Sistemas Distribuidos

Máscaras de red

La máscara de red o redes es una combinación de bits que sirve para delimitar el ámbito de una red de ordenadores. Su función es indicar a los dispositivos qué parte de la dirección IP es el número de la red, incluyendo la subred, y qué parte es la correspondiente al host.

En la configuración TCP/IP, los PCs deben tener una IP y una máscara de red. La máscara de red determina el rango de la red, es decir, el número de direcciones de la red. Dada una IP y una máscara, podemos, mediante unos “sencillos” cálculos, averiguar el rango de la red, la primera dirección IP que corresponde con la dirección de red, última dirección IP que corresponde con la dirección de difusión o dirección broadcast y el número de Ips del rango.

La máscara, es un valor que si le pasamos a binario, solamente contiene ‘unos’ y ‘ceros’ consecutivos, es decir, que los ‘unos’ están todos juntos y luego los ‘ceros’ están todos juntos.

Tabla De Máscaras

En la primera columna de la tabla anterior, vemos los posibles valores de las máscaras en sistema binario.

En la segunda columna, vemos los valores de las máscaras en decimal.

En la tercera columna, vemos los valores de las máscaras en notación simplificada indicando el número de ‘unos’ de la máscara. Cuando queremos decir que un PC tiene configurada la dirección IP 192.168.0.213 y máscara 255.255.255.0, normalmente se dice que tiene la IP 192.168.0.213/24.

En la cuarta columna vemos las direcciones totales incluida la dirección de red y la dirección de broadcast. Para calcular el número de direcciones asignables a PCs, debemos restar dos unidades a ese número ya que ni la primera IP (dirección de red) ni la última (dirección de broadcast) son asignables a PCs. El resto sí, aunque acaben en cero, aunque si sobran, se recomienda no usar las que acaben en cero. Ejemplo, si tenemos la máscara 255.0.0.0, el número máximo de PCs será:

16.777.216 – 2 = 16.777.214

El número total de direcciones IP de la red se obtiene con la fórmula: 2^{(nº de ceros de la máscara)}. Si se trata de una máscara /26, significa que la máscara tiene 6 ceros, por tanto 2⁶=64. Como la primera y la última IP no se pueden utilizar, tenemos que el máximo son 64 – 2 = 62 PCs.

Pasar La Máscara De Binario A Decimal

Hay que convertir byte a byte de binario a decimal, teniendo en cuenta que el bit más significativo está a la izquierda. Ejemplo, supongamos que el último byte de la máscara es 11100000, su valor será 224 porque:

FUNCIONAMIENTO

Básicamente, mediante la máscara de red una computadora (principalmente la puerta de enlace, router...) podrá saber si debe enviar los datos dentro o fuera de las redes. Por ejemplo, si el router tiene la ip 192.168.1.1 y máscara de red 255.255.255.0, entiende que todo lo que se envía a una IP que empiece por 192.168.1 va para la red local y todo lo que va a otras ips, para fuera (internet, otra red local mayor...).

Supongamos que tenemos un rango de direcciones IP desde 10.0.0.0 hasta 10.255.255.255. Si todas ellas formaran parte de la misma red, su máscara de red sería: 255.0.0.0. También se puede escribir como 10.0.0.0/8 Como la máscara consiste en una seguidilla de unos consecutivos, y luego ceros (si los hay), los números permitidos para representar la secuencia son los siguientes: 0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, y 255.

La representación utilizada se define colocando en 1 todos los bits de red (máscara natural) y en el caso de subredes, se coloca en 1 los bits de red y los bits de host usados por las subredes. Así, en esta forma de representación (10.0.0.0/8) el 8 sería la cantidad de bits puestos a 1 que contiene la máscara en binario, comenzando desde la izquierda.

Para el ejemplo dado (/8), sería 11111111.00000000.00000000.00000000 y en su representación en decimal sería 255.0.0.0. Una máscara de red representada en binario son 4 octetos de bits (11111111.11111111.11111111.11111111).

Ejemplo

8bit x 4 octetos = 32 bit. (11111111.11111111.11111111.11111111 = 255.255.255.255) 8bit x 3 octetos = 24 bit. (11111111.11111111.11111111.00000000 = 255.255.255.0) 8bit x 2 octetos = 16 bit. (11111111.11111111.00000000.00000000 = 255.255.0.0) 8bit x 1 octetos = 8 bit. (11111111.00000000.00000000.00000000 = 255.0.0.0) En el ejemplo 10.0.0.0/8, según lo explicado anteriormente, indicaría que la máscara de red es 255.0.0.0

Las máscaras de redes, se utilizan como validación de direcciones realizando una operación AND lógica entre la dirección IP y la máscara para validar al equipo cosa que permite realizar una verificación de la dirección de la Red y con un OR y la máscara negada se obtiene la dirección del broadcasting.

PUERTA DE ENLACE

Consiste en una computadora u otro dispositivo que actúa como traductor entre dos sistemas que no utilizan los mismos protocolos de comunicaciones estructuras de datos lenguajes y/o arquitecturas.

Una puerta de enlace es un sistema de la red nos permite, a través de sí mismo, acceder a otra red, o dicho de otra manera, sirve de enlace entre dos redes.

FUNCIONAMIENTO:Un Gateway (compuerta) no es como un puente, que simplemente transfiere información entre dos sistemas sin realizar conversión. Este modifica el empaquetamiento de la información o su sintaxis para acomodarse al sistema destino. Los Gateway trabajan en el nivel más alto del modelo OSI (el de Aplicación). Son el método más sofisticado de interconectar redes. Se pueden conectar redes con arquitecturas completamente distintas; por ejemplo, una red Novell PC con una red con arquitectura SNA o TCP/IP, o con una red Ethernet. Las compuertas no hacen funciones de enrutamiento en la red, simplemente transmiten paquetes para que puedan ser leídos. Cuando una compuerta recibe un paquete de una red, ésta traduce el paquete del formato usado en la red a un formato común entre compuertas, y luego lo envía a otra compuerta, la cual después de recibirlo lo traduce del formato común al formato usado en la red destino, y por último lo envía a ésta.

FORMA DE TRABAJO

La puerta de enlace es normalmente un equipo informático configurado para dotar a las máquinas de una red de área local conectadas a él de un acceso hacia una red exterior, generalmente realizando para ello operaciones de traducción de direcciones IP (Network Address Translation). Esta capacidad de traducción de direcciones permite aplicar una técnica llamada "enmascaramiento de IP", usada muy a menudo para dar acceso a Internet a los equipos de una red de área local compartiendo una única conexión a Internet, y por tanto, una única dirección IP externa. La dirección IP de una puerta de enlace normalmente se parece a 192.168.1.1 ó 192.168.0.1 y utiliza algunos rangos predefinidos, 127.x.x.x, 10.x.x.x, 172.16.x.x a 172.31.x.x, 192.168.x.x, que engloban o se reservan a las redes de área local. Además se debe notar que necesariamente un equipo que cumpla el rol de puerta de enlace en una red, debe tener 2 tarjetas de red. La puerta de enlace predeterminada, o más conocida por su nombre en inglés como "Default Gateway", es la ruta por defecto que se le asigna a un equipo y tiene como función enviar cualquier paquete del que no conozca por que interfaz enviarlo y no esté definido en las rutas del equipo, enviando el paquete por la ruta por defecto.

TIPOS DE GATEWAYS

Existen dos variantes:

· Board and software Devices.

· Box Level Devices.
BOARD AND SOFTWARE DEVICES
Estos dispositivos vienen siendo computadoras equipadas con adaptadores de comunicaciones de diferentes protocolos correspondientes a los segmentos de los diferentes tipos de red que se desea interconectar. Además, del software que nos permita traducir los diferentes elementos de los protocolos a comunicar. Por lo general, son computadoras dedicadas. En la mayoría de los casos un servidor de archivos se puede habilitar como un Gateway de este tipo.

BOX LEVEL DEVICES

Son dispositivos inteligentes dedicados que nos permiten no solamente la traducción de protocolos sino también la comunicación entre dispositivos de diferentes arquitecturas y aún bajo diferentes ambientes operativos.

Se deja claridad por si acaso que una puerta de enlace es un dispositivo y no es un servicio, una puerta de enlace puede ser un router, un servidor o un portátil, pero no es un servicio es un dispositivo de la red que nos permite acceder a otra red y esto se debe repetir porque esta puerta de enlace puede requerir de servicios para cumplir su función como tal, pero cada sistema utilizará una serie de servicios que se llamarán como quieran llamarse, es el caso de Windows

El caso más claro es un router, se hace referencia en que un router no es un ordenador, no es un servidor, es un router y una de sus principales funciones es enrutar por lo que se convierte en la puerta de enlace de todo dispositivo que quede conectado a él.

Ejemplo

1. Servicios de Enrutamiento y Acceso Remoto ó RRAS Routing and Remote Acces Service (Windows Server 2003)
2. Servicios de acceso y directivas de redes (ROL de Windows Server 2008, 2008 r2 y Windows Server 8)

Luego estos servicios se suelen configurar como NAT que es el servicio central de la puerta de enlace y es el servicio que hace posible la comunicación entre las distintas redes.

1. Tenemos un router (que lo consideraremos Módem/Router) con Ip 192.168.1.1
2. Tenemos un servidor con dos Ip, la 192.168.1.100 que conecta con el router y la 192.168.10.100 que conecta a un switch

Con estos datos podemos deducir las siguientes direcciones Ip:

ROUTER
Ip: 192.168.1.1
Máscara de Subred. 255.255.255.0
Puerta de enlace
DNS1 y DNS2 los proporcionan los ISP

SERVER – Tarjeta de red WAN
Ip: 192.168.1.100
Máscara de Subred: 255.255.255.0
Puerta de enlace: 192.168.1.1
DNS 1: 192.168.1.1

SERVER – Tarjeta de red LAN
Ip: 192.168.10.100
Máscara de Subred: 255.255.255.0
Puerta de enlace: –
DNS 1: 192.168.10.100 (En el supuesto que sea controlador de dominio y tenga el rol de DNS instalado)

DNS DOMAIN NAME SYSTEM

DNS es una abreviatura para Sistema de nombres de dominio (Domain Name System), un sistema para asignar nombres a equipos y servicios de red que se organiza en una jerarquía de dominios. La asignación de nombres DNS se utiliza en las redes TCP/IP, como Internet, para localizar equipos y servicios con nombres sencillos. Cuando un usuario escriba un nombre DNS en una aplicación, los servicios DNS podrán traducir el nombre a otra información asociada con el mismo, como una dirección IP El gráfico siguiente muestra un uso básico de DNS, consistente en la búsqueda de la dirección IP de un equipo basada en su nombre.

Por ejemplo, la mayoría de los usuarios prefieren un nombre descriptivo, fácil de utilizar, como ejemplo.microsoft.compara localizar un equipo (como un servidor Web o de correo electrónico) en la red. Un nombre descriptivo resulta más fácil de aprender y recordar. Sin embargo, los equipos se comunican a través de una red mediante direcciones numéricas. Para facilitar el uso de los recursos de red, los sistemas de nombres como DNS proporcionan una forma de asignar estos nombres descriptivos de los equipos o servicios a sus direcciones numéricas.

La siguiente ilustración muestra un uso básico de DNS, consistente en la búsqueda de la dirección IP de un equipo basada en su nombre.

En este ejemplo, un equipo cliente consulta a un servidor DNS, preguntando la dirección IP de un equipo configurado para utilizar host-a.ejemplo.microsoft.com como nombre de dominio. Como el servidor puede utilizar la base de datos local para responder la consulta, contesta con una respuesta que contiene la información solicitada, un registro de recursos de host (A) que contiene la información de dirección IP para host-a.ejemplo.microsoft.com.

Introducción Al Sistema De Nombres De Dominio.

Sin embargo, el anterior sistema de tablas de conversión exigía una actualización manual de las tablas para la totalidad de los equipos en caso de incluir o modificar el nombre de una máquina. Por lo tanto, con el aumento en tamaño de las redes y sus interconexiones, fue necesario implementar un sistema de gestión para los nombres que fuese jerárquico y fácil de administrar. El sistema llamado Sistema de Nombres de Dominio (DNS) fue desarrollado en noviembre de 1983 por Paul Mockapetris (RFC 882 y RFC 883) y luego revisado en 1987 en las RFC 1034 y 1035. El DNS ha sido sometido a varias RFC

· un espacio de nombre jerárquico que permite garantizar la singularidad de un nombre en una estructura arbórea, como por ejemplo sistemas de archivo Unix.

· un sistema de servidores de distribución que permite que el espacio de nombre esté disponible.

· un sistema de cliente que permite "resolver" nombres de dominio, es decir, interrogar a los servidores para encontrar la dirección IP que corresponde a un nombre.

ESPACIO DE NOMBRE

La estructura del sistema DNS se basa en una estructura de arbórea en donde se definen los dominios de nivel superior (llamados TLD, Dominios de Nivel Superior); esta estructura está conectada a un nodo raíz representado por un punto.

Cada nodo del árbol se llama nombre de dominio y tiene una etiqueta con una longitud máxima de 63 caracteres.

Por lo tanto, todos los nombres de dominio conforman una estructura arbórea inversa en donde cada nodo está separado del siguiente nodo por un punto (".").

El extremo de la bifurcación se denomina host, y corresponde a un equipo o entidad en la red. El nombre del ordenador que se provee debe ser único en el dominio respectivo, o de ser necesario, en el sub-dominio. Por ejemplo, el dominio del servidor Web por lo general lleva el nombre www.

La palabra "dominio" corresponde formalmente al sufijo de un nombre de dominio, es decir, la recopilación de las etiquetas de nodo de la estructura arbórea, con excepción del ordenador.

El nombre absoluto está relacionado con todas las etiquetas de nodo de una estructura arbórea, separadas por puntos y que termina con un punto final que se denomina la dirección FQDN(Nombre de Dominio totalmente calificado). La profundidad máxima de una estructura arbórea es 127 niveles y la longitud máxima para un nombre FQDN es 255 caracteres. La dirección FQDN permite ubicar de manera única un equipo en la red de redes. Por lo tanto, es.kioskea.net. es una dirección FQDN.

TIPOS DE REGISTROS

Un DNS es una base de datos distribuida que contiene registros que se conocen como RR(Registros de Recursos), relacionados con nombres de dominio. La siguiente información sólo es útil para las personas responsables de la administración de un dominio, dado que el funcionamiento de los servidores de nombre de dominio es completamente transparente para los usuarios.

Ya que el sistema de memoria caché permite que el sistema DNS sea distribuido, los registros para cada dominio tienen una duración de vida que se conoce como TTL (Tiempo de vida). Esto permite que los servidores intermediarios conozcan la fecha de caducidad de la información y por lo tanto que sepan si es necesario verificarla o no.

Por lo general, un registro de DNS contiene la siguiente información

· Nombre de dominio: el nombre de dominio debe ser un nombre FQDN, es decir, debe terminar con un punto. En caso de que falte el punto, el nombre de dominio es relativo, es decir, el nombre de dominio principal incluirá un sufijo en el dominio introducido;

· Tipo: un valor sobre 16 bits que define el tipo de recurso descrito por el registro. El tipo de recurso puede ser uno de los siguientes:

· A: este es un tipo de base que hace coincidir el nombre canónico con la dirección IP. Además, pueden existir varios registros A relacionados con diferentes equipos de la red (servidores).

· CNAME (Nombre Canónico): Permite definir un alias para el nombre canónico. Es particularmente útil para suministrar nombres alternativos relacionados con diferentes servicios en el mismo equipo.

· HINFO: éste es un campo solamente descriptivo que permite la descripción en particular del hardware del ordenador (CPU) y del sistema operativo (OS). Generalmente se recomienda no completarlo para evitar suministrar información que pueda ser útil a piratas informáticos.

· MX (Mail eXchange): es el servidor de correo electrónico. Cuando un usuario envía un correo electrónico a una dirección (user@domain), el servidor de correo saliente interroga al servidor de nombre de dominio con autoridad sobre el dominio para obtener el registro MX. Pueden existir varios registros MX por dominio, para así suministrar una repetición en caso de fallas en el servidor principal de correo electrónico. De este modo, el registro MX permite definir una prioridad con un valor entre 0 y 65,535:

· NS: es el servidor de nombres de dominio con autoridad sobre el dominio.

· PTR: es un puntero hacia otra parte del espacio de nombres del dominios.

· SOA (Start Of Authority (Inicio de autoridad)): el campo SOA permite la descripción del servidor de nombre de dominio con autoridad en la zona, así como la dirección de correo electrónico del contacto técnico (en donde el carácter "@" es reemplazado por un punto).

· Clase: la clase puede ser IN (relacionada a protocolos de Internet, y por lo tanto, éste es el sistema que utilizaremos en nuestro caso), o CH (para el sistema caótico);

· RDATA: estos son los datos relacionados con el registro. Aquí se encuentra la información esperada según el tipo de registro:

· A: la dirección IP de 32 bits:

· CNAME: el nombre de dominio;

· MX: la prioridad de 16 bits, seguida del nombre del ordenador;

· NS: el nombre del ordenador; PTR: el nombre de dominio

· PTR: el nombre de dominio;

· SOA: varios campos.

DIRECCION IP

Toda computadora conectada a internet (o a cualquier red) posee una identificación única, llamada dirección IP (en inglés, Internet Protocol), compuesta por cuatro combinaciones de números (p.ej. 187.25.14.190).

Una dirección IP es una etiqueta numérica que identifica, de manera lógica y jerárquica, a una interfaz (elemento de comunicación/conexión) de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo IP (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red del modelo OSI. Dicho número no se ha de confundir con la dirección MAC, que es un identificador de 48 bits para identificar de forma única la tarjeta de red y no depende del protocolo de conexión utilizado ni de la red. La dirección IP puede cambiar muy a menudo por cambios en la red o porque el dispositivo encargado dentro de la red de asignar las direcciones IP decida asignar otra IP (por ejemplo, con el protocolo DHCP). A esta forma de asignación de dirección IP se denomina también dirección IP dinámica (normalmente abreviado como IP dinámica).

Los sitios de Internet que por su naturaleza necesitan estar permanentemente conectados generalmente tienen una dirección IP fija (comúnmente, IP fija o IP estática). Esta no cambia con el tiempo. Los servidores de correo, DNS, FTP públicos y servidores de páginas web necesariamente deben contar con una dirección IP fija o estática, ya que de esta forma se permite su localización en la red.

Las computadoras se conectan entre sí mediante sus respectivas direcciones IP. Sin embargo, a los seres humanos nos es más cómodo utilizar otra notación más fácil de recordar, como los nombres de dominio; la traducción entre unos y otros se resuelve mediante los servidores de nombres de dominio DNS, que a su vez facilita el trabajo en caso de cambio de dirección IP, ya que basta con actualizar la información en el servidor DNS y el resto de las personas no se enterarán, ya que seguirán accediendo por el nombre de dominio.

Para que entendamos mejor el IP debemos conocer primero el TCP. Un protocolo de red es como un idioma, si dos personas están conversando en idiomas diferentes ninguna entenderá lo que la otra quiere decir. Con las computadoras ocurre una cosa similar, dos computadoras que están conectadas físicamente por una red deben "hablar" el mismo idioma para que una entienda los requisitos de la otra. El protocolo TCP estandariza el cambio de información entre las computadoras y hace posible la comunicación entre ellas. Es el protocolo más conocido actualmente pues es el protocolo standard de Internet

El protocolo TCP contiene las bases para la comunicación de computadoras dentro de una red, pero así como nosotros cuando queremos hablar con una persona tenemos que encontrarla e identificarla, las computadoras de una red también tienen que ser localizadas e identificadas. En este punto entra la dirección IP. La dirección IP identifica a una computadora en una determinada red. A través de la dirección IP sabemos en qué red está la computadora y cuál es la computadora. Es decir verificado a través de un número único para aquella computadora en aquella red específica.

COMO FUNCIONA

Los IP pueden ser fijos o dinámicos: actualmente, los IP fijos son raros, hasta por una cuestión de seguridad ya que los ataques son más fáciles cuando el número es siempre el mismo. La rotación de direcciones IPs (IP dinámicos) funciona de la siguiente forma: un determinado proveedor de acceso a Internet (Ej. Arnet), posee X números IP para usar. Cada vez que una máquina se conecta a internet, el proveedor le asigna una dirección IP aleatoria, dentro de una cantidad de direcciones IP disponibles. El proceso más utilizado para esta distribución de IP dinámicos es el Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). Para acceder a las URL, o direcciones IP públicos como conocemos (p.ej. www.informatica-hoy.com.ar), existen los servidores DNS (Domain Name Server, en inglés), una base de datos responsable por la traducción de nombres alfanuméricos a direcciones IP, fundamentales para el funcionamiento de Internet tal cómo la conoces hoy.

La dirección IP consiste en un número de 32 bits que en la práctica vemos siempre segmentado en cuatro grupos de 8 bits cada uno (xxx.xxx.xxx.xxx). Cada segmento de 8 bits varía de 0-255 y estan separados por un punto.

Esta división del número IP en segmentos posibilita la clasificación de las direcciones IPs en 5 clases: A, B, C, D e Y

Cada clase de direccion permite un cierto número de redes y de computadoras dentro de estas redes.

En las redes de clase "A" los primeros 8 bits de la dirección son usados para identificar la red, mientras los otros tres segmentos de 8 bits cada uno son usados para identificar a las computadoras.

Una dirección IP de clase A permite la existencia de 126 redes y 16.777.214 computadoras por red. Esto pasa porque para las redes de clase A fueron reservados por la IANA (Internet Assigned Numbers Authority) los IDs de "0" hasta "126".

Direcciones IP Clase A

Una dirección IP de clase B permite la existencia de 16.384 redes y 65.534 computadoras por red. El ID de estas redes comienza con "128.0" y va hasta "191.255".

Direcciones IP Clase B

Redes de clase C utilizan los tres primeros segmentos de dirección como identificador de red y sólo el último segmento para identificar la computadora.
Una dirección IP de clase C permite la existencia de 2.097.152 redes y 254 computadoras por red. El ID de este tipo de red comienza en "192.0.1" y termina en "223.255.255".

Direcciones IP Clase C

En las redes de clase D todos los segmentos son utilizados para identificar una red y sus direcciones van de " 224.0.0.0" hasta "239.255.255.255" y son reservados para los llamados multicast

Direcciones IP Clase D

Las redes de clase Y, así como las de clase D, utilizan todos los segmentos como identificadores de red y sus direcciones se inician en "240.0.0.0" y van hasta "255.255.255.255". La clase Y es reservada por la IANA para uso futuro.

PROTOCOLOS IPV4 E IPV6

Los protocolos IPv4 e IPv6, todavía causan ciertas dudas a los usuarios de Internet. Es preciso saber que la norma IPv4 nació junto a la red y ahora está siendo sustituido por el IPv6 pero, ¿en qué consiste cada protocolo?
IPv4
IPv4 significa Internet Protocol Version 4, o versión 4 del Protocolo de Internet. Es la tecnología que permite que los equipos puedan conectarse a Internet, cualquiera sea el dispositivo (PC, notebook, smartphone, tablet, etc.) Cada uno de ellos en el instante que se conecta a internet, obtiene un código único, para poder enviar y recibir datos con otras conexiones.
IPv6
El IPv6 es la sexta revisión de los protocolos de Internet y es el sucesor natural del IPv4. Esencialmente, cumple la misma función, pero en 128 bits.
Por qué se usa el IPv4
El IPv4 transfiere direcciones de protocolos de 32 bits. Sostiene aproximadamente 4,29 billones de IPs alrededor del mundo, provocando la crisis actual que ocasiona que el sistema ya no soporte más direcciones.
Cómo resolverá este problema el IPv6
El nuevo sistema soportará aproximadamente 340.282.366.920.938.000.000.000.000.000.000.000.000 de direcciones. Un número prácticamente incalculable, pero lo positivo es que logrará soportar la demanda del crecimiento de Internet por muchos años. Y eso se debe a que los IPs trabajan en 128 bits.
Cómo se va a realizar el cambio de protocolos
Los protocolos ya comenzaron a ser sustituidos, es más, los dos sistemas funcionan paralelamente. Google, Facebook y otras grandes compañías realizan constantes pruebas para conocer cómo funcionarán los sistemas cuando comience la migración definitiva.
Cómo afectará esto a los usuarios
En primera instancia, no afectará a ningún tipo de usuario. Los sistemas operativos como Windows 7 Service Pack 1, Mac OS X 10.2 y posteriores cuentan con IPv6, el problema está en los routers que deberán ser sustituidos por modelos más actuales para poder servir a las conexiones.