el uso principal es permitir a los dispositivos localizarse entre si y establecer comunicacion end-to-end mediante internet. operaciones del network layer:

  • direccionamiento de end devices - con direcciones IP unicas
  • encapsulacion: esta capa encapsula el PDU de transport layer dentro de un paquete (esto lo realiza el source), este proceso anade informacion IP header:
    • direccion IP source.
    • direccion IP destination host.
  • ruteo: dirige los paquetes a un host de destino en una red diferente, el router selecciona la mejor ruta y dirige los paquetes hacia el host de destino (routing)
    • cada router que el paquete cruza es llamado “hop”.
  • desencapsulacion: cuando el paquete llega al network layer del host de destino, este chequea el IP header:
    • si el destination address del IP header del host coincide con la suya entonces lo remueve del paquete, si no coincide se descarta.
    • luego el PDU de capa 4 resultante es pasado al servicio correspondiente en la capa de transporte. Los protocolos de network layer especifican la estructura del paquete y operan sin importar los datos transmitidos en cada paquete, lo que permite multiples tipos de comunicaciones entre multiples hosts.

encapsulacion IP

encapsula el transport layer(la capa superior) al anadir un IP header para enviar el paquete al host de destino Pasted image 20260425172258.png la encapsulacion ocurre capa por capa, lo que hace posible que las distintas capas se desarrollen y escalen sin afectarse. el header IP es examinado por dispositivos de layer 3(i.e., routers and switches de layer 3). la informacion de direccionamiento IP no se modifica desde que el paquete sale del sources hasta el desino, a excepcion de cuando es traducido con NAT.

caracteristicas de IP

  • bajo overhead
  • provee solo funcionalidad necesaria para enviar paquetes desde origen a destino
  • no trackea ni maneja el flow de paquetes (esas funciones se delegan aa TCP generalmente en capa 4) caracteristicas:
  • conectionless importante: no hay conexion con el destino establecida hasta enviar paquetes de datos.
  • mejor esfuerzo: IP es inherentemente poco confiable porque el envio de un paquete no esta garantizado.
  • independiente del medio que mueve los datos.

IPv4

su estructura es llamada notacion decimal punteada y es representada por 4 numeros decimales entre 0 y 255.

con IPv4 una mascara de subnet tambien es necesaria. Una mascara de subnet es un valor de 32-bits que diferencia la porcion de red de la porcion de host. Esta unida a la direccion IPv4 y determina de que subnet el dispositivo es miembro

por ejemplo en la direccion 192.168.1.10, subnet mask (255.255.255.0), el default gateway (192.168.1.1) asignado a un host. El default gateway es la direccion IP de el router que el host va a usar para acceder a redes remotas por default que el host va a usar para acceder a reddes remotas por default

campos del header IPv4 Pasted image 20260425173858.png

  • Version: indica que el paquete es IPv4. Usa 4 bits y su valor es 0100.
  • Differentiated Services or DiffServ(DS) campo de 8 bits usado para definir la prioridad del paquete. Incluye los bits DSCP, para clasificación de servicio, y ECN, para notificación de congestión.
  • Header checksum sirve para detectar errores o corrupción en el encabezado IPv4.
  • Time to Live / TTL: limita el tiempo de vida del paquete. Cada router reduce este valor en 1. Si llega a 0, el paquete se descarta y se envía un mensaje ICMP Time Exceeded al origen.
  • Protocol: identifica el protocolo de nivel superior que transporta el paquete, por ejemplo ICMP = 1, TCP = 6 o UDP = 17.
  • Source IPv4 address: contiene la dirección IPv4 del dispositivo que envía el paquete. Siempre es una dirección unicast.
  • Destination IPv4 address: contiene la dirección IPv4 del receptor del paquete. Puede ser unicast, multicast o broadcast. los dos mas importantes son origen y destino, tipicamente no cambian en el viaje de origen a destino. el Internet Header Length (IHL), total length y header checksum son usados para identidficar y validar el paquete

otros campos del encabezado IPv4 ayudan a gestionar la fragmentación de paquetes. Los campos Identification, Flags y Fragment Offset se usan para rastrear y reordenar fragmentos cuando un paquete se divide. Esto puede ocurrir cuando un router reenvía un paquete a una red con una MTU más pequeña.

Los campos Options y Padding rara vez se usan y no se cubren en este módulo.

limitaciones de IPv4

  • Agotamiento de direcciones IPv4: IPv4 cuenta con un número limitado de direcciones públicas únicas disponibles. Aunque existen aproximadamente 4 mil millones de direcciones IPv4, el creciente número de nuevos dispositivos con conexión a Internet, las conexiones permanentes y el crecimiento potencial de las regiones menos desarrolladas han incrementado la necesidad de más direcciones.
  • Falta de conectividad de extremo a extremo: la traducción de direcciones de red (NAT) es una tecnología que se implementa comúnmente en las redes IPv4. NAT ofrece una forma de que múltiples dispositivos compartan una sola dirección IPv4 pública. Sin embargo, debido a que la dirección IPv4 pública es compartida, la dirección IPv4 de un host de la red interna queda oculta. Esto puede ser problemático para las tecnologías que requieren conectividad de extremo a extremo.
  • Mayor complejidad de la red: aunque el NAT ha prolongado la vida útil de IPv4, solo estaba pensado como un mecanismo de transición a IPv6. El NAT, en sus diversas implementaciones, añade complejidad a la red, lo que genera latencia y dificulta la resolución de problemas.

IPv6

las direcciones IPv6 son de 128 bits de longitud y son escritas como una string de valores hexadecimales. Cada 4 bits son representados por 1 digito hexadecimal, por un total de 32 valores hexadecimales. por ejemplo: 2001:db8:acad:10::10.

mejoras respecto a IPv4:

  • mas espacio de direccionamiento
  • mejora en manejo de paquetes: con menos campos header
  • elimina la necesidad de usar NAT

para algunos IPv6, algunos campos continuan igual, algunos cambiaron nombre y posiciones y algunos campos IPv4 ya no son necesarios

header paquete IPv4: Pasted image 20260425181101.png header paquete IPv6: Pasted image 20260425181119.png campos principales del header IPv6

  • Version: indica que el paquete es IPv6. Usa 4 bits y su valor es 0110.
  • Traffic Class: campo de 8 bits equivalente al campo Differentiated Services (DS) de IPv4. Se usa para clasificar o priorizar paquetes.
  • Flow Label: campo de 20 bits que permite que los routers den el mismo tratamiento a todos los paquetes que pertenecen al mismo flujo.
  • Payload Length: campo de 16 bits que indica la longitud de los datos o payload del paquete IPv6. No incluye el encabezado IPv6, que tiene un tamaño fijo de 40 bytes.
  • Next Header: campo de 8 bits equivalente al campo Protocol de IPv4. Indica qué tipo de datos transporta el paquete para entregarlos al protocolo de capa superior correcto.
  • Hop Limit: reemplaza al campo TTL de IPv4. Cada router reduce este valor en 1. Si llega a 0, el paquete se descarta y se envía un mensaje ICMPv6 Time Exceeded al host de origen. En IPv6 no existe Header Checksum, por lo que los routers no necesitan recalcularlo, mejorando el rendimiento.
  • Source IPv6 Address: campo de 128 bits que identifica la dirección IPv6 del host que envía el paquete.
  • Destination IPv6 Address: campo de 128 bits que identifica la dirección IPv6 del host que recibe el paquete. algun paquete IPv6 puede llegar a contener extension headers (EH) que proveen informacion opcional de capa de red. Estan ubicados entre el header IPv6 y el payload y son usados para fragmentacion, seguridad, para soporte de mobilidad y mas.

a diferencia de IPv4, los routers no fragmentan paquetes IPv6

como routea un host

el source host debe ser capaz de enviar el paquete a host de destino. otro rol de el network layer es como dirigir paquetes entre hosts.

un host puede enviar un paquete a los siguientes tipos de receptores:

  • itself (a si mismo):
    • IPv4 direccion especial 127.0.0.1
    • IPv6 ::1, llamada loopback
  • local host: es un host de destino que esta en la misma red que el host.
    • hosts de origen y destino comparten la misma direccion de red
  • remote host: es un host en una red remota.
    • host de origen y destino no comparten la misma direccion de red Pasted image 20260508152741.png determinar si un paquete esta dirigido a un local host o a un remote host:
  • IPv4: el dispositivo source usa su propia subnet junto a su direccion IPv4 y el destino IPv4 para determinarlo
  • IPv6: el router local anuncia la direccion local de red (prefix) a todos los dispositivos en la red en una red local, los dispositivos se conectan mediante un switch o punto de acceso inalámbrico y pueden comunicarse directamente si están en la misma red IP. Para comunicarse con dispositivos fuera de la red local, como en internet, se necesita un router. El router de la red local se llama puerta de enlace predeterminada y se encarga de buscar la mejor ruta hacia el destino.

default gateway

es el dispositivo de red por default que puede routear trafico a otras redes. (es como una puerta al mundo exterior) usualmente en una red, un default gateway es un router con estas features:

  • tiene direccion IP local en el mismo rango que los otros hosts en la red local
  • acepta trafico dentro de la red local y reenvida datos al exterior de la red local
  • routea trafico a otras redes sin default gateway no es posible reenviar trafico fuera de la red local.

host routean a default gateway

una tabla de routeo tipicamente incluye un default gateway. En IPv4, el host recibe la direccion del default gateway de alguna de estas dos maneras:

  • dinamicamente usando DHCP
  • configurada manualmente En IPv6, tambien se recibe la direccion de alguna de las dos maneras:
  • el router anuncia el default gateway
  • configurada manualmente

introduccion al ruteo

cuando se envia un paquete y este llega a un router, este examina la direccion IP y analiza su tabla de ruteo para determinar donde reenviar el paquete. la tabla de ruteo lista todas las direcciones de red conocidas (prefijos) y a donde hacer forwarding del paquete. el router va a reenviar el paquete usando la mejor entrada (mas larga) de la tabla de ruteo.

ejemplo tabla de ruteo: Pasted image 20260508154521.png

tipos de entradas en una tabla de ruteo

La tabla de enrutamiento de un router contiene las rutas hacia las redes conocidas. Incluye tres tipos principales:

  • Redes directamente conectadas: redes unidas a las interfaces activas del router.
  • Redes remotas: redes alcanzables a través de otros routers, aprendidas manualmente o mediante protocolos de enrutamiento dinámico.
  • Ruta predeterminada: se usa cuando no existe una ruta más específica hacia el destino; funciona como “último recurso”.

un router puede aprender acerca de redes remotas de cualquiera de estas 2 maneras:

  • manualmente: son agregadas manualmente a la tabla de ruteo usando rutas estaticas
  • dinamicamente: son agregadas automaticamente usando dynamic routing protocol

ruteo estatico:

las rutas estaticas son entradas de rutas que son configuradas manualmente. es suceptible a cambios en la topologia de red, porque implica volver a actualizar las entradas en la tabla de ruteo cuando surgen estos cambios.

ejemplo: Pasted image 20260508155052.png R1 es configurado manualmente con una ruta estatica para alcanzar la red 10.1.1.0/24. si el camino hacia la red 10.1.1.0/24 cambia, sera necesario una nueva entrada en la tabla de ruteo de R1

caracteristicas:
  • Enrutamiento estático: las rutas se configuran manualmente.
  • Cambios en la red: si la topología cambia, el administrador debe modificar la ruta.
  • Uso recomendado: redes pequeñas o con pocos enlaces redundantes.
  • Uso común: se combina con un protocolo de enrutamiento dinámico para configurar una default gateway.

ruteo dinamico

permite a los routers aprender acerca de redes remotas automaticamente, incluyendo tambien una ruta default por otros routers. los routers que usan routeo dinamico comparten informacion con otros routers y no necesitaran modificarse por un administrador cuando hayan cambios en la topologia.

los protocolos de routeo dinamico incluyen OSPF y EIGRP Pasted image 20260508155915.png

  • Enrutamiento dinámico: el administrador solo debe habilitar las redes directamente conectadas.
  • Descubrimiento automático: el protocolo encuentra redes remotas.
  • Actualización de rutas: mantiene la información de enrutamiento actualizada.
  • Mejor ruta: elige automáticamente el mejor camino hacia cada red.
  • Recuperación: busca una nueva ruta si la actual deja de estar disponible.

tabla de ruteo en cisco IOS

show ip route => usando exec mode (con comando enable)