Los protocolos de InternetTCP/IP(Una revisin rpida)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

ContenidoQu es TCP/IP?Arquitectuta de TCP/IPCapa de acceso de red (Un ejemplo: el sistema Ethernet)Capa Internet (IP, ICMP)Capa de transporte (UDP y TCP)Capa de aplicaciones (una lista muy breve)

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Qu es TCP/IP?El nombre TCP/IP se refiere a una suite de protocolos de datos. El nombre viene de 2 de los protocolos que lo conforman:Transmission Control Protocol (TCP)Internet Protocol (IP)Hay muchos otros protocolos en la suite OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

TCP/IP e InternetTCP/IP son los protocolos fundamentales de Internet (Aunque se utilizan para Intranets y Extranets)Stanford University y Bold, Beranek and Newman (BBN) presentaron TCP/IP a comienzos de los 70 para una red de conmutacin de paquetes (ARPANet).Tambin se usa en redes de rea localOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Por qu es popular TCP/IP?Los estndares de los protocolos son abiertos: interconecta equipos de diferentes fabricantes sin problema.Independiente del medio de transmisin fsico.Un esquema de direccionamiento amplio y comn.Protocolos de alto nivel estandarizados (muchos servicios!)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

ProtocolosProtocolos: reglas formales de comportamientoPara que los computadores puedan comunicarse necesitan establecerse reglas protocolos (AppleTalk, IPX/SPX, SNA,etc.)Los protocolos de TCP/IP no depende del S.O. ni del computador (es abierto): cualquiera puede desarrollar productos que se ajusten a las especificaciones de TCP/IPOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Estndares de TCP/IPPara garantizar que TCP/IP sea un protocolo abierto los estndares deben ser pblicamente conocidos.La mayor parte de la informacin sobre los protocolos de TCP/IP est publicada en unos documentos llamados Request for Comments (RFCs) - Hay otros dos tipos de documentos: Military Standards (MIL STD), Internet Engineering Notes (IEN) -.OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

El modelo de referencia OSIAplicacinPresentacinSesinTransporteRedEnlaceFsicaAplicaciones de Red: transferencia de archivosFormatos y representacin de los datosEstablece, mantiene y cierra sesionesEntrega confiable/no confiable de mensajesEntrega los paquetes y hace enrutamienntoTransfiere frames, chequea erroresTransmite datos binarios sobre un medioNivel OSIFuncinCada nivel ( capa) tiene unas funciones precisas para resolver determinados problemas de la comunicacin (divide y vencers)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Arquitectura de TCP/IPAplicaciones y procesos que usan la redServicios de entrega de datos entre nodosDefine el datagrama y maneja el enrutamientoRutinas para acceder el medio fsicoNo hay un acuerdo sobre como representar la jerarqua de losprotocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres a cinco).OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Encapsulacin de datosCada capa de la pila TCP/IP adiciona informacin de control (un header) para asegurar la entrega correcta de los datos.Cuando se recibe, la informacin de control se retira.DATOSOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Estructuras de datosUDPMessagePacketFrameTCPStreamSegmentFrameOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

TCP/IPCapa de Acceso de Red(Network Access Layer)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Capa de acceso de redEs la capa inferior de la jerarqua de protocolos de TCP/IPEs equivalente a la capa 1 y 2 del modelo OSI (con algunas funciones de la capa 3).Hay muchos protocolos de acceso a la red (uno por cada estndar fsico de red)Encapsula Datagramas en Frames y mapea direcciones IP a direcciones fsicas.Ejemplos de RFCs que definen protocolos de la capa de acceso a red son: RFC826 y RFC894Esta capa se construye con la tarjeta de red, los drivers y los programas asociadosOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Un ejemplo: el Sistema EthernetEthernet es una tecnologa de redes de rea local (LAN) que transmite informacin entre computadores a una velocidad de 10 Mbps (Ethernet), 100 Mbps (Fast Ethernet) 1000 Mbps (Gigabit Ethernet). Los medios que soporta 10 Mbps son coaxial grueso, coaxial delgado, par trenzado y fibra ptica.Los medios que soporta 100 Mbps son par trenzado y fibra pticaLos medios que soporta 1000 Mbps son par trenzado y fibra pticaOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

El frame EthernetEl corazn del sistema Ethernet es el frame Ethernet utilizado para llevar datos entre computadores.El frame consta de varios bits organizados en varios campos.Estos campos incluyen la direccin fsica de las interfaces Ethernet, un campo variable de datos (entre 46 y 1500 bytes) y un campo de chequeo de error.OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

El frame Ethernet Versin 2 Destino: 6 bytes, direccin fsica del nodo destino (MAC address) Origen: 6 bytes, direccin del nodo origen Tipo: 2 bytes, especifica el protocolo de la capa superior Datos: entre 46 y 1500 bits, informacin de las capas superiores Chequeo: Secuencia de chequeo del frameCuando un frame Ethernet es enviado al canal todas las interfacesrevisan los primeros 6 bytes (48 bits). Si es su direccin MAC (o broadcast)reciben el paquete y lo entregarn al software de red instalado en el computador. Las interfaces con diferentes direccin no continuarn leyendo el frameOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Protocolos de alto nivel y las direcciones EthernetLos paquetes de los protocolos de alto nivel (como TCP/IP) se mueven entre computadores dentro del campo de datos del frame EthernetLos protocolos de alto nivel tienen su propio esquema de direcciones (por ejemplo, direcciones IP)El software de red instalado en un equipo conoce su direccin IP (32 bits) y su direccin MAC (48 bits), PERO NO CONOCE LAS DIRECCIONES MAC DE LAS OTRAS ESTACIONES.El mecanismo que permite descubrir las otras direcciones MAC se llama ARP (Address Resolution Protocol)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Cmo funciona ARP?1. Correo quiere enviar informacin a DNS a travs de la red Ethernet2. Correo enva un paquete con direccin destino broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF) preguntando: La estacin con direccin IP 168.176.1.50 podra decirme cul es su direccin MAC? (ARP request)3. Como el ARP request tiene direccin broadcast todas las interfaces recibirn la solicitud, pero slo responder el DNS (porque l tiene la direccin 168.176.1.50) informndole su direccin MAC4. Al recibir Correo la direccin MAC, puede iniciar su envo de informacin entre los protocolos de alto nivelOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

TCP/IPCapa Internet(Internet Layer)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Capa InternetCapa ubicada sobre la capa de acceso de redEl protocolo IP (RFC791) es el corazn de TCP/IP y es el protocolo ms importante de la capa InternetIP provee el servicio de entrega de paquetes sobre el cual estn construidas las redes TCP/IP Los protocolos sobre y debajo de la capa Internet utilizan el protocolo IP para entregar datosTodos los datos TCP/IP fluyen a travs de IP, entrando o saliendo, sin importar cual sea su destino finalOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Protocolo Internet (IP)Funciones:Define el datagrama, que es la unidad bsica de transmisin en InternetDefine el esquema de direccionamiento de internetMueve datos entre la capa de acceso de red y la capa de transporte host-to-hostCaractersticas:Es un protocolo connectionless (no intercambia informacin de control - handshake - para establecer una conexin nodo a nodo antes de transmitir)No corrige ni detecta errores en la informacin (unreliable) Otros protocolos hacen estas tareasOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Red de conmutacin de paquetesUn paquete es un bloque de datos que lleva la informacin necesaria para ser entregadoInternet es una red de conmutacin de paquetesComo una carta normal: llevala direccin destino escrita en el sobre (destinatario)Destinatario: Oscar AgudeloCalle de los desjuiciadosCiudad del insomnioLa informacin de la direccin es utilizada para conmutar los paquetes de una red a otra, hasta que llegue a su destino finalCADA PAQUETE VIAJA INDEPENDIENTEMENTE DE CUALQUIER OTRO PAQUETEOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

El datagramaEl datagrama es el formato de paquete definido por el Protocolo Internet (IP).Las primeras cinco o seis palabras de 32 bits del datagrama son informacin de control (el header). Se utiliza el IHL (Internet Header Length) para dar la longitud del header.El header tiene la informacin necesaria para entregar el paquete (el sobre)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Formato del datagramaIHLTipo de servicioFlagsLongitud totalOffset de fragmentacinVersinMs datos...RellenoIdentificacinTiempo de vidaDireccin origen (168.176.25.43)Direccin destino (168.176.1.70)OpcionesLos datos comienzan aqu...No. de protocoloChequeo del headerMs datos...32 bitsPalabras (4 bytes)HeaderOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Direccionamiento IPCada interface de red (tarjeta de red) se le asigna una direccin lgica nica de 32 bits.La direccin consta de una parte que identifica la red y otra que identifica el nodo:La parte de nodo se asigna localmenteLa parte de red la asigna Internic, su ISP su administrador de redOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Clases de Direcciones IPOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Notacin decimal con puntosEn lugar de utilizar binarios para representar la direccin IP:10101000101100000000000100110010Podemos separarlos en bytes (8 bits):10101000101100000000000100110010y representarlos en forma decimal168.176.1.50OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Direcciones IP reservadas0.X.X.X127.X.X.X (direccin de loopback)128.0.X.X191.255.X.X192.0.0.X223.255.255.X224.0.0.0 hasta 255.255.255.255RFC 960OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Mscara de subredUna direccin de red la podemos subdividir en subredes pidiendo prestados bits de la parte de identificacin de host para identificar la subred:SUBREDOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Cmo funciona la mscara?10101000.10110000.00000001.00110010A la siguiente direccin IP (168.176.1.50): Le coloco la mscara 255.255.255.0:11111111.11111111.11111111.00000000Y obtengo un parte de la direccin que identifica una subred:10101000.10110000.00000001.00110010REDNODOOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999Se hace un AND lgico entre la direccin IP y la mscara

Enrutamiento de datagramas

RED 3

RED 1AplicacinTransporteInternetAcceso de redAplicacinTransporteInternetAcceso de redNodo ANodo B

RED 2InternetAcceso de redInternetAcceso de redCul es la mejor rutapara este paquete?Router R1Router R2Cul es la mejor rutapara este paquete?OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Fragmentacin de datagramasOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999RED 1RED 2MTU: 150MTU: 1500MTU: Maximum Transmission UnitIP divide los datagramasen datagramas ms pequeosCada tipo de red tiene un MTU

Paso de datagramas a capa de transporteCuando IP recibe un paquete que es para ese nodo debe pasar los datos al protocolo correcto de la capa de transporte (TCP UDP)Esto se hace utilizando el nmero de protocolo (palabra 3 del header del datagrama)Cada protocolo tiene su nmero de protocolo nico:TCP: 6UDP: 17

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ICMP-Internet Control Message ProtocolDefinido en el RFC 792, est en la capa Internet y usa el datagrama IP para enviar sus mensajes.FuncionesControl de flujo (espere un momentico)Deteccin de destinos inalcanzablesRedireccin de rutas (dentro de la misma red)Chequeo de nodos remotos (el comando ping utiliza el mensaje Echo de ICMP)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

TCP/IPCapa de transporte nodo a nodo(Host to Host Transport Layer)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Capa de TransporteLos dos protocolos ms importantes de la capa de transporte son:Transmission Control Protocol (TCP)User Datagram Protocol (UDP)TCP provee un servicio de entrega de datos confiable con correccin y deteccin de errores.UDP provee un servicio liviano, con entrega de datos no confiable Ambos protocolos pasan datos entre la capa de aplicacin y la capa Internet.Dependiendo de la aplicacin se escoge el protocolo de transporte

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UDP (User Datagram Protocol)UDP da acceso directo al programa de aplicacin al servicio de entrega de datagramas (el servicio ofrecido por IP).Liviano, no confiable (no hay ninguna tcnica para verificar que los datos llegaron bien a su destino)Es el ms eficiente de los protocolos de la capa de transporte: lleva mensajes pequeosLas aplicaciones solicitud/respuesta son candidatas a utilizar UDP.OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Formato del mensaje UDPOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999Puerto de origen: Nmero de 16 bits que identifica la aplicacin origen (opcional).Puerto destino: Nmero de 16 bits que identifica la aplicacin destinoLongitud: Longitud en bytes de todo el User Datagram. Incluyendo header y datosChecksum: Control de chequeo del User Datagram, para saber si est bueno...

TCP (Transmission Control Protocol)Las aplicaciones o servicios que requieren que el protocolo de transporte garantice la entrega confiable de los datos utilizan TCP: Verifica que los datos son entregados a travs de la red exactamente y en la secuencia correcta.Es confiable (reliable), orientado a conexin (connection-oriented) y de flujo de bytes (byte-stream).OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

TCP es confiable (reliable)TCP es confiable porque utiliza Positive Acknowledgment with Re-transmission (PAR):Un sistema que utilice PAR vuelve a enviar los datos hasta que escuche que el otro sistema lo recibi bien.Cuando un sistema recibe sus datos OK, le enva al otro un Acknowledgment positivo... De los datos que no se reciba ACK son re-enviadosOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

TCP es orientado a conexinTCP establece una conexin lgica entre nodos que se estn comunicando.Cierta informacin de control, llamada handshake, se intercambia entre los nodos ANTES de que los datos sean transmitidosDentro del header de TCP hay un campo que indica si ese segmento es de control (handshake) TCP utiliza three-way handsake (Se intercambian 3 segmentos)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Three-Way HandshakeOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999Oye loco, deseo establecer una conexin TCPy mi nmero de secuencia comienza en xxxListo viejo, ya vi tu segmento, y mi nmero de secuencia comienza en yyyOK loco, tambin vi tu segmento y aqu te mando los primeros datosDespus del intercambio el nodo viejo.amigo.com tiene la evidenciaque el nodo remoto (loco.chevere.com) est listo para recibir datos viejo.amigo.comloco.chevere.comCuando se termina la transferencia de datos ellos intercambian unthree-way handshake con un bit que se llama FIN (no more data from sender).

TCP es un protocolo de flujo de bytes. TCP ve los datos que el enva como un flujo continuo (stream) de bytes, NO como paquetes independientes, por eso debe tener cuidado de mantener la secuencia en la cual los bytes son enviados y recibidos.El nmero de secuencia y el numero de ACK del encabezado del segmento TCP mantienen el seguimiento del chorro de bytes.OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Formato del segmento TCPOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999Puerto destinoPuerto de origenMs datos...RellenoNmero de ACK (Acknowledgment)Nmero de secuenciaOffsetChecksumOpcionesLos datos comienzan aqu...Ms datos...32 bitsPalabras (4 bytes)HeaderReservadoFlagsWindowUrgent Pointer

Paso de datos a la capa de aplicacinDATOSTCP tambin es el responsable de entregar los datos recibidos de IP a la aplicacin correcta en la capa de aplicacin.Esto se hace utilizando el nmero de puerto (palabra 1 del header del segmento)Cada aplicacin o servicio tiene su nmero de puerto bien conocido:HTTP: 80SMTP:25 DNS:53

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TCP/IPCapa de aplicacin(Application Layer)OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Capa de aplicacinLa parte superior de la jerarqua de TCP/IP es la capa de aplicacinHay MUCHOS protocolos de aplicacin y se siguen creando. La mayora proveen servicios directos a los usuarios.En esta capa estn todos los procesos que utilizan la capa de transporte para entregar datos.OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Lista de algunas aplicacionesTelnet: protocolo de terminal de redFTP: transferencia de archivosSMTP: transporta el correo electrnicoHTTP: transfiere las pginas Web DNS: servicio de nombres: resuelve nombres de nodos a direccin IPOSPF: intercambia informacin de enrutamientoSNMP: para administracin de la redOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

ResumenTCP/IP es la suite de protocolos de InternetEn la charla se utiliz un modelo de 4 capasTCP/IP aprovecha muchas tecnologas de red fsica. Un ejemplo con EthernetIP: Internet protocol, es el corazn de Internet, tambin est ICMPTCP y UDP estn en la capa de transporteLos protocolos de aplicacin son muchosOAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

MUCHAS GRACIAS Preguntas, comentarios o sugerencias ?OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999