Autor: Oscar Ortiz. 3 - 1
TRANSPORTE DE DATOS: Arquitectura de protocolos TCP/IP
Tema 3
Arquitectura de protocolos TCP/IP
Autor: Oscar Ortiz. 3 - 2
TRANSPORTE DE DATOS: Arquitectura de protocolos TCP/IP
Indice
1. Arquitectura TCP/IP vs. OSI .2. Familia de protocolos TCP/IP.3. Protocolos de nivel físico y enlace.
Autor: Oscar Ortiz. 3 - 3
1. Arquitectura TCP/IP vs. OSI
FISICO
ENLACE
RED
TRANSPORTE
SESIÓN
PRESENTACIÓN
APLICACIÓN
ACCESO A RED
INTERNET
TRANSPORTE
APLICACIÓN
Arquitectura Arquitectura OSIOSI Arquitectura TCP/IPArquitectura TCP/IP
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Arquitectura TCP/IP vs. OSI
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Medio de transmisión
2. Familia de protocolos TCP/IP
IP IGMPICMP
UDP TCP
SNMP FTP OSPFPing
ARPInterfaceHardware RARP
Acceso a Red
Internet
Transporte
Aplicación
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Familia de protocolos TCP/IP
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Medio de transmisión
2. Familia de protocolos TCP/IP
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Familia de protocolos TCP/IP
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2. Familia de protocolos TCP/IP
Aplicaciones más comunes sobre UDP:
BOOTP (Bootstrap Protocol) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)NTP (Network Time Protocol)TFTP (Trivial File Transfer Protocol)SNMP (Simple Network Management Protocol)RIP (Routing Information Protocol)
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Familia de protocolos TCP/IP
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2. Familia de protocolos TCP/IP
Aplicaciones más comunes sobre TCP:
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) TelnetFTP (File Transfer Protocol)HTTP (Hyper-Text Transfer Protocol)NNTP (Network News Transfer Protocol)BGP (Border Gateway Protocol)
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Familia de protocolos TCP/IP
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2. Familia de protocolos TCP/IP
Aplicaciones más comunes sobre UDP y TCP:DNS (Domain Name System)NFS (Network File System)Sun RPC (Remote Procedure Call)
Aplicaciones más comunes sobre ICMP:Ping
Aplicaciones más comunes sobre TCP e ICMP:Traceroute
Aplicaciones más comunes sobre IP:OSPF (Open Shortest Path First)
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Familia de protocolos TCP/IP
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2. Familia de protocolos TCP/IP Dos estaciones conectadas a la misma LAN utilizando la aplicación “telnet”.
IP
TCP
Cliente telnet
DIXEthernet
IP
TCP
Servidor telnet
DIXEthernet
Protocolo DIX-Ethernet
Protocolo IP
Protocolo TCP
Protocolo Telnet Procesos de usuario
Kernel
Lan DIX-Ethernet
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Familia de protocolos TCP/IP
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2. Familia de protocolos TCP/IP Dos estaciones conectadas a distintas LAN utilizando la aplicación “telnet”.
IP
TCP
Cliente telnet
DIXEthernet
IP
TCP
Servidor telnet
Tokenring
Protocolo DIX-Ethernet
Protocolo IP
Protocolo TCP
Protocolo Telnet
Lan DIX-Ethernet
Protocolos SNAP, LLC 802.2 y MAC 802.5
Protocolo IP
Protocolos PPP
Protocolo IPIP IP
DIXEther PPP PPP Token
ring
Router Router
Circuito punto a punto
Lan Token ring
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Familia de protocolos TCP/IP
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2. Familia de protocolos TCP/IPEncapsulación de datos de usuario
DATOS USUARIO
PDU APLICACIÓN
SEGMENTO TCP
DATAGRAMA IP
TRAMA DIX ETHERNET
Cabecera Ethernet
Cabecera IP
Cabecera TCP
Cabecera Aplicación
DATOS DE USUARIO
Terminación Ethernet
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceLos niveles físico y de enlace (Network Access Layer) que puede
utilizar la familia de protocolos TCP/IP corresponden a:
REDES DE ÁREA LOCAL (LAN)DIX Ethernet RFC - 894IEEE 802.3/802.2 (CSMA/CD) RFC - 1700IEEE 802.5/802.2 (Token Ring) RFC - 1700FDDI RFC - 1188
REDES DE ÁREA EXTENSA (WAN)X.25 RFC - 1356Frame Relay RFC - 2427RDSI RFC - 1618ATM RFC - 2225
CONEXIÓN PUNTO A PUNTOSLIP RFC - 1055PPP RFC - 1661 y 1662L2TP RFC - 2661
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Encapsulación de datos en LAN: DIX-Ethernet
En las redes de área local DIX-Ethernet los datagramas IP se encapsulan directamente en el campo de información de la trama DIX-Ethernet, según se establece en el RFC-894, quedando identificados por medio del campo Tipo = 0800H (2048 en decimal).
TRAMA DIX - ETHERNET
Preamble
8Dirección Destino
6Bytes
Campo Dirección Origen
6Tipo
0800H
2
Información
46 - 1500
FCS
4
Datagrama IP
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Encapsulación de datos en LAN: IEEE 802.2 / IEEE 802.3
En las redes de área local IEEE 802.2 / IEEE 802.3 los datagramasIP se encapsulan según establece el RFC-1700, por medio del protocolo de convergencia SNAP (Sub-Network Access Protocol)que incluye los siguientes campos:
Código de Organización = 000000H(Organizationally Unique Identifier, OUI)
Identifica la organización responsable del protocolo.
Tipo = 0800H (2048 en decimal)Identifica el protocolo.
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Encapsulación de datos en LAN: IEEE 802.2 / IEEE 802.3
A su vez las tramas SNAP se encapsulan en tramas LLC802.2 utilizando el LSAP = AAH en la dirección origen (SLSAP) y en la dirección destino (DLSAP), con el campo de Control = 03H
que indica que se trata de una “trama de información no numerada” (UI).
Finalmente, las tramas LLC se encapsulan en tramas MAC802.3 (o en tramas MAC 802.5 para token ring).
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Encapsulación de datos en LAN:IEEE 802.2 / IEEE 802.3
Pre.
8
Dir. Dest.
6
Dir. Orig.
6
Long.
2
Información
46 - 1500
FCS
4
DLSAPAAH
1
SLSAPAAH
1
Control 03H
1
OUI 000000H
3
Tipo 0800H
2 38 - 1492
Datagrama IP
Trama MAC 802.3
Trama LLC 802.2
Trama SNAP
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Protocolo SLIP
El protocolo SLIP (Serial Line IP) se desarrolló en 1984 para UNIX BSD 4.2. Está definido en el RFC-1055.
Encapsula datagramas IP sobre una conexión serie punto a punto.
Soporta únicamente conexiones asíncronas (start / stop) y estálimitado a velocidades bajas (≤ 19,2 Kbit/s).
Utiliza un puerto serie V.24 / V.28 con una configuración de 8 bits, sin paridad y sin control de flujo hardware (X-0n / X-0ff).
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Protocolo SLIP
Cada extremo de la conexión debe conocer la dirección IP del otro extremo.
No incluye control de errores (campo FCS).
Sólo permite utilizar un protocolo de nivel de red (protocolo IP).
No permite que la dirección de red sea asignada dinámicamente.
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Protocolo SLIP
Su funcionamiento es el siguiente:
La trama SLIP comienza y termina con el carácter SLIP-END (11000000).
Si un byte del datagrama IP coincide con el carácter SLIP-END, 11000000 (C0H) se transmite la secuencia de dos bytes: DBH DC H, donde el carácter DBH se denomina SLIP-ESC (que no es el carácter ASCII ESC).
Si un byte del datagrama IP coincide con el carácter SLIP-ESC (DBH), se transmite la secuencia de dos bytes: DBH DD H.
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SLIP-END11000000
1
3. Protocolos de nivel físico y enlace
Protocolo SLIPEl formato de la trama es:
Trama SLIP
DBH DCH DBH DDH
C0H DBH
Información
Datagrama IP
SLIP-END11000000
1
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Protocolo PPP
El protocolo PPP (Point to Point Protocol) es un protocolo de los niveles físicos y de enlace definido en el RFC-1548 y ampliado en los RFC-1661 y RFC-1662.
Encapsula y transporta datagramas IP (y en general cualquierprotocolo de nivel de red) sobre una conexión serie punto a punto, donde cada extremo tiene la misma funcionalidad (peer to peer).
Soporta conexiones asíncronas (start / stop) y síncronas orientadas a bit.
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3. Protocolos de nivel físico y enlace
Protocolo PPP
Proporciona varias características:
Control de la creación del enlace.Multiplexación de protocolos de nivel 3 (IP, IPX, Appletalk,..).Asignación de direcciones IP.Testeo de la configuración y calidad de enlace.Negociación de opciones de nivel de red (compresión de datos,..).Autenticación del usuario (login y password).
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP
Tiene tres componentes:Un protocolo de encapsulamiento para puertos serie basado en HDLC.Un Protocolo de Control del Enlace (LCP) que configura, prueba y termina la conexión PPP.Un Protocolo de Control de Red (NCP) que permite utilizar varios protocolos de nivel de red, negociando opciones para cada uno deellos.Ejemplo: si el protocolo de red es IP, este protocolo de control de red será el IPCP.
De forma opcional puede autenticar al otro extremo de la conexión por medio de los protocolos PAP o CHAP.
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP
La arquitectura de niveles es la siguiente:
IP IPX Appletalk Otros
HDLC
Varias opciones
Nivel de Red
Control: LCPNivel de Enlace
Nivel Físico
Control: NCP
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Nivel físico
Circuito conmutadoSe suele utilizar para conectar usuarios o redes pequeñas a internet/intranet, cuando el volumen de datos es pequeño y las transferencias poco frecuentes, usando un PC o estación UNIX en un extremo y un servidor de terminales en el otro.
64 Kbit/s2x64 Kbit/s (multienlacePPP)
RDSIRDSI (Acceso básico)
Nx64 Kbit/s (N=1 a 30) (multienlacePPP)RDSI (Acceso primario)
Varía según el módem.Hasta 56 Kbit/s
RTCPOTS (Pain Old TelephoneService)
CaracterísticasRed soporteServicio
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Nivel físico
Circuito conmutado
Nodo CC = Nodo de Conmutación de Circuitos
= Sistemas y/o medios de transmisión
ETD Modem
Servidor deTerminales
Modem
Red Telefonica ConmutadaRed Digital de Servicios Integrados
Nodo CC
Nodo CC
Nodo CCpares
Internet/Intranet
Nodo CC
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Nivel físico
Circuito dedicadoSe suele utilizar para:
interconectar dos redesconectar usuarios a internet/intranet, donde el volumen de datos es grande y las transferencias son frecuentes, con un router en cada extremo.
Nx64 Kbit/s (N=1 a 30) 2 Mbit/s34 Mbit/s
155 Mbit/sRed de transmisión
Fraccional E1E1E3STM-1
Nx64 Kbit/s (N=1 a 24) 1,5 Mbit/s45 Mbit/s
Fraccional T1T1 (USA)T3 (USA)
CaracterísticasRed soporteServicio
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Nivel físico
Circuito dedicado
Red
Red
Router
Router
= Sistemas y/o medios de transmisión
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Formato de la trama
FlagValor fijo 01111110, que indica el comienzo y el final de la trama PPP.
DirecciónValor fijo FFH que corresponde a “todas las estaciones”.
ControlValor fijo 03H que corresponde a trama de “información no numerada” (UI)
Bytes
Campo Flag
1
Dir
1
Control
1
Flag
1
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Formato de la trama
ProtocoloIdentifica el protocolo al que corresponden los datos que se transportan en el campo de información.
Bytes
Campo Flag
1
Dir
1
Control
1
Protoc
2
Flag
1
Calidad de EnlaceLink Quality ReportC025H
AutenticaciónPassword Authentication Protocol (PAP)C023H
Control de EnlaceLink Control Protocol (LCP)C021H
Control de RedInternet Protocol Control Protocol (IPCP)8021H
RedIPX Novell002BH
AutenticaciónChallenge Handshake Authentication Protocol (CHAP)C223H
RedInternet Protocol (IP) versión 40021H
Tipo de ProtocoloProtocoloValor
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Formato de la trama
InformaciónEs un campo de longitud variable que contiene datos del protocolo de nivel de red (IP, IPX de Novell, Appletalk...) o paquetes de control PPP (IPCP,LCP,PAP,CHAP).
Bytes
Campo Flag
1
Dir
1
Control
1
Protoc
2
Información
≤1500
Flag
1
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Formato de la trama
FCS (Frame Check Sequence)Permite la detección de errores de la trama PPP por medio de un código de redundancia cíclica (CRC).
En el lado transmisor se calcula el valor de este campo en función de los bits de los campos dirección, control, protocolo e información de la trama a transmitir.En el lado receptor se recalcula su valor en función de los bits de los campos dirección, control, protocolo e información de la trama recibida y se compara con el valor del campo FCS de la trama recibida, de forma que:
o si ambos valores coinciden se considera que la trama es correctao si ambos valores no coinciden se considera que la trama es incorrecta y, en
consecuencia, se descarta.
Bytes
Campo Flag
1
Dir
1
Control
1
Protoc
2
Información
≤1500
FCS
2
Flag
1
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo LCP
El protocolo LCP (Link Control Protocol) es un protocolo de control PPP, cuya función es configurar, supervisar y terminar la conexión PPP.La unidad de datos del protocolo (PDU) es el paquete LCP que se encapsula en tramas PPP con el campo “protocolo” al valor C021H.
Código: Identifica el paquete LCP (ver tabla “Códigos LCP”).Identificador: Número que coincide en el paquete LCP de petición y en el paquete LCP de respuesta.Longitud: Número total de bytes del paquete LCP.Datos LCP: Información suplementaria de algunos paquetes LCP (p. ej.: opciones).
Bytes
Campo Código
1
Identific
1
Longitud
1Datos LCP
N
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo LCP
En la fase de configuración de la conexión PPP se negocian las opciones de dicha conexión.
Estas opciones son independientes para cada dirección de la conexión punto a punto y se indican en el campo de “Datos LCP”.
La terminación de una conexión PPP se puede deber a muchas causas:
solicitud de desconexión del usuariouna opción requerida ha sido rechazada (p. ej.: autenticación)autenticación erróneacalidad del enlace inaceptableel temporizador de reposo ha expirado
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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Responde como respuesta un número mágico de 32 bits en el campo de datos del paquete LCPRespuestaEcho-reply0AH
Supervisión
Envía un número mágico de 32 bits en el campo de datos del paquete LCPPeticiónEcho-request09H
El otro extremo PPP no reconoce el campo "protocolo" del paquete LCP recibidoRespuestaProtocol-reject08H
Error
El otro extremo PPP no reconoce el campo "codigo" del paquete LCP recibidoRespuestaCode-reject07H
Permite detectar bucles
El otro extremo PPP confirma la desconexión PPP
Un extremo PPP solicita la terminación de la conexión PPP
El otro extremo PPP no reconoce o rechaza algunas opciones
El otro extremo PPP reconoce las opciones pero algunas tienen valores no aceptables
El otro extremo PPP reconoce y acepta todas las opciones solicitadas
Un extremo PPP indica todas las opciones que desea negociar
Descripción
Petición
Respuesta
Petición
Respuesta
Respuesta
Respuesta
Petición
Petición / Respuesta
Terminate-ack06H
TerminaciónTerminate-request05H
Configure-reject04H
Configure-nak03H
Configure-ack02H
Discard-reply0BH
Configuración
Configure-request01H
Clase de paquete LCP
Tipo de paquete LCPCódigo
Códigos LCPArquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo LCP: Opciones de la conexión PPP
Código
1
Identific
1
Longitud
1
Datos LCP
N
Tipo
1
Long.
1
Opción de datos
Var.
Paquete LCP
7EH
1
FFH
1
03H
1
C021H
2
Información
≤1500
FCS
2
7EH
1Paquete PPP
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo LCP: Opciones de la conexión PPP
Indica que desea que se utilice algún protocolo para supervisar la calidad de la conexión PPPQuality protocol≥404H
Informa al otro extremo PPP de los números mágicos a utilizar en algunos paquetes LCPMagic number605H
Indica que desea utilizar un campo "protocolo" de 1 byte (en lugar de 2 bytes) en la trama PPPProtocol field compression206H
Indica que desea suprimir los campos "dirección" y "control" de la trama PPP
Address and Control fieldcompression207H
Especifica el formato del campo FCS de la trama PPP (ninguno, 16 bits, 32 bits)FSC alternative208H
Indica que desea que se utilice algún protocolo para autenticar al usuarioAuthentication protocol≥403H
Especifica los tipos de octeto de la trama PPPdeben ser recibidos en el formato "escape"Async Control Character (ACCM)602H
Informa del tamaño máximo del campo de datos de trama PPP que es capaz de recibir. Por defecto 1500 bytes
Maximum Receive Unit (MRU)401H
DescripciónOpción de datosLongTipo
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3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PAP
El protocolo PAP (Password Authentication Protocol) está definido en el RFC-1334.Previamente, el extremo A (autenticador) solicita al otro extremo, entre otras opciones, que se autentique (paquete LCP configure-request) y el extremo B responde aceptando la opción (paquete LCP configure-ack).El extremo B envía su nombre de usuario y su palabra clave (password) en el paquete PAP authenticate-request.El extremo A (autenticador) valida la información recibida y responde con una confirmación positiva (paquete PAP authenticate-ack) o negativa (paquete PAP authenticate-nak). Este paquete puede contener un mensaje informativo.
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Autor: Oscar Ortiz. 3 - 39
3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PAP
Paquete LCPConfigure-request
[opción autenticacion C023H]Paquete LCPConfigure-ack
Paquete PAPAuthenticate-request[nombre de usuario][palabra de paso]
Paquete PAPAuthenticate-ack
oAuthenticate-nak
[mensaje de texto]
Extremo AAutenticador
Conexión PPP
Extremo B
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
Autor: Oscar Ortiz. 3 - 40
3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo CHAP
El protocolo CHAP (Challenge Handshake AuthenticationProtocol) está definido en el RFC-1994.
Previamente el extremo A (autenticador) solicita al otro extremo, entre otras opciones, que se autentique (paquete LCP configure-request) y el extremo B responde aceptando la opción (paquete LCP configure-ack).
El extremo A (autenticador) envía su nombre CHAP y una cadena aleatoria en un paquete CHAP auth-challenge.
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
Autor: Oscar Ortiz. 3 - 41
3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo CHAP
El extremo B transforma la cadena aleatoria recibida por medio de un algoritmo y una clave secreta y responde con su nombre de usuario CHAP y la cadena transformada en un paquete CHAP auth-response.
El extremo A (autenticador) valida la información recibida y responde con una confirmación positiva (paquete CHAP auth-success) o negativa (paquete CHAP auth-failure). Este paquete puede contener un mensaje informativo.
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Autor: Oscar Ortiz. 3 - 42
3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo CHAP
Paquete LCPConfigure-request
[opción autenticacion C223H]Paquete LCPConfigure-ack
Paquete CHAPAuth-success
oAuth-failure
[mensaje de texto]
Extremo AAutenticador
Conexión PPP
Extremo B
Paquete CHAPAuth-challenge
[nombre Chap de A][cadena aleatoria] Paquete CHAP
Auth-response[nombre Chap de B][cadena transformada]
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
Autor: Oscar Ortiz. 3 - 43
3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo IPCP
El protocolo IPCP (Internet Protocol Control Protocol) es un protocolo de control PPP cuya función es configurar y terminar el protocolo de nivel de red IP para una conexión PPP. Está definido en el RFC-1334.
La unidad de datos del protocolo (PDU) es el paquete IPCP, que se encapsula en tramas PPP con el campo protocolo 8021H.
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
Autor: Oscar Ortiz. 3 - 44
3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo IPCP
La fase de configuración IPCP comienza con el envío por un extremo de un paquete IPCP configure-request, donde se solicitan las opciones para el protocolo IP:
Dirección IP: indica la dirección IP local.Protocolo de compresión IP: indica que se desea recibir datagramas IP comprimidos según el protocolo de compresión especificado.
El otro extremo puede aceptar la configuración (paquete IPCPconfigure-ack) o rechazarla (paquete IPCP configure-reject) .
La fase de terminación IPCP incluye el envío de un paquete IPCPtermination-request y la recepción de otro paquete IPCPtermination-ack, que termina el protocolo IP.
Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace
Autor: Oscar Ortiz. 3 - 45
3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo IPCP
Paquete IPCPConfigure-request
[opción control de red 8021H][dirección IP]
[protocolo de compresión IP]Paquete IPCPConfigure-ack
oConfigure-reject
Extremo A
Conexión PPP
Extremo B
Paquete IPCPTermination-request
Paquete IPCPTermination-ack
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