UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA - FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL - DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA INFORMATICA

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1 TCP/IP El Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo Internet (TCP/IP), es esencialmente el protocolo exclusivo de comunicación usado en Internet. Para entender cómo trabaja Internet, un conocimiento básico del protocolo TCP/IP es esencial. Este capítulo proporciona a una comprensión básica del TCP/IP, junto con algunos productos importantes tales como direccionamiento, nombramiento y protocolos de conexión usados en redes sobre conexiones seriales. Los siguientes tópicos se discuten para entender TCP/IP: Qué es TCP/IP? Desarrollo histórico de TCP/IP Las capas de TCP/IP Direccionando una red en TCP/IP Nombrando una red en TCP/IP El futuro de TCP/IP TCP/IP se ha convertido en un protocolo de comunicación universal no solamente en las redes de área amplia e Internet, sino también está llegando a ser cada vez más común en redes de área local. Los factores dominantes que han contribuido a que TCP/IP se convertía en un protocolo universal son los siguientes: El TCP/IP se basa en los estándares abiertos y debidamente publicados, de tal modo que se hace fácil escribir aplicaciones basadas en los protocolos TCP/IP para cualquier tipo de sistema operativo. TCP/IP no es dependiente en ningún sistema operativo específico, y por lo tanto se ha puesto en ejecución para todos tipo ordenador, desde PCs a mainframes. Muchas implementaciones y aplicaciones del protocolo TCP/IP están disponibles como de dominio público, de tal modo que reducen el coste de implementación para el usuario. TCP/IP opera eficaz y eficientemente sobre una variedad de tecnologías de las redes de área local (LAN) (por ejemplo, Ethernet, Token Ring, y FDDI) y tecnologías de redes de área amplia (WAN) (por ejemplo, T1, línea conmutada a 56 Kbps, Frame Relay, X.25, ISDN, SMDS, ATM, y servicios analógicos dial-up). TCP/IP proporciona un conjunto estándar de aplicaciones para proporcionar servicios tales como correo electrónico, transferencia de archivos, y acceso remoto de ordenadores. -1-

2 Qué es TCP/IP? TCP e IP, dos de los más populares protocolos de comunicación actualmente, permiten a diversas clases de ordenadores usando diversos sistemas operativos comunicar LAN y/o WAN unas a otras. El término TCP/IP se utiliza con frecuencia para hacer referencia a una colección de protocolos de comunicación que conforman la Suite del Protocolo TCP/IP. Algunos de los protocolos que se incluyen en la suite del protocolo TCP/IP son: Protocolo Universal de Datagrama (UDP, Universal Datagram Protocol) Protocolo de Control de Mensajes Internet (ICMP, Internet Control Message Protocol) Protocolo de Enrutamiento de Información (RIP, Routing Information Protocol) Protocolos de aplicación como: Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP, File Transfer Protocol) Protocolo de terminal virtual (telnet) Protocolo simple de transporte de correo (SMTP, Simple Mail Transport Protocol) La suite del protocolo TCP/IP está en constante desarrollo. En los últimos años encontramos una nueva clase de protocolos de aplicación, como Gopher, y el Protocolo de Transporte para Hyper Texto (HTTP, HiperText Transport Protocol). Esto ha dado lugar al más popular de las aplicaciones de Internet: los visualizadores de páginas Web (Web browsers). Algunos de los browsers más conocidos son el Navigator de Netscape y el Internet Explorer de Microsoft. -2-

3 Desarrollo histórico del TCP/IP TCP/IP es el resultado de más de 25 años de investigación y de desarrollo. Una primera generación de TCP/IP se llamó NCP (Network Control Protocol) utilizada para construir el ARPAnet (Advanced Research Projects Agency Network). El Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) una agencia del Departamento de Defensa de los EEUU fue responsable del desarrollo de la nueva tecnología para uso militar. DARPA, conocido antes como ARPA, fue responsable de financiar mucho del desarrollo de Internet. A finales de los 70's y comienzos de los 80's, Vinton G. Cerf y Robert E Kahn, trabajando para DARPA, desarrollan el núcleo de protocolos de TCP/IP. Por muchos años, ARPAnet utilizó conjuntamente los protocolos TCP/IP y NCP; en 1983, sin embargo, ARPAnet decidió completamente por TCP/IP. En 1982, TCP/IP fue integrado al sistema operativo UNIX BSD (Berkeley Software Distribution). Este trabajo fue financiado por DARPA. Las primeras versiones comerciales de UNIX fueron basadas en UNIX BSD, o utilizaron la implementación TCP/IP del UNIX BSD. Históricamente, el TCP/IP así se ha considerado una parte integral de UNIX. A mediados de los 80's, un número de compañías comerciales, incluyendo el Wollongong Group y FTP Software, crearon soluciones TCP/IP para computadoras personales. Entre otras aplicaciones Internet para PC tenemos ftp, telnet, y correo electrónico. En años recientes el uso de aplicaciones TCP/IP para PCs ha crecido en forma exponencial por dos razones. Primero y el más obvio, Internet requiere accesos TCP/IP; por lo tanto, si está utilizando una PC y desea conectarse con Internet, usted debe utilizar el protocolo TCP/IP. En segundo lugar, la llegada de los sistemas cliente-servidor, así como el incremento de servidores UNIX para el acceso a base de datos, ha afectado el mercado de las PC relacionadas a TCP/IP, ambos requieren que el cliente (PC) se comunique con el servidor utilizando el mismo protocolo de comunicación, que en este caso es TCP/IP. TCP/IP, a diferencia de NetWare, ha tenido un esquema de dirección universal desde el principio, donde cada host tiene una dirección única. También, según veremos más adelante, la dirección en redes del TCP/IP permite la creación de jerarquías usando subnetting. Esta jerarquía es similar en concepto a los códigos postales usados por el sistema postal de Estados Unidos, los primeros caracteres en el código postal identifica la región general donde está destinada la carta. Leyendo dentro del código postal se identifica más precisamente el destino, y finalmente identifica el local de correos que recibirá la carta y coordinada el reparto a su hogar. TCP/IP, por lo tanto, está bien adaptado para las grandes internetworks tales como Internet. Sin embargo la creciente sofisticación trae complejidad para los administradores de red. Algunas comparaciones a las direcciones de NetWare se ilustran para ayudar a entender las direcciones TCP/IP. La explosión de Internet en los últimos años se ha debido a TCP/IP. Su éxito, sin embargo, está limitando su crecimiento. El incremento de redes TCP/IP está yendo rápidamente más allá de la expectativa y consideraciones. Las direcciones IP disponibles se están agotando rápidamente. Se están desarrollando los estándares para la siguiente generación de IP (IP next generation, IPng). IPng se está diseñando para tratar este problema, y ampliar el espacio de direccionamiento para necesidades futuras. -3-

4 Las Capas de TCP/IP Para entender TCP/IP, es mejor compararlo con el modelo de OSI. El modelo Interconexión de Sistemas Abierto (OSI: Open System Interconnections) fue desarrollado en 1978 como parte de las actividades de la Organización de la Estandarización Internacional (ISO: International Standardization Organization). Según lo mostrado en la figura 1, el Modelo de Referencia OSI proporciona a una herramienta y a un marco para las discusiones de diversos protocolos y sistemas de comunicaciones. La suite del protocolo TCP/IP se puede comparar al modelo OSI, pero como muchos otros protocolos de comunicaciones, sus capas no corresponden exactamente al OSÍ de siete capas. La figura 2 muestra la suite del protocolo TCP/IP, que se describe lo más mejor posible como un modelo de cinco capas. A P L I C A C I O N P R E S E N T A C I O N S E S I O N T R A N S P O R T E R E D E N L A C E D E D A T O S F I S I C A Figura 1: Modelo OSI Figura 2: La Suite del Protocolo TCP/IP En la suite del protocolo TCP/IP, no hay capas que asocian a las capas de la Sesión y de Presentación del Modelo de Referencia OSI. Cada capa en la estructura de la suite del protocolo en la capa inferior da y proporciona capacidades adicionales a la capa sobre ella, mientras que oculta las complejidades del mecanismo subyacente. Las cinco capas de TCP/IP son como sigue: Física Enlaces de Datos Redes Transporte Aplicaciones -4-

5 Capa Física La capa física es responsable de la transmisión de bits entre un nodo y el siguiente. Es el cableado actual (o portadora inalámbrica) que conecta los nodos. Esta capa se ocupa de los asuntos relacionados con la interconexión a los medios de la transmisión, de la codificación de la señal de datos, voltaje, corriente, tamaños del conector, dimensión de una variable, y los pinouts. La capa física no es realmente parte de la suite del protocolo del TCP/IP. El TCP/IP es independiente del medio, y una de sus fuerzas dominantes es su capacidad de ejecutarse sobre casi cualquier tipo de medio. La flexibilidad que está incorporada en la suite TCP/IP permite que se ejecute en un amplio rango de medios, desde líneas conmutadas de baja velocidad a cables de fibra óptica de alta velocidad. Debido a su independencia de los medios, TCP/IP se ejecuta sobre todos los tipos de medios físicos, incluyendo el cable coaxial, el cable par trenzado, fibra óptica, radio enlace, enlace satelital, etc. Capa de Enlace de Datos El nivel 2, la capa de enlace de datos, controla el acceso al medio físico. Contiene los protocolos apropiados a las varias capas físicas. Los siguientes son algunos ejemplos de estos protocolos: Protocolo Ethernet que define el formato de dato como se envía sobre los medios a utilizar, incluyendo cable coaxial, par trenzado, y cable de fibra óptica Protocolo Token Ring que define la transmisión sobre cable de par trenzado blindado y sin blindaje X.25 o HDLC corriendo sobre línea serial de alta velocidad Protocolo FDDI para correr sobre cable de fibra óptica La capa de enlace de datos envía y recibe la información en las unidades lógicas llamadas "marcos" (frames). En la capa de enlace de datos, los marcos están marcados con las configuraciones de bits especiales que identifican el principio y el fin del mismo. Como veremos en la sección, "Entendiendo SLIP y PPP", algunos medios, como, las líneas seriales no envían datos en marcos, por lo que el marco debe ser creado por software. La mayoría de las capas de enlace de datos también proporcionan un cierto control de error que detecte errores en el marco de los datos. Marcos Ethernet Como ejemplo, miremos un marco de Ethernet. La figura 3 muestra los campos de un marco Ethernet. El número sobre cada campo indica el número de bytes en ese campo. El campo Preámbulo alerta todas las estaciones en el bus que está viniendo un mensaje. El campo Dirección de Origen y el de Dirección de Destino se utilizan para la comunicación de la estación-a-estación. Estas direcciones de origen y destino, describe a menudo la dirección física o MAC ADDRESS, que es la dirección que se imprime en la memoria de la tarjeta de interfaz de la red P r e á m b u l o D i r e c c i ó n d e D e s t i n o D i r e c c i ó n d e O r i g e n T i p o o L o n g i t u d D a t o s F C S Figura 3: El frame Ethernet -5-

6 En Ethernet, los primeros seis caracteres de la dirección son asignados por el Institute of Electronic and Electrical Engineers (IEEE) a un fabricante, mientras que los siguientes seis caracteres se asignan en forma secuencial a cada nueva tarjeta o interfaz. Esto garantiza que cada interfaz tiene una dirección única de Ethernet, y también proporciona información del vendedor que fabrica la tarjeta o interfaz. Por ejemplo, la dirección cO8.9fO4 identifica que era este dispositivo fabrica por Cisco Systems porque los primeros seis caracteres de la dirección, 0000.Oc, identifican el prefijo de la dirección asignado al Cisco Systems. En el caso de Ethernet, dos tipos de paquetes pueden ser usados, Ethernet-lI (o versión 2) y IEEE La diferencia significativa entre estos dos formatos está en el campo Tipo o Longitud. En Ethernet-lI, este campo representa el tipo del protocolo, como TCP/IP o DECnet, para datos en el campo de Datos. Esto identifica a la capa superior, la capa de Red, que protocolo se está utilizando. En IEEE 802.3, este campo representa la longitud del campo de Datos. En IEEE 802.3, un campo Punto de Acceso al Servicio (SAP: Service Access Point) en la sección de Datos identifica el tipo de datos. El SAP identifica el protocolo en uso para paquetes Esta diferencia causa una incompatibilidad entre IEEE y Ethernet-lI. Para que dos dispositivos se comuniquen en la misma red, deben utilizar el mismo tipo del marco. Sin embargo, la buena noticia es que el software de los drivers tiene la capacidad de identificar y distinguir entre los tipos de marcos de Ethernet debido al hecho de que todos los tipos de datos de Ethernet-lI tienen longitudes no válidas para el campo de longitud 802.3, por esta razón, una sola interfaz puede utilizar ambos tipos de paquetes. TCP/IP usa los marcos de Ethernet-lI, mientras IPX es el default para los marcos IEEE 802.3, pero actualmente pueden utilizar realmente cualquier tipo de marco. Es muy común configurar una estación de trabajo cliente de NetWare para que utilice drivers ODI con marcos Ethernet 8O2.3 para IPX y marcos Ethernet-lI para TCP/IP. Entendiendo SLIP y PPP Los protocolos SLIP (Serial Line Protocol) y PPP (Point-to-Point Protocol) son protocolos de la capa 2, o capa de Enlace de Datos. Merecen la atención debido a su reciente importancia y aceptación en gran escala en ambientes de redes de área ancha. SLIP y PPP permiten a cualquier computadora independiente o en red conectarse directamente a Internet sobre líneas de comunicación seriales. Según lo discutido anteriormente en la capa de Enlace de Datos, la mayoría de los medios de enlace de datos envían la información en marcos y proporcionan a algunos mecanismos de verificación de error. Esto no corresponde con las líneas seriales. Las líneas seriales transmiten solamente un byte al mismo tiempo sin enmarcar. SLIP, disponible sólo para conexiones asíncronas tales como comunicación analógica del módem, es un esquema muy simple de enmarcado para poner paquetes IP en una línea serial. Esto sólo puede transmitir IP, sin embargo, y por lo tanto no puede ser utilizado por otros protocolos de red tales como IPX, según lo mostrado en l figura 4. Debido a su simplicidad, no proporciona a ninguna características requerida para localizar averías en los problemas de la conexión. Información detallada de SLIP puede ser encontrada en RFC Figura 4: Protocolos SLIP y PPP en las cinco capas de la Suite de TCP/IP -6-

7 El PPP, por otra parte, es un protocolo serial-line completamente equipado que trabaja en conexiones síncronas y asíncronas, indicando que PPP puede ser usado no solamente para conexiones analógicas conmutadas, pero también para enlaces digitales dial-up tales como ISDN y conexiones dedicadas tales como circuitos punto-a-punto. A diferencia de SLIP, PPP puede trabajar con otros protocolos además del IP en el nivel de la capa 3, incluyendo el protocolo IPX de NetWare. Información detallada sobre PPP puede encontrar en RFCs 1661, 1662, 1663 y Adicionalmente a las opciones de seguridad ofrecidas por SLIP, PPP ofrece mecanismos flexibles para poner en ejecución una amplia variedad de políticas de asignación de direcciones. La asignación de dirección dinámica es una opción importante para los proveedores de acceso a Internet (IAP). Por esta razón, muchos IAPs se están alejando de SLIP y están ofreciendo solamente acceso PPP, especialmente sobre conexiones analógicas dial-up. Capa de Red La Capa de Red, que se refiere a menudo como la capa de la red interna, es la capa más importante de la suite del protocolo TCP/IP. En la suite del protocolo TCP/IP, el IP es el protocolo principal en esta capa. Esta capa pone todo el direccionamiento y ruteo IP. Estas direcciones, como se ve más adelante, son asignadas por el administrador de la red y no están relacionadas con la dirección física o el MAC ADDRESS. Además, otros protocolos, incluyendo los protocolos ARP y RARP, se ocupan de las ediciones y del encaminamiento de nivel inferior, también se ponen en ejecución en esta capa. El encaminamiento de paquetes a través de redes ocurre en esta capa, los paquetes son la unidad primaria de información. Los paquetes se encaminan basándose en la dirección del dispositivo de red, que es diferente a la dirección física (es decir, la dirección Ethernet), según lo definido en la capa de Enlace de Datos. Protocolo Internet El Protocolo Internet (Internet Protocol, IP), protocolo principal de la Capa de Red, encamina el envío de paquetes a protocolos de alta velocidad (TCP y UDP) a través del internetwork, el cual puede consistir de diversas clases de capas de Enlace de Dato y Físicas. El protocolo IP se caracteriza por: Es sin conexión. Es no fiable. Ofrece una distribución del mejor-esfuerzo. El IP se llama sin conexión porque cada paquete se trata independientemente de los demás. IP agrega la información de cabecera necesaria para permitir que cada paquete sea encaminado correctamente a su destino. Imagínese una estación de trabajo recuperando archivos de un servidor ftp. Una estación de trabajo envía tres paquetes, por ejemplo, ellos pueden viajar sobre diversos caminos y ser ensamblados en el destino final, según lo mostrado en la figura 5. Figura 5: Distribución sin conexión de datagramas IP -7-

8 El servicio IP es no fiable porque no garantiza el reparto. El paquete se puede perder, duplicar, retrasar, o entregar fuera de servicio. El servicio IP no detecta estas condiciones, ni informa al remitente o al receptor sobre ellos. La distribución del servicio IP se considera del mejor-esfuerzo porque no desecha los paquetes. Hace solamente una tentativa de entregar, y cuando las redes subyacentes fallan o se congestionan, el resultado es transmisiones no fiables. La analogía más cercana de la vida diaria del servicio IP es correo de tercera clase del servicio postal de los EEUU. En la mayoría de los casos, el correo de tercera clase alcanza su destino, pero el servicio postal no garantiza la entrega. Si el receptor ha cambiado su dirección, el servicio postal no informa al remitente que no ocurrió la entrega del correo. Servicios proporcionados por IP IP proporciona los servicios básicos siguientes: Define el formato exacto de datos que se transmiten a través de una red TCP/IP. Rompe (fragmenta) y vuelve a unir los paquetes si es necesario para resolver los requerimientos de la capa de Enlace de Datos. Realiza la función de encaminamiento, que significa elegir el camino más eficiente sobre el cual ha de enviar los datos. Especifica reglas en cuanto a cómo los Servidores y Gateways en Internet deben manejar los paquetes, cómo y cuándo generar mensajes de error, y las condiciones en las cuales los paquetes pueden ser desechados Estructura del paquete IP La figura 6 muestra la estructura del paquete IP. El campo Versión especifica el número de versión del IP. La versión actual del protocolo IP es 4, muchos de los productos actuales de TCP/IP en el mercado se compilan aún para esta versión. El IP de la generación siguiente, designado típicamente IPng (IP next generation), será la versión 6 o 7. Figura 6: Estructura del paquete IP Tal como sucede en una carta ordinaria, la información más importante de un paquete del IP es la dirección del origen y del destino. -8-

9 Direcciones IP Cada computadora o dispositivo conectado a Internet con protocolo TCP/IP tiene una dirección única, designado como DIRECCION IP (IP ADDRESS). Un ordenador o un dispositivo podrá ser un sistema multiusuario como un servidor UNIX o una computadora mainframe, un ordenador personal, o un dispositivo como un ruteador. Si un ordenador o dispositivo tiene más de una interfaz de red, cada interfaz tendrá un IP ADDRESS. Las direcciones de IP, como los números de teléfono, son únicas. Las direcciones IP hacen que las direcciones independientes de las topologías o de las direcciones de hardware. Como todos las direcciones de la Capa de Red, un IP ADDRESS se divide generalmente en dos partes, el numero de la red y el numero del host, según lo mostrado en la figura 7. Figura 7 El numero de red debe ser único dentro de la intrarred en la cual se comunica. En el caso de NetWare, por ejemplo, los números del IPX deben ser únicos dentro de una red interna de los servidores y de los clientes de NetWare. Al igual que con Internet, la dirección de red debe ser única. El numero de red único IP es asignado por el servicio de InterNIC Registration. Usted puede conseguir su numero IP de red directamente del InterNIC o de su Internet Service Provider (ISP). Vea la sección, "Obteniendo un IP ADDRESS y un Domain Name" más adelante para los detalles en el InterNIC y la obtención de números únicos de la red. Las direcciones IP son de 32 bits de largo, y se analizan en cuatro bytes u octetos. El protocolo del IP mira estas direcciones como números binarios, con cada uno de estos bytes que tienen ocho bits. Como números binarios, estos bytes u octetos se extienden a partir del a La tabla 1 ilustra el valor de cada uno de los dígitos en un número binario. Tabla 1 : Determinando valores decimales de numeros binarios Número Binario 1ro 2do 3er 4to 5to 6to 7mo 8vo Valor Decimal En representación decimal, el número binario es 0 y el número binario es 255. Una tabla se ha proporcionado en el Apéndice B, " IP Subnetting and Binary Conversion Table" para ayudar en la conversión de números binarios a y desde la representación decimal. -9-

10 Como ejemplo, el número binario se puede representar en formato decimal sumando los valores de cada uno de los caracteres del número binario que tienen un valor de 1. El número binario tiene un 1 en los 1ros, 3ro, 5tos, 6tos, 7mos, y 8vos caracteres. Los valores de estos caracteres son 128, 32, 8, 4, 2, y 1. Si usted suma éstos valores, tiene el valor 175. Por lo tanto, el número binario en la representación decimal es 175. Desafortunadamente, trabajar con números binarios no es una tarea familiar para la mayoría de los administradores de red. Por simplicidad, las direcciones IP se indican en un formato decimal con punto, que es una serie cuatro números (0 a 255) separados por los puntos. Por lo tanto, la dirección Internet mas baja posible es: mientras que es la dirección más alta posible: Para racionalizar la asignar de direcciones Internet a las compañías de todas los tamaños, los diseñadores originales del protocolo TCP/IP dividieron las direcciones IP en diversas clases, según se muestra en la sección siguiente. Clases de direcciones IP Según lo mencionado antes, una Dirección IP consiste en dos partes, el numero de la red (net ID) y el numero del host (host ID). Para hacer el uso eficaz del espacio del IP ADDRESS, diversas clases de direcciones IP se han creado. Hay cinco clases de direcciones Internet, dependiendo del rango de dirección disponible de red, según lo mostrado en la figura 8. Figura 8: Las cinco clases de Direcciones Internet Las direcciones de la clase A tienen una identificación de red de 7 bits y una identificación del host de 24 bits. Entonces puede solamente ser 127 direcciones de la clase A (2 7-1), que se han agotado hace un buen tiempo. Las redes con clase A pueden tener máximo de (2 24 ) hosts, pero dos de los números posibles (todo el 0s y todo el 1s en binario) son reservados (véase la sección direcciones reservadas más a delante). Esto permite un máximo de hosts. Las direcciones de la clase B, convenientes para las compañías grandes, consisten en una identificación de la red de 14 bits y una identificación de 16 bits para el host. Puede haber un -10-

11 máximo de direcciones de clase B (de ). Las redes de la clase B pueden tener un máximo (2 16-2) de hosts posibles. La mayoría de las direcciones de la clase B también se han agotado, dejando la clase C como la única opción para las compañías que ahora están buscando direcciones Internet. Las direcciones de la clase C consisten en un identificador de red de 21 bits y 8 bits para el host principal por lo tanto, pueden haber un máximo de (2 21 ) direcciones de la clase C, con solamente 254 direcciones del host (2 8-2). Las direcciones de la clase D y de E no se asignan, la clase D esta reservada para el multicasting y la clase E reservada para el uso futuro. La tabla siguiente resume el número de redes y de direcciones del host en cada uno de las tres clases asignables de la red. Tabla 2: Direcciones clase A, B y C - Número de Redes versus Número de Nodos Clase de Rango del primer byte Número de redes Número de nodos Dirección (Decimal) A B C La figura 9 muestra un ejemplo del IP que trata para dos redes hipotéticas. La red Alfa tiene una dirección de red de asignada, mientras que la red Beta tiene la dirección asignada. Figura 9: Ejemplo de direcciones IP para dos redes hipotéticas La tabla 3 muestra que cuando se convierte el formato decimal punteado de la dirección de red al formato binario, usted puede ver en los bits del orden mas alto (mostrados en negrita) que clase de IP ADDRESS es cada dirección. Dado una clase determinada de dirección, la porción subrayada es la porción de identificación de la red, mientras que la porción en itálicas es la porción de la identificación del host. -11-

12 Tabla 3: Configuración de direcciones para redes Alfa y Beta Red Red Alfa Red Beta Dirección en formato decimal de punto Dirección en formato binario Clase de Dirección IP Clase C Clase B Número posible de host Así, la red Beta puede tener nodos, mientras que la red Alfa, como la mayoría de los otras direcciones de la clase C, puede tener solamente 254 hosts. Si usted solicita un IP ADDRESS, es más probable conseguir una dirección de la clase C, que se limita a 254 hosts. Todos los dispositivos en una red física deben tener direcciones IP usando la misma identificación de red, pero una identificación única del host. Por tanto, todos los dispositivos en la red Beta tendrían un IP ADDRESS que comienza con es altamente improbable, sin embargo, que una red sería puesta en ejecución con dispositivos en un solo segmento de red, particularmente si esta red fue separada hacia fuera entre un número de localizaciones geográficamente dispersadas. En lugar, esta red interna sería compuesta de un número de redes individuales. Un mecanismo conocido como subnetting se emplea así para dividir más lejos su espacio de dirección asignado en redes lógicas múltiples. Subnetting Subnetting permite que una organización dividir la porción de identificación de los hosts de su ámbito de direcciones asignadas en redes lógicas separadas. El ámbito de direcciones asignadas es el rango de direcciones permisibles dentro de la dirección de red. Por ejemplo, si su dirección asignada es , el rango de direcciones permisible es a Para las organizaciones con más de una red física, el subnetting se requiere para hacer que las redes aparecen como una al mundo exterior. Para las organizaciones con solamente una red física TCP/IP, sin embargo, el subnetting no es necesario. Por ejemplo, la red Beta de la figura 9 puede tener tres redes Ethernet separada, esto se ilustra en la figura 10. En este caso, la organización puede elegir utilizar al tercer byte (el byte alto de su identificación del host) para representar dentro de una red Ethernet a un determinado host. Haciendo esto, puede ahora tener 254 subnets, con hasta 254 hosts en cada subnet (véase figura 10). Figura 10: Subnetting - Red Beta con tres redes Ethernet separadas El Subnetting no tiene ninguna significación para la gente al exterior de la red. Los sistemas exteriores consideran solamente la red Beta como una red con una dirección de red

13 Cuando una organización divide su ámbito de direcciones, puede seleccionar el número de bits para fijar el espacio de la subnet y el espacio del host. Ha continuación unas guías que deben ser consideradas en la división del ámbito de direcciones. Primero, usted necesita determinarse cuántos de los bits del host se deben utilizarse para el subnetting. El apéndice B proporciona tablas que indican el número conveniente de bits de la subnet mask, el número de subnets que cada opción permitirá, y el número del hosts o dispositivos IP que puede contener cada subnet. En segundo lugar, seleccionando que número de subnets a utilizar, debe conocer que una dirección subnet con todo 0s y todo 1s debe evitarse. Haciendo esto, usted evitará utilizar las direcciones reservadas. Estas direcciones reservadas se discuten detalladamente en la sección titulada "Reserved Addresses-Broadcast and Subnet Addresses". La red Beta habría podido ser dividida para tener siete bits de espacio de subnet y nueve bits de espacio del host. Esto permitiría 126 subnets, con 510 hosts cada uno. Una subnet mask se utiliza para identificar qué porción de la dirección debe ser utilizada como la dirección de red lógica (red más la porción del subnet). En el ejemplo del cuadro 10, la subnet mask de la red Beta sería Esto especifica que el último byte es el nombre de host, y que los primeros tres bytes hacen la porción de la red y del subnet. Miremos otro ejemplo. Usted obtiene una identificación de red del InterNIC. Esta es una dirección de clase C, así que tiene ocho bits de espacio para el host en cada subnet. Su compañía tiene solamente dos locales con tres estaciones de trabajo cada una, pero espera tener cerca de diez locales en los años que vienen. También espera que haya al menos 14 nodos con direcciones IP en cualquier solo sitio. La primera tarea debe decidir la máscara de la red (subnet mask), que en este caso podría ser los primeros cuatro bits de la identificación del host disponible (véase fig. 11). Figura 11 : Direccionamiento de Red y subred Por lo tanto, los bits de la dirección de la subnet A podrían ser 0001, que significarán que el primer local de su compañía tendrá la dirección de El resto de los nodos se pueden asignar direcciones variando los últimos cuatro bits. Igualmente, los bits de la dirección de la subnet B podían ser 0010, dando una dirección de Los otros nodos se pueden asignar direcciones otra vez variando los últimos cuatro bits. La subnet mask en este ejemplo sería Esto especifica que los últimos cuatro bits del byte son -13-

14 el nombre de host, y los primeros tres bytes y los primeros cuatro bits del último byte hacen la porción de la red y del subnet. (El binario equivale al decimal 240) La figura 11 muestra la red conectada con el Internet vía un Gateway y los dos subnets. Direcciones Reservadas para Addresses-Broadcasts y Subnet Direcciones con todos 0s o todos 1s (binario) tienen significado especial para IP. Una dirección de host con todo 1s, que sería 255 en la representación decimal en el caso de una dirección de clase C, o una dirección de la clase B con un subnet de 8 bits, indica una "difusión" (broadcast). Si se utiliza la dirección de difusión, los datos se envían a todos los hosts en la subnet. Todos los 0s son reservados para las máquinas que no saben todo o parte de su propia dirección de host. Por ejemplo, una estación de trabajo sin disco puede enviar una petición de dirección a un BOOTP o a servidor de direcciones usando una dirección de todos 0s. El servidor responderá y proporcionará una dirección TCP/IP para la estación de trabajo sin disco. En algunas implementaciones pasadas, todos los 0s fueron utilizados para difusión. Por estas razones, las direcciones del host nunca deben ser todos 0s o 1s. Mapeando direcciones IP a direcciones físicas (ARP y RARP) Como vio en la sección "Direcciones IP" cada host se asigna a una dirección de 32 bits que se utiliza al enviar y recibir paquetes. La dirección IP oculta la complejidad de la dirección del hardware a la capa superior. Sin embargo, tiene que haber una manera de asociar las direcciones físicas del hardware a la dirección de red. Ethernet tiene una dirección física de 48 bits asignada por el fabricante de la Ethernet NIC. Para mapear la dirección física de 48 bits a la dirección IP de 32 bits, el Address Resolution Protocol (ARP) fue implementado. El ARP permite a un host encontrar la dirección física de un host de destino en la misma red física si solamente se sabe la dirección IP del destino. El ARP oculta la dirección física de la red a la capa del IP, permitiéndole asignar cualquier dirección IP sin considerar la dirección física. Una estación de trabajo sin disco puede utilizar el Reverse Address Resolution Protocol (RARP) para determinar su dirección IP. El RARP se comunica con el servidor con la dirección física de la estación de trabajo para obtener su dirección IP. -14-

15 El rol del Sistema de Dominios de Nombre (Domain Name System) Qué es más fácil recordar l-800-iwarecom o ? Qué es más fácil o internetware.com? "Internetware.com" es el nombre de dominio para una dirección IP equivalente a Los nombres de dominio son nombres que se han asociado a una dirección IP. Cada máquina en Internet tiene un nombre de dominio, que corresponde con su dirección IP. El Nombre de Dominio (Domain Name) abarca un mínimo de dos porciones, separadas por un punto. La parte más a la derecha indica el grupo al cual pertenece el dominio, por ejemplo.com o.edu. La siguiente parte indica la compañía o nombre de la institución, tal como Novell en novell.com o Stanford en stanford.edu. Un nombre de dominio para una máquina, por ejemplo, puede ser Esto indica que el nombre de dominio de la máquina es pauls, y que pertenece al grupo de comercialización (mktg) en la compañía del ABC, que es una organización comercial (véase figura 12). Una dirección estándar del correo electrónico incluye el nombre del receptor, junto con el nombre de host y el nombre de dominio. Por ejemplo, indica que el margief es el receptor del correo en el host dvipmnt de la organización mafrdids, que es una organización comercial. El nombre de dominio puede ser máximo de 255 caracteres, cada parte no puede exceder 63 caracteres. Los nombres de dominio pueden tener cualquier número de partes, mientras no exceden estos límites. Los nombres de dominio no son sensibles a la escritura (casesensitive), pero se estila en escribirlos en minúsculas. Los nombres de dominio se dividen en categorías basadas en la geografía, así como en segmentos de la industria. En los EEUU, la clasificación geográfica no ha sido muy popular; sin embargo, la mayoría de las organizaciones fuera de los EEUU utilizan esquemas geográficos, tales como.ca que representa a Canadá y.jp que representan a Japón. Con la clasificación geográfica, un nombre de dominio puede ser: Figura 12: Jerarquía de los nombres de dominio cuál indica el usuario es stevef, que trabaja en la compañía del ABC, que está situada en Rediands, que es una ciudad en California, que es un estado en los EEUU. La lista siguiente muestra los nombres de dominio más comunes utilizados en los EEUU: edu com gov mil org net Institutos de educación superior Firmas comerciales Agencias del gobierno Fuerzas armadas Organizaciones no gubernamentales ni comerciales Redes de computadoras int us uk ca jp au cn Organizaciones internacionales Estados Unidos de Norte América Reino Unido Canadá Japón Australia China -15-

16 fl fr de in kr kp Finlandia Francia Alemania Indial Corea del Sur Corea del Norte mx nl pe sg es se México Nueva Zelandia Perú Singapur España Suiza Mirando a alguien su dirección IP, es imposible derivar su nombre de dominio, o viceversa, porque no hay correlación directa entre las direcciones IP y los nombres de dominio. La único común es que están conectados a través de una misma entrada a una base de datos guardada en un servidor DNS. Esto es similar a los nombres de la gente y los números telefónicos, no hay ningún lazo entre los nombres de las personas y sus números de teléfono, pero usted podría consultar un directorio de páginas blancas o amarillas para encontrar el número de teléfono para cualquier individuo o negocio que tengan teléfono. Un Domain Name Server (DNS) se utiliza para asociar los nombres de dominio con las direcciones de IP. El DNS es un servicio de directorio distribuido, lo que significa que no hay una única máquina guarde todo los nombres de dominio y direcciones IP asociadas. Cada servidor de nombres de dominio contiene solamente la información sobre de dominios a un nivel debajo de él. Hay servidores separados de la raíz para grupos como.com o.edu. Las raíces de estos servidores están duplicados y se mantienen siempre en diversos lugares con un respaldo completo todo el tiempo (como parte estándar de DNS). Para demostrar este proceso, utilicemos un ejemplo simple. Si usted envía una pregunta sobre un nombre de dominio determinado como la primera petición va al servidor de la raíz de com. La raíz del servidor.com entonces envía la pregunta al servidor de dominios de nombre de Novell, que alternadamente está enterado de y reconoce su dirección del servidor de WWW. Según lo mostrado en la figura13, la petición del usuario va primero al servidor de la raíz.com, que conoce al servidor DNS de Novell. El servidor raíz envía una petición al servidor DNS, que conoce la localización del servidor de Desde este punto, la estación de trabajo del usuario sabe la dirección del servidor y así que todas las consultas dirigen directamente a ese servidor. Figura 13: Un requerimiento DNS desde un usuario al servidor En la mayoría de los casos, parecería que las operaciones de búsqueda del DNS son muy rápidas, esto es debido al almacenamiento en memoria inmediata de los nombres alejados y posiblemente utilizados con más frecuencia en el servidor de nombres de dominio de la instalación local. Además de la información del IP ADDRESS, los servidores DNS también guardan información especial sobre los usuarios de correo. Por ejemplo, para también dará para La razón es que la compañía del ABC mantiene un servidor de nombres de dominio que esté enterado de todos sus nombres internos. -16-

17 Esto significa esa cada compañía con una dirección en Internet requiera su propio servidor DNS en su instalación? No necesariamente! Dónde localizar el hardware de su DNS? No siempre es esencial o recomendable tener su propio servidor de nombres de dominio. Muchos IAPs ofrecen servicios de DNS por el que puedan anunciar el nombre de dominio de su compañía, por ejemplo, para una compañía llamada IWare con un nombre de dominio iware.com, éste puede residir en el servidor de nombre de dominio de su IAP. Según lo mostrado en la figura 14, si Alan en abc.com envía un paquete para entonces la primera petición del dominio se hace al servidor de root.com, que contiene el direccionamiento del servidor de nombres de dominio del IAPs. El servidor de dominios de IAP's entonces resolvería la dirección IP que se asocia con iware.com. Una vez que la estación de trabajo de Alan consiga la dirección IP para iware.com, la comunicación puede ocurrir como en cualquier WAN. Figura 14: Un servidor DNS en el sitio del IAP's Para compañías más pequeñas, es una práctica común que su servidor de nombre de dominio resida en servidor de nombre de dominio de su IAPs. De esta manera, su instalación no necesita ejecutar y administrar un servidor de DNS que normalmente está basado en UNIX. Muchos IAPs tienen conexiones a Internet de velocidad como T1 o T3, y pueden resolver nombres incluso si su sitio o servidor está apagados. Para las compañías con grandes redes o múltiples locales y solamente un gateway/router que anuncia el direccionamiento, es el mejor mantener el servidor de nombres de dominio en el lugar central. La figura 15 muestra una red más compleja, donde el servidor de nombres de dominio está situado en el mismo local. El servidor del DNS puede ser un servidor NetWare o un servidor UNIX. Las más recientes implementaciones de DNS están disponibles en el sistema operativo de UNIX. Con NetWare/IP, Novell también ofrece el servidor del DNS como NLM. -17-

18 Ruteo de Datagramas IP Los Routers (enrutadores) son actualmente los gateway más comunes. Un gateway es un dispositivo que conecta dos o más redes. Una red, en este caso, podría ser un segmento de la red de área local (LAN) o una red de área amplia completa (WAN). Un host, por otra parte, se conecta directamente con una red física. Un host es cualquier computadora conectada a Internet que tiene una dirección IP o Internet y puede recibir aplicaciones Internet. Internet se compone de las múltiples redes físicas interconectadas por los gateways. Todos los gateways en Internet forman una cooperativa y una estructura Figura 15: Un interconectada. servidor DNS en Los el datagramas pasan a partir de un gateway a otro hasta que alcanzan sitio de la un compañía gateway que pueda entregar el datagrama directamente. Por ello, todos los gateways mantienen tablas de ruteo IP o Internet. Las tablas de ruteo de la red interna de una compañía pueden ser complejas, dependiendo del tamaño de la red. Conectar una red pequeña con Internet es simple, esto es porque la complejidad de construir la información de ruteo se transfiere al Punto de Presencia (Point Of Presence, POP) del IAPs, según lo mostrado en la figura 16. El POP es el recurso físico usado por el IAP para conectar su red. Cuando un usuario envía un DATAGRAMA IP desde la dirección origen destinado a otra red (la dirección de destino), el router de la red de origen, G1 en la figura 16, envía el datagrama al router más cercano, G2. Esta router está situado en el POP del IAPs. En el POP es otro router que envía el paquete a través de otros gateways intermedoarios, si es necesario, hasta que el paquete llegue a su destino. Figura 16: Entrega de datagramas IP Hay muchos protocolos de la ruteo en TCP/IP, tales como Routing Information Protocol (RIP) y Open Shortest Path First (OSPF), que se utilizan para intercambiar la información de las tablas de ruteo entre los Gateways y los hosts. Internet Control Message Protocol El Internet Control Message Protocol (ICMP) es una parte integral de IP y viaja en la porción de datos de los datagramas IP. Si cada Gateway en Internet funcionara a toda la hora, la comunicación ocurriría fluidamente. Sin embargo, si un Gateway no puede encaminar o entregar un datagrama, necesita instruir a la fuente original para tomar acciones para eludir o corregir el problema. El ICMP permite a los gateways enviar mensajes de error o de control a otros gateways y hosts. Una de las herramientas más frecuentes usadas en Internet se llama Ping, que es básicamente un mensaje de petición y respuesta (eco) de ICMP. Con Ping, puede determinarse si el host es accesible o no. -18-

19 Obteniendo una Dirección IP y un Nombre de Dominio Los nombres de dominio se asignan en orden de llegada. Por lo tanto, si su compañía no ha solicitado aún un nombre de dominio, debe hacerlo ahora antes de que algún otro demande el mismo nombre que su compañía ha de solicitar. El caso famoso de MTV que demanda su dominio mtv.com mientras que otro ya había conseguido el nombre es una clara indicación a las compañías que deben preocuparse por su nombre de dominio antes de que otros les ganen, para evitar costosas batallas legales. Hay dos maneras de obtener nombre de dominio y direcciones del IP: Que su IAP los obtenga para usted Contactarse con InterNIC via , fax o correo postal a: teléfono: (703) facsímil: (703) Correo postal: Network Solutions InterNIC Registration Services 505 Huntmar Park Drive Herndon, VA Si usted es nuevo al Internet, se sugiere entregar esta tarea a su IAP. En muchos casos, el IAP puede proporcionar parte de sus propias direcciones IP, antes de conseguir direcciones separados para usted. Antes de que utilice las direcciones IP proporcionadas por el IAP para su red interna, cerciórese que pueda utilizar las mismas direcciones si tiene que cambiar de proveedor de acceso a Internet por cualquier razón en una fecha posterior. Capa De Transporte Los protocolos más importantes de la capa 4, la Capa de Transporte, son el User Datagram Protocol (UDP) y el Transmission Control Protocol (TCP). Ambos protocolos utilizan IP como su protocolo de capa de red. El UDP es un protocolo sin conexión que es útil cuando una aplicación no requiere sequenciamiento de paquetes o 100 por ciento de confiabilidad de la entrega de los mismos, o está incluyendo esto (la seguridad) como parte de la aplicación. Los ejemplos de los usos que utilizan el UDP son el Network File System (NFS) de SUN y el Domain Name System (DNS). TCP es utilizado por la mayoría de aplicaciones porque proporciona una secuencia de datos confiable. Cuando una aplicación envía los datos al nivel TCP, sabe que los datos enviados al destino deberá ser 100 por ciento correctos. Entre las aplicaciones que utilizan TCP están: File Transfer Protocol (ftp) y Protocolo de Terminal Virtual (telnet). User Datagram Protocol (UDP) UDP, como IP, es también un sistema sin conexión y de mejor-esfuerzo en la entrega, que utiliza IP para transportar mensajes entre máquinas. UDP agrega la capacidad para distinguir entre destinos múltiples dentro de una solo computadora. Además del direccionamiento de destinación IP, UDP utiliza un conjunto de puntas abstractas de destino llamados los puertos del protocolo (protocol ports). Cuando llega un mensaje UDP, contiene los números de puerto de destinación y de origen. Los estándares de TCP/IP definen ciertos puertos, mientras que otros se asignan dinámicamente. La tabla 4 proporciona a una lista de los puertos más -19-

20 conocidos de UDP. Una lista completa de todos los números de puertos asignados se incluye en el RFC 1700, que es publicado por el Internet Assigned Numbers Authority (IANA). El IANA es el coordinador central para la asignación de los valores de parámetros únicos para los protocolos Internet. El IANA es encargado por la Internet Society (ISOC) y por el Consejo Federal de la Red (Federal Network Council, FNC) para actuar como entidad encargada de asignar y coordinar el uso de los valores de parámetros del Protocolo Internet. Tabla 4: Número de puertos comunes UDP Número de Aplicación Descripción Puerto 7 ECHO Retorna el estado como eco 11 USERS Provee una lista de usuarios activos 43 NICNAME Provee el servicio "who is" 53 DOMAIN Servidor de Nombres de Dominio (DNS) 67 BOOTPS Servidor del Protocolo de carga inicial 68 BOOTPC Cliente del Protocolo de carga inicial 69 TFTP Trivial File Transfer Protocol 111 RPC NFS se construye encima del puerto de Remote Procedure Call (RPC) 161 SNMP Simple Network Management Protocol (SNMP) net monitor UDP proporciona multiplexación y demultiplexación para múltiples aplicaciones corriendo en un host. UDP espera software de aplicación para aumentar mecanismos de confiabilidad si son requeridos. Para algunas aplicaciones que no requieren confiabilidad, o que pueden agregar un esquema simple de confiabilidad, UDP es preferible porque ser más rápido que TCP y requerir menos de la capa superior debido a no necesitar estar iniciada una sesión antes de enviar datos. Muchas aplicaciones no implementan todos los mecanismos de confiabilidad, errorchecking y corrección necesarios. Por lo tanto, las aplicaciones escritas al UDP pueden trabajar bien en redes pequeñas, pero pueden fallar o comportarse diferentemente en una red grande como Internet, donde pueden ocurrir errores y pérdidas de paquetes. Transmission Control Protocol El Transmission Control Protocol (TCP) es el protocolo del transporte opcional en la suite del protocolo TCP/IP porque proporciona conexiones confiables, full-duplex, y virtuales. A diferencia del UDP, es orientada a la conexión y por lo tanto necesita que se instala una sesión entre dos máquinas de iniciar la transmisión. Para alcanzar confiabilidad, TCP uso una técnica llamada positive acknowledgment with retransmission (acuse positivo de recibo con retransmisión), que significa que si el dato se pierde en el proceso de transmisión, TCP reconoce la falla en la entrega por acuse de recibo (o carencia del mismo) y retransmite el dato. -20-

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