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1.3 Modelo TCP/IP

En este tema hemos de estudiar en profundidad el modelo TCP/IP.

Con este propsito realizaremos un breve recorrido por su historia, estudiaremos la suite de protocolos, y tambin con algo ms de deteminimiento cada una de las capas del stack.

Finalmente ahondaremos sobre otros modelos tales como el Novell NetWare, Appletalk y SNA de IBM.

1.3.1 Objetivos

Concludo el estudio de este tema Usted debera:

Conocer y ser capaz de describir la suite de protocolos TCP/IP

Conocer la variedad de protocolos que operan dentro de esta suite

Caracterizar el modelo Novell NetWare de networking

Caracterizar el modelo Apple Talk de networking

Caracterizar el modelo SNA de networking.

1.3.2 Cuestionario de Iniciacin

Ahora le proponemos que responda las siguientes preguntas para poner a prueba sus conocimientos. Suerte! 1.3.3 Historia de TCP/IP

Por solicitud del Departamento de Defensa de EE.UU. (DoD) durante la dcada del '70 se desarroll el modelo TCP/IP con el objetivo de desarrollar una red de conmunicaciones que pudiera sobrevivir ante cualquier circunstancia. Ya en aquellos aos se visualizaba un planete cruzado por numerosos tendidos de cables, alambres, fibras pticas a los que se suman enlaces de microondas y satelitales. En esta coyuntura existe la necesidad de poder transmitir datos independientemente del de la ubicacin o red particular a la que se encuentra conectado un nodo. Para esto, el DoD requera una transmisin de datos que pudiera ser considerada confiable hacia cualquier destino de la red y bajo cualquier circunstancia. La creacin del modelo TCP/IP fue la respuesta que posibilit dar una respuesta este desafo de diseo. A partir de ese momento TCP/IP se ha convertido en el estndar de base del funcionamiento de Internet.

Cuando a partir de este punto Ustes estudie las capas del modelo TCP/IP, tenga muy en cuenta el origen y propsito original de Internet. Esto le permitir reducir las confusiones.

1.3.3 Historia de TCP/IP

Por solicitud del Departamento de Defensa de EE.UU. (DoD) durante la dcada del '70 se desarroll el modelo TCP/IP con el objetivo de desarrollar una red de conmunicaciones que pudiera sobrevivir ante cualquier circunstancia. Ya en aquellos aos se visualizaba un planete cruzado por numerosos tendidos de cables, alambres, fibras pticas a los que se suman enlaces de microondas y satelitales. En esta coyuntura existe la necesidad de poder transmitir datos independientemente del de la ubicacin o red particular a la que se encuentra conectado un nodo. Para esto, el DoD requera una transmisin de datos que pudiera ser considerada confiable hacia cualquier destino de la red y bajo cualquier circunstancia. La creacin del modelo TCP/IP fue la respuesta que posibilit dar una respuesta este desafo de diseo. A partir de ese momento TCP/IP se ha convertido en el estndar de base del funcionamiento de Internet.

Cuando a partir de este punto Ustes estudie las capas del modelo TCP/IP, tenga muy en cuenta el origen y propsito original de Internet. Esto le permitir reducir las confusiones.

1.3.4 Suite de protocolos TCP/IP

Al ser el estndar de Internet, TCP/IP es el conjunto de protocolos ms utilizados utilizados en la actualidad. TCP/IP es una sigla que identifica a un gran conjunto de protocolos, su significado es Transmission Control Protocol/Internet Protocol, que son los dos protocolos msa conocidos y utilizado de este conjunto. No fue creado por una compaa, sino que fue evolucionando en la medida que Internet creca.

TCP/IP define su propio modelo de internetwotking, que se relaciona con el modelo OSI de acuerdo a lo que indica la figura :

Capa de Internet TCP/IP:

La capa de Internet incluye entre otros, los siguientes protocolos:

IP (Internet Protocol - Protocolo Interred): Define un conjunto de reglas para la comunicacin entre redes. IP contiene informacin de direccionamiento e informacin de control que permite que un paquete (asi se llama a la unidad de datos de IP) sea enrutado o direccionado a travs de diferentes redes. IP tiene dos responsabilidades: proveer la distribucin de paquetes a travs de diferentes redes, y proveer la fragmentacin y reensamblaje de datagramas para permitir el paso por redes con diferentes MTUs (Maximun Transfer Unit - Tamao mximo de transferencia). IP no provee seguridad ni confiabilidad, por lo es necesario implementar estas prestaciones en capas superiores si es que son necesarias.

ARP (Address Resolution Protocol - Protocolo de Resolucin de Direcciones): Permite que un host aprenda dinmicamente la direccin MAC de una direccin IP conocida. Para que dos estaciones se comuniquen es necesario que conozcan tanto sus direcciones fsicas (MAC) como lgicas (IP).

ICMP (Internet Control Message Protocol - Protocolo de Mensajes de Control de Internet): Es utilizado para reportar errores e informaciones varias cuando un paquete no puede ser entregado al destino debido a algn error.

Capa de Transporte TCP/IP

En la capa de transporte se definen dos protocolos:

TCP (Transmission Control Protocol - Protocolo de Control de Transmisin): Provee una transmisin confiable, orientada a la conexin, entre dos extremos en un ambiente IP. El establecimiento de la conexin se realiza mediante una tcnica llamada three-way handshake" (acuerdo de tres vas). La confiabilidad en la comunicacin esta dada por nmeros de secuencia y acuses de recibo: cada segmento TCP (segmento es la unidad de datos de la capa de transporte) es etiquetado con un nmero y transmitido, el transmisor del segmento espera el acuse de recibo. De esta forma el emisor y el receptor pueden notar si se ha perdido algn segmento. Cuando algn segmento se pierde, se procede a la retransmisin del mismo, hasta que se confirme su recepcin o abandone la transmisin.

UDP (User Datagram Protocol - Protocolo de Datagrama de Usuario): Es un protocolo que provee transmisiones no confiables, no orientedas a la conexin. Al ser un protocolo muy simple, el encabezado que agrega es de unos pocos bytes, y consume menos procesamiento y ancho de banda que TCP.

TCP y UDP utilizan nmeros de puerto para identificar las diferentes aplicaciones que se ejecutan en un mismo dispositivo. El nmero de puerto forma parte de los encabezados de segmentos TCP y UDP e identifican qu aplicacin debe tomar los datos que viajan dentro. Existen puertos "conocidos" (well-known) o estndard, asignados a aplicaciones. De esta forma diferentes implementaciones de TCP/IP pueden interoperar. Algunos ejemplos de puertos conocidos son:

HTTP - Puerto 80 TCP

Telnet - Puerto 23 TCP

TFTP - Puerto 69 UDP

Capa de Aplicacin TCP/IP

En el conjunto de protocolos TCP/IP, la capa superior se denomina Capa de Aplicacin. Existen muchas aplicaciones entre las que se pueden citar:

HTTP: Utilizado para la transferencia de pginas web

Telnet: Emulador de terminales

FTP y TFTP: Utilizados para transferir archivos

DNS: Traduce nombres a direcciones IP

SMTP: Provee servicios de correo electrnico

Vnculos:

Protocol Directory - TCP/IP

1.3.5 La capa de aplicacin

La Capa de Aplicacin de TCP/IP es la responsable de la operacin de protocolos de alto nivel, es decir, aquellos protocolos que estn ligados a la representacin y codificacin de los datos del usuario; y el control del dilogo entre origen y destino.

A diferencia de otros modelos tericos, el modelo TCP/IP posee una nica capa para explicar la operacin de todos los aspectos relacionados con las aplicaciones. TCP/IP incorpora protocolos que brindan servicios de transferencia de archivos, correo electrnico, conexin remota, etc.:

Sistema de Nombres de Dominio (DNS): Sistema que permite convertir los nombres de los dominios y sus nodos de red publicados en direcciones IP. Hace ms amigable al usuario final el uso de los recursos de red.

Sistema de Archivos de Red (NFS): Conjunto de protocolos que permite administrar un sistema de archivos distribuido. Desarrollado originalmente por Sun Microsystems, permite acceder a los archivos de cualquier dispositivo de almacenamiento remoto.

Programa de Emulacin de Terminal (Telnet): Permite acceder de forma remota a otro dispositivo y operar sobre l. El cliente de Telnet recibe el nombre de nodo local. El servidor de Telnet recibe el nombre de nodo remoto.

Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP): Servicio orientado a la conexin (ms adelante veremos qu implica un servicio orientado a la conexin), que utiliza TCP en la capa de transporte para transferir archivos entre sistemas. Permite transferencias bidireccionales.

Protocolo Trivial de Transferencia de Archivos (TFTP): Servicio no orientado a conexin que utiliza UDP en la capa de transporte. Los dispositivos suelen utilizar TFTP para transferir archivos de configuracin e imgenes de sistemas operativos. Es til en algunas LAN porque opera ms rpidamente que FTP en un entorno estable, si bien brinda menores opciones de adminsitracin y configuracin.

Protocolo Simple de Transferencia de Correo (SMTP): Administra la transmisin de mensajes de correo electrnico. Solo soporta la transmisin de datos en forma de texto simple.

Protocolo Simple de Administracin de Red (SNMP): Provee opciones para el monitoreo y control de los dispositivos de red y para administrar configuraciones, recoger informacin estadstica, etc.

1.3.6 La capa de transporte

La capa de transporte es la encargada de proveer servicios de transporte confiable desde el nodo o servidor de origen hacia el nodo o terminal de destino. En el momento de establecerse la comunicacin, esta capa configura un circuito virtual o conexin lgica entre ambos extremos; transmisor y receptor. Los protocolos de transporte son los encargados de segmentar y reensamblar la informacin provista por las capas superiores en el mismo flujo de datos. La capa de transporte brinda transporte (valga la redundancia) de informacin de extremo a extremo.

Generalmente, se compara a Internet con una nube. En ste caso, la capa de transporte es la que se ocupa de enviar los segmentos de informacin desde la terminal transmisora hacia la terminal receptora a travs de esa nube . El control extremo a extremo, que se proporciona a travs de un mecanismo de ventanas deslizantes, y la confiabilidad que ofrece el uso de nmeros de secuencia y acuse de recibo, son prestaciones bsicas de la capa de transporte. La capa de transporte tambin define la conectividad de extremo a extremo entre las aplicaciones de los nodos. Los servicios de la capa de transporte incluyen las siguientes prestaciones:

TCP y UDP (ambos protocolos)

Segmentacin de los datos de capa superior

Envo de los segmentos desde un dispositivo en un extremo a otro dispositivo remoto en otro extremo.

TCP (solamente)

Establecimiento de operaciones de extremo a extremo.

Control del flujo de informacin por la implementacin de ventanas deslizantes.

Confiabilidad a travs del uso de nmeros de secuencia y acuses de recibo

Finalmente, la nube de Internet ser la responsable de manejar los aspectos ligados al proceso de determinacin de la mejor ruta.

1.3.7 La capa de Internet

En la estructura del modelo TCP/IP, la capa de Internet tiene la tarea de seleccionar la mejor ruta para efectuar el envo de paquetes a travs de la red. El protocolo ms utilizado en esta capa es el Protocolo de Internet (IP).

Los que se mencionan a continuacin son protocolos qye operan en esta capa:

IP - Proporciona un servicio de direccionamiento e identificacin de nodos, no orientado a conexin. IP no es afectado por el contenido de los paquetes, ya que solamente es utilizado para el establecimiento de una ruta de hacia el destino.

ICMP - Protocolo de Mensajes de Control en Internet - Suministra capacidades de control y envo de mensajes de error.

ARP - Protocolo de Resolucin de Direcciones - Permite descubrir la direccin de la capa de enlace de datosa partir de una direccin IP conocidas.

RARP - Protocolo de Resolucin Inversa de Direcciones - Permite obtener una direccin IP a partir de la direccin MAC del propio puerto.

Cuando nos referimos al protocolo IP estamos aludiendo a las siguientes operaciones:

Definicin de un formato de paquete y un esquema de direccionamiento.

Transferencia de datos entre la capa Internet y la capa de acceso de red.

Enrutamiento de los paquetes hacia los nodos de destino.

Tenga en cuenta que en ciertas ocasiones se refiere el protocolo IP como un protocolo poco confiable. Esto no quiere hacer referencia alguna a que IP enve o no correctamente los datos a travs de la red. Como veremos ms adelante, al referirnos a IP, como protocolo poco confiable, queremos significar que no realiza una verificacin y correccin de posibles errores. Dicha funcin IP la descansa en los protocolos de la capa superior.

1.3.8 La capa de acceso de red

En el contexto del modelo TCP/IP, la capa de acceso de red tambin suele ser llamada capa de nodo a red.

La capa de acceso de red es la que regula todos los aspectos requeridos para establecer un enlace fsico real con los medios de la red a utilizar. Esta capa incluye los detalles propios de cada tecnologa LAN y WAN.

En la capa de red operan diversos recursos, tales como los controladores para las aplicaciones de software, los mdems y otros dispositivos. En esta capa se definen los procedimientos para realizar la interfaz con el hardware red y para posibilitar el acceso al medio de transmisin. Son muchos los protocolos que operan en esta capa, debido a lo complejo de las especificaciones de hardware, software y medios de transmisin. Esto puede generar muchas veces confusin en los usuarios.

Las funciones de esta capa incluyen la asignacin de direcciones IP a las direcciones fsicas y el encapsulamiento de los paquetes IP en en el formato de tramas adecuado para ser transmitidas en los medios fsicos.

Un ejemplo de todos los das de una configuracin de la capa de acceso es la configuracin del driver de una placa de red en un equipo terminal. De acuerdo con el sistema operativo implementado , la placa de red puede ser automticamente detectada por el sistema operativo y luego se instalaran los controladores adecuados.

1.3.9 Otros modelos: Novell NetWare

Novell NetWare es un Sistema Operativo de Red que provee acceso remoto a archivos de forma transparente y otros servicios de red incluyendo compartir impresoras y soporte para aplicaciones (por ejemplo, correo electrnico y acceso remoto a bases de datos). NetWare especifica el equivalente a las cinco capas superiores del modelo de referencia OSI, por lo que puede ser ejecutado en prcticamente cualquier protocolo de acceso al medio (Capa 2).

Capa de Red NetWare:

La capa de red de NetWare est conformada por el protocolo IPX (Internetwork Packet Exchange - Intercambio de Paquetes entre Redes) cuya funcin es enrutar los paquetes entre diferentes redes. IPX es un protocolo no orientado a la conexin basado en datagramas (similar a IP de TCP/IP).

Capa de Transporte NetWare:

EL protocolo SPX (Sequenced Packet Exchange - Intercambio de Paquetes con Secuenciamiento) es el protocolo de capa 4 ms utilizado en NetWare. Reside sobre IPX y provee comunicaciones confiables orientadas a la conexin. Utiliza una tcnica de nmeros de secuencia y acuses de recibo similar a TCP para brindar la confiabilidad.

Capa de Aplicacin NetWare:

NetWare soporta una variada gama de protocolos para las capas superiores del modelo de referencia OSI, incluyendo:

NetWare shell: Es ejecutado en los clientes NetWare e intercepta las llamadas entrantes/salientes (I/O) de las aplicaciones para determinar si requieren acceso a la red. Este protocolo funciona de forma transparente a las aplicaciones del cliente, que nunca se deben preocupar si estn accediendo a recursos de forma local o a travs de la red.

NetWare RPC (NetWare Remote Procedure Call - Llamada a procedimientos remotos de NetWare): Es un mecanismo ms general de redireccionamiento, similar al concepto de NetWare shell.

NCP (NetWare Core Protocol - Protocolo de ncleo de NetWare): Consiste en una serie de rutinas de servidor diseadas para satisfacer los requerimientos de las aplicaciones (por ejemplo NetWare shell). Los servicios provistos por NCP incluyen acceso a archivos, acceso a impresin, administracin de nombres, seguridad, y sincronizacin de archivos.

NetBIOS (Network Basic Input/Output System - Sistema Bsico de entrada/salida): Es una interfaz de capa de sesin creada por IBM y Microsoft. El software de emulacin de NetBIOS de NetWare permite que las aplicaciones creadas para el NetBIOS estandard puedan correr en una sistema NetWare

Vnculos:

Protocol Directory - Novell

1.3.10 Otros modelos: AppleTalk

El protocolo AppleTalk fue desarrollado al inicio de los aos 1980 para permitir que los usuarios compartan recursos tales como archivos e impresoras.

Existen 4 implementaciones de AppleTalk dependiente del acceso al medio :

EtherTalk: que utiliza IEEE 802.3

TokenTalk: que utiliza Token Ring/IEEE 802.5

FDDITalk: que utiliza FDDI

LocalTalk: que utiliza una interfase de red propietaria.

Existen 4 componentes bsicos organizados jerrquicamente en las redes AppleTalk:

sockets: es una direccin nica en un nodo AppleTalk. Sobre ellos operan los procesos de las capas superiores de AppleTalk y con el que interacta el protocolo DDP (Datagram Delivery Protocol)

nodo: Es el dispositivo conectado a una red AppleTalk tal como una Macintosh, una impresora, una PC IBM, un router, etc.

red: existen 2 tipos de redes:

Red AppleTalk no-extendida: es un segmento fsico al que se le ha asignado un nmero de red de 1 a 1024.

Red AppleTalk extendida: es un segmento fsico al que se le pueden asignar mltiples nmeros de red.

zona: es un grupo lgico de nodos o redes. No se requieren que los nodos o redes estn fsicamente contiguos.

Protocolos AppleTalk:

Protocolos de Capa de Red:

AppleTalk Address-Resolution Protocol (AARP): asocia una direccin de red AppleTalk con una direccin de hardware.

Datagram Delivery Protocol (DDP): Suministra servicios de datagrama sin conexin de mejor esfuerzo (best-effort) entre sockets AppleTalk

Protocolos de Capa de Transporte:

Routing Table Maintenance Protocol (RTMP) Responsable de mantener las tablas de enrutamiento en routers AppleTalk. El protocolo RTMP es de tipo vector distancia que utiliza el nmero de saltos como mtrica.

Name-Binding Protocol (NBP): Convierte direcciones AppleTalk usadas por las capas inferiores a nombres AppleTalk.

AppleTalk Update-Based Routing Protocol (AURP): Permite comunicar dos o mas redes AppleTalk a travs de una red TCP/IP para formar una WAN AppleTalk.

AppleTalk Transaction Protocol (ATP): maneja las transacciones entre dos sockets AppleTalk.

AppleTalk Echo Protocol (AEP): Genera paquetes para verificar la conectividad de los nodos en la red.

Direccionamiento en AppleTalk:

AppleTalk utiliza direcciones para identificar y localizar dispositivos en la red. Esas direcciones son asignadas dinmicamente y estn compuestas por 3 elementos :

Nmero de red: Un valor de 16 bits que identifica la red AppleTalk

Nmero de nodo: Un valor de 8 bits que identifica un nodo AppleTalk conectado a una red especfica.

Nmero de socket: Un valor de 8 bits que identifica a un socket corriendo en un nodo de la red.

Las direcciones AppleTalk generalmente se expresan utilizando decimales separados por puntos, por ejemplo 20.22.33 significa red 20, nodo 22, socket 33 o tambin de la forma 20.22 socket 33.

Vnculos: Protocol Directory - AppleTalk

1.3.11 Otros modelos: SNA

La tecnologa de Networking IBM consiste bsicamente en dos arquitecturas derivadas de un mismo origen. Antes de la existencia de las redes actuales, la IBMs Systems Network Architecture rega el mundo del networking. Por esto se la refiere a esta arquitectura como SNA tradicional o heredada o legada.

Con el advenimiento de las computadoras personales, estaciones de trabajo y computacin cliente/servidor, oblig a IBM a desarrollar una estrategia de networking basada en pares (peers), creando as el Advanced Peer-to-Peer Networking (APPN) y Advanced Program-to-Program Computing (APPC).

Entornos SNA Tradicionales:

SNA fue desarrollado en los aos 1970 con una estructura paralela al modelo de referencia OSI. Con SNA, un mainframe corriendo ACF/VTAM acta como concentrador de una red SNA. ACF/VTAM es responsable de establecer todas las sesiones y de activar/desactivar recursos.

En este entorno, los recursos son definidos explcitamente, con lo que se reducen los requerimientos de trfico de broadcast y se minimiza la sobrecarga (overhead) de los encabezados.

Las capas en SNA son:

Control de Enlace de Datos: Se definen varios protocolos, incluyendo el SDLC utilizado para comunicaciones jerrquicas y el protocolo de red Token Ring para la comunicacin en LANs entre pares

Control de Ruta: Realiza varias de las funciones de la capa de red del modelo OSI, incluyendo enrutamiento y segmentacin y reensamblado de datagramas (SAR).

Control de Transmisin: Suministra servicios de conexin fin a fin (end to end) y servicios tales como cifrado/decifrado.

Control de Flujo de Datos: Maneja el procesamiento de las peticiones y respuestas, determina el turno de quien comunicar, agrupa mensajes e interrumpe el flujo de datos en peticiones.

Servicios de Presentacin: Especifica los algoritmos de transformacin o conversin de datos desde un formato a otro, coordina la forma de compartir recursos y sincroniza las operaciones transaccionales.

Servicios de Transaccin: Suministra servicios de aplicacin en la forma de programas que implementan procesamiento distribuido o servicios de gestin

Las entidades fsicas de la SNA Tradicional adquieren una de las cuatro formas siguientes:

Nodo: En SNA, controlan toda o parte de una red, suministran computacin y ejecucin de programas, acceso a bases de datos, servicios de directorios y gestin de Red. Ejemplos de hosts SNA son los sistemas IBM S/370.

Controlador de Comunicaciones: Gestionan la red fsica y los enlaces de comunicaciones. En particular los controladores de comunicaciones (tambin denominados FEPs) se encargan del enrutamiento de los datos a travs de una red SNA tradicional (Ejemplo: Controlador de comunicaciones IBM 3745).

Controlador de Agrupaciones: Conocidos tambin como stablishment controllers. Estos dispositivos controlan la entrada y la salida de otros dispositivos conectados tales como terminales e impresoras. (Ejemplo de establishment controller son los IBM 3174.)

Terminales: Tambin se las denomina estaciones de trabajo (workstations). Las terminales suministran la interfase con el usuario con la red (Ejemplo de terminales son las IBM 3270.)

IBM Peer-Based Networking

Los cambios en el networking y en los requerimientos de las comunicaciones obligaron a IBM a revisar y evolucionar muchas de las caractersticas de diseo bsicas de SNA. Al surgir las entidades de red basadas en pares, tales como routers, se produjeron cambios significativos en SNA.

El internetworking entre pares SNA se basa en varios componentes de networking desarrollados por IBM. El Advanced Peer-to-Peer Networking (APPN) representa la segunda generacin de IBM SNA. Creando APPN, SNA se desplaza desde un entorno jerrquico centrado en mainframes hacia un entorno basado en networking entre pares. El APPN en una arquitectura IBM soporta comunicaciones entre pares, servicios de directorios, enrutamiento entre dos o ms sistemas que utilizan Advanced Program-to-Program Computing (APPC) que no se encuentran conectados directamente.

Vnculos:

The Official CPI-C Home Page

Advanced Peer-to-Peer Networking (APPN) Implementers Workshop

1.3.12 Sntesis

En este Tema hemos trabajado en profundidad al modelo TCP/IP.

Vimos en qu consiste esta suite de protocolos, destacndola como el conjunto de protocolos utilizado en Internet.

Estudiamos a las capas de aplicacin, de transporte, de Internet y de acceso de red del modelo TCP/IP.

Finalmente estudiamos otros modelos con alguna significacin comercial, tales como Novell NetWare, el modelo Apple Talk, y por ltimo el modelo SNA.