Principios básicos de enrutamiento y subredes

El Protocolo de Internet (IP) es el principal protocolo de Internet. El direccionamiento IP permite que los
paquetes sean enrutados desde el origen al destino usando la mejor ruta disponible. La propagación de
paquetes, los cambios en el encapsulamiento y los protocolos que están orientados a conexión y los que no lo están también son fundamentales para asegurar que los datos se transmitan correctamente a su destino. Este módulo brinda un panorama general de cada uno.

La diferencia entre los protocolos de enrutamiento y los enrutados es causa frecuente de confusión entre los
estudiantes de networking. Las dos palabras suenan iguales pero son bastante diferentes. Este módulo también introduce los protocolos de enrutamiento que permiten que los Routers construyan tablas a partir
de las cuales se determina la mejor ruta a un Host en la Internet.

No existen dos organizaciones idénticas en el mundo. En realidad, no todas las organizaciones pueden adaptarse al sistema de tres clases de direcciones A, B y C. Sin embargo, hay flexibilidad en el sistema de
direccionamiento de clases. Esto se denomina división en subredes. La división en subredes permite que los administradores de red determinen el tamaño de las partes de la red con las que ellos trabajan. Después de determinar cómo segmentar su red, ellos pueden utilizar la máscara de subred para establecer en qué parte de la red se encuentra cada dispositivo.

Protocolos enrutables y enrutados

Un protocolo es un conjunto de reglas que determina cómo se comunican los computadores entre sí a través de las redes. Los computadores se comunican intercambiando mensajes de datos. Para aceptar y actuar sobre estos mensajes, los computadores deben contar con definiciones de cómo interpretar el mensaje. Los ejemplos de mensajes incluyen aquellos que establecen una conexión a una máquina remota, mensajes de correo electrónico y archivos que se transmiten en la red.

Un protocolo describe lo siguiente:
– El formato al cual el mensaje se debe conformar
– La manera en que los computadores intercambian un mensaje dentro del contexto de una actividad en particular

Un protocolo enrutado permite que un Router envíe datos entre nodos de diferentes redes. Para que un protocolo sea enrutable, debe admitir la capacidad de asignar a cada dispositivo individual un número de red y uno de Host. Algunos protocolos como los IPX, requieren sólo de un número de red porque estos protocolos utilizan la dirección MAC del Host como número de Host. Otros protocolos, como el IP, requieren una dirección completa que especifique la porción de red y la porción de Host. Estos protocolos también necesitan una máscara de red para diferenciar estos dos números. La dirección de red se obtiene al realizar la operación «AND» con la dirección y la máscara de red.

La razón por la que se utiliza una máscara de red es para permitir que grupos de direcciones IP secuenciales sean considerados como una sola unidad. Si no se pudiera agrupar, cada Host tendría que mapearse de forma individual para realizar el enrutamiento. Esto sería imposible, ya que de acuerdo al Consorcio de Software de Internet (ISC) existen aproximadamente 233.101.500 hosts en Internet.

IP como protocolo enrutado

El Protocolo Internet (IP) es la implementación más popular de un esquema de direccionamiento de red jerárquico. IP es un protocolo de entrega no orientado a la conexión, poco confiable y de máximo esfuerzo. El término no orientado a la conexión significa que no se establece ningún circuito de conexión dedicado antes de la transmisión, como sí lo hay cuando se establece una comunicación telefónica. IP determina la ruta más eficiente para los datos basándose en el protocolo de enrutamiento. Los términos poco confiables y de máximo esfuerzo no implican que el sistema no sea confiable y que no funcione bien; más bien significan que IP no verifica que los datos lleguen a su destino. La verificación de la entrega no siempre se lleva a cabo.

A medida que la información fluye hacia abajo por las capas del modelo OSI, los datos se procesan en cada
capa. En la capa de red, los datos se encapsulan en paquetes, también denominados datagramas. IP determina los contenidos de cada encabezado de paquete IP, lo cual incluye el direccionamiento y otra
información de control, pero no se preocupa por la información en sí. IP acepta todos los datos que recibe de las capas superiores.

Propagación y conmutación de los paquetes dentro del Router

A medida que un paquete pasa por la internetwork a su destino final, los encabezados y la información final de la trama de Capa 2 se eliminan y se remplazan en cada dispositivo de Capa 3. Esto sucede porque las
unidades de datos de Capa 2, es decir, las tramas, son para direccionamiento local. Las unidades de datos de Capa 3 (los paquetes) son para direccionamiento de extremo a extremo.

Las tramas de Ethernet de Capa 2 están diseñadas para operar dentro de un dominio de broadcast utilizando la dirección MAC que está grabada en del dispositivo físico. Otros tipos de tramas de Capa 2 incluyen los enlaces seriales del protocolo punto a punto (PPP) y las conexiones de Frame Relay, que utilizan esquemas de direccionamiento de Capa 2 diferentes. No obstante el tipo de direccionamiento de Capa 2 utilizado, las tramas están diseñadas para operar dentro del dominio de broadcast de Capa 2, y cuando los datos atraviesan un dispositivo de Capa 3, la información de Capa 2 cambia.

En el momento en que se recibe una trama en la interfaz del Router, se extrae la dirección MAC destino. Se
revisa la dirección para ver si la trama se dirige directamente a la interfaz del Router, o si es un broadcast. En cualquiera de los dos casos se acepta la trama. De lo contrario, se descarta la trama ya que está destinada a otro dispositivo en el dominio de colisión. Se extrae la información de verificación por redundancia cíclica (CRC) de la información final de la trama aceptada, y la CRC se calcula para verificar que los datos de la trama no tengan errores. La trama se descarta si está dañada. Si la verificación es válida, el encabezado de la trama y la información final se descartan y el paquete pasa hacia arriba a la Capa 3. Allí se verifica el paquete para asegurar que esté realmente destinado al Router, o si tiene que ser enrutado a otro dispositivo en la internetwork. Si la dirección IP destino concuerda con uno de los puertos del Router, se elimina el encabezado de Capa 3 y los datos pasan a la Capa 4. Si es necesario enrutar el paquete, se comparará la dirección IP destino con la tabla de enrutamiento. Si se encuentra una concordancia o si hay una ruta por defecto, el paquete se enviará a la interfaz especificada en la sentencia de concordancia de la tabla de enrutamiento. Cuando el paquete se conmuta a la interfaz de salida, se agrega un nuevo valor de verificación CRC como información final de la trama, y se agrega el encabezado de trama apropiado al paquete. Entonces la trama se transmite al siguiente dominio de broadcast en su viaje hacia el destino final.