Capa de Red OSI: IPV4
Comunicación Host a Host
La capa de red, o capa 3 del modelo OSI, proporciona los servicios para intercambiar fragmentos de datos entre dispositivos finales identificados en la red. Recibe segmentos de datos, o PDUs, desde la capa de transporte. Para garantizar la fiabilidad, estos datos han sido previamente numerados y procesados para un tamaño adecuado. La capa de red utiliza protocolos para añadir direccionamiento y otra información a la PDU, enviándola al siguiente router a través de la mejor ruta hacia la red de destino.
Cuando los hosts se encuentran en redes diferentes, se utilizan protocolos de enrutamiento para elegir las rutas entre ellas. Los protocolos de la capa de red especifican el direccionamiento y empaquetamiento de una PDU de la capa de transporte, buscando minimizar el gasto. La capa de red realiza cuatro tareas principales:
- Direccionamiento de paquetes con una dirección IP.
- Encapsulación.
- Enrutamiento.
- Desencapsulación.
Direccionamiento
IP requiere que cada dispositivo que envía o recibe datos tenga una dirección IP única. Los dispositivos con direcciones IP en una red se denominan hosts. La dirección IP del host emisor se conoce como dirección IP de origen, mientras que la del receptor es la dirección IP de destino.
Encapsulación
Cada PDU enviada entre redes necesita ser identificada con una dirección IP de origen y destino, incluyendo una cabecera IP. Esta cabecera contiene la información de dirección y otros bits que identifican la PDU como de capa de red. Este proceso se denomina encapsulación. Una PDU de capa 4 OSI encapsulada en la capa de red se denomina paquete.
Enrutamiento
Los routers son dispositivos que conectan redes. Están especializados en entender los paquetes y protocolos de la capa 3 OSI, calculando la mejor ruta para los paquetes. El enrutamiento es el proceso que realizan los routers al recibir paquetes: analizan la información de la dirección de destino, la usan para elegir una ruta y reenvían el paquete al siguiente router en la ruta. Cada tramo de la ruta de un paquete se denomina salto.
Para que un paquete de la capa de red viaje entre hosts, debe pasar a la capa de enlace de datos para otra encapsulación (entramado), y luego ser codificado y enviado a través de la capa física al siguiente router.
Desencapsulación
La desencapsulación es el proceso de eliminar la información de encapsulación en cada capa. Ocurre en todas las capas del modelo OSI.
Protocolos de Capa de Red
Algunos protocolos de la capa de red son:
- IPV4 (Protocolo de Internet versión 4): El protocolo de red más utilizado y base de internet.
- IPV6 (Protocolo de Internet versión 6): En uso actualmente y futuro sustituto de IPV4.
- Novell IPX: Parte de Novell Netware, popular en los años 80 y 90.
- Appletalk: Protocolo de red de Apple Computer.
- CLNS (Servicio de Red sin Conexión): Usado en redes de telecomunicaciones sin circuitos establecidos.
IPV4 describe los servicios y la estructura de paquete para encapsular datagramas UDP o segmentos TCP desde la capa de transporte OSI.
IPV4: Un Ejemplo de Protocolo de Capa de Red
IPV4 es el protocolo principal para transportar datos de usuario a través de internet. Sus características difieren de IPV6. Algunas características básicas de IPV4 son:
- Sin conexión: No establece una conexión antes de enviar paquetes.
- Mejor esfuerzo (no fiable): No garantiza la entrega del paquete, reduciendo el procesamiento en routers y el ancho de banda.
- Independiente del medio: Opera independientemente del medio de transporte.
Sin Conexión
IP es sin conexión, no hay un enlace establecido entre los extremos. Simplemente envía paquetes sin notificar al receptor. Esta falta de conexión es parte del diseño de mejor esfuerzo. IP y TCP trabajan bien juntos: si un paquete se pierde o retrasa, TCP lo corrige en la capa 4, mientras IP trabaja eficientemente en la capa 3. Al necesitar menos datos para sus tareas, IP usa menos procesamiento y ancho de banda (sobrecarga) que TCP.
Mejor Esfuerzo
IP es un protocolo no fiable y de mejor esfuerzo. Los paquetes IP se envían sin garantía de recepción. IP hace su mejor esfuerzo para entregarlos, pero no puede determinar si llegan o se pierden. No informa al remitente sobre problemas de fiabilidad, tarea que puede ser realizada por TCP.
Independiente del Medio
IP es independiente del medio, no le importa el medio físico que transporta el paquete. La estructura del paquete IP y su cabecera no cambian al pasar, por ejemplo, de un medio inalámbrico a fibra óptica. Una consideración importante es el tamaño de la PDU. Algunas redes tienen restricciones de tamaño impuestas por la MTU (Unidad Máxima de Transmisión). La MTU la define la capa de enlace de datos OSI y se pasa a la capa de red. La capa de red construye los paquetes según esta especificación. Si un paquete debe atravesar una red con una MTU menor, el router lo fragmentará antes de reenviarlo. Este proceso se llama fragmentación.
Paquete IPV4: Empaquetando la PDU de la Capa de Transporte
IPV4 encapsula el segmento o datagrama de la capa de transporte para que la red pueda entregarlo al host de destino. La encapsulación IPV4 permanece desde que el paquete sale de la capa de red del host origen hasta que llega a la capa de red del host destino.