La Capa de Red en Internet
En la capa de red, Internet puede visualizarse como un conjunto de subredes interconectadas.
El protocolo IP es el elemento fundamental que mantiene unida a Internet. Este protocolo tiene sus raíces en el sistema operativo UNIX.
IP es un protocolo que opera en el nivel de red y está estrechamente relacionado con el protocolo TCP, que se encuentra en la capa de transporte.
El conjunto de protocolos TCP/IP se originó a partir de los experimentos de intercambio de paquetes liderados por DARPA.
Protocolo IP
Es el protocolo de nivel de red en ARPANET, el sistema de comunicaciones que tradicionalmente han utilizado los sistemas UNIX. Se trata de un protocolo sin conexión y no garantiza la entrega segura de los paquetes; esta responsabilidad recae en TCP.
Acepta bloques de datos de hasta 64 KB. Cada bloque de datos se transfiere a través de la red en forma de datagramas.
Un datagrama se compone de una cabecera y un campo de datos. La cabecera tiene una longitud variable, con una parte fija de 20 bytes y otra de longitud variable.
El Sistema de Direccionamiento IP
La dirección IP identifica la ubicación de un sistema en la red. Cada dirección IP tiene una longitud de 32 bits e incluye la identificación de la red y del host dentro de esa red.
Tipos de redes:
- A: 224 hosts
- B: 216 hosts
- C: 28 hosts
InterNIC (Internet Network Information Center) es la entidad encargada de la asignación de direcciones IP.
Limitaciones al elegir IPs:
- No pueden comenzar por 0.
- La red 127 se reserva para la resolución de problemas (loopback).
- No pueden terminar en 0.
- No se puede utilizar el valor 255.
Broadcast: Es una dirección especial que se utiliza para enviar un mensaje a todos los hosts de una red. Se compone de números uno en el campo de host. Es similar al envío de correo masivo.
Infovía: Si la conexión a Internet se realiza a través de este método, se debe evitar el uso de la red 10.x.x.x.
Máscaras de Subred
Una máscara de subred es una secuencia de 32 bits que permite distinguir fácilmente qué parte de una dirección IP codifica la subred y cuál el host.
Las máscaras de red se utilizan para ‘enmascarar’ una parte de la dirección IP, separando así el ID de red del ID de host.
Destino de un Paquete
Se realiza una operación AND entre la IP de origen y la máscara, y se compara con el resultado de la operación AND entre la IP de destino y la máscara. Si los resultados coinciden, el destino está dentro de la misma red.
Operación AND:
- 1 & 1 = 1
- 1 & 0 = 0
- 0 & 1 = 0
- 0 & 0 = 0
Enrutamiento Interdominio sin Clases (CIDR)
CIDR distribuye las redes de clase C en bloques de tamaño variable. El uso de máscaras de subred adecuadas permite resolver problemas de enrutamiento.
Subredes
Se utilizan bits del campo de host para crear subredes. El mínimo es de 2 bits. La razón principal para utilizar subredes es reducir el tamaño de un dominio de broadcast.
VLSM – Máscara de Subred de Longitud Variable
Las máscaras de subred de longitud variable (VLSM) se desarrollaron para permitir varios niveles de división en subredes dentro de una misma red.
Protocolo de Control de Mensajes en Internet (ICMP)
ICMP se encarga de informar al origen si se ha producido algún error durante la entrega de un mensaje.
ICMP está definido en la RFC 792. Este protocolo únicamente informa de incidencias en la red, pero no toma decisiones. Los mensajes ICMP viajan en el campo de datos de un datagrama IP.
Comienzan con un campo de 8 bits que contiene el tipo de mensaje.
Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP)
El protocolo ARP se utiliza para asociar una dirección IP con una dirección física (MAC). ARP almacena en caché los resultados para optimizar futuras comunicaciones con la misma máquina.
Protocolo de Resolución de Direcciones Inversa (RARP)
RARP permite que una estación de trabajo recién iniciada obtenga su dirección IP a partir de su dirección física.
El uso de RARP es preferible a integrar la dirección IP en la imagen de memoria, ya que permite utilizar la misma imagen para todas las máquinas.
Protocolo TCP
TCP fue diseñado específicamente para proporcionar conexiones confiables en redes inseguras. TCP acepta bloques de datos de cualquier longitud y los fragmenta en segmentos de hasta 64 KB.
La confiabilidad se logra asignando un número de secuencia a cada segmento transmitido. La recepción de un ACK (acuse de recibo) confirma la llegada correcta de un segmento al destino.
La seguridad del protocolo TCP lo hace ideal para la transmisión de datos en sesiones, aplicaciones cliente-servidor y servicios críticos, como el correo electrónico.
La seguridad en TCP tiene un costo: cabeceras de mensajes más grandes y la necesidad de confirmaciones (ACKs) para asegurar la comunicación.
El Protocolo UDP
UDP ofrece a las aplicaciones un mecanismo para enviar datagramas IP en bruto, encapsulados, sin necesidad de establecer una conexión.
UDP se utiliza en aplicaciones que no requieren confirmación (ACK), como NetBIOS y SNMP.
Un segmento UDP consta de una cabecera de 8 bytes seguida de los datos. Incluye los puertos de origen y destino, la longitud y una suma de comprobación (checksum).
La familia TCP/IP incluye muchos otros protocolos utilizados en aplicaciones específicas, como HTTP (para la web) y POP/SMTP (para correo electrónico).
Tablas de Rutas
Una dirección IP combinada con una máscara de subred devuelve la dirección base de la subred a la que pertenece la dirección IP.
Encaminamiento
Una red de redes está formada por redes interconectadas mediante routers (encaminadores). Los routers son los encargados de elegir las mejores rutas para los paquetes. Pueden ser ordenadores con múltiples direcciones IP o dispositivos específicos.
Esta información se almacena en las tablas de encaminamiento.
El comando Route muestra y modifica la tabla de encaminamiento de un host.
IPv6
Aunque CIDR (Enrutamiento Interdominio sin Clases) ha extendido la vida útil de IPv4, se está trabajando en IPv6 para abordar las limitaciones de direccionamiento.
Características de IPv6:
- Direcciones de 16 bytes.
- Cabecera simplificada.
- Verificación de autenticidad y confidencialidad.
- Mayor atención al tipo de servicio (QoS).