Direccionamiento IP y MAC
Todo dispositivo en una red se identifica mediante dos direcciones:
- Dirección IP: Identifica la red local a la que pertenece un dispositivo (parte de red) y al propio dispositivo dentro de esa red (parte de host). Ejemplo: IP 192.126.9.3 (Red: 192.126.9, Host: 3)
- Dirección MAC (Media Access Control): Identificador único físico asignado a cada interfaz de red.
Para que un dispositivo (PC, smartphone, etc.) pueda comunicarse en una red, necesita ambas direcciones: MAC e IP.
Capas de Red
La arquitectura de red se organiza en capas para facilitar su diseño, implementación y mantenimiento. Las capas principales son:
Capa de Acceso
Proporciona el punto de conexión a la red para los dispositivos finales (hosts). Permite que múltiples dispositivos se conecten entre sí a través de concentradores (Hubs) o conmutadores (Switches). Todos los dispositivos en esta capa comparten la misma parte de red de la dirección IP.
Capa de Distribución
Conecta redes locales independientes y controla el tráfico entre ellas. El dispositivo clave en esta capa es el router. Los routers gestionan el tipo y la cantidad de tráfico que fluye entre la capa de acceso y la capa núcleo.
Capa Núcleo
También conocida como backbone, es la infraestructura de alta velocidad que transporta grandes volúmenes de datos entre redes. Utiliza routers y switches de muy alta capacidad.
Dispositivos de Red
Hubs
Dispositivos de la capa de acceso que conectan múltiples hosts. Funcionan como repetidores, enviando cualquier dato recibido a todos los dispositivos conectados. No tienen la capacidad de dirigir el tráfico a un destinatario específico. Los hosts filtran los datos basándose en la dirección MAC de destino.
Los hubs operan en un dominio de colisión, lo que significa que solo un dispositivo puede transmitir a la vez. Si dos o más dispositivos transmiten simultáneamente, se produce una colisión, y los datos deben retransmitirse. Esto limita el rendimiento de la red.
Switches
Dispositivos de la capa de acceso que, a diferencia de los hubs, pueden dirigir el tráfico a un único destinatario. Los switches aprenden y almacenan las direcciones MAC de los dispositivos conectados en una tabla MAC. Cuando reciben un paquete, leen la MAC de destino y lo envían solo al puerto correspondiente.
Cada conexión a un switch es un canal dedicado, lo que elimina las colisiones y mejora el rendimiento. Si un switch no conoce la MAC de destino, realiza un flooding, enviando una solicitud a todos los dispositivos conectados para que se identifiquen. De esta forma, el switch aprende automáticamente las nuevas direcciones MAC.
Mensajería Broadcast
En ocasiones, un dispositivo necesita enviar un mensaje a todos los demás dispositivos en la red. Esto se logra mediante un mensaje de broadcast. Los mensajes de broadcast utilizan una dirección MAC especial de destino: FF:FF:FF:FF:FF:FF. Las redes locales son dominios de broadcast, lo que significa que un mensaje de broadcast es transmitido por todos los dispositivos de red a todos los hosts.
Protocolo ARP (Address Resolution Protocol)
El protocolo ARP permite a un dispositivo obtener la dirección MAC de otro dispositivo en la red local cuando solo conoce su dirección IP. El proceso es el siguiente:
- El dispositivo origen envía una trama ARP broadcast a la red, solicitando la MAC correspondiente a una IP conocida.
- El dispositivo con la IP solicitada responde con su dirección MAC.
- El dispositivo origen, ahora con la MAC de destino, puede enviar la trama de datos.
Capa de Distribución y Routers
Routers
Dispositivos de la capa de distribución que conectan diferentes redes locales. Los routers examinan los paquetes IP, incluyendo las direcciones IP de origen y destino, para determinar la mejor ruta para reenviar el mensaje. Cada puerto de un router conecta una red diferente.
Los routers mantienen tablas de enrutamiento que contienen información sobre las redes conectadas y las rutas disponibles. Si un router conoce la ruta hacia la red de destino, reenvía el paquete. Los routers no reenvían mensajes broadcast entre redes locales.
Gateway Predeterminado
El gateway predeterminado es la dirección IP de la interfaz del router que conecta la red local a otras redes. Los dispositivos en la red local utilizan el gateway predeterminado para enviar tráfico a redes externas. Una vez que un dispositivo conoce la dirección IP del gateway, puede usar ARP para obtener su dirección MAC.
Tablas de Enrutamiento
Las tablas de enrutamiento contienen información sobre las redes alcanzables y las mejores rutas para llegar a ellas. Estas tablas se actualizan de dos maneras:
- Actualización dinámica: Los routers intercambian información de enrutamiento con otros routers utilizando protocolos de enrutamiento dinámico.
- Actualización manual: El administrador de red configura manualmente las rutas en la tabla.
Los routers utilizan las tablas de enrutamiento para determinar la interfaz a través de la cual deben reenviar un paquete. Si un router no encuentra una ruta para un paquete, lo descarta. Una ruta por defecto es una ruta que se utiliza cuando no hay una ruta específica para la red de destino. Los routers pueden reenviar tramas a otro host en la misma red o a otro router en una red diferente. Si el router necesita enviar la trama a otro router, utiliza la dirección MAC del siguiente router en la ruta.