La capa de red. Volumen I : Introducción
 
Ha llegado la hora de hablar de la capa de red, esta parte será de las más largas ya que queremos hacerla bastante extensa, para algo estamos en Redes Zone, ¿no?
En estos volúmenes hablaremos de las dos principales funciones de la capa de red, forwarding y routing.
También hablaremos sobre routers, sobre direcciones IP  (IPv4 ya que la seguiremos utilizando en entornos locales), sobre NAT y por supuesto de IPv6.
En ésta última parte nos centraremos más para solucionar todas vuestras dudas (que creo que son muchas) sobre lo que se nos viene encima próximamente, esta parte tendrá artículos más extensos (que no muchos más volúmenes).
La capa de red en internet se encarga de transportar los paquetes desde un emisor hasta un host receptor, y lo hace mediante dos funciones principales:
- Forwarding (reenvío): cuando un paquete llega al router, éste lo reenvía por el enlace de salida adecuado. No debemos confundir esto con el reenvío de puertos ya que eso es por la NAT que tenemos en los routers, pero es muy parecido.
- Routing (enrutamiento): La función de routing se encarga de determinar la ruta por dónde van los paquetes, atravesando distintos enlaces y routers. La ruta host a host se calcula con algoritmos de enrutamiento.
Todos los routers tienen una tabla de reenvío, esta tabla hace posible el reenvío. Primero se examina la cabecera de los paquetes, y luego se busca una coincidencia en la tabla de reenvío y a continuación se envía por el enlace de salida adecuado.
El algoritmo de enrutamiento determina los datos de la tabla de reenvío. Estos algoritmos pueden ser centralizados o descentralizados. Gracias a los algoritmos de enrutamiento, las tablas de reenvío se actualizan rápida y automáticamente.
Servicios que podría proporcionar la capa de red
Cuando un paquete pasa de la capa de transporte a la capa de red (recordemos que los datos bajan por la pila de protocolos hasta la capa física para su propagación), la capa de red proporciona los siguientes servicios:
- Fiabilidad: se garantiza la entrega de los datos.
- Retardo limitado: la entrega se realiza dentro de unos límites de tiempo. Si no garantizara un retardo limitado, las video-llamadas cono Skype podrían no funcionar ya que un paquete tardaría 50ms y otro 1000ms. De esta forma el margen superior se limita para garantizar la entrega a tiempo.
- Entrega en orden: los paquetes enviados se envían y se reciben en orden.
- Ancho de banda mínimo: este servicio proporcionará un ancho de banda mínimo garantizado para el envío de paquetes.
- Jitter limitado: la fluctuación de paquetes máxima entre el primer paquete envíado y los posteriores no podrán tardar más que el límite.
- Cifrado de datos: los datos pordrían ir cifrados para evitar escuchas.
Todo esto se puede resumir en dos palabras: best-effort. Esto significa que la capa de red de Internet hará el mayor esfuerzo para cumplir con todos los servicios, pero que no garantiza ninguno en absoluto.
********************************************

La capa de red. Volumen II: Arquitectura ATM
 
Volvemos nuevamente para explicaros cómo están construidas las diferentes capas de la arquitectura de Internet para que entendáis cómo funciona todo por dentro.
En el anterior artículo hablamos sobre las  dos principales funciones que realiza la capa de red (forwarding y routing).
También hablamos sobre los principales servicios que podría ofrecer la capa de red (fiabilidad, a tiempo, en orden, ancho de banda mínimo, jitter máximo y cifrado de datos), también explicamos el servicio de mejor esfuerzo en Internet.
En este artículo hablamos de la arquitectura ATM, que proporciona más garantías que el servicio best-effort de Internet como veréis a continuación.
La arquitectura ATM es capaz de proporcionar varios servicios, es decir, diferentes conexiones pueden ofrecer distintas clases de servicio dentro de una misma red. Es una tecnología de comunicaciones desarrollada para hacer frente a la gran demanda de tráfico.
La arquitectura ATM tiene cuatro modelos de servicios principales:
- CBR (Constant Bit Rate): garantiza una velocidad constante y sin pérdidas. Se encarga de dividir la capacidad total de ancho de banda, la entrega es en orden y dentro de unos espacios de tiempo predefinidos, no se produce congestión. Es una simulación de redes LAN y PPP (Punto a Punto). Es perfecto para transmisión de voz y vídeo.
- VBR (Variable Bit Rate): La tasa velocidad es variable, se utiliza sobre la capacidad no utilizada por CBR, está pensado para tráfico a ráfagas y asegurar un caudal mínimo.
- UBR (Unespecified Bit Rate): la velocidad no está especificada, utiliza el ancho de banda restante. El tráfico que usa este servicio puede ser descartado por los conmutadores en caso de congestión. Es utilizado por aplicaciones que toleran la pérdida de paquetes, como TCP (en anteriores artículos vimos que TCP es fiable y orientado a conexión, si hay pérdidas, se encarga del reenvío de los paquetes).
- ABR (Available Bit Rate): se garantiza un mínimo de ancho de banda, pero no garantiza la entrega fiable de los paquetes ni la temporización, sin embargo, la entrega sí es en orden. Podemos conocer si hay congestión. Este servicio hace una mejor gestión de la capacidad sobrante que UBR. Existe una realimentación de paquetes para evitar la pérdida y la congestión.
********************************************

 
La capa de red. Volumen III : Circuitos virtuales y datagramas
En los dos volúmenes anteriores hablamos de las principales funciones de la capa de red, y también hablamos sobre la arquitectura ATM.
Ahora vamos a hablar de los circuitos virtuales y de la red de datagramas.
Los servicios proporcionados por la capa de red son host a host, y pueden ser orientados a conexión o sin conexión. Esto es muy parecido a lo que ocurría en la capa de transporte.
Un servicio orientado a conexión antes de empezar a transportar paquetes, establece la conexión con unas determinadas reglas, es decir, hay un acuerdo (como ocurría con TCP). Sin embargo, un servicio no orientado a conexión no hay un proceso de acuerdo (como en UDP).
El servicio orientado a conexión son los circuitos virtuales, y el servicio no orientado a conexión son la red de datagramas.
Circuitos Virtuales
Una red de circuitos virtuales tiene una ruta con enlaces y routers para comunicar los host origen y destino, distintos números de circuito virtual para diferenciarlos de otros y una tabla de reenvío en los routers. Los routers deben mantener el estado de las conexión activas, es decir, deben actualizar constantemente su tabla de reenvío, tanto para añadir como para borrar entradas.
En un circuito virtual podemos diferenciar tres fases:
- Apertura de la conexión: se añade una entrada en la tabla de reenvío, se determina la ruta entre el emisor y el receptor, se reservan recursos (ancho de banda). Debemos tener en cuenta que esta conexión se realiza a través de varios enlaces y routers por lo que todos los routers deben actualizar sus tablas de reenvío.
- Transferencia de paquetes: en esta fase se transfieren los datos necesarios.
- Cierre de la conexión: una vez terminada la fase de transferencia, se cierra la conexión avisando al otro nodo y se actualizan las tablas de reenvío de todos los routers.
Redes de datagramas
Cada vez que un host desea enviar un paquete, introduce en el paquete la dirección del sistema terminal de destino y luego lo envía a la red, no se configuran circuitos virtuales (datagramas == no orientado a conexión), la introducción de estas direcciones ocurre en cada salto, es decir, por cada router donde el paquete pasa, debe introducir la dirección del siguiente hasta llegar al destino.
Las entradas en la tabla de reenvío son en binario, y cada dirección de 0 y 1 está asociado a una interfaz del router. Si hay varias coincidencias en la tabla, se opta por aplicar la regla del prefijo más largo (busca la entrada más larga en la tabla).
Los routers en las redes de datagramas, no guardan el estado de la conexión pero sí mantienen la tabla de reenvío. Estas tablas son modificadas por los algoritmos de enrutamiento. En los circuitos virtuales, una vez establecida la conexión, la ruta no cambia.
Por tanto llegamos a la conclusión de que en una red de datagramas los paquetes pueden llegar desordenados ya que la ruta cambia y podemos coger rutas más largas o más cortas que los paquetes anteriores.
Hasta aquí hemos llegado con los circuitos virtuales y la red de datagramas…próxima parada direccionamiento IP.