PDF de programación - Capítulo 10: Capa 3 - Enrutamiento y direccionamiento

Capítulo 10: Capa 3 - Enrutamiento y direccionamiento
Descripción general del capítulo
10.1

Importancia de una capa de red
10.1.1
10.1.2
10.1.3
10.1.4


Identificadores
Segmentación y sistemas autónomos
Comunicación entre redes separadas
Dispositivos de red de capa 3

10.2 Determinación de ruta

Determinación de ruta
Direccionamiento de capa de red
Capa 3 y movilidad del computador
Comparación entre direccionamiento plano y jerárquico

10.3 Dirección IP dentro del encabezado IP

Datagramas de capa de red
Campos de capa de red
Campos origen y destino del encabezado IP
Dirección IP como un número binario de 32 bits
Campos del componente de dirección IP

10.4 Clases de dirección IP

Clases de dirección IP
Dirección IP como número decimal




10.2.1
10.2.2
10.2.3
10.2.4


10.3.1
10.3.2
10.3.3
10.3.4
10.3.5


10.4.1
10.4.2




10.5.1
10.5.2
10.5.3
10.5.4
10.5.5


10.5 Espacio de dirección reservado

Propósitos de los identificadores de red y de las direcciones de broadcast
Identificación de red
Analogía de identificación de red
Analogía de dirección de broadcast
Hosts para clases de direcciones IP

10.6 Principios básicos de la división en subredes

Direccionamiento IP clásico
Subred
Propósito de las subredes

10.6.1
10.6.2
10.6.3
10.6.4 Máscara de subred
10.6.5
10.6.6


Operación booleana: AND, OR y NOT
Ejecución de la función AND

10.7 Creación de una subred

10.7.1
10.7.2
10.7.3
10.7.4
10.7.5
10.7.6
10.7.7
10.7.8


Intervalo de bits necesarios para la creación de subredes
Determinación del tamaño de la máscara de subred
Cálculo de la mascara de subred y la direción IP
Cálculo de hosts para la división en subredes
Operación booleana AND
Configuración de IP en un diagrama de red
Esquemas de host/subred
Direcciones privadas


























Descripción general
La capa de red se ocupa de la navegación de los datos a través de la red. La función de la
capa de red es encontrar la mejor ruta a través de la red. Los dispositivos utilizan el esquema
de direccionamiento de capa de red para determinar el destino de los datos a medida que se
desplazan a través de la red. En este capítulo, usted aprenderá acerca del uso y de las
operaciones del router para ejecutar la función clave de internetworking de capa de red del
modelo de referencia para interconexión de sistemas abiertos (OSI), la Capa 3.

áscaras de subred y de sus esquemas de direccionamiento IP.

Además, conocerá el direccionamiento IP y las tres clases de redes en los esquemas de
direccionamiento IP. También aprenderá que el American Registry for Internet Numbers (ARIN)
(Registro Americano de Números de Internet) ha reservado ciertas direcciones IP, que no se
pueden asignar a ninguna red. Por último, usted aprenderá acerca de las subredes y las
m

















10.1 Importancia de una capa de red
10.1.1 Identificadores



La capa de red es responsable por el desplazamiento de datos a través de un conjunto de
redes (internetwork). Los dispositivos utilizan el esquema de direccionamiento de capa de red
para determinar el destino de los datos a medida que se desplazan a través de las redes.

Los protocolos que no tienen capa de red sólo se pueden usar en redes internas pequeñas.
Estos protocolos normalmente sólo usan un nombre (por ej., dirección MAC) para identificar el
computador en una red. El problema con este sistema es que, a medida que la red aumenta de
tamaño, se torna cada vez más difícil organizar todos los nombres como, por ejemplo,
asegurarse de que dos computadores no utilicen el mismo nombre.

Las direcciones de capa de red utilizan un esquema de direccionamiento jerárquico que permite
la existencia de direcciones únicas más allá de los límites de una red, junto con un método para
encontrar una ruta por la cual la información viaje a través de las redes. Las direcciones MAC
usan un esquema de direccionamiento plano que hace que sea difícil ubicar los dispositivos en
otras redes.

Los esquemas de direccionamiento jerárquico permiten que la información viaje por una
internetwork, así como también un método para detectar el destino de modo eficiente. La red
telefónica es un ejemplo del uso del direccionamiento jerárquico. El sistema telefónico utiliza un
código de área que designa un área geográfica como primera parte de la llamada (salto). Los

tres dígitos siguientes representan la central local (segundo salto). Los últimos dígitos
representan el número telefónico destino individual (que, por supuesto, constituye el último
salto).

Los dispositivos de red necesitan un esquema de direccionamiento que les permita enviar
paquetes de datos a través de la internetwork (un conjunto de redes formado por múltiples
segmentos que usan el mismo tipo de direccionamiento). Hay varios protocolos de capa de red
con distintos esquemas de direccionamiento que permiten que los dispositivos envíen datos a
avés de una internetwork
tr



10.1
10.1.2 Segmentación y sistemas autónomos


Importancia de una capa de red


Hay dos razones principales por las que son necesarias las redes múltiples: el aumento de
tamaño de cada red y el aumento de la cantidad de redes.

Cuando una LAN, MAN o WAN crece, es posible que sea necesario o aconsejable para el
control de tráfico de la red, que ésta sea dividida en porciones más pequeñas denominadas
segmentos de red (o simplemente segmentos). Esto da como resultado que la red se
transforme en un grupo de redes, cada una de las cuales necesita una dirección individual.

En este momento existe un gran número de redes, las redes de computadores separadas son
comunes en las oficinas, escuelas, empresas, negocios y países. Es conveniente que estas
redes separadas (o sistemas autónomos, en caso de que los maneje una sola administración)

se comuniquen entre sí a través de Internet. Sin embargo, deben hacerlo mediante esquemas
de direccionamiento razonables y dispositivos de internetworking adecuados. De no ser así, el
flujo de tráfico de red se congestionaría seriamente y ni las redes locales ni Internet
funcionarían.

Una analogía que puede ayudarlo a entender la necesidad de la segmentación de las redes es
imaginar un sistema de autopistas y los vehículos que las utilizan. A medida que la población
en las áreas cercanas a las autopistas aumenta, las carreteras quedan sobrecargadas de
vehículos. Las redes operan en gran parte de la misma manera. A medida que las redes
aumentan de tamaño, aumenta también la cantidad de tráfico. Una solución podría ser
aumentar el ancho de banda, al igual que, en el caso de las autopistas, la solución puede ser
aumentar los límites de velocidad o la cantidad de carriles. Otra solución puede ser utilizar
dispositivos que segmenten la red y controlen el flujo de tráfico, así como una autopista puede
sar dispositivos tales como semáforos para controlar el tráfico.
u



10.1
10.1.3 Comunicación entre redes separadas


Importancia de una capa de red


Internet es un conjunto de segmentos de red unidos entre sí para que sea más fácil compartir
la información. Una vez más, una buena analogía es el ejemplo del sistema de autopistas y los
diversos y amplios carriles que se han construido para interconectar múltiples regiones
geográficas.

Las redes operan en su mayor parte de la misma manera, con empresas conocidas como
Proveedores de servicios de Internet (ISP), que ofrecen servicios que interconectan múltiples
egmentos de red.
s



10.1 Importancia de una capa de red
10.1.4 Dispositivos de red de capa 3






Los routers son dispositivos de internetworking que operan en la Capa 3 del modelo OSI (la capa
de red). Estos routers unen o interconectan segmentos de red o redes enteras. Hacen pasar
paquetes de datos entre redes tomando con base la información de capa 3.



Los routers toman decisiones lógicas con respecto a la mejor ruta para el envío de datos a través
de una internetwork y luego dirigen los paquetes hacia el segmento y el puerto de salida
adecuados. Los routers toman paquetes de dispositivos LAN (es decir, estaciones de trabajo), y,
basándose en la información de Capa 3, los envían a través de la red. De hecho, el enrutamiento
a
veces se denomina conmutación de Capa 3.







10.2 Determinación de ruta
10.2.1 Determinación de ruta






La función determinación de ruta se produce a nivel de Capa 3 (capa de red). Permite al router
evaluar las rutas disponibles hacia un destino y establecer el mejor manejo de un paquete.
Los servicios de enrutamiento utilizan la información de topología de red al evaluar las rutas de
red. La determinación de ruta es el proceso que utiliza el router para elegir el siguiente salto de
la ruta del paquete hacia su destino. Este proceso también se denomina enrutar el paquete.



La determinación de ruta para un paquete se puede comparar a una persona que maneja un
automóvil desde un extremo al otro de la ciudad. El conductor tiene un mapa que le muestra
las calles que debe recorrer para llegar a su destino. El camino desde una intersección a otra
representa un salto. De forma similar, un router usa un mapa que muestra las rutas disponibles
hacia un destino.

Los routers también pueden tomar decisiones basándose en la densidad del tráfico y la
velocidad del enlace (ancho de banda), así como el conductor puede elegir una ruta más veloz
una autopista) o puede utilizar calles laterales menos transitadas.
(





10.2 Determinación de ruta
10.2.2 Direccionamiento de capa de red






La dirección de red ayuda al router a identificar una ruta dentro de la nube de red. El router
utiliza la dirección de red para identificar la red destino de un paquete dentro de la internetwork.

Además de la dirección de red, los protocolos de red utilizan algún tipo de dirección de host o
nodo. Para algunos protocolos de capa de