Este blog tiene como finalidad de compartir conocimientos y aportar un granito más de arena a este mundo lleno de información. Comparto mis apuntes e información que he encontrado por Internet, en la parte inferior coloco la url de los sitios ... espero que les sea de utilidad.
Capítulo 3: Protocolos y comunicaciones de red
Formato y encapsulamiento del mensaje
Cuando se envía un mensaje desde el origen hacia el destino, se debe utilizar un formato o estructura específicos. Los formatos de los mensajes dependen del tipo de mensaje y el canal que se utilice para entregar el mensaje.
El mensage puede pasar por los siguientes procesos, como ejemplo vamos atomar un correo electrónico.
1. Crear los datos. Cuando un usuario envía
un mensaje de correo electrónico, sus
caracteres alfanuméricos se convierten en
datos que pueden recorrer la internetwork.
2. Empaquetar los datos para ser
transportados de extremo a extremo. Los
datos se empaquetan para ser
transportados por la internetwork. Al utilizar
segmentos, la función de transporte asegura que los hosts del mensaje en ambos extremos del sistema
de correo electrónico se puedan comunicar de forma confiable.
3. Anexar (agregar) la dirección de red al encabezado. Los datos se colocan en un paquete o
datagrama que contiene el encabezado de red con las direcciones lógicas de origen y de destino. Estas
direcciones ayudan a los dispositivos de red a enviar los paquetes a través de la red por una ruta
seleccionada.
4. Anexar (agregar) la dirección local al encabezado de enlace de datos. Cada dispositivo de la red
debe poner el paquete dentro de una trama. La trama le permite conectarse al próximo dispositivo de
red conectado directamente en el enlace. Cada dispositivo en la ruta de red seleccionada requiere el
entramado para poder conectarse al siguiente dispositivo.
5. Realizar la conversión a bits para su transmisión. La trama debe convertirse en un patrón de unos y
ceros (bits) para su transmisión a través del medio (por lo general un cable). Una función de
temporización permite que los dispositivos distingan estos bits a medida que se trasladan por el medio.
El medio en la internetwork física puede variar a lo largo de la ruta utilizada. Por ejemplo, el mensaje de
correo electrónico puede originarse en una LAN, cruzar el backbone de un campus y salir por un enlace
WAN hasta llegar a su destino en otra LAN remota.
La información puede utilizar modelos de comunicación como son los modelos OSI y el modelo TCP/IP,en cada uno adquiere un nombre la información.
En el modelo OSI la información se maneja en el concepto de paquetes de datos,en una red la información parten de un origen y se envían
a un destino. Cada capa depende de la función de servicio de la
capa OSI que se encuentra debajo de ella. Para brindar este
servicio, la capa inferior utiliza el encapsulamiento para colocar la
PDU(unidades de datos de protocolo ) de la capa superior en su campo de datos, luego le puede
agregar cualquier encabezado e información final que la capa
necesite para ejecutar su función. Posteriormente, a medida que
los datos se desplazan hacia abajo a través de las capas del
modelo OSI, se agregan encabezados e información final
adicionales.
Después de que las Capas 7, 6 y 5 han agregado la
información, la Capa 4 agrega más información. Este
agrupamiento de datos, la PDU de Capa 4, se
denomina segmento.
Por ejemplo, la capa de red presta un servicio a la
capa de transporte y la capa de transporte presenta
datos al subsistema de internetwork. La tarea de la
capa de red consiste en trasladar esos datos a través
de la internetwork. Ejecuta esta tarea encapsulando
los datos y agregando un encabezado, con lo que
crea un paquete (PDU de Capa 3). Este encabezado contiene la información necesaria para completar la transferencia, como por ejemplo, las direcciones lógicas
origen y destino.
La capa de enlace de datos suministra un servicio a la capa de red. Encapsula la información de la capa de red
en una trama (la PDU de Capa 2); el encabezado de la trama contiene información (por ej., direcciones físicas)
que es necesaria para completar las funciones de enlace de datos. La capa de enlace de datos suministra un
servicio a la capa de red encapsulando la información de la capa de red en una trama.
La capa física también suministra un servicio a la capa de enlace de datos. La capa física codifica los datos de
la trama de enlace de datos en un patrón de unos y ceros (bits) para su transmisión a través del medio
(generalmente un cable) en la Capa 1.
Eso es con respecto al modelo OSI , en caso del modelo TCP/IP encontramos los datagramas IP propios del protocolo de comunicación de Internet (IP) y el protocolo TCP que trabaja utilizando la tegnologia de conmutación de paquetes que se dividen en segmentos TCP , estos segmentos son encapsulados en los datagramas los cuales tienen la información sin formato, la aplicación de destino esta en cargada de interpretarlo, cada uno de estos segmentos se integran en el campo de datos del datagrama. El protocolo IP se encarga de guiarlo en la red de su origen al destino, el datagrama se fragmenta a través de la unidad de transferencia maxima (MTU) para poder viajar en la trama de una red.
El protocolo UDP utiliza el paquete de información UDP ,es utilizado para enviar información en forma rapida en el protocolo IP. Proporciona una comunicación sencilla entre dos computadoras , es ligero por que no añade información adicional al paquete, no solicita confirmación de recibido.
De manera similar, cuando se envía un mensaje largo de un host a otro a través de una red, es necesario separarlo en partes más pequeñas. Las reglas que controlan el tamaño de las partes, o tramas que se comunican a través de la red, son muy estrictas. También pueden ser diferentes, de acuerdo con el canal utilizado. Las tramas que son demasiado largas o demasiado cortas no se entregan.
Las restricciones de tamaño de las tramas requieren que el host de origen divida un mensaje largo en fragmentos individuales que cumplan los requisitos de tamaño mínimo y máximo. El mensaje largo se enviará en tramas independientes, cada trama contendrá una parte del mensaje original. Cada trama también tendrá su propia información de direccionamiento. En el host receptor, las partes individuales del mensaje se vuelven a unir para reconstruir el mensaje original.
Tamaño del mensaje
De manera similar, cuando se envía un mensaje largo de un host a otro a través de una red, es necesario separarlo en partes más pequeñas. Las reglas que controlan el tamaño de las partes, o tramas que se comunican a través de la red, son muy estrictas. También pueden ser diferentes, de acuerdo con el canal utilizado. Las tramas que son demasiado largas o demasiado cortas no se entregan.
Las restricciones de tamaño de las tramas requieren que el host de origen divida un mensaje largo en fragmentos individuales que cumplan los requisitos de tamaño mínimo y máximo. El mensaje largo se enviará en tramas independientes, cada trama contendrá una parte del mensaje original. Cada trama también tendrá su propia información de direccionamiento. En el host receptor, las partes individuales del mensaje se vuelven a unir para reconstruir el mensaje original.
Sincronización del mensaje
Estas son las reglas de la participación para la sincronización del mensaje.
Método de acceso
El método de acceso determina en qué momento alguien puede enviar un mensaje. Si dos personas hablan a la vez, se produce una colisión de información, y es necesario que ambas se detengan y vuelvan a comenzar. De manera similar, las computadoras deben definir un método de acceso. Los hosts de una red necesitan un método de acceso para saber cuándo comenzar a enviar mensajes y cómo responder cuando se produce alguna colisión.
Control de flujo
La sincronización también afecta la cantidad de información que se puede enviar y la velocidad con la que puede entregarse. Si una persona habla demasiado rápido, la otra persona tendrá dificultades para escuchar y comprender el mensaje. En la comunicación de la red, los hosts de origen y destino utilizan métodos de control de flujo para negociar la sincronización correcta a fin de que la comunicación sea exitosa.
Tiempo de espera para la respuesta
Método de acceso
El método de acceso determina en qué momento alguien puede enviar un mensaje. Si dos personas hablan a la vez, se produce una colisión de información, y es necesario que ambas se detengan y vuelvan a comenzar. De manera similar, las computadoras deben definir un método de acceso. Los hosts de una red necesitan un método de acceso para saber cuándo comenzar a enviar mensajes y cómo responder cuando se produce alguna colisión.
Control de flujo
La sincronización también afecta la cantidad de información que se puede enviar y la velocidad con la que puede entregarse. Si una persona habla demasiado rápido, la otra persona tendrá dificultades para escuchar y comprender el mensaje. En la comunicación de la red, los hosts de origen y destino utilizan métodos de control de flujo para negociar la sincronización correcta a fin de que la comunicación sea exitosa.
Tiempo de espera para la respuesta
Los hosts de las redes también tienen reglas que especifican cuánto tiempo deben esperar una respuesta y qué deben hacer si se agota el tiempo de espera para la respuesta.
Opciones de entrega del mensaje
Un mensaje puede entregarse de distintas maneras. En algunos casos, una persona desea comunicar información a un solo individuo. Otras veces, esa persona puede necesitar enviar información a un grupo de personas simultáneamente o, incluso, a todas las personas de un área.
También puede ocurrir que el emisor de un mensaje necesite asegurarse de que el mensaje se haya entregado correctamente al destino. En estos casos, es necesario que el receptor envíe un acuse de recibo al emisor. Si no se necesita ningún acuse de recibo, se dice que el envío del mensaje es sin acuse de recibo.
Los hosts en una red utilizan opciones de entrega similares para comunicarse.
Una opción de entrega de uno a uno se denomina “unidifusión”, que significa que el mensaje tiene solo un destinatario.
Si un host necesita enviar mensajes utilizando una opción de uno a varios, se denomina “multidifusión”. La multidifusión es el envío de un mismo mensaje a un grupo de hosts de destino de manera simultánea.
Si es necesario que todos los hosts de la red reciban el mensaje a la vez, se utiliza el método de difusión. La difusión representa una opción de entrega de mensaje de uno a todos. Algunos protocolos utilizan un mensaje especial de multidifusión que se envía a todos los dispositivos, lo que lo hace similar en esencia a una difusión. Asimismo, puede ser que los hosts deban emitir un acuse de recibo de algunos mensajes y no para otros.
También puede ocurrir que el emisor de un mensaje necesite asegurarse de que el mensaje se haya entregado correctamente al destino. En estos casos, es necesario que el receptor envíe un acuse de recibo al emisor. Si no se necesita ningún acuse de recibo, se dice que el envío del mensaje es sin acuse de recibo.
Los hosts en una red utilizan opciones de entrega similares para comunicarse.
Una opción de entrega de uno a uno se denomina “unidifusión”, que significa que el mensaje tiene solo un destinatario.
Si un host necesita enviar mensajes utilizando una opción de uno a varios, se denomina “multidifusión”. La multidifusión es el envío de un mismo mensaje a un grupo de hosts de destino de manera simultánea.
Si es necesario que todos los hosts de la red reciban el mensaje a la vez, se utiliza el método de difusión. La difusión representa una opción de entrega de mensaje de uno a todos. Algunos protocolos utilizan un mensaje especial de multidifusión que se envía a todos los dispositivos, lo que lo hace similar en esencia a una difusión. Asimismo, puede ser que los hosts deban emitir un acuse de recibo de algunos mensajes y no para otros.
Reglas que rigen las comunicaciones
Un grupo de protocolos interrelacionados que son necesarios para realizar una función de comunicación se denomina suite de protocolos. Los hosts y los dispositivos de red implementan las suites de protocolos en software, hardware o ambos.
Una de las mejores formas para visualizar el modo en que los protocolos interactúan dentro de una suite es ver la interacción como una pila. Una pila de protocolos muestra la forma en que los protocolos individuales se implementan dentro de una suite. Los protocolos se muestran en capas, donde cada servicio de nivel superior depende de la funcionalidad definida por los protocolos que se muestran en los niveles inferiores. Las capas inferiores de la pila se encargan del movimiento de datos por la red y proporcionan servicios a las capas superiores, las cuales se enfocan en el contenido del mensaje que se va a enviar.
Una de las mejores formas para visualizar el modo en que los protocolos interactúan dentro de una suite es ver la interacción como una pila. Una pila de protocolos muestra la forma en que los protocolos individuales se implementan dentro de una suite. Los protocolos se muestran en capas, donde cada servicio de nivel superior depende de la funcionalidad definida por los protocolos que se muestran en los niveles inferiores. Las capas inferiores de la pila se encargan del movimiento de datos por la red y proporcionan servicios a las capas superiores, las cuales se enfocan en el contenido del mensaje que se va a enviar.
Protocolos de red
A nivel humano, algunas reglas de comunicación son formales y otras simplemente sobreentendidas o implícitas, basadas en los usos y costumbres. Para que los dispositivos se puedan comunicar en forma exitosa, un nuevo conjunto de protocolos de red debe describir los requerimientos e interacciones precisos. Los protocolos de red definen un formato y un conjunto de reglas comunes para intercambiar mensajes entre dispositivos. Algunos de los protocolos de red más comunes son Hypertext Transfer Protocol (HTTP), el protocolo de control de transmisión (TCP) y el protocolo de Internet (IP).
Interacción de protocolos
La comunicación entre un servidor web y un cliente web es un ejemplo de interacción entre varios protocolos.
- HTTP: es un protocolo de aplicación que rige la forma en que interactúan un servidor web y un cliente web. HTTP define el contenido y el formato de las solicitudes y respuestas intercambiadas entre el cliente y el servidor. Tanto el cliente como el software del servidor web implementan el HTTP como parte de la aplicación. HTTP se basa en otros protocolos para regular la forma en que se transportan los mensajes entre el cliente y el servidor.
- TCP: es el protocolo de transporte que administra las conversaciones individuales. TCP divide los mensajes HTTP en partes más pequeñas, llamadas “segmentos”. Estos segmentos se envían entre los procesos del servidor y el cliente web que se ejecutan en el host de destino. También es responsable de controlar el tamaño y los intervalos a los que se intercambian los mensajes entre el servidor y el cliente.
- IP: es responsable de tomar los segmentos formateados del TCP, encapsularlos en paquetes, asignar las direcciones apropiadas y seleccionar la mejor ruta al host de destino.
- Ethernet: es un protocolo de acceso a la red que describe dos funciones principales: la comunicación a través de un enlace de datos y la transmisión física de datos en los medios de red. Los protocolos de acceso a la red son responsables de tomar los paquetes de IP y los formatean para transmitirlos por los medios.
Suites de protocolos y estándares del sector
Una suite de protocolos es un grupo de protocolos que trabajan en forma conjunta para proporcionar servicios integrales de comunicación de red. Las suites de protocolos pueden estar especificadas por una organización de estandarización o pueden ser desarrolladas por un proveedor. Las suites de protocolos pueden resultar un poco abrumadoras.
La suite de protocolos TCP/IP es un estándar abierto, lo que significa que estos protocolos están disponibles para el público sin cargo, y cualquier proveedor puede implementar estos protocolos en su hardware o software.
Un protocolo basado en estándares es un proceso que recibió el aval del sector de redes y fue aprobado por una organización de estandarización. El uso de estándares en el desarrollo y la implementación de protocolos aseguran que productos de distintos fabricantes puedan interoperar correctamente. Si un fabricante en particular no observa un protocolo estrictamente, es posible que sus equipos o software no puedan comunicarse satisfactoriamente con productos hechos por otros fabricantes.
Algunos protocolos son exclusivos, lo que significa que una empresa o proveedor controla la definición del protocolo y cómo funciona. AppleTalk y Novell Netware, que son suites de protocolo antiguas, constituyen ejemplos de protocolos exclusivos. Es común que un proveedor (o grupo de proveedores) desarrolle un protocolo exclusivo para satisfacer las necesidades de sus clientes y posteriormente ayude a hacer de ese protocolo exclusivo un estándar abierto.
La suite de protocolos TCP/IP es un estándar abierto, lo que significa que estos protocolos están disponibles para el público sin cargo, y cualquier proveedor puede implementar estos protocolos en su hardware o software.
Un protocolo basado en estándares es un proceso que recibió el aval del sector de redes y fue aprobado por una organización de estandarización. El uso de estándares en el desarrollo y la implementación de protocolos aseguran que productos de distintos fabricantes puedan interoperar correctamente. Si un fabricante en particular no observa un protocolo estrictamente, es posible que sus equipos o software no puedan comunicarse satisfactoriamente con productos hechos por otros fabricantes.
Algunos protocolos son exclusivos, lo que significa que una empresa o proveedor controla la definición del protocolo y cómo funciona. AppleTalk y Novell Netware, que son suites de protocolo antiguas, constituyen ejemplos de protocolos exclusivos. Es común que un proveedor (o grupo de proveedores) desarrolle un protocolo exclusivo para satisfacer las necesidades de sus clientes y posteriormente ayude a hacer de ese protocolo exclusivo un estándar abierto.
Desarrollo de TCP/IP
La primera red de conmutación de paquetes, antecesora de Internet actual, fue la red Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET), que tuvo su origen en 1969 al conectar PC centrales en cuatro ubicaciones. ARPANET fue fundada por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos para que se utilice en universidades y en laboratorios de investigación.
Conjunto del protocolo TCP/IP
Los protocolos TCP/IP son específicos de las capas Aplicación, Transporte e Internet. Los protocolos de la capa de acceso a la red son responsables de la entrega de los paquetes IP en los medios físicos. Estos protocolos de capa inferior son desarrollados por organizaciones de estandarización, como el IEEE.
La suite de protocolos TCP/IP se implementa como una pila de TCP/IP tanto en los hosts emisores como en los hosts receptores para proporcionar una entrega completa de las aplicaciones a través de la red. Los protocolos Ethernet se utilizan para transmitir el paquete IP a través de un medio físico que utiliza la LAN.Normas abiertas
Los estándares abiertos fomentan la interoperabilidad, la competencia y la innovación. También garantizan que ningún producto de una sola empresa pueda monopolizar el mercado o tener una ventaja desleal sobre la competencia.
La compra de un router inalámbrico para el hogar constituye un buen ejemplo de esto. Existen muchas opciones distintas disponibles de diversos proveedores, y todas ellas incorporan protocolos estándares, como IPv4, DHCP, 802.3 (Ethernet) y 802.11 (LAN inalámbrica). Estos estándares abiertos también permiten que un cliente con el sistema operativo OS X de Apple descargue una página web de un servidor web con el sistema operativo Linux. Esto se debe a que ambos sistemas operativos implementan los protocolos de estándar abierto, como los de la suite TCP/IP.
Las organizaciones de estandarización son importantes para mantener una Internet abierta con especificaciones y protocolos de libre acceso que pueda implementar cualquier proveedor. Las organizaciones de estandarización pueden elaborar un conjunto de reglas en forma totalmente independiente o, en otros casos, pueden seleccionar un protocolo exclusivo como base para el estándar. Si se utiliza un protocolo exclusivo, suele participar el proveedor que creó el protocolo.
Las organizaciones de estandarización generalmente son organizaciones sin fines de lucro y neutrales en lo que respecta a proveedores, que se establecen para desarrollar y promover el concepto de estándares abiertos.La compra de un router inalámbrico para el hogar constituye un buen ejemplo de esto. Existen muchas opciones distintas disponibles de diversos proveedores, y todas ellas incorporan protocolos estándares, como IPv4, DHCP, 802.3 (Ethernet) y 802.11 (LAN inalámbrica). Estos estándares abiertos también permiten que un cliente con el sistema operativo OS X de Apple descargue una página web de un servidor web con el sistema operativo Linux. Esto se debe a que ambos sistemas operativos implementan los protocolos de estándar abierto, como los de la suite TCP/IP.
Las organizaciones de estandarización son importantes para mantener una Internet abierta con especificaciones y protocolos de libre acceso que pueda implementar cualquier proveedor. Las organizaciones de estandarización pueden elaborar un conjunto de reglas en forma totalmente independiente o, en otros casos, pueden seleccionar un protocolo exclusivo como base para el estándar. Si se utiliza un protocolo exclusivo, suele participar el proveedor que creó el protocolo.
Estándares de Internet
Las organizaciones de estandarización generalmente son instituciones sin fines de lucro y neutrales en lo que respecta a proveedores, que se establecen para desarrollar y promover el concepto de estándares abiertos. Distintas organizaciones tienen diferentes responsabilidades para promover y elaborar estándares para el protocolo TCP/IP.
Las organizaciones de estandarización son:
Las organizaciones de estandarización son:
Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA): responsable de supervisar y administrar la asignación de direcciones IP, la administración de nombres de dominio y los identificadores de protocolo para ICANN.
Las organizaciones de estandarización son:
- Sociedad de Internet (ISOC): es responsable de promover el desarrollo, la evolución y el uso abiertos de Internet en todo el mundo.
- Consejo de Arquitectura de Internet (IAB): es responsable de la administración y el desarrollo general de los estándares de Internet.
- Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IEFT): desarrolla, actualiza y mantiene las tecnologías de Internet y de TCP/IP. Esto incluye el proceso y documentación para el desarrollo de nuevos protocolos y la actualización de los protocolos existentes, conocidos como documentos de petición de comentarios (RFC).
- Grupo de trabajo de investigación de Internet (IRTF): está enfocado en la investigación a largo plazo en relación con los protocolos de Internet y TCO/IP, como los grupos Anti-Spam Research Group (ASRG), Crypto Forum Research Group (CFRG) y Peer-to-Peer Research Group (P2PRG).
Las organizaciones de estandarización son:
-
Corporación de Internet para la Asignación de Nombres y Números (ICANN): con base en los Estados Unidos, coordina la asignación de direccion
Organizaciones de estandarización de comunicaciones y electrónica
Otras organizaciones de estandarización tienen responsabilidades de promoción y creación de estándares de comunicación y electrónica que se utilizan en la entrega de paquetes IP como señales electrónicas en medios inalámbricos o por cable.Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T): es uno de los organismos de estandarización de comunicación más grandes y más antiguos. El UIT-T define estándares para la compresión de vídeos, televisión de protocolo de Internet (IPTV) y comunicaciones de banda ancha, como la línea de suscriptor digital (DSL).es IP, la administración de nombres de dominio y la asignación de otra información utilizada por los protocolos TCP/IP.
Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica (IEEE): organización de electrónica e ingeniería eléctrica dedicada a avanzar en innovación tecnológica y a elaborar estándares en una amplia gama de sectores, que incluyen energía, servicios de salud, telecomunicaciones y redes.
Asociación de Industrias Electrónicas (EIA): es conocida principalmente por sus estándares relacionados con el cableado eléctrico, los conectores y los racks de 19 in que se utilizan para montar equipos de red.
Asociación de las Industrias de las Telecomunicaciones (TIA): es responsable de desarrollar estándares de comunicación en diversas áreas, entre las que se incluyen equipos de radio, torres de telefonía móvil, dispositivos de voz sobre IP (VoIP), comunicaciones satelitales y más.
Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA): responsable de supervisar y administrar la asignación de direcciones IP, la administración de nombres de dominio y los identificadores de protocolo para ICANN.
Beneficios del uso de un modelo en capas
Los beneficios por el uso de un modelo en capas para describir protocolos de red y operaciones incluyen lo siguiente:
Los modelos TCP/IP y OSI son los modelos principales que se utilizan al hablar de funcionalidad de red. Representan el tipo básico de modelos de red en capas:
- Ayuda en el diseño de protocolos, ya que los protocolos que operan en una capa específica tienen información definida según la cual actúan, y una interfaz definida para las capas superiores e inferiores.
- Fomenta la competencia, ya que los productos de distintos proveedores pueden trabajar en conjunto.
- Evita que los cambios en la tecnología o en las funcionalidades de una capa afecten otras capas superiores e inferiores.
- Proporciona un lenguaje común para describir las funciones y capacidades de red.
Los modelos TCP/IP y OSI son los modelos principales que se utilizan al hablar de funcionalidad de red. Representan el tipo básico de modelos de red en capas:
- Modelo de protocolo: este tipo de modelo coincide con precisión con la estructura de una suite de protocolos determinada. El modelo TCP/IP es un protocolo modelo porque describe las funciones que ocurren en cada capa de protocolos dentro de una suite de TCP/IP. TCP/IP también es un ejemplo de un modelo de referencia.
- Modelo de referencia: este tipo de modelo es coherente con todos los tipos de servicios y protocolos de red al describir qué es lo que se debe hacer en una capa determinada, pero sin regir la forma en que se debe lograr. El modelo OSI en un modelo de referencia de internetwork muy conocido, pero también es un modelo de protocolo para la suite de protocolo OSI
El modelo de referencia OSI
El modelo OSI proporciona una amplia lista de funciones y servicios que se pueden presentar en cada capa. También describe la interacción de cada capa con las capas directamente por encima y por debajo de él. Los protocolos TCP/IP que se analizan en este curso se estructuran en torno a los modelos OSI y TCP/IP.
El modelo de protocolo TCP/IP
El modelo de protocolo TCP/IP para comunicaciones de internetwork se creó a principios de la década de los setenta y se conoce con el nombre de modelo de Internet, define cuatro categorías de funciones que deben ocurrir para que las comunicaciones se lleven a cabo correctamente. La arquitectura de la suite de protocolos TCP/IP sigue la estructura de este modelo. Por esto, es común que al modelo de Internet se le conozca como modelo TCP/IP.
La mayoría de los modelos de protocolos describen una pila de protocolos específicos del proveedor. Las suites de protocolo antiguas, como Novell Netware y AppleTalk, son ejemplos de pilas de protocolos específicos del proveedor. Puesto que el modelo TCP/IP es un estándar abierto, una empresa no controla la definición del modelo. Las definiciones del estándar y los protocolos TCP/IP se explican en un foro público y se definen en un
conjunto de documentos de petición de comentarios (RFC) disponibles al público.
Comparación entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP
Los protocolos que forman la suite de protocolos TCP/IP pueden describirse en términos del modelo de referencia OSI. En el modelo OSI, la capa de acceso a la red y la capa de aplicación del modelo TCP/IP están subdivididas para describir funciones discretas que deben producirse en estas capas.
En la capa de acceso a la red, la suite de protocolos TCP/IP no especifica cuáles protocolos utilizar cuando se transmite por un medio físico; solo describe la transferencia desde la capa de Internet a los protocolos de red física. Las capas OSI 1 y 2 tratan los procedimientos necesarios para acceder a los medios y las maneras físicas de enviar datos por la red.
La capa OSI 3, la capa de red, asigna directamente a la capa de Internet TCP/IP. Esta capa se utiliza para describir protocolos que abordan y dirigen mensajes a través de una internetwork.
La capa OSI 4, la capa de transporte, asigna directamente a la capa de transporte TCP/IP. Esta capa describe los servicios y las funciones generales que proporcionan la entrega ordenada y confiable de datos entre los hosts de origen y de destino.
La capa de aplicación TCP/IP incluye un número de protocolos que proporciona funcionalidad específica a una variedad de aplicaciones de usuario final. Las capas 5, 6 y 7 del modelo OSI se utilizan como referencias para proveedores y desarrolladores de software de aplicación para fabricar productos que funcionan en redes.
Tanto el modelo TCP/IP como el modelo OSI se utilizan comúnmente en la referencia a protocolos en varias capas. Dado que el modelo OSI separa la capa de enlace de datos de la capa física, se suele utilizan cuando se refiere a esas capas inferiores.
En la capa de acceso a la red, la suite de protocolos TCP/IP no especifica cuáles protocolos utilizar cuando se transmite por un medio físico; solo describe la transferencia desde la capa de Internet a los protocolos de red física. Las capas OSI 1 y 2 tratan los procedimientos necesarios para acceder a los medios y las maneras físicas de enviar datos por la red.
La capa OSI 3, la capa de red, asigna directamente a la capa de Internet TCP/IP. Esta capa se utiliza para describir protocolos que abordan y dirigen mensajes a través de una internetwork.
La capa OSI 4, la capa de transporte, asigna directamente a la capa de transporte TCP/IP. Esta capa describe los servicios y las funciones generales que proporcionan la entrega ordenada y confiable de datos entre los hosts de origen y de destino.
La capa de aplicación TCP/IP incluye un número de protocolos que proporciona funcionalidad específica a una variedad de aplicaciones de usuario final. Las capas 5, 6 y 7 del modelo OSI se utilizan como referencias para proveedores y desarrolladores de software de aplicación para fabricar productos que funcionan en redes.
Tanto el modelo TCP/IP como el modelo OSI se utilizan comúnmente en la referencia a protocolos en varias capas. Dado que el modelo OSI separa la capa de enlace de datos de la capa física, se suele utilizan cuando se refiere a esas capas inferiores.
Segmentación del mensaje
En teoría, una comunicación simple, como un vídeo musical o un correo electrónico puede enviarse a través de la red desde un origen hacia un destino como una transmisión de bits masiva y continua. Si en realidad los mensajes se transmitieron de esta manera, significará que ningún otro dispositivo podrá enviar o recibir mensajes en la misma red mientras esta transferencia de datos está en progreso. Estas grandes transmisiones de datos originarán retrasos importantes. Además, si falla un enlace en la infraestructura de la red interconectada durante la transmisión, el mensaje completo se perdería y tendría que retransmitirse completamente.
Un método mejor es dividir los datos en partes más pequeñas y manejables para enviarlas por la red. La división del flujo de datos en partes más pequeñas se denomina segmentación. La segmentación de mensajes tiene dos beneficios principales.
En las comunicaciones de red, cada segmento del mensaje debe seguir un proceso similar para asegurar que llegue al destino correcto y que puede volverse a ensamblar en el contenido del mensaje original,
Un método mejor es dividir los datos en partes más pequeñas y manejables para enviarlas por la red. La división del flujo de datos en partes más pequeñas se denomina segmentación. La segmentación de mensajes tiene dos beneficios principales.
- Primero, al enviar partes individuales más pequeñas del origen al destino, se pueden intercalar diversas conversaciones en la red, llamadas multiplexión. Haga clic en cada botón de la figura 1 y, a continuación, haga clic en el botón Reproducir para ver las animaciones de segmentación y de multiplexión.
- La segmentación puede aumentar la eficiencia de las comunicaciones de red. Si parte del mensaje no logra llegar al destino debido a una falla en la red o a congestión, solo se deben retransmitir las partes faltantes.
En las comunicaciones de red, cada segmento del mensaje debe seguir un proceso similar para asegurar que llegue al destino correcto y que puede volverse a ensamblar en el contenido del mensaje original,
Unidades de datos de protocolo
Mientras los datos de la aplicación bajan a la pila del protocolo y se transmiten por los medios de la red, se agrega diversa información de protocolos en cada nivel. Esto comúnmente se conoce como proceso de encapsulamiento.
La forma que adopta una porción de datos en cualquier capa se denomina unidad de datos del protocolo (PDU). Durante el encapsulamiento, cada capa encapsula las PDU que recibe de la capa inferior de acuerdo con el protocolo que se utiliza. En cada etapa del proceso, una PDU tiene un nombre distinto para reflejar sus funciones nuevas. Aunque no existe una convención universal de nombres para las PDU, en este curso se denominan de acuerdo con los protocolos de la suite TCP/IP,
La forma que adopta una porción de datos en cualquier capa se denomina unidad de datos del protocolo (PDU). Durante el encapsulamiento, cada capa encapsula las PDU que recibe de la capa inferior de acuerdo con el protocolo que se utiliza. En cada etapa del proceso, una PDU tiene un nombre distinto para reflejar sus funciones nuevas. Aunque no existe una convención universal de nombres para las PDU, en este curso se denominan de acuerdo con los protocolos de la suite TCP/IP,
Direcciones de red
La capa de red y la capa de enlace de datos son responsables de enviar los datos desde el dispositivo de origen o emisor hasta el dispositivo de destino o receptor, los protocolos de las dos capas contienen las direcciones de origen y de destino, pero sus direcciones tienen objetivos distintos.
Los paquetes IP contienen dos direcciones IP:
- Direcciones de origen y de destino de la capa de red: son responsables de enviar el paquete IP desde el dispositivo de origen hasta el dispositivo final, ya sea en la misma red o a una red remota.
- Direcciones de origen y de destino de la capa de enlace de datos: son responsables de enviar la trama de enlace de datos desde una tarjeta de interfaz de red (NIC) a otra en la misma red.
Los paquetes IP contienen dos direcciones IP:
- Dirección IP de origen: la dirección IP del dispositivo emisor, el origen del paquete.
- Dirección IP de destino: la dirección IP del dispositivo receptor, es decir, el destino final del paquete.
Direcciones de enlaces de datos
La dirección física de la capa de enlace de datos, o capa 2, tiene una función distinta. Su propósito es enviar la trama de enlace de datos desde una interfaz de red hasta otra interfaz de red en la misma red.
Antes de que un paquete IP pueda enviarse a través de una red conectada por cable o inalámbrica, se debe encapsular en una trama de enlace de datos de modo que pueda transmitirse a través del medio físico.
A medida que el paquete IP se mueve de host a router, de router a router y, finalmente, de router a host, es encapsulado en una nueva trama de enlace de datos, en cada punto del recorrido. Cada trama de enlace de datos contiene la dirección de origen de enlace de datos de la tarjeta NIC que envía la trama y la dirección de destino de enlace de datos de la tarjeta NIC que recibe la trama.
El protocolo de enlace de datos de capa 2 solo se utiliza para enviar el paquete de NIC a NIC en la misma red. El router elimina la información de la capa 2 a medida que una NIC la recibe y agrega nueva información de enlace de datos antes de reenviarla a la NIC de salida en su recorrido hacia el dispositivo de destino final.
El paquete IP se encapsula en una trama de enlace de datos que contiene información de enlace de datos, como la siguiente:
La trama de enlace de datos también contiene un tráiler que se analizará en mayor detalle en los siguientes capítulos.
Antes de que un paquete IP pueda enviarse a través de una red conectada por cable o inalámbrica, se debe encapsular en una trama de enlace de datos de modo que pueda transmitirse a través del medio físico.
A medida que el paquete IP se mueve de host a router, de router a router y, finalmente, de router a host, es encapsulado en una nueva trama de enlace de datos, en cada punto del recorrido. Cada trama de enlace de datos contiene la dirección de origen de enlace de datos de la tarjeta NIC que envía la trama y la dirección de destino de enlace de datos de la tarjeta NIC que recibe la trama.
El protocolo de enlace de datos de capa 2 solo se utiliza para enviar el paquete de NIC a NIC en la misma red. El router elimina la información de la capa 2 a medida que una NIC la recibe y agrega nueva información de enlace de datos antes de reenviarla a la NIC de salida en su recorrido hacia el dispositivo de destino final.
El paquete IP se encapsula en una trama de enlace de datos que contiene información de enlace de datos, como la siguiente:
- Dirección de enlace de datos de origen: la dirección física de la NIC del dispositivo que envía la trama de enlace de datos.
- Dirección de enlace de datos de destino: la dirección física de la NIC que recibe la trama de enlace de datos. Esta dirección es el router del salto siguiente o el dispositivo de destino final.
La trama de enlace de datos también contiene un tráiler que se analizará en mayor detalle en los siguientes capítulos.
Dispositivos en la misma red
Para comprender la forma en que los dispositivos se comunican en la red, es importante entender las funciones de las direcciones de la capa de red y de las direcciones del enlace de datos.
Función de las direcciones de la capa de red
Las direcciones de la capa de red, o direcciones IP, indican el origen y el destino final. Un paquetes IP contienen dos partes:
Nota: la máscara de subred se utiliza para identifica la porción de red de una dirección de la porción del host. La máscara de subred se analiza en capítulos más adelante.
Función de las direcciones de la capa de enlace de datos
Cuando el emisor y el receptor del paquete IP están en la misma red, la trama de enlace de datos se envía directamente al dispositivo receptor. En una red Ethernet, las direcciones de enlace de datos se conocen como direcciones MAC de Ethernet. Las direcciones MAC están integradas físicamente a la NIC Ethernet.
Función de las direcciones de la capa de red
Las direcciones de la capa de red, o direcciones IP, indican el origen y el destino final. Un paquetes IP contienen dos partes:
- Porción de red: la sección más a la izquierda de la dirección que indica la red de la que es miembro la dirección IP. Todos los dispositivos de la misma red tienen la misma porción de red de la dirección.
- Porción de host: la sección restante de la dirección que identifica a un dispositivo específico en la red. La sección de host es única para cada dispositivo en la red.
Nota: la máscara de subred se utiliza para identifica la porción de red de una dirección de la porción del host. La máscara de subred se analiza en capítulos más adelante.
- Dirección IP de origen: la dirección IP del dispositivo emisor, es decir, el equipo cliente PC1: 192.168.1.110.
- Dirección IP de destino: la dirección IP del dispositivo receptor, el servidor FTP: 192.168.1.9.
Función de las direcciones de la capa de enlace de datos
Cuando el emisor y el receptor del paquete IP están en la misma red, la trama de enlace de datos se envía directamente al dispositivo receptor. En una red Ethernet, las direcciones de enlace de datos se conocen como direcciones MAC de Ethernet. Las direcciones MAC están integradas físicamente a la NIC Ethernet.
- Dirección MAC de origen: la dirección de enlace de datos, o la dirección MAC de Ethernet, del dispositivo que envía la trama de enlace de datos con el paquete IP encapsulado. La dirección MAC de la NIC Ethernet de PC1 es AA-AA-AA-AA-AA-AA, redactada en notación hexadecimal.
- Dirección MAC de destino: cuando el dispositivo receptor está en la misma red que el dispositivo emisor, la dirección MAC de destino es la dirección de enlace de datos del dispositivo receptor. En este ejemplo, la dirección MAC de destino es la dirección MAC del servidor FTP: CC-CC-CC-CC-CC-CC, redactada en notación hexadecimal.
Dispositivos en una red remota
Sin embargo, ¿cuáles son las funciones de la dirección de la capa de red y de la dirección de la capa de enlace de datos cuando un dispositivo se comunica con un otro en una red remota? En este ejemplo, tenemos un equipo cliente, PC1, que se comunica con un servidor, en este caso un servidor web, en una red IP diferente.
Función de las direcciones de la capa de red
Cuando el emisor del paquete se encuentra en una red distinta de la del receptor, las direcciones IP de origen y de destino representan los hosts en redes diferentes. Esto lo indica la porción de red de la dirección IP del host de destino.
Cuando el emisor y el receptor del paquete IP se encuentran en redes diferentes, la trama de enlace de datos de Ethernet no se puede enviar directamente al host de destino, debido a que en la red del emisor no se puede tener acceso directamente al host. La trama de Ethernet se debe enviar a otro dispositivo conocido como router o gateway predeterminado.
Función de las direcciones de la capa de red
Cuando el emisor del paquete se encuentra en una red distinta de la del receptor, las direcciones IP de origen y de destino representan los hosts en redes diferentes. Esto lo indica la porción de red de la dirección IP del host de destino.
- Dirección IP de origen: la dirección IP del dispositivo emisor, es decir, el equipo cliente PC1: 192.168.1.110.
- Dirección IP de destino: la dirección IP del dispositivo receptor, es decir, el servidor web: 172.16.1.99.
Cuando el emisor y el receptor del paquete IP se encuentran en redes diferentes, la trama de enlace de datos de Ethernet no se puede enviar directamente al host de destino, debido a que en la red del emisor no se puede tener acceso directamente al host. La trama de Ethernet se debe enviar a otro dispositivo conocido como router o gateway predeterminado.
- Dirección MAC de origen: la dirección MAC de Ethernet del dispositivo emisor, PC1. La dirección MAC de la interfaz Ethernet de PC1 es AA-AA-AA-AA-AA-AA.
- Dirección MAC de destino: cuando el dispositivo receptor, la dirección IP de destino, está en una red distinta de la del dispositivo emisor, este utiliza la dirección MAC de Ethernet del gateway predeterminado o el router. En este ejemplo, la dirección MAC de destino es la dirección MAC de la interfaz Ethernet de R1, 11-11-11-11-11-11. Esta es la interfaz que se adjunta a la misma red que PC1.