ESCUELA DE INGENIERIA Y DISEÑO

Redes I

Catedrático: Ing. Alejando Ruiz Melgar

Trabajo de Investigación

Integrantes

Deysi Berenice Sánchez Vázquez

Vania Vanelly Reyes González

7° SEMESTRE

ING. EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

Turno vespertino

Tuxtla Gutiérrez Chiapas, Diciembre del 2012

Objetivo General:

Uno de nuestros principales objetivos con esta investigación es obtener cierta información que expandan nuestros conocimientos acerca de la capa de red del modelo OSI. Pues así logramos distinguir su función y la relación que tiene con las demás capas.

Objetivo Especifico:

Aprender las funciones que realiza la capa de Red del modelo OSI, estudiando como ésta divide las redes en hosts para poder administrar el flujo de datos, analizar cada elemento que componen a la misma , saber un poco mas de la comunicación que se realiza desde un dispositivo a otro, etc.

Desarrollo

La capa de red contiene 4 procesos para intercambiar secciones de datos entre dispositivos finales, el primer proceso es direccionamiento, el cual dirige los datos a un dispositivo destino, éste mismo contiene una dirección única para identificarlo, a este dispositivo se le denomina host. El segundo proceso es la encapsulación, donde se crea la PDU de la Capa 3 agregándole un encabezado, creando así un paquete el cual contendrá la dirección del host destino, así como también contendrá la dirección del host de origen, al terminar la encapsulación se envía el paquete a la capa de enlace de datos. Como proceso siguiente se tiene el enrutamiento donde por medio de los dispositivos intermediarios llamados routers se seleccionan las rutas y se dirigen los paquetes hacia su destino, los cuales pueden recorrer varios dispositivos intermediarios, donde a cada ruta que toman los paquetes se le denomina salto. Por último tenemos el proceso de Desencapsulación donde el paquete llega al host destino, si este host es el correcto entonces el paquete es desencapsulado y entrega los datos, la PDU de la Capa 4 contenida en el paquete pasa hasta el servicio adecuado en la capa de Trasporte.

Protocolo IPv4.

La versión 4 de IP (IPv4) es la versión de IP más ampliamente utilizada. Es el único protocolo de Capa 3 que se utiliza para llevar datos de usuario a través de Internet. Las características básicas de este protocolo son:

Sin conexión: Los paquetes IP son enviados al destino final sin éste saber que le serán llegados, debido a que IP trabaja sin conexión, no es necesario que haya un intercambio inicial de información para iniciar la conexión, de esta forma se reduce la sobrecarga del IP. Pero si la entrega del paquete no llega en orden correcto, se crean problemas para la aplicación de los datos, teniendo que ser resueltos por las capas superiores.

Servicio de mejor intento (no confiable): Se dice que es no confiable porque el IP no tiene la capacidad guiar y recuperar paquetes que no son entregados al destino, de esta manera se pueden perder datos al ser enviados, esto es contraste de otros protocolos que garantizan el envío y recuperación de los paquetes.

Independiente de los medios: La capa de red no se encarga de los medios por los cuales serán comunicados los paquetes, sino que estos son enviados independientemente del medio de transmisión que se utilice, sin embargo esta capa considera el tamaño máximo de PDU que cada medio puede ser capaz de transportar a esto se le llama MTU (Unidad Máxima de Transmisión).

Empaquetado de la PDU de la capa de Transporte: El protocolo de Capa de Red empaqueta el datagrama de la capa de Transporte para que pueda ser entregado por la red hacia el host destino, la encapsulación permanece en el host origen hasta que llega al host destino. Así los segmentos de la capa de Transporte pueden ser empaquetados por los protocolos de la capa de Red.

Un protocolo IPv4 define muchos campos diferentes en el encabezado del paquete, dichos campos tienen valores binarios que los servicios del este protocolo toman como referencia cuando se envían los paquetes en la red. A continuación se definirán brevemente 6 campos clave:

Dirección IP de Origen: Contiene 32 bits que representa la dirección del host del origen del paquete. Esta dirección no cambia y no puede ser modificada en el trascurso del recorrido de internetwork.

Dirección IP de Destino: Contiene 32 bits que representa la dirección del host del destino del paquete. Esta dirección no cambia y no puede ser modificada en el trascurso del recorrido de internetwork, al igual que la dirección IP de Origen. Se habilita a los routers de cada salto para reenviar el paquete hacia el destino.

Tiempo de Existencia: El tiempo de vida (TTL) es un valor binario de 8 bits que indica el tiempo remanente de "vida" del paquete. Así evita que los paquetes que no pueden llegar a destino sean enviados indefinidamente entre los routers en un routing loop, si se permitiera que los loops de enrutamiento continúen, la red se congestionaría con paquetes de datos que nunca llegarían a destino.

Protocolo: Es un valor binario de 8 bits que indica el tipo de relleno de carga que el paquete transporta, así se podrán pasar los datos al protocolo adecuado de la capa superior.

Tipo de servicio: Este campo contiene 8 bits en binario para determinar la prioridad de los paquetes, de este modo se aplica un elemento de Calidad de Servicio (QoS) para que los paquetes que tienen mayor prioridad puedan ser atendidos con mayor rapidez.

Desplazamiento de fragmentos: Cuando un paquete es fragmentado se utiliza este campo de desplazamiento de fragmentos para que el mensaje sea reconstruido al llegar al host destino. Este campo identifica el orden en el cual se ubica el fragmento del paquete en la reconstrucción.

Otros campos IPv4 del encabezado son:

Versión: Tiene el numero de versión de IP. IHL (Longitud de Encabezado): Detalla el tamaño del encabezado del paquete para que el

protocolo sepa el lugar para finalizar el encabezado. Longitud del Paquete: En este campo se muestra el tamaño completo del paquete y se

incluye el encabezado y los datos en bytes. Identificación: Únicamente identifica fracciones de un paquete IP original. Checksum del encabezado: Controla errores del encabezado del paquete. Opciones: Son encabezados de campos adicionales para proveer otros servicios, los cuales

son utilizados con rara frecuencia.

La versión 6 de IP (IPv6) está desarrollada y se implementa en algunas áreas. IPv6 operará junto con el IPv4 y puede reemplazarlo en el futuro. Los servicios provistos por IP, así como también la estructura y el contenido del encabezado de los paquetes están especificados tanto por el protocolo IPv4 como por el IPv6. Estos servicios y estructura de paquetes se usan para encapsular datagramas UDP o segmentos TCP para su recorrido a través de una internetwork.

La Capa de Red provee un componente para direccionar hosts, pues a mayor hosts se requiere mayor planificación para gestionar la red. De esta forma a medida que las redes implementadas crecen y se hacen difícil de manejar, se deben dividir agrupando hosts con factores que tengan en común como ubicación geográfica pues cada construcción en un edificio de varios niveles o en algún campo ayuda a la correcta función de la red; propósito , pues si algunos usuarios desempeñan tareas similares se puede reducir el tráfico requerido por el uso de software, y otra forma de agrupamiento de host será por propiedad ya sea por una compañía, departamento, etc., pues esto permite un cumplimiento y administración de seguridad en la red.

Sabemos que entre más grande sea nuestra red los problemas que se pueden suscitar serán mayores, para evitar esto se dividen en redes más pequeñas interconectadas. De esta manera se tiene un mejoramiento en el rendimiento de los recursos de red como la capacidad de ancho de banda, enrutamiento y tráfico. Los factores que contribuyen a que ocurra sobrecarga pueden ser los broadcasts que son mensajes que se envían entre host y permiten la comunicación entre ellos, pero grandes cantidades de estos consumen el ancho de banda y ocasionan que algunas funciones productivas que un host realiza sean interrumpidas. Ahora bien debe existir seguridad entre redes y ésta es implementada en un router o firewall que permite que los datos conocidos y confiables puedan tener acceso a la red. Es muy importante mencionar que debe existir una administración de direcciones entre hosts pues necesitan conocer la dirección de un dispositivo intermediario al que le envían paquetes para las direcciones destino. Este dispositivo intermediario se le llama gateway, es un router que sirve como salida desde la red. Sin embargo para poder dividir redes, es necesario el direccionamiento jerárquico. Una dirección jerárquica identifica cada host de manera exclusiva, permitiendo que una red sea dividida en niveles, y admitiendo que los paquetes vallan escalando niveles entre hosts sin ser minuciosamente examinados, solo con saber que van dirigidos al siguiente host y así sucesivamente hasta llegar al

host destino. Considerando estos aspectos podremos dividir nuestra red para tener una mejor gestión en ella y garantizar él envió y recepción de paquetes exitosamente.

Ahora describiremos un poco más de un Gateway el cual permite la comunicación entre un host y otra red a través de un dispositivo intermediario, un host tiene una dirección de gateway por defecto definida, esta dirección de gateway es de una interfaz de router que está conectada a la misma red que el host. Para poder tener contacto con un dispositivo en otra red, un host usa la dirección de este gateway, para enviar un paquete fuera de la red local. Se tiene que un router necesita una ruta por donde enviar el paquete, a lo cual es llamado dirección del siguiente salto. Si el host de destino está en la misma red que el host de origen, el paquete se envía entre dos hosts en el medio local sin la necesidad de un router; de lo contrario, si el host de destino y el host de origen no están en la misma red, el paquete puede llevar una PDU de la capa de Transporte por medio de varias redes y varios routers.

El gateway por defecto está establecido dentro del host, que tiene la dirección IPv4 del host como la trayectoria de gateway deben tener la misma porción de red de sus respectivas direcciones. Para poder reenviar un paquete, debe contener las rutas que identifiquen el destino de donde se están enviando paquetes, ya sea al host de la red local o al Gateway. En donde el proceso de enrutamiento decide reenviar cada paquete que llega a la interfaz del Gateway, usando una ruta para asignar una dirección de red de destino hacia el siguiente salto y después enviar el paquete a la dirección del próximo salto.

La tabla de enrutamiento almacena información sobre las redes conectadas que están directamente adjuntas a una de las interfaces del router, estas interfaces son los gateways para los hosts en las diferentes redes locales. Así como también a las redes remotas que son redes que no están conectadas directamente al router, las rutas a esas redes se pueden configurar manualmente en el router por el administrador de red o también pueden ser aprendidas automáticamente utilizando protocolos de enrutamiento dinámico. Se tienen tres características de los routers en una tabla de enrutamiento que son: red de destino, próximo salto y métrica (se utiliza la métrica para decidir qué ruta aparece en la tabla de enrutamiento). Los hosts también requieren una tabla de enrutamiento para asegurarse de que los paquetes de la capa de Red estén dirigidos a la red de destino correcta, en la tabla local del host comúnmente contiene su conexión directa a la red y su propia ruta por defecto al gateway.

La red de destino que aparece en la entrada de la tabla de enrutamiento, llamada ruta, representa un rango de direcciones de hosts, así como también rango de direcciones de red y de host; el direccionamiento de la Capa 3 significa que una entrada de ruta podría referirse a una red general grande y otra entrada podría referirse a una subred de la misma red, de esta forma los paquetes con direcciones host de destino en uno de los rangos de red mostrados se harán coincidir con el próximo salto que conduce a dicha red.

Un router se puede configurar para que tenga una ruta default, la cual es una ruta que coincida con todas las redes de destino, donde se recomienda la dirección 0.0.0.0 para las redes IPv4. La

ruta default se usa para enviar paquetes para los que no hay entrada en la tabla de enrutamiento para la red de destino, para los cuales los paquetes con la dirección host de destino que no se encuentren en los rangos de la red mostrados, se reenviaran al Gateway como último recurso.

En la tabla de enrutamiento de un router, cada ruta enumera un siguiente salto para cada dirección de destino abarcada por la ruta, a medida que cada paquete llega al router, la dirección de la red de destino es analizada y comparada con las rutas en la tabla de enrutamiento, en donde se determina una ruta coincidente, la dirección del siguiente salto para esa ruta se usa para enviar el paquete hacia ese destino, posteriormente el router envía el paquete hacia la interfaz a la cual está conectado el router del siguiente salto, siendo éste el gateway a las redes fuera del destino intermedio.

El enrutamiento se hace paquete por paquete y salto por salto, donde cada paquete es tratado de manera independiente en cada router a lo largo de la ruta; el salto y el router analizan la dirección IP de destino para cada paquete y después controla la tabla de enrutamiento para reenviar información.

En el router, se analiza la dirección de destino en el encabezado del paquete. Si una ruta coincidente en la tabla de enrutamiento muestra que la red de destino está conectada directamente al router, el paquete es reenviado a la interfaz a la cual está conectada la red, en este caso, no existe siguiente salto. Para ubicarlo en la red conectada, el paquete primero debe ser re encapsulado por el protocolo de la Capa 2 y luego reenviado hacia la interfaz; Si la ruta que coincide con la red de destino del paquete es una red remota, el paquete es reenviado a la interfaz indicada, encapsulado por el protocolo de la Capa 2 y enviado a la dirección del siguiente salto.

Las rutas default son importantes porque el router del gateway no siempre tiene una ruta a cada red posible en Internet, si el paquete es reenviado usando una ruta default, eventualmente llegará a un router que tiene una ruta específica a la red de destino, este router puede ser el router al cual esta red está conectada. Se tiene que si no hay una dirección coincidente en la tabla de enrutamiento ni una dirección predeterminada disponible, se descarta el paquete IP y por lo tanto, no se lo reenvía y ni se lo devuelve.

Ahora vamos a conocer los procesos de enrutamiento y los protocolos para compartir rutas. Entonces el enrutamiento solicita que cada router conozca el siguiente salto en la ruta hacia la red de destino en la que será entregado el paquete. La tabla de enrutamiento tiene información que el router utiliza al reenviar paquetes, si la información está desactualizada los paquetes no podrán reenviarse al siguiente salto y causan retrasos o pérdidas de paquetes. Cuando se configuran manualmente las rutas a redes remotas se le denomina enrutamiento estático, cada router debe estar configurado con rutas estáticas para los saltos siguientes y deben ser periódicamente actualizados ya que si no sucede esto la información puede ser inadecuada o parcial. Cuando la información es actualizada o modificada es pasada a otros routers y éstos deberán modificar su propia tabla de enrutamiento y así pasarle la información a otros routers.

De esta forma, todos los routers tienen sus tablas de enrutamiento actualizadas dinámicamente Los protocolos de enrutamiento más comunes son:

• Protocolo de información de enrutamiento (RIP),

• Protocolo de enrutamiento de gateway interior mejorado (EIGRP), y

• Open Shortest Path First (OSPF).

No obstante, aunque los protocolos de enrutamiento proporcionan routers con tablas de enrutamiento actualizadas, se agrega una sobrecarga de ancho de banda en la red y los routers que contienen protocolos como EIGRP y OSPF deben tener suficiente capacidad de procesamiento para implementar los algoritmos del protocolo para efectuar el enrutamiento acertado del paquete y enviarlo.

Conclusiones:

En este tema acerca de la capa de red del modelo OSI aprendí las funciones que realiza la misma, conocimos como se realiza la comunicación que se realiza de un dispositivo de origen a un dispositivo final, aprendí los procesos por los cuales un dato o cualquier tipo de información tiene que pasar para poder llegar a su destino, el primero es direccionamiento, encapsulación , enrutamiento y Desencapsulación, esos procesos representan las funciones que realiza la capa de red del modelo OSI y conjuntamente logran que el dato llegue a su destino. En la investigación realizada se describieron los aspectos básicos de las rutas, direccionamiento, enrutamiento y sus respectivas tablas, la confirmación del gateway y su ruta, así como se aprendió a diferenciar la ruta destino.

Bibliografía:

Material de Cisco. http://mirelucx.over-blog.com/article-29140134.html