Módulo 3: Enlaces Seriales Punto a Punto y Protocolo PPP -------------------------------------------------------- 3.1. Enlaces Seriales Punto a Punto ----------------------------------- 3.1.1. Introducción a la comunicación serial -------------------------------------------- 1. Las tecnologías WAN se basan en la transmisión serial en la capa física. 2. Los procesos de la capa física utilizan señalización para pasar los bits que componen la trama de Capa 2, uno por uno, al medio físico. 3. Métodos de señalización: a. Nivel Sin Retorno a Cero (NRZ-L, Non-Return to Zero-Level) b. Binario 3 de Alta Densidad (HDB3, High-Density Binary 3) c. Inversión Alternada de Marcas (AMI, Alternate Mark Inversion) 4. Normas de comunicación seriales: a. RS-232-E b. V.35 c. Interfaz serial de alta velocidad (HSSI, High-Speed Serial Interface) 3.1.2.Multiplexión por división de tiempo ----------------------------------------- 1. La multiplexión consiste en transmitir varias fuentes de información por un canal o medio común. 2. En la multiplexión por división de tiempo (TDM, Time Division Multiplexing), el canal se divide en múltiples intérvalos de tiempo, a cada nodo en la red se le asigna una ranura de tiempo definido. El nodo sólo puede transmitir datos en su ranura de tiempo asignada. 3. TDM es un concepto de la capa física y, por lo tanto, independiente del protocolo de Capa 2. 4. Un ejemplo de un estándar de WAN que usa TDM es ISDN (Integrated Services Digital Network o Red Digital de Servicios Integrados). El acceso básico (BRI) ISDN cuenta con tres canales que constan de dos canales B de 64 kbps (B1 y B2) y un canal D de 16 kbps. TDM tiene nueve intervalos de tiempo que se repiten. 3.1.3. Punto de demarcación --------------------------- 1. El punto de demarcación o "demarc", como se conoce más comúnmente, es el punto de la red donde termina la responsabilidad del proveedor del servicio o compañía telefónica. 2. En los Estados Unidos, una compañía telefónica provee bucles locales (local loops) a las instalaciones del cliente y el cliente provee el equipo activo, como por ejemplo el CSU/DSU donde termina el bucle local. Esta terminación a menudo se produce en un armario de telecomunicaciones y el cliente es responsable de mantener, reemplazar y reparar el equipo. 3.1.4. DTE y DCE ---------------- 1. Una conexión serial cuenta con un dispositivo de equipo terminal de datos (DTE, Data Terminal Equipment) en un extremo de la conexión y un dispositivo de equipo de comunicación de datos (DCE, Data Comm. Equipment) en el otro. 2. El DTE es el transmisor o receptos de datos. Por lo general es el router o una computadora. 3. El DCE, en general un módem o CSU/DSU, es el dispositivo que se utiliza para convertir los datos del usuario del DTE en una forma que sea aceptable para el enlace de la transmisión del proveedor del servicio WAN. 4. El DCE general la señal de relog (clocking signal) utilizanda en la comunicación síncrona (los datos se transmiten de acuerdo con un esquema de temporización). 5. La Asociación de Industrias Electrónicas (EIA) y el Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la Unión de Telecomunicaciones Internacional (ITU-T, UIT-T) desarrollan las normas que permiten que los DTE se comuniquen con los DTE en términos físicos, eléctricos, funcionales y procesales. 6. Por lo general, el proveedor WAN o la CSU/DSU determina el tipo de cable necesario para conectar el DCE y el DTE. 7. Los dispositivos Cisco admiten los estándares seriales EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, V.35, X.21 y EIA/TIA-530. 3.1.5. Encapsulamiento HDLC --------------------------- 1. Al principio, las comunicaciones seriales se basaban en protocolos orientados a los caracteres (los cuales son muy ineficientes). 2. En 1979, ISO aceptó al HDLC como protocolo estándar de enlace de datos orientado a bit que encapsula los datos en enlaces de datos seriales y síncronos. 3. Desde 1981, UIT-T ha desarrollado una serie de protocolos derivados del HDLC: a. Procedimiento de acceso al enlace balanceado (LAPB) para X.25 b. Procedimiento de acceso al enlace en el canal D (LAPD) para ISDN c. Procedimiento de acceso al enlace para módems (LAPM) y PPP para módems d. Procedimiento de acceso a enlaces para Frame Relay (LAPF) 4. HDLC define la estructura del entramado de Capa 2 que permite el control de flujo y de errores mediante acuses de recibo y un esquema de ventanas. 5. HDLC es el protocolo de Capa 2 por defecto para las interfaces seriales de los routers Cisco. Cisco ofrece una versión propietaria de HDLC. 6. HDLC define los tres siguientes tipos de tramas: a. Tramas de información (tramas I) para los datos. Cuentan con control adicional de flujo y de errores. b. Tramas de supervisión (tramas S) para solicitudes y respuestas. c. Tramas no enumeradas (tramas U) para la configuración inicial de la conexión. 3.1.6. Configuración de encapsulamiento HDLC -------------------------------------------- 1. El HDLC de Cisco es el método de encapsulamiento por defecto que utilizan los dispositivos Cisco en las líneas seriales síncronas. 2. Si la interfaz serial se configura con otro protocolo de encapsulamiento se puede usar el comando encapsulation hdlc para volver a indicar que se usará HDLC. a. Router# config terminal b. Router(config)# interface serial 0/0 c. Router(config-if)# encapsulation hdlc 3. Para la comunicación serial entre dispositivos que son de diferentes marcas, el protocolo PPP síncrono debe ser usado. 3.1.7. Diagnóstico de fallas de una interfaz serial --------------------------------------------------- 1. El resultado del comando show interfaces serial muestra información específica de las interfaces seriales. 2. Este comando muestra el método de encapsulamiento (HDLC o PPP) e indica el estado de la línea. 3. Los posibles estados de la línea son: a. Serial x is up, line protocol is up - todo está bien. b. Serial x is down, line protocol is down - pueden haber problemas en el cableado o en el equipo. c. Serial x is up, line protocol is down - pueden haber probleas en la configuración. Por ejemplo, falta el comando clock rate. d. Serial x is up, line protocol is up (looped) - Hay un bucle. Por ejemplo, un loopback innecesario. e. Serial x is up, line protocol is down (disabled) - Puede haber un problema con el CSU/DSU. f. Serial x is administratively down, line protocol is down - Se uso el comando shutdown para inhabilitar la interfaz o no se ha habilitado la interfaz. 4. El comando show controllers serial puede ser usado para determinar si un cable está conectado como DTE o DCE. 5. Existen varios comandos de debug para diagnosticar fallas. ===================================================================================================================== 3.2. Protocolo PPP ------------------ 3.2.1. Arquitectura PPP en capas -------------------------------- 1. El Protocolo de Punto a Punto (PPP, Point-to-Point Protocol) permite que una estación de trabajo se conecte a otra computadora usando una conexión serial. Es usado para encapsular protocolos de capas más altas (tales como IP) en tramas de capa 2. 2. PPP permite comunicación síncrona (usando routers y CSU/DSU) y asíncrona (usando computadoras y módems). 3. PPPoE (PPP over Ethernet) es el estándar que permite conectar computadoras en las casa a un proveedor de servicio de Internet (ISP, Internet Service Provider) por medio de un un módem (sea regular, DSL o cable modem). 4. PPP está compuesto por dos subprotocolos: a. Protocolo de control de red (NCP, Network Control Protocol): se utiliza para configurar los distintos protocolos de capa de red. Conecta con la capa de red. b. Protocolo de control de enlaces (LCP, Link Control Protocol): se utiliza para establecer el enlace de punto a punto. Conecta con la capa física. 5. PPP utiliza el NCP para encapsular y negociar las opciones para los diferentes protocolos de capa de red. Para cada protocolo de capa de red que se utiliza, se proporciona un NCP distinto (por ejemplo, IPCP para IP, IPXCP para IPX). 6. PPP utiliza el LCP para negociar y configurar las opciones de control en el enlace de datos de la WAN. 7. PPP también utiliza LCP para acordar, de forma automática, opciones de formato de encapsulamiento tales como: a. Autenticación: usa el Protocolo de autenticación de contraseña (PAP) o el Protocolo de autenticación de intercambio de señales (CHAP). b. Compresión: las opciones de compresión aumentan la tasa de transferencia efectiva en las conexiones PPP al reducir la cantidad de datos en la trama que debe recorrer el enlace. Dos ejemplos: Stacker y Predictor. c. Detección de errores: las opciones de Calidad y Número mágico ayudan a garantizar un enlace de datos confiable y sin bucles. d. Multienlace (multilink): provee para balanceo de carga. e. Devolución de llamadas en PPP (PPP callback): provee mayor seguridad requiriendo un mecanismo donde el router devuelve una llamada inicial del cliente antes de llevar a cabo la comunicación. 8. Formato de una trama PPP: |---------------------------------------------------------------------------------------------| | Señalador | Dirección | Control | Protocolo | Datos | FCS | Señalador | | (01111110) | (11111111) | (00000011) | (2 bytes) | (0 ó más bytes) | (2 bytes) | (01111110) | |---------------------------------------------------------------------------------------------| Notas: El campo de Protocolo indica el NCP. El campo de Datos tiene un máximo de 1500 bytes. 3.2.2. Cómo establecer una sesión PPP ------------------------------------- 1. Las tres fases para el establecimiento de una sesión PPP son: a. Fase de establecimiento del enlace: en esta fase, cada dispositivo PPP envía tramas LCP para configurar y probar el enlace de datos. Se puede negociar aspectos tales como la unidad máxima de transmisión (MTU), el método de compresión y el protocolo de autenticación. b. Fase de autenticación (opcional): una vez establecido el enlace, y seleccionado el protocolo de autenticación, se puede autenticar el dispositivo usando PAP o CHAP. c. Fase de protocolo de capa de red: en esta fase, los dispositivos PPP envían paquetes NCP para seleccionar y configurar uno o varios protocolos de capa de red (como IP). Después de configurar cada uno de los protocolos de la capa de red elegidos, se pueden enviar paquetes de cada uno de los protocolos de capa de red a través del enlace. 2.El enlace PPP queda configurado para las comunicaciones hasta que se presenta una de las siguientes situaciones: ` a. Las tramas LCP o NCP cierran el enlace. b. Se vence el tiempo de inactividad. c. Interviene el usuario. 3.2.3. Protocolos de autenticación PPP -------------------------------------- 1. La fase de autenticación de una sesión PPP es opcional. Los routers pares intercambian mensajes de autenticación. 2. Al configurar la autenticación PPP, el administrador de la red puede seleccionar el Protocolo de autenticación de contraseña (PAP) o el Protocolo de autenticación de intercambio de señales (CHAP). Por lo general, el protocolo de preferencia es CHAP. 3.2.4. Protocolo de autenticación de contraseña (PAP) ----------------------------------------------------- 1. El protocolo de autenticación de contraseña (PAP, Password Authentication Protocol) ofrece un método sencillo para que un nodo remoto establezca su identidad, mediante el intercambio de señales de dos vías. 2. Una vez que se ha completado la fase de establecimiento del enlace PPP, el nodo remoto envía el conjunto de nombre de usuario/contraseña por el enlace repetidas veces hasta que se acusa recibo de la autenticación por parte del servidor remoto o la conexión se termina. 3. PAP no es un protocolo de autenticación sólido. Las contraseñas se envían por el enlace en texto no cifrado, y no hay protección contra la reproducción o los intentos de descubrimiento mediante intentos reiterados de ensayo y error. 3.2.5. Protocolo de autenticación de intercambio de señales (CHAP) ------------------------------------------------------------------ 1. El protocolo de autenticación de intercambio de señales (CHAP, challenge handshake authentication protocol) se utiliza al iniciar un enlace y verifica, de forma periódica, la identidad del nodo remoto por medio de un intercambio de señales de tres vías. 2. En el intercambio de señales de tres vías (three-way handshake), luego de que se establece el enlace por parte del host, el servidor envía un valor generado aleatoriamente (el reto). El cliente responde añadiendo el nombre de usuario y contraseña al reto, y envía esto de forma cifrada (algoritmo MD5). El servidor compara el valor recibido del cliente con el que el genera de acuerdo a una base de datos de autenticación. Si parean, se acepta al cliente. 3. Periódicamente se repite el proceso utilizando retos distintos. 3.2.6. Proceso de encapsulamiento y autenticación PPP ----------------------------------------------------- 1. Si se requiere de autenticación, el proceso da los siguientes pasos: a. Se determina el método de autenticación. b. Se revisa la base de datos local o el servidor de seguridad, que tiene una base de datos de contraseñas y nombres de usuario, para verificar que el nombre de usuario y la contraseña dados concuerdan con alguna entrada. El proceso verifica la respuesta de autenticación que envía la base de datos local. c. Si la respuesta es positiva, se inicia la sesión PPP. Si es negativa, se termina la sesión. ===================================================================================================================== 3.3. Configuración de PPP ------------------------- 1. Ejemplo de configuración (se asume que la int. serial tiene una dirección y está activa): a. Router(config)# interface serial 0/0 b. Router(config-if)# encapsulation ppp c. Router(config-if)# 2. Autenticación (uno de los siguientes): a. Router(config-if)# ppp authentication pap Router(config-if)# ppp pap sent-username password Nota: El es el nombre de usuario del router que se configura. Nota: El es la contraseña del router que se configura. b. Router(config-if)# ppp authentication chap d. Para que trabaje se debe configurar en cada router la lista de nombres de usuarios/contraseñas de los routers remotos usando: Router(config) username password Nota: Esto se entra desde modo de configuración global. 3. Compresión (uno de los siguientes): a. Router(config-if)# compress stac b. Router(config-if)# compress predictor 4. Detección de errores (se indica porcentaje de calidad): a. Router(config-if)# ppp quality 5. Multienlace: a. Router(config-if)# ppp multilink 6. Utilice el comando show interfaces serial para verificar que la configuración del encapsulamiento PPP o HDLC esté correcta. 7. Utilice el comando debug ppp authentication para mostrar la secuencia de intercambio, a medida que se produce.