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CAPA DE RED

La capa de red es el nivel 3 del modelo OSI y se encarga del control de la subred. Su principal función es el encaminamiento (routing), es decir, determinar la ruta más adecuada para que los paquetes de datos lleguen a su destino a través de diferentes redes.

En esta unidad estudiaremos cómo funciona la capa de red, qué son las direcciones IP, cómo se encaminan los paquetes, los protocolos ARP e ICMP, y cómo funcionan los routers que interconectan diferentes redes.

Objetivos de la unidad

• Comprender las funciones principales de la capa de red
• Conocer el modelo TCP/IP y sus capas
• Entender el direccionamiento IP: clases, máscaras, subredes y CIDR
• Conocer los protocolos ARP e ICMP
• Identificar los componentes y funcionamiento de los routers
• Aplicar conceptos de encaminamiento y configuración de clientes

📚 Propuesta didáctica

En esta unidad trabajamos los RA1 y RA4 de RAL:

RA1. Reconoce la estructura de redes locales cableadas analizando las características de entornos de aplicación y describiendo la funcionalidad de sus componentes.

RA4. Instala equipos en red, describiendo sus prestaciones y aplicando técnicas de montaje.

🎯 Criterios de evaluación

Criterios de evaluación del RA1

  • CE1a: Se han descrito los principios de funcionamiento de las redes locales.
  • CE1c: Se han descrito los elementos de la red local y su función.

Criterios de evaluación del RA4

  • CE4a: Se han descrito las prestaciones de los equipos de red analizando características técnicas de switches, routers y puntos de acceso.
  • CE4b: Se han identificado los componentes de los equipos de red reconociendo interfaces, fuentes de alimentación y sistemas de ventilación.

Contenidos

  • Funciones de la capa de red.
  • Modelo TCP/IP y sus capas.
  • Direccionamiento IP: clases, máscaras, subredes y CIDR.
  • Protocolo IP y fragmentación.
  • Protocolo ARP.
  • Protocolo ICMP.
  • Routers: componentes, tipos de conexiones y proceso de arranque.
  • Configuración de clientes en red.

Cuestionario inicial

  1. ¿Qué función cumple la capa de red en el modelo OSI?
  2. ¿Qué es el protocolo TCP/IP y para qué sirve?
  3. ¿Qué es una dirección IP y cómo se representa?
  4. ¿Cuál es la diferencia entre una dirección IP pública y privada?
  5. ¿Qué es una máscara de red y para qué sirve?
  6. ¿Qué es CIDR y qué ventajas ofrece?
  7. ¿Para qué sirve el protocolo ARP?
  8. ¿Qué es un router y cuál es su función principal?

📖 Conceptos generales

🌐 Internet: una red de redes

Internet es una red global que conecta muchas redes diferentes entre sí, usando distintas tecnologías. No depende del tipo de ordenador, sistema operativo ni del tipo de red, ya que permite que equipos muy variados, como un servidor Unix y un PC con Windows, puedan comunicarse sin problemas. Para conseguir esto, utiliza protocolos estándar y un sistema de interconexión que funciona en cualquier plataforma o red, facilitando el intercambio de información entre todo tipo de dispositivos y sistemas.

La familia de protocolos que hace posible que Internet funcione como una auténtica red de redes es la conocida como TCP/IP. Es importante destacar que nos referimos a una familia de protocolos porque engloba a numerosos protocolos diferentes, aunque a menudo, para simplificar, hablemos simplemente de TCP/IP.

🔗 La familia de protocolos TCP/IP

A continuación se muestran los principales protocolos de la familia TCP/IP:

Protocolo Nombre completo Ejemplo de uso
HTTP HyperText Transfer Protocol Acceder a una página web con "http://www.ejemplo.com"
HTTPS HyperText Transfer Protocol Secure Realizar compras seguras en "https://www.tiendaonline.com"
FTP File Transfer Protocol Subir archivos a un servidor con FileZilla usando FTP
SMTP Simple Mail Transfer Protocol Envío de correos electrónicos desde un cliente como Outlook
POP3 Post Office Protocol v3 Descargar e-mails de un servidor a tu ordenador con Thunderbird
IMAP Internet Message Access Protocol Consultar correos almacenados en el servidor desde varios dispositivos
DNS Domain Name System Traducir "www.google.com" a una dirección IP
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Obtener automáticamente la IP al conectarse a una red WiFi
TELNET Telnet Acceder remotamente a la consola de un router antiguo usando Telnet
SSH Secure Shell Administrar un servidor Linux de forma segura por terminal
TCP Transmission Control Protocol Descargar un archivo grande de forma fiable mediante una conexión web
UDP User Datagram Protocol Realizar una videollamada o jugar online, donde la velocidad es prioritaria
IP Internet Protocol Encaminamiento de paquetes entre distintos ordenadores a través de Internet
ARP Address Resolution Protocol Asignar una dirección MAC a una IP para enviar un paquete dentro de una LAN
ICMP Internet Control Message Protocol Comprobar la conectividad con "ping www.ejemplo.com"
IGMP Internet Group Management Protocol Entrar en un grupo de transmisión multimedia (multicast) en una red local
Ethernet Ethernet (a nivel de acceso a red) Conectar un PC a la red local mediante un cable de red RJ45

Estos protocolos permiten la comunicación e interacción entre diferentes dispositivos en la red TCP/IP.

Capa Protocolos / Tecnologías principales
Capa de aplicación HTTP, SMTP, FTP, TELNET, etc.
Capa de transporte UDP, TCP
Capa de red IP, ARP, ICMP, IGMP
Capa de acceso a la red Ethernet, Token Ring, etc.
Capa física cable coaxial, par trenzado, etc.

A continuación, profundizaremos en las características y funciones de la capa de red dentro del modelo TCP/IP.

🔹 Capa de red

La capa de red define la forma en que un mensaje se transmite a través de distintos tipos de redes hasta llegar a su destino. El principal protocolo de esta capa es el IP aunque también se encuentran a este nivel los protocolos ARP, ICMP e IGMP. Esta capa proporciona el direccionamiento IP y determina la ruta óptima a través de los encaminadores (routers) que debe seguir un paquete desde el origen al destino.

🌐 Concepto de capa de red

🎯 Funciones principales

La capa de red se ocupa del control de la subred. Las principales funciones de este nivel son:

🔹 Encaminamiento (Routing)

La principal función es la del encaminamiento, es decir, el tratamiento de cómo elegir la ruta más adecuada para que el bloque de datos del nivel de red (paquete) llegue a su destino. Cada destino está identificado unívocamente en la subred por una dirección IP.

🔹 Tratamiento de la congestión

Otra función importante es el tratamiento de la congestión. Cuando hay muchos paquetes en la red, unos obstruyen a los otros generando cuellos de botella en los puntos más sensibles. Un sistema de gestión de red avanzado evitará o paliará estos problemas de congestión.

Entre el emisor y el receptor se establecen comunicaciones utilizando protocolos determinados. El mismo protocolo debe estar representado tanto en el emisor como en el receptor.

🔗 Redes físicas vs. redes lógicas

El concepto de red está relacionado con las direcciones IP que se configuren en cada ordenador, no con el cableado. Es decir, si tenemos varias redes dentro del mismo cableado solamente los ordenadores que pertenezcan a una misma red podrán comunicarse entre sí.

Para que los ordenadores de una red puedan comunicarse con los de otra red es necesario que existan routers que interconecten las redes. Un router o encaminador no es más que un ordenador con varias direcciones IP, una para cada red, que permita el tráfico de paquetes entre sus redes.

📦 Datagramas IP

La capa de red se encarga de fragmentar cada mensaje en paquetes de datos llamados datagramas IP y de enviarlos de forma independiente a través de la red de redes. Cada datagrama IP incluye un campo con la dirección IP de destino. Esta información se utiliza para enrutar los datagramas a través de las redes necesarias que los hagan llegar hasta su destino.

Dato interesante

Cada vez que visitamos una página web o recibimos un correo electrónico es habitual atravesar un número de redes comprendido entre 10 y 20, dependiendo de la distancia de los hosts. El tiempo que tarda un datagrama en atravesar 20 redes (20 routers) suele ser inferior a 600 milisegundos.

🔢 Direccionamiento IP

🎯 Concepto de dirección IP

La dirección IP es el identificador de cada host dentro de su red de redes. Cada host conectado a una red tiene una dirección IP asignada, la cual debe ser distinta a todas las demás direcciones que estén vigentes en ese momento en el conjunto de redes visibles por el host.

En el caso de Internet, no puede haber dos ordenadores con 2 direcciones IP (públicas) iguales. Pero sí podríamos tener dos ordenadores con la misma dirección IP siempre y cuando pertenezcan a redes independientes entre sí (sin ningún camino posible que las comunique).

Las direcciones IP están formadas por 4 bytes (32 bits). Se suelen representar de la forma a.b.c.d donde cada una de estas letras es un número comprendido entre el 0 y el 255. Por ejemplo la dirección IP del servidor de IBM (www.ibm.com) es 129.42.18.99.

Las direcciones IP se pueden representar

Representación Rango mínimo Rango máximo
Decimal 0.0.0.0 255.255.255.255
Binario 00000000.00000000.00000000.00000000 11111111.11111111.11111111.11111111

Las tres direcciones siguientes representan a la misma máquina (podemos utilizar una calculadora científica para realizar las conversiones).

  • decimal: 128.10.2.30
  • hexadecimal: 80.0A.02.1E
  • binario: 10000000.00001010.00000010.00011110

Video explicativo

Video sobre el concepto de la dirección IP, tipos, clases y máscaras de subred.

Video explicativo en español sobre direcciones IP y su funcionamiento.

📊 Clasificación de direcciones IP

Las direcciones IP se clasifican según diferentes criterios:

🔹 Por visibilidad: Públicas vs. Privadas

Direcciones IP públicas:

  • Son visibles en todo Internet
  • Un ordenador con una IP pública es accesible (visible) desde cualquier otro ordenador conectado a Internet
  • Para conectarse a Internet es necesario tener una dirección IP pública

Direcciones IP privadas (reservadas):

  • Son visibles únicamente por otros hosts de su propia red o de otras redes privadas interconectadas por routers
  • Se utilizan en las empresas para los puestos de trabajo
  • Los ordenadores con direcciones IP privadas pueden salir a Internet por medio de un router (o proxy) que tenga una IP pública
  • Sin embargo, desde Internet no se puede acceder a ordenadores con direcciones IP privadas
  • Las direcciones privadas más utilizadas son:
Rango Clase Notas
10.0.0.0/8 Clase A Privada
172.16.0.0 – 172.31.255.255 Clase B Privada
192.168.0.0/16 Clase C Privada

🔹 Por asignación: Estáticas vs. Dinámicas

Direcciones IP estáticas (fijas):

  • Un host que se conecte a la red con dirección IP estática siempre lo hará con una misma IP
  • Las direcciones IP públicas estáticas son las que utilizan los servidores de Internet con objeto de que estén siempre localizables por los usuarios de Internet
  • Estas direcciones hay que contratarlas
  • Son útiles para servidores, impresoras de red o equipos que necesiten estar siempre accesibles

Direcciones IP dinámicas:

  • Un host que se conecte a la red mediante dirección IP dinámica, cada vez lo hará con una dirección IP distinta
  • Las direcciones IP públicas dinámicas son las que se utilizan en las conexiones a Internet mediante un módem
  • Los proveedores de servicios de Internet (ISP) tienen un rango de direcciones IP públicas que van asignando a sus clientes de forma dinámica
  • Cuando un cliente se conecta, se le asigna una IP del rango disponible
  • Cuando se desconecta, esa IP vuelve al rango disponible para asignarse a otro cliente
  • Se obtienen mediante el protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
Vídeo: Clases de direcciones IP (YouTube, duración 8:53)

📊 Clases de direcciones IPv4

Las direcciones IPv4 se dividen tradicionalmente en clases según el número de redes y hosts que pueden direccionar:

Clase Rango Máscara por defecto Bits de red Bits de host Redes posibles Hosts por red Uso
A 1.0.0.0 - 126.255.255.255 255.0.0.0 (/8) 8 bits (1er octeto) 24 bits 126 (2⁷-2) 16.777.214 (2²⁴-2) Grandes organizaciones o países
B 128.0.0.0 - 191.255.255.255 255.255.0.0 (/16) 16 bits (2 octetos) 16 bits 16.384 (2¹⁴) 65.534 (2¹⁶-2) Empresas medianas y grandes
C 192.0.0.0 - 223.255.255.255 255.255.255.0 (/24) 24 bits (3 octetos) 8 bits 2.097.152 (2²¹) 254 (2⁸-2) Pequeñas empresas y redes domésticas
D 224.0.0.0 - 239.255.255.255 — — — — — Multicast (comunicación a grupos de hosts)
E 240.0.0.0 - 255.255.255.255 — — — — — Reservadas para uso experimental o futuro
Gráfico: Ejemplo de clases de direcciones IPv4

🔍 Direcciones especiales

Dirección Descripción
127.0.0.1 (localhost) Dirección de loopback, utilizada para referirse al propio equipo
0.0.0.0 Dirección no especificada
255.255.255.255 Dirección de broadcast limitado (todos los hosts de la red local)
127.0.0.0/8 Red de loopback, utilizada para pruebas de conectividad local
Clases IP - gráfico
Clases de direcciones IP - gráfico

🏛️ ¿Quién reparte las direcciones IP?

Las direcciones IP públicas están gestionadas por diferentes organismos:

  • IANA (Internet Assigned Numbers Authority): Autoridad máxima que gestiona el espacio de direcciones IP a nivel mundial
  • ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers): Coordina el sistema de nombres de dominio e IP a nivel mundial
  • RIRs (Regional Internet Registries): Organizaciones regionales que asignan direcciones IP a los ISP de cada región:
  • ARIN (América del Norte)
  • RIPE NCC (Europa, Oriente Medio, Asia Central)
  • APNIC (Asia-Pacífico)
  • LACNIC (América Latina y Caribe)
  • AfriNIC (África)

🎭 Máscara de red y subredes

🎯 Concepto de máscara de red

La máscara de red (subnet mask) es un número de 32 bits que se utiliza para identificar qué parte de una dirección IP corresponde a la red y qué parte corresponde al host. La máscara de red permite determinar si dos hosts están en la misma red.

Funcionamiento:

  • Los bits en 1 en la máscara indican que esa posición corresponde a la red
  • Los bits en 0 indican que esa posición corresponde al host

Ejemplo:

Elemento Valor Notas
Dirección IP 192.168.1.100 Dirección de ejemplo
Máscara de red 255.255.255.0
(binario: 11111111.11111111.11111111.00000000)		 Indica que los primeros 24 bits son de red
Dirección de red 192.168.1.0 Primeros 24 bits corresponden a la red
Parte host 100 (últimos 8 bits) Identificador único dentro de la subred

Video explicativo

Video sobre el concepto de máscara de red y subredes, con ejemplos sobre cómo funcionan y cómo calcularlas.

Video explicativo en español sobre máscaras de red y subredes.

📊 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

🎯 Concepto de CIDR

CIDR (Classless Inter-Domain Routing) es un método de asignación de direcciones IP y enrutamiento que no depende de las clases tradicionales (A, B, C). Fue introducido para hacer un uso más eficiente del espacio de direcciones IPv4, que se estaba agotando.

A diferencia del sistema basado en clases, donde el tamaño de las redes era fijo y podía generar un gran desperdicio de direcciones, CIDR permite dividir el espacio de direcciones en bloques mucho más flexibles y adaptados a las necesidades reales de cada red.

Esto se logra utilizando una notación de prefijo (por ejemplo, /24 o /16) que indica cuántos bits corresponden a la parte de red de una dirección IP. Gracias a CIDR, los proveedores de servicios de Internet y las organizaciones pueden asignar solo la cantidad exacta de direcciones necesarias, facilitando la administración y mejorando la eficiencia del enrutamiento global.

Ejemplo de notación CIDR y máscara en binario
Ejemplo de notación CIDR:
192.168.1.0/26 representa una red con 26 bits asignados a la parte de red (en rojo) y 6 bits para hosts (en verde).
En binario, la máscara se expresa como 11111111.11111111.11111111.11000000 (32 bits en total).

🔢 Notación CIDR

En CIDR, una dirección IP se representa junto con el número de bits que forman la parte de red, separados por una barra:

Formato: dirección_ip/prefijo

Ejemplos:

Dirección CIDR Prefijo Significado
192.168.1.0/24 24 Los primeros 24 bits corresponden a la parte de red
10.0.0.0/8 8 Los primeros 8 bits corresponden a la parte de red
172.16.0.0/16 16 Los primeros 16 bits corresponden a la parte de red

Equivalencia con máscaras:

Prefijo CIDR Máscara decimal Máscara binaria Nº direcciones
/8 255.0.0.0 11111111.00000000.00000000.00000000 16.777.216
/16 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 65.536
/24 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 256
/26 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 64
/28 255.255.255.240 11111111.11111111.11111111.11110000 16

✅ Ventajas de CIDR

Uso eficiente del espacio de direcciones:

  • Permite asignar exactamente el número de direcciones necesarias
  • Evita desperdiciar direcciones (no hay que usar toda una clase)

Agregación de rutas (superredes):

  • Permite agrupar múltiples redes en una sola entrada en la tabla de enrutamiento
  • Simplifica las tablas de routing en los routers
  • Reduce el tamaño de las tablas de enrutamiento de Internet

Flexibilidad:

  • No está limitado a los tamaños fijos de las clases tradicionales
  • Permite crear subredes de cualquier tamaño

🗂️ Tabla de equivalencias CIDR

A continuación se muestra una tabla de referencia rápida para asociar el número de direcciones, bits, prefijos y máscaras de subred en formato decimal, útil para planificar y calcular subredes de forma eficiente.

Fuente: RIPE NCC
Tabla CIDR de RIPE

Enlace oficial a la documentación de CIDR (IETF RFC 4632)

Esta tabla te ayudará rápidamente a identificar la máscara correspondiente a cualquier prefijo CIDR, y viceversa. Muy útil en ejercicios de subnetting y supernetting.

📐 Métodos sencillos de cálculo de subredes

Para configurar correctamente una red, necesitamos saber calcular varios parámetros importantes. A continuación veremos métodos sencillos y prácticos para realizar estos cálculos sin necesidad de convertir a binario.

🎯 Cálculo con máscaras estándar (clases A, B, C)

Este método es el más sencillo y funciona cuando usamos máscaras por defecto de las clases tradicionales.

🔹 Clase C (máscara 255.255.255.0 o /24)

Ejemplo: IP 192.168.1.100 con máscara 255.255.255.0

Pasos:

  1. Dirección de red: Copiamos los 3 primeros octetos y ponemos el último en 0
  • Resultado: 192.168.1.0
  1. Dirección de broadcast: Copiamos los 3 primeros octetos y ponemos el último en 255
  • Resultado: 192.168.1.255
  1. Primera IP válida: Dirección de red + 1
  • Resultado: 192.168.1.1
  1. Última IP válida: Dirección de broadcast - 1
  • Resultado: 192.168.1.254
  1. Número de hosts: 2^8 - 2 = 256 - 2 = 254 hosts

🔹 Clase B (máscara 255.255.0.0 o /16)

Ejemplo: IP 172.16.50.100 con máscara 255.255.0.0

Pasos:

  1. Dirección de red: Copiamos los 2 primeros octetos y ponemos los últimos 2 en 0
  • Resultado: 172.16.0.0
  1. Dirección de broadcast: Copiamos los 2 primeros octetos y ponemos los últimos 2 en 255
  • Resultado: 172.16.255.255

  1. Primera IP válida: 172.16.0.1

  2. Última IP válida: 172.16.255.254

  3. Número de hosts: 2^16 - 2 = 65.536 - 2 = 65.534 hosts

🔹 Clase A (máscara 255.0.0.0 o /8)

Ejemplo: IP 10.5.20.100 con máscara 255.0.0.0

Pasos:

  1. Dirección de red: Copiamos el primer octeto y ponemos los últimos 3 en 0
  • Resultado: 10.0.0.0
  1. Dirección de broadcast: Copiamos el primer octeto y ponemos los últimos 3 en 255
  • Resultado: 10.255.255.255

  1. Primera IP válida: 10.0.0.1

  2. Última IP válida: 10.255.255.254

  3. Número de hosts: 2^24 - 2 = 16.777.216 - 2 = 16.777.214 hosts

⚠️ Errores comunes a evitar:

  1. No usar la dirección de red ni broadcast para hosts
  • ❌ Incorrecto: Asignar 192.168.1.0 o 192.168.1.255 a un equipo
  • ✅ Correcto: Usar 192.168.1.1 hasta 192.168.1.254
  1. No olvidar restar 2 al calcular hosts
  • ❌ Incorrecto: 2^8 = 256 hosts
  • ✅ Correcto: 2^8 - 2 = 254 hosts
  1. Verificar que la IP esté en el rango correcto
  • Si calculas red 192.168.1.96 e incremento 32, las IPs válidas son 97-126
  • La IP 192.168.1.100 SÍ está en el rango
  • La IP 192.168.1.130 NO está en el rango (pertenece a otra subred)

🧮 Ejemplo práctico: Cálculo de dirección de red, broadcast y hosts

Vamos a ver un ejemplo práctico y sencillo para calcular todos los parámetros de una subred. Este tipo de cálculos son fundamentales para configurar correctamente una red.

📋 Datos del ejemplo

Supongamos que tenemos un ordenador con la siguiente configuración:

  • Dirección IP: 192.168.1.100
  • Máscara de subred: 255.255.255.0 (equivalente a /24 en notación CIDR)

🔢 Paso 1: Identificar la clase y la máscara

  • La dirección 192.168.1.100 pertenece a la clase C (empieza por 192)
  • La máscara 255.255.255.0 significa que los primeros 24 bits identifican la red
  • Los últimos 8 bits identifican los hosts

🎯 Paso 2: Calcular la dirección de red

La dirección de red es la primera dirección de la subred. Se obtiene poniendo todos los bits de host en 0.

Cálculo:

  • IP: 192.168.1.100
  • Máscara: 255.255.255.0
  • Dirección de red: 192.168.1.0 (último octeto en 0)

Explicación sencilla: Todos los equipos que tengan IPs desde 192.168.1.1 hasta 192.168.1.254 pertenecen a la misma red, que se identifica como 192.168.1.0.

📢 Paso 3: Calcular la dirección de broadcast

La dirección de broadcast es la última dirección de la subred. Se obtiene poniendo todos los bits de host en 1.

Cálculo:

  • Dirección de broadcast: 192.168.1.255 (último octeto en 255)

Explicación sencilla: Esta dirección se utiliza para enviar un mensaje a todos los equipos de la red a la vez.

💻 Paso 4: Calcular el rango de direcciones IP válidas para hosts

Las direcciones IP válidas para asignar a equipos son todas las que están entre la dirección de red y la de broadcast.

Cálculo:

  • Primera IP válida: Dirección de red + 1 = 192.168.1.0 + 1 = 192.168.1.1
  • Última IP válida: Dirección de broadcast - 1 = 192.168.1.255 - 1 = 192.168.1.254

Rango de hosts: 192.168.1.1 a 192.168.1.254

🔢 Paso 5: Calcular el número de hosts disponibles

Para calcular cuántos equipos podemos conectar en esta red:

Fórmula: 2^n - 2

Donde:

  • n = número de bits de host (en este caso, 8 bits)
  • Se restan 2 porque la dirección de red y la de broadcast no se pueden asignar a equipos

Cálculo:

  • 2^8 - 2 = 256 - 2 = 254 hosts

📊 Resumen del ejemplo

Concepto Valor Explicación
Dirección IP del equipo 192.168.1.100 IP que tiene configurada nuestro ordenador
Máscara de subred 255.255.255.0 o /24 Indica que 24 bits son para la red
Dirección de red 192.168.1.0 Primera dirección de la subred
Dirección de broadcast 192.168.1.255 Última dirección de la subred
Primera IP válida 192.168.1.1 Primera dirección que podemos asignar a un equipo
Última IP válida 192.168.1.254 Última dirección que podemos asignar a un equipo
Número de hosts 254 equipos Cantidad máxima de dispositivos que podemos conectar

💡 Ejemplo práctico en un aula

Imagina que en un aula de informática queremos configurar una red:

  • Red asignada: 192.168.1.0/24
  • Router (puerta de enlace): 192.168.1.1 (primera IP válida)
  • PCs del aula: 192.168.1.2 hasta 192.168.1.50 (49 ordenadores)
  • Impresoras: 192.168.1.51 hasta 192.168.1.53 (3 impresoras)
  • Servidor: 192.168.1.100 (nuestro ejemplo)
  • Resto disponible: hasta 192.168.1.254 (para futuras ampliaciones)

Todas estas direcciones pertenecen a la misma red y pueden comunicarse entre sí directamente, sin necesidad de router.

📦 Protocolo IP

🎯 Características del protocolo IP

El Protocolo IP (Internet Protocol) es el protocolo principal de la capa de red. Es responsable de enrutar paquetes desde el origen hasta el destino a través de múltiples redes.

Características principales:

🔹 No orientado a conexión

IP es un protocolo no orientado a conexión (connectionless). Esto significa que:

  • No establece una conexión antes de enviar los datos
  • Cada paquete se envía independientemente
  • Los paquetes pueden seguir rutas diferentes para llegar al mismo destino

🔹 No fiable

IP es un protocolo no fiable (unreliable). Esto significa que:

  • No garantiza que los paquetes lleguen a su destino
  • No garantiza que lleguen en orden
  • No garantiza que lleguen sin duplicados
  • No notifica al emisor si un paquete se pierde

La fiabilidad debe ser proporcionada por protocolos de capas superiores (como TCP) si es necesaria.

🔹 Basado en "mejor esfuerzo" (Best Effort)

IP hace su "mejor esfuerzo" para entregar los paquetes, pero no garantiza la entrega.

📦 Formato del datagrama IP

Un datagrama IP tiene la siguiente estructura:

Campos principales:

  1. Versión (4 bits): Versión del protocolo IP (actualmente IPv4 o IPv6)
  2. Longitud de cabecera (4 bits): Longitud de la cabecera IP en palabras de 32 bits
  3. Tipo de servicio (8 bits): Indica la calidad de servicio deseada
  4. Longitud total (16 bits): Longitud total del datagrama (cabecera + datos)
  5. Identificador (16 bits): Identificador único para fragmentación
  6. Banderas (3 bits): Controlan la fragmentación
  7. Desplazamiento de fragmento (13 bits): Posición del fragmento en el datagrama original
  8. TTL (Time To Live) (8 bits): Contador que se decrementa en cada router; cuando llega a 0, el paquete se descarta
  9. Protocolo (8 bits): Indica el protocolo de capa superior (TCP=6, UDP=17, ICMP=1)
  10. Checksum de cabecera (16 bits): Verificación de integridad de la cabecera
  11. Dirección IP origen (32 bits): IP del emisor
  12. Dirección IP destino (32 bits): IP del receptor
  13. Opciones (variable): Campos opcionales (poco utilizados)
  14. Datos (variable): Datos de capas superiores
Figura: Formato de un datagrama IP con sus campos principales.

✂️ Fragmentación

La fragmentación es el proceso de dividir un datagrama IP en fragmentos más pequeños cuando el tamaño del datagrama es mayor que el MTU de un enlace por el que debe pasar.

📏 ¿Qué es el MTU?

El MTU (Maximum Transmission Unit) es el tamaño máximo que puede tener el payload (carga útil) de una trama de la capa de acceso a la red al enviarse por una interfaz. En la práctica, el MTU incluye la cabecera IP, la cabecera de la capa de transporte (TCP/UDP) y los datos de la aplicación; no se cuenta la cabecera ni la cola de la trama de capa 2.

El tamaño del MTU depende del protocolo de capa 2 que se utilice. Algunos valores habituales:

Protocolo (capa 2) MTU típico
Ethernet 1500 bytes
PPPoE 1492 bytes
Algunos enlaces WAN 576–1500 bytes

¿Por qué limitar el tamaño?

Si las tramas son demasiado grandes en un enlace con errores, al perder una trama hay que retransmitir muchos datos y se pierde eficiencia. Si son demasiado pequeñas, los dispositivos deben procesar muchas cabeceras. El MTU se elige para lograr un equilibrio de eficiencia en cada tecnología. En Ethernet es habitual usar 1500 bytes.

🔄 ¿Cuándo se fragmenta?

  • Cuando un router debe enviar un datagrama por una interfaz cuyo MTU es menor que el tamaño del datagrama, el router fragmenta el datagrama en varios paquetes (fragmentos) que caben en ese MTU.
  • Si más adelante hay otro enlace con MTU aún menor, esos fragmentos pueden volver a fragmentarse en el siguiente router.
  • Solo el dispositivo destino final puede reensamblar los fragmentos en el datagrama original; los routers intermedios no reensamblan, solo reenvían o vuelven a fragmentar si hace falta.

📋 Proceso general de la fragmentación

  1. El dispositivo que envía el datagrama determina la interfaz de salida (según el enrutamiento).
  2. Se compara el tamaño del datagrama con el MTU de esa interfaz. Si el datagrama es mayor que el MTU, se procede a fragmentar.
  3. Se generan varios paquetes (fragmentos), cada uno con su propia cabecera IP.
  4. Los fragmentos se envían de forma independiente y pueden seguir rutas distintas.
  5. Solo el host destino reensambla todos los fragmentos en el datagrama original.

Nota

En la fragmentación se suele llamar datagrama al mensaje original antes de fragmentar, y paquete o fragmento a cada trozo resultante. Solo el primer fragmento lleva la cabecera de la capa de transporte (TCP o UDP); el resto solo llevan cabecera IP y datos.

🔧 Campos de la cabecera IP usados en la fragmentación

  1. Identificador (Identification) — 16 bits
  • Identifica de forma única el datagrama original. Todos los fragmentos del mismo datagrama llevan el mismo valor para que el destino sepa cuáles unir.
  1. Banderas (Flags) — 3 bits
  • Primer bit: reservado (no se usa, suele ser 0).
  • DF (Don't Fragment): si vale 1, el datagrama no debe fragmentarse. Si un router no puede enviarlo sin fragmentar (por el MTU), lo descarta y puede enviar un mensaje de error (ICMP) al origen.
  • MF (More Fragments): si vale 1, indica que hay más fragmentos; si vale 0, es el último fragmento del datagrama.
  1. Desplazamiento de fragmento (Fragment Offset) — 13 bits
  • Indica la posición de los datos de este fragmento dentro del datagrama original. Se expresa en unidades de 8 bytes, lo que permite direccionar hasta 65535 × 8 bytes. Con esto el destino sabe en qué orden colocar cada fragmento al reensamblar.

Resumen

Con el Identificador se agrupan los fragmentos del mismo datagrama; con MF se sabe si faltan más; con el Fragment Offset se reconstruye el datagrama en el orden correcto.

🔍 Protocolo ARP (Address Resolution Protocol)

🎯 ¿Qué es ARP?

ARP (Address Resolution Protocol) es un protocolo de capa de red (nivel 3 OSI) que permite a un host obtener la dirección MAC (capa 2) asociada a una dirección IP dentro de una red local (LAN). Opera en la capa de enlace de datos a la hora de enviar la trama: su función es mapear direcciones IP (lógicas) a direcciones MAC (físicas).

ARP solo funciona en redes que utilizan difusión (broadcast), como Ethernet. Sin ARP, un equipo no podría enviar tramas a otro en la misma red, porque la capa 2 trabaja con direcciones MAC y la capa 3 con direcciones IP.

📋 Características de ARP

  • Mapeo de direcciones: Traduce IP → MAC para que la trama pueda enviarse por la red local.
  • Tipos de mensajes: Utiliza solicitudes ARP (ARP Request) y respuestas ARP (ARP Reply).
  • Caché ARP: Mantiene una tabla donde guarda temporalmente las correspondencias IP-MAC para no repetir consultas.

🔄 Proceso de ARP

Cuando un dispositivo quiere enviar datos a otro en la misma red, necesita en primer lugar su IP (para la capa 3) y su MAC (para la capa 2). ARP se encarga de descubrir la MAC asociada a esa IP:

  1. Solicitud ARP (ARP Request)
    El host origen envía un mensaje por broadcast (dirección MAC destino FF:FF:FF:FF:FF:FF) preguntando: «¿Qué dispositivo tiene la IP X.X.X.X?»

  2. Respuesta ARP (ARP Reply)
    Solo el dispositivo con esa IP responde en unicast indicando: «Yo tengo esa IP y mi dirección MAC es XX:XX:XX:XX:XX:XX».

  3. Actualización de la caché
    El solicitante guarda la relación IP-MAC en su tabla ARP para usarla en envíos futuros sin repetir la consulta.

  4. Envío de los datos
    A partir de ese momento, el host puede enviar la trama IP con la dirección MAC destino correcta.

De esta forma, los dispositivos van construyendo sus tablas ARP: cada entrada asocia una IP con una MAC, de modo que no tienen que repetir el proceso de descubrimiento cada vez que envían un paquete al mismo destino.

📋 Ejemplo de funcionamiento

Cuando una máquina necesita comunicarse con otra en una red, necesita conocer en primera instancia su IP para poder enviar el paquete a su destino, pero en la capa 2 del modelo OSI, utiliza direcciones MAC. El protocolo ARP entra en juego en este momento, dado que envía los mensajes pertinentes para averiguar la dirección MAC asociada a una IP concreta.

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Funcionamiento básico de ARP

Cuando un dispositivo necesita comunicarse con otro en la red local, envía un mensaje ARP por broadcast preguntando qué equipo tiene la IP de destino. Solo el dispositivo que posee esa IP responde, identificándose y proporcionando su dirección MAC.

De esta forma, los dispositivos en la red van construyendo sus tablas ARP, donde cada entrada hace corresponder una IP con su MAC, de tal forma que si tuvieran que volver a enviar mensajes a esas máquinas, ya no necesitan pasar por el proceso de averiguación de direcciones MAC.

🧪 Ejemplo ARP: Comunicación entre PC y Portátil

Supuesto: Las tablas ARP y MAC están vacías, pero todos los dispositivos tienen IP asignada correctamente. Se desea enviar un mensaje desde PC a Portátil2, ambos en la misma red.

🔁 Paso 1: PC → Portátil2

ARP Request (PC pregunta por la MAC de Portátil2)
MAC Origen MAC Destino IP Origen IP Destino
MAC de PC FF:FF:FF:FF:FF:FF (Broadcast) IP de PC IP de Portátil2
ARP Reply (Portátil2 responde con su MAC)
MAC Origen MAC Destino IP Origen IP Destino
MAC de Portátil2 MAC de PC IP de Portátil2 IP de PC
Trama IP (PC envía datos a Portátil2)
MAC Origen MAC Destino IP Origen IP Destino
MAC de PC MAC de Portátil2 IP de PC IP de Portátil2

🔁 Paso 2: Portátil2 → PC

ARP Request (Portátil2 pregunta por la MAC de PC)
MAC Origen MAC Destino IP Origen IP Destino
MAC de Portátil2 FF:FF:FF:FF:FF:FF (Broadcast) IP de Portátil2 IP de PC
ARP Reply (PC responde con su MAC)
MAC Origen MAC Destino IP Origen IP Destino
MAC de PC MAC de Portátil2 IP de PC IP de Portátil2
Trama IP (Portátil2 responde al mensaje)
MAC Origen MAC Destino IP Origen IP Destino
MAC de Portátil2 MAC de PC IP de Portátil2 IP de PC

💡 Notas

  • Las tablas ARP de ambos dispositivos se actualizan durante el proceso.
  • Los switches actualizan sus tablas MAC al recibir tramas con nuevas direcciones.
  • El enrutador no participa, ya que es una comunicación local (misma subred).

⚠️ Limitaciones de ARP

  • Solo funciona dentro de la misma red local (mismo dominio de broadcast).
  • No puede resolver direcciones IP de otras redes.
  • Para comunicarse con hosts en otras redes se usa la puerta de enlace (router); en ese caso, ARP se usa para obtener la MAC del router en la interfaz de la red local.

🔒 Seguridad: ARP Spoofing

ARP Spoofing es una vulnerabilidad en la que un atacante envía mensajes ARP falsos para asociar su MAC a la IP de otro dispositivo (por ejemplo, la del router o de un equipo de la red). Así puede interceptar o redirigir el tráfico. En redes sensibles se utilizan mecanismos como ARP inspection o listas estáticas para mitigar este riesgo.

📡 Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol)

🎯 ¿Qué es ICMP?

ICMP (Internet Control Message Protocol) es un protocolo utilizado para enviar mensajes de control y error entre hosts y routers en una red IP. Aunque ICMP se encuentra en la capa de red, se considera parte del protocolo IP.

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📋 Funciones principales

ICMP se utiliza para:

  1. Informar sobre errores: Notificar cuando un paquete no puede ser entregado
  2. Diagnóstico de red: Herramientas como ping y traceroute usan ICMP
  3. Control de flujo: Avisar a un emisor cuando debe reducir la velocidad de envío

🔧 Mensajes ICMP comunes

🔹 Echo Request / Echo Reply (Ping)

  • Echo Request: Se envía para verificar si un host está activo
  • Echo Reply: Respuesta del host indicando que está activo
  • Herramienta: ping usa estos mensajes

Ejemplo: 

ping 8.8.8.8
Esto envía mensajes ICMP Echo Request a la dirección 8.8.8.8 (servidor DNS de Google)

🔹 Destination Unreachable

  • Se envía cuando un router o host no puede entregar un paquete
  • Puede indicar: red inalcanzable, host inalcanzable, puerto inalcanzable, etc.

🔹 Time Exceeded

  • Se envía cuando el TTL de un paquete llega a cero
  • También se usa por traceroute para descubrir la ruta

🔹 Redirect

  • Un router informa a un host de que hay una ruta mejor para llegar a un destino

🔧 Herramientas que usan ICMP

  • ping: Verifica conectividad y latencia
  • traceroute / tracert: Muestra la ruta que siguen los paquetes
  • pathping: Combina ping y traceroute

router Routers

🎯 Concepto

Un router —también conocido como enrutador o encaminador de paquetes— es un dispositivo que proporciona conectividad a nivel de red o nivel tres en el modelo OSI. Su función principal consiste en enviar o encaminar paquetes de datos de una red a otra, es decir, interconectar subredes, entendiendo por subred un conjunto de máquinas IP que se pueden comunicar sin la intervención de un encaminador.

Ejemplo de router doméstico (SOHO)

🔌 Tipos de conexiones

Los tres tipos básicos de conexiones de un router son:

🔹 Interfaces LAN

Las interfaces LAN permiten que el router pueda conectarse a la red de área local. Esto es por lo general algún tipo de Ethernet. Sin embargo, podría haber alguna otra tecnología LAN tales como Token Ring o modo de transferencia asíncrono (ATM).

🔹 Interfaces WAN

Las conexiones de red de área amplia (WAN) proporcionan conexiones a través de un proveedor de servicio a un sitio lejano o con Internet. Estos pueden ser conexiones en serie o cualquier número de otras interfaces WAN. Con algunos tipos de interfaces WAN, se requiere un dispositivo externo, para conectar el router a la conexión local del proveedor de servicios. Con otros tipos de conexiones WAN, el router puede estar conectado directamente al proveedor de servicios.

🔹 Puertos de gestión

La función de los puertos de gestión es diferente de las demás conexiones. Las conexiones LAN y WAN proporcionan conexiones de red a través del cual se transmiten los paquetes. El puerto de gestión proporciona una conexión basada en texto para la configuración y solución de problemas del enrutador. Las interfaces de administración comunes son la consola y el puerto auxiliar. Estos son puertos serie asíncronos EIA-232. Se conectan a un puerto de comunicaciones en un ordenador. El equipo debe ejecutar un programa de emulación de terminal para proporcionar una sesión basada en texto con el router. A través de esta sesión el administrador de red puede administrar el dispositivo.

Ejemplo de router con interfaces LAN y WAN visibles

⚙️ Configuración de clientes

📋 Parámetros necesarios

Para que un cliente pueda conectarse a una red IP, necesita configurar los siguientes parámetros:

  1. Dirección IP: Identificador único del host en la red
  2. Máscara de red (Subnet Mask): Identifica la parte de red y host de la IP
  3. Puerta de enlace (Gateway): Dirección IP del router que conecta la red local con otras redes
  4. Servidores DNS: Direcciones IP de los servidores DNS que resuelven nombres de dominio a direcciones IP

⚙️ Configuración automática: DHCP

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) es un protocolo que permite asignar automáticamente los parámetros de red a los clientes. El servidor DHCP proporciona:

  • Dirección IP
  • Máscara de red
  • Puerta de enlace
  • Servidores DNS

Ventajas:

  • Facilita la administración de la red
  • Evita conflictos de direcciones IP
  • Permite reutilizar direcciones IP cuando los clientes se desconectan

🔧 Configuración manual

Cuando se configura manualmente, el administrador debe introducir todos los parámetros:

En Windows:

  • Panel de Control → Redes e Internet → Centro de redes y recursos compartidos
  • Cambiar configuración del adaptador → Propiedades → Protocolo de Internet versión 4 (TCP/IPv4)

En Linux:

  • Archivo /etc/network/interfaces o mediante nmcli (NetworkManager)
  • Comandos ip addr add e ip route add

✅ Comprobaciones básicas

Para verificar que la configuración es correcta, se deben realizar las siguientes comprobaciones en orden:

  1. ping localhost (127.0.0.1): Verifica que el stack TCP/IP funciona
  2. ping IP local: Verifica que la interfaz de red funciona
  3. Ver tabla de rutas: Confirma que hay una ruta por defecto
  4. ping puerta de enlace: Verifica conectividad con el router
  5. ping a IP externa (ej: 8.8.8.8): Verifica conectividad con Internet
  6. ping a un nombre de dominio (ej: www.google.com): Verifica que el DNS funciona

Ejemplo de comandos:

# Windows
ping 127.0.0.1
ping 192.168.1.1
ping 8.8.8.8
ping www.google.com

# Linux
ping 127.0.0.1
ping 192.168.1.1
ping 8.8.8.8
ping www.google.com

🛰️ Ejemplo de dig -x (consulta inversa DNS)

La herramienta dig permite realizar consultas DNS. El parámetro -x sirve para realizar una consulta inversa: dado una dirección IP, nos dice el nombre de dominio asociado (si existe).

Ejemplo de uso:

dig -x 8.8.8.8

Salida esperada (parte relevante): 

;; ANSWER SECTION:
8.8.8.8.in-addr.arpa.  123 IN PTR dns.google.

Esto indica que la dirección IP 8.8.8.8 corresponde a dns.google. (según el DNS inverso). Si una IP no tiene un registro PTR asociado, la respuesta estará vacía o indicará que no existe.

Nota:
dig -x es útil para verificar el nombre asociado a una IP en configuraciones de red, servicios de correo electrónico, auditorías, etc.

📝 Actividades

Formato de entrega

Para la entrega de las actividades, genera un documento con la práctica descrita a continuación. Deberás crear un archivo PDF con el siguiente formato de nombre: ACXXX.pdf o PRXXX.pdf, donde las X representan el número de la actividad. Una vez finalizada la práctica, sube el archivo a Aules (antes de la fecha de vencimiento) para su calificación.

  • AC601. (RA1 // CE1a, CE1c // 1-3p). Identifica las partes de una dirección IPv4 y calcula máscaras de subred. Elabora un documento que incluya:

    • Dada la dirección 192.168.10.45/24, indica:
      • ¿Cuál es la dirección de red?
      • ¿Cuál es la dirección de broadcast?
      • ¿Cuántos hosts puede tener esta subred?
      • ¿Cuáles son las direcciones IP válidas para hosts?
    • Realiza cálculos similares con al menos 3 direcciones más con diferentes prefijos CIDR
    • Explica el proceso paso a paso para calcular cada apartado

  • AC602. (RA1 // CE1a, CE1c // 1-3p). Uso de CIDR y tablas de prefijos. Elabora un informe que incluya:

    • Crea varios bloques IPv4 con prefijos /24, /16, /8 e indica:
      • Número de direcciones IP totales de cada bloque
      • Número de direcciones IP válidas para hosts (descontando red y broadcast)
      • Ejemplo de dirección de red y broadcast para cada prefijo
    • Explica las ventajas de usar CIDR frente a las clases tradicionales

  • AC603. (RA1 // CE1a, CE1c // 1-3p). Validación de direcciones IPv4. Elabora un documento que incluya:

    • De las siguientes direcciones IPv4, identifica cuáles son inválidas y explica por qué:
      1. 1.1.1.1
      2. 2.2.2.200
      3. 200.260.0.3
      4. 4.4.4.4.4
      5. 5.0.0.300
      6. 256.244.244.4
      7. 700.1000.100
      8. 0.0.0.0
      9. 255.255.255.255
    • Explica las reglas para validar una dirección IPv4
    • Indica qué valores son válidos para cada octeto de una dirección IP

  • AC604. (RA1 // CE1a, CE1c // 1-3p). Direcciones IPv4 especiales. Elabora un informe que incluya:

    • Para cada una de las siguientes direcciones, indica qué significado tienen:

      1. 127.0.0.1
      1. 0.0.0.0
      2. 255.255.255.255
      3. 10.255.255.255
      4. 192.168.1.255
      5. 172.16.255.255
      6. 10.0.0.0
      7. 172.16.0.0
      8. 192.168.0.0
        • Explica cuándo se utiliza cada tipo de dirección especial
        • Indica qué direcciones son de loopback, broadcast o dirección de red

  • AC605. (RA1 // CE1a, CE1c // 1-3p). Direcciones IP reservadas y máscaras. Elabora un documento que incluya:

    • Para las siguientes direcciones, indica la máscara por defecto y si son o no reservadas para redes privadas:
      1. 127.0.0.1
      2. 8.8.8.8
      3. 10.2.2.2
      4. 169.254.254.254
      5. 169.254.3.2
      6. 192.168.1.254
      7. 172.16.55.55
      8. 10.0.0.1
      9. 2.2.3.0
      10. 2.1.0.0
      11. 172.16.1.0
      12. 192.168.0.1
      13. 198.164.2.3
      14. 1.0.0.1
    • Explica qué son las direcciones APIPA (169.254.x.x) y cuándo se utilizan
    • Indica los rangos de direcciones IP privadas según RFC 1918

  • AC606. (RA1 // CE1a, CE1c // 1-3p). Redes privadas. Elabora un informe que incluya:

    • ¿Cuántas redes privadas de clase A tenemos? ¿Cuántos equipos tiene cada una?
    • ¿Cuántas redes privadas de clase B tenemos? ¿Cuántos equipos tiene cada una?
    • ¿Cuántas redes privadas de clase C tenemos? ¿Cuántos equipos tiene cada una?
    • Explica por qué se reservaron estos rangos para uso privado
    • Indica las ventajas de usar direcciones IP privadas en redes locales