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La Capa Red

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5. CAPA DE RED

 

Controla la comunicación entre un equipo y otro. Conforma los paquetes IP que serán enviados por la capa inferior. Desencapsula los paquetes recibidos pasando a la capa superior la información dirigida a una aplicación.

5.1. IP (Internet Protocol) Versión 4

El Protocolo IP proporciona un sistema de distribucion que es poco fiable incluso en un base solida. El protocolo IP especifica que la unidad basica de transferencia de datos en el TCP/IP es el datagrama.

 

Los datagramas pueden ser retrasados, perdidos, duplicados, enviados en una secuencia incorrecta o fragmentados intencionadamente para permitir que un nodo con un buffer limitado pueda coger todo el datagrama. Es la responsabilidad del protocolo IP reensamblar los fragmentos del datagrama en el orden correcto. En algunas situaciones de error los datagramas son descartados sin mostrar ningun mensaje mientras que en otras situaciones los mensajes de error son recibidos por la maquina origen (esto lo hace el protocolo ICMP).

 

El protocolo IP tambien define cual sera la ruta inicial por la que seran mandados los datos.

 

Cuando los datagramas viajan de unos equipos a otros, es posible que atraviesen diferentes tipos de redes. El tamaño maximo de estos paquetes de datos puede variar de una red a otra, dependiendo del medio fisico que se emplee para su transmision. A este tamaño maximo se le denomina MTU (Maximum Transmission Unit), y ninguna red puede transmitir un paquete de tamaño mayor a esta MTU. El datagrama consiste en una cabecera y datos. (Ver Figura 12)

Longitud de la Cabecera

Este campo ocupa 4 bits, y representa el numero de octetos de la cabecera dividido por cuatro, lo que hace que este sea el numero de grupos de 4 octetos en la cabecera.

Versión

El campo versión ocupa 4 bits. Este campo hace que diferentes versiones del protocolo IP puedan operar en la Internet. En este caso se trata de la versión 4.

Tipo de servicio

Este campo ocupa un octeto de la cabecera IP, y especifica la precedencia y la prioridad del datagrama IP. Los tres primeros bits del octeto indican la precedencia. Los valores de la precedencia pueden ser de 0 a 7. Cero es la precedencia normal, y 7 esta reservado para control de red. Muchos Gateways ignoran este campo.

Los otros 4 bits definen el campo prioridad, que tiene un rango de 0 a 15. Las cuatro prioridades que estan asignadas son: 0, (por defecto, servicio normal), 1 (minimizar el coste monetario), 2 (maxima fiabilidad), 4 (Maximizaar la transferencia), 8 (El bit +4 igual a 1, define minimizar el retraso). Estos valores son utilizados por los routers para direccionar las solicitudes de los usuarios.

Longitud Total

Este campo se utiliza para identificar el numero de octetos en el datagrama total.

Identificacion

El valor del campo identificacion es un numero secuencial asignado por el Host origen. El campo ocupa dos octetos. Los numeros oscilan entre 0 y 65.535, que cuando se combinan con la direccion del Host forman un numero unico en la Internet. El numero se usa para ayudar en el reensamblaje de los fragmentos de datagramas.

Fragmentos Offset

Cuando el tamaño de un datagrama excede el MTU, este se segmenta.

El fragmento Offset representa el desplazamiento de este segmento desde en inicio del datagrama entero.

Flags

El campo flag ocupa 3 bits y contiene dos flags. El bit +5 del campo flags se utiliza para indicar el ultimo datagrama fragmentado cuando toma valor cero. El bit +7 lo utiliza el servidor origen para evitar la fragmentacion. Cuando este bit toma valor diferente de cero y la longitud de un datagrama excede el MTU, el datagrama es descartado y un mensaje de error es enviado al Host de origen por medio del protocolo ICMP.

Tiempo de Vida

El campo tiempo de vida ocupa un octeto. Representa el numero maximo de segundos que un datagrama puede existir en Internet, antes de ser descartado.Un Datagrama puede existir un maximo de 255 segundos. El numero recomendado para IP es 64.

El originador del datagrama manda un mensaje ICMP cuando el datagrama es descartado.

Protocolo

El campo protocolo se utiliza para identificar la capa de mayor nivel mas cercana usando el IP. Este es un campo de 0 bits, que normalmente identifica tanto la capa TCP (valor 6), como la capa UDP (valor 17) en el nivel de ransporte, pero puede identificar hasta 255 protocolos de la capa de transporte.

Checksum

El checksum proporciona la seguridad de que el datagrama no ha sido dañado ni modificado. Este campo tiene una longitud de 16 bits.

El checksum incluye todos los campos de todos los campos de la cabecera IP, incluido el mismo, cuyo valor es cero a efectos de calculo.

Un Gateways o nodo que efectue alguna modificacion en los campos de la cabecera (por ejemplo en el tiempo de vida), debe recalcular el valor del checksum antes de enviar el datagrama.

Los usuarios del IP deben proporcionar su propia integridad en los datos, ya que el checksum es solo para la cabecera.

Direccion de Origen

Este campo contiene un identificador de red (Netid) y un identificador de Host (Hostid). El campo tiene una longitud de 32 bits. La direccion puede ser de clase A, B, C. (ver Direcciones IP).

Direccion de Destino

Este campo contiene el Netid y el Hostid del destino. El campo tiene una longitud de 32 bits. La direccion puede ser de clase A, B, C o D (ver Direcciones IP).

Opciones

La existencia de este campo viene determinada por la longitud de la cabecera. Si esta es mayor de cinco, por lo menos existe una opcion.

Aunque un Host no esta obligado a poner opcciones, puede aceptar y procesar opciones recibidas en un datagrama. El campo Opciones es de longitud variable. Cada octeto esta formado por los campos Copia, Clase de Opcion y Numero de Opcion.

El campo Copia sirve para que cuando un datagrama va a ser fragmentado y viaja a traves de nodos o Gateways. Cuando tiene valor 1, las opciones son las mismas para todos los fragmentos, pero si toma valor 0, las opciones son eliminadas.
Clase de Opcion es un campo que cuando tiene valor 0, indica datagrama o control de red; Cuando tiene valor 2, indica depuracion o medida. Los valores 1 y 3 estan reservados para un uso futuro.
El Numero de Opcion indica una accion especifica.

 

Tabla 11.
Caracteristicas de la Opcion IP

Clase de Opcion

Numero de Opcion

Octetos

Descripcion

0

0

1

Fin de alineamiento

0

1

1

Para alinear dentro de una lista de opciones

0

2

11

Seguridad (aplicaciones militares)

0

3

var

Ruteo del Origen

0

7

var

Grabar/trazar ruta

0

9

var

Ruteo estricto del Origen

2

4

var

Fecha y hora de Internet

 

 

 

 

 

Padding

Cuando esta presente el campo Pad, consiste en 1 a 3 octetos puestos a cero, si es necesario, para hacer que el numero total de octetos en la cabecera sea divisible por cuatro.

 

Datos

El campo datos consiste en una cadena de octetos. Cada octeto tiene un valor entre 0 y 255. El tamaño de la cadena puede tener un minimo y un maximo, dependiendo del medio fisico. El tamaño maximo esta definido por la longitud total del datagrama. El tamaño del campo Datos en octetos es igual a:

 

(Longitud Total del Datagrama) - (Longitud de la cabecera)

Figura 12.
Formato del Datagrama IP

 

msb

 

lsb

 

 

7

6

5

4

3

2

1

0

 

I

P


H
e
a
d
e
r

Version

Header Length

+0

Type of Service

+1

Total Length

+2

+3

Identification

+4

+5

Flags

Fragment Offset

+6

 

+7

Time to Live

+8

Protocol

+9

Header Checksum

+10

+11

Source Address of Originating Host

+12

+13

+14

+15

Destination Address of Target Host

+16

+17

+18

+19

Options

+20

+21

+22

Padding

+23

 

IP Data

+0

+1

MSB

+n

                   

 

5.2. Direcciones IP

 

Las direcciones IP hacen que el envio de datos entre ordenadores se haga de forma eficaz, de un modo similar al que se utilizan los numeros de telefono.

 

Las direcciones IP tienen 32 bits, formados por cuatro campos de 8 bits separados por puntos. Cada campo puede tener un valor comprendido entre 0 y 255.

 

Esta compuesta por una direccion de red, seguida de una direccion de subred y de una direccion de host.

Existen cinco clases de subredes, tal y como muestra la Figura 13.

Figura 13.
Clases de Direcciones IP

La clase A contiene 7 bits para direcciones de red, con lo que permite tener hasta 128 redes, con 16.777.216 ordenadores cada una. Las direcciones estaran comprendidas entre 0.0.0.0. y 127.255.255.255., y la mascara de subred sera 255.0.0.0.
La clase B contiene 14 bits para direcciones de red y 16 bits para direcciones de hosts. El numero maximo de redes es 16.536 redes, con 65.536 ordenadores por red. Las direcciones estaran comprendidas entre 128.0.0.0. y 191.255.255.255., y la mascara de subred sera 255.255.0.0.
La clase C contiene 21 bits para direcciones de red y 8 para hosts, lo que permite tener un total de 2.097.142 redes, cada una de ellas con 256 ordenadores. Las direcciones estaran comprendidas entre 192.0.0.0. y 223.255.255.255., y la mascara de subred sera 255.255.255.0.
La clase D se reserva todas las direcciones para multidestino (multicast), es decir, un ordenador transmite un mensaje a un grupo especifico de ordenadores de esta clase. Las direcciones estaran comprendidas entre 224.0.0.0. y 239.255.255.255.
La clase E se utiliza exclusivamente para fines experimentales. Las direcciones estan comprendidas entre 240.0.0.0. y 247.255.255.255.

 

5.3. IP (Internet Protocol) Versión 6

Esta es una nueva versión del protocolo IP, llamada IPv6, aunque también es conocida como IPng (Internet Protocol Next Generation). Es la versión 6, debido a que la numero 5 no paso de la fase experimental. La compatibilidad con la versión 4 es prácticamente total, ya que se han incluido características de compatibilidad. Algunas de las modificaciones, estan encaminadas a mejorar la seguridad en la red, que apenas existia en la versión 4.

Formato de la cabecera. (Ver Figura 14)

Esta cabecera ocupa el doble que la anterior, pero se ha simplificado omitiendo algunos campos y haciendo que otros sean opcionales. De esta manera, los routers no tienen que procesar tanta imformación. Los campos son los siguientes:

Versión: Este campo ocupa 4 bits, y contiene el numero de versión del IP, en este caso 6.
Prioridad: Ocupa 4 bits, y indica la importancia del paquete que se esta enviando.
Etiqueta de Flujo: Ocupa 24 bits. Indica que el paquete requiere un tratamiento especial por parte de los routers que lo soporten.
Longitud: Ocupa 16 bits. Indica la longitud en bytes de los datos del mensaje
Siguiente Cabecera: Ocupa 8 bits e indica a que protocolo corresponde la cabecera que esta a continuación de la actual.
Tiempo de vida: Ocupa 8 bits y tiene la misma funcion que el la versión 4.
Dirección de origen: Ocupa 128 bits (16 octetos), y es el numero de dirección del origen.
Dirección de Destino: Ocupa 128 bits (16 octetos). Es el numero de dirección del destino.

 

Figura 14.
Formato de la Cabecera del IPv6

Octet +0

Octet +1

Octet +2

Octet +3

7

6

5

4

3

2

1

0

7

6

5

4

3

2

1

0

7

6

5

4

3

2

1

0

7

6

5

4

3

2

1

0

Versión

Prioridad

Etiqueta de flujo

Longitud

Siguiente cabecera

Tiempo de vida

Dirección de Origen (128 bits)

Dirección de Destino (128 bits)

                                                               




5.4. Direcciones IP Versión 6

El cambio mas significativo en las direcciones ha sido, que ahora, se refieren a un interfaz y no a un nodo, aunque como cada interfaz pertenece a un nodo, es posible referirse a estos mediante su interfaz.

El numero de direcciones diferentes se ha multiplicado de una manera exagerada. Teoricamente, es posible tener 2128 direcciones diferentes. Este numero quiere decir que se podrían llegar a tener mas de 665.000 trillones de direcciones por metro cuadrado, aunque si siguieran una jerarquia, este numero decrede hasta 1564 direcciones por metro cuadrado en el peor caso o tres trillones siendo optimistas.

En el IPv6 existen tres tipos basicos de direcciones:

Direcciones unicast: Estan dirigidas a un unico interfaz en la red. Actualmente se dividen en varios grupos, y existe un grupo especial que facilita la compatibilidad con las direcciones de la versión 4.
Direcciones anycast: Identifican a un conjunto de interfaces de red. El paquete se enviara a cualquier interfaz que forme parte del conjunto. En realidad son direcciones unicast que se encuentran asignadas a varios interfaces.
Direcciones multicast: Identifican a un conjunto de interfaces de la red, de manera que cada paquete es enviado a cada uno de ellos individualmente.


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Última modificación: 23 de June de 2000