Como la capa 3 es la mas importante e interesante de todas la he dividido en dos partes para que no fuese demasiado larga. Antes de ver la siguiente capa hay que ver cómo funcionan los routers para encontrar las distintas redes. Tema también muy interesante que completará esta introducción a las redes.

En las redes existen dos esquemas de direccionamiento: el primero utiliza la dirección MAC, que si recuerdas era una dirección de enlace de datos (Capa 2); el segundo, utiliza una dirección ubicada en la capa de red (Capa 3) del modelo OSI, es decir una dirección IP. Un router es un tipo de dispositivo de red que transporta paquetes de datos entre redes, basándose en las direcciones de Capa 3. Un router tiene la capacidad de tomar decisiones inteligentes con respecto a la mejor ruta para la entrega de datos en la red

Los puentes y los switches usan direcciones físicas (direcciones MAC) para tomar decisiones para el envío de datos. Los routers usan un esquema de direccionamiento de Capa 3 para tomar estas decisiones, utilizan direcciones IP (direcciones lógicas) en lugar de direcciones MAC. 

El fabricante de las tarjetas de red es el que asigna las direcciones físicas o direcciones MAC, que se codifican de forma permanente en la tarjeta. En cambio, las direcciones lógicas (IP) las asigna el administrador de red (si, nosotros), normalmente estableceremos un criterio que agrupe los dispositivos según su ubicación geográfica, departamento o planta dentro de un edificio. Como se configuran por software en nuestro Windows las direcciones IP se pueden cambiar con bastante  facilidad. Así como para conectar redes contiguas vamos a utilizar puentes, para conectar redes separadas y acceder a Internet utilizaremos los routers a través del enrutamiento. Como ves acabamos de resumir todo lo visto hasta ahora en un párrafo ¿a que ya es mas fácil de entender?

Los routers conectan dos o más redes, cada una de las cuales debe tener un número de red exclusivo para que el enrutamiento se produzca con éxito. El número de red exclusivo se incorpora a la dirección IP que se le asigna a cada dispositivo conectado a esa red.

Ejemplo:

Una red tiene un número de red exclusivo, "A", y tiene cuatro dispositivos conectados a esa red. Las direcciones IP de los dispositivos son A2, A3, A4 y A5. Como se considera que la interfaz en la que el router se conecta a la red forma parte de dicha red, la interfaz donde el router se conecta a la red "A" tiene una dirección IP "A1".
 

Ejemplo:

Otra red, con un número de red exclusivo "B", tiene cuatro dispositivos conectados a esa red. Esta red también está conectada al mismo router pero en una interfaz distinta. Las direcciones IP de los dispositivos de esta segunda red son B2, B3, B4 y B5. La dirección IP de la segunda interfaz del router es B1.

Ejemplo:

Ahora queremos enviar datos desde una red a otra. La red origen es "A"; la red destino es "B" y el router se conecta a las redes "A, "B", "C" y "D". Cuando los datos (tramas) que vienen desde la red "A" llegan al router, el router ejecuta las siguientes funciones:

1. Extrae el encabezado de enlace de datos que transporta la trama. (El encabezado de enlace de datos contiene las direcciones MAC origen y destino).
2. Examina la dirección de la capa de red para determinar cuál es la red destino.
3. Consulta las tablas de enrutamiento para determinar cuál de las interfaces usará para enviar los datos, a fin de que lleguen a la red destino.

Fíjate en el gráfico, el router debe tener una dirección de cada red para poder entenderse:

En el ejemplo, el router determina que debe enviar los datos desde la red "A " a la red "B" desde su interfaz, con la dirección "B1". Antes de enviar realmente los datos desde la interfaz "B1", el router encapsula los datos en la trama de enlace de datos correspondiente

Que en una red mas grande...

Una vez que hemos determinado el esquema de direccionamiento para una red, debemos seleccionar el método para asignar direcciones a los distintos equipos que componen nuestra red. Existen principalmente dos métodos de asignación de direcciones IP: direccionamiento estático y direccionamiento dinámico (o automático). Independientemente de qué esquema de direccionamiento utilicemos, dos interfaces no pueden tener la misma dirección IP.

Si asignamos direcciones IP de modo estático, debemos ir físicamente a cada dispositivo y configurarlo con una dirección IP. Este método requiere que se guarden registros muy detallados, ya que pueden ocurrir problemas en la red si se utilizan direcciones IP duplicadas. Algunos sistemas operativos como por ejemplo Windows 95 y Windows NT, envían una petición ARP para verificar si existe una dirección IP duplicada cuando tratan de iniciar TCP/IP. Si descubren que hay una dirección duplicada, los sistemas operativos no inicializan TCP/IP y muestran un mensaje de error. Además, es importante mantener registros porque no todos los sistemas operativos identifican las direcciones IP duplicadas y puede que tengamos problemas intermitentes de difícil localización.

Hay varios métodos distintos que se pueden usar para asignar direcciones IP de forma dinámica pero sólo comentaremos ahora el mas utilizado:

• Protocolo de configuración dinámica del host (DHCP)
  DHCP permite a los equipos obtener de forma automática una dirección IP. Todo lo que se necesita al usar el servidor DHCP es una pequeña definición del grupo de direcciones que va a otorgar automáticamente. Cuando los equipos se encienden contactan con este servidor DHCP y solicitan una dirección. Éste elige una dirección disponible y la asigna a este equipo. Con DHCP se puede obtener además la configuración completa del ordenador en un solo mensaje (por ej., junto con la dirección IP, el servidor también puede enviar una máscara de subred, servidores DNS, gateway...).

Esta va a ser ya una de las funciones de nuestro servidor Windows 2003: otorgar direcciones IP a los equipos mediante el servicio DHCP. En la configuración de red de Windows habría que configurarlo así:

Veamos ahora cómo se las apaña la red para darnos una dirección de forma automática cuando encendemos el ordenador. Partimos de que en nuestra red hay un Windows 2003 Server con el servicio DHCP en marcha y que está configurado.

Cuando un cliente DHCP inicia la sesión, entra en el estado de inicialización. Envía mensajes de broadcast DHCPDISCOVER. Es decir, al hacer una petición Broadcast lo que hace es preguntar a todos los equipos a ver si alguno es un servidor de DHCP. Una vez que ha enviado los paquetes DHCPDISCOVER, el cliente pasa al estado de selección y recolecta respuestas DHCPOFFER del servidor DHCP si existe. 

El cliente selecciona entonces la primera respuesta que recibe y negocia el tiempo de concesión (cantidad de tiempo que puede mantener la dirección sin tener que renovarla) con el servidor DHCP enviando un paquete DHCPREQUEST. El servidor DHCP reconoce una petición del cliente con un paquete DHCPACK. Entonces el cliente pasa a un estado de enlace y comienza a usar la dirección.

Ya ves que aquí el broadcast ha sido imprescindible: encendemos el ordenador, preguntamos si hay algún servidor de DHCP en toda la red y si lo hay me asigna de forma automática la dirección IP. Fíjate la diferencia de esto respecto a tener que ir equipo a equipo poniendo de forma manual las direcciones sabiendo que si alguna vez repetimos una accidentalmente provocaremos un error grave de red y el equipo no funcionará.