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.

Servicio sin conexión (consecuencias de la utilización del protocolo IP)

Un ejemplo de comunicación sin conexión es enviar una carta a alguien sin notificar al receptor con anticipación. Los paquetes IP se envían sin notificar al host final que están llegando. Como IP trabaja sin conexión, no requiere un intercambio inicial de información de control para establecer una conexión de extremo a extremo antes de que los paquetes sean enviados, este proceso reduce en gran medida la sobrecarga del IP. Sin embargo, la entrega del paquete sin conexión puede hacer que los paquetes lleguen a destino fuera de secuencia. Si los paquetes que no funcionan o están perdidos crean problemas, luego los servicios de las capas superiores tendrán que resolver estas cuestiones.

Entramado de la capa de Transporte y encapsulado de los segmentos en paquetes

IPv4 encapsula el segmento de la capa de Transporte para que la red pueda entregarlo a su host de destino. La encapsulación de IPv4 permanece en su lugar desde que el paquete deja la capa de Red del host de origen hasta que llega a la capa de Red del host de destino. El proceso de encapsular datos por capas permite que los servicios en las diferentes capas se desarrollen y escalen sin afectar otras capas.

Campos del encabezado del protocolo IPv4

• Dirección IP destino: Contiene un valor binario de 32 bits que representa la dirección de host de capa de red de destino del paquete.
• Dirección IP origen: Contiene un valor binario de 32 bits que representa la dirección de host de capa de red de origen del paquete.
• Tiempo de vida: El tiempo de vida (TTL) es un valor binario de 8 bits que indica el tiempo remanente de «vida» del paquete. El valor TTL disminuye al menos en uno cada vez que el paquete es procesado por un router. Cuando el valor se vuelve cero, el router elimina el paquete y es eliminado del flujo de datos de la red.
• Protocolo: Este valor binario de 8 bits indica el tipo de relleno de carga que el paquete traslada.
• Tipo de servicio: Contiene un valor binario de 8 bits que se usa para determinar la prioridad de cada paquete. Este valor permite aplicar un mecanismo de Calidad del Servicio (QoS) a paquetes de alta prioridad, como aquellos que llevan datos de voz en telefonía.
• Desplazamiento del fragmentos: El paquete IPv4 lo utiliza en el encabezado IP para reconstruir el paquete cuando llega al host destino. El campo de desplazamiento del fragmento identifica el orden en el cual ubicar el fragmento del paquete en la reconstrucción.

Razones de agrupar dispositivos en subredes

• Agrupación de hosts de manera geográfica: El agrupamiento de hosts en la misma ubicación, como cada construcción en un campo, en redes separadas puede mejorar la administración y operación de la red.
• Agrupación de hosts para propósitos específicos.
• Agrupación de hosts para propiedad: Utilizar una base organizada para crear redes ayuda a controlar el acceso a los dispositivos y datos. En una red grande, es mucho más difícil definir y limitar la responsabilidad para el personal de la red. Dividir hosts en redes separadas provee un límite de cumplimiento y administración de seguridad de cada red.

Rendimiento de la división de una red de gran tamaño

Grandes números de hosts conectados a una sola red pueden producir volúmenes de tráfico de datos que pueden saturarse, la capacidad de ancho de banda y enrutamiento. La división de grandes redes para que los host que necesitan comunicarse estén agrupados reduce el tráfico a través de los internetworks. Un broadcast es un mensaje desde un host hacia todos los otros hosts en la red. Grandes cantidades de hosts generan grandes cantidades de broadcasts que consumen el ancho de banda de la red. Y como los otros hosts tienen que procesar el paquete de broadcast que reciben, las otras funciones que un host realiza son también interrumpidas.

Administración de direcciones

Esperar que cada host conozca la dirección de cada uno de los otros hosts sería degradarían gravemente su rendimiento. Dividir grandes redes para que estén agrupados los hosts que necesitan comunicarse, reduce la carga innecesaria de todos los hosts para conocer todas las direcciones. Los hosts sólo necesitan conocer la dirección de un dispositivo intermediario al que envían paquetes para todas las otras direcciones de destino, se denomina gateway. El gateway es un router en una red que sirve como una salida desde esa red.

División de redes

La dirección lógica IPv4 de 32 bits está constituida por dos partes. La primera parte identifica la red y la segunda parte identifica al host en esa red. Las direcciones IPv4 se dividen en cuatro grupos de ocho bits (octetos). Cada paso se convierte a su valor decimal y la dirección completa escrita como los cuatro valores decimales separados por punto (período). Ejemplo: 192.168.18.57.

Función que cumple un dispositivo gateway intermediario al permitir de que los dispositivos se comuniquen a través de redes subdivididas

Cuando un host necesita comunicarse con otra red, un dispositivo intermediario actúa como un Gateway hacia la otra red. Un host tiene una dirección de gateway por defecto definida, esta dirección de gateway es la dirección de una interfaz de router que está conectada a la misma red que el host. Para comunicarse con un dispositivo en otra red, un host usa la dirección de este gateway, para enviar un paquete fuera de la red local. El router también necesita una ruta que defina dónde enviar luego el paquete. A esto se lo denomina dirección del siguiente salto. Si una ruta está disponible al router, el router enviará el paquete al router del próximo salto que ofrece una ruta a la red de destino.

Gateway

El gateway, también conocido como gateway por defecto, es necesario para enviar un paquete fuera de la red local. Este gateway es una interfaz del router conectada a la red local. La interfaz del gateway tiene una dirección de capa de Red que concuerda con la dirección de red de los hosts. Los hosts están configurados para reconocer que la dirección es un gateway. El gateway por defecto está configurado en el host. Se usan las herramientas de (TCP/IP) para ingresar la dirección IPv4 del gateway por defecto. Tanto la dirección IPv4 de host como la dirección de gateway deben tener la misma porción de red de sus respectivas direcciones.

Ruta

Red de destino: El router combina la dirección de destino en el encabezado del paquete con la red de destino de una ruta en la tabla de enrutamiento y envía el paquete al router del próximo salto especificado por esa ruta. 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. La red de destino que aparece en la entrada de la tabla de enrutamiento, llamada ruta, representa un rango de direcciones de hosts y, algunas veces, un rango de direcciones de red y de host.

Ruta default

Una ruta default es una ruta que coincida con todas las redes de destino. Se usa para enviar paquetes para los que no hay entrada en la tabla de enrutamiento para la red de destino.

Siguiente salto: donde se envía luego el paquete

Un siguiente salto es la dirección del dispositivo que procesará luego el paquete. Para un host en una red, la dirección de gateway por defecto es el siguiente salto para todos los paquetes destinados a otra red. En la tabla de enrutamiento de un router, cada ruta enumera un siguiente salto para cada dirección de destino abarcada por la ruta. A medida que cada paquete llega al router, la dirección de la red de destino es analizada y comparada con las rutas en la tabla de enrutamiento. Cuando se determina una ruta coincidente, la dirección del siguiente salto para esa ruta se usa para enviar el paquete hacia ese destino. El router luego envía el paquete hacia la interfaz a la cual está conectado el router del siguiente salto. El router del siguiente salto es el gateway a las redes fuera del destino intermedio. 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. Algunas rutas pueden tener múltiples siguientes saltos. Esto indica que existen múltiples pasos hacia la misma red de destino. Éstas son rutas alternativas que el router puede utilizar para reenviar paquetes.

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. En cada salto, el router analiza la dirección IP de destino para cada paquete y luego controla la tabla de enrutamiento para reenviar información.

Examen del paquete

Como dispositivo intermediario, un router procesa el paquete en la Capa de red. El router primero descarta la encapsulación de la Capa 2 para poder examinar el paquete.

Selección del siguiente salto

En el router, se analiza la dirección de destino en el encabezado del paquete. Si una ruta coincidente en la tabla de enrutamiento muestra que la red de destino está conectada directamente al router, el paquete es reenviado a la interfaz a la cual está conectada la red.

Uso de una ruta default

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 default, si la hubiere. En esta interfaz, el paquete es encapsulado por el protocolo de la Capa 2 y es enviado al router del siguiente salto. Este proceso puede producirse varias veces hasta que el paquete llega a su red de destino. Las rutas default son importantes porque el router del gateway no siempre tiene una ruta a cada red posible en Internet.

Enrutamiento estático y dinámico

Se denomina enrutamiento estático a aquel que es configurado por un administrador de red y que no varia con el tiempo. Se denomina enrutamiento dinámico a aquel que aprenden los nodos de forma autónoma y que puede cambiar con el tiempo