Curso de Windows 2003 Server

Para que los dispositivos se puedan comunicar, los dispositivos emisores necesitan tanto las direcciones IP como las direcciones MAC de los dispositivos destino. Cuando tratan de comunicarse con dispositivos cuyas direcciones IP conocen, deben determinar las direcciones MAC. El conjunto TCP/IP tiene un protocolo, denominado ARP, que puede detectar automáticamente la dirección MAC. ARP permite que un equipo descubra la dirección MAC del ordenador que está asociado con una dirección IP.

No vamos a ver parámetros de este protocolo pero por ejemplo en una red local con varios equipos tenemos que con el comando ARP nos puede mostrar esta equivalencia de dirección IP <-> dirección física. Por ejemplo:

La unidad básica de transferencia de datos en IP es el paquete IP. El procesamiento de datagramas se lleva a cabo en el software, lo que significa que el contenido y el formato no dependen del hardware. El datagrama se divide en dos componentes principales: el encabezado, que incluye las direcciones origen y destino, y los datos. Ya lo hemos comentado otras veces la información básicamente se compone en el destinatario por un lado y el contenido...

Los protocolos de Capa 3 determinan si los datos se transportan más allá de la capa de red hacia los niveles superiores del modelo OSI. Un paquete de datos debe contener una dirección MAC destino y una dirección IP destino. Si le falta una u otra dirección, los datos no se transportan desde la Capa 3 hacia las capas superiores. De esta manera, las direcciones MAC y las direcciones IP cumplen una función de equilibrio mutuo. Una vez que los dispositivos determinan las direcciones IP destino de los dispositivos destino, pueden agregar las direcciones MAC destino a los paquetes de datos. 

Hay muchas maneras en que los dispositivos pueden determinar las direcciones MAC que se deben agregar a los datos encapsulados. Algunos mantienen tablas que contienen todas las direcciones MAC y direcciones IP de los otros dispositivos que están conectados a la misma LAN. Estas se denominan tablas de Protocolo de resolución de direcciones (ARP), y asignan direcciones IP a las direcciones MAC correspondientes. Las tablas ARP son secciones de la memoria RAM, en las cuales la memoria caché se mantiene automáticamente en cada uno de los dispositivos. Es raro que se deba efectuar una entrada en la tabla ARP manualmente. Cada ordenador de una red mantiene su propia tabla ARP. Siempre que un dispositivo de red desee enviar datos a través de una red, usa la información que le suministra su tabla ARP. Ya hemos visto antes un ejemplo de cómo ver esta memoria de asignaciones ARP.

Cuando un origen determina la dirección IP de un destino, el origen consulta su tabla ARP a fin de ubicar la dirección MAC del destino. Si la fuente ubica una entrada en su tabla (dirección IP destino para dirección MAC destino), enlaza o relaciona la dirección IP con la dirección MAC y la usa para encapsular los datos.

Es la situación fácil: estamos en la misma red o subred. Si un equipo desea enviar datos a otro debe conocer la dirección IP destino. Si no puede encontrar la dirección MAC del destino en su propia tabla ARP, comienza un proceso denominado petición ARP. La petición ARP le permite descubrir la dirección MAC destino.  

Un host genera un paquete de petición ARP y lo envía a todos los dispositivos de la red. Para asegurarse de que todos los dispositivos vean la petición ARP, el origen usa una dirección de broadcast MAC. La dirección de broadcast de un esquema de direccionamiento MAC tiene F hexadecimales en todas las posiciones. De este modo, una dirección de broadcast MAC tendría el formato FF-FF-FF-FF-FF-FF.)

Como los paquetes de peticiones ARP se desplazan en un modo de broadcast, todos los dispositivos de una red local reciben los paquetes y los pasan a la capa de red donde se les realiza un examen más amplio. Si la dirección IP de un dispositivo concuerda con la dirección IP destino de la petición ARP, ese dispositivo responde enviando su dirección MAC al origen. Esto se denomina respuesta ARP.

Ejemplo:

El dispositivo origen 197.15.22.33 pide la dirección MAC del destino con la dirección IP 197.15.22.126, El dispositivo destino 197.15.22.126 recibe la petición ARP y responde con una respuesta ARP que contiene su dirección MAC. 

Una vez que el dispositivo origen recibe la respuesta ARP, extrae la dirección MAC del encabezado MAC y actualiza su tabla ARP. Entonces el dispositivo origen puede direccionar los datos correctamente, con la dirección MAC destino y la dirección IP destino. El dispositivo usa esta nueva información para ejecutar encapsulamientos de Capa 2 y Capa 3 de los datos antes de enviarlos nuevamente a través de la red

Cuando los datos llegan a destino, la capa de enlace de datos verifica si hay concordancia, elimina el encabezado MAC, y transfiere los datos a la capa de red. La capa de red examina los datos y detecta que la dirección IP concuerda con la dirección IP destino que se transporta en el encabezado IP. La capa de red elimina el encabezado IP y transfiere los datos encapsulados hacia la siguiente capa superior del modelo OSI, la capa de transporte (Capa 4). Este proceso se repite hasta que el resto de los datos parcialmente desencapsulados del paquete llegan a la aplicación, donde se pueden leer los datos del usuario

¿No está nada mal, no? Acabamos de definir cómo funciona el tráfico de una red, pero claro, es una red muy sencilla porque el origen y destino están en la misma red. ¿Pero para redes que no están directamente conectadas... que pasa? ¿Cómo descubre la MAC de mi amigo (que tiene el Messenger encendido) y me conecto con él para enviarle un archivo? Ahora veremos cómo realizar los saltos para encontrar estos datos...

Para que un dispositivo se pueda comunicar con otro dispositivo de la red, debe suministrarle un gateway por defecto. Un gateway por defecto es la dirección IP de la interfaz en el router que se conecta con el segmento de red en el cual se encuentra ubicado el host origen. La dirección IP del gateway por defecto debe encontrarse en el mismo segmento de red que el host origen. Es decir, como hemos dicho antes, el Gateway es la IP de un dispositivo que nos permite conectar con otras redes.

Si no se ha definido ningún gateway por defecto, la comunicación sólo se puede realizar en el propio segmento de red lógica del dispositivo. Está claro, le decimos que no hay ningún dispositivo que nos conecte con otras redes por lo tanto sólo funcionarán las direcciones IP de la misma red. El ordenador que envía los datos realiza una comparación entre la dirección IP destino y su propia tabla ARP. Si no encuentra coincidencias, debe tener una dirección IP por defecto que pueda utilizar. Si no hay un gateway por defecto, el ordenador origen no tiene ninguna dirección IP destino y el mensaje no se puede enviar.

Uno de los principales problemas de las redes es cómo comunicarse con dispositivos que no se encuentran en el mismo segmento de red física. El problema puede dividirse en dos partes. La primera consiste en obtener la dirección MAC del host destino y la segunda consiste en transferir los paquetes de datos de un segmento de red a otro, a fin de obtener el equipo destino. Mas que problema es la "grandeza" de nuestro protocolo que sabe cómo encontrar otro equipo en redes separadas a miles de kilómetros, que tiene su mérito...

ARP utiliza paquetes de broadcast para lograr su función. Sin embargo, como hemos dicho en varias ocasiones los routers no envían paquetes de broadcast. Para que un dispositivo envíe datos a la dirección MAC de un dispositivo que está ubicado en otro segmento de la red, el dispositivo origen envía los datos a un gateway por defecto. El gateway por defecto es la dirección IP del la interfaz del router conectada al mismo segmento de red física que el host origen. El host origen compara la dirección IP destino con su propia dirección IP para determinar si las dos direcciones IP se encuentran ubicadas en el mismo segmento. Si el dispositivo receptor no está ubicado en el mismo segmento, el dispositivo origen envía los datos al gateway por defecto

Lee por favor el anterior párrafo otra vez, comprenderás cómo se las ingenia para ir encontrando la MAC del destino y es que va utilizando los "gateways" o pasarelas como método de conexión entre las redes... veamos dos esquemas de las preguntas que se hace en los dos casos: si el equipo está en la red local o no:

• Destino TCP/IP local:

• Destino TCP/IP no local

El protocolo ARP proxy es una variante del protocolo ARP. En este caso, un dispositivo intermedio (por ej., un router) envía una respuesta ARP, de parte de un nodo final, hacia el host que realiza la petición. Los routers que ejecutan el protocolo ARP proxy capturan paquetes ARP. Responden enviando sus direcciones MAC a aquellas peticiones en las que la dirección IP no se ubica dentro la gama de las direcciones de la subred local. 

En la descripción anterior acerca de cómo se envían los datos a un host que se encuentra en una subred diferente, se configura el gateway por defecto. Si el host origen no tiene configurado un gateway por defecto, envía una petición ARP. Todos los hosts del segmento, incluyendo el router, reciben la petición ARP. El router compara la dirección IP destino con la dirección IP de subred para determinar si la dirección IP destino se encuentra en la misma subred que el host origen. 

Si la dirección de subred es la misma, el router descarta el paquete. El motivo por el cual se descarta el paquete es que la dirección IP destino está en el mismo segmento que la dirección IP origen. Esto significa que otro dispositivo del segmento debe responder a la petición ARP. La excepción a esto es que la dirección IP destino no esté actualmente asignada, lo que puede generar una respuesta con error en el host origen.

Si la dirección de subred es distinta, el router responderá con su propia dirección MAC a la interfaz que se encuentra directamente conectada al segmento en el cual está ubicado el host origen. Este es el protocolo ARP proxy. Dado que la dirección MAC no está disponible para el host destino, el router suministra su dirección MAC para obtener el paquete. Luego el router puede enviar la petición ARP (basándose en la dirección IP destino) a la subred adecuada para que se realice la entrega

El equipo A le envía una petición ARP al equipo F. El router procesa y contesta con su dirección MAC para asignarla a la dirección IP de F.