TEMA 7: La capa de red

Tema 7:

La Capa de Red

1.    CONCEPTO DE LA CAPA DE RED

La Capa de red OSI provee servicios para intercambiar secciones de datos individuales a través de la red entre dispositivos finales identificados, para realizar este transporte de extremo a extremo la Capa de red utiliza cuatro procesos básicos:

o Direccionamiento lógico: la Capa de red debe proveer un mecanismo para direccionar estos dispositivos finales, tiene una parte lógica y jerárquica, gracias a la cual los routers son capaces de realizar rutas de encaminamiento para que los paquetes circulen desde su origen hasta su destino. Están compuesto de 4 números binarios y están divididos en dos partes (parte de red y parte de host)

o Modelo de conexión: existen dos modelos de conexión:

o  Datagramas: reciben ese nombre cuando se establece una conexión por datagramas, cada paquete que trata de manera individual, encaminándolo hasta el destino sin necesidad de conexión entre dos equipos.

o Circuitos virtuales: los equipos que quieren comunicarse deben comenzar estableciendo una conexión entre ellos.
Estos son algunos de los servicios que puede proporcionar:

•  Servicios orientados a conexión: con el primer paquete se especifica la dirección de destino y se establece la ruta que deberán seguir el resto de los paquetes.

• Servicio no orientado a conexión: cada paquete es tratado de manera individual y pueden seguir diferentes rutas.

o Enrutamiento: La función del router es seleccionar las rutas y dirigir paquetes hacia su destino, se pueden rellenar mediante dos técnicas:

o Estática: existe una persona encargada de rellenar manualmente la tabla de enrutamiento.

o Dinámica: rellena la tabla de manera automática mediante el intercambio de información periódica.

2.    PROTOCOLOS DE LA CAPA DE RED

Existen ciertos protocolos: 

• IP (internet protocol): protocolo fundamental en la pila de protocolos OSI y TCP/IP no orientado a conexión, su objetivo es ofrecer un mecanismo de direccionamiento de los dispositivos de una red.

-no ofrece ningún mecanismo de para asegurarse de que los paquetes llegan a su destino.

• IPsec (internet protocol security): conjunto de protocolos criptográficos que dotan de seguridad al protocolo IP.

• IPX/SPX (internetwork packet enchange/sequenced packet echange): es un conjunto de protocolos también conocidos como IPX.

-permiten utilizar la dirección MAC como dirección de red.

-envía paquetes sin garantía de entrega, pero ofrece una conexión fiable.

1.1  NetBEUI (NetBIOS extended user interface): protocolo que implementa una serie de servicios sobre el uso de aplicaciones en red.

-es sencillo

-consume pocos recursos de red.

-proporciona control de error.

-alberga hasta 255 dispositivos.

3.    IPV4

Es la cuarta versión del protocolo IP.

3.1Formato de un paquete IPv4

El paquete está dividido en dos partes:

o Cabecera: tiene una parte obligatoria y otra opcional, la parte obligatoria la construyen las cinco primeras filas del paquete de 20 bytes, la parte opcional debe ser siempre múltiplo de 4 bytes, estos son sus componentes:

•  Versión: indica la versión del datagrama.
•  Longitud de la cabecera: es la longitud medida en bloques de 32 bits.
• Tipo de servicio (TOS): se utiliza para identificar el tipo de tráfico que lleva el paquete. 
• Longitud del paquete: indica en octetos la longitud total del datagrama, incluyendo cabecera y datos.
• Identificación: es el identificador único del datagrama , se utiliza en los casos en los que se fragmentan datagrama.
• Flag: son 3 bits que sirven de indicadores con valor 0, el primer bit siempre está en 0, el segundo bit se llama DF  y el tercer bit es el MF.
• Posición del fragmento: indica la posición que ocupa el fragmento actual.
• TTL (time to live): se trata de un controlador que va disminuyendo cada vez que el paquete atraviesa un router, cuando el contador llega a 0, el paquete se descarta para evitar errores.
•   Protocolo: indica el protocolo de la capa de transporte utilizado en el campo de datos.
• Checksum (suma de comprobación): es un control de bits de paridad sobre la cabecera del paquete, si esta comprobación falla el paquete se descarta.
• IP origen: indica la IP de la estación de origen. 
• IP destino: indica la IP de la estación de destino.
• Relleno opcional: se indican los servicios opcionales a utilizar.

o  Datos: son los datos que transporta, si pesa demasiado, se usa un método llamado “fragmentación de paquetes”.

3.2Formato de direcciones IPv4

Una dirección IP está formada por 32 números binarios agrupados en cuatro bytes, se expresan en decimal, ejemplo:

1 byte	1 byte	1 byte	1 byte
11000000	00000111	11100010	00001010
192	7	34	10

De cada uno de los bytes es 11111111, que da un valor decimal de 255. Al llegar al router, los números IP se separan en dos partes, una identifica la red y otra que identifica el equipo de destino. Ejemplo:

RED	RED	HOST	HOST
1 byte	1 byte	1 byte	1 byte
172	18	135	201

3.3Redes con clase

Existen cinco tipos (A, B, C, D, E) existen organismos encargados de gestionar y proporcionar los tipos de direcciones IP.

o   Clase A

Contienen 8 bits para la parte de red y 24 bits para la parte de host, el primer bit siempre es 0.

1	7	24
0	RED	HOST	HOST	HOST

o   Clase B

Contienen 16 bits para la parte de red y 16 para la de host, los dos primeros bits valen siempre 10.

2	14	16
10	RED	RED	HOST	HOST

o   Clase C

Contienen 24 bits para la parte de red y 8 para la de host, los dos primeros bits valen siempre 110.

3	21	8
110	RED	RED	RED	HOST

o   Clase D

Contienen 8 bits para la parte de red y 24 para la de host, los dos primeros bits valen siempre 1110.

4	4	24
1110	RED	HOST	HOST	HOST

o   Clase E

Contienen 8 bits para la parte de red y 24 para la de host, los dos primeros bits valen siempre 1111.

4	4	24
1111	RED	HOST	HOST	HOST

3.4 IPs especiales.

Dos direcciones distintas:

•  D. de red: hace referencia a toda la red y el router la utiliza cuando comunica.
• D. de difusión: es utilizado por los nodos cuando un datagrama quieren que sea visto por todos los dispositivos.

El rango de las ips especiales es desde 0.0.0.0 hasta 0.255.255.255.255 no puede usarse como dirección ip ya que indica que el dispositivo esta en espera hasta que se le asigne una ip valida
     - La ip 127.0.0.1 es la ip que usan los dispositivos para encontrarse a si mismos.
Las redes publicas de datos tienen unas ips reservadas para ellas mismas que son las que van desde 14.0.0.0 hasta 14.255.255.255.

3.5 IPs públicas y privadas

§  Las IPs públicas: son las que vienen dadas por uno de los cinco organismos encargados de proporcionar direcciones IP.

§  Las IPs privadas: son las que vienen dadas por un administrador sin el permiso de ninguna organización.

DIRECCIÓN DE RED
Dirección de cable	Consiste de colocar toda la parte de host a 0, ejemplo: 193.15.28.0/clase C
Dirección de difusión	Consiste de colocar toda la parte de host a 1=255, ejemplo: 193.15.28.255/clase C
DIRECCIÓN IP ESPECIALES
0.0.0.0--->0.255.255.255	Indica que el dispositivo está a la espera de que le asigne una IP válida.
Dirección 127.X.X.X	Es una dirección loopback, y define al dispositivo en el que se encuentra.
14.0.0.0--->14.255.255.255	Esta dirección está reservado para las redes públicas de datos.

3.6 NAT (NETWORK ADREES TRANSLATION)

 Es una herramienta utilizada por los routers para proporcionar conectividad a  Internet a redes definidas con direcciones privadas, estos son los siguientes tipos:

• Estática: es un tipo de NAT en el que una dirección IP privada se traduce a una dirección IP pública, y donde esa dirección pública es siempre la misma. Esto le permite a un host, como un servidor Web, el tener una dirección IP de red privada pero aun así ser visible en Internet. Para ello usa la técnica llamada Redirección de puertos.

• Dinámica: el router posee un conjunto de direcciones IP públicas que se puede asignar a los dispositivos de la red privada.

- Seguro: reescribe los datagramas colocando las direcciones IP correctas de origen y destino.

-Solapado: tiene cavidad cuando una red privada quiere conectarse a una red pública y esa red contiene direcciones que se utilizan en esa red púlica.

3.7EL SUPERNETTING Y SUBNEETING

Es un nuevo concepto que trabaja con el enrutamiento de redes sin Clase, y se encuentra englobado dentro de CIDR (Enrutamiento entre dominios sin Clases).

o  Subred: Es el que usa bits de la parte de host para asignárselos a la parte de red y así conseguir que los routers puedan reconocer diferentes ubicaciones.

(si los valores de los flags estan a "1" no se puede fragmentar, si está a "0" si puede ser fragmentado.)

4.    IPV6

Este surge porque presenta unas mejoras sustanciales sobre el ipv4 y está destinado a sustituirlo totalmente.

4.1Formato de un paquete:

Un paquete en IPv6 está compuesto principalmente de dos partes: la cabecera (que tiene una parte fija y otra con las opciones) y la carga útil (los datos), los primeros 40 bytes (320 bits) son la cabecera del paquete y contiene los siguientes campos:

• direcciones de origen (128 bits)
• direcciones de destino (128 bits)
• versión del protocolo IP (4 bits)
• clase de tráfico (8 bits, Prioridad del Paquete)
• Etiqueta de flujo (20 bits, manejo de la Calidad de Servicio), 
• Longitud del campo de datos (16 bits)
• Cabecera siguiente (8 bits) 
• Límite de saltos (8 bits, Tiempo de Vida).

La carga útil: del paquete puede tener un tamaño de hasta 64 KB en modo estándar, o mayor con una opción de carga jumbo (jumbo payload) en el encabezado opcional Hop-By-Hop.

4.2    Formato de direcciones ipV6

Las direcciones IP se usan para identificar de manera única una interfaz de red de un Host, localizarlo en la red y de ese modo encaminar paquetes IP entre hosts. Con este objetivo, las direcciones IP aparecen en campos de la cabecera IP indicando el origen y destino del paquete. IPv6 es el sucesor del primer protocolo de direccionamiento de Internet, Internet Protocol versión 4 (IPv4). A diferencia de IPv4, que utiliza una dirección IP de 32 bits, las direcciones IPv6 tienen un tamaño de 128 bits. Por lo tanto, IPv6 tiene un espacio de direcciones mucho más amplio que IPv4.

4.3       dirección IP especiales

o  Formato de dirección Unicast: Las direcciones Unicast generalmente se dividen en dos grupos lógicos: los primeros 64bits identifican el prefijo de red, y son usados para encaminamiento; los últimos 64bits identifican el interface de red del host.

• Formato de dirección Multicast: Las direcciones Multicast se construyen en función de determinadas reglas, dependiendo de la aplicación. Actualmente se utilizan 3 de los 4 bits del campo flags (flags);1 el bit de flag más significativo está reservado para uso futuro.

• Formato de dirección unicast: van dirigidas a una única interfaz de red.

4.4      Asignación de direcciones IPv6

De asignar las redes se encarga IANA una organización que trabaja con empresas más pequeñas para asegurar el abastecimiento de IPs.

Convivencia entre Ipv6 y Ipv4:

Esta convivencia es posible gracias a tres mecanismos:

•  Doble pila: Consiste en implementar dos pilas de protocolos de manera independientes.

• Túneles: Es un mecanismo que se utiliza cuando hay redes aisladas que únicamente funcionan a nivel de ipv4. Su técnica consiste en encapsular paquetes ipv6 dentro de ipv4.

• Traducción: Se basa en el uso de una NAT para caviar al protocolo ipv6.

4.5    protocolos complementarios del nivel de red

Estos son los siguientes tipos de protocolos complementarios:

o  protocolo ARP: es utilizado por los dispositivos de una LAN que quieren enviar paquetes IP a otros dispositivos cuya dirección MAC desconocen. ARP se emplea en redes IEEE 802 además de en las viejas redes DIX Ethernet para mapear direcciones IP a dirección hardware. Para hacer esto, ha de estar estrechamente relacionado con el manejador de dispositivo de red. Si una aplicación desea enviar datos a una determinado dirección IP de destino, el mecanismo de encaminamiento IP determina primero la dirección IP del siguiente salto del y el dispositivo hardware al que se debería enviar.

(PROXY ARP: se produce cuando existe un router que une dos subredes)

o   Protocolo icmp: es el sub protocolo de control y notificación de errores del Protocolo de Internet (IP). Como tal, se usa para enviar mensajes de error, indicando por ejemplo que un servicio determinado no está disponible o que un router o host no puede ser localizado. ICMP difiere del propósito de TCP Y UDP ya que generalmente no se utiliza directamente por las aplicaciones de usuario en la red. La única excepción es la herramienta ping y traceroute, que envían mensajes de petición Echo ICMP (y recibe mensajes de respuesta Echo) para determinar si un host está disponible, el tiempo que le toma a los paquetes en ir y regresar a ese host y cantidad de hosts por los que pasa.