Capa 3 Modelo OSI- Capa de Red

Capa de red modelo OSI from danielmiyagi

Capa de Red OSI
Hemos visto cómo los servicios y aplicaciones de red en un dispositivo final pueden comunicarse con aplicaciones y servicios que se ejecutan en otro dispositivo final. A continuación, según se muestra en la figura, consideraremos cómo se transportan estos datos a través de la red: desde el dispositivo final de origen (o host) hasta el host de destino, de manera eficiente.
Los protocolos de la capa de Red del modelo OSI especifican el direccionamiento y los procesos que permiten que los datos de la capa de Transporte sean empaquetados y transportados. La encapsulación de la capa de Red permite que su contenido pase al destino dentro de una red o sobre otra red con una carga mínima.	Capa de Red: comunicación de host a host: La Capa de red o Capa 3 de OSI provee servicios para intercambiar secciones de datos individuales a través de la red entre dispositivos finales identificados. Para realizar este transporte de extremo a extremo la Capa 3 utiliza cuatro procesos básicos: • Direccionamiento. • Encapsulamiento. • Enrutamiento. • Desencapsulamiento.
Direccionamiento: Primero, la Capa de red debe proveer un mecanismo para direccionar estos dispositivos finales. Si las secciones individuales de datos deben dirigirse a un dispositivo final, este dispositivo debe tener una dirección única. En una red IPv4, cuando se agrega esta dirección a un dispositivo, al dispositivo se lo denomina host.	Encapsulación: Segundo, la capa de Red debe proveer encapsulación. Los dispositivos no deben ser identificados sólo con una dirección; las secciones individuales, las PDU de la capa de Red, deben, además, contener estas direcciones. Durante el proceso de encapsulación, la Capa 3 recibe la PDU de la Capa 4 y agrega un encabezado o etiqueta de Capa 3 para crear la PDU de la Capa 3. Cuando nos referimos a la capa de Red, denominamos paquete a esta PDU.
Enrutamiento: Luego, la capa de red debe proveer los servicios para dirigir estos paquetes a su host destino. Los host de origen y destino no siempre están conectados a la misma red. En realidad, el paquete podría recorrer muchas redes diferentes. A lo largo de la ruta, cada paquete debe ser guiado a través de la red para que llegue a su destino final	Desencapsulamiento: Finalmente, el paquete llega al host destino y es procesado en la Capa 3. El host examina la dirección de destino para verificar que el paquete fue direccionado a ese dispositivo. Si la dirección es correcta, el paquete es desencapsulado por la capa de Red y la PDU de la Capa 4 contenida en el paquete pasa hasta el servicio adecuado en la capa de Transporte.
A diferencia de la capa de Transporte (Capa 4 de OSI), que administra el transporte de datos entre los procesos que se ejecutan en cada host final, los protocolos especifican la estructura y el procesamiento del paquete utilizados para llevar los datos desde un host hasta otro host.
Protocolos de capa de Red: Los protocolos implementados en la capa de Red que llevan datos del usuario son: • Versión 4 del Protocolo de Internet (IPv4). • Versión 6 del Protocolo de Internet (IPv6). • Intercambio Novell de paquetes de internetwork (IPX). • AppleTalk. • Servicio de red sin conexión (CLNS/DECNet). El Protocolo de Internet (IPv4 y IPv6) es el protocolo de transporte de datos de la capa 3 más ampliamente utilizado.	Rol del IPv4:
La versión 6 de IP (IPv6) está desarrollada y se implementa en algunas áreas. IPv6 operará junto con el IPv4 y puede reemplazarlo en el futuro. Los servicios provistos por IP, así como también la estructura y el contenido del encabezado de los paquetes están especificados tanto por el protocolo IPv4 como por el IPv6. Estos servicios y estructura de paquetes se usan para encapsular datagramas UDP o segmentos TCP para su recorrido a través de una internetwork.	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.
El protocolo IP no sobrecarga el servicio IP suministrando confiabilidad. Comparado con un protocolo confiable, el encabezado del IP es más pequeño. Transportar estos encabezados más pequeños genera una menor sobrecarga. La función de la Capa 3 es transportar los paquetes entre los hosts tratando de colocar la menor carga posible en la red. Independiente de los medios: La capa de Red tampoco está cargada con las características de los medios mediante los cuales se transportarán los paquetes. IPv4 y IPv6 operan independientemente de los medios que llevan los datos a capas inferiores del stack del protocolo.	La Capa 3 no se ocupa de ni advierte el tipo de comunicación contenida dentro de un paquete. Esta responsabilidad es la función de las capas superiores a medida que se requieren. Las capas superiores pueden decidir si la comunicación entre servicios necesita confiabilidad y si esta comunicación puede tolerar la sobrecarga que la confiabilidad requiere. Al IP a menudo se lo considera un protocolo no confiable. No confiable en este contexto no significa que el IP funciona adecuadamente algunas veces y no funciona bien en otras oportunidades. Parte de la comunicación de control entre la capa de Enlace de datos y la capa de Red es establecer un tamaño máximo para el paquete. La capa de Enlace de datos pasa la MTU hacia arriba hasta la capa de Red. La capa de Red entonces determina de qué tamaño crear sus paquetes.
Encabezado del paquete IPv4: Un protocolo IPv4 define muchos campos diferentes en el encabezado del paquete. Estos campos contienen valores binarios que los servicios IPv4 toman como referencia a medida que envían paquetes a través de la red.	Dirección IP destino: El campo de 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 El campo de 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 (es decir, en cada salto). Cuando el valor se vuelve cero, el router descarta o 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. El campo de protocolo permite a la Capa de red pasar los datos al protocolo apropiado de la capa superior.
Paquete IP típico
Separación de hosts en grupos comunes: Una de las principales funciones de la capa de Red es proveer un mecanismo para direccionar hosts. A medida que crece el número de hosts de la red, se requiere más planificación para administrar y direccionar la red.	División de redes: En lugar de tener todos los hosts conectados en cualquier parte a una vasta red global, es más práctico y manejable agrupar los hosts en redes específicas. Históricamente, las redes basadas en IP tienen su raíz como una red grande.
Red y subred son términos utilizados indistintamente para referirse a cualquier sistema de red hecho posible por los protocolos de comunicación comunes compartidos del modelo TCP/IP. De manera similar, a medida que nuestras redes crecen, pueden volverse demasiado grandes para manejarlas como una única red. En ese punto, necesitamos dividir nuestra red. Cuando planeamos la división de la red, necesitamos agrupar aquellos hosts con factores comunes en la misma red. Agrupación de hosts de manera geográfica: Podemos agrupar hosts de redes geográficamente. El agrupamiento de hosts en la misma ubicación, como cada construcción en un campo o cada piso de un edificio de niveles múltiples, en redes separadas puede mejorar la administración y operación de la red.	Las redes pueden agruparse en: ubicación geográfica, propósito y propiedad. Agrupación de hosts para propósitos específicos: Los usuarios que tienen tareas similares usan generalmente software común, herramientas comunes y tienen patrones de tráfico común. A menudo podemos reducir el tráfico requerido por el uso de software y herramientas específicos, ubicando estos recursos de soporte en la red con los usuarios.
Los profesionales en redes necesitan equilibrar el número de hosts en una red con la cantidad de tráfico generado por los usuarios. Por ejemplo, considere una empresa que emplea diseñadores gráficos que utilizan la red para compartir archivos multimedia muy grandes.	Estos archivos consumen la mayoría del ancho de banda disponible durante gran parte del día laboral. La empresa también emplea vendedores que se conectan una vez al día para registrar sus transacciones de ventas, lo que genera un tráfico mínimo de red.
Agrupación de hosts para propiedad: Utilizar una base organizacional (compañía, departamento) para crear redes ayuda a controlar el acceso a los dispositivos y datos como también a la administración de las redes. 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.	Los problemas comunes con las redes grandes son: • Degradación de rendimiento • Temas de seguridad • Administración de direcciones Pero este problema se resuelve dividiendo la red en redes interconectadas más pequeñas.
Mejoramiento del rendimiento: Grandes números de hosts conectados a una sola red pueden producir volúmenes de tráfico de datos que pueden extender, si no saturan, los recursos de red como la capacidad de ancho de banda y enrutamiento.	Los factores que contribuyen de manera significativa con esta sobrecarga pueden ser los broadcasts de redes. Un broadcast es un mensaje desde un host hacia todos los otros hosts en la red. Comúnmente, un host inicia un broadcast cuando se requiere información sobre otro host desconocido.
Los broadcasts son una herramienta necesaria y útil utilizada por protocolos para permitir la comunicación de datos en redes. Sin embargo, grandes cantidades de hosts generan grandes cantidades de broadcasts que consumen el ancho de banda de la red.	¿Por qué separar hosts en redes? La red basada en IP, que luego se convirtió en Internet, antiguamente tenía un pequeño número de usuarios confiables en agencias gubernamentales de EE.UU. y las organizaciones de investigación por ellas patrocinadas. En esta pequeña comunidad, la seguridad no era un problema importante.
Dividir una red basada en el acceso a usuarios es un medio para asegurar las comunicaciones y los datos del acceso no autorizado, ya sea por usuarios dentro de la organización o fuera de ella.	La seguridad entre redes es implementada en un dispositivo intermediario (router o firewall) en el perímetro de la red. La función del firewall realizada por este dispositivo permite que datos conocidos y confiables accedan a la red.