registros de netflow"
que consisten en pequeños trozos de información que envían a un dispositivo central o servidor de Netflow (o colector Netflow), que es quien recibe información de los dispositivos (o sondas Netflow) y la almacena y procesa.
Esa información se transmite mediante el protocolo netflow, basado en UDP o SCTP. Cada registro de netflow es un paquete pequeño que contiene una capacidad mínima de información, pero en ningún caso contiene los datos crudos o en bruto del tráfico, es decir, no envía el "payload" del tráfico que circula por el colector sino sólo datos estadísticos.
