Capa de Red

Nivel ISO 3

Despues de la capa 2 o enlace de datos en el sistema OSI, nos encontramos con la capa 3 o de red. Digamos que está capa es la comunicación con la máquina destino a la que queremos llegar.

Las IPs

La capa de red divide lo que le llega de la capa 4 en paquetes y los manda a una IP, una IP es un identificador único para una máquina, es como su teléfono. Y cuando digo único es en una subred determinada, pero demomento nos olvidamos de eso.

Imagina tu PC al entrar en el servidor de Drouiz, para ver esta entrada. Lo primero que sucede es, que pregunta a un servidor DNS a que IP corresponde drouiz.com, una vez tiene la IP, le dice a la puerta de entrada (el router) que quiere llegar a esta IP y el router entra en la red de la compañía aquí hay un entramado de routeres y switches que van enrutando cada paquete hasta el destino.

Aquí hay varias cosas, la primera entre dos máquinas colindantes hay una comunicación de nivel 2 (entre MACs) pero no siempre tiene que ser nivel 3 (entre IPs), para llegar de una IP a otra generalmente pasa por varias máquinas si no fuese así sería dentro de la misma subred.

Subredes

Vale, imagina la red de tu casa, tu router y tu wifi (es la misma subred). Ahora imagina que tienes un ordenador con una web que muestra fotos, tu red tiene las siguientes IPs para los siguientes dispositivos:

  • 192.168.1.1 para el router
  • 192.168.1.2 para el servidor con las fotos conectado por cable.
  • 192.168.1.50 para una tablet conectada por WiFi.

Desde la tablet abres el navegador y pones la IP del servidor de fotos, aquí sucede lo siguiente, la tablet habla con el router (vamos a suponer que no enruta y manda todos por todos los sitios), esté no sabe donde está en principio la IP del server, pero pregunta por todos los interfaces de cable ethernet y a la WiFi y contesta uno de los cables, igualmente esto es a nivel 2 de MAC. Cuando el server se da por aludido devuelve la web a la IP de la tablet.

Si miras la configuración de tu dispositivo (ifconfig en Linux o ipconfig en Windows), verás la siguiente configuración, tu IP, IP del Gateway que es la del router y la máscara de red que será 255.255.255.0 en una casa normal. Esto indica que cualquier IP 192.168.1.x la buscará sin salir del cable de fibra óptica hacia fuera, es decir, no sale a internet.

Por último si el router hace de router y no solo de swtich, buscará en donde está la IP del server y solo enviará los datos por ese cable, esto aumenta la velocidad de la red al evitar colisiones.

Servicio a la Capa 2

En el apartado anterior he hecho una mezcla entre subredes y niveles OSI, espero que haya quedado claro aunque este tema es más complejo de lo que parece.

Un switch por ejemplo solo actua a nivel 2, si una máquina quiere conectar con otra y las separa un switch, la maquina 1 dice que llega a una IP, hablar por nivel 2 con el switch esta con el tres a nivel 2 y luego la comunicación «virtual» es a nivel 3. Esto se puede complicar con mas switches, pasa mucho nivel dos por muchas máquinas pero la comunicación que realmente se quiere es solo entre 2 máquinas.

Enrutamiento

De todo el tema de OSI este es el más complejo, porque si sumamos justo el apartado anterior de como se comunican las máquinas a nivel de MAC, ahora vamos a subir en complejidad.

Redes Complejas

Imagina que trabajas en un edificio de una corporación, que dispone de distintos inmuebles en una ciudad. Cada edificio tiene una red 10.1.x.x con una mascara 255.255.0.0, quiere decir, todos los dispositivos tienen esa IP y tenemos hasta 65025 dispositivos que podemos conectar. El router tiene dos IPs 10.1.1.1 y otra de la forma 10.2.x.x además algunos servidores tambien pertenecen a esa red, y tenemos un router que comunica con el exterior con la ip 10.2.0.1.

Una máquina con IP 10.1.0.5 se comunica con 10.1.0.6, en la misma subred sin salir del router hacia fuera. Esta misma máquina consulta en la base de datos que esta en 10.2.5.3 algo, llega al router 10.1.1.1 y este sabe que la subred tiene esa IP a la que quiere llegar. Por ultimo esta máquina quiere salir a Google, igualmente llega al router y este se comunica con el router de internet 10.2.0.1 y este ya envia la señal por la fibra óptica.

Protocolos de Enrutamiento

Sin entrar en detalle existen diversos protocolos, básicamente buscan a que distancia esta una IP de ellos y tratan de buscar el camino más corto, imagina que estas en Vigo y quieres ir a Murcia, preguntas a alguien en Bilbao a cuantos Km está y a alguien en Madrid y a otra persona en Badajoz, de Vigo están mas o menos similares el camino más corto es el que escoges.

Puede parecer absurdo ir a Murcia desde Vigo por Bilbao ¿pero si Madrid esta colapsado? ¿o caído? esto son las llamadas tablas de rutas se van actualizando son dinámicas, los diferentes protocolos tratan distintas formas de llegar, un protocolo dice la distancia en Línea recta, otro la distancia que da Google Maps (más realista) … además son configurables.

Ejemplos de estos protocolos son: RIP, IGPR, IS-IS, BGP…

Enrutando por muchas rutas en internet

Ahora la traca final, imagina que de esa corporación, sales a Google, has pasado por dos redes, tu red, la de la ciudad y ahora sales a Internet, lo primero que encuentras en una red de acceso a compañía esta red es la de las centralitas de una zona.

Después se comunican con el core con el núcleo de la compañía una red enorme con muchas subredes, imagina que hay dos redes para nosotros la general, una red con una forma 10.5.x.x por donde pasan todos los pequeños usuarios y la nuestra de nuestra corporación 10.6.x.x. Pasan por los mismos routers pero enrutan distintos, nuestra corporación quiere tener conectado todo su trafico por seguridad de sus distintas sedes.

Espero que lo vayas pillando todo bien, o si no, que al menos entiendas la complejidad de las redes, porque ahora llegan más curvas aun.

El core se comporta parecido al ejemplo de la ciudad, de un router va a otro router preguntando como llegar a la IP que le sacará a la página de Google. Nuestra compañía tiene un dato, debe ir a los Estates Unidos de America y para ello, tienen una frontera.

De los protocolos de enrutamiento hay uno llamado BGP este protocolo se suele usar para las fronteras y realmente funciona como policia en muchos caso, por ejemplo, no queremos que nuestro tráfico pase por México (son espías, lo siento meixcano pero estáis en medio, me gusta mucho este país pero así son las cosas). El BGP de Portugal dice que hay una ruta que no pasa por Mexico y por ahí irá.

Todo esto es ficticio, fundamentalmente porque desde España hay cables submarinos a USA.

Entra en Portugal por sus distintas redes, sale hacia USA por cable submarino, entra en la compañía pasa por su core llega al datacenter de Google, procesa la petición y hace un camino de vuelta… que puede ir hasta por otro lado, incluso los distintos paquetes pueden ir por distinto camino y unos llegar antes que otros y por ello existe una capa 4.

Paquetes

Esto es lo más fácil, prometido. La capa 4 le manda a la capa 3 lo que debe enviar y esté la va partiendo en paquetitos con la siguiente forma:

Realmente lo que queremos mandar son los datos y es un troceado de lo que le llega de la capa anterior la capa de transporte. Lo demás es la cabecera y se compone de las siguientes partes:

  • versión: Actualmente estamos en IP4 y con intención de migrar a IP6 (las cabeceras cambian).
  • longitud: del encabezado.
  • Tipo del Servicio: calidad de datos y congestión de la ruta.
  • Longitud total: Longitud de la cabecera y datos.
  • Identificación: Identifica todos los paquetes, deben tener la misma identificación.
  • Flags: Indica si se puede fragmentar o no.
  • Offset: Desplazamiento del fragmento respecto al original.
  • TTL: Trata de evitar bucles en la ruta, como curiosidad este elemento se usa para el tracerouter.
  • Protocolo: El protocolo superior UDP, TCP.
  • Comprobación: Suma de comprobación de toda la cabecera, para evitar errores.
  • IP de origen e IP de destino: de quien a quien se hablan.

Posterior este mensaje se trocea y se manda en tramas en la capa 2.

Resumen

Bueno como ves la complejidad de una red IP es enorme, realmente una vez que lo entiendes es fácil, pero son muchos conceptos y muy dinámico. El nivel 2 y 3 se solapan, existe un concepto más la tunelización, algo como una red privada virtual que escribiré un post sobre ello, pero en resumen podemos virtualizar una red, y asignar una IP, seguro que si teletrabajas tu portatil tiene una VPN para conectarse a los servicios de tu empresa. Pues los routers también lo hacen, entonces un router virtualiza con otro y parece que solo da un salto, pero por debajo hay pasado por cuatro, por ejemplo.

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Introducción a la capa de red, enrutado y comunicación entre máquinas.
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