familia de protocolos tcp/ip
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V
Objetivos:• Comprender la necesidad del uso de una pila de protocolos
• Conocer el funcionamiento de la pila de protocolos más
extendida actualmente
TEMA 6Familia de Protocolos TCP/IP
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V
1. Introducción2. Direccionamiento IP3. Protocolo ARP4. Protocolo IP5. Protocolo ICMP6. Protocolo UDP7. Protocolo TCP
Sta00 Cap. 2.3, 15 y 17 Sta97 Cap. 15
TEMA 6Familia de Protocolos TCP/IP
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– conversión nombres (si los hay) a
direcciones de red
– conversión de direcciones de red a
direcciones físicas
– encaminar los paquetes hasta el
destino∙ elección de la mejor ruta∙ nuevas rutas cuando las condiciones
cambien
– proveer diferentes tipos de servicios
Introducción
servidor.lan2cliente.lan2 host1.lan1 host2.lan1
equipo2.lan3
equipo1.lan3
LAN 2 LAN 1
LAN 3
dir. 2.1dir. 2.2 dir. 1.1
dir. 3.2
dir. 3.1
dir. 1.2
Para ocultar la heterogeneidad existente, creamos el software necesario para darle a todo el conjunto una apariencia homogénea. Este software debe encargarse de:
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Dado que tenemos que crear el software necesario, nos interesa diseñarlo cuidadosamente, de forma que resulte eficiente y manejable
El software necesario para ocultar la heterogeneidad existente, dando a todo el conjunto una apariencia homogénea, debe encargarse de muchas tareas
conversión nombresdirecciones reddirecciones físicas
encaminamiento
tipos de servicio
encaminamiento
tipos de servicio
conversión nombres
dir red dir físicas
Introducción
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Arquitectura TCP/IP: internet
router
router
router
WAN
Introducción
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V
• La comunicación se lleva a cabo en varios niveles
• En cada uno de ellos actúa un protocolo diferente
• Pila de protocolos: Conjunto de protocolos que cubren los distintos niveles de una arquitectura de red
• Cada arquitectura de red define una pila de protocolos– Arquitecturas: TCP/IP, Novell, ...
Medio físico
Usuario
Nivel 1
Nivel n
Nivel 2
Protocolos: pilas de protocolos
Introducción
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TCP UDP
ICMP
Arquitectura TCP/IP
driver tarjeta de redAccesoa la red
Red
Transporte
Aplicaciones
Nivel Físico
Telnet WWW Time
No es necesario utilizar todos los niveles!!
Nivel 2
Nivel 3
Nivel 4
Nivel 5
Nivel 1medio de transmisión
Dentrode una
redlocal
Entre variasredes
locales
Introducción
ARP
IP
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• Nivel 1: Físico– Hardware de red básico
• Nivel 2: Acceso a la red– Formato de trama– Direccionamiento– Interfaz entre el computador y la red (NIC)
• Nivel 3: Internet– Envío de paquetes en una internet a través de múltiples routers
• Nivel 4: Transporte– Transporte de mensajes desde una aplicación en un computador
a una aplicación en otro computador
• Nivel 5: Aplicación
Niveles TCP/IP
Introducción
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Datos
Datos
Datos
Datos
Datos
CabeceraTCP
CabeceraUDP
CabeceraTCP o UDP
CabeceraTCP o UDP
CabeceraIP
CabeceraIP
Cabeceratrama
Cola trama
Acceso a la redTrama
RedDatagrama IP
Datagrama UDP
TransporteSegmento TCP
AplicaciónDatos
Arquitectura TCP/IP: encapsulamiento
Introducción
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V Direccionamiento IP
• Añadimos un nuevo esquema de direccionamiento,
independiente de las direcciones físicas
• Serán usadas por:
– los protocolos de los niveles superiores
– las aplicaciones
• Es un esquema de direcciones virtual (sólo interpretado por el
software)
• Usado en todas las comunicaciones (no es opcional)
• Direcciones compuestas de 4 bytes (32 bits)
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Notación Punto Decimal
• Manejar una cadena de 32 bits es muy difícil para los humanos
• Para poder manejar direcciones IP de forma cómoda
representamos las direcciones IP con la notación punto
decimal:
– se representan como cuatro números decimales obtenidos de
los cuatro octetos que forman la dirección IP
n1.n2.n3.n4
Direccionamiento IP
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Ejemplo de Notación Punto Decimal
Direccionamiento IP
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• Una dirección IP se divide en dos partes:
– Prefijo: identifica a la red
– Sufijo: identifica a una máquina dentro de la red
• Las direcciones IP son asignadas por:
– Prefijo: asignado de forma única por un organismo
internacional
– Sufijo: asignado por el administrador local de cada red
• Dependiendo de la longitud de cada campo, las direcciones IP
se dividen en diferentes clases
Direccionamiento IP
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Clase A red HostRed0
0 8 16 24 31
1.0.0.0 ….. 126.0.0.0
Clase B redRed
128.0.0.0 ….. 191.255.0.0
Host01
Clase C HostRed
192.0.1.0 ….. 223.255.255.0
011
Principales clases de direcciones IP
Direccionamiento IP
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• El tamaño máximo de una red viene determinado por la clase de dirección IP que use:
– Clase A: redes grandes– Clase B: redes medianas– Clase C: redes pequeñas
Direccionamiento IP
Principales clases de direcciones IP
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Ejemplo de una internet
Direccionamiento IP
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Las direcciones IP identifican un punto de conexión en una red, por lo que una máquina puede tener varias direcciones IP distintas
Atención!!
Direccionamiento IP
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Todo 0sEste host
Red Todo 0sDirección de red
Todo 1sDifusión limitada
Difusión dirigida Todo 1sRed
Direcciones especiales
Loopback Cualquier cosa127
Direccionamiento IP
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V
• La comunicación entre sistemas requiere conocer las
direcciones física e IP de ambas máquinas
• ¿Cómo saber la dirección física conociendo la
dirección IP?
• Una solución nos la da el protocolo ARP (Address
Resolution Protocol)
Protocolo ARP
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• El protocolo ARP averigua la dirección física a partir de la
dirección IP
– Una estación A quiere comunicar con B, de la que conoce su
dirección IP, pero no su dirección física
– A preguntará a B la dirección física mediante una difusión
– Todas las estaciones de la red reciben la pregunta pero sólo
B responde
Funcionamiento de ARP
Protocolo ARP
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AAAA BBBBDDDDCCCC
AAAA BBBBDDDDCCCC
¡Sólo la consulta es por difusión!
Protocolo ARP
Funcionamiento de ARP
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V
• Paquete de consulta
– Dirección física de A, dirección IP de A, dirección IP de B
• Paquete de respuesta
– Añade a lo anterior la dirección física de B
• A la información obtenida se le asocia un tiempo de vida
limitado (en la tabla de direcciones)
• Los errores de transmisión se resuelven mediante
retransmisiones (timeout)
• Cualquier sistema (C,D) puede beneficiarse de una consulta ARP
ajena actualizando su tabla de direcciones
Información en paquetes ARP
Protocolo ARP
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Tabla de direcciones
• Sólo contiene entradas para ordenadores en la red local– El prefijo de la dirección será igual
Protocolo ARP
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• El mensaje ARP se envía en el campo de datos de una trama
• Un campo en la cabecera de la trama permite identificar el tipo
de mensaje (en el caso ethernet para ARP 0x806).
Mensaje ARP
tipo (0x806) CRC
6 6 2 4Campo de datos de la tramaDir. fteDir. dst
Encapsulamiento ARP
Protocolo ARP
ARP
ETH
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• IP determina las reglas de intercambio de datagramas
entre ordenadores:
– Unidad básica de transferencia de datos: datagrama
– Formato, reglas de procesamiento de paquetes,
condiciones de error, etc.
• No hay garantía de entrega ni de secuenciamiento
• IP realiza las funciones de encaminamiento
Protocolo IP
Características generales
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Campo de datos del datagrama
tipo (0x800) CRCdir. dst dir. fte
6 6 2 4
Cabecera IP
Campo de datos de la trama
• El datagrama se envía encapsulado en el campo de datos de una trama:
Encapsulamiento de un datagrama IP
Protocolo IP
IP
ETH
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0 4 8 16 19 24 31
vers long cab tipo servicio longitud total
identificación flags desplaz. fragmento
tiempo vida protocolo checksum de la cabecera
dirección IP destino
dirección IP fuente
DATOS
opciones IP (variable) relleno
Cab
ecer
a IP
Formato de un datagrama IP
Protocolo IP
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• Primer campo: (4 bits) versión del protocolo IP
• Longitud de la cabecera: tamaño de la cabecera del datagramaen palabras de 32 bits (valor mínimo = 5)
• Longitud total del datagrama: expresado en octetos. Incluye tanto la cabecera como el área de datos. Tamaño máximo = 65.535
• Tipo de servicio:– Permite al usuario solicitar las condiciones deseadas de retardo,
ancho de banda y fiabilidad
– Estos valores pueden servir de ayuda en las decisiones de encaminamiento
– Pero ... no se garantiza el tipo de servicio requerido
Descripción de los campos
Protocolo IP
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• Los datagramas tienen un tiempo limitado de permanencia
en Internet
• Finalidad: Eliminar los datagramas que, por un mal
encaminamiento, estarían dando vueltas en Internet
(indefinidamente) sin alcanzar el destino
• Cada retransmisión del datagrama (en cada router) debe
decrementar ese campo
• Al llegar a cero el datagrama se descarta y ya no es
retransmitido
Tiempo de vida
Protocolo IP
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• El campo protocolo indica el protocolo del nivel superior al
que van destinados los datos
• El checksum incluye sólo la cabecera
• El campo de opciones no aparece siempre
– Permite especificar: encaminamiento fuente,
confidencialidad del datagrama, etc.
– Tiene longitud variable (que determina el tamaño del
campo relleno).
Otros campos de la cabecera IP
Protocolo IP
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ARPIP
• Cuando llega una trama, se entrega al módulo que corresponde de acuerdo al valor de su campo tipo de trama
Demultiplexación
Protocolo IP
Tipo trama CRCCampo de datosDir. fteDir. dst
0x800 0x806
DEMUX según tipo de trama
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• Dos hosts pueden comunicarse directamente sólo si comparten
la misma red (diálogo directo)
– En este caso, el emisor encapsula el datagrama en una
trama, averigua la dirección física del destino (ARP) y le
envía directamente esa trama
• Cuando el destino no está en la misma red que el origen hay
que enviar el datagrama al router (diálogo indirecto). El
proceso es parecido pero ahora la dirección física destino es la
del router
Encaminamiento en IP
Protocolo IP
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• En Internet no disponemos de mecanismos hardware para
comprobar la conectividad
• La detección de fallos y problemas se convierte en una tarea
difícil y compleja, para la que IP no proporciona herramientas
• Introduciremos un nuevo módulo (que se considera parte de
IP): el protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol)
• Este protocolo permite a los routers y a los hosts enviar
mensajes de control a otros routers o hosts
Protocolo ICMP
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• ICMP nos permite saber, por ejemplo, por qué no se ha
entregado un datagrama (no hay ruta, el destino no responde,
agotado el tiempo de vida, etc.)
• Informa de errores sólo al origen del datagrama
• No corrige el problema (sólo informa)
• Los mensajes ICMP viajan en el campo de datos de un
datagrama IP
Generalidades sobre ICMP
Protocolo ICMP
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Cabecera datos ICMPICMP
Cabec. del Campo de datos del datagrama datagrama
Campo de datos de la tramaCabecerade la trama
• Los mensajes ICMP se encapsulan en datagramas IP. Sin
embargo, ICMP no se considera un protocolo de nivel
superior a IP
Encapsulamiento de un mensaje ICMP
Protocolo ICMP
IP
ETH
ICMP
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V
• El tipo de mensaje determina su significado y su formato
• Entre los principales tenemos:
Tipo Mensaje ICMP
0
3
4
8
11
Contestación de eco
Destino inalcanzable
Paquete de restricción
Petición de eco
Tiempo excedido en datagrama
Tipos de mensajes ICMP
Protocolo ICMP
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V
• Los mensajes UDP se envían a través de IP
• Proporciona un servicio de envío de datagramas:
– No incluye mecanismos que eviten la pérdida de mensajes
– Tampoco proporciona control de flujo ni entrega ordenada
• Las aplicaciones que lo usan deben responsabilizarse (si lo
necesitan) de los aspectos de fiabilidad
Protocolo UDP
Características
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V
• Las direcciones de transporte UDP añaden un número de puerto a la dirección IP
IP
Puerto 2
UDP: Demultiplexación basadaen los puertos
Puerto nPuerto 1
Protocolo UDP
Características
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V
descripciónnum clave aplicaciónUNIX
7
13
37
53
69
echo
daytime
time
domain
tftp
ping
daytime
time
nameserver
tftp
Eco remoto
Hora y fecha del sistema
Hora
Servidor de nombres de dominio
Trivial File Transfer Protocol
• Algunos servicios utilizan números de puerto fijos, previamente reservados:
Puertos UDP reservados
Protocolo UDP
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Cabecerade la trama
Cabec. del Campo de datos del datagrama datagrama
Campo de datos de la trama
Cabecera datos UDPUDP
Encapsulamiento de mensajes UDP
• El mensaje UDP se encapsula en un datagrama IP
• El datagrama IP se encapsula en una trama
• En el destino tiene lugar el proceso inverso
Protocolo UDP
IP
ETH
UDP
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V
• La longitud incluye la cabecera y los datos
• El checksum es opcional, cuando no se emplea se pone a cero
Puerto origen UDP Puerto destino UDP
Longitud mensaje Checksum
0 16 31
DATOS
Formato UDP
Protocolo UDP
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V Protocolo TCP
• Ninguno de los protocolos vistos hasta ahora proporciona
fiabilidad en la comunicación de datos
• Si las aplicaciones la necesitan, tienen dos opciones:
– Añadir los mecanismos necesarios en la propia aplicación
– Utilizar un protocolo intermedio que se encargue de esta tarea
• Emplearemos un protocolo del nivel de transporte que
proporcione la fiabilidad deseada:
– Protocolo TCP (Transmission Control Protocol)
El protocolo TCP
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V
• Proporciona un servicio de transporte:
– con conexión
– fiable y ordenado
– Tres fases: establecimiento de la conexión, transferencia de
datos y cierre de conexión
• Proporciona una comunicación full-duplex
• Al igual que UDP, se basa en el mecanismo de puertos para
establecer la comunicación
Características
Protocolo TCP
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sita
ria
de
Ing
enie
ría
Técn
ica
Ind
ust
rial
de
Val
enci
a -
UP
V
• Una conexión en TCP está identificada por los dos extremos que conecta
– Ej: (158.42.53.27, 1184) y (158.42.53.5, 53)
– Los números tras la coma son los puertos
• Un mismo número de puerto puede estar siendo utilizado en distintas conexiones
Conexiones en TCP
IP: 158.42.53.27
Puerto: 1184
Puerto: 1200 IP: 158.42.53.5
Puerto: 53
Protocolo TCP
45
Gestión Y Utilización de Redes Locales TEMA 6 45
GY
UR
L -
Escu
ela
Un
iver
sita
ria
de
Ing
enie
ría
Técn
ica
Ind
ust
rial
de
Val
enci
a -
UP
V
Cabecerade la trama
Cabec. del Campo de datos del datagrama datagrama
Campo de datos de la trama
Cabecera datos TCPTCP
Encapsulamiento de mensajes TCP
Protocolo TCP
IP
ETH
TCP
46
Gestión Y Utilización de Redes Locales TEMA 6 46
GY
UR
L -
Escu
ela
Un
iver
sita
ria
de
Ing
enie
ría
Técn
ica
Ind
ust
rial
de
Val
enci
a -
UP
V
Puerto TCP origen Puerto TCP destino
Número de secuencia
Número de reconocimiento
longc reservado código tamaño de ventana
checksum puntero a datos urgentes
0 4 10 16 24 31
opciones (si las hay) relleno
DATOS
Protocolo TCP: Formato
47
Gestión Y Utilización de Redes Locales TEMA 6 47
GY
UR
L -
Escu
ela
Un
iver
sita
ria
de
Ing
enie
ría
Técn
ica
Ind
ust
rial
de
Val
enci
a -
UP
V
bit(de izquierdaa derecha)
Significado si está a uno
URG
ACK
PSH
RST Reiniciar la conexión
SYN Sincronizar números de secuencia
FIN
Campo de código
Protocolo TCP
El emisor llegó al final de su secuencia de datos
El puntero a datos urgentes es válido
El campo de reconocimiento es válido
Este segmento solicita un PUSH