05. capa de red 1ª parte
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Capa de red en el modelo OSI
La misión fundamental de la capa de red conseguir que los
datos lleguen desde el origen hasta el destino aunque estos se
encuentre en redes diferentes y no tengan conexión directa.
Para realizar este proceso la capa de red utiliza los siguientes procedimientos:
Direccionamiento: La capa de red nos da un método para direccionar los distintos
equipos.
Encapsulamiento:Cuando el paquete llega al destino hay que procesarlo
o El mensaje es creado en la capa Host del origen o Hay que añadir el encabezamiento de la capa correspondiente o Entre otras cosas Dirección Host destino, dirección host origen
o Toda esta información se le denomina PAQUETE
DesencapsulamientoCuando el paquete llega al destino hay que procesarlo
o Se comprueba la dirección para confirmar que es el destino correcto o Si es correcto, se desencapsula el paquete y el resultado se envía a las capas
superiores.
Control de congestiónExceso de tráfico que la red puede gestionar, se produce
una congestión de tráfico, para evitarlo se utilizan las técnicas correspondientes.
Forma de trabajo de la capa de red
La capa puede funcionar de dos modos diferentes.
Datagrama Cada paquete de datos se encamina independientemente sin que el
origen y destino establezcan comunicación
Circuitos virtuales En los circuitos virtuales es preciso establecer una conexión
previa de comunicación. Durante el proceso que dure la comunicación los dispositivos
de interconexión que haya por el camino reservaran recursos para ese circuito
específico.
Independientemente de si se trabaja con datagramas o circuitos virtuales el nivel de
transporte puede estar orientado a conexión o no
Servicios orientados a conexión
o Sólo el primer paquete llevará la dirección de destino o Con el primer paquete se establece la ruta que seguirán los demás o Cuando llega un paquete se identifica a que conexión pertenece y se envía por
el camino adecuado según la información que generó el primer paquete y que
permanece en cada nodo.
Servicios orientados a la no conexión
o Cada paquete lleva la dirección del destino o Y cada nodo decide el camino que seguirá cada paquete o Puede haber diferentes caminos para una misma comunicación
Función de direccionamiento Como sabemos cada paquete puede atravesar por diferentes equipos (equipos
intermedios) hasta llegar a la dirección correcta, para saber cuál es el destino se utiliza un
direccionamiento. Existen dos tipos de direccionamiento
Direccionamiento a nivel de enlace
o Se utiliza la dirección MAC que es única en cada equipo, para buscar el
destinatario y enviar mensajes dentro de la misma red
Direccionamiento a nivel de red
o Se utiliza la dirección IP que sirve para enviar mensajes entre equipos aunque
no se encuentren en la misma red
Direccionamiento a nivel de enlace Recordando unidades anteriores, las redes LAN utilizan un medio compartido para
transmitir, cuando un equipo pertenece a una misma red envía un mensaje a través del medio
compartido y sólo la estación destinataria acepta la trama, para ello se utiliza el nivel de
enlace.
Si utilizas un HUB en la red, el envío del mensaje se realiza a todas las estaciones, mientras que
si utilizas un Switch el envío del mensaje se realiza exclusivamente a la estación
correspondiente, utilizando para ello la dirección MAC. Recuerda que el switch es capaz de
crear dominios de difusión
Direccionamiento a nivel de red En este nivel no se utiliza el direccionamiento MAC.
Para identificar a los equipos se utiliza la dirección IP, que es un número que identifica de
manera lógica y jerárquica a cualquier equipo que este en la red y utiliza el protocolo TCP/IP
Imaginando una red conectada con otras tipo LAN, WAN, etc… en el nivel de red el
principalprotocoloutilizado es el IPv4 y actualmente con más fuerza el IPv6
Protocolo IPv4 o Basado en datagramas o paquetes sin conexión y es no fiable.
o Con un servicio de “mejor entrega posible”
Se entiende por mejor entrega posible, que IP no hace
comprobaciones ni seguimientos. Ej. (Servicio postal, la carta la reciba
o no se responsabiliza el receptor o emisor)
o Transporta los datos en paquetes llamados DATAGRAMAS
o Cada uno es enviado de forma independiente a través de los routers
o Los datagramas pueden viajar a través de routers diferentes y llegar
duplicados o desordenados (fuera de secuencia) recibir el 1, 4, 6, 2, 3, 5…
o IP no hace seguimiento ni ofrece posibilidad de ordenarlos una vez recibidos
o Es un servicio sin conexión y no crea circuitos virtuales.
o Lo utilizan los routers que trabajan a nivel 3 de red
(Recordemos la revista que leímos en la primera unidad, donde se especificaba el
número de paquete, para posteriormente ordenarlo)
Nivel de transporte Encargado de la transferencia de información libre de errores entre emisor y receptor,
aunque no estén directamente conectados.
El nivel de transporte es necesario o Es preciso especificar con qué proceso desea comunicarse
La diferencia entre la capa de red y enlace es que se especifica la
dirección, en la capa de transporte hay que especificar el proceso
o Las direcciones de transporte se utilizan para identificar las diferentes
aplicaciones de comunicaciones
o Los protocolos que gestionan este direccionamiento son TCP y UDP
o La unidad de datos se denomina segmento
o Cada origen y destino se identifica con un número de 16 bits llamado puerto
Direcciones IPv4
Las direcciones IP pueden variar, son
direcciones lógicas, y se utilizan a nivel de
RED
Las direcciones IPv4, identifican a los dispositivos y estaciones de red, tienen un tamaño fijo de 32 bits.
Se pueden expresar en binario, aunque es más cómodo la anotación decimal con puntos
Permite un espacio de 232 direcciones
Clases de direcciones IP Las direcciones Ip’s están formadas por 32 bits, estos se pueden dividir en
A Identifica el tipo de dirección
B Número de red
C Número de estación en la red
Los campos A y B se les conoce también por bits de red o prefijo de red
Esta longitud es variable, según la clase de dirección, actualmente tenemos
Clase de dirección A
o El primer byte corresponde a la red los 3 restantes a la estación
Clase de dirección B
o Los dos primeros corresponden a la red, los dos restantes a la estación
Clase de dirección C
o Los tres primeros corresponden a la red, el cuarto a la estación
Clase de dirección D
o Se reserva para direcciones multienvío
Clase de dirección E
o Reservado para un futuro.
Veamos un ejemplo, la
dirección 157.143.252.207.
Para saber a que clase de
dirección IP pertenece, pasamos el primer byte en binario, 157 => 10011101 (vemos que los
dos bytes primeros empiezan por 10, por tanto es de CLASE B) si por el contrario fuera
00011101 Sería clase A y así sucesivamente.
Rango de direcciones IP Para cada una de las clases se puede averiguar el rango
Para calcula el rango debemos recordar que
La clase A, impone que el bit más significativo empiece por 0 00000000 00000000 00000000 00000000 =>0.0.0.0
01111111 11111111 11111111 11111111 =>127.255.255.255
La clase B, impone que el bit más significativo empiece por 10 10000000 00000000 00000000 00000000 =>128.0.0.0
10111111 11111111 11111111 11111111 =>191.255.255.255
La clase C, impone que el bit más significativo empiece por 110 11000000 00000000 00000000 00000000 =>192.0.0.0
11011111 11111111 11111111 11111111 =>223.255.255.255
La clase D, impone que el bit más significativo empiece por 1110 11100000 00000000 00000000 00000000 =>224.0.0.0
11101111 11111111 11111111 11111111 =>239.255.255.255
La clase E, impone que el bit más significativo empiece por 1111 11110000 00000000 00000000 00000000 =>240.0.0.0
11111111 11111111 11111111 11111111 =>247.255.255.255
En este rango observamos el número total
de redes y estaciones, en el último
comprobamos que hay siempre dos
menos, pues estan quedan reservadas.
Cuando las bytes reservados para las estaciones tienen todos los bits a 0, sirve para
identificar toda la red
Cuando los bytes reservados para las estaciones tienen todos los bits a 1, sirve para
enviar mensajes a todas las estaciones, es decir, es la dirección de difusión
Hay otras direcciones reservadas
o 127.0.0.1 Direcciones Loopback, la del propio equipo o 0.0.0.0 Dirección que se utiliza para arrancar o Direcciones que no son válidas en redes locales, son direcciones privadas
Clase A: 10.0.0.0 a 255.255.255.255 Clase B: 172.16.0.0 a 172.31.255.255
Clase C 192.168.0.0 a 192.168.255.255
Ejemplo de direcciones IP en una red. Supongamos que tenemos una Lan conectada a Internet mediante un router, solicitamos
una dirección IP para numerar las estaciones. Esta dirección será de clase C ya que no se
prevé que la red se amplíe a más de 200 estaciones. Se nos asigna la IP: 192.118.64.0.
Esta IP es una dirección de red, es decir, indica cuál es el número de nuestra red, ya que
el último dígito es 0. A partir de está deberemos numerar las estaciones de red,
comenzando por el número 1. Evidentemente, todas ellas tendrán en común la misma
dirección de red:
La dirección IP 192.118.64.255 se utiliza para enviar un
paquete a todas las estaciones de
la red (difusión).
Por lo tanto en nuestra LAN pueden existir 254
estaciones.
Si mi red crece por encima de ese valor, entonces
deberé solicitar una nueva IP de clase
superior, clase A o clase B, o bien varias de clase C.
Ejemplo de dos redes locales conectadas a través de un router. Supongamos que tenemos dos
LAN, 198.73.121.0 y 215.88.5.0. Si
utilizamos un encaminador para
interconectarlas, éste tendrá dos
direcciones IP diferentes (una para
cada red que conecta). Cada una
de esas direcciones será del tipo
correspondiente a la LAN:Cada
estación de la red debe disponer
de una dirección IP única. Asimismo, los encaminadores deben tener también direcciones
únicas,
pero en este caso, tendrán tantas direcciones IP como redes conecten (es decir, como número
de puertos dispongan). Esto es debido a
que los encaminadores trabajan a nivel de red. No olvidarnos que cada puerto del router
tendrá solo una dirección IP.
Estación Dirección IP
0 192.118.64.1
1 192.118.64.2
2 192.118.64.3
3 192.118.64.4
253 192.118.64.253
254 192.118.64.254
La máscara de red Son útiles para saber cuál es la dirección de red asociada a una determinada IP
En Ipv4, para saber cuántos bits se utilizan para determinar el host y cuantos bits para
determinar las direcciones de red se utiliza la máscara de red
La máscara de red está formada por 32 bits
o Si el bit vale 1 implica ese mismo bit en la IP se dedica a direcciones de red
o Si el bit vale 0 implica ese mismo bit en la IP se dedica a identificar un host
o Las clases de direcciones IP asociadas a mascaras de red son:
Clase A. Utiliza el primer Byte para identificar la red
1111111100000000 00000000 00000000
255. 0. 0. 0
Clase B. Utiliza los dos primeros Bytes para identificar la red
1111111111111111 00000000 00000000
255. 255. 0. 0
Clase C. Utiliza los tres primeros Bytes para identificar la red
11111111111111111111111100000000
255. 255. 255. 0 o Para saber qué dirección de red tienes la IP asociada a la máscara de red se
realiza un AND bit a bit entre la IP y la máscara de red
o IP de red : 198.76.9.23 => 11000110 01001100 00001001 00010111
o Máscara de red: 255.255.255.0 => 11111111 11111111 11111111 00000000
o Dirección de red AND 11000110 01001100 00001001 00000000
==== 198.76. 9
Otra anotación para IP
Existe otro tipo de anotación más reducida que sería
“/8” = Clase A
“/16” = Clase B
“/24” = Clase C
Este número separado por la barra indica que la dirección de red tiene 8, 16, 24 bits. Por tanto
con este sistema no es preciso nombrar la máscara de red. Ej:
Por tanto para la IP por ejemplo 221.118.7.29 /24, nos está indicando que es de clase C ya que
utiliza 24 bits para nombrar la red a la cual pertenece, con ello sabemos que 221.118.7
corresponde a la red. En caso de querer asociar esta IP a la máscara de red correspondiente
esta sería
Dirección IP => 221.118.7.28
Máscara de red => 225.225.225.0
Anotación simplificada => 221.118.728 /24
División de subredes
Cuando se están montando redes, cabe la posibilidad de dividir una red en diferentes
grupos, con ello protegemos o aislamos los equipos en parcelas más seguras donde cada
equipo podrá acceder sólo al grupo al cual pertenece (Parecido a VLAN)
Al crear subredes disminuimos el tamaña de dominio de difusión, y la hacemos más
manejable al ser troceada en partes más pequeñas
Para utilizar subredes a la dirección IP se le añade un nuevo campo quedando
Identificador de red, Identificador de subred, Nº DE HOST
Esta división se realiza dividiendo el campo destinado a la estación de red en dos
partes
Ver documento: Cálculo manual de subredes
Ejemplo de subrede de clase C
Tenemos la dirección 221.123.10.0 /24 y nos piden crear 4 subredes.
Lo primero que dedemos hacer es buscar qué potencia elevada en base dos es igual o
inmediatamente superior al número de redes que nos han solicitado.
Tenemos 20 = 1 por ser menor no nos interesa
21 = 2 por ser menor tampoco nos interesa
22 = 4 al ser el número de subredes es el que nos interesa
Si hubieran pedido 7, sería 23 ya que sería 8 y es el inmediato superior
Una vez hemos obtenido la potencia, sabemos que ese es el número de bits que
precisamos para nuestra subred.
De donde cogemos esos bits?
Para realizar la selección lo más fácil es buscar la máscara de red de nuestra IP y
Convertirla en binario
Sabemos que
1. En primer lugar es de clase C por el indicador /24 o bien porque los primeros bits
significativos del primer número (221) son 110 => esto indica que es de clase C
2. Por tanto el primer paso es obtener nuestra máscara de RED y convertir en binario
3. Una vez obtenido a binario nos olvidamos de la parte que corresponde a la red, en
este caso corresponde a los tres primeros.
4. Ahora sabemos que nuestra subred deberá coger sólo y exclusivamente la parte
del HOST, que en este saso será la parte final, aquella que es todo 0
a. Según el cálculo que hemos realizado sabemos que para montar 4
subredes necesitamos 2 bits (22) por tanto:
i. COGEREMOS 2 bits de la parte IZQUIERDA los más significativos y
el resto lo dejaremos para los HOST
5. Obtenemos en decimal la máscara de subred
a. Aquí tenemos en cuenta la siguiente información
b. Aunque sólo hayamos cogido los dos primeros bits y dejados los 6
restantes para HOST debemos saber que se trabaja con BYTES y el cálculo
a decimal hay que mantenerlo con los 8 bits al pasar a decimal, es decir,
aunque cojamos dos dedos para coger un papel siguen formando parte de
la mano que son cinco e inseparables. (en este caso es igual, jugamos con
los 8 bits, aunque cojamos dos para definir esta SUBRED)
c. Pasamos esos 8 bits a decimal para obtener la máscara de subred en
decimal
128 64 32 16 8 4 2 1
1 1 0 0 0 0 0 0
27 26 25 24 23 22 21 20
d. Según la tabla sumamos aquellos bits que tienen 1
i. 128 + 64 = 192 (esta será nuestra máscara de subred)
1 Nuestra IP 221 123 10 0
2 Máscara RED
255 255 255 0
3 Binario 11111111 11111111 11111111 00000000
4 Cuál es SUBRED
11 000000
5 Máscara SUBRED
255 255 255 192
Bien hasta aquí corresponde exclusivamente a buscar cuál sería la subred y la máscara
de esta subred.
Pero ahora vamos a realizar otro ejercicio imaginamos que nos solicitan en primer
lugar saber cuál es la dirección de la subred 2, la primera IP, última IP y el broadcast
correspondiente a esta subred.
En primer lugar sabemos que nuestra red es 221.123.10.0 /24, también sabemos que nuestra
máscara de red es 255.255.255.0 y que nuestra máscara de subred es 221.123.10.192 con todo
esto vamos a encontrar la subred 2.
En primer lugar nos vamos a olvidar de los 3 primeros bytes ya que pertenecen a la
red por tanto trabajaremos exclusivamente con el último byte que forma parte de la
máscara de subred, a este lo vamos a convertir en binario para trabajar.
o 192 => 11 000000 (Con ello sabemos que los dos primeros pertenecen a la
subred, los otros corresponden a HOST)
Bien para saber cuál pertenece a la subred 2 nos basaremos de nuevo en la tabla de
bits, colocándolos a todos al revés es decir cambiando el orden. Y realizando una
pregunta es mayor el resultado de la posición del bit que el nº de subred que busco,
veamos el primero sería 128 es > que subred 2, (SI) ponemos debajo un 0 y seguimos
0 0 0 0 0 0 1 1
128 64 32 16 8 4 2 1
>2 >2 >2 >2 >2 >2 >2 >2
0 0 0 0 0 0 1
Como vemos el primero es el que le corresponde en decimal 2 ahora lo que haremos
es seguir buscando el siguiente, pero habrá que sumar el valor al siguiente y si lo
excede colocaríamos un 0 si no lo excediera colocaríamos un 1 de nuevo y así
sucesivamente, hasta obtener la subred buscada
0 0 0 0 0 0 1 1
128 64 32 16 8 4 2 1
>2 >2 >2 >2 >2 >2 >2 >2
0 0 0 0 0 0 1
2 2+1 > 2
0
Por tanto nuestra subred sería 10 cuya suma sería 2.
Una vez obtenida esta información tenemos que nuestra máscara de subred 2 será
o 221.213.10.128
Ahora nos queda buscar el broadcast, la primera y última IP
SUBRED 221.123.10.128
OBTENER BROADCAST 10 000000 10 111111 191 221.123.10.191
PRIMERA IP 10 000001 SUBRED + 1 128 +1 221.123.10.129
ULTIMA IP 10 111110 BROADCAST-1 191 – 1 221.123.10.190
Protocolo ARP
Protocolo que se utiliza en la misma capa OSI capa 3 de red, es un protocolo que se encarga de
la resolución de direcciones, se encarga de encontrar la dirección MAC que corresponde a una
IP
Se realiza del siguiente modo
Consulta la tabla de búsqueda
Si la dirección no la localiza
o Envía un paquete a la dirección de difusión (broadcast) con la direcciónIP que
busca
ARP espera la respuesta con la MAC de la máquina que corresponde a la IP de
búsqueda
ARP almacena la información en la tabla
Existe el protocolo inverso RARP, es decir, a partir de una MAC se obtiene una IP
Dispositivos de interconexión de redes.
Encaminadores
Un encaminador o router es un dispositivo de interconexión de redes.
Se utilizan para interconectar redes que operan con la capa de red igual o diferente,
dado que funciona a nivel de red y entre ambas redes esta capa debe ser igual y compatible
con los niveles de capa superior o inferior. Los niveles inferiores son los que pueden diferir
entre redes sin afectar al encaminamiento
En una red extensa cualquier estación intermedia que participe en la transmisión de
un mensaje es un encaminador. Las cuestiones que tiene un router para el envío de mensajes
es:
Número de saltos (nodos) intermedios hasta el destino
Velocidad de transmisión
Coste de transmisión
Condiciones de tráfico
El encaminador se utiliza en las siguientes condiciones
Proporcionar seguridad a través de filtros de paquetes
Integrar diferentes tecnologías de enlace de datos Ethernet, Token Ring
Permitir la existencia de diferentes rutas ante congestiones de tráfico y fallos
Dispositivos de interconexión de redes.
Routers
El encaminador necesita ajustar determinados parámetros para su funcionamiento
correctamente:
Direcciones de los puertos y redes a las
que está conectado.
Algoritmos de encaminamiento a usar.
Tablas de encaminamiento estáticas
para configurar rutas fijas en la red.
Un encaminador o un router es un dispositivo de
interconexión de redes que trabaja en el nivel 3,
los encaminadores se utilizan para interconectar redes que operan con la capa de red
diferente o igual. Dado que funciona en el nivel de red, los protocolos de comunicación a
ambos lados del encaminador deben ser iguales y compatibles con los niveles superiores al de
red (transporte y aplicación). Los niveles inferiores son los que pueden diferir sin afectar al
encaminamiento.
En una red de área extensa, cualquiera de las estaciones intermedias en la transmisión de un
mensaje, se considera un encaminador debido a que funciona a nivel de red. Su función básica
es dirigir los paquetes a su destino, decide cuál es la mejor ruta para llegar a él.
El encaminador o router ha de disponer de sus propias direcciones de nivel de red.
Entre las cuestiones que un router tiene en cuenta para enviar la información
tenemos:
Número de saltos (nodos) intermedios hasta el destino.
Velocidad de transmisión máxima de los enlaces.
Coste de las transmisiones.
Condiciones de tráfico de los enlaces.
El encaminador o router se utiliza en las siguientes condiciones:
Proporcionar seguridad a través de sofisticados filtros de paquetes (firewalls o
cortafuegos).
Integrar diferentes tecnologías de enlace de datos, tales como Ethernet, Token Ring,
FDDI, ATM.
Permitir la existencia de diferentes rutas alternativas contra congestiones y fallos en
las comunicaciones.
Tabla de rutas.
Para saber cómo funciona un encaminador o router necesitas saber que estos disponen de una tabla de rutas con las que deciden por qué camino deben enviar los mensajes para que lleguen a su destino. Estas tablas de rutas, o tablas de encaminamiento, tienen en cada fila:
1. La dirección de red a las que se puede llegar desde este router. 2. La dirección IP del router por el que debe salir el mensaje. 3. Máscara de red utilizada en cada red. 4. Un parámetro que indica el coste de ir por ese camino.
En la siguiente imagen aparece una tabla de un router donde se ven los campos por los que está formada una tabla de encaminamiento.
Un router funciona básicamente de la siguiente manera:
1. El router recibe un mensaje con una dirección IP del origen y una dirección IP del destino donde debe llegar ese mensaje.
2. Con la máscara de red que tiene guardada en su tabla de encaminamiento, es capaz de averiguar cuál es la dirección de red a la que va dirigido ese mensaje.
3. Consulta en su tabla la dirección de red (primera columna de la tabla, que corresponde con la dirección de red de destino) y mira la dirección IP del router por el que debe salir el mensaje (columna de interfaz).
4. Entonces envía ese mensaje por la dirección correspondiente. 5. En la columna métrica se especifica el coste que tiene para ese mensaje continuar por
ese camino. (Si hubiera dos posibles rutas por dos routers diferentes, podría elegir el que menos coste tenga).
En las tablas de encaminamiento no aparecen direcciones de estaciones destinatarias, sino solamente de redes destinatarias. De este modo se simplifican el número de entradas de la tabla de encaminamiento.
¿Cómo crees que averigua el router la dirección IP de una estación concreta?
Cuando el router recibe un paquete:
toma la dirección IP de la estación de destino. Pone a 0 los bits de número de estación y la compara con las entradas disponibles en
su tabla.
¿Y cómo pone a 0 los bits de número de estación?
Usando la máscara de red. Realiza la operación AND de la IP de destino con la máscara de red.
A partir de aquí utiliza el PDF
Comandos TCP/IP y configuración de routers. Pág. 28
