ARP, ICMP y encaminamiento

Un equipo que quiere enviar algo conoce la dirección IP del destino, pero para construir la trama necesita su dirección física, la MAC. El protocolo de resolución de direcciones, ARP, es el que cubre ese hueco: dada una IP, averigua la MAC correspondiente.

Funciona preguntando a gritos. El equipo emite por difusión, con la dirección de destino FF:FF:FF:FF:FF:FF, una pregunta que viene a decir quién tiene esta IP. La escuchan todos los equipos del enlace, y contesta solo el que la tiene, en una respuesta dirigida ya a quien preguntó.

Como preguntar por difusión es caro, el resultado se guarda en la caché ARP, una tabla de pares dirección IP y dirección MAC con la que el equipo se ahorra volver a preguntar durante un rato. Las entradas caducan, para que la tabla no se quede con datos viejos si una máquina cambia de tarjeta de red.

ARP va de la lógica a la física, y pregunta por difusión. RARP hace lo contrario, pero hoy no se usa: quien reparte direcciones es DHCP.

IP no garantiza nada y no avisa de nada por sí mismo. El protocolo de mensajes de control de Internet, ICMP, es la pieza que le falta: sirve para informar de errores y para hacer consultas de diagnóstico. No transporta datos de usuario.

Su encaje en la pila tiene una particularidad que se pregunta: sus mensajes viajan metidos en un datagrama IP, sin pasar por TCP ni por UDP, y aun así se considera un protocolo del nivel de red. Como van dentro de un datagrama, son encaminables: cruzan routers y llegan a redes distintas. Su cabecera ocupa 4 bytes.

Traceroute se apoya exactamente en ese mecanismo: envía paquetes con TTL 1, luego 2, luego 3, y va recogiendo los avisos de tiempo excedido que devuelve cada router del camino, que es lo que le permite dibujar la ruta salto a salto.

Configurar a mano la dirección de cada equipo no es viable en cuanto hay más de unos pocos. El protocolo de configuración dinámica de anfitriones, DHCP, entrega automáticamente a cada equipo que se conecta su dirección IP, su máscara, su puerta de enlace y los servidores de nombres que debe usar.

El intercambio son cuatro mensajes, y se recuerda por sus iniciales en inglés, DORA. Los dos primeros van por difusión, porque el cliente todavía no tiene dirección y no sabe a quién preguntar.

1. 1Descubrimiento: el cliente pregunta por difusión si hay algún servidor DHCP escuchando.
2. 2Oferta: uno o varios servidores le ofrecen una dirección concreta.
3. 3Solicitud: el cliente acepta una de las ofertas, y lo anuncia también por difusión para que los demás servidores retiren la suya.
4. 4Confirmación: el servidor elegido cierra el trato y fija el tiempo de cesión de esa dirección.

Si el proceso falla porque no contesta ningún servidor, el equipo se asigna a sí mismo una dirección del rango 169.254.0.0/16. Por eso ver una dirección que empieza por 169.254 significa casi siempre que el servidor DHCP no está respondiendo.

DORA: descubrimiento, oferta, solicitud y confirmación. Servidor en el 67 y cliente en el 68, sobre UDP.

Un router necesita saber por dónde sale cada destino, y esa información puede escribirse a mano o aprenderse sola. Los protocolos de encaminamiento son los que hacen que los routers se cuenten entre ellos lo que saben. La primera división es por el ámbito.

Un sistema autónomo es un conjunto de redes bajo una misma administración y con una política de encaminamiento común. Su número lo asigna IANA, igual que las direcciones, y es lo que permite identificar a cada operador en el encaminamiento de Internet.

La segunda división es por cómo trabaja el algoritmo, y es la que más se pregunta.

Hay una tercera división, la que separa a los que transportan la máscara de los que no. Los antiguos, con clases, son RIPv1 e IGRP, y por eso no admiten VLSM. Los modernos, sin clases, son RIPv2, EIGRP, OSPF, IS-IS y BGP. Para IPv6 existen las versiones equivalentes: RIPng, OSPFv3, IS-IS para IPv6 y BGP para IPv6.

Vector distancia pregunta a los vecinos; estado de enlace se hace un mapa. Dentro de la organización van los IGP y entre organizaciones, BGP.

Alrededor de IP orbita una lista de protocolos que no son materia de este tema, pero que se preguntan con la fórmula de para qué sirve o en qué puerto escucha. Basta con reconocerlos.

Tres de ellos se citan siempre juntos porque trabajan en equipo: NFS se apoya en llamadas a procedimiento remoto, RPC, y estas usan XDR para describir cómo se representan los datos que viajan, de modo que dos máquinas distintas se entiendan.