Tema 7: La capa de red

1. Concepto de la capa de red.

La función principal de la capa de red es la de dirigir los paquetes de información desde la estación origen a la estación destino en redes que pueen estar geográficamente muy separadas. Es la responsable, por tanto, de encaminar todos los paquetes de datos a los largo del trayecto, independientemente del número de dispositivos que tengan que cruzar para completarlo.

1.1 Qué tipos de servicios ofrece 
Servicios orientados a la conexión:
Con el primer paquete se especifica la dirección de estino y se establece la ruta que deberán seguir el resto de paquetes mientras dure la conexión. La información a enviar se trata como un flujo conjunto y no como paquetes individuales. Antes e inciar la comunicación, para hacer el tránsito más eficiente, se verifica la disponibilidad y el alcance al que se encuentran los dispositivos.
Servicios no orientados a la conexión:
Cada paquete es tratado de manera individual, por tanto, los paquetes que van al mismo destino pueden seguir rutas diferentes. De aquí se deduce que todos los paquetes deben llevar incorporada la dirección destino. en los servicios no orientados a la conexión no se porduce un circuito virtual para el intecambio de nformación, sino que el emisor envía paquetes sin preocuparse de si el receptor está disponible o listo para recivirlos. Esto produce más errores de envios.

2. Protocolos de la capa de red

IP(Internet Protocol)

Es uno de los protocolos fundamentales de la pila de protocolos OSI y TCP/IP. Se trata de un protocolo no orientado a conexión. No ofrece ningún mecanismo de direccionamiento de los paquetes llegan a su destino. IPv4 se está agotando y están habilitando nuevas versiones IPv6.

IPsec: Asegura las conexiones sobre el protocolo IP proporcionando mecanimsos de autentificación y cifrado de paquetes IP. En IPv6 El IPsec es obligatorio.

IPX/SPX (internetwork packet Exchange/sequenced packet Exchange)

Son un conjunto de protocolos también conocidos como IPX. Estos protocolos permiten utilizar la dirección MAC como dirección de red entre los dispositivos en vez de implementar una nueva dirección lógica.

NetBEUI (net BIOS extended user interface)

Es un protocolo que implementa una serie de servicios de red conocidos como netBIOS. Consume pocos recursos de red, sin enrutamiento de paquetes pero proporciona control de error y puede albergar hasta 255 dispositivos.

ARP (Adress Resolution Protocol)

Enlace de datos responsable de encontrar la dirección hardware (Ethernet MAC) que corresponde a una determinada dirección IP.

Proxy ARP: Es una técnica para usar el ARP. El dispositivo puede entonces recibir y remitir paquetes dirigidos a los demás dispositivos.

ICMP (Internet Control Message Protocol)

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.

U.D. 7: CAPA DE RED

CONCEPTO DE LA CAPA DE RED.

La capa de red es la tercera capa del protocolo OSI y trabaja con paquetes. Esta capa es la encargada del enrutamiento, es decir, de dirigir los paquetes desde un origen a un destino.

Ofrece dos servicios al nivel superior:

-          Orientados a conexión: El primer paquete se especifica la dirección de destino y se establece la ruta que deberán seguir el resto de paquetes mientras dure la conexión.

-          No orientados a conexión: cada paquete es tratado de manera individual ,los paquetes que van al mismo destino pueden seguir rutas diferentes.

La capa de red se conecta mediante:

      -    Circuito virtual: es un sistema de comunicación por el cual los datos de un usuario              origen pueden ser transmitidos a otro usuario destino a través de más de un                          circuito de comunicaciones real durante un cierto periodo de tiempo, pero en el                que la conmutación es transparente para el usuario.

               -    Datagrama: es un fragmento de paquete (análogo a un telegrama) que es enviado                 con la suficiente información para que la red pueda simplemente encaminar el                     fragmento hacia el equipo terminal de datos receptor, de manera independiente                 a los fragmentos restante.

PROTOCOLOS DE LA CAPA DE RED.

• IP:  Es un protocolo fundamental no orientado a conexión y tiene como finalidad ofrecer un mecanismo de direccionamiento de los dispositivos de una red de conmutación de los paquetes. Trabaja con datagramas.
• IPsec (IP Security): Es un conjunto de  protocolos de seguridad que da seguridad al protocolo IP mediante la autenticación y/o encriptamiento de cada paquete.
• IPX/SPX: Protocolo creado por Novell para ser utilizado en su propio sistema operativo (Netware) y permite usar la MAC como dirección de red entre los dispositivos.
• netBEUI:  Protocolo, no muy utilizado ya, creado por Microsoft y que implementa unos servicios sobre el uso de aplicaciones de red (NetBIOS). Consume muy pocos recursos (no enruta paquetes). Proporciona un control de erro y puede contener un máximo de 255 dispostivos.

            Protocolos fundamentales:

• ARP: Es un protocolo que se utiliza para saber la dirección MAC del host de destino.
• Proxy ARP: Igual que ARP pero te permite descubrir MACs de otras subredes. 
• ICMP: Comando básicos- ping (ping "ip" dice si hay conectividad con ella, puedes hacer un ping a la ip 127.0.0.1 si lo haces y no contesta esque mi tarjeta de red no funciona) traceroute (traceroute "ip" -direcciones ip por las que pasa antes de llegar a su destino)

IIP V4 

Formato de un paquete.

Cabecera: La cabecera es una parte importante ya que a través de ella se le da a conocer al router o al host la información enviada. Esta parte contiene:

Versión. Indica la versión del protocolo. En este caso valdrá 4 

-Tamaño de la cabecera.

- Flags. Son 3bits. El primero siempre a 0, no se utiliza. El segundo, DF, si esta a 0 se puede fragmentar, si está a 1 no se puede fragmentar. Y el tercero, MF, si está a 0 el datagrama no se ha fragmentado o que es el último, y si está a 1 esque el datagrama se ha fragmentado y tienen que llegar más trozos.

- Posición del fragmento. Posición que ocupa el fragmento que tenemos, si el DF esta a 0, este nos dirá en que posición está.
- TTL.(Time to Life): Contador, cada vez que pasa por un router lo decrementa en 1. 8 bits - 255
- Protocolo. Se utiliza para la multiplexación de protocolos.
- Checksum. 16 Bits. Suma de comprobación para evitar errores.

Datos: Datos que el paquete lleva de un origen a un destino. Si el paquete enviado es de tamaño inferior al tamaño estándar entonces se le añadirá una carga de relleno para alcanzar el tamaño estándar.

Formato de una dirección IP

A cada ordenador se le asigna una dirección lógica de 32 bits. Esta dirección se divide en dos partes: el número de red y el número de pc. Los bits son divididos en 4 grupos de 8b separados por puntos y están representados en formato decimal. En cada uno de los grupos debe haber un valor en binario que se encuentre entre el 0 y el 255. 
Partes. 1a parte indica la red y la 2a el host

Redes con clase.

- Clase A: Se utiliza sobretodo para grandes corporaciones internacionales. Esta clase utiliza el primer grupo de 8 para identificar a la red y los restantes para identificar el host.

- Clase B: Es utilizada por grandes compañías que tienen un gran número de nodos. Esta clase utiliza los dos primeros grupos para identificar a la red y los otros 2 restantes para el host.

- Clase C: Se utiliza para redes pequeñas y esta clase utiliza los 3 primeros grupos para identificar a la red y el grupo de 8 restante se utiliza para la identificación del host.

- Clase D: Los 4 grupos se utiliza para la identificación de la red o del host.

- Clase E: Es una clase que se reserva para cuando no se puedan utilizar más las anteriores.

IPs especiales.

La dirección de red o de cable hace referencia a toda la red y el router la utiliza cuando comunica una red a través de Internet. 

Partes: Red - host a 0 ejemplo 192.168.142.0

La dirección de difusión o broadcast es utilizada por los equipos cuando quieren que su datagrama sea visto por todos los dispositivos de la misma LAN.

Red  - host a 1 ejemplo - 192.168.142.255

0.0.0.0 - 0.255.255.255 -> Reservadas

14.0.0.0 - 14.255.255.255 -> Redes públicas de datos.

La dirección Ioopack  se conoce como 127.0.0.1 y define al dispositivo en el que se encuentra. Su función principal es comprobar el correcto funcionamiento de la NIC que conecta el dispositivo a la red.

IPs privadas/ públicas.

Públicas: Un número de dirección IP pública viene dado por uno de los cinco organismos encargados de proporcionar direcciones IP, el regional internet registry. Darán lugar a redes públicas y tienen acceso directo a Internet.

Privadas: Son números especiales que pueden utilizar los administradores de redes sin solicitar permiso a ninguna organización. Definirán redes privadas que proporcionan conectividad dentro de la misma red, pero no acceso instantáneo a internet.
Clase A: 10.0.0.0 - 10.255.255.255

Clase B: 169.254.0.0 -169.254.255.255|| 172.16.0.0 - 172.31.255.255

Clase C: 192.168.0.0 - 192.168.255.255

NAT

Es un estándar para la utilización de una o más direcciones IP para conectar varios ordenadores a una red.
Es un mecanismo utilizado por routers IP para intercambiar paquetes entre dos redes que asignan mutuamente direcciones incompatibles. Consiste en convertir, en tiempo real, las direcciones utilizadas en los paquetes transportados. También es necesario editar los paquetes para permitir la operación de protocolos que incluyen información de direcciones dentro de la conversación del protocolo.

 SUPERNEETING Y SUBNEETING 

CIDR (Classless Interdomain Routing - Encaminamiento entre dominios sin clase)

Subneeting

Punto de partida- direccion con clase c. (24 bits) <24

Máscara más corta.

Es un conjunto de direcciones IP que permiten definir el numero de redes y de host que se desean utilizar en una subred determinada.

Superneeting

Máscara más corta. >24

Una supernetting es un protocolo de Internet (IP) que se forma a partir de combinar dos o más redes (o subredes), que tienen un prefijo Classless Inter-Domain Routing común.

VLSM - mascara de subred longitud variable

IPV6

Formato de un paquete

Las distintas partes que contiene la cabecera son:

Clase de tráfico : se le conoce también como prioridad o clase .El valor de este campo especifica el tipo de tráfico que contiene el paquete.

-Etiqueta de flujo : el flujo se define como una secuencia de paquetes que van desde un mismo origen a un mismo destino.

-Longitud de carga útil : sustituye al campo longitud del paquete de Ipv4 .

-Siguiente cabecera : este campo sustituye al campo protocolo de Ipv4 .La función que realiza es idéntica ,ya que indica el tipo de cabecera que sigue a la cabecera fija de Ipv6.

-Límite de saltos : sustituye al campo tiempo de vida de Ipv4 . Su función es la misma ,colocar un contador que irá disminuyendo a medida que el paquete vaya saltando por los diversos routers.

Formato de una dirección IP

El formato del paquete es como en la V4 pero haciendo ciertos cambios de datos innecesarios o redundantes. Podemos destacar 2 cambios:

Se amplió el campo de dirección IP de 32 bits a 128 bits lo que aumentó la cantidad de IPs de forma considerable.

Se puso campos de longitud fija para dar agilidad a la hora de que el enrutador encamine los paquetes. Siguen estando las opciones pero ya no forman parte del encabezado.

IPs especiales
Hay dos clasificaciones:

-Direcciones unicast: son las que van dirigidas a una única interfaz de red.

-Direcciones multicast : son las que van dirigidas a un grupo de interfaces de red.

Unicast especiales:

-La dirección de loopback 0:0:0:0:0:0:0:1 .

-La dirección con todos sus bits a 0 ,expresada como ::/128 y que recibe el nombre de dirección indefinida.

-La dirección local única ,expresada como fc00::/7.

-La dirección ff00::0/12 reservada por la IANA.

Asignación de Ips V6

La IANA es la organización encargada de distribuir el espacio de direcciones de Ipv6 .Su función principal es la asignación de grandes bloques a los RIR , que serán encargados de asignar bloques de Internet a los proveedores locales.

Convivencia IPV4 y IPV6
-Doble pila :este mecanismo consiste en implementar las dos pilas de protocolos de una manera independiente. Todos los hosts que soporten doble pila tendrán dos direcciones IP conviviendo.

-Túneles : este mecanismo se utiliza cuando existen redes aisladas que únicamente funcionan a nivel del Ipv4 .La técnica de tipo túnel consiste en encapsular los paquetes Ipv6 dentro de paquetes Ipv4 ,usando Ipv4 como una capa que lo enlaza hacia Ipv6.

-Traducción : el proceso de traducción se basa en el uso de un NAT ampliado para dar cabida al protocolo Ipv6 .El mecanismo NAT.PT traduce las direcciones IP y el protocolo de una versión a la otra.