La capa de red: cómo viajan los paquetes entre redes
La capa de red es la capa 3 del modelo OSI y se ocupa del direccionamiento lógico y del encaminamiento de paquetes entre redes. En las redes IP, los routers y switches multicapa consultan la dirección IP de destino y la tabla de rutas para elegir la interfaz de salida y, cuando corresponde, el siguiente salto.
Bits y señalesCapa 2
Tramas y MACCapa 3
Paquetes e IP
Acompaña esta guía con el capítulo Modelo OSI: Capa 3 Red de Network Technology Podcast. Escuchar el episodio completo en Spotify.
¿Qué es la capa 3 del modelo OSI?
La capa de red se ocupa del direccionamiento lógico y del encaminamiento de datos entre redes. Su unidad de datos se llama paquete. En las redes IP, un paquete lleva información como las direcciones de origen y destino, además del contenido que transporta.
Imagina una empresa con una red para oficinas y otra para el almacén. Un switch de capa 2 mueve tramas dentro de cada dominio de enlace. Para pasar de una subred IP a otra hace falta una función de encaminamiento, normalmente un router o un switch multicapa.
OSI es un modelo de referencia. IPv4 e IPv6 pertenecen a la capa de Internet de TCP/IP y se estudian como ejemplos de capa 3 por las funciones que realizan.
Funciones principales y dispositivos de capa 3
Direccionar
Las direcciones IP identifican interfaces dentro de una organización lógica de redes y subredes.
Encaminar
El equipo decide por qué interfaz y hacia qué siguiente salto debe enviar el paquete.
Reenviar
Un router recibe un paquete y lo entrega al siguiente enlace cuando existe una ruta utilizable y las políticas lo permiten.
Enrutamiento o routing suele referirse al aprendizaje y selección de rutas. Reenvío o forwarding es la acción de mover cada paquete según la información disponible. Las rutas pueden proceder de redes conectadas, configuración estática o protocolos dinámicos, como OSPF.
Un router representa esta capa, pero no es el único dispositivo capaz de trabajar en ella: un switch multicapa también puede encaminar. Un router doméstico reúne además otras funciones, como Wi-Fi, switch, cortafuegos y, habitualmente, NAT.
Direcciones IP, máscara y prefijo: ¿está cerca el destino?
IPv4 utiliza direcciones de 32 bits, como 192.168.10.20. Para interpretar la subred necesitamos también la máscara o longitud del prefijo. En 192.168.10.20/24, los primeros 24 bits identifican la red; la máscara equivalente es 255.255.255.0.
| Dato | Valor |
|---|---|
| Dirección del PC | 192.168.10.20/24 |
| Red | 192.168.10.0/24 |
| Hosts utilizables | 192.168.10.1 a 192.168.10.254 |
| Broadcast de la subred | 192.168.10.255 |
| Puerta de enlace del ejemplo | 192.168.10.1 |
Con una tabla sencilla que contiene la ruta local y una predeterminada, el PC alcanza directamente a 192.168.10.30, pero envía hacia su router el tráfico dirigido a 192.168.20.30. En una configuración real siempre se consulta la tabla de rutas: una VPN o una ruta más específica puede cambiar esa decisión.
Direcciones privadas y públicas
Los bloques privados IPv4 son 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 y 192.168.0.0/16. Se reutilizan en redes internas y no se anuncian como destinos públicos en Internet. No toda dirección que queda fuera de esos bloques es una dirección pública utilizable: también existen rangos reservados y de uso especial.
Para profundizar en las máscaras, consulta subnetting IPv4 paso a paso.
¿Qué contiene un paquete IP?
Un paquete IP tiene una cabecera y una carga útil. Esa carga puede ser, por ejemplo, un segmento TCP, un datagrama UDP o un mensaje ICMP. Después se encapsula en una trama para atravesar el enlace.
| Campo de IPv4 | Para qué sirve |
|---|---|
| Versión | Identifica IPv4. |
| IP origen e IP destino | Identifican el origen y el destino del paquete. |
| TTL | Limita la permanencia del paquete; se reduce al reenviarlo. |
| Protocolo | Identifica el contenido, por ejemplo TCP, UDP o ICMP. |
| Longitud total | Tamaño del paquete IPv4, incluyendo la cabecera. |
| Checksum de cabecera | Comprueba la cabecera IPv4, no la carga útil completa. |
La cabecera IPv4 habitual ocupa 20 bytes sin opciones. IPv6 utiliza una cabecera base de 40 bytes y un diseño diferente. No confundas estos tamaños con el tamaño total de la trama Ethernet.
¿Cómo elige la tabla de rutas el siguiente salto?
Una tabla de rutas relaciona prefijos de destino con una salida y, cuando hace falta, un siguiente salto. La puerta de enlace predeterminada es el router usado cuando se selecciona la ruta por defecto. No es un servidor DNS ni tiene que terminar obligatoriamente en .1.
| Destino | Siguiente salto | Salida |
|---|---|---|
| 192.168.10.0/24 | Directamente conectado | Ethernet |
| 10.0.0.0/8 | 192.168.10.2 | Ethernet |
| 10.20.30.0/24 | 192.168.10.3 | Ethernet |
| 0.0.0.0/0 | 192.168.10.1 | Ethernet |
Para llegar a 10.20.30.40 coinciden /8, /24 y /0. Se elige /24, el prefijo más largo o más específico. Para 10.50.1.8 se utiliza /8. Para 203.0.113.10 se usa /0 en este ejemplo; esta última IP está reservada para documentación y no es un destino real de pruebas.
Las métricas y preferencias intervienen al comparar rutas candidatas según el sistema. No sustituyen la regla del prefijo más largo para elegir entre destinos de distinta especificidad en la tabla de reenvío.
De un PC de oficinas a un servidor del almacén
Usamos dos redes conectadas a un único router. No hay NAT, túneles ni filtros. Las direcciones MAC se representan con nombres para facilitar la lectura.
| Equipo o interfaz | IPv4 | Gateway |
|---|---|---|
| PC A · oficinas | 192.168.10.20/24 | 192.168.10.1 |
| R1 · interfaz de oficinas | 192.168.10.1/24 | No aplica |
| R1 · interfaz de almacén | 192.168.20.1/24 | No aplica |
| Servidor B · almacén | 192.168.20.30/24 | 192.168.20.1 |
| Dato | Tramo A → R1 | Tramo R1 → B |
|---|---|---|
| IP origen | 192.168.10.20 | 192.168.10.20 |
| IP destino | 192.168.20.30 | 192.168.20.30 |
| MAC origen | MAC de A | MAC de R1-almacén |
| MAC destino | MAC de R1-oficinas | MAC de B |
| TTL del ejemplo | 64 | 63 |
Repasa la resolución del siguiente salto en la guía de ARP.
TTL, ICMP y MTU: tres conceptos esenciales
TTL: impedir que un paquete circule indefinidamente
TTL significa Time To Live. En la práctica habitual se reduce en cada router. Si un paquete llega con TTL 1 y debe reenviarse, el router lo descarta al agotarse el contador y normalmente devuelve un mensaje ICMP de tiempo excedido. IPv6 utiliza el campo Hop Limit.
ICMP: información y diagnóstico
Internet Control Message Protocol transporta mensajes de control y error. El comando ping utiliza solicitudes y respuestas de eco. tracert en Windows envía sondas con TTL creciente para descubrir saltos mediante las respuestas recibidas.
Un asterisco en tracert significa que no llegó la respuesta esperada dentro del tiempo de espera. No demuestra por sí solo que ese router esté averiado: puede filtrar o limitar esas respuestas y seguir reenviando tráfico.
MTU: cuánto cabe en el enlace
La unidad máxima de transmisión limita el tamaño del paquete que puede transportar un enlace sin fragmentación a ese nivel. En Ethernet convencional suele ser de 1500 bytes para el paquete IP, pero no es un valor universal.
En IPv4, un router puede fragmentar un paquete si hace falta y se permite; con DF (Don’t Fragment) activado, debe descartarlo si no cabe y normalmente informa mediante ICMP. En IPv6 los routers no fragmentan: notifican que el paquete es demasiado grande mediante ICMPv6 y el origen debe adaptarse. Esto explica por qué bloquear indiscriminadamente mensajes ICMP puede romper comunicaciones.
¿Qué diferencia hay entre IPv4 e IPv6 en la capa de red?
| Característica | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| Longitud de dirección | 32 bits | 128 bits |
| Ejemplo | 192.168.10.20 | 2001:db8:10::20 (documentación) |
| Límite de saltos | TTL | Hop Limit |
| Resolución de vecinos en Ethernet | ARP | Neighbor Discovery sobre ICMPv6 |
| Broadcast IP | Existe | No existe; se emplea multicast para funciones relacionadas |
| Fragmentación en routers | Posible si se permite | No |
IPv6 no es una capa nueva del modelo OSI. Sigue realizando funciones de capa de red. Neighbor Discovery también permite descubrir routers y comprobar la accesibilidad de vecinos.
Ejemplos prácticos de problemas de capa 3
Hay comunicación local, pero no con otras redes
Un PC imprime en su subred, pero no alcanza un servidor de otra red. Comprueba su máscara, gateway y tabla de rutas. Si la configuración es correcta, revisa el router, los filtros y la ruta de retorno.
Una máscara incorrecta cambia la decisión de envío
Dos equipos pueden tener direcciones parecidas y pertenecer a subredes distintas. Una máscara mal configurada puede hacer que el PC busque por ARP un destino que debería alcanzar a través de un router.
La solicitud llega, pero la respuesta no vuelve
El servidor también necesita una ruta hacia la red del cliente. Comprueba su gateway y los filtros en ambos sentidos: disponer de camino de ida no garantiza una comunicación completa.
La traza muestra asteriscos y el servicio funciona
Algunos routers filtran o limitan las respuestas a las sondas. Un asterisco indica ausencia de la respuesta esperada, pero no demuestra que el equipo haya dejado de reenviar tráfico.
Ejercicios de capa 3 con soluciones
Ejercicio 1: ¿Entrega directa o puerta de enlace?
A tiene 192.168.10.20/24 y gateway 192.168.10.1. Solo dispone de ruta local y predeterminada. ¿Cómo llega a 192.168.10.90 y a 192.168.20.90?
Mostrar solución razonada
A 192.168.10.90 directamente por su enlace. A 192.168.20.90 mediante 192.168.10.1, ya que pertenece a otra subred.
Ejercicio 2: Dos direcciones parecidas
¿Pertenecen 192.168.1.10/26 y 192.168.1.70/26 a la misma subred?
Mostrar solución razonada
No. /26 divide el último octeto en bloques de 64. .10 pertenece a 192.168.1.0/26 y .70 a 192.168.1.64/26.
Ejercicio 3: Tres coincidencias
Un destino 10.20.30.40 coincide con 10.0.0.0/8, 10.20.30.0/24 y 0.0.0.0/0. Todas están instaladas y utilizables. ¿Cuál gana?
Mostrar solución razonada
10.20.30.0/24: tiene el prefijo más largo. La ruta por defecto se usa cuando no hay una coincidencia más específica.
Ejercicio 4: TTL antes y después
Un paquete sale con TTL 64 y atraviesa tres routers que lo reducen en una unidad cada uno. ¿Con qué TTL llega al host final?
Mostrar solución razonada
Con TTL 61. Los switches de capa 2 del recorrido no lo reducen.
Ejercicio 5: El servidor recibe el ping, pero no vuelve la respuesta
En el ejemplo de oficinas y almacén, B recibe la solicitud. Su gateway está vacío y no tiene otra ruta hacia oficinas. ¿Qué revisarías?
Mostrar solución razonada
La ruta de retorno. B necesita alcanzar 192.168.10.0/24 a través de 192.168.20.1. Configurar correctamente su gateway resuelve esa carencia; después se verifica también que no existan filtros.
Errores frecuentes al estudiar la capa de red
Antes de culpar al router, sigue un orden: enlace activo, IP y máscara correctas, gateway, tabla de rutas, alcance al siguiente salto, destino y ruta de retorno. Si lo básico funciona, revisa políticas de filtrado y el servicio concreto.
Comandos de consulta en Windows
ipconfig /all
route print -4
arp -a
tracert -d 192.168.20.30La dirección de tracert pertenece al ejemplo de oficinas y almacén. En tu red utiliza un destino autorizado que exista. -d evita la resolución de nombres durante la traza.
| Confusión | Interpretación correcta |
|---|---|
| «La IP de destino se convierte en la del gateway» | El gateway es el siguiente salto. La IP de destino sigue siendo la del destinatario, salvo traducciones o mecanismos específicos. |
| «El router siempre elige el camino más corto» | Utiliza rutas y políticas; el criterio depende de cómo se hayan obtenido y seleccionado. |
| «Si ping falla, no hay red» | Puede haber filtros ICMP. Comprueba también el servicio que necesitas. |
| «Si funciona por IP y no por nombre, falla capa 3» | Con el mismo destino y servicio, conviene revisar la resolución DNS. |
| «Todo router necesita NAT» | Encaminar redes y traducir direcciones son funciones diferentes. |
| «Cualquier máscara sirve si la IP está bien» | Una máscara incorrecta puede hacer que el host busque localmente un destino que debería alcanzar por un router. |
Repaso rápido de la capa 3
¿Qué unidad de datos maneja?
El paquete.
¿Qué dirección se consulta para el reenvío IP convencional?
La dirección IP de destino.
¿Qué ruta gana entre /16 y /24 si ambas coinciden?
La /24, por ser más específica, suponiendo que ambas están instaladas y son utilizables.
¿Qué cambia normalmente en cada salto Ethernet?
Las MAC origen y destino de la trama; el router también reduce TTL o Hop Limit al reenviar.
¿Qué debes comprobar además del camino de ida?
Que existe una ruta válida de vuelta.
Preguntas frecuentes sobre la capa de red
¿Puedo comunicar dos PCs sin puerta de enlace?
Sí, si están en la misma subred y enlace y no hay filtros ni aislamiento. Para alcanzar otras redes necesitarán una ruta apropiada; normalmente se configura un gateway por defecto.
¿Un switch puede trabajar en capa 3?
Sí, si es multicapa y tiene habilitadas y configuradas las funciones necesarias. Un switch puramente de capa 2 no encamina entre subredes IP.
¿El router conoce todo el recorrido?
No necesita conocer todos los routers posteriores. Para reenviar un paquete suele bastar con elegir una interfaz y un siguiente salto adecuados.
¿Qué diferencia hay entre un switch de capa 2 y un router?
Un switch de capa 2 reenvía tramas según MAC dentro de una VLAN. Un router reenvía paquetes entre redes según IP y su tabla de rutas. Consulta la comparativa de hub, switch y router.
¿Qué diferencia hay entre IP, máscara y puerta de enlace?
La IP identifica una interfaz, la máscara o prefijo delimita su subred y la puerta de enlace suele ser el siguiente salto hacia otras redes. El subnetting permite calcular los límites de esa subred.
Para completar el recorrido, consulta las tramas de capa 2, la resolución ARP en IPv4 y el cálculo de subredes con CIDR.
Conclusión
La capa 3 añade el mapa lógico que permite salir de una red local. Para entender un envío, identifica siempre destino IP, ruta seleccionada, siguiente salto y camino de retorno. Con esas cuatro preguntas puedes razonar muchos fallos sin memorizar una lista de soluciones.
Vuelve a la capa 1: física o la capa 2: enlace de datos para repasar el recorrido completo. El siguiente nivel del modelo es la capa 4, transporte, donde estudiaremos la comunicación entre aplicaciones mediante TCP y UDP.
Fuentes y material de referencia
- RFC 791: Internet Protocol, formato y funcionamiento de IPv4.
- RFC 1812: requisitos de los routers IPv4.
- RFC 8200: especificación de IPv6.
- RFC 1918: direcciones privadas IPv4.
- RFC 792: mensajes ICMP.
- RFC 4861: Neighbor Discovery para IPv6.
- Microsoft Learn: tracert, route e ipconfig.
- Network Technology Podcast: Modelo OSI, Capa 3 Red.
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