La Pila De Protocolos Y Su Interrelación.

La pila de protocolos y su interrelación.

La arquitectura TCP/IP consta de cuatro niveles. Un primer nivel de acceso a la red, que englobaría el nivel físico, el de enlace de datos y parte del nivel de red del modelo de referencia OSI1 de la ISO2. Un segundo nivel de inter-red ofrece un servicio de transmisión de la información entre dos puntos remotos de la red, no orientado a conexión y sin fiabilidad. Este mecanismo es controlado por el protocolo IP, ofreciendo unos servicios similares al nivel de red de la OSI. La unidad básica de información que maneja este nivel se denomina datagrama, según el argot de Internet. El protocolo IP no es fiable porque no asegura la entrega de datagramas. No está orientado a conexión porque el protocolo IP no mantiene la situación de los datagramas sucesivos enviados, de forma que los datagramas pueden llegar al destino duplicados, en orden incorrecto, etc.

Un tercer nivel de transporte suministra un transporte de información entre procesos funcionando en estaciones remotas, con o sin fiabilidad. En este nivel la unidad de información del nivel de transporte es el paquete. En el nivel de transporte, y ofreciendo sus servicios directamente a las aplicaciones, tenemos el protocolo TCP (Transmission Control Protocol) que da un servicio orientado a conexión para el transporte fiable de datos extremo a extremo, es decir, capaz de asegurar la entrega de información sin errores. Esto se consigue haciendo un control de errores y pidiendo al receptor las retransmisiones que sean necesarias al emisor. Se dice que es orientado a conexión, puesto que los dos procesos involucrados en la comunicación establecen una conexión antes de iniciar la comunicación, y se hace una reordenación de los paquetes recibidos. Por otro lado, en este nivel también está el protocolo UDP (User Datagram Protocol) que da un servicio no orientado a conexión, muy similar al que ofrece IP. En este sentido, y debido a que no hace retransmisiones, no verifica la entrega ni la corrección de datos. UDP permite el envío de información de forma más eficiente y rápida. Así se puede decir que TCP es más conveniente para la transferencia de ficheros, el acceso vía terminal remoto o la descarga de páginas web, mientras que UDP es más adecuado para servicios en tiempo real y que toleran algunos errores o pérdidas, como el envío de audio o vídeo (telefonía, videoconferencia, etc.).

Finalmente el cuarto nivel o nivel de aplicación, nos da la posibilidad de abrir y controlar una sesión con un nodo remoto para transferir información formateada (servicio de transferencia de ficheros), para establecer un diálogo interactivo remoto (servicio de terminal virtual), o para enviar mensajes textuales electrónicos en diferido (servicio de correo electrónico). Este nivel de la arquitectura TCP/IP engloba aproximadamente los servicios de sesión, presentación y aplicación de la OSI.

En el entorno Internet se habla de que la red está formada por redes o subredes, que conectan localmente los hosts (sistemas informáticos anfitriones de aplicaciones y usuarios), interconectadas a la vez por gateways (pasarelas). En la arquitectura TCP/IP habrá entonces otros protocolos para el diálogo host-gateway y gateway-gateway con objeto de gestionar el encaminamiento, controlar los flujos de datos, notificar errores, etc. Algunos de estos protocolos, digamos "auxiliares", son el ICMP (Internet Control Message Protocol), el RIP (Routing Information Protocol), el ARP (Address Resolution Protocol), el RARP (Reverse Address Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), etc.

Figura 2.1: Clasificación de los protocolos más significativos de la arquitectura TCP/IP.

El hecho de que TCP/IP sea una arquitectura universal hace que los datagramas puedan viajar por cualquier medio físico, topología, o protocolo de enlace, (Ethernet, Token Ring, FDDI, X-25, ATM, etc.). En nuestro caso las estaciones de trabajo están interconectadas mediante una topología en estrella empleando el protocolo ethernet.

Se observa que dentro del campo de datos de la trama ethernet, está el datagrama, mientras que dentro del campo de datos del datagrama IP está el paquete TCP.

La comunicación entre dos nodos de nuestra red se hace mediante datagramas que son transportados dentro del campo de datos de la trama ethernet.

Una trama enviada por un host es detectada por todas las demás estaciones conectadas, pero sólo el nodo destinatario la recoge y la procesa. Si dos hosts intentan emitir a la vez, se produce lo que se denomina una colisión. En esta situación los dos hosts abortan la transmisión y realizan un reintento al cabo de un intervalo aleatorio de tiempo. Dentro de una red ethernet, las colisiones son un fenómeno natural. En un sistema con actividad elevada, niveles de colisión que ocupen el 30% del ancho de banda de la red pueden ser habituales.

Figura 2.2: Encapsulamiento del servicio FTP empleando una trama ethernet.

2.2.1 La capa de inter-red: el protocolo IP

El objetivo de el protocolo IP es convertir redes físicamente (como pueden ser Ethernet, Token Ring, X.25, Frame Relay, ATM...) en una red aparentemente homogénea, lo que se conoce como interconexión de redes. A la red resultante se la puede denominar internet (observar la diferencia con la Internet), dónde podemos destacar que:

Hay un esquema de identificación (o direccionamiento) de todos los sistemas, uniforme y universal. Este esquema de direccionamiento tiene que ser independiente del hardware. Esto se consigue asignando a cada nodo un número único de 32 bits (normalmente, puesto que suelen ser IPv4, Internet Protocol version 4) denominado dirección IP.

Las comunicaciones entre usuarios siguen un método uniforme denominado encaminamiento de datagramas, independiente de la red en particular dónde residen.

El protocolo IP es un protocolo de red no orientado a conexión que proporciona un servicio de entrega de datagramas no fiable.

2.2.1.1 Direcciones IP

Tal y como se ha comentado, el protocolo de red IP utiliza direcciones formadas por números de 32 bits, siendo necesario asignar un número único a cada máquina de la red.

Para facilitar la lectura, las direcciones IP se separan en cuatro números de ocho bits denominados octetos, y se representan en formato decimal separados por un punto. Este formateo se denomina notación decimal de puntos (dotted-decimal en inglés), y así una dirección IP 0x9353280D se escribiría como 147.83.40.13. Para facilitar la identificación de direcciones, se utilizan nombres. Existen servidores DNS (Domain Name System) para resolver la equivalencia entre nombres y direcciones numéricas.

2.2.2 Domain Name System (DNS)

Las redes TCP/IP tienen diferentes maneras para traducir nombres de máquinas a direcciones IP, lo que se conoce como resolución de direcciones.

2.2.2.1 El fichero /etc/hosts

El mecanismo más simple de resolución de nombres, consiste en almacenar los nombres en el fichero /etc/hosts. Aunque se utilicen servidores de nombres DNS externos para resolver direcciones, debemos tener algún tipo de resolución de nombres, para incluso cuando no haya servicios de red ejecutándose, como es el caso del arranque de la máquina. También es interesante en el caso de pequeñas redes de área local que sólo requieran la administración de una persona, y que no tengan tráfico IP con el mundo exterior.

El fichero /etc/hosts contiene un registro por línea, consistente en una dirección IP en la primera columna, un nombre de máquina y de forma opcional, una lista de alias para esa máquina. Los campos se separan por tabuladores o espacios. Este es un ejemplo del aspecto del fichero /etc/hosts, correspondientes a la máquina telem2-8 del laboratorio.

127.0.0.1 localhost

147.83.40.28 telem2-8.upc.es telem2-8

192.168.2.28 telem2-8.upc.es

Del mismo modo que con las direcciones IP, a veces también puede interesarle usar nombres simbólicos para los direcciones numéricas de red. Con este objeto, el fichero /etc/hosts tiene un compañero llamado /etc/networks, que asocia nombres de red con los números correspondientes y viceversa. Por ejemplo, el contenido del fichero /etc/networks podría definir estas dos subredes que utilizamos en el Laboratorio:

Red_LT2 192.168.2.0

Red_Publica 147.83.40.0

2.2.2.2 Cómo funciona el DNS

Generalmente no trabajamos con direcciones IP sino con nombres de dominio del estilo de www.red.net. Para que esto pueda ser posible es necesario un proceso previo de conversión de nombres de dominio a direcciones IP, ya que el protocolo IP requiere direcciones IP para crear y enviar sus datagramas. Este proceso se conoce como resolución de nombres.

Necesidad del DNS

En los orígenes de Internet, cuando sólo había unos cientos de ordenadores conectados, la tabla con los nombres de dominio y direcciones IP se encontraba almacenada en un único ordenador con el nombre de HOSTS.TXT. El resto de ordenadores debían consultarle a éste cada vez que tenían que resolver un nombre. Este fichero contenía una estructura plana de nombres y funcionaba bien, ya que la lista sólo se actualizaba una o dos veces por semana.

Sin embargo, a medida que se fueron conectando más ordenadores a la red, el fichero HOSTS.TXT comenzó a ser demasiado extenso, el mantenimiento se hizo difícil ya que requería

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