Monografias | Protocolos de Red: Protocolo TCP/IP

Una red es una configuración de computadora que intercambiainformación. Pueden proceder de una variedad de fabricantes y es probable quetenga diferencias tanto en hardware como en software, para posibilitar lacomunicación entre estas es necesario un conjunto de reglas formales para suinteracción. A estas reglas se les denominan protocolos.

Un protocolo es un conjunto de reglas establecidas entre dosdispositivos para permitir la comunicación entre ambos.

Se han desarrollado diferentes familias de protocolos paracomunicación por red de datos para los sistemas UNIX. El más ampliamenteutilizado es el Internet Protocol Suite, comúnmente conocido como TCP / IP.

Es un protocolo DARPA que proporciona transmisión fiable depaquetes de datos sobre redes. El nombre TCP / IP Proviene de dos protocolosimportantes de la familia, el Transmission Contorl Protocol (TCP) y el InternetProtocol (IP). Todos juntos llegan a ser más de 100 protocolos diferentesdefinidos en este conjunto.

El TCP / IP es la base del Internet que sirve para enlazarcomputadoras que utilizan diferentes sistemas operativos, incluyendo PC,minicomputadoras y computadoras centrales sobre redes de área local y áreaextensa. TCP / IP fue desarrollado y demostrado por primera vez en 1972 por eldepartamento de defensa de los Estados Unidos, ejecutándolo en el ARPANET unared de área extensa del departamento de defensa.

Pensemos los módulos del software de protocolos en una pilavertical constituida por capas. Cada capa tiene la responsabilidad de manejaruna parte del problema.

Conceptualmente, enviar un mensaje desde un programa deaplicación en una maquina hacia un programa de aplicaciones en otra, significatransferir el mensaje hacia abajo, por las capas sucesivas del software deprotocolo en la maquina emisora, transferir un mensaje a través de la red yluego, transferir el mensaje hacia arriba, a través de las capas sucesivas delsoftware de protocolo en la maquina receptora.

En la practica, el software es mucho más complejo de lo quese muestra en el modelo. Cada capa toma decisiones acerca de lo correcto delmensaje y selecciona una acción apropiada con base en el tipo de mensaje o ladirección de destino. Por ejemplo, una capa en la maquina de recepción debedecidir cuándo tomar un mensaje o enviarlo a otra maquina. Otra capa debedecidir que programa de aplicación deberá recibir el mensaje.

 Para entender la diferencia entre la organizaciónconceptual del software de protocolo y los detalles de implantación,consideremos la comparación de la figura 2 . El diagrama conceptual (A) muestrauna capa de Internet entre una capa de protocolo de alto nivel y una capa deinterfaz de red. El diagrama realista (B) muestra el hecho de que el software IPpuede comunicarse con varios módulos de protocolo de alto nivel y con variasinterfaces de red.

Aun cuando un diagrama conceptual de la estratificación porcapas no todos los detalles, sirven como ayuda para explicar los conceptosgenerales. Por ejemplo el modelo 3 muestra las capas del software de protocoloutilizadas por un mensaje que atraviesa tres redes. El diagrama muestra solo lainterfaz de red y las capas de protocolo Internet en los ruteadores debido a quesólo estas capas son necesarias para recibir, rutear y enviar los diagramas. Séen tiende que cualquier maquina conectada hacia dos redes debe tener dos módulosde interfaz de red, aunque el diagrama de estratificación por capas muestra sólouna capa de interfaz de red en cada maquina.

 Como se muestra en la figura, el emisor en la maquinaoriginal emite un mensaje que la capa del IP coloca en un datagrama y envía através de la red 1. En las maquinas intermedias el datagrama pasa hacia la capaIP, la cual rutea el datagrama de regreso, nuevamente(hacia una red diferente).Sólo cuando se alcanza la maquina en el destino IP extrae el mensaje y lo pasahacia arriba, hacia la capa superior del software de protocolos.

 FUNCIONALIDAD DE LAS CAPAS

Una vez que se toma la decisión de subdividir los problemasde comunicación en cuatro subproblemas y organizar el software de protocolo enmódulos, de manera que cada uno maneja un problema, surge la pregunta. "¿Quétipo de funciones debe instalar en cada modulo?". La pregunta no es fácilde responder por varias razones. En primer lugar, un grupo de objetivos ycondiciones determinan un problema de comunicación en particular, es posibleelegir una organización que optimice un software de protocolos para eseproblema. Segundo, incluso cuando se consideran los servicios generales al nivelde red, como un transporte confiable es posible seleccionar entre distintasmaneras de resolver el problema. Tercero, el diseño de una arquitectura de redy la organización del software de protocolo esta interrelacionado; no se puedediseñar a uno sin considera al otro.

Existen dos modelos dominantes sobre la estratificación porcapas de protocolo. La primera, basada en el trabajo realizado por laInternational Organization for Standardization (Organización para laEstandarización o ISO, por sus siglas en inglés ), conocida como ReferenciaModel of Open System Interconnection Modelo de referencia de interconexión desistemas abiertos ) de ISO, denominada frecuentemente modelo ISO. El modelo ISOcontiene 7 capas conceptuales organizadas como se muestra a continuación: (imágenesremovidas, es necesario bajar el trabajo).

El modelo ISO, elaborado para describir protocolos para unasola red, no contiene un nivel especifico para el ruteo en el enlace de redes,como sucede con el protocolo TCP/IP.

Aun cuando fue diseñado para proporcionar un modeloconceptual y no una guía de implementación, el esquema de estratificación porcapas de ISO ha sido la base para la implementación de varios protocolos. Entrelos protocolos comúnmente asociados con el modelo ISO, el conjunto deprotocolos conocido como X.25 es probablemente el mejor conocido y el másampliamente utilizado. X.25 fue establecido como una recomendación de laTelecommunications Section de la International Telecommunications Union(ITU-TS), una organización internacional que recomienda estándares para losservicios telefónicos internacionales. X.25 ha sido adoptado para las redes públicasde datos y es especialmente popular en Europa. Consideraremos a X.25 para ayudara explicar la estratificación por capas de ISO.

Dentro de la perspectiva de X.25, una red opera en gran partecomo un sistema telefónico. Una red X.25 se asume como si estuviera formada porcomplejos conmutadores de paquetes que tienen la capacidad necesaria para elruteo de paquetes. Los anfitriones no están comunicados de manera directa a loscables de comunicación de la red. En lugar de ello, cada anfitrión se comunicacon uno de los conmutadores de paquetes por medio de una línea de comunicaciónserial. En cierto sentido la comunicación entre un anfitrión y un conmutadorde paquetes X.25 es una red miniatura que consiste en un enlace serial. Elanfitrión puede seguir un complicado procedimiento para transferir paqueteshacia la red.

• Capa física. X.25 especifica un estándar para la interconexión física entre computadoras anfitrión y conmutadores de paquetes de red, así como los procedimientos utilizados para transferir paquetes de una máquina a otra. En el modelo de referencia, el nivel 1 especifica la interconexión física incluyendo las características de voltaje y corriente. Un protocolo correspondiente, X.2 1, establece los detalles empleados en las redes publicas de datos.

• Capa de enlace de datos. El nivel 2 del protocolo X.25 especifica la forma en que los datos viajan entre un anfitrión y un conmutador de paquetes al cual esta conectado. X.25 utiliza él termino trama para referirse a la unidad de datos cuando esta pasa entre un anfitrión y un conmutador de paquetes (es importante entender que la definición de X.25 de trama difiere ligeramente de la forma en que la hemos empleado hasta aquí). Dado que el hardware, como tal, entrega solo un flujo de bits, el nivel de protocolos 2 debe definir el formato de las tramas y especificar cómo las dos maquinas reconocen las fronteras de la trama. Dado que los errores de transmisión pueden destruir los datos, el nivel de protocolos 2 incluye una detección de errores (esto es, una suma de verificación de trama). Finalmente, dado que la transmisión es no confiable, el nivel de protocolos 2 especifica un intercambio de acuses de recibo que permite a las dos máquinas saber cuando se ha transferido una trama con éxito.

Hay protocolos de nivel 2, utilizado comúnmente, quese conoce como High Level Data Link Communication (Comunicación de enlace dedatos de alto nivel), mejor conocido por sus siglas, HDLC. Existen variasversiones del HDLC, la más reciente es conocida como HDLCILAPB. Es Recordar queuna transferencia exitosa en el nivel 2 significa que una trama ha pasado haciaun conmutador de paquetes de red para su entrega; esto no garantiza que elconmutador de paquetes acepte el paquete o que este disponible para rutearlo.

• Capa de red. El modelo de referencia ISO especifica que el tercer nivel contiene funciones que completan la interacción entre el anfitrión y la red. Conocida como capa de red o subred de comunicación, este nivel define la unidad básica de transferencia a través de la red e incluye el concepto de direccionamiento de destino y ruteo. Debe recordarse que en el mundo de X.25 la comunicación entre el anfitrión y el conmutador de paquetes esta conceptualmente aislada respecto al trafico existente. Así, la red permitiría que paquetes definidos por los protocolos del nivel 3 sean mayores que el tamaño de la trama que puede ser transferida en el nivel 2. El software del nivel 3 ensambla un paquete en la forma esperada por la red y utiliza el nivel 2 para transferido (quizás en fragmentos) hacia el conmutador de paquetes. El nivel 3 también debe responder a los problemas de congestionamiento en la red.

• Capa de transporte. El nivel 4 proporciona confiabilidad punto a punto y mantiene comunicados al anfitrión de destino con el anfitrión fuente. La idea aquí es que, así como en los niveles inferiores de protocolos se logra cierta confiabilidad verificando cada transferencia, la capa punto a punto duplica la verificación para asegurarse de que ninguna máquina intermedia ha fallado.

• Capa de sesión. Los niveles superiores del modelo ISO describen cómo el software de protocolos puede organizarse para manejar todas las funciones necesarias para los programas de aplicación. El comité ISO considera el problema del acceso a una terminal remota como algo tan importante que asignó la capa 5 para manejarlo. De hecho, el servicio central ofrecido por las primeras redes publicas de datos consistía en una terminal para la interconexión de anfitriones. Las compañías proporcionaban en la red, mediante una línea de marcación, una computadora anfitrión de propósito especial, llamada Packet Assembler and Disassembler (Ensamblador -v desensamblador de paquetes o PAD, por sus siglas en ingles). Los suscriptores, por lo general de viajeros que

Transportaban su propia computadora y su módem, se poníanen contacto con la PAD local, haciendo una conexión de red hacia el anfitrióncon el que deseaban comunicarse.

Muchas compañías prefirieron comunicarse por medio de la red parasubcomunicación por larga distancia, porque resultaba menos cara que la marcacióndirecta.

• Capa de presentación. La capa 6 de ISO esta proyectada para incluir funciones que muchos programas de aplicación necesitan cuando utilizan la red. Los ejemplos comunes incluyen rutinas estándar que comprimen texto o convierten imágenes gráficas en flujos de bits para su transmisión a través de la red. Por ejemplo, un estándar ISO, conocido como Abstract Svntax Notation 1 (Notación de sintaxis abstracta 1 o ASN 1, por sus siglas en ingles), proporciona una representación de datos que utilizan los programas de aplicación. Uno de los protocolos TCP/IP, SNMP, también utiliza ASN 1 para representar datos.

• Capa de aplicación. Finalmente, la capa 7 incluye programas de aplicación que utilizan la red. Como ejemplos de esto se tienen al correo electrónico o a los programas de transferencia de archivos. En particular, el ITU-TS tiene proyectado un protocolo para correo electrónico, conocido como estándar X.400. De hecho, el ITU y el ISO trabajan juntos en el sistema de manejo de mensajes; la versión de ISO es conocida como MOTIS.

El segundo modelo mayor de estratificación por capas no seorigina de un comité de estándares, sino que proviene de las investigacionesque se realizan respecto al conjunto de protocolos de TCP/IP. Con un poco deesfuerzo, el modelo ISO puede ampliarse y describir el esquema de estratificaciónpor capas del TCP/IP, pero los presupuestos subyacentes son lo suficientementedistintos para distinguirlos como dos diferentes.

En términos generales, el software TCP/IP está organizadoen cuatro capas conceptuales que se construyen sobre una quinta capa dehardware. El siguiente esquema muestra las capas conceptuales así como la formaen que los datos pasan entre ellas.

• Capa de aplicación. Es el nivel mas alto, los usuarios llaman a una aplicación que acceda servicios disponibles a través de la red de redes TCP/IP. Una aplicación interactúa con uno de los protocolos de nivel de transporte para enviar o recibir datos. Cada programa de aplicación selecciona el tipo de transporte necesario, el cual puede ser una secuencia de mensajes individuales o un flujo continuo de octetos. El programa de aplicación pasa los datos en la forma requerida hacia el nivel de transporte para su entrega.

• Capa de transporte. La principal tarea de la capa de transporte es proporcionar la comunicación entre un programa de aplicación y otro. Este tipo de comunicación se conoce frecuentemente como comunicación punto a punto. La capa de transporte regula el flujo de información. Puede también proporcionar un transporte confiable, asegurando que los datos lleguen sin errores y en secuencia. Para hacer esto, el software de protocolo de transporte tiene el lado de recepción enviando acuses de recibo de retorno y la parte de envío retransmitiendo los paquetes perdidos. El software de transporte divide el flujo de datos que se está enviando en pequeños fragmentos (por lo general conocidos como paquetes) y pasa cada paquete, con una dirección de destino, hacia la siguiente capa de transmisión. Aun cuando en el esquema anterior se utiliza un solo bloque para representar la capa de aplicación, una computadora de propósito general puede tener varios programas de aplicación accesando la red de redes al mismo tiempo. La capa de transporte debe aceptar datos desde varios programas de usuario y enviarlos a la capa del siguiente nivel. Para hacer esto, se añade información adicional a cada paquete, incluyendo códigos que identifican qué programa de aplicación envía y qué programa debe recibir, así como una suma de verificación para verificar que el paquete ha llegado intacto y utiliza el código de destino para identificar el programa de aplicación en el que se debe entregar.

• Capa Internet. La capa Internet maneja la comunicación de una máquina a otra. Ésta acepta una solicitud para enviar un paquete desde la capa de transporte, junto con una identificación de la máquina, hacia la que se debe enviar el paquete. La capa Internet también maneja la entrada de datagramas, verifica su validez y utiliza un algoritmo de ruteo para decidir si el datagrama debe procesarse de manera local o debe ser transmitido. Para el caso de los datagramas direccionados hacia la máquina local, el software de la capa de red de redes borra el encabezado del datagrama y selecciona, de entre varios protocolos de transporte, un protocolo con el que manejará el paquete. Por último, la capa Internet envía los mensajes ICMP de error y control necesarios y maneja todos los mensajes ICMP entrantes.

• Capa de interfaz de red. El software TCP/IP de nivel inferior consta de una capa de interfaz de red responsable de aceptar los datagramas IP y transmitirlos hacia una red específica. Una interfaz de red puede consistir en un dispositivo controlador (por ejemplo, cuando la red es una red de área local a la que las máquinas están conectadas directamente) o un complejo subsistema que utiliza un protocolo de enlace de datos propios (por ejemplo, cuando la red consiste de conmutadores de paquetes que se comunican con anfitriones utilizando HDLC).

Hay dos diferencias importantes y sutiles entre el esquema deestratificación por capas del TCP/IP y el esquema X.25. La primera diferenciagira entorno al enfoque de la atención de la contabilidad, en tanto que lasegunda comprende la localización de la inteligencia en el sistema completo.

Una de las mayores diferencias entre los protocolos TCP/IP yX.25 reside en su enfoque respecto a los servicios confiables de entrega dedatos. En el modelo X.25, el software de protocolo detecta y maneja errores entodos los niveles. Protocolos complejos a nivel de enlace garantizan que latransferencia de datos entre un anfitrión y un conmutador de paquetes que estaconectados se realice correctamente. Una suma de verificación acompaña a cadafragmento de datos transferido y el receptor envía acuses de recibo de cadasegmento de datos recibido. El protocolo de nivel de enlace incluye intervalosde tiempo y algoritmos de retransmisión que evitan la pérdida de datos yproporcionan una recuperación automática después de las fallas de hardware ysu reiniciación.

Los niveles sucesivos de X.25 proporcionan confiabilidad porsí mismos. En el nivel 3, X.25 también proporciona detección de errores yrecuperación de transferencia de paquetes en la red mediante el uso de sumas deverificación así como de intervalos de tiempo y técnicas de retransmisión.Por ultimo, el nivel 4 debe proporcionar confiabilidad punto a punto pues tieneuna correspondencia entre la fuente y el destino final para verificar laentrega.

En contraste con este esquema, el TCP/IP basa suestratificación por capas de protocolos en la idea de que la confiabilidadpunto a punto es un problema. La filosofía de su arquitectura es sencilla: unared de redes se debe construir de manera que pueda manejar la carga esperada,pero permitiendo que las máquinas o los enlaces individuales pierdan o alterendatos sin tratar repetidamente de recuperarlos. De hecho, hay una pequeña onula confiabilidad en la mayor parte del software de las capas de interfaz dered. En lugar de esto, las capas de transporte manejan la mayor parte de losproblemas de detección y recuperación de errores.

El resultado de liberar la capa de interfaz de la verificaciónhace que el software TCP/IP sea mucho más fácil de entender e implementarcorrectamente. Los ruteadores intermedios pueden descartar datagramas que se hanalterado debido a errores de transmisión. Pueden descartar datagramas que no sepueden entregar o que, a su llegada, exceden la capacidad de la máquina ypueden rutear de nuevo datagramas a través de vías con retardos más cortos omás largos sin informar a la fuente o al destino.

Tener enlaces no confiables significa que algunos datagramasno llegarán a su destino. La detección y la recuperación de los datagramasperdidos se establecen entre el anfitrión fuente y el destino final y se lellama verificación end-to-end 2 El software extremo a extremo que se ubica enla capa de transporte utiliza sumas de verificación, acuses de recibo eintervalos de tiempo para controlar la transmisión. Así, a diferencia delprotocolo X.25, orientado a la conexión, el software TCP/IP enfoca la mayorparte del control de la confiabilidad hacia una sola capa.

Otra diferencia entre el modelo X.25 y el modelo TCP/IP sepone de manifiesto cuando consideramos la localización de la autoridad y elcontrol. Como regla general, las redes que utilizan X.25 se adhieren a la ideade que una red es útil porque proporciona un servicio de transporte. Elvendedor que ofrece el servicio controla el acceso a la red y monitorea eltrafico para llevar un registro de cantidades y costos. El prestador deservicios de la red también maneja internamente problemas como el ruteo, elcontrol de flujo y los acuses de recibo, haciendo la transferencia confiable.Este enfoque hace que los anfitriones puedan (o necesiten) hacer muy pocascosas. De hecho, la red es un sistema complejo e independiente en el que sepueden conectar computadoras anfitrión relativamente simples; los anfitrionespor si mismos participan muy poco en la operación de la red.

En contraste con esto, el TCP/IP requiere que los anfitrionesparticipen en casi todos los protocolos de red. Ya hemos mencionado que losanfitriones implementan activamente la detección y la corrección de errores deextremo a extremo. También participan en el ruteo puesto que deben seleccionaruna ruta cuando envían datagramas y participan en el control de la red dado quedeben rnanejar los mensajes de control ICMP. Así, cuando la comparamos con unared X.25, una red de redes TCP/IP puede ser vista como un sistema de entrega depaquetes relativamente sencillo, el cual tiene conectados anfitrionesinteligentes.

Independientemente del esquema de estratificación por capasque se utilice o de las funciones de las capas, la operación de los protocolosestratificados por capas se basa en una idea fundamental. La idea, conocida comoprincipio de estratificación por capas puede resumirse de la siguiente forma:(imágenes removidas, es necesario bajar el trabajo).

Los protocolos estratificados por capas están diseñados demodo que una capa n en el receptor de destino reciba exactamente el mismo objetoenviado por la correspondiente capa n de la fuente.

El principio de estratificación por capas explica por que laestratificación por capas es una idea poderosa. Esta permite que el diseñadorde protocolos enfoque su atención hacia una capa a la vez, sin preocuparseacerca del desempeño de las capas inferiores. Por ejemplo, cuando se construyeuna aplicación para transferencia de archivos, el diseñador piensa solo en doscopias del programa de aplicación que se correrá en dos máquinas y seconcentrará en los mensajes que se necesitan intercambiar para la transferenciade archivos. El diseñador asume que la aplicación en el anfitrión receptor esexactamente la misma que en el anfitrión emisor.

Nuestro planteamiento sobre el principio de estratificaciónpor capas es un tanto vago y la ilustración de la figura 11.o toca un temaimportante dado que permite distinguir entre la transferencia desde una fuentehasta un destino final y la transferencia a través de varias redes. La figura11.7. ilustra la distinción y muestra el trayecto de un mensaje enviado desdeun programa de aplicación en un anfitrión hacia la aplicación en otro a travésde un ruteador.

Como se muestra en la figura, la entrega del mensaje utilizados estructuras de red separadas, una para la transmisión desde el anfitrión Ahasta el ruteador R y otra del ruteador R al anfitrión B. El siguienteprincipio de trabajo de estratificación de capas indica que el marco entregadoa R es idéntico al enviado por el anfitrión A. En contraste, las capas deaplicación y transporte cumplen con la condición punto a punto y están diseñadosde modo que el software en la fuente se comunique con su par en el destinofinal. Así, el principio de la estratificación por capas establece que elpaquete recibido por la capa de transporte en el destino final es idéntico alpaquete enviado por la capa de transporte en la fuente original.

Es fácil entender que, en las capas superiores, el principiode estratificación por capas se aplica a través de la transferencia punto apunto y que en las capas inferiores se aplica en una sola transferencia de máquina.No es tan fácil ver como el principio de estratificación de capas se aplica ala estratificación Internet. Por un lado, hemos dicho que los anfitrionesconectados a una red de redes deben considerarse como una gran red virtual, conlos datagramas IP que hacen las veces de tramas de red. Desde este punto devista, los datagramas viajan desde una fuente original hacia un destino final yel principio de la estratificación por capas garantiza que el destino finalreciba exactamente el datagrama que envío la fuente. Por otra parte, sabemosque el encabezado "datagram" contiene campos, como "time tolive", que cambia cada vez que el "datagram" pasa a través de unruteador. Así, el destino final no recibirá exactamente el mismo diagrama queenvío la fuente. Debemos concluir que, a pesar de que la mayor parte de losdatagramas permanecen intactos cuando pasan a través de una red de redes, elprincipio de estratificación por capas solo se aplica a los datagramas querealizan transferencias de una sola máquina. Para ser precisos, no debemosconsiderar que las capas de Internet proporcionan un servicio punto a punto.

Cuando un ruteador recibe un datagrama, este puede entregarel datagrama en su destino o en la red local, o transferir el datagrama a travésde una línea serial hacia otro ruteador. La cuestión es la siguiente: "¿cómose ajusta el protocolo utilizado en una línea serial con respecto al esquema deestratificación por capas del TCP/IP?" La respuesta depende de comoconsidera el diseñador la interconexión con la línea serial.

Desde la perspectiva del IP, el conjunto de conexiones puntoa punto entre ruteadores puede funcionar como un conjunto de redes físicasindependientes o funcionar colectivamente como una sola red física. En elprimer caso, cada enlace físico es tratado exactamente como cualquier otra reden una red de redes. A esta se le asigna un numero único de red (por lo generalde clase C) y los dos anfitriones que comparten el enlace tiene cada uno unadirección única IP asignada para su conexión. Los ruteadores se añaden a latabla de ruteo IP como lo harían para cualquier otra red. Un nuevo modulo desoftware se añade en la capa de interfaz de red para controlar el nuevo enlacede hardware, pero no se realizan cambios sustanciales en el esquema deestratificación por capas. La principal desventaja del enfoque de redesindependientes es la proliferación de números de redes (uno por cada conexiónentre dos maquinas), lo que ocasiona que las tablas de ruteo sean tan grandescomo sea necesario. Tanto la línea serial IP (Serial Line IP o SLIP) como elprotocolo punto a punto (Point to Point Protocol o PPP) tratan a cada enlaceserial como una red separada.

El segundo método para ajustar las conexiones punto a puntoevita asignar múltiples direcciones IP al cableado físico. En lugar de ello,se tratan a todas las conexiones colectivamente como una sola red independienteIP con su propio formato de trama, esquema de direccionamiento de hardware yprotocolos de enlace de datos. Los ruteadores que emplean el segundo métodonecesitan solo un numero de red IP para todas las conexiones punto a punto.

Usar el enfoque de una sola red significa extender el esquemade estratificación por capas de protocolos para añadir una nueva capa de ruteodentro de la red, entre la capa de interfaz de red y los dispositivos dehardware. Para las máquinas con una sola conexión punto a punto, una capaadicional parece innecesaria. La figura 1 1.8 muestra la organización delsoftware de la capa Internet pasa hacia la interfaz de red todos los datagramasque deberá enviarse por cualquier conexión punto a punto. La interfaz los pasahacia él modulo de ruteo dentro de la red que, además, debe distinguir entrevarias conexiones físicas y rutear el datagrama a través de la conexióncorrecta.

El programador que diseña software de ruteo dentro de la reddetermina exactamente como selecciona el software un enlace físico. Por logeneral, el algoritmo conduce a una tabla de ruteo dentro de la red. La tabla deruteo dentro de la red es análoga a una tabla de ruteo de una red de redes enla que se especifica una transformación de la dirección de destino hacia laruta. La tabla contiene pares de enteros, (D, L), donde D es una dirección dedestino de un anfitrión y L especifica una de las líneas físicas utilizadaspara Ilegar al destino.

Las diferencias entre una tabla de ruteo de red de redes yuna tabla de ruteo dentro de la red son que esta ultima, es mucho más pequeña.Contiene solamente información de ruteo para los anfitriones conectadosdirectamente a la red punto a punto. La razón es simple: la capa Internetrealiza la transformación de una dirección de destino arbitraria hacia unaruta de dirección especifica antes de pasar el datagrama hacia una interfaz dered. De esta manera, la capa dentro de la red solo debe distinguir entre máquinasen una sola red unto a punto.

La estratificación por capas es una idea fundamental queproporciona las bases para el diseño de protocolos. Permite al diseñadordividir un problema complicado en subproblemas y resolver cada parte de maneraindependiente. Por desgracia, el software resultante de una estratificación porcapas estrictas puede ser muy ineficaz. Si se considera el trabajo de la capa detransporte, debe aceptar un flujo de octetos desde un programa de aplicación,dividir el flujo en paquetes y enviar cada paquete a través de la red de redes.Para optimizar la transferencia, la capa de transporte debe seleccionar el tamañode paquete más grande posible que le permita a un paquete viajar en una tramade red. En particular, si la máquina de destino está conectada a una máquinade la misma red de la fuente, solo la red física se verá involucrada en latransferencia, así, el emisor puede optimizar el tamaño del paquete para estared. Si el software preserva una estricta estratificación por capas, sinembargo, la capa de transporte no podrá saber como ruteará él modulo deInternet él trafico o que redes están conectadas directamente. Mas aun, lacapa de transporte no comprenderá el datagrama o el formato de trama ni serácapaz de determinar como deben ser añadidos muchos octetos de encabezado a unpaquete. Así, una estratificación por capas estricta impedirá que la capa detransporte optimice la transferencia.

Por lo general, las implantaciones atenúan el esquemaestricto de la estratificación por capas cuando construyen software deprotocolo. Permiten que información como la selección de ruta y la MTU de redse propaguen hacia arriba. Cuando los buffers realizan el proceso de asignación,generalmente dejan espacio para encabezados que serán añadidos por losprotocolos de las capas de bajo nivel y pueden retener encabezados de las tramasentrantes cuando pasan hacia protocolos de capas superiores. Tal optimizaciónpuede producir mejoras notables en la eficiencia siempre y cuando conserve laestructura básica en capas.

TCP/IP incluye dos grupos de comandos utilizados parasuministrar servicios de red:

• Los comandos remotos BERKELEY

• Los comandos DARPA

Los comandos remotos BERKELEY, que fueron desarrollados en laUniversidad Berkeley (California), incluyen órdenes para comunicaciones entresistemas operativos UNIX, como copia remota de archivos, conexión remota,ejecución de shell remoto, etc.

Permiten utilizar recursos con otros hosts, pudiendo tratardistintas redes como si fueran una sola.

En la versión 4 para UNIX Sistema V, se pueden distinguirlos siguientes comandos más comunes:

RCP Realiza una copia de archivos al mismo o a otro servidor

Los comandos DARPA incluyen facilidades para emulación determinales, transferencia de archivos, correo y obtención de información sobreusuarios. Pueden ser utilizadas kpara comunicación con computadores queejecutan distintos sistemas operativos.

En la versión 2.05 para DOS, dependiendo de las funcionesque realizan, se pueden distinguir los siguientes grupos de comandos:

• Kernel PC/TCP y herramientas asociadas

Se utilizan para cargar el núcleo TCP/IP en la memoria delcomputador.

BOOTP Asigna la dirección IP de la estación de trabajo

• Configuraci6n de la red

IFCONFIG Configura el hardware para TCP/IP

IPCONFIG Configura el software TCP/IP y la direcci6n IP

• Transferencia de archivos

Se utilizan para transferir archivos entre distintoscomputadores.

DDAT'ES Muestra las fechas y horas guardadas en un archivo

FTP Transfiere archivos entre una estación de trabajo y

un servidor

FRPSRV Convierte una estación de trabajo en un servidor

FTP

PASSWD Se utiliza para poner contraseñas en las estaciones

de trabajo a los usuarios para poder utilizar él

comando

FTPSRV

RMT Permite realizar copia de archivos en una unidad de

cinta

TAR Realiza una copia de archivos creando un único

archivo de

BACKUP

TFTP Transfiere archivos entre una estación de trabajo

un servidor o a otra estación de trabajo sin

necesidad de validar al usuario

• Impresión

Permiten el control de la impresión en las impresorasconectadas al servidor.

• Conexión a servidores

Permiten la conexión de los computadores a servidores denuestra red.

• Información sobre los usuarios

Muestran información sobre los usuarios conectados a la red.

• Envío y recepción de correo

• Chequeo de la red

Permiten chequear la red cuando aparecen problemas decomunicaciones.

Una red TCP/IP transfiere datos mediante el ensamblaje debloques de datos en paquetes, cada paquete comienza con una cabecera quecontiene información de control; tal como la dirección del destino, seguido delos datos. Cuando se envía un archivo por la red TCP/IP, su contenido se envíautilizando una serie de paquetes diferentes. El Internet protocol (IP), unprotocolo de la capa de red, permite a las aplicaciones ejecutarsetransparentemente sobre redes interconectadas. Cuando se utiliza IP, no esnecesario conocer que hardware se utiliza, por tanto ésta corre en una red deárea local.

El Transmissión Control Protocol (TCP); un protocolo de lacapa de transporte, asegura que los datos sean entregados, que lo que se recibe,sea lo que se pretendía enviar y que los paquetes que sean recibidos en elorden en que fueron enviados. TCP terminará una conexión si ocurre un errorque haga la transmisión fiable imposible.

TCP/IP es una de las redes más comunes utilizadas paraconectar computadoras con sistema UNIX. Las utilidades de red TCP/IP formanparte de la versión 4, muchas facilidades de red como un sistema UUCP, elsistema de correo, RFS y NFS, pueden utilizar una red TCP/CP para comunicarsecon otras máquinas.

Para que la red TCP/IP esté activa y funcionado seránecesario:

• Obtener una dirección Internet.

• Instalar las utilidades Internet en el sistema

• Configurar la red para TCP/IP

• Configurar los guiones de arranque TCP/IP

• Identificar otras máquinas ante el sistema

• Configurar la base de datos del o y ente de STREAMS

• Comenzar a ejecutar TCP/IP.

Internet es una red de computadoras que utiliza convencionescomunes a la hora de nombrar y direccionar sistemas. Es una colecciona de redesindependientes interconectadas; no hay nadie que sea dueño o active Internet alcompleto.

Las computadoras que componen Internet trabajan en UNIX, elsistema operativo Macintosh, Windows 95 y muchos otros. Utilizando TCP/IP y losprotocolos veremos dos servicios de red:

• Servicios de Internet a nivel de aplicación

• Servicios de Internet a nivel de red

Desde el punto de vista de un usuario, una red de redesTCP/IP aparece como un grupo de programas de aplicación que utilizan la redpara llevar a cabo tareas útiles de comunicación. Utilizamos el términointeroperabilidad para referirnos a la habilidad que tienen diversos sistemas decomputación para cooperar en la resolución de problemas computacionales. Losprogramas de aplicación de Internet muestran un alto grado deinteroperabilidad. La mayoría de usuarios que accesan a Internet lo hacen alcorrer programas de aplicación sin entender la tecnología TCP/IP, laestructura de la red de redes subyacente o incluso sin entender el camino quesiguen los datos hacia su destino. Sólo los programadores que crean losprogramas de aplicación de red necesitan ver a la red de redes como una red, asícomo entender parte de la tecnología. Los servicios de aplicación de Internetmás populares y difundidos incluyen:

• Correo electrónico. El correo electrónico permite que un usuario componga memorandos y los envíe a individuos o grupos. Otra parte de la aplicación de correo permite que un usuario lea los memorandos que ha recibido. El correo electrónico ha sido tan exitoso que muchos usuarios de Internet depende de él para su correspondencia normal de negocios. Aunque existen muchos sistemas de correo electrónico, al utilizar TCP/IP se logra que la entrega sea más confiable debido a que non se basa en compradoras intermedias para distribuir los mensajes de correo. Un sistema de entrega de correo TCP/IP opera al hacer que la máquina del transmisor contacte directamente la máquina del receptor. Por lo tanto, el transmisor sabe que, una vez que el mensaje salga de su máquina local, se habrá recibido de manera exitosa en el sitio de destino.

• Transferencia de archivos. Aunque los usuarios algunas veces transfieren archivos por medio del correo electrónico, el correo está diseñado principalmente para mensajes cortos de texto. Los protocolos TCP/IP incluyen un programa de aplicación para transferencia de archivos, el cual permite que lo usuarios envíen o reciban archivos arbitrariamente grandes de programas o de datos. Por ejemplo, al utilizar el programa de transferencia de archivos, se puede copiar de una máquina a otra una gran base de datos que contenga imágenes de satélite, un programa escrito en Pascal o C++, o un diccionario del idioma inglés. El sistema proporciona una manera de verificar que los usuarios cuenten con autorización o, incluso, de impedir el acceso. Como el correo, la transferencia de archivos a través de una red de redes TCP/IP es confiable debido a que las dos máquinas comprendidas se comunican de manera directa, sin tener que confiar en máquinas intermedias para hacer copias del archivo a lo largo del camino.

• Acceso remoto. El acceso remoto permite que un usuario que esté frente a una computadora se conecte a una máquina remota y establezca una sesión interactiva. El acceso remoto hace aparecer una ventana en la pantalla del usuario, la cual se conecta directamente con la máquina remota al enviar cada golpe de tecla desde el teclado del usuario a una máquina remota y muestra en la ventana del usuario cada carácter que la computadora remota lo genere. Cuando termina la sesión de acceso remoto, la aplicación regresa al usuario a su sistema local.

Un programador que crea programas de aplicación que utilizanprotocolos TCP/IP tiene una visión totalmente diferente de una red de redes,con respecto a la visión que tiene un usuario que únicamente ejecutaaplicaciones como el correo electrónico. En el nivel de red, una red de redesproporciona dos grandes tipos de servicios que todos los programas de aplicaciónutilizan. Aunque no es importante en este momento entender los detalles de estosservicios, no se deben omitir del panorama general del TCP/IP:

• Servicio sin conexión de entrega de paquetes. La entrega sin conexión es una abstracción del servicio que la mayoría de las redes de conmutación de paquetes ofrece. Simplemente significa que una red de redes TCP/IP rutea mensajes pequeños de una máquina a otra, basándose en la información de dirección que contiene cada mensaje. Debido a que el servicio sin conexión rutea cada paquete por separado, no garantiza una entrega confiable y en orden. Como por lo general se introduce directamente en el hardware subyacente, el servicio sin conexión es muy eficiente.

• Servicio de transporte de flujo confiable. La mayor parte de las aplicaciones necesitan mucho más que sólo la entrega de paquetes, debido a que requieren que el software de comunicaciones se recupere de manera automática de los errores de transmisión, paquetes perdidos o fallas de conmutadores intermedios a lo largo del camino entre el transmisor y el receptor. El servicio de transporte confiable resuelve dichos problemas. Permite que una aplicación en una computadora establezca una "conexión" con una aplicación en otra computadora, para después enviar un gran volumen de datos a través de la conexión como si fuera perramente y directa del hardware.

• Independencia de la tecnología de red. Ya que el TCP/IP está basado en una tecnología convencional de conmutación de paquetes, es independiente de cualquier marca de hardware en particular. La Internet global incluye una variedad de tecnologías de red que van de redes diseñadas para operar dentro de un solo edificio a las diseñadas para abarcar grandes distancias. Los protocolos TCP/IP definen la unidad de transmisión de datos, llamada datagrama, y especifican cómo transmitir los datagramas en una red en particular.

• Interconexión universal. Una red de redes TCP/IP permite que se comunique cualquier par de computadoras conectadas a ella. Cada computadora tiene asignada una dirección reconocida de manera universal dentro de la red de redes. Cada datagrama lleva en su interior las direcciones de destino para tomar decisiones de ruteo.

• Acuses de recibo punto-a-punto. Los protocolos TCP/IP de una red de redes proporcionan acuses de recibo entre la fuente y el último destino en vez de proporcionarlos entre máquinas sucesivas a lo largo del camino, aún cuando las dos máquinas no estén conectadas a la misma red física.

• Estándares de protocolo de aplicación. Además de los servicios básicos de nivel de transporte (como las conexiones de flujo confiable), los protocolos TCP/IP incluyen estándares para muchas aplicaciones comunes, incluyendo correo electrónico, transferencia de archivos y acceso remoto. Por lo tanto, cuando se diseñan programas de aplicación que utilizan el TCP/IP, los programadores a menudo se encuentran con que el software ya existente proporciona los servicios de comunicación que necesitan.

Trabajo realizado por:

Julio César Chavez Urrea

jchavez@dnp.gov.co