IPv4 para Oposiciones TAI: Guía Completa

¿Qué es IPv4?

IPv4 (Internet Protocol versión 4) es el protocolo de red encargado de identificar dispositivos y transportar datagramas entre diferentes redes mediante direcciones IP de 32 bits.

Es un protocolo no orientado a conexión y de mejor esfuerzo (Best-Effort), por lo que no garantiza que los paquetes lleguen a su destino, ni que lo hagan en orden, ni que lleguen una única vez.

Conceptos fundamentales

Para comprender IPv4 es imprescindible conocer los siguientes conceptos:

• Dirección IPv4: identificador único de 32 bits.
• Datagrama: unidad de información transportada por IPv4.
• Cabecera (Header): información necesaria para el encaminamiento.
• Router: dispositivo encargado de reenviar paquetes entre redes.
• TTL (Time To Live): evita bucles infinitos en la red.

Funcionamiento de IPv4

Cuando un equipo desea enviar información:

Aplicación → TCP/UDP → IPv4 → Datagrama → Router → Internet → Equipo destino

Cada router analiza la dirección IP de destino para decidir el siguiente salto.

Características de IPv4

IPv4 presenta las siguientes características:

• No orientado a conexión.
• Protocolo Best-Effort.
• Direcciones de 32 bits.
• Encaminamiento mediante routers.
• Compatible con fragmentación de paquetes.
• Amplia implantación en Internet.

Best-Effort

IPv4 utiliza un modelo denominado Best-Effort ("mejor esfuerzo").

Esto significa que el protocolo intenta entregar los paquetes, pero no asegura:

• Que lleguen.
• Que lleguen en orden.
• Que no se pierdan.
• Que no se dupliquen.

Estas funciones corresponden a protocolos superiores como TCP.

Cabecera IPv4

Cada datagrama IPv4 incorpora una cabecera con la información necesaria para el encaminamiento.

Su tamaño es:

• Mínimo: 20 bytes.
• Máximo: 60 bytes (si incorpora opciones).

La cabecera contiene campos como:

• Dirección origen.
• Dirección destino.
• TTL.
• Protocol.
• Longitud.
• Checksum.
• Opciones.

Campo TTL (Time To Live)

El campo TTL es un contador de 8 bits cuyo valor máximo es 255.

Cada vez que el paquete atraviesa un router:

• El TTL disminuye en 1.

Cuando el TTL llega a 0:

• El router descarta el paquete.
• Envía un mensaje ICMP Time Exceeded al origen.

TTL = 5

↓

Router

TTL = 4

↓

Router

TTL = 3

↓

...

↓

TTL = 0

↓

Paquete descartado

Campo Protocol

El campo Protocol identifica qué protocolo de la capa superior transporta el datagrama IPv4.

Algunos valores importantes son:

Cuando el paquete llega al destino, este campo permite entregar la información al protocolo correspondiente.

Encaminamiento

Los routers utilizan la dirección IP de destino para reenviar los paquetes.

Cada router:

1. Lee la cabecera IPv4.
2. Consulta su tabla de rutas.
3. Reduce el TTL.
4. Envía el paquete al siguiente salto.

Origen

   │

Router

   │

Router

   │

Router

   │

Destino

Comparación IPv4 vs TCP

Caso práctico

Situación

Un equipo envía un datagrama con:

• TTL = 4
• Protocol = 6 (TCP)

El paquete atraviesa tres routers.

Equipo origen

TTL = 4

      │

Router 1

TTL = 3

      │

Router 2

TTL = 2

      │

Router 3

TTL = 1

      │

Equipo destino

Como el TTL nunca llega a 0, el paquete alcanza correctamente el destino.

Ventajas e inconvenientes

Ventajas

• Gran compatibilidad.
• Amplia implantación.
• Bajo coste de procesamiento.
• Encaminamiento eficiente.
• Base del funcionamiento de Internet.

Inconvenientes

• Espacio limitado de direcciones.
• No garantiza la entrega.
• No incorpora mecanismos de seguridad.
• Requiere protocolos superiores para garantizar la fiabilidad.

Errores habituales

• Pensar que IPv4 garantiza la entrega de los paquetes.
• Confundir IPv4 con TCP.
• Creer que el TTL representa tiempo en segundos.
• Olvidar que la cabecera mínima ocupa 20 bytes.
• Confundir el campo Protocol con el número de puerto.
• No recordar los valores de TCP, UDP e ICMP.

Cómo evitarlos

• Diferenciar claramente las funciones de IPv4 y TCP.
• Memorizar los campos principales de la cabecera.
• Recordar que el TTL disminuye en cada router.
• Aprender los valores más importantes del campo Protocol.

Relaciones con otros temas

IPv4 está directamente relacionado con:

• Modelo OSI.
• TCP.
• UDP.
• ICMP.
• Routers.
• Direccionamiento IP.
• Subredes.
• IPv6.
• Encaminamiento.

Conceptos clave para recordar

[!NOTE]

• IPv4 es un protocolo de la Capa de Red (Nivel 3).
• Utiliza direcciones de 32 bits.
• Es un protocolo no orientado a conexión.
• Funciona bajo el modelo Best-Effort, por lo que no garantiza la entrega ni el orden de los paquetes.
• La cabecera IPv4 ocupa un mínimo de 20 bytes y un máximo de 60 bytes.
• El campo TTL tiene 8 bits, comienza con un valor máximo de 255 y disminuye en cada router.
• Cuando el TTL llega a 0, el paquete se descarta y se envía un mensaje ICMP Time Exceeded.
• El campo Protocol identifica el protocolo encapsulado:
  • 1 → ICMP
  • 6 → TCP
  • 17 → UDP
• Los routers utilizan la dirección IP de destino para encaminar los datagramas hasta su destino.