5. Capa 3: Red (Network)
La capa de red se encarga de que los datos viajen entre redes distintas, eligiendo la mejor ruta disponible y asignando direcciones lógicas que trascienden el medio físico. Aquí nacen los conceptos de paquetes, enrutamiento dinámico y políticas de control de tráfico que mantienen Internet funcionando a escala planetaria.
Su arquitectura se apoya en protocolos como el Internet Protocol (IP), que define la estructura de los paquetes y cómo deben encaminarse a lo largo de múltiples saltos. Al mismo tiempo, otros protocolos auxiliares aseguran la detección de errores, la resolución de direcciones y la retroalimentación hacia capas superiores.
5.1 Enrutamiento y direccionamiento lógico (IP)
El direccionamiento lógico separa la identidad del dispositivo (su dirección IP) de su ubicación física exacta. Esto permite mover hosts, reconfigurar redes o cambiar de proveedor sin alterar el funcionamiento de las aplicaciones. Los routers utilizan tablas de enrutamiento para decidir el siguiente salto según la dirección destino.
El direccionamiento IP se organiza en prefijos o redes, lo que facilita resumir rutas (route summarization) y reducir el tamaño de las tablas. Existen dos grandes versiones:
- IPv4: direcciones de 32 bits expresadas en notación decimal con puntos. Se apoya en técnicas como CIDR, NAT y subredes para extender su vida útil.
- IPv6: direcciones de 128 bits representadas en hexadecimal. Elimina la necesidad de NAT, incorpora autoconfiguración (SLAAC) y mejora la seguridad con IPSec obligatorio en la especificación.
El enrutamiento puede ser estático o dinámico:
- Estático: un administrador define manualmente las rutas. Es simple pero no se adapta a fallas automáticamente.
- Dinámico: protocolos como OSPF, IS-IS o BGP intercambian información con otros routers para descubrir caminos disponibles y calcular métricas óptimas.
Sin importar la estrategia, la capa 3 debe garantizar que cada paquete tenga una dirección de origen válida, una dirección de destino alcanzable y un número de saltos máximo (TTL en IPv4 o Hop Limit en IPv6) que evite bucles infinitos.
5.2 Paquetes y control del tráfico entre redes
Un paquete de capa 3 incluye encabezados que describen el tamaño total, la fragmentación, los servicios solicitados (campo DSCP/ToS) y los identificadores necesarios para rearmar la información en destino. Cada router examina esos encabezados y toma decisiones rápidas sin necesidad de interpretar el contenido de capa 4 o 7.
Las funciones clave de control de tráfico incluyen:
- Fragmentación y reensamblado: si un enlace no soporta el tamaño del paquete, la capa 3 puede fragmentarlo (en IPv4) o indicar con MTU Discovery que se envíen unidades más pequeñas.
- Calidad de servicio (QoS): los campos DSCP/Traffic Class permiten priorizar voz, video o datos críticos mediante colas y políticas específicas.
- Filtrado y listas de control de acceso (ACL): los routers filtran paquetes con criterios de dirección, protocolo o puertos, creando fronteras de seguridad entre redes.
- Balanceo y redundancia: técnicas como ECMP o HSRP mantienen el tráfico fluyendo incluso si falla un enlace o un router completo.
Gracias a estas capacidades, la capa de red convierte múltiples enlaces independientes en una infraestructura coherente, respetando límites administrativos y optimizando el uso de recursos disponibles.
5.3 Ejemplos: IP, ICMP, ARP
Tres protocolos emblemáticos ilustran el trabajo cotidiano de la capa 3:
- IP: se encarga de direccionar y entregar paquetes sin garantía de llegada, lo que se conoce como servicio de mejor esfuerzo. Define campos como versión, longitud, identificador, banderas y TTL, además de direcciones de origen y destino.
- ICMP (Internet Control Message Protocol): permite enviar mensajes de diagnóstico como echo request/reply (ping), notificaciones de red inalcanzable o control de congestion (Source Quench en versiones antiguas). Aunque se transporta dentro de IP, se considera parte integral de la capa de red porque facilita la retroalimentación sobre el estado de la ruta.
- ARP (Address Resolution Protocol): traduce direcciones IP a direcciones MAC dentro de la misma red. Opera mediante solicitudes broadcast y respuestas unicast, manteniendo una caché temporal en cada host.
Estos protocolos trabajan en conjunto: IP crea los paquetes, ICMP ayuda a comprobar que llegan correctamente y ARP enlaza el mundo lógico con el físico. Entenderlos es fundamental para diagnosticar problemas cotidianos como pérdidas de conectividad, duplicidad de direcciones o latencia elevada.
