A2. Adreçament IP
torna M7 - Planificació i administració de xarxes
Contingut
Adreçament lògic a nivell de xarxa (IP)
L'adreçament lògic és el que trobem a nivell de xarxa i la seva funció principal és portar la informació d’un punt a un altre a través d’una sèrie de nodes intermedis, per tant s’encarrega de
- Localitzar un destinatari en una xarxa, identificar-lo. Adreçament.
- Escollir la millor ruta. Enrutament.
Dominis de Difusió (Broadcast)
A nivell d'enllaç la xarxa es dividia en segments anomenats dominis de col·lisió.
De manera similar a nivell de xarxa, existeix el concepte de dominis de difusió, els dispositius que separen aquests dominis són els routers o altres dispositius de nivell superior.
El domini de broadcast el componen el conjunt de tots els dispositius d’una xarxa que rebran una comunicació broadcast.
Una comunicació broadcast porta MAC destí FF:FF:FF:FF:FF, quan aquesta arriba a un router no passa més enllà.
Adreçament IP versió 4 (IPv4)
El protocol IP és el més important a nivell de xarxa. És el que utilitza la arquitectura TCP/IP (Internet).
L'adreçament s'encarrega de
És un servei:
- No orientat a connexió.
- No fiable (El control d’errors es realitza en capes superiors).
Notació decimal puntejada
Les adreces IP tenen 32 bits, dividits en 4 grups de 8 bits. Cadascun d’aquests 8 bits s’escriu en decimal (0 al 255) i es separen per punt.
Per exemple
11000001010011000000101100100000
11000001 .01001100 .00001011 .00100000
193 76 11 32
193.76.11.32
L'adreça IP de cada dispositiu que està a Internet ha de ser única!!.
Amb aquest mètode es poden nombrar 232 = 4.294.967.296 dispositius. En el seu moment es va pensar que ja seria suficient, però donat el creixement a hores d’ara ja és insuficient.
Classes d'adreces IP
Les adreces IP es classifiquen en classes per adaptar-se a les xarxes de diferents mides.
Cada adreça es divideix en una part de xarxa i una altra part de host. Els primers bits indiquen la classe.
| Classe | 1er byte | ||
| Inici | Rang decimal | Rang binari | |
| A | 0 | 1 al 127 | 00000001 al 01111111 |
| B | 10 | 128 al 191 | 10000000 al 10111111 |
| C | 110 | 192 al 223 | 11000000 al 11011111 |
| D | 1110 | 224 al 239 | 11100000 al 11101111 |
| E | 11110 | 240 al 255 | 11110000 al 11111111 |
- Classe A : Xarxes grans.
- Classe B : Xarxes mitjanes.
- Classe C : Xarxes petites.
- Classe D : Xaxes multicast.
- Classe E : Reservades per a investigació.
Unicast: Un únic destinatari.
Multicast: Per enviar un mateix missatge a moltes estacions (Independentment de la xarxa on estiguin). Media Streaming, TV.
Broadcast: Tots els membres del domini de difusió són destinataris.
Màscara de Subxarxa
Una màscara de xarxa s'associa a cada IP, aquesta màscara permet identificar a quina xarxa està la IP. Sense aquesta la IP no té significat.
La estructura són 32 bits, que es divideix en una seqüència de 1's seguida d'una seqüència de 0's. Els primers indiquen quina part de la IP és de xarxa. Aplicant un AND binari de la IP i la màscara s'obté la xarxa.
La estructura de les adreces IP és la següent
Classe A : El primer byte indica la xarxa i els tres següents el Host.
Classe B : Els 2 primers bytes indiquen la xarxa i els dos següents el Host.
Classe C : Els 3 primers bytes indiquen la xarxa i l’últim el Host.
La màscara de subxarxa per defecte es crea posant la part de xarxa de la classe corresponent a 1’s binari i la part de host a 0’s.
| Classe | Rang decimal del primer octet | Bits ordre superior 1er octet | Estructura
Xarxa/Host |
Màscara subxarxa per defecte | Quantitat de xarxes | Quantitat de Hosts |
| A | 1-126 | 0 | X.H.H.H | 255.0.0.0 | 27 - 2 = 126 | 224 - 2 =16.777.214 |
| B | 128-191 | 10 | X.X.H.H | 255.255.0.0 | 214 - 2 =16.382 | 216 - 2 = 65.534 |
| C | 192-223 | 110 | X.X.X.H | 255.255.255.0 | 221 - 2 =2.097.150 | 28 - 2 = 254 |
Adreces IP reservades
- L'adreça 0.0.0.0 es reserva per l’estació en el moment d’arrencar (Per tant no es fa servir cap xarxa que comenci amb 0).
- Les adreces 127.0.0.1 es reserven per a loopback, direcció local referencia a la pròpia estació (tampoc es fa servir cap xarxa que comenci amb 127).
- Adreça de xarxa : Les adreces amb 0’s a la part que indica el Host es reserven per identificar la xarxa.
- Adreça de broadcast : Les adreces amb 1’s a la part que identifica el Host es reserven per a identificar l'adreça de difusió (broadcast) de la xarxa.
Per exemple : 150.15.4.3 / 255.255.0.0 és una IP vàlida de dispositiu en la xarxa per defecte de classe B, però la 150.15.0.0 i 150.15.255.255, no per que són les adreces de xarxa i de broadcast corresponents.
Adreces IP públiques i privades
Els organismes que s'encarreguen de gestionar adreces IP i dominis a Internet són:
- ICANN : Internet Corporation for Assigned Names and Numbers
Consulta de dominis http://whois.domaintools.com
Un dels mètodes per evitar l’esgotament d'adreces IP assignables és la reserva d'adreces per a xarxes privades.
Cada classe té unes adreces reservades per aquest ús:
- Clase A 10.0.0.0 a 10.255.255.255
- Clase B 172.16.0.0 a 172.31.255.255
- Clase C 192.168.0.0 a 192.168.255.255
Així per conveni s’estableix que internament les xarxes locals han de treballar amb aquestes adreces. Estàndard de facto.
Per connectar-se a Internet aquestes xarxes necessiten un dispositiu (Router o proxy) que segueixi el protocol NAT (Network address Translation) que s’encarrega de substituir les adreces internes per adreces externes vàlides.
A més els paquets que porten aquestes adreces no s’enruten a l’exterior, ja que s’entén que van dirigits a dispositius interns de la xarxa.
Si fem un gràfic percentual de les possibles assignacions de direccions IP, veiem que hi ha moltes més adreces de classe A disponibles que no pas de classe C, en canvi hi ha moltes més xarxes de classe C.
Aquest sistema és clarament ineficient, les adreces de classe A inclouen el 50% d'adreces i en canvi les xarxes d'aquesta classe són molt poques (Xarxes de fins a 16 milions de hosts). Per contra les xarxes de classe C (petites fins a 256 hosts) només disposen del 12,5% d'adreces.
La solució mitjançant NAT, permet que per exemple les xarxes de classe C treballin internament amb direccions 192.168.0.X (Classe C), però externament tinguin assignada una direcció de classe A que els subministra el proveïdor de serveis d’Internet.
Tots els paquets que surten de la xarxa tenen com a IP origen la externa, el dispositiu NAT s’encarrega de gestionar les diferents comunicacions.
Multicast
http://en.wikipedia.org/wiki/Multicast
http://en.wikipedia.org/wiki/IP_multicast
Subxarxes
La divisió en subxarxes consisteix en dividir una xarxa gran en segments més petits i fàcils d’administrar.
- Permet reduir la mida de les taules dels Routers.
- En cas que a l’administrador se li quedi petita una xarxa hauria de demanar una altra diferent. Amb les subxarxes pot tenir una xarxa més gran i dividir-la en subxarxes.
- Disminueix el tràfec de difusió (ARP, DHCP, per exemple). Cada subxarxa és un domini de broadcast diferent.
Conseqüències
- Crea segments independents (No es veuen).
- Introdueix un nou nivell de seguretat.
- Externament es segueix veient com una única xarxa.
Per crear una subxarxa s’agafen prestats bits del número de Host.
Per exemple en una xarxa de classe B agafem prestats 8 bits de host.
| 1er Byte | 2n byte | 3er byte | 4rt byte |
| Xarxa | Xarxa | Subxarxa | Host |
| 150 | 10 | 11 | 15 |
L’exemple indica el Host 15 de la subxarxa 150.10.11.0 de la xarxa 150.10.0.0.
La màscara de subxarxa es construeix posant a 1’s la part de xarxa i la part de subxarxa, i deixant a 0’s la part de Host.
En l’exemple la subxarxa és la 255.255.255.0.
Mentre que recorda que la subxarxa per defecte de la classe B era (255.255.0.0).
Per saber en quina subxarxa es troba un host, haurem d’aplicar la operació AND binaria a la adreça del host i la màscara de subxarxa.
Per poder fer la operació binària cal posar en binari els diferents valors
| 150.10.11.15 | 10010110 | 00001010 | 00001011 | 00001111 |
| AND 255.255.255.0 | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 00000000 |
| 150.10.11.0 | 10010110 | 00001010 | 00001011 | 00000000 |
El format de barra diagonal consisteix en indicar el nombre de bits de xarxa i subxarxa i és equivalent a indicar la màscara de subxarxa.
En el nostre cas : /24.
L'adreça broadcast de la subxarxa seguirà sent amb la part de Host a 1’s.
150.10.11.255.
En general podem agafar tants bits de la part de Host com vulguem, sempre que en quedin 2 per identificar el host com a mínim (Si només quedés un bit estaria ocupat per identificar 0 - Subxarxa i 1 - Broadcast).
Per saber com construir la estructura en subxarxes, hem de preguntar-nos les següents qüestions.
- Quantes subxarxes necessitem?
- Quants hosts tindrà cada subxarxa com a mínim (o màxim)?
Per exemple. Tenim la xarxa 198.10.10.0 /24 de classe C amb 55 dispositius, i volem distribuir-los en els diferents departaments d’una empresa, a cadascun li assignarem una subxarxa.
| Departament 1 | 10 |
| Departament 2 | 12 |
| Departament 3 | 13 |
| Departament 4 | 10 |
| Administració | 5 |
| Gerència | 5 |
Opció 1: 6 subxarxes. Necessito 3 bits, queden 5 bits pel Host.
De les 256 possibilitats faig 8 grups de 32 hosts (30 + 2)
| Xarxa | 198.10.10.0 /27 | |||
| Màscara de subxarxa | 255.255.255.224 | |||
| Subxarxa | ID | Rang Hosts | Broadcast | |
| 0 | 198.10.10.0 | 198.10.10.1 al 198.10.10.30 | 198.10.10.31 | |
| 1 | 198.10.10.32 | 198.10.10.33 al 198.10.10.62 | 198.10.10.63 | |
| 2 | 198.10.10.64 | 198.10.10.65 al 198.10.10.94 | 198.10.10.95 | |
| 3 | 198.10.10.96 | 198.10.10.97 al 198.10.10.126 | 198.10.10.127 | |
| 4 | 198.10.10.128 | 198.10.10.129 al 198.10.10.158 | 198.10.10.159 | |
| 5 | 198.10.10.160 | 198.10.10.161 al 198.10.10.190 | 198.10.10.191 | |
| 6 | 198.10.10.192 | 198.10.10.193 al 198.10.10.222 | 198.10.10.223 | |
| 7 | 198.10.10.224 | 198.10.10.225 al 198.10.10.254 | 198.10.10.255 | |
Anàlisis opció 1:
- Queden 2 subxarxes sense utilitzar.
- Cada subxarxa admet fins a 30 Hosts.
- En alguns casos (Depèn del protocol del Router la subxarxa 0 i la 7 no es poden utilitzar) Per tant si podem escollir millor fem servir les altres.
Per identificar a quina subxarxa està un Host podem aplicar la màscara de subxarxa a la IP.
Per exemple : 198.10.10.100 /27
| 198.10.10.100 | 11000110 | 00001010 | 00001010 | 01100100 |
| AND 255.255.255.224 | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 11100000 |
| 198.10.10.96 | 11000110 | 00001010 | 00001010 | 01100000 |
Opció 2: 13 Host per subxarxes mínim. Necessito 4 bits, queden 4 bits per la subxarxa.
De les 256 possibilitats faig 16 grups de 16 hosts (14 + 2).
| Xarxa | 198.10.10.0 /28 | |||
| Màscara de subxarxa | 255.255.255.240 | |||
| Subxarxa | ID | Rang Hosts | Broadcast | |
| 0 | 198.10.10.0 | 198.10.10.1 al 198.10.10.14 | 198.10.10.15 | |
| 1 | 198.10.10.16 | 198.10.10.17 al 198.10.10.30 | 198.10.10.31 | |
| 2 | 198.10.10.32 | 198.10.10.33 al 198.10.10.46 | 198.10.10.47 | |
| 3 | 198.10.10.48 | 198.10.10.49 al 198.10.10.62 | 198.10.10.63 | |
| 4 | 198.10.10.64 | 198.10.10.65 al 198.10.10.78 | 198.10.10.79 | |
| 5 | 198.10.10.80 | 198.10.10.81 al 198.10.10.94 | 198.10.10.95 | |
| 6 | 198.10.10.96 | 198.10.10.97 al 198.10.10.110 | 198.10.10.111 | |
| 7 | 198.10.10.112 | 198.10.10.113 al 198.10.10.126 | 198.10.10.127 | |
| 8 | 198.10.10.128 | 198.10.10.129 al 198.10.10.142 | 198.10.10.143 | |
| 9 | 198.10.10.144 | 198.10.10.145 al 198.10.10.158 | 198.10.10.159 | |
| 10 | 198.10.10.160 | 198.10.10.161 al 198.10.10.174 | 198.10.10.175 | |
| 11 | 198.10.10.176 | 198.10.10.177 al 198.10.10.190 | 198.10.10.191 | |
| 12 | 198.10.10.192 | 198.10.10.193 al 198.10.10.206 | 198.10.10.207 | |
| 13 | 198.10.10.208 | 198.10.10.209 al 198.10.10.222 | 198.10.10.223 | |
| 14 | 198.10.10.224 | 198.10.10.225 al 198.10.10.238 | 198.10.10.239 | |
| 15 | 198.10.10.240 | 198.10.10.225 al 198.10.10.254 | 198.10.10.255 | |
Anàlisis opció 2:
- Queden 10 subxarxes sense utilitzar.
- Cada subxarxa admet fins a 14 Hosts.
- En alguns casos (Depèn del protocol del Router la subxarxa 0 i la 7 no es poden utilitzar) Per tant si podem escollir millor fem servir les altres.
IPv6 (Internet Protocol versió 6)
De totes les solucions vistes per pal·liar l’esgotament d'adreces a Internet, aquesta és la més sensata. Tot i que encara no està completament funcional, els sistemes actuals ja la porten integrada.
- Adreces 128 bits (16 bytes).
- Es representa amb 32 números Hexadecimals, de 4 en quatre separat per dos punts. Ex : 43E0 :0:0: AD33: 67FF : 0: 4500: DF0 (Si hi ha varis 0’s seguits, es posa :: en una d’elles, quedaria 43E0 :: AD33: 67FF : 0: 4500: DF0 ).
- Es reserven 48 bits per enumerar les estacions, i es pot utilitzar la adreça MAC dels equips.
- Les estacions poden realitzar una configuració automàtica dels seus paràmetres.
- És compatible amb IPv4 (El prefix 00 del començament indica que es tracta d’una adreça IPv4), de manera que permet la coexistència durant un període de temps mentre es realitza la implantació.
ARP (Address Resolution Protocol)
El protocol ARP és l’encarregat de mantenir la relació entre l'adreçament lògic i l'adreçament físic.
Cada dispositiu de la xarxa guarda una taula en memòria RAM que relaciona les adreces IP amb les adreces físiques de la resta de dispositius.
Per realitzar qualsevol comunicació primerament es consulta la taula per realitzar l’encasellament de capa d’enllaç.
Existeixen dues maneres de recol·lectar entrades per a la taula ARP.
- Monitorar el tràfec de xarxa en el seu segment.
- Enviar petició Broadcast.
Per qualsevol comunicació que realitzem a un nou dispositiu, es crearà una nova entrada a la taula .
Taula ARP
| Dirección Internet | Dirección física | Tipo |
| 68.2.168.1 | 00-50-57-00-76-84 | Dinámica / Estática |
ipcalc
Exemple 1
cfgs@pc-info-host:~$ ipcalc 192.168.0.1/24 Address: 192.168.0.1 11000000.10101000.00000000. 00000001 Netmask: 255.255.255.0 = 24 11111111.11111111.11111111. 00000000 Wildcard: 0.0.0.255 00000000.00000000.00000000. 11111111 => Network: 192.168.0.0/24 11000000.10101000.00000000. 00000000 HostMin: 192.168.0.1 11000000.10101000.00000000. 00000001 HostMax: 192.168.0.254 11000000.10101000.00000000. 11111110 Broadcast: 192.168.0.255 11000000.10101000.00000000. 11111111 Hosts/Net: 254 Class C, Private Internet cfgs@pc-info-host:~$
Exemple 2
cfgs@pc-info-host:~$ ipcalc 192.168.0.1/26
Address: 192.168.0.1 11000000.10101000.00000000.00 000001
Netmask: 255.255.255.192 = 26 11111111.11111111.11111111.11 000000
Wildcard: 0.0.0.63 00000000.00000000.00000000.00 111111
=>
Network: 192.168.0.0/26 11000000.10101000.00000000.00 000000
HostMin: 192.168.0.1 11000000.10101000.00000000.00 000001
HostMax: 192.168.0.62 11000000.10101000.00000000.00 111110
Broadcast: 192.168.0.63 11000000.10101000.00000000.00 111111
Hosts/Net: 62 Class C, Private Internet
cfgs@pc-info-host:~$
Exemple 3
cfgs@pc-info-host:~$ ipcalc 192.168.0.0 -s 10 40
Address: 192.168.0.0 11000000.10101000.00000000. 00000000
Netmask: 255.255.255.0 = 24 11111111.11111111.11111111. 00000000
Wildcard: 0.0.0.255 00000000.00000000.00000000. 11111111
=>
Network: 192.168.0.0/24 11000000.10101000.00000000. 00000000
HostMin: 192.168.0.1 11000000.10101000.00000000. 00000001
HostMax: 192.168.0.254 11000000.10101000.00000000. 11111110
Broadcast: 192.168.0.255 11000000.10101000.00000000. 11111111
Hosts/Net: 254 Class C, Private Internet
1. Requested size: 10 hosts Netmask: 255.255.255.240 = 28 11111111.11111111.11111111.1111 0000 Network: 192.168.0.64/28 11000000.10101000.00000000.0100 0000 HostMin: 192.168.0.65 11000000.10101000.00000000.0100 0001 HostMax: 192.168.0.78 11000000.10101000.00000000.0100 1110 Broadcast: 192.168.0.79 11000000.10101000.00000000.0100 1111 Hosts/Net: 14 Class C, Private Internet
2. Requested size: 40 hosts Netmask: 255.255.255.192 = 26 11111111.11111111.11111111.11 000000 Network: 192.168.0.0/26 11000000.10101000.00000000.00 000000 HostMin: 192.168.0.1 11000000.10101000.00000000.00 000001 HostMax: 192.168.0.62 11000000.10101000.00000000.00 111110 Broadcast: 192.168.0.63 11000000.10101000.00000000.00 111111 Hosts/Net: 62 Class C, Private Internet
Needed size: 80 addresses. Used network: 192.168.0.0/25 Unused: 192.168.0.80/28 192.168.0.96/27 192.168.0.128/25 cfgs@pc-info-host:~$
