¿En qué consiste la capa 3 del modelo OSI? Red

La capa 3 del modelo de referencia OSI es una de las más estudiadas, por lo menos en los cursos que incluyen Internet, pero aún así hay mucha gente que todavía necesita comprender la imagen general. En ésta entrada describiré las funciones de la capa de red o capa 3 del modelo OSI y mencionaré algunos ejemplos. Disfrútenlo.

Introducción

Antes de comenzar hay que recordar que el modelo de referencia OSI es un modelo de funciones complementarias que se acumulan. Es decir, para poder realizar las funciones de la capa 3 es necesario que ya se hayan realizado las funciones de la capa 1 y 2 cuando se está desencapsulando una unidad de datos y, a su vez, a las funciones de la capa 3 es necesario aplicarle las funciones de capa 2 y 1 cuando se encapsulan unidades de datos. No sólo eso, sino que algunos datos de capa 2 son necesarios para poder continuar el proceso después de efectuar los procesos de ésta capa, por ejemplo, con qué dirección física se debe encapsular una trama.

Funciones de la capa de red

Básicamente, ésta capa permite identificar los nodos finales de una comunicación, en éste caso los nodos finales no tienen acceso directo uno a otro sino a través de otros dispositivos. La capa 3 ó capa de red es la encargada de permitir que la información fluya por redes diferentes o, en otras palabras, por redes separadas entre sí por otras redes. Usualmente esta separación consiste en enrutadores o dispositivos de capa de red. La unidad de datos de la capa 3 se llama paquete y para que un dispositivo de capa de red pueda reenviar un paquete que le llega a cualquiera de sus puertos, es necesario que las funciones de capa de red soporten la distinción de las redes o, en una especie de metáfora, la identificación de los lugares, entendiendo lugar como hacia dónde se encuentra la red destino de ese paquete. Lo que he descrito en las frases anteriores es conocido como enrutamiento o encaminamiento, que consiste en recibir un paquete y reenviarlo por un puerto por el que se garantice que estará más cerca a su destino final.

Dado que lo primero es identificar las ubicaciones de los nodos, las direcciones de un protocolo que acuse ser de capa de red deben tener dos partes:

• Parte de red
• Parte de host

De ésta manera con la dirección de un nodo se puede enrutar por dispositivos que manejen diferentes redes y ubicar un nodo dentro de su red particular (con el número de host). Un protocolo que se considera de capa 3 es IPX, dado que los administradores eligen el número de la red (32 bits) y la MAC (48 bits) se toma como número de host. Otro protocolo de capa de red es IS-IS que usa unas direcciones llamadas CLNP (nombre de otro protocolo), que teniendo una estructura un poco más compleja que las dos partes que he mencionado, también distinguen en su dirección el número de la red y el número del nodo particular dentro de esa red.

Con base en lo anterior, se reconoce la primer y más importante función de la capa de red: el direccionamiento lógico. Se dice direccionamiento lógico para enfatizar que es diferente al direccionamiento físico de la capa dos y además porque la capa de enlace de datos supone que hay conexión directa entre los nodos y la capa de red supone que los nodos no tienen conectividad directa y por lo tanto deberán ser enrutados.

Otras funciones que cumple usualmente la capa de red son la fragmentación en un enlace (en caso de que se pueda), que consiste en permitir que un paquete grande se divida en varios paquetes pequeños, siendo responsabilidad del protocolo de capa 3 en uso, llevar control de cuántos y cuáles fueron los fragmentos en los que se dividió un paquete, con IP eso sólo puede suceder en un enlace directo o punto a punto.

Otra función, no directa, de la capa 3 es el enrutamiento. Éste, como proceso, se lleva a cabo en la capa 3, dado que es allí donde se puede acceder a las direcciones de red y saber hacia dónde se puede reenviar el paquete. Para conocer la información de redes, se clasifican los protocolos en dos tipos: enrutables y de enrutamiento. Un protocolo enrutable es cualquier protocolo que tenga la estructura mencionada y se usa para transportar la información de los nodos finales. Un protocolo de enrutamiento es un protocolo especial que se envían los enrutadores entre sí para intercambiar información sobre redes y sus ubicaciones, éstos protocolos no transportan información de los usuarios finales sino de los enrutadores, yo acostumbro decir que el tráfico está clasificado en tráfico utilitario (de usuarios y nodos finales) y tráfico de control, evidentemente el tráfico de protocolos de enrutamiento está clasificado como tráfico de control.

Existen algunas funciones adicionales que se adjuntan en la práctica a ésta capa, por ejempo, el mapeado de direcciones lógicas a direcciones físicas en ethernet se hace con un protocolo que se considera de capa 3 (ARP), la obtención automática de una dirección, una porción de la calidad de servicio (QoS), etc.

Protocolo de Internet (IP)

Todos conocemos que el conjunto de protocolos de internet se conocen genéricamente como TCP/IP, pues IP es el protocolo de internet que soporta las funciones de capa 3, de hecho su traducción directa es protocolo de interredes (Internet Protocol). El protocolo de internet tiene en sus encabezados datos como la versión, las direcciones origen y destino, una banderas que controlan la fragmentación en un enlace directo, otras banderas para calidad de servicio y un campo especial para adicionar opciones que extienden la funcionalidad del encabezado pero que no siempre están presentes, por ejemplo, la encapsulación segura (ESP por sus siglas en inglés Encapsulating Security Payload).

IP consiste en una dirección de 32, los nodos que soportan IP también asocian a la dirección una máscara de subred que indica al nodo qué parte de su dirección es la parte de red y qué parte es la de host, eso le sirve para comparar su dirección con otras y determinar si la red es igual o no. Diseñar la forma de numerar nodos en una red IP se llama subnetting o hacer subredes y de ésto he escrito una lección completa que explora desde lo conceptual hasta la práctica y adicionalmente se desarrollan dos ejemplos con dos ejercicios: fáciles y difíciles.

Conclusiones

A estas alturas se hace evidente cómo cada capa complementa la anterior. La capa 3 aporta un nuevo identificador de nodo de red, así como la capa dos, pero sus funciones y alcances son diferentes a tal punto que son complementarios. ¿Cómo se distinguen los datos de una aplicación a otra en un mismo nodo?, ¿cómo se distingue un usuario de la misma aplicación, en la misma sesión, del mismo nodo? Esas son preguntas que deben resolver los otros protocolos de capas superiores, en la misma dinámica de complementar las funciones para completar un proceso de comunicación de datos completo. Sigan pendientes que las próximas publicaciones resuelven esas preguntas.

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