CAPA 3 NIVEL DE RED
MODELO OSI
CAPA 3 NIVEL DE RED La capa de red principalmente, proporciona los servicios de env铆o, enrutamiento o encaminamiento y control de congestionamiento de los datos (paquetes de datos) de un nodo a otro en la red. Su prop贸sito es simple: formar una interface entre los usuarios de una maquina y la red, esto es, la red es controlada por esta capa y las 2 primeras.
El funcionamiento de la red (internamente) puede funcionar por datagramas o por circuitos virtuales. Todo lo que a esta capa le interesa es un camino de comunicaci贸n y no la forma en que este se construye. Se necesita presentar un esquema de direccionamiento para direcciones de la red.
CAPA 3 NIVEL DE RED La función de esta capa va crucialmente ligada a la capa de transporte, esto se debe a que, en conjunción con la cuarta capa (transporte), tomará parte de los datos y la capa de red se encargará de establecer el camino por donde viajarán. Otra característica de esta capa es que es la capa más inferior en cuanto a manejo de transmisiones punto a punto. Ofrece servicios al nivel superior (nivel de transporte) y se apoya en el nivel de enlace, es decir, utiliza sus funciones. Para la consecución de su tarea, puede asignar direcciones de red únicas, interconectar subredes distintas, encaminar paquetes, utilizar un control de congestión y control de errores
CAPA 3 NIVEL DE RED Orientaci贸n de conexi贸n Existen 2 formas formas en las que el nivel de red puede funcionar dentro de los dispositivos, pero independientemente de que los dispositivos de la red funcione internamente con datagramas o con circuitos virtuales puede ofrecer al nivel de transporte un servicio orientado a conexi贸n.
CAPA 3 NIVEL DE RED Datagramas: Los datagramas IP son las unidades principales de información de Internet. Los términos trama, mensaje, paquete de red y segmento también se usan para describir las agrupaciones de información lógica. Cada paquete de datos se encamina independientemente, sin que el origen y el destino tengan que pasar por un establecimiento de comunicación previo. En la técnica de datagrama cada paquete se trata de forma independiente, conteniendo cada uno la dirección de destino. La red puede encaminar (mediante un router) cada fragmento hacia el Equipo Terminal de Datos (ETD) receptor por rutas distintas. Esto no garantiza que los paquetes lleguen en el orden adecuado ni que todos lleguen a destino.
Los datagramas tienen cabida en los servicios de red no orientados a la conexión (como por ejemplo UDP o Protocolo de Datagrama de Usuario).
CAPA 3 NIVEL DE RED Datagramas: La estructura de un datagrama es: cabecera y datos. Un datagrama tiene una cabecera que contiene información de direcciones de la capa de red. Los enrutadores examinan la dirección de destino de la cabecera, para dirigir los datagramas al destino. “Internet es una red de datagramas”, la conmutación de los paquetes puede ser orientada a conexión o no orientada a conexión. En el caso orientado a conexión, el protocolo utilizado para transporte es TCP el cual garantiza que todos los datos lleguen correctamente y en orden. En el caso no orientado a conexión, el protocolo utilizado para transporte es UDP el cual no tiene ninguna garantía. Sin embargo esta propiedad de los UDP; es básicamente, la que hacen tan preferido los protocolos SNMP (Simple Network Management Protocol), aportándole la baja carga a la red y su absoluta independencia al hardware.
CAPA 3 NIVEL DE RED Circuitos virtuales En una red de circuitos virtuales dos equipos que quieran comunicarse tienen que empezar por establecer una conexión. Durante este establecimiento de conexión, todos los routers que haya por el camino elegido reservarán recursos para ese circuito virtual específico. Existen dos formas de establecer la transmisión mediante circuitos virtuales son los circuitos virtuales conmutados (SVC) y los circuitos virtuales permanentes (PVC). Los circuitos virtuales conmutados (SVC) por lo general se crean de forma dinámica para cada llamada o conexión, y se desconectan cuando la sesión o llamada es terminada. Se utilizan principalmente en situaciones donde las transmisiones son esporádicas, esto se conoce como conexión virtual conmutada. Se crea un circuito virtual cuando se necesita y existe sólo durante la existencia del intercambio específico.
CAPA 3 NIVEL DE RED CIRCUITOS VIRTUALES Circuitos virtuales permanentes (PVC). (Permanent Virtual Circuit - Circuito Virtual Permanente). Comunicación punto a punto virtual hechas a través de un circuito establecido. Un PVC es un circuito virtual establecido para uso repetido por parte de los mismos equipos de transmisión. En un PVC la asociación es idéntica a la fase de transferencia de datos de una llamada virtual. Los circuitos permanentes eliminan la necesidad de configuración y terminación repetitivas para cada llamada. Es decir se puede usar sin tener que pasar por la fase de estableciento ni liberación de las conexiones. El circuito está reservado a una serie de usuarios y nadie más puede hacer uso de él.
Una característica especial que en el SVC no se da es que si dos usuarios solicitan una conexión, siempre obtienen la misma ruta.
CAPA 3 NIVEL DE RED DIRECCIÓN IP Es un número que identifica un computador dentro de una red que utilice el protocolo IP. Este numero es distinto a la dirección MAC que es un número asignado a la tarjeta de red por el fabricante, la dirección MAC es inmodificable mientras que la dirección IP se puede cambiar. Los equipos se comunican a través de Internet mediante el protocolo IP (Protocolo de Internet). Este protocolo utiliza direcciones numéricas denominadas direcciones IP compuestas por cuatro números enteros (4 bytes) entre 0 y 255, y escritos en el formato xxx.xxx.xxx.xxx. Por ejemplo, 194.153.205.26 es una dirección IP en formato técnico. Los equipos de una red utilizan estas direcciones para comunicarse, de manera que cada equipo de la red tiene una dirección IP exclusiva. El organismo a cargo de asignar direcciones IP publicas para los equipos conectados directamente a Internet, es el ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)
CAPA 3 NIVEL DE RED DIRECCIÓN IP FIJA O ESTÁTICA Es un tipo de dirección que perdura en la configuración del dispositivo a conectar, los sitios de Internet que por su naturaleza necesitan estar permanentemente conectados (servidores de correo, FTP públicos, etc.), generalmente tienen una dirección IP fija, es decir, no cambia con el tiempo. Un usuario particular también puede solicitar a su proveedor de red (ETB, Telmex, Telefóncia, etc…) una dirección de IP fija si así lo desea. DIRECCIÓN IP DINÁMICA Una dirección IP dinámica es la que asigna un dispositivo de conexión como un router al computador conectado (colgado) el Dynamic Host Configuration Protocol o DHCP tanto del dispositivo a conectar como el dispositivo que se conecta deben estar activos. En términos generales que una dirección IP sea dinámica quiere decir que esta dirección puede cambiar varia veces al reconectar el equipo en distintos lapsos de tiempo.
CAPA 3 NIVEL DE RED DIRECCIÓN IP LOCAL O PRIVADA La dirección IP local es la que corresponde a la red local de su casa u oficina (suele ser del tipo 172.26.0.1 ó 192.168.1.1, entre otros). Se utiliza para acceder localmente a equipos instalados en su red local. DIRECCIÓN IP REMOTA O PÚBLICA Puede ser fija o dinámica, según se haya contratado con el proveedor de red (suele ser del tipo 217.127.3.11 ó 81.32.123.14, entre otros) .Se utiliza para acceder remotamente a través de Internet a equipos instalados en una red local.
CAPA 3 NIVEL DE RED DIRECCIONES IP Las direcciones IPv4 se expresan por un número binario de 32 bits permitiendo un espacio de direcciones de 4.294.967.296 (232) direcciones posibles. Las direcciones IP se pueden expresar como números de notación decimal: se dividen los 32 bits de la dirección en cuatro octetos. El valor decimal de cada octeto está comprendido en el rango de 0 a 255 (el número binario de 8 bits más alto es 11111111 y esos bits, de derecha a izquierda, tienen valores decimales de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128, lo que suma 255). En la expresión de direcciones IPv4 en decimal se separa cada octeto por un carácter único ".". Cada uno de estos octetos puede estar comprendido entre 0 y 255, salvo algunas excepciones. Los ceros iniciales, si los hubiera, se pueden obviar.
CAPA 3 NIVEL DE RED DIRECCIONES ESPECIALES Cuando se cancela el identificador de host, es decir, cuando los bits reservados para los equipos de la red se reemplazan por ceros (por ejemplo, 194.28.12.0), se obtiene lo que se llama dirección de red. Esta dirección no se puede asignar a ninguno de los equipos de la red. Cuando se cancela el identificador de red, es decir, cuando los bits reservados para la red se reemplazan por ceros, se obtiene una dirección del equipo. Esta dirección representa el equipo especificado por el identificador de host y que se encuentra en la red actual. Cuando todos los bits del identificador de host están en 1, la dirección que se obtiene es la denominada dirección de difusión. Es una dirección específica que permite enviar un mensaje a todos los equipos de la red especificados por el netID. A la inversa, cuando todos los bits del identificador de red están en 1, la dirección que se obtiene se denomina dirección de multidifusión. Por último, la dirección 127.0.0.1 se denomina dirección de bucle de retorno porque indica el host local.
CAPA 3 NIVEL DE RED CLASES DE REDES Las direcciones de IP se dividen en clases, de acuerdo a la cantidad de bytes que representan a la red.
Dirección reservada para broadcast últimos octetos en 255 y de red últimos octetos en 0.
Xxxxxxxx
Xxxxxxxx
Xxxxxxxx
Xxxxxxxx
Primer octeto
Segundo Octeto
Tercer Octeto
Cuarto Octeto
CAPA 3 NIVEL DE RED CLASE A
En una red de clase A, se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los tres últimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts es 224 - 2 (se excluyen la dirección reservada para broadcast (últimos octetos en 255) y de red (últimos octetos en 0)), es decir, 16 777 214 hosts. Las redes disponibles de clase A son, por lo tanto, redes que van desde 1.0.0.0 a 126.0.0.0 (los últimos bytes son ceros que indican que se trata de una red y no de equipos).
Los tres bytes de la izquierda representan los equipos de la red. Por lo tanto, la red puede contener una cantidad de equipos igual a: 224-2 = 16.777.214 equipos. 0
Xxxxxxx RED
Xxxxxxxx
Xxxxxxxx HOST
Xxxxxxxx
CAPA 3 NIVEL DE RED CLASE B En una direcci贸n IP de clase B, los primeros dos bytes representan la red, reservando los dos octetos finales (16 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad m谩xima de hosts es 216 - 2, o 65 534 hosts. Los primeros dos bits son 1 y 0; esto significa que existen 214 (10 000000 00000000 a 10 111111 11111111) posibilidades de red, es decir, 16.384 redes posibles. Las redes disponibles de la clase B son, por lo tanto, redes que van de 128.0.0.0 a 191.255.0.0. Los dos bytes de la derecha representan los equipos de la red. La red puede entonces contener una cantidad de equipos equivalente a: 216-21 = 65.534 equipos. 10
Xxxxxx RED
Xxxxxxxx Xxxxxxxx
Xxxxxxxx HOST
CAPA 3 NIVEL DE RED CLASE C En una direcci贸n IP de clase C, los primeros tres bytes representan la red. Los primeros tres bits son 1,1 y 0; esto significa que hay 221 posibilidades de red, es decir, 2.097.152. Las redes disponibles de la clases C son, por lo tanto, redes que van desde 192.0.0.0 a 223.255.255.0. El byte de la derecha representa los equipos de la red, por lo que la red puede contener: 28-2 = 254 equipos.
110
Xxxxxx
Xxxxxxxx RED
Xxxxxxxx
Xxxxxxxx HOST
CAPA 3 NIVEL DE RED Asignación de direcciones IP El objetivo de dividir las direcciones IP en tres clases A, B y C es facilitar la búsqueda de un equipo en la red. De hecho, con esta notación es posible buscar primero la red a la que uno desea tener acceso y luego buscar el equipo dentro de esta red. Por lo tanto, la asignación de una dirección de IP se realiza de acuerdo al tamaño de la red. Clase
Cantidad de redes posibles
Cantidad máxima de host
A
126
16777214
B
16384
65534
C
2097152
254
Las direcciones de clase A se utilizan en redes muy amplias, mientras que las direcciones de clase C se asignan, por ejemplo, a las pequeñas redes de empresas.
CAPA 3 NIVEL DE RED DIRECCIONES IP RESERVADAS Es habitual que en una empresa u organización un equipo tenga conexión a Internet y los otros equipos de la red acceden a Internet a través de él (por lo general es un servidor llamado un proxy o pasarela). En ese caso, solo el equipo conectado a la red necesita reservar una dirección de IP con el ICANN (dirección publica), Sin embargo, los otros equipos de la red interna necesitarán una dirección IP para comunicarse entre ellos.
CAPA 3 NIVEL DE RED DIRECCIONES IP RESERVADAS Por lo tanto, el ICANN ha reservado una cantidad de direcciones de cada clase para habilitar la asignación de direcciones IP a los equipos de una red local conectada a Internet, sin riesgo de crear conflictos de direcciones IP en la red de redes. Estas direcciones son las siguientes: Direcciones IP privadas de clase A: 10.0.0.1 a 10.255.255.254; hacen posible la creación de grandes redes privadas que incluyen miles de equipos. Direcciones IP privadas de clase B: 172.16.0.1 a 172.31.255.254; hacen posible la creación de redes privadas de tamaño medio. Direcciones IP privadas de clase C: 192.168.0.1 a 192.168.0.254; para establecer pequeñas redes privadas.
CAPA 3 NIVEL DE RED MÁSCARAS DE SUBRED Una máscara se genera con números uno en la ubicación de los bits que se quieran conservar y ceros en aquellos que quiera cancelar. Una vez que se crea una máscara, simplemente coloque un Y lógico entre el valor que quiere enmascarar y las máscara, a fin de mantener intacta la parte deseada y cancelar el resto. Por lo tanto una máscara de red se presenta bajo la forma de 4 bytes separados por puntos (como una dirección IP), y está compuesta (en su notación binaria) por ceros en lugar de los bits de la dirección IP que se desea cancelar (y por unos en lugar de aquellos que se quiera conservar).
CAPA 3 NIVEL DE RED MÁSCARAS DE SUBRED El interés principal de una máscara de subred reside en que permite la identificación de la red asociada con una dirección IP. Efectivamente, la red está determinada por un número de bytes en la dirección IP (1 byte por las direcciones de clase A, 2 por las de clase B y 3 bytes para la clase C). Sin embargo, una red se escribe tomando el número de bytes que la caracterizan y completándolo después con ceros. Por ejemplo, la red vinculada con la dirección 34.56.123.12 es 34.0.0.0 , porque es una dirección IP de clase A.
CAPA 3 NIVEL DE RED MÁSCARAS DE SUBRED Para averiguar la dirección de red vinculada con la dirección IP 34.56.123.12, simplemente se debe aplicar una máscara cuyo primer byte esté solamente compuesto por números uno (o sea 255 en decimal), y los siguientes bytes compuestos por ceros. La máscara es: 11111111.00000000.00000000.00000000 La máscara asociada con la dirección IP34.208.123.12 es, por lo tanto, 255.0.0.0.
El valor binario de 34.208.123.12 es: 00100010.11010000.01111011.00001100 De este modo, una operación lógica de AND entre la dirección IP y la máscara da el siguiente resultado:
CAPA 3 NIVEL DE RED MÁSCARAS DE SUBRED 00100010.11010000.01111011.00001100 AND 11111111.00000000.00000000.00000000 ================================= 00100010.00000000.00000000.00000000
CAPA 3 NIVEL DE RED MÁSCARAS DE SUBRED
34.0.0.0 Esta es la red vinculada a la dirección 34.208.123.12 Generalizando, es posible obtener máscaras relacionadas con cada clase de dirección: Para una dirección de Clase A, se debe conservar sólo el primer byte. La máscara tiene el siguiente formato: 11111111.00000000.00000000.00000000, 255.0.0.0 en decimales; Para una dirección de Clase B, se deben retener los primeros dos bytes y esto da la siguiente máscara 11111111.11111111.00000000.00000000, 255.255.0.0 en decimales; Para una dirección de Clase C, siguiendo el mismo razonamiento, la máscara tendrá el siguiente formato: 11111111.11111111.11111111.00000000, 255.255.255.0 en decimales;
CAPA 3 NIVEL DE RED CREACIÓN DE SUBREDES Tomando la red 34.0.0.0 se quiere que los dos primeros bits del segundo byte indiquen la red. La máscara a aplicar en ese caso sería: 11111111.11000000.000000.000000 Es decir, 255.192.0.0 Si aplicamos esta máscara a la dirección 34.208.123.12, se obtiene la red : 34.192.0.0
CAPA 3 NIVEL DE RED CREACIÓN DE SUBREDES
En realidad, existen 4 figuras posibles para el resultado del enmascaramiento de una dirección IP de un equipo en la red 34.0.0.0 Cuando los dos primeros bits del segundo byte son 00, en cuyo caso el resultado del enmascaramiento es 34.0.0.0 00100010,00000000,00000000,00000000 Cuando los dos primeros bits del segundo byte son 01, en cuyo caso el resultado del enmascaramiento es 34.64.0.0 00100010,01000000,00000000,00000000
CAPA 3 NIVEL DE RED CREACIĂ“N DE SUBREDES Cuando los dos primeros bits del segundo byte son 10, en cuyo caso el resultado del enmascaramiento es 34.128.0.0 00100010,10000000,00000000,00000000 Cuando los dos primeros bits del segundo byte son 11, en cuyo caso el resultado del enmascaramiento es 34.192.0.0
00100010,11000000,00000000,00000000
CAPA 3 NIVEL DE RED CREACIÓN DE SUBREDES
Por lo tanto, este enmascaramiento divide a una red de clase A (que puede admitir 16.777.214 equipos) en 4 subredes (lo que explica el nombre máscara de subred) que pueden admitir 2 22 equipos es decir 4.194.304 equipos. Es importante tener en cuenta que en estos dos casos la cantidad total de equipos es la misma, 16.777.214 Dispositivos 4 x 222 – 2 = 16,777,214 (4 x 4,194,304 - 2 = 16,777,214). Ó 224 – 2 = 16,777,214 La cantidad de subredes depende del número de bits adicionales asignados a la red (aquí 2).
CAPA 3 NIVEL DE RED CREACIÓN DE SUBREDES
La cantidad de subredes es entonces: Número de bits seleccionados en el siguiente octeto
Cantidad de posibles subredes
1
2
2
4
3
8
4
16
5
32
6
64
7
128
8 (imposible para la clase C)
256
CAPA 3 NIVEL DE RED Gateway: Una red IP (o una subred) comprende un rango de direccionamiento IP. Cuando un equipo va a enviar un paquete a otro equipo -identificado por su dirección IP- comprueba si la dirección del destinatario está en su misma subred. En caso de ser así emite el mensaje dando por supuesto que el equipo destinatario será capaz de escucharlo (como debería ser si la configuración es correcta y el otro equipo está operativo). Si el equipo destinatario está en otra red diferente a la del remitente, éste enviará el mensaje a la puerta de enlace (gateway) que tenga configurada La dirección IP de una puerta de enlace normalmente se parece a 192.168.1.1 ó 192.168.0.1 y utiliza algunos rangos predefinidos, 127.x.x.x, 10.x.x.x, 172.16.x.x a 172.31.x.x, 192.168.x.x, que engloban o se reservan a las redes de área local. Además se debe notar que necesariamente un equipo que cumpla el rol de puerta de enlace en una red, debe tener 2 tarjetas de red.
Por lo general la dirección IP del primer host es el destinado para le GATEWAY
CAPA 3 NIVEL DE RED EJEMPLO A una compañía se le ha asignado la red 200.3.25.0. Es una red de clase C, lo cual significa que puede disponer de 254 diferentes direcciones. 28 – 2 = 254 (La primera y la última dirección están reservadas, no son utilizables.) Si no se divide la red en subredes, la máscara de subred será 255.255.255.0 (o /24). La compañía decide dividir esta red en 8 subredes, con lo cual, la máscara de subred tiene que recorrer tres bits más, se "toman prestados" tres bits de la porción que corresponde al host.
CAPA 3 NIVEL DE RED EJEMPLO Lo anterior resulta en una máscara de subred /27, 11111111 . 11111111 . 11111111 . 11100000 en binario, Ó en decimal punteado, 255 . 255 . 255 . 224. Cada subred tendrá (25) = 32 direcciones posibles; pero solo tendrá (25) − 2 = 32 − 2 = 30 direcciones asignables a los hosts La primera dirección (con todos los bits de host a 0) identifica a subred y la última dirección de cada subred (todos los bits de host a 1) se reserva para el Broadcast. Para calcular el total de subredes se debe realizar (23) = 8, ya que hemos tomado 3 bits prestados a la dirección de host.
CAPA 3 NIVEL DE RED EJEMPLO
La subred uno tiene la dirección de subred 200.3.25.0; las direcciones utilizables son 200.3.25.1 - 200.3.25.30. La subred dos tiene la dirección de subred 200.3.25.32; las direcciones utilizables son 200.3.25.33 - 200.3.25.62. Y así sucesivamente; de cada subred a la siguiente, el último byte aumenta en 32 por el tipo de máscara de subred utilizado
CAPA 3 NIVEL DE RED Ejercicio
Dada la dirección de red 192.168.55.0, indica qué máscara de subred deberías elegir para tener 8 subredes. Rango e red
Rango IP
Broadcast