Redes en Linux

¿Cómo hacen los datos para llegar de tu computador a un servidor al otro lado del mundo? ¿Por qué el WiFi se corta justo cuando más lo necesitas? La segunda pregunta no tiene respuesta, pero la primera sí.

Interfaces de red

Una interfaz es una conexión de red del equipo: una tarjeta cableada, una inalámbrica, o una virtual. Cada una tiene un nombre:

Los nombres como enp3s0 dependen de dónde está conectada la tarjeta en la placa, así no cambian de un arranque a otro.

ip link           # las interfaces y su estado
ip -brief addr    # las interfaces con sus direcciones, en forma resumida

La dirección MAC

Cada tarjeta de red trae de fábrica una dirección MAC: un identificador de 48 bits, escrito como seis pares de dígitos hexadecimales:

00:1a:2b:3c:4d:5e

La MAC identifica a la tarjeta dentro de la red local. Se ve con ip link, en la línea link/ether.

Capas: el modelo TCP/IP

Enviar datos por una red involucra muchos problemas distintos: la señal eléctrica o de radio, llegar al equipo correcto, no perder pedazos, entender lo que llega. Para ordenarlo, se divide en capas, y cada una se apoya en la de abajo:

Los datos viajan en paquetes: pedazos con un encabezado (origen, destino, protocolo, etc.) y la carga útil con los datos en sí.

El modelo OSI describe lo mismo, pero en siete capas. Se usa mucho para enseñar y para hablar de redes ("es un problema de capa 2").

Direcciones IPv4

Una dirección IP identifica a un equipo en una red. En IPv4 son 32 bits, que se escriben como cuatro números del 0 al 255:

193.146.85.34  =  11000001.10010010.01010101.00100010

Una dirección tiene dos partes: la de red (a qué red pertenece) y la de equipo (host, cuál es dentro de esa red). Dónde se corta entre una y otra lo dice el prefijo, que se escribe después de una barra:

192.168.1.25/24

/24 significa que los primeros 24 bits son la red (192.168.1) y los 8 restantes identifican al equipo (25). Esto se llama notación CIDR.

La máscara de red

La misma información se puede escribir como una máscara: 32 bits con unos en la parte de red y ceros en la de equipo.

¿Por qué 254 y no 256 en una /24? Porque en cada red hay dos direcciones reservadas:

• Dirección de red: todos los bits de equipo en 0 (192.168.1.0). Identifica a la red misma.
• Broadcast: todos en 1 (192.168.1.255). Un paquete enviado ahí les llega a todos los equipos de la red.

Direcciones especiales

• Privadas: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 y 192.168.0.0/16. Se usan dentro de casas y empresas, y no circulan por internet. Muchas redes privadas pueden usar las mismas direcciones sin problema.
• Loopback: 127.0.0.0/8, y en particular 127.0.0.1 (localhost): el propio equipo.

Tu computador casi seguro tiene una dirección privada. Para salir a internet, el router la traduce a su dirección pública, compartida por toda la red de la casa. Eso se llama NAT.

IPv6

Las direcciones IPv4 se agotaron: 32 bits dan para unos 4.300 millones, y no alcanzan. IPv6 usa 128 bits, escritos en hexadecimal (2001:db8::1), y ya convive con IPv4 en la mayoría de las redes. Si en ip addr ves direcciones que parten con fe80::, son IPv6 locales.

Subredes

Una red se puede dividir en subredes más pequeñas, tomando bits de la parte de equipo para la parte de red. Sirve para ordenar (una subred por piso o por departamento), separar tráfico y aprovechar mejor las direcciones.

Cada bit que se toma duplica la cantidad de subredes y reduce a la mitad su tamaño. Por ejemplo, 192.168.0.0/24 dividida en dos queda:

Y en cuatro, con /26 (máscara 255.255.255.192): .0, .64, .128 y .192, cada una con 62 equipos.

Una forma rápida de calcular el último número de la máscara: 256 − (256 ÷ cantidad de subredes). Para cuatro subredes: 256 − 64 = 192.

¿El destino está en mi red?

Para decidir a dónde mandar un paquete, el equipo hace un AND bit a bit entre la dirección de destino y su propia máscara. Si el resultado es su misma red, el destino es un vecino y se le envía directamente. Si no, el paquete va al gateway.

Rutas y gateway

El gateway (o puerta de enlace) es el router que conecta tu red con las demás. Todo lo que no es para tu red local se le entrega a él, y él decide cómo seguir.

ip route

default via 192.168.1.1 dev wlp2s0
192.168.1.0/24 dev wlp2s0 proto kernel scope link src 192.168.1.25

Se lee así:

• "lo que sea para 192.168.1.0/24, mándalo directo por wlp2s0";
• "todo lo demás (default), entrégaselo a 192.168.1.1", el gateway.

DNS: nombres en vez de números

Es mucho más fácil recordar www.usm.cl que una dirección IP. El DNS (Domain Name System) es el servicio que traduce nombres a direcciones:

1. Tu equipo pregunta a su servidor DNS: "¿cuál es la IP de www.usm.cl?".
2. El servidor responde (buscando en otros servidores DNS si no lo sabe).
3. Tu equipo se conecta a esa IP.

dig +short www.usm.cl     # la IP de un nombre
host www.usm.cl           # lo mismo, en otro formato
resolvectl status         # qué servidores DNS estás usando

Antes de preguntar al DNS, el sistema revisa /etc/hosts, donde se pueden fijar nombres a mano.

¿Qué necesita un equipo para conectarse?

Cuatro datos:

1. Su dirección IP.
2. La máscara (o prefijo).
3. El gateway.
4. Al menos un servidor DNS.

Casi siempre los entrega automáticamente un servidor DHCP (en una casa, el mismo router) al conectarse a la red. En los escritorios y en la mayoría de los servidores, la configuración la administra NetworkManager, que se maneja desde la interfaz gráfica o con nmcli.

Herramientas

La página de configuración de red de la ArchWiki es una muy buena referencia (en inglés).

Ejercicios

ip link

traceroute www.usm.cl

ss -t state established

sudo ss -tulpn

dig +short www.usm.cl
ip -brief addr

ip addr show lo

scp informe.pdf ana@servidor.ejemplo.cl:/home/ana/documentos/

rsync -av proyecto/ ana@servidor.ejemplo.cl:/home/ana/proyecto/

192.168.0.160  AND  255.255.255.128  =  192.168.0.128

192.168.0.25   AND  255.255.255.128  =  192.168.0.0

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