Protocolos de Red: DNS, DHCP, Multicast, RIP, OSPF, NAT, PIM y Redes Inalámbricas

DNS

Sistema de nombres de dominio que incluye las zonas in-addr.arpa (resolución inversa IPv4) e ip6.arpa (resolución inversa IPv6). El servidor DNS utiliza el puerto 53 tanto en TCP (respuestas de más de 512 bytes) como en UDP. En Linux, el servidor DNS más habitual es BIND, cuyo demonio se denomina named.

DHCP

Las aplicaciones que usan broadcast y multicast emplean únicamente UDP. Los mensajes broadcast son procesados por la CPU de todos los equipos de la red. El broadcast dirigido se envía a una red remota. DHCP utiliza la dirección de difusión 255.255.255.255 sobre UDP, con el puerto 67 para el servidor y el 68 para el cliente.

El proceso de asignación consta de los siguientes pasos:

1. DHCP Discover: el cliente envía un broadcast con dirección de origen 0.0.0.0.
2. DHCP Offer: cada servidor responde con una oferta.
3. DHCP Request: el cliente envía un broadcast indicando el servidor seleccionado.
4. DHCP ACK: el servidor seleccionado confirma la configuración.
5. DHCP Release: el cliente renuncia a la configuración asignada.

Los routers no reenvían mensajes DHCP, salvo que actúen como BOOTP relay.

Multicast

Los switches y puentes no aíslan el tráfico multicast. Varias direcciones multicast pueden corresponder a una misma dirección MAC, ya que se ignoran 23 bits, por lo que la correspondencia no es biunívoca.

Funcionamiento: el host se suscribe mediante IGMP a los routers de la red. La dirección 224.0.0.2 corresponde a los routers y 224.0.0.1 a todos los equipos de la red.

RIP

• Número máximo de saltos (TTL máx. = 15); el valor 16 representa infinito.
• Dirección multicast 224.0.0.9, MAC 01:00:5E:00:00:09, TTL = 1.
• Comunicación con vecinos mediante multicast cada 30 s.
• Actualización de tablas si la distancia es menor, o si la información proviene del siguiente salto aunque sea a mayor coste.
• Si no se recibe información de una ruta durante 180 s, la ruta se elimina.
• Utiliza UDP, puerto 520.
• Mensajes: Solicitud (al iniciar RIP) y Respuesta (multicast cada 30 s o unicast como respuesta a una solicitud).
• Un router Cisco comienza con coste 1 para las redes directamente conectadas.

Mecanismos para evitar bucles y problemas de convergencia:

• Cuenta hasta infinito: bucle entre routers que incrementa el coste hasta 16, momento en que la ruta se considera inalcanzable y se elimina.
• Split Horizon: no se anuncian las rutas aprendidas por una interfaz a través de esa misma interfaz (temporizador de eliminación de 3 min).
• Poison Reverse: las rutas aprendidas por una interfaz se anuncian por esa misma interfaz, pero con coste 16 (infinito).
• Triggered Updates: al aprender o borrar una ruta, se envía inmediatamente una actualización multicast.
• Garbage Collect Timer: la ruta borrada permanece en la tabla durante 120 s con coste 16.

Redes ad hoc

Redes sin puntos de acceso, formadas únicamente por estaciones que se comunican entre sí.

Ganancia y antenas

Ganancia: medida relativa de la intensidad emitida en comparación con una antena isotrópica, expresada en dBi.

Tipos de antenas:

• Yagi: sectorial, punto a multipunto.
• Parabólica: punto a punto, concentra la señal en una dirección.
• Omnidireccional: emite en todas las direcciones (plano vertical).
• Panel (parche): emisión frontal.

OSPF

Utiliza la dirección multicast 224.0.0.5 para todos los routers OSPF y 224.0.0.6 para los routers designados (DR y BDR). El backbone (troncal) interconecta las áreas mediante sus routers designados.

Al iniciarse, OSPF se suscribe a la dirección 224.0.0.5 y utiliza TTL = 1 para hablar con los vecinos.

• Cada router mantiene 2 bases de datos (BDD): Router Link State (información de las interfaces de todos los routers) y Network Link State (información de las subredes conectadas).
• El algoritmo de Dijkstra se ejecuta en cada router para generar la tabla de encaminamiento a partir de la BDD.
• ID del router: la IP más alta de sus interfaces.
• Descubrimiento de vecinos: mensajes HELLO multicast, sin inundación, con TTL = 1 cada 10 s. Un vecino se considera desconectado tras 40 s sin respuesta.
• Router Designado (DR) y Router Designado de Respaldo (BDR): al iniciarse la red, tras 40 s se elige el de mayor prioridad (campo Priority de HELLO) y, en caso de empate, el de mayor ID.
• Anuncios LSUpdate (LSA, Link State Advertisement): cada LSA contiene una parte de la BDD y un número de secuencia. Debe ser confirmado mediante LS ACK enviado a 224.0.0.5; si no se recibe confirmación, se reenvía por unicast cada 5 s.
• LS Age: los LSU se refrescan cada 30 min y caducan al alcanzar 1 h (3600 s).
• Intercambio inicial de BDD: intercambio de HELLO iniciales y, posteriormente, de DB Description por unicast.
• Ante cambios en la BDD, el router envía un LS Update.

NAT

El router traduce direcciones públicas a privadas. En Linux se implementa mediante IP Masquerade. Existen dos tipos:

• NAT: traduce únicamente direcciones IP.
• NAPT: traduce también los puertos.

Pasos para activar NAT: configurar el host como router habilitando el IP forwarding, configurar iptables y configurar un DNS local.

IPTables: colas por las que pasan los paquetes para ser procesados. Dispone de 3 tablas:

• mangle: transforma paquetes.
• filter: filtra paquetes mediante 3 cadenas o listas de reglas.
• nat: traduce direcciones, mediante 3 cadenas.

PIM

Protocolo Independiente de Multicast, con TTL = 1, dirección 224.0.0.13 (IPv4) y ff02::d (IPv6).

• Modo denso: inicialmente la transmisión se realiza por inundación.
• Modo disperso: no se transmite si no hay solicitud.

Estación oculta

Si dos estaciones transmiten tramas simultáneamente, colisionan, ya que cada una detecta el medio como disponible. Para solucionarlo, la estación envía una trama RTS (Request to Send) antes de transmitir. Las estaciones que la escuchan responden con CTS (Clear to Send) y el resto de estaciones esperan.

Fragmentación

Por cada fragmento enviado, el emisor debe recibir un ACK. Los paquetes broadcast y multicast no se fragmentan.