Protocolos TCP/IP: Arquitectura, Capas y Funcionamiento en Redes

¿Qué es TCP/IP?

El nombre **“TCP/IP”** se refiere a una **suite de protocolos de datos**. Proviene de dos de los protocolos más importantes que la conforman:

**Transmission Control Protocol (TCP)**
**Internet Protocol (IP)**

Sin embargo, hay muchos otros protocolos en esta suite.

Importancia de TCP/IP

Los protocolos **TCP/IP son fundamentales para el funcionamiento de Internet**, aunque también se utilizan en Intranets y Extranets. Fueron presentados a comienzos de los 70 por la Universidad de Stanford y Bold, Beranek and Newman (BBN) para una red de conmutación de paquetes (ARPANet). Además, se usan en redes de área local.

Protocolos: Reglas para la Comunicación

Los **protocolos** son reglas formales de comportamiento que permiten la comunicación entre computadores. Para que los computadores puedan comunicarse, necesitan establecerse reglas o protocolos (AppleTalk, IPX/SPX, SNA, etc.).

Los protocolos de TCP/IP son **independientes del sistema operativo y del computador** (“abiertos”), lo que permite que cualquiera pueda desarrollar productos que se ajusten a sus especificaciones.

Arquitectura TCP/IP

No hay un acuerdo unánime sobre cómo representar la jerarquía de los protocolos de TCP/IP con un modelo de capas, utilizándose modelos de tres a cinco capas. A continuación, se presenta un modelo de cuatro capas:

**Aplicación:** Aplicaciones y procesos que usan la red.
**Transporte:** Servicios de entrega de datos entre nodos.
**Internet:** Define el datagrama y maneja el enrutamiento.
**Acceso de Red:** Rutinas para acceder al medio físico.

Capa de Acceso de Red

Es la capa inferior de la jerarquía de protocolos de TCP/IP.
Es equivalente a las capas 1 y 2 del **modelo OSI** (con algunas funciones de la capa 3).
Existen muchos protocolos de acceso a la red (uno por cada estándar físico de red).
Encapsula **datagramas** en **frames** y mapea direcciones IP a direcciones físicas.
Ejemplos de RFC que definen protocolos de la capa de acceso a red son: RFC 826 y RFC 894.
Esta capa se construye con la tarjeta de red, los drivers y los programas asociados.

Ejemplo: El Sistema Ethernet

**Ethernet** es una tecnología de redes de área local (LAN) que transmite información entre computadores a velocidades de 10 Mbps (Ethernet), 100 Mbps (Fast Ethernet) o 1000 Mbps (Gigabit Ethernet).
Los medios que soporta 10 Mbps son coaxial grueso, coaxial delgado, par trenzado y fibra óptica.
Los medios que soporta 100 Mbps son par trenzado y fibra óptica.
Los medios que soporta 1000 Mbps son par trenzado y fibra óptica.

El Frame Ethernet

El corazón del sistema Ethernet es el **frame Ethernet**, utilizado para llevar datos entre computadores.
El “frame” consta de varios bits organizados en varios campos.
Estos campos incluyen la dirección física de las interfaces Ethernet, un campo variable de datos (entre 46 y 1500 bytes) y un campo de chequeo de error.

El Datagrama

El **datagrama** es el formato de paquete definido por el **Protocolo Internet (IP)**.
Las primeras cinco o seis palabras de 32 bits del datagrama son información de control (el “header”). Se utiliza el IHL (Internet Header Length) para dar la longitud del header.
El header tiene la información necesaria para entregar el paquete (el “sobre”).

Direccionamiento IP

A cada interface de red (tarjeta de red) se le asigna una **dirección lógica única de 32 bits**.
La dirección consta de una parte que identifica la red y otra que identifica el nodo:
- La **parte de nodo** se asigna localmente.
- La **parte de red** la asigna Internic, su ISP o su administrador de red.

Máscara de Subred

Una dirección de red se puede subdividir en subredes tomando prestados bits de la parte de identificación de host para identificar la subred. Por ejemplo:

10: (14 bits Red) (16 bits Nodo)

Paso de Datagramas a la Capa de Transporte

Cuando IP recibe un paquete que es para ese nodo, debe pasar los datos al protocolo correcto de la capa de transporte (TCP o UDP).
Esto se hace utilizando el **número de protocolo** (palabra 3 del header del datagrama).
Cada protocolo tiene su número de protocolo único:
- TCP: 6
- UDP: 17

TCP: Orientado a Conexión

TCP establece una **conexión lógica** entre nodos que se estén comunicando.
- Cierta información de control, llamada *handshake*, se intercambia entre los nodos **antes** de que los datos sean transmitidos.
- Dentro del header de TCP hay un campo que indica si ese segmento es de control (handshake).
- TCP utiliza *three-way handshake* (se intercambian 3 segmentos).

TCP: Protocolo de Flujo de Bytes

TCP “ve” los datos que envía como un **flujo continuo (stream) de bytes**, no como paquetes independientes. Por eso, debe tener cuidado de mantener la secuencia en la cual los bytes son enviados y recibidos.
El número de secuencia y el número de ACK del encabezado del segmento TCP mantienen el seguimiento del “flujo” de bytes.

Paso de Datos a la Capa de Aplicación

TCP también es responsable de entregar los datos recibidos de IP a la aplicación correcta en la capa de aplicación.
Esto se hace utilizando el **número de puerto** (palabra 1 del header del segmento).
Cada aplicación o servicio tiene su **número de puerto bien conocido**:
- HTTP: 80
- SMTP: 25
- DNS: 53

Capa de Aplicación

La parte superior de la jerarquía de TCP/IP es la **capa de aplicación**.
Hay muchos protocolos de aplicación y se siguen creando. La mayoría proveen servicios directos a los usuarios.
En esta capa están todos los procesos que utilizan la capa de transporte para entregar datos.

Lista de Algunas Aplicaciones

**Telnet:** Protocolo de terminal de red.
**FTP:** Transferencia de archivos.
**SMTP:** Transporta el correo electrónico.
**HTTP:** Transfiere las páginas Web.
**DNS:** Servicio de nombres: resuelve nombres de nodos a dirección IP.
**OSPF:** Intercambia información de enrutamiento.
**SNMP:** Para administración de la red.

Resumen

TCP/IP es la suite de protocolos de Internet.
En esta explicación se utilizó un modelo de 4 capas.
TCP/IP aprovecha muchas tecnologías de red “física”. Se presentó un ejemplo con Ethernet.
**IP (Internet Protocol)** es el corazón de Internet; también está **ICMP**.
**TCP** y **UDP** están en la capa de transporte.
Los protocolos de aplicación son muchos y variados.