Capa de red del modelo OSI

© 2006 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco PublicITE I Chapter 6 1
Capa de red de OSI
Fernando Illescas
Fernando.illescasp@gmail.com

© 2006 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco PublicITE 1 Chapter 6 2
Objetivos
 Este capítulo se centrará en:
– La identificación de las funciones de la capa de red.
– Examinar el protocolo de Capa de red más común, Protocolo de
Internet (IP) y sus características de proveer servicio sin conexión
y de máximo esfuerzo.
– Comprender los principios utilizados para guiar la división o
agrupamiento de dispositivos en redes (subredes).
– Comprender el direccionamiento jerárquico de dispositivos y cómo
esto permite la comunicación entre redes.
– Comprender los fundamentos de rutas, direcciones de próximo salto
y envío de paquetes a una red destino.

Capa de red: comunicación de host a host
 La capa 3 del modelo OSI, provee los servicios necesarios para
que las piezas de datos puedan ser intercambiados entre los
dispositivos finales a lo largo de la red.
 Se proveen 4 servicios básicos:
–Direccionamiento
–Encapsulación.
–Enrutamiento.
–Desencapsulación.
 Direccionamiento: La capa de red provee los mecanismos para
direccionar los paquetes a sus respectivos dispositivos finales.
 Si un paquete va a ser direccionado a un dispositivo final, éste debe tener
una dirección única.

 Encapsulación: Durante el proceso de encapsulación, cada una de las
PDU de capa 3 deben contener las direcciones destino y origen.
 Se denomina paquete al PDU de la capa de red.
 El paquete contiene entre otros datos, la dirección destino y la dirección
origen.

 Enrutamiento:
 Los host destino, no siempre están en la misma red que nuestro
host origen.
 Los dispositivos que interconectan las diferentes redes son los
routers y su función es seleccionar rutas y dirigir paquetes a su
destino (enrutamiento).
 Cada ruta que toma un paquete para llegar al próximo dispositivo
se le llama salto.
 Durante cada salto, el contenido del paquete (PDU de la capa de
transporte), permanece intacto hasta llegar al destino.

 Desencapsulamiento:
 El host destino, procesa el paquete en su propia capa de red.
 El destino examina el campo de dirección destino para asegurar
que es él el destinatario.
 Si la dirección es correcta, el paquete es desencapsulado por la
capa de red, y el contenido (TPDU) es pasado a la capa superior
para su análisis.
 LA capa de red, ignora los datos de aplicación que está
transportando, ignora cuantos procesos está ejecutando un host.
–Esto le permite llevar diversos paquetes para diversos tipos de
comunicaciones entre distintos tipos de hosts

Protocolos de la capa de red
 Los protocolos implementados en la capa de red son:

Protocolo IPv4: ejemplo de protocolo de capa
de red.
 El protocolo de direccionamiento IP es el único protocolo de capa 3
utilizado para transportar datos de usuario a través de Internet.
 Implementado por el conjunto de protocolos TCP/IP
 El Protocolo de Internet fue diseñado como un protocolo con bajo
costo.
 Provee sólo las funciones necesarias para enviar un paquete desde
un origen a un destino a través de un sistema interconectado de
redes.
 El protocolo no fue diseñado para rastrear ni administrar el flujo de
paquetes.
 Características básicas de IPv4:
–Sin conexión: No establece conexión antes de enviar los paquetes de
datos.
–Máximo esfuerzo (no confiable): No se usan encabezados para
garantizar la entrega de paquetes.
–Medios independientes: Operan independientemente del medio que
lleva los datos.

Protocolo IPv4: Sin conexión
 Un ejemplo de comunicación sin conexión es el correo
convencional.
 A diferencia de protocolos confiables, IP no requiere el intercambio
de datos de control para establecer la conexión.
 IP no requiere campos adicionales (overload) para mantener la
conexión.
 Las capas superiores se harán cargo de la pérdida de paquetes o
de la llegada en desorden de los PDU.

Protocolo IPv4: Mejor intento
 El protocolo IP es un protocolo no confiable al no suministrar
confiabilidad de entrega de paquetes.
 Tiene encabezados más pequeños por lo que disminuye la
sobrecarga (overload), lo que representa menor demora en la
entrega.
 La capa 3 no se ocupa del contenido del mensaje, es
responsabilidad de las capas superiores determinar si la
comunicación requiere confiabilidad en la entrega de datos.
 No confiable significa que IP no tiene la capacidad de administrar ni
de recuperar paquetes no entregados o dañados.
 Mejor intento también se refiere al hecho de un mejor
aprovechamiento del ancho de banda, al no sobrecargar
innecesariamente en un paquete de capa 3.

Protocolo IPv4: Mejor intento
 En la capa de transporte el TCP/IP se pude escoger entre
comunicaciones confiables (TCP) y no confiables (UDP).
 Si un programador de sockets prefiere una conexión no confiable
para incrementar su velocidad de transmisión, no habría sentido la
implementación de control de errores en capa 3.

Protocolo IPv4: independiente de los medios
 La capa de red tampoco lleva información acerca de las características del
medio por el cual se transportará la información.
 Los paquetes pueden ser transportados por: cables de cobre, fibra óptica u
ondas de radio.
 Sin embargo, la capa de red si se debe tener en consideración el tamaño
máximo de paquete que un medio puede transportar, la unidad máxima de
transmisión (MTU).
 Una comunicación de control entre la capa de enlace de datos y la capa de
red, determina la MTU y así la capa de red sabe de qué tamaño crear sus
paquetes.
 Generalmente un router, al cambiar constantemente de estructura de trama
de capa 2, se verá obligado a fragmentar un paquete para que éste se
ajuste a la MTU de la nueva capa 2.

Paquete IPv4: Empaquetado de la PDU de la
capa de transporte
 IP encapsula un datagrama o segmento proveniente de la capa de
transporte.
 Los datos de la capa de transporte permanecen intactos desde el
origen hasta el destino.
 El encapsulamiento de datos permite que los datos de la capa de
transporte se empaqueten fácilmente por los protocolos
implementados en la capa de red (IPv4, IPv6, IPX, etc.).
 El enrutamiento realizado por dispositivos intermediarios sólo
considera el contenido del encabezado de paquetes que encapsula
el segmento
 En redes basadas en TCP/IP, la PDU de la capa de red recibe el
nombre de paquete IP

Encabezado de paquete IPv4
 El encabezado de un paquete IPv4, se compone de valores binarios
que son usados como referencia a medida que los paquetes fluyen
por la red.
 Tenemos 6 elementos clave que serán objeto de nuestro estudio:
–Dirección IP origen.
–Dirección IP destino.
–Tiempo de existencia (TTL).
–Calidad de servicio (Qos).
–Protocolo implementado y,
–Desplazamiento del fragmento.

Encabezado de paquete IPv4

Encabezado del paquete IPv4

Redes: Separación de hosts en grupos
comunes
 La capa de red provee mecanismos para direccionar hosts.
 A medida que aumenta la cantidad de hosts de la red, se requiere
tener una mejor administración de la red.
 Es mucho más práctico agrupar los hosts en grupos comunes
antes que conectarlos en cualquier parte.
 Las redes pueden ser divididas en subredes.
 Cuando planeamos una división de red, debemos agrupar
aquellos hosts con características comunes.
 Las redes pueden agruparse basándose en los siguientes
factores.
–Ubicación geográfica.
–Propósito.
–Propiedad

División de redes en grupos comunes

Redes: separación de hosts en grupos
comunes (geográficamente).
 Agrupación de hosts de manera geográfica: La ubicación de
hosts de características comunes en la misma área geográfica,
puede facilitar la administración.

comunes (por propósito).
 Los usuarios que realizan tareas comunes, usan un software en
común y talvez un tráfico de red común, pueden ser agrupados
lógicamente.
 Ésta agrupación lógica puede disminuir el tráfico de red, al ubicar el
uso del software y recursos en la misma red que los usuario que los
utilizan.
 La división de la red, permite la ubicación y las normas de seguridad
correcta de los recursos y sus respectivos usuarios.
 Usuarios que hacen uso de aplicaciones que exigen mucho ancho
de banda, pueden perjudicar a usuarios que talvez sus exigencias
sean mínimas.
 La solución entonces a todos estos problemas es la agrupaciónLa solución entonces a todos estos problemas es la agrupación
lógica de los usuarios comunes en redes distintas.lógica de los usuarios comunes en redes distintas.

comunes (por propiedad)
 Utilizar una base organizacional para crear redes, ayuda a tener un
mayor control sobre los usuarios, con respecto a uso de recursos,
privacidad, acceso a los dispositivos.

¿Por qué separar hosts en redes?:
rendimiento
 Cuando una red crece demasiado, surgen varios problemas:
–Degradación de rendimiento.
–Problemas de seguridad.
–Administración de direcciones.
 Mejora el rendimiento: Al dividir hosts en redes, los recursos de red
(ancho de banda, velocidad de enrutamiento) no son saturadas por grandes
volúmenes de datos.
–Un broadcast, es un mensaje enviado a todos los hosts de la misma red.
–Un host inicia un broadcast cuando requiere información de otro host
desconocido (ARP).
–Los broadcast son útiles par permitir la comunicación entre redes y son
utilizados por ciertos servicios (DHCP).
–Los mensajes broadcast consumen mucho ancho de banda, el cual se
degrada más al tener mayor número de hosts.
 A las redes también se les conoce como dominios de broadcastdominios de broadcast..

¿Por qué separar hosts en redes?: Seguridad
 Al principio, la seguridad no era un tema importante, solo un
reducido número de usuarios confiables tenían acceso a la red.
 La división de redes basada en propiedad significa que el acceso a
y desde los recursos externos de cada red pueden estar
prohibidos, permitidos o monitoreados.
 La seguridad entre redes es implementada en un dispositivo
intermediario (router o firewall) en el perímetro de la red. La función
del firewall realizada por este dispositivo permite que datos
conocidos y confiables accedan a la red.
 La seguridad de las redes puede implementarse dentro de una
misma organización, evitando que datos de administración sean
vistos por personal técnico por ejemplo.

administración de direcciones
 Internet está compuesta por millones de hosts y cada uno está identificado
por su dirección única de capa de red.
 Esperar que los rourters conozcan las rutas para todas las direcciones IP
del mundo seria un caos de memoria.
 La agrupación en diferentes redes, reduce la cantidad innecesaria de
información para identificar a cada destino.
 Los hosts para salir de su red local, deben conocer el router
inmediatamente conectada a ella (gateway) que permite la interconexión
con otras redes.

Direccionamiento jerárquico
 Para mantener las comunicaciones de datos entre redes por medio
de internetworks, los esquemas de direccionamiento de capa de red
son jerárquicos.
 Una dirección jerárquica identifica cada host de manera exclusiva.
 Se maneja un nivel de dirección relevante en cada etapa al dirigir un
paquete a su destino.
 Las direcciones de la Capa 3 suministran la porción de la red de la
dirección. Los routers envían paquetes entre redes refiriéndose sólo
a la parte de la dirección de la capa de Red que se requiere para
enviar el paquete hacia la red de destino (192.168.0.1).

Redes a partir de redes
 Usar direccionamiento jerárquico significa que se conservan los
niveles más altos de la dirección; con un nivel de subred y luego el
nivel de host.
 La dirección lógica IPv4 de 32 bits es jerárquica y está constituida
por dos partes. La primera parte identifica la red y la segunda parte
identifica al host en esa red.
 Los 32 bits son expresados en 4 grupos de 8 bits (octetos) y
representados en su forma decimal, cada grupo separado por un
punto (.) ejm: 192.168.18.57
 Direccionamiento jerárquico es porque la porción de la red indica la
red donde se ubica cada host. Los routers sólo necesitan conocer
cómo llegar a cada red en lugar de conocer la ubicación de cada
host.
 En una misma red, todos los hosts tendrán la misma porción de red.

Redes a partir de redes
 Se puede dividir una red en subredes, tomando bits de la porcion
de host para representar las distintas subredes dentro de un rango
de red original.
 Cuanto mayor sea el número de subredes creadas, menor será el
número de hosts disponibles en cada subred.
 Al número de bits de una dirección utilizada como porción de red
se lo denomina longitud del prefijo. Ejm: 192.168.18.57 /24
 Otro número de 32 bits llamado máscara de subred, determina la
longitud del prefijo.
 La extensión de la longitud del prefijo permite la creación de más
subredes.

Cómo se respalda la comunicación fuera de
nuestra red.
 Dentro de una red o subred, los hosts se comunican entre sí sin
necesidad de un dispositivo intermediario de capa de red.
 Cuando un host tiene que comunicarse con un host situado en otra
red, un dispositivodispositivo intermediariointermediario (router) actúa como gateway hacia
la otra red.
 La dirección de gateway es la dirección de una interfaz del router
que se encuentra conectada a la misma red del host.
 El gateway una vez que recibe el paquete, debe tener información
de hacia dónde enviarlo, a esto se le denomina dirección del
siguiente salto.
 Si el siguiente router conoce un camino para llegar al destino, se la
enviará a la dirección del siguiente salto y así sucesivamente

Paquetes IP: cómo llevar datos de extremo a
extremo.
 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.
 La PDU de capa 4 que es llevada en en un paquetepaquete a través de
diferentes redes, nunca es alterada por ningún router.
 El gateway examina la porción de red de la dirección destino que
se encuentra en la cabecera IP, y si la red destino está
directamente conectada a alguna de sus interfaces, el paquete es
enviado directamente a ese host.
 El paquete con su encapsulación de capa de Red también se
mantiene básicamente intacto a través de todo el proceso.
 Si la red de destino no está conectada directamente, el paquete es
enviado a un segundo router, que es el router del siguiente salto.

Gateway: la salida de nuestra red
 Si la porción de red de la dirección de destino del paquete es diferente
de la red del host de origen, el paquete tiene que hallar la salida fuera
de la red original.
 La interfaz del gateway tiene una dirección de capa de Red que
concuerda con la dirección de red de los hosts.
 En una computadora con Windows, se usan las herramientas de las
Propiedades del Protocolo de Internet (TCP/IP) para ingresar la
dirección IPv4 del gateway por defecto.

 Ningún paquete puede ser enviado sin una ruta.
 Ya sea que el paquete es originado por un host, o reenviado por un
router, el dispositivo debe saber a donde enviar el paquete.
–Ya sea a un dispositivo en la red local o al gateway.
 Un router toma una decisión de reenvío para cada paquete que llega
a la interfaz del gateway, a esto se le conoce como enrutamiento.
 Para reenviar un paquete a una red de destino, el router requiere
una ruta hacia esa red.
 La ruta hacia esa red sólo indicaría el router del siguiente salto al
cual el paquete debe reenviarse, no el router final.

Ruta: camino hacia una red
 Una ruta para paquetes en destinos remotos se agrega usando la
dirección de gateway por defecto como el siguiente salto.
 Cuando se configura una interfaz de router con una dirección IP y una
máscara de subred, la tabla de enrutamiento ahora incluye esa red como
red directamente conectada.
 Las rutas a redes remotas se pueden configurar manualmente en el router
por el administrador de red o aprendidas automáticamente utilizando
protocolos de enrutamiento dinámico.
 Los componentes de una tabla de enrutamiento son:
–Red de destino.
–Métrica.
–Próximo salto.
 Si hay dos o más rutas posibles hacia el mismo destino, se utiliza la métrica
para decidir qué ruta aparece en la tabla de enrutamiento.
 Se usa el concepto de ruta por defecto.

Ruta: camino hacia una red
 Los hosts requieren una tabla de enrutamiento para asegurarse
de que los paquetes de la capa de Red estén dirigidos a la red de
destino correcta.
 A diferencia de la tabla de enrutamiento en un router, que contiene
tanto rutas locales como remotas, la tabla local del host contiene
su conexión o conexiones directa(s) a la red y su propia ruta por
defecto al gateway.
 Ej: Comando:
–Route print
–netstat -r

Red de destino
Ruta
10.1.2.68?

Red de destino
 Entonces, la prioridad de la selección de una ruta para
el paquete que va a 10.1.1.68 sería:
 1. 10.1.1.0
 2. 10.1.0.0
 3. 10.0.0.0
 4. 0.0.0.0 (ruta default si estuviera configurada)
 5. Descartada

Ruta por defecto
Ruta por defecto

Siguiente salto: donde se envía luego el
paquete
 El siguiente salto representa la dirección del dispositivo que
procesará después el paquete.
 Cuando un paquete llega al router, se empieza a buscar un
coincidencia entre las entradas de la tabla de enrutamiento y la
dirección destino del paquete.
 Si existe una coincidencia, el router envía el paquete hacia la
interfaz a la cual está conectado el router del siguiente salto.
 De no haber coincidencia se buscará una ruta por defecto
 De no existir ruta por defecto el paquete es desechado
 Las redes conectadas directamente a un router no tienen dirección
del siguiente salto porque no existe un dispositivo de Capa 3 entre
el router y esa red.

Envío de paquetes: traslado del paquete hacia
su destino
 El enrutamiento se hace paquete por paquete y salto por salto.
 Cada paquete es tratado de manera independiente en cada router a
lo largo de la ruta.
 El router para poder examinar el paquete, debe primero descartar
la encapsulación de capa 2.
 Se analiza la dirección destino contenida en el encabezado IP.
 Se busca una coincidencia dentro de la tabla de enrutamiento.
 El router hará una de tres cosas con el paquete:
–Envíelo al router del próximo salto
–Envíelo al host de destino
–Descártelo

Uso de una ruta por defecto
 Si la tabla de enrutamiento no contiene una entrada de
ruta más específica para un paquete que llega, el
paquete se reenvía a la interfaz indicada por la ruta por
defecto.
 La ruta por defecto es también conocida como Gateway
de último recurso.
 El router en cada salto conoce sólo la dirección del
siguiente salto; no conoce los detalles de la ruta hacia el
host del destino remoto.
 Si no existe una ruta por defecto y no existe coincidencia
para el paquete, éste es descartado

Uso de una ruta por defecto

Protocolos de enrutamiento
 Cada router en una ruta no necesita una ruta hacia todas las redes. Sólo
necesita conocer el siguiente salto en la ruta hacia la red de destino del
paquete.
 La tabla de enrutamiento es la base para que un router tome las
decisiones correctas al momento de reenviar paquetes.
 Para las decisiones de enrutamiento, la tabla de enrutamiento necesita
representar el estado más preciso de rutas de red a las que el router
puede acceder.
 Tablas desactualizadas causan; retardos, loops, paquetes perdidos.
 Las tablas de enrutamiento pueden ser llenadas manualmente o
dinámicamente.

Enrutamiento estático
 Las redes remotas a un router, pueden ser configuradas en la tabla de
enrutamiento manualmente (rutas estáticas).
 Si la topologia de la red, o la estructura de la internetwork cambia, estas
rutas deben ser actualizadas manualmente.
 Si la actualización manual no se lo suficientemente rápida u oportuna,
tendremos los problemas subyacentes de una tabla desactualizada
(paquetes perdidos, demoras, loops, etc).

Enrutamiento dinámico
 No siempre es factible tener rutas actualizadas con rutas estáticas (redes
muy grandes).
 Los protocolos de enrutamiento son un conjunto de reglas por las que los
routers comparten dinámicamente su información de enrutamiento.
 Cuando un router recibe información sobre rutas nuevas o modificadas,
actualiza su propia tabla de enrutamiento y, a su vez, pasa la información
a otros routers.
 El intercambio dinámico de la información de la ruta agrega una
sobrecarga que consume el ancho de banda de la red.
 Dependiendo del protocolo dinámico, el procesamiento exigido al router
puede ser demasiado grande y degradar el enrutamiento.
 El costo del enrutamiento estático es administrativo, no produce overloadEl costo del enrutamiento estático es administrativo, no produce overload
ni procesamiento exhaustivoni procesamiento exhaustivo..

Resumen
 En este capítulo se aprendió a:
–Identificar la función de la capa de red.
–Examinar el protocolo IP y entenderlo como protocolo de mejor
intento.
–Describir los principios utilizados para la división de redes.
–Explicar la función del direccionamiento jerárquico.
–Describir los aspectos básicos de las rutas, direcciones de
siguiente salto y el reenvio de paquetes.

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