Protocolo ARP: Funcionamiento Detallado

El protocolo ARP (Address Resolution Protocol) es fundamental para la comunicación en redes locales. Su funcionamiento, con la tabla ARP inicialmente vacía, se describe a continuación:

  1. El host emisor genera un paquete de petición ARP y lo difunde por toda la red.
  2. Todos los nodos de la red reciben este paquete, pero solo el host con la dirección IP encapsulada en el paquete responde con un paquete ARP de respuesta, incluyendo su dirección MAC.
  3. El host receptor, para futuras comunicaciones, verifica si tiene la entrada del host emisor en su tabla ARP. Si no la tiene, la introduce.
  4. Cuando el host emisor recibe la respuesta ARP, almacena la dirección física en su tabla ARP y puede enviar paquetes directamente al destino.

Para visualizar las tablas ARP, se utiliza el comando arp -a. Al encender un ordenador, la tabla ARP está vacía. Las entradas son dinámicas, actualizadas automáticamente por el protocolo y tienen un tiempo de vida limitado.

Protocolo IP: Enrutamiento y Conceptos Clave

Conceptos Básicos

Una red de redes (internet) se compone de múltiples redes físicas interconectadas por routers. Cada router tiene conexiones directas con dos o más redes. Los hosts se conectan a una red física (excepto los multi-homed). Tanto hosts como routers participan en el enrutamiento de datagramas. Cuando una aplicación genera datos, los protocolos TCP/IP crean datagramas que deben ser dirigidos a un destino. El host debe decidir a quién enviar los datos.

Tablas de Enrutamiento

La información para el enrutamiento se almacena en tablas de enrutamiento IP. Estas tablas contienen información sobre posibles destinos y cómo alcanzarlos. Tanto hosts como routers tienen estas tablas. El software de enrutamiento consulta estas tablas para decidir dónde enviar un datagrama. Se almacenan direcciones de red para dirigir paquetes, aunque también se pueden almacenar rutas para destinos individuales.

Entrega Directa e Indirecta

Dos hosts se comunican directamente mediante tramas si comparten la misma red IP (entrega directa). El emisor encapsula el datagrama IP en una trama, averigua la dirección física del destino (ARP) y envía la trama. Si el destino no está en la misma red, se envía la trama al router (entrega indirecta). La dirección física destino es la del router. La entrega directa es el paso final de cualquier transmisión de datagramas. En una entrega indirecta, los datagramas pasan de un router a otro hasta llegar a uno que pueda realizar la entrega directa. Para que un paquete alcance su destino, se realizan cero o más entregas indirectas, más una entrega directa.

Protocolo IP: Fragmentación

Conceptos Básicos

Lo más eficiente es transmitir un datagrama IP completo dentro de una sola trama física. Las tramas físicas tienen un tamaño limitado (MTU). Para evitar ineficiencias, los datagramas deberían ajustarse a la MTU más pequeña de la red. Si los datagramas son mayores que la MTU mínima, no siempre se ajustarán a una sola trama.

Subniveles MAC y LLC

Subnivel MAC (Media Access Control)

Es el más cercano al nivel físico. Sus funciones incluyen:

  • Empaquetar en tramas la información del subnivel LLC.
  • Desempaquetar tramas, reconociendo direccionamiento y detección de errores.
  • Control de acceso al medio en redes compartidas.
  • Mecanismos de control de acceso: centralizado, distribuido, rotación circular, reserva, contienda.

Subnivel LLC (Logical Link Control)

Es el más cercano al nivel de red. Sus funciones incluyen:

  • Proporcionar una interfaz uniforme al nivel de red, independientemente del tipo de red local.
  • Control de errores, solicitando reenvío de tramas.
  • Control de flujo, para que un receptor más lento no sea desbordado por un emisor más rápido.
  • Tipos de servicio:
    • Tipo 1: Servicio no orientado a conexión y sin confirmación.
    • Tipo 2: Servicio orientado a conexión.
    • Tipo 3: Servicio no orientado a conexión pero confirmado.

Direcciones IPv4 e IPv6

Dirección IPv4

Secuencia de 32 bits, representada como cuatro números entre 0 y 255 (formato decimal puntuado). Permite 4.294.967.292 direcciones (232). Se agotaron en febrero de 2011.

Dirección IPv6

Secuencia de 128 bits, representada con 32 dígitos hexadecimales en 8 grupos de 4 dígitos. Permite 2128 direcciones. Introduce mejoras como movilidad, calidad de servicio (QoS), privacidad y autenticación.

Nivel de Enlace: Direccionamiento y Trama Ethernet

Nivel de Enlace en Redes Locales

Los subniveles MAC y LLC forman el nivel de enlace de datos en redes locales (IEEE 802).

Direccionamiento Físico: Direcciones MAC

Cada tarjeta de red (NIC) tiene un identificador único (dirección MAC), grabado en su ROM por el fabricante. Son 6 bytes (12 dígitos hexadecimales). Los tres primeros bytes forman el OUI (identificador de fabricante) y los tres últimos los asigna el fabricante secuencialmente.

Trama Ethernet

La trama Ethernet se compone de:

  • Preámbulo: 7 Bytes (10101010).
  • Inicio: 1 Byte (10101011).
  • MAC Destino: 6 Bytes.
  • MAC Origen: 6 Bytes.
  • Tipo/Longitud: 2 Bytes.
  • Datos/Relleno: 46 Bytes (mín.) a 1500 Bytes (máx.).
  • Checksum (CRC): 4 Bytes.

TCP/IP: Nivel de Red

El nivel de red (o de Internet) se encarga del direccionamiento y de guiar los datos a través de la red desde el origen al destino. Los protocolos principales son IP, ARP e ICMP.

Direcciones IP

Es el identificador de cada host dentro de su red. Cada host conectado a una red tiene una dirección IP única. En Internet, no puede haber dos ordenadores con la misma dirección IP pública. Sin embargo, dos ordenadores pueden tener la misma dirección IP si pertenecen a redes independientes.

Clasificación de Direcciones IP

  • Direcciones IP públicas: Visibles en todo Internet.
  • Direcciones IP privadas (reservadas): Visibles solo en la propia red o en redes privadas interconectadas.

Tipos de Direcciones IP

  • Direcciones IP estáticas (fijas): Siempre la misma IP.
  • Direcciones IP dinámicas: Cambian cada vez que se conecta a la red.

Las direcciones IP están formadas por 4 bytes (32 bits), representadas como a.b.c.d (números entre 0 y 255). Se dividen en identificador de red e identificador de host.

También se pueden representar en hexadecimal (00.00.00.00 a FF.FF.FF.FF) o en binario (00000000.00000000.00000000.00000000 a 11111111.11111111.11111111.11111111).

Las direcciones IP se dividen en clases primarias A, B y C. La clase D es para multidifusión y la clase E está reservada.

Difusión (broadcast) se refiere a todos los hosts de una red; multidifusión (multicast) se refiere a varios hosts dentro de un mismo grupo.

Direcciones IP Especiales y Reservadas

La dirección de loopback (127.0.0.1) se usa para verificar la correcta instalación de TCP/IP.

Intranet, Extranet e Internet

  • Intranet: Red privada que usa TCP/IP. Puede tener o no salida a Internet.
  • Extranet: Unión de dos o más intranets.
  • Internet: La mayor red pública de redes TCP/IP.

Máscara de Subred

Indica si otra dirección IP pertenece a la misma subred.

Red y Router

La red está relacionada con las direcciones IP, no con el cableado. Los ordenadores de una misma red se comunican entre sí. Para que ordenadores de diferentes redes se comuniquen, se necesitan routers que interconecten las redes. Un router es un ordenador con varias direcciones IP, una para cada red, que permite el tráfico de paquetes entre sus redes.