Fundamentos de la Capa de Red: Direccionamiento, Protocolos y Modelos de Conexión

1. Concepto de Capa de Red

La función principal de la capa de red es dirigir los paquetes de información desde la estación origen a la estación destino en redes que pueden estar geográficamente muy separadas. En la capa de red aparece un dispositivo de vital importancia: el router. Este dispositivo es el encargado de delimitar cada una de las redes existentes y cómo llegan los paquetes de una red a otra. Cada una de las redes delimitadas por el router recibe el nombre de subred.

1.1. Direccionamiento Lógico

Las tarjetas de red disponen de un direccionamiento físico para identificarse, la dirección MAC. Este direccionamiento tiene una gran limitación: sus números no proporcionan ninguna información acerca de dónde puede encontrarse el dispositivo que tiene tal dirección. Solamente es válido para moverse por una única red. Las estaciones necesitan tener un número que les permita comunicarse entre subredes: la dirección IP. El número de dirección IP tiene una naturaleza lógica y jerárquica, gracias a la cual los routers son capaces de realizar rutas de encaminamiento para que los paquetes circulen de la subred origen a la subred destino. Los números IP están formados por cuatro números binarios de un byte (octeto) separados por un punto, siempre se mueven en un intervalo de 0 a 255. El número IP aparece dividido en dos partes, una es el número de red desde donde se envían o donde se reciben paquetes, y otra el número de estación que está estableciendo la comunicación, parte de red y otra de host.

1.2. Modelos de Conexión

Dos modelos de conexión: el de datagramas y el de circuitos virtuales. Los paquetes de información reciben el nombre de datagramas, cada paquete se trata de manera individual sin la necesidad de establecer una comunicación previa entre los equipos. En el modelo de circuitos virtuales, los equipos deben comenzar estableciendo una conexión entre ellos. Los routers reservarán los recursos necesarios para que los equipos puedan intercambiarse la información.

Servicios:

• Servicios orientados a la conexión: el primer paquete especifica la dirección de destino y se establece la ruta que deberán seguir el resto de paquetes. La información se trata como un flujo conjunto, se verifica la disponibilidad y el alcance de los dispositivos.
• Servicios no orientados a la conexión: paquetes que van al mismo destino pueden seguir rutas diferentes. Los paquetes deben llevar incorporada la dirección destino. El emisor envía paquetes sin preocuparse de si el receptor está disponible para recibirlos. Esto produce errores en los envíos.

1.3. Enrutamiento

• Estáticas: el administrador de red rellena manualmente la tabla de enrutamiento.
• Dinámicas: el router rellena la tabla de manera automática mediante el intercambio de información periódica entre las tablas de enrutamiento y los routers vecinos.

2. Protocolos de la Capa de Red

• IP (Internet Protocol): un protocolo no orientado a la conexión y orientado a datagrama, con el objetivo principal de ofrecer un mecanismo de direccionamiento de los dispositivos en una red de conmutación de paquetes. No ofrece ningún mecanismo para asegurarse de que los paquetes llegan; envía datagramas de la mejor manera posible pero sin ofrecer ningún tipo de garantías.
• IPsec (Internet Protocol Security): protocolos criptográficos que dotan de seguridad al protocolo IP proporcionando autenticación y cifrado de paquetes IP.
• IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange): permiten utilizar la dirección MAC como dirección de red entre los dispositivos en vez de una dirección lógica. Es muy parecido al protocolo IP.