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Capa de enrutamiento del protocolo TCP-IP

Introducción

La capa de enrutamiento - protocolo IPv4 - ofrece a la capa de transporte un servicio no orientado a conexión que cumple con las siguientes funciones:

-. Enrutamiento, Fragmentación y reensamblaje.

-. Clasificación de servicios.

-. Tiempo de vida de un paquete.

Enrutamiento, Fragamentación y reemsamblaje

Una de las funciones del Protocolo IP es enrutar paquetes IP a través de un conjunto de redes TCP-IP interconectadas. Los paquetes IP son encaminados desde un computador a otro a través de redes individuales basándose en la interpretación de una dirección IP. Para cumplir con esta función el protocolo IP utiliza las direcciones IP fuente y destino que se encuentran en una cabecera IP a fin de determinar la ruta de los paquetes IP desde un computador fuente a un computador destino. Este proceso se conoce con el nombre de enrutamiento de paquetes IP. Este proceso de enrutamiento puede ser generalizado por el siguiente algoritmo:

1. Determinar la dirección IP del computador destino.

2. ¿La red de la direcció IP destino es igual a la red de la dirección IP del computador fuente? Si la respuesta es sí ir al paso 3 de lo contrario ir al paso 4.

3. Obtener la dirección física asociada a la dirección IP destino haciendo uso del protocolo ARP y transmitir el paquete con la interface de red apropiada.

4-. ¿La red destino se encuentra listada en la tabla de rutas? Si la respuesta es sí enviar el paquete IP a la dirección IP asociada a la ruta hasta alcanzar a la red del computador destino y proceder con el paso 3.. Si la respuesta es no, utilizar la ruta por defecto. Si la ruta por defecto no está configurada: generar un paquete ICMP indicando el error "red inalcanzable".

Durante el proceso de enrutamiento, un paquete IP puede ser fragmentado cuando el tamaño del mismo es mayor que la máxima unidad de transferencia de datos - MTU Maximun Transfer Unit - del enlace que une a dos redes TCP-IP. Los paquetes IP fragmentados solo son reensamblados cuando lleguan al computador destino.

En la figura 1.1 podemos observar los parámetros de control de una cabecera IP donde los parámetros: Dirección IP fuente, Dirección IP destino, Identificación, Flags y Posición son uilizados para cumplir con las funciones de enrutamiento, fragmentación y reensamblaje del protocolo IPv4.

  0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |Versión|  IHL  | Tipo Servicio |         Longitud Total        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |         Identificación        |Flags|        Posición         |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |Tiempo de Vida |   Protocolo   | Suma de Control de Cabecera   |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                       Dirección de Origen                     |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                       Dirección de Destino                    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Opciones                   |    Relleno    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                Cada signo - indica un Bit. 
				

Figura 1.1 Cabecera IPv4

El registro Flags -banderas- está compuesto por tres bits los cuales están codificados de la siguiente manera:

      Bit 0: reservado, debe ser cero.
      Bit 1: (DF) No Fragmentar (Don't Fragment) 0 = puede fragmentarse,
             1 = No Fragmentar.
      Bit 2: (MF) Más Fragmentos (More Fragments) 0 = último Fragmento,
             1 = Más Fragmentos.
          0   1   2
        +---+---+---+
        |   | D | M |
        | 0 | F | F |
        +---+---+---+

La función del registro flags es indicar si los paquetes recibidos por el computador destino se encuentran fragmentados o no. Si los paquetes se encuentran fragmentados estos parámetros de control trabajan en conjunto con los parámetros de control Indentificación y Posición.

El parámetro de control Identificación es un registro de 16 Bits el cual es asignado por el remitente para el ensamblaje de fragmentos de un datagrama.

El parámetro de control Posición del Fragmento es un registro de 13 Bits y sirve para indicar a que parte del paquete IP pertenece este fragmento. La posición del fragmento se mide en unidades de 8 octetos (64bits). El primer fragmento tiene posición 0.

Los registros dirección IP Origen y Dirección IP Destino son registros de 32 Bits e indican la dirección IP de un computador.

Clasificación de servicios

El protocolo IP puede ser utilizado para diferenciar los datos de los servicios generados por las aplicaciones. De esta manera se establecen prioridades entre las aplicaciones con el fin de satisfacer sus requerimientos. En la figura 1.1 podemos observar el parámetro de control Tipo de Servicio. Este parámetro de control es utilizado para diferenciar los datos de los servicios generados por las aplicaciones. El registro Tipo de Servicio es un registro de 8 bits tal como se presenta a continuación:

      Bits 0-2:  Prioridad.
      Bit    3:  0 = Demora Normal,       1 = Baja Demora.
      Bit    4:  0 = Rendimiento Normal , 1 = Alto rendimiento.
      Bit    5:  0 = Fiabilidad Normal ,  1 = Alta fiabilidad.]
      Bits 6-7:  Reservado para uso futuro.

         0     1     2     3     4     5     6     7
      +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
      |                 |     |     |     |     |     |
      |   PRECEDENCIA   |  D  |  T  |  R  |  0  |  0  |
      |                 |     |     |     |     |     |
      +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+

        Precedencia

          111 - Control de Red
          110 - Control Entre Redes
          101 - CRITICO/ECP
          100 - Muy urgente (Flash Override)
          011 - Urgente (Flash)
          010 - Inmediato
          001 - Prioridad
          000 - Rutina

Tiempo de vida de un paquete

Debido a que el protocolo IP es un protocolo no orientado a conexión el mismo hace uso de un mecanismo que determina el tiempo de vida "TTL Time to Live" de un paquete IP. Este tiempo de vida fijado por el computador Origen es reducido a uno cada vez que el paquete IP es enrutado. Si el tiempo de vida se reduce a cero antes de que el paquete IP llegue a su destino, el paquete IP es destruido. En la figura 1.1 podemos observar que el registro "Tiempo de Vida" es un registro de 8 bits.

El parámetro de control Suma de control "Checksum" del protocolo IP incluye unicamente la cabecera IP. Dado que algunos campos de la cabecera cambian cada vez que un paquete IP es enrutado o procesado (Ej: Parámetro de control Tiempo de Vida), esta suma es recalculada y verificada en cada punto donde la cabecera internet es procesada. El algoritmo de la suma de control es el complemento A uno de 16 bits de la suma de los complementos A uno de todas las palabras de 16 bits de la cabecera. A la hora de calcular la suma de control, el valor inicial de este campo es cero.

El parámetro de control Versión presente en una cabecera IP es un registro de 4 bits e indica el formato de la cabecera IP.

El parámetro de control Longitud de la Cabecera IP (IHL Internet Header Length), es un registro de 4 Bits e indica la longitud de la cabecera en palabras de 32 bits, y por tanto apunta al comienzo de los datos. Es importante mencionar que el valor mínimo para una cabecera IP correcta es 5.

El parámetro de control opciones puede o no aparecer en una cabecera IP ya que su transmisión es opcional. Las Opciones proporcionan funciones de control necesarias tales como marcas de tiempo, seguridad y enrutamiento. Analicemos a continuación el sistema de direccionamiento del protocolo IP versión 4 y la estructura de la red Internet.

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