Funcionamiento de las Capas de Enlace y Red: Protocolo IP, NAT y Subnetting

Capa de Enlace de Datos

La capa de enlace de datos se encarga de preparar los paquetes de la capa de red para ser transmitidos, controlar el acceso al medio físico, gestionar el direccionamiento físico y la gestión de errores.

Servicios de la Capa de Enlace

• Entramado: Los protocolos de este nivel encapsulan los datos de la capa de red en una trama.
• Acceso al medio: Implementa métodos para evitar colisiones, controlando y regulando el acceso al medio para transmitir.
• Sincronismo: Sincroniza el reloj del emisor y el receptor para poder interpretar correctamente todos los bits transmitidos.
• Direccionamiento físico: Permite distinguir de forma inequívoca cada nodo de la red.
• Control de flujo: Es necesario ajustar la velocidad de envío de las tramas para evitar su pérdida por saturación del receptor.
• Detección y corrección de errores: Algunos protocolos detectan los errores y otros permiten corregirlos activamente.
• Entrega fiable: Garantiza que se han entregado los datos (especialmente crítico en medios inalámbricos).

Capa de Red

La capa de red tiene como objetivo dirigir los paquetes de un host a otro, aunque estén muy separados a nivel geográfico, encargándose de encaminar los datos.

Funciones Principales

• Encaminamiento (Routing).
• Direccionamiento.
• Control de congestión.
• Calidad de servicio (QoS).

Características del Protocolo IP

• Sin conexión: No se requiere un intercambio de datos previo para controlar la conexión; las capas superiores deberán solucionar los problemas de sesión.
• No confiable: Trata de transportar los paquetes con la menor carga posible (el encabezado IP es pequeño). No garantiza la recepción de los paquetes enviados.
• Independiente de los medios: El protocolo IP no está limitado por el tipo de medio físico. La capa de enlace se encarga de preparar los paquetes, mientras que IP debe tratar la MTU (Unidad Máxima de Transferencia) del medio, pudiendo adaptar el tamaño del paquete si es necesario.

Direccionamiento IP: Clases y Rangos Privados

Clases de Direcciones IP

• Clase A: 1 - 127
• Clase B: 128 - 191
• Clase C: 192 - 223

Direcciones IP Privadas

• Rango Clase A: 10.0.0.0 a 10.255.255.255
• Rango Clase B: 172.16.0.0 a 172.31.255.255
• Rango Clase C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255

NAT (Network Address Translation)

El sistema NAT permite ahorrar muchas direcciones IP, ya que con una sola IP pública pueden coexistir muchos dispositivos con direcciones IP privadas. El router "presta" la IP pública; la comunicación debe pasar por una red pública para que haya comunicación entre un host de una red privada y el exterior.

Tipos de NAT

• Estático: El router solo dispone de una IP pública y se convierte una IP privada específica en una pública de forma fija.
• Dinámico: El router utiliza varias direcciones IP públicas y decide qué IP pública asignar a un host que quiere salir de una red privada.

Subnetting

El Subnetting es una técnica que nos permite dividir una red en subredes más pequeñas con los siguientes objetivos:

• Reducir el tráfico de la red.
• Optimizar el rendimiento general de la red.
• Segmentar la red para mejorar la administración y seguridad.