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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE

REDES CERTIFICADAS CISCO - CCNA

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MANUAL TALLER DE REDES DE COMPUTADORAS

1. MODELO OSIDe Wikipedia, la enciclopedia libre (http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_OSI)

El modelo de referencia de Interconexin de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconnection) es el modelo de red descriptivo creado por la Organizacin Internacional para la Estandarizacin lanzado en 1984. Es decir, es un marco de referencia para la definicin de arquitecturas de interconexin de sistemas de comunicaciones.

1.1. HISTORIAA principios de 1980 el desarrollo de redes sucedi con desorden en muchos sentidos. Se produjo un enorme crecimiento en la cantidad y tamao de las redes. A medida que las empresas tomaron conciencia de las ventajas de usar tecnologas de conexin, las redes se agregaban o expandan a casi la misma velocidad a la que se introducan las nuevas tecnologas de red. Para mediados de 1980, estas empresas comenzaron a sufrir las consecuencias de la rpida expansin. De la misma forma en que las personas que no hablan un mismo idioma tienen dificultades para comunicarse, las redes que utilizaban diferentes especificaciones e implementaciones tenan dificultades para intercambiar informacin. El mismo problema surga con las empresas que desarrollaban tecnologas de conexiones privadas o propietarias. "Propietario" significa que una sola empresa o un pequeo grupo de empresas controlan todo uso de la tecnologa. Las tecnologas de conexin que respetaban reglas propietarias en forma estricta no podan comunicarse con tecnologas que usaban reglas propietarias diferentes. Para enfrentar el problema de incompatibilidad de redes, la Organizacin Internacional para la Estandarizacin (ISO) investig modelos de conexin como la red de Digital Equipment Corporation (DECnet), la Arquitectura de Sistemas de Red (SNA) y TCP/IP a fin de encontrar un conjunto de reglas aplicables de forma general a todas las redes. Con base en esta investigacin, la ISO desarroll un modelo de red que ayuda a los fabricantes a crear redes que sean compatibles con otras redes.

1.2. MODELO DE REFERENCIA OSISiguiendo el esquema de este modelo se crearon numerosos protocolos. El advenimiento de protocolos ms flexibles donde las capas no estn tan demarcadas y la correspondencia con los niveles no era tan clara puso a este esquema en un segundo plano. Sin embargo es muy usado en la enseanza como una manera de mostrar cmo puede estructurarse una "pila" de protocolos de comunicaciones.

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE El modelo especifica el protocolo que debe ser usado en cada capa, y suele hablarse de modelo de referencia ya que es usado como una gran herramienta para la enseanza de comunicacin de redes. Este modelo est dividido en siete capas:

1.2.1. CAPA FSICA (CAPA 1)Es la que se encarga de las conexiones fsicas de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio fsico como a la forma en la que se transmite la informacin. Sus principales funciones se pueden resumir como:Definir el medio o medios fsicos por los que va a viajar la comunicacin: cable de pares trenzados (o no, como en RS232/EIA232), coaxial, guas de onda, aire, fibra ptica. Definir las caractersticas materiales (componentes y conectores mecnicos) y elctricas (niveles de tensin) que se van a usar en la transmisin de los datos por los medios fsicos. Definir las caractersticas funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberacin del enlace fsico). Transmitir el flujo de bits a travs del medio. Manejar las seales elctricas del medio de transmisin, polos en un enchufe, etc. Garantizar la conexin (aunque no la fiabilidad de dicha conexin). Pgina 3 de 106


1.2.2. CAPA DE ENLACE DE DATOS (CAPA 2)Esta capa se ocupa del direccionamiento fsico, de la topologa de la red, del acceso a la red, de la notificacin de errores, de la distribucin ordenada de tramas y del control del flujo.

1.2.3. CAPA DE RED (CAPA 3)El objetivo de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, an cuando ambos no estn conectados directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan encaminadores, aunque es ms frecuente encontrar el nombre ingls routers y, en ocasiones enrutadores. Los routers trabajan en esta capa, aunque pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados casos, dependiendo de la funcin que se le asigne. Los firewalls actan sobre esta capa principalmente, para descartar direcciones de mquinas. En este nivel se realiza el direccionamiento lgico y la determinacin de la ruta de los datos hasta su receptor final.

1.2.4. CAPA DE TRANSPORTE ( CAPA 4)Capa encargada de efectuar el transporte de los datos (que se encuentran dentro del paquete) de la mquina origen a la de destino, independizndolo del tipo de red fsica que se est utilizando. La PDU de la capa 4 se llama Segmento o Datagrama, dependiendo de si corresponde a TCP o UDP. Sus protocolos son TCP y UDP; el primero orientado a conexin y el otro sin conexin.

1.2.5. CAPA DE SESIN (CAPA 5)Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos computadores que estn transmitiendo datos de cualquier ndole. Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesin establecida entre dos mquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudndolas en caso de interrupcin. En muchos casos, los servicios de la capa de sesin son parcial o totalmente prescindibles.

1.2.6. CAPA DE PRESENTACIN (CAPA 6)El objetivo es encargarse de la representacin de la informacin, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres los datos lleguen de manera reconocible. Esta capa es la primera en trabajar ms el contenido de la comunicacin que el cmo se establece la misma. En ella se tratan aspectos tales como la semntica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintas computadoras pueden tener diferentes formas de manejarlas. Esta capa tambin permite cifrar los datos y comprimirlos. En pocas palabras es un traductor.

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1.2.7. CAPA DE APLICACIN ( CAPA 7)Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las dems capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrnico (POP y SMTP), gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP). Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el nmero de protocolos crece sin parar. Cabe aclarar que el usuario normalmente no interacta directamente con el nivel de aplicacin. Suele interactuar con programas que a su vez interactan con el nivel de aplicacin pero ocultando la complejidad subyacente.

1.3. UNIDADES DE DATOSEl intercambio de informacin entre dos capas OSI consiste en que cada capa en el sistema fuente le agrega informacin de control a los datos, y cada capa en el sistema de destino analiza y remueve la informacin de control de los datos como sigue: Si un ordenador (host A) desea enviar datos a otro (host B), en primer trmino los datos deben empaquetarse a travs de un proceso denominado encapsulamiento, es decir, a medida que los datos se desplazan a travs de las capas del modelo OSI, reciben encabezados, informacin final y otros tipos de informacin.

N-PDU (Unidad de datos de protocolo)Es la informacin intercambiada entre entidades pares, es decir, dos entidades pertenecientes a la misma capa pero en dos sistemas diferentes, utilizando una conexin (N-1). Est compuesta por: N-SDU (Unidad de datos del servicio) Son los datos que necesitan las entidades (N) para realizar funciones del servicio pedido por la entidad (N+1). N-PCI (Informacin de control del protocolo)

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DEInformacin intercambiada entre entidades (N) utilizando una conexin (N-1) para coordinar su operacin conjunta.

N-IDU (Unidad de datos de interface)Es la informacin transferida entre dos niveles adyacentes, es decir, dos capas contiguas. Est compuesta por: N-ICI (Informacin de control del interface) Informacin intercambiada entre una entidad (N+1) y una entidad (N) para coordinar su operacin conjunta. Datos de Interface-(N) Informacin transferida entre una entidad-(N+1) y una entidad-(N) y que normalmente coincide con la (N+1)-PDU.

1.4. TRANSMISIN DE LOS D ATOS

1.5. TRANSFERENCIA DE INFORMACIN EN EL MODELO OSI.La capa de aplicacin recibe el mensaje del usuario y le aade una cabecera constituyendo as la PDU de la capa de aplicacin. La PDU se transfiere a la capa de aplicacin del nodo destino, este elimina la cabecera y entrega el mensaje al usuario. Para ello ha sido necesario todo este proceso:1. 2. Ahora hay que entregar la PDU a la capa de presentacin para ello hay que aadirle la correspondiente cabecera ICI y transformarla as en una IDU, la cual se transmite a dicha capa. La capa de presentacin recibe la IDU, le quita la cabecera y extrae la informacin, es decir, la SDU, a esta le aade su propia cabecera (PCI) constituyendo as la PDU de la capa de presentacin.

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE3. 4. 5. 6. Esta PDU es transferida a su vez a la capa de sesin mediante el mismo proceso, repitindose as para todas las capas. Al llegar al nivel fsico se envan los datos que son recibidos por la capa fsica del receptor. Cada capa del receptor se ocupa de extraer la cabecera, que anteriormente haba aadido su capa homloga, interpretarla y entregar la PDU a la capa superior. Finalmente llegar a la capa de aplicacin la cual entregar el mensaje al usuario.

1.6. FORMATO DE LOS DATOSEstos datos reciben una serie de nombres y formatos especficos en funcin de la capa en la que se encuentren, debido a como se describi anteriormente la adhesin de una serie de encabezados e informacin final. Los formatos de informacin son los que muestra el grfico:

APDU Unidad de datos en la capa de aplicacin (Capa 7). PPDU Unidad de datos en la capa de presentacin (Capa 6). SPDU Unidad de datos en la capa de sesin (Capa 5). TPDU (segmento) Unidad de datos en la capa de transporte (Capa 4). Paquete o Datagrama

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DEUnidad de datos en el nivel de red (Capa 3). Trama Unidad de datos en la capa de enlace (Capa 2). Bits Unidad de datos en la capa fsica (Capa 1).

1.7. OPERACIONES SOBRE LOS DATOSEn determinadas situaciones es necesario realizar una serie de operaciones sobre las PDU para facilitar su transporte, debido a que son demasiado grandes o bien porque son demasiado pequeas y estaramos desaprovechando la capacidad del enlace.

1.8. SEGMENTACIN Y REENSAMBLAJELa segmentacin hace corresponder a una (N)-SDU sobre varias (N)-PDU. El reensamblaje hace corresponder a varias (N)-PDUs en una (N)-SDU.

1.9. BLOQUEO Y DESBLOQUEOEl bloqueo hace corresponder varias (N)-SDUs en una (N)-PDU. El desbloqueo identifica varias (N)-SDUs que estn contenidas en una (N)-PDU.

1.10. CONCATENACIN Y SEPARACINLa concatenacin es una funcin-(N) que realiza el nivel-(N) y que hace corresponder varias (N)-PDUs en una sola (N-1)-SDU. La separacin identifica varias (N)-PDUs que estn contenidas en una sola (N-1)-SDU.

2. CAPA DE APLICACINDe Wikipedia, la enciclopedia libre

El nivel de aplicacin o capa de aplicacin es el sptimo nivel del modelo OSI. Ofrece a las aplicaciones (de usuario o no) la posibilidad de acceder a los servicios de las dems capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrnico (POP y SMTP), gestores de bases de datos y protocolos de transferencia de archivos (FTP)

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE Cabe aclarar que el usuario normalmente no interacta directamente con el nivel de aplicacin. Suele interactuar con programas que a su vez interactan con el nivel de aplicacin pero ocultando la complejidad subyacente. As por ejemplo un usuario no manda una peticin "HTTP/1.0 GET index.html" para conseguir una pgina en html, ni lee directamente el cdigo html/xml. O cuando chateamos con el Messenger, no es necesario que codifiquemos la informacin y los datos del destinatario para entregarla a la capa de Presentacin (capa 6) para que realice el envo del paquete. En esta capa aparecen diferentes protocolos:FTP (File Transfer Protocol - Protocolo de transferencia de archivos) para transferencia de archivos. DNS (Domain Name Service - Servicio de nombres de dominio). DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - Protocolo de configuracin dinmica de anfitrin). HTTP (HyperText Transfer Protocol) para acceso a pginas web. NAT (Network Address Translation - Traduccin de direccin de red). POP (Post Office Protocol) para correo electrnico. SMTP (Simple Mail Transport Protocol). SSH (Secure SHell) TELNET para acceder a equipos remotos. TFTP (Trival File Transfer Protocol).

3. CAPA DE TRANSPORTEDe Wikipedia, la enciclopedia libre

El nivel de transporte o capa transporte es el cuarto nivel del modelo OSI encargado de la transferencia libre de errores de los datos entre el emisor y el receptor, aunque no estn directamente conectados, as como de mantener el flujo de la red. Es la base de toda la jerarqua de protocolo. La tarea de esta capa es proporcionar un transporte de datos confiable y econmico de la mquina de origen a la mquina destino, independientemente de la red de redes fsica en uno. Sin la capa transporte, el concepto total de los protocolos en capas tendra poco sentido.

3.1. SERVICIOS3.1.1. SERVICIOS PROPORCIONADOS A LAS CAPAS SUPERIORESLa meta final de la capa transporte es proporcionar un servicio eficiente, confiable y econmico a sus usuarios, que normalmente son procesos de la capa aplicacin. Para lograr este objetivo, la capa transporte utiliza los servicios proporcionados por la capa de red. El hardware o software de la capa transporte que se encarga del trabajo se llama entidad de transporte, la cual puede estar en el ncleo del sistema operativo, en un proceso independiente, en un paquete de biblioteca o en la tarjeta de red.

Hay dos tipos de servicio en la capa transporte, orientado y no orientado a la conexin. En elPgina 9 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE servicio orientado a la conexin consta de tres partes: establecimiento, transferencia de datos, y liberacin. En el servicio no orientado a la conexin se tratan los paquetes de forma individual. Es la primera capa que lleva a cabo la comunicacin extremo a extremo, y esta condicin ya se mantendr en las capas superiores.

3.1.2. PRIMITIVAS DEL SERVICIO DE TRANSPORTEPara permitir que los usuarios accedan al servicio de transporte, la capa de transporte debe proporcionar algunas operaciones a los programas de aplicacin, es decir, una interfaz del servicio de transporte. Cada servicio de transporte tiene su propia interfaz. Con el propsito de ver los aspectos bsicos, en esta seccin examinaremos primero un servicio de transporte sencillo y su interfaz. El servicio de transporte es parecido al servicio en red, pero hay algunas diferencias importantes. La principal, es que, el propsito del servicio de red es modelar el servicio ofrecido por las redes reales, con todos sus problemas. Las redes reales pueden perder paquetes, por lo que generalmente el servicio no es confiable. En cambio, el servicio de transporte(orientado a la conexin) si es confiable. Claro que las redes reales no estn libres de errores, pero se es precisamente el propsito de la capa de transporte: ofrecer un servicio confiable en una red no confiable. Otra diferencia entre la capa transporte y la de red es a quien van dirigidos sus servicios. El servicio de red lo usan nicamente las entidades de transporte. Pocos usuarios escriben sus entidades de transporte y pocos usuarios o programas llegan a ver los aspectos internos del servicio de red. En cambio, muchos programas ven primitivas de transporte. En consecuencia el servicio de transporte debe ser adecuado y fcil de usar. Las primitivas de un transporte sencillo seran: - LISTEN: Se bloquea hasta que algn proceso intenta el contacto. - CONNECT: Intenta activamente establecer una conexin. - SEND: Envia informacin. - RECEIVE: Se bloque hasta que llegue una TPDU de DATOS. - DISCONNECT: Este lado quiere liberar la conexin. Y con estas primitivas podemos hacer un esquema sencillo de manejo de conexiones. Las transiciones escritas en cursiva son causadas por llegadas de paquetes. Las lneas continuas muestran la secuencia de estados del cliente y las lneas punteadas muestran la secuencia del servidor.

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3.1.3. SOCKETS DE BERKELEYEste es otro grupo de primitivas de transporte, las primitivas usadas en UNIX para el TCP. En general son muy parecidas a las anteriores pero ofrecen ms caractersticas y flexibilidad. ELEMENTOS DE LOS PROTOCOLOS DE TRANSPORTE El servicio de transporte se implementa mediante un protocolo de transporte entre dos entidades de transporte. En ciertos aspectos, los protocolos de transporte se parecen a los protocolos de red. Ambos se encargan del control de errores, la secuenciacin y el control del flujo. Pero tambin existen diferencias importantes entre ambas, como los entornos en que operan, la capa transporte necesita el direccionamiento explcito de los destinos, mientras que la capa de red no, otra diferencia es la cantidad de datos, mucho mayor en la capa de transporte que en la de enlace de datos.

3.2. DIRECCIONAMIENTOCuando un proceso desea establecer una conexin con un proceso de aplicacin remoto, debe especificar a cul se conectar.(a quin mand el mensaje?) El mtodo que normalmente se emplea es definir direcciones de transporte en las que los procesos pueden estar a la escucha de solicitudes de conexin. En Internet, estos puntos terminales se denominan puertos, pero usaremos el trmino genrico de TSAP (Punto de Acceso al Servicio de Transporte). Los puntos terminales anlogos de la capa de red se llaman NSAP (Punto de Acceso al Servicio de Red). Las direcciones IP son ejemplos de NSAPs.

3.3. ESTABLECIMIENTO DE UNA CONEXINEl establecimiento de una conexin parece fcil, pero en realidad es sorprendentemente difcil. A primera vista, parecera que es suficiente con mandar una TPDU (Unidad de Datos del Protocolo de Transporte) con la peticin de conexin y esperar a que el otro acepte la conexin. El problema viene cuando la red puede perder, almacenar, o duplicar paquetes. El principal problema es la existencia de duplicados retrasados. Esto puede solucionarse de varias maneras (ninguna es muy satisfactoria). Una es utilizar direcciones de transporte desechables. En este enfoque cada vez que necesitemos una direccin la creamos. Al liberarse la conexin descartamos la direccin y no se vuelve a utilizar. O tambin asignar una secuencia dentro de los datos transmitidos, pero estos plantean los problemas de que si se pierde la conexin perdemos el orden del identificador y ya no funciona. Pero la solucin seria ms fcil si los paquetes viejos se eliminaran de la subred cada cierto tiempo de vida. Para ello podemos utilizar las siguientes tcnicas: Un diseo de subred Restringido. Colocar un contador de saltos en cada paquete. Marcar el tiempo de cada paquete. Pero en la prctica no vale solo con hacer esto sino que tenemos que garantizar que todas las confirmaciones de los paquetes tambin se eliminan.

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3.4. LIBERACIN DE UNA CONEXINLa liberacin de una conexin es ms fcil que su establecimiento. No obstante, hay ms escollos de los que uno podra imaginar. Hay dos estilos de terminacin de una conexin: liberacin asimtrica y liberacin simtrica. La liberacin asimtrica es la manera en que funciona el mecanismo telefnico: cuando una parte cuelga, se interrumpe la conexin. La liberacin simtrica trata la conexin como dos conexiones unidireccionales distintas, y requiere que cada una se libere por separado. La liberacin asimtrica es abrupta y puede resultar en la perdida de datos. Por lo que es obvio que se requiere un protocolo de liberacin ms refinado para evitar la perdida de datos. Una posibilidad es usar la liberacin simtrica, en la que cada direccin se libera independientemente de la otra. Aqu, un host puede continuar recibiendo datos aun tras haber enviado una TPDU de desconexin. La liberacin simtrica es ideal cuando un proceso tiene una cantidad fija de datos por enviar y sabe con certidumbre cundo los ha enviado. En otras situaciones, la determinacin de si se ha efectuado o no todo el trabajo y se debe terminarse o no la conexin no es tan obvia. Podramos pensar en un protocolo en el que el host 1 diga:Ya termine, Terminaste tambin?. Si el host 2 responde Ya termine tambin. Adis, la conexin puede liberarse con seguridad. Pero no es tan fiable por el problema de que siempre tendremos que esperar la confirmacin de los mensajes recibidos y si esta confirmacin no llega no libera la conexin y despus puede que necesite la confirmacin de que llego la confirmacin y entraramos en un bucle del que no podemos salir. Podemos hacer que al host 1 si no le llega la confirmacin despus de N intentos (es que quiere la desconexin), se libere. Esto produce una conexin semiabierta en la que el host 1 est desconectado pero el host 2 no como no le llega la confirmacin no se desconecta nunca. Para solucionar esto creamos una regla por la cual si al host 2 no le llega ninguna TPDU durante cierta cantidad de segundos, se libera automticamente.

3.5. CONTROL DE FLUJO Y ALMACENAMIENTO EN BUFFERYa examinamos la conexin y la desconexin, veamos la manera en que se manejan las conexiones mientras estn en uso. Uno de los aspectos clave es el control de flujo. Necesitamos un esquema para evitar que un emisor rpido desborde a un receptor lento. La diferencia principal es que un enrutador por lo regular tiene relativamente pocas lneas, y un host puede tener numerosas conexiones. Esta diferencia hace poco practico emplear la implementacin que se hace en la capa de enlace En esta capa lo que se hace es, si el servicio de red no es confiable, el emisor debe almacenar en un buffer todas las TPDUs enviadas, igual que en la capa enlace de datos. Sin embargo, con un servicio de red confiable son posibles otros arreglos. En particular, si el emisor sabe que el receptor siempre tiene espacio de buffer, no necesita tener copias de las TPDUs que enva. Sin embargo, si el receptor no garantiza que se aceptar cada TPDU que llegue, el emisor tendr que usar buffers de todas maneras. En el ltimo caso, el emisor no puede confiar en la confirmacin de recepcin de la capa red porque esto slo significa que ha llegado la TPDU, no que ha sido aceptada.

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE Los Buffers pueden ser de tres tipos, y usaremos cada uno de ellos cuando ms nos convenga. El equilibrio ptimo entre el almacenamiento del buffer en el origen y en el destino depende del tipo de trafico transportado por la conexin.

3.6. MULTIPLEXINLa multiplexin de varias conversaciones en conexiones, circuitos virtuales o enlaces fsicos desempea un papel importante en diferentes capas de la arquitectura de red. En la capa de transporte puede surgir la necesidad de multiplexin por varias razones. Por ejemplo, si en un host slo se dispone de una direccin de red, todas la conexiones de transporte de esa maquina tendrn que utilizarla. Cuando llega una TPDU, se necesita algn mecanismo para saber a cul proceso asignarla. Esta situacin se conoce como multiplexin hacia arriba. La multiplexin tambin puede ser til en la capa transporte para la utilizacin de circuitos virtuales, que dan ms ancho de banda cuando se reasigna a cada circuito una tasa mxima de datos. La solucin es abrir mltiples conexiones de red y distribuir el trfico entre ellas. Esto se denomina multiplexin hacia abajo.

3.7. RECUPERACIN DE CADASSi los hosts y los enrutadores estn sujetos a cadas, la recuperacin es fundamental. Si la entidad de transporte est por entero dentro de los hosts, la recuperacin de cadas de red y de enrutadores es sencilla. Si la capa de red proporciona servicio de datagramas, las entidades de transporte esperan prdida de algunas TPDUs todo el tiempo, y saben cmo manejarla. Si la capa de red proporciona servicio orientado a la conexin, entonces la prdida de un circuito virtual se maneja estableciendo otro nuevo y sondeando la entidad de transporte remota para saber cules TPDUs ha recibido y cules no. Un problema ms complicado es la manera de recuperarse de cadas del host. Al reactivarse, sus tablas estn en el estado inicial y no sabe con precisin donde estaba. En un intento por recuperar su estado previo, el servidor podra enviar una TPDU de difusin a todos los dems host, anunciando que se acaba de caer y solicitando a todos sus clientes que le informen el estado de todas la conexiones abiertas.

3.8. PROTOCOLOS DE TRANSPORTE DE INTERNETInternet tiene dos protocolos principales en la capa de transporte, uno orientado a la conexin y otro no orientado a la conexin. El protocolo no orientado a la conexin es el UDP y el orientado es el TCP.

3.8.1. UDPEl conjunto de protocolos de Internet soporta un protocolo de transporte no orientado a la conexin UDP (protocolo de datagramas de usuario). Este protocolo proporciona una forma para que las aplicaciones enven datagramas IP encapsulados sin tener una conexin.

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3.8.2. TCPTCP (protocolo de control de transmisin) se dise especficamente para proporcionar un flujo de bytes confiable de extremo a extremo a travs de una interred no confiable. Una interred difiere de una sola red debido a que diversas partes podran tener diferentes topologas, anchos de banda, retardos, tamaos de paquete TCP tiene un diseo que se adapta de manera dinmica a las propiedades de la interred y que se sobrepone a muchos tipos de situaciones.

3.9. TRANSMISSION CONTROL PROTOCOLDe Wikipedia, la enciclopedia libre

Transmission Control Protocol (en espaol Protocolo de Control de Transmisin) o TCP, es uno de los protocolos fundamentales en Internet. Fue creado entre los aos 1973 y 1974 por Vint Cerf y Robert Kahn. Muchos programas dentro de una red de datos compuesta por computadoras pueden usar TCP para crear conexiones entre ellos a travs de las cuales puede enviarse un flujo de datos. El protocolo garantiza que los datos sern entregados en su destino sin errores y en el mismo orden en que se transmitieron. Tambin proporciona un mecanismo para distinguir distintas aplicaciones dentro de una misma mquina, a travs del concepto de puerto. TCP da soporte a muchas de las aplicaciones ms populares de Internet, incluidas HTTP, SMTP, SSH y FTP. 3.9.2.1. FUNCIONES DE TCP En la pila de protocolos TCP/IP, TCP es la capa intermedia entre el protocolo de internet (IP) y la aplicacin. Habitualmente, las aplicaciones necesitan que la comunicacin sea fiable y, dado que la capa IP aporta un servicio de datagramas no fiable (sin confirmacin), TCP aade las funciones necesarias para prestar un servicio que permita que la comunicacin entre dos sistemas se efecte libre de errores, sin prdidas y con seguridad. Los servicios provistos por TCP corren en el anfitrin (host) de cualquiera de los extremos de una conexin, no en la red. Por lo tanto, TCP es un protocolo para manejar conexiones de extremo a extremo. Tales conexiones pueden existir a travs de una serie de conexiones punto a punto, por lo que estas conexiones extremo-extremo son llamadas circuitos virtuales. Las caractersticas del TCP son:Orientado a la conexin: dos computadoras establecen una conexin para intercambiar datos. Los sistemas de los extremos se sincronizan con el otro para manejar el flujo de paquetes y adaptarse a la congestin de la red. Operacin Full-Duplex: una conexin TCP es un par de circuitos virtuales, cada uno en una direccin. Slo los dos sistemas finales sincronizados pueden usar la conexin.

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DEError Checking: una tcnica de checksum es usada para verificar que los paquetes no estn corruptos. Acknowledgements: sobre recibo de uno o ms paquetes, el receptor regresa un acknowledgement (reconocimiento) al transmisor indicando que recibi los paquetes. Si los paquetes no son notificados, el transmisor puede reenviar los paquetes o terminar la conexin si el transmisor cree que el receptor no est ms en la conexin. Control de flujo: si el transmisor est desbordando el buffer del receptor por transmitir demasiado rpido, el receptor descarta paquetes. Los acknowledgement fallidos que llegan al transmisor le alertan para bajar la tasa de transferencia o dejar de transmitir. Servicio de recuperacin de Paquetes: el receptor puede pedir la retransmisin de un paquete. Si el paquete no es notificado como recibido (ACK), el transmisor enva de nuevo el paquete.

Los servicios confiables de entrega de datos son crticos para aplicaciones tales como transferencias de archivos (FTP por ejemplo), servicios de bases de datos, proceso de transacciones y otras aplicaciones de misin crtica en las cuales la entrega de cada paquete debe ser garantizada. Las aplicaciones envan flujos de bytes a la capa TCP para ser enviados a la red. TCP divide el flujo de bytes llegado de la aplicacin en segmentos de tamao apropiado (normalmente esta limitacin viene impuesta por la unidad mxima de transferencia (MTU) del nivel de enlace de datos de la red a la que la entidad est asociada) y le aade sus cabeceras. Entonces, TCP pasa el segmento resultante a la capa IP, donde a travs de la red, llega a la capa TCP de la entidad destino. TCP comprueba que ningn segmento se ha perdido dando a cada uno un nmero de secuencia, que es tambin usado para asegurarse de que los paquetes han llegado a la entidad destino en el orden correcto. TCP devuelve un asentimiento por bytes que han sido recibidos correctamente; un temporizador en la entidad origen del envo causar un timeout si el asentimiento no es recibido en un tiempo razonable, y el (presuntamente desaparecido) paquete ser entonces retransmitido. TCP revisa que no haya bytes daados durante el envo usando un checksum; es calculado por el emisor en cada paquete antes de ser enviado, y comprobado por el receptor.Puerto de origen (16 bits): Identifica el puerto a travs del que se enva. Puerto destino (16 bits): Identifica el puerto del receptor. Nmero de secuencia (32 bits): Sirve para comprobar que ningn segmento se ha perdido, y que llegan en el orden correcto. Su significado vara dependiendo del valor de SYN: Si el flag SYN est activo (1), entonces este campo indica el nmero inicial de secuencia (con lo cual el nmero de secuencia del primer byte de datos ser este nmero de secuencia ms uno). Si el flag SYN no est activo (0), entonces este campo indica el nmero de secuencia del primer byte de datos. Nmero de acuse de recibo (ACK) (32 bits): Si el flag ACK est puesto a activo, entonces en este campo contiene el nmero de secuencia del siguiente paquete que el receptor espera recibir. Longitud de la cabecera TCP (4 bits): Especifica el tamao de la cabecera TCP en palabras de 32bits. El tamao mnimo es de 5 palabras, y el mximo es de 15 palabras (lo cual equivale a un tamao mnimo de 20 bytes y a un mximo de 60 bytes). En ingls el campo se denomina Data offset, que literalmente sera algo as como desplazamiento hasta los datos, ya que indica cuntos bytes hay entre el inicio del paquete TCP y el inicio de los datos. Reservado (4 bits): Bits reservados para uso futuro, deberan ser puestos a cero. Bits de control (flags) (8 bits): Son 8 flags o banderas. Cada una indica activa con un 1 o inactiva con un 0. Pgina 15 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DECWR o Congestion Window Reduced (1 bit): Este flag se activa (se pone a 1) por parte del emisor para indicar que ha recibido un paquete TCP con el flag ECE activado. El flag ECE es una extensin del protocolo que fue aadida a la cabecera en el RFC 3168. Se utiliza para el control de la congestin en la red. ECE o ECN-Echo (1 bit): Indica que el receptor puede realizar notificaciones ECN. La activacin de este flag se realiza durante la negociacin en tres pasos para el establecimiento de la conexin. Este flag tambin fue aadido a la cabecera en el RFC 3168. URG o urgent (1 bit, ver URG): Si est activo significa que el campo Urgente es significativo, si no, el valor de este campo es ignorado. ACK o acknowledge (1 bit, ver ACK): Si est activo entonces el campo con el nmero de acuse de recibo es vlido (si no, es ignorado). PSH o push (1 bit, ver PSH): Activa/desactiva la funcin que hace que los datos de ese segmento y los datos que hayan sido almacenados anteriormente en el buffer del receptor deben ser transferidos a la aplicacin receptora lo antes posible. RST o reset (1 bit, ver Flag RST): Si llega a 1, termina la conexin sin esperar respuesta. SYN o synchronize (1 bit, ver SYN): Activa/desactiva la sincronizacin de los nmeros de secuencia. FIN (1 bit, ver FIN): Si se activa es porque no hay ms datos a enviar por parte del emisor, esto es, el paquete que lo lleva activo es el ltimo de una conexin. Ventana (16 bits): Es el tamao de la ventana de recepcin, que especifica el nmero de bytes que el receptor est actualmente esperando recibir. Suma de verificacin (checksum) (16 bits): Es una suma de verificacin utilizada para comprobar si hay errores tanto en la cabecera como en los datos. Puntero urgente (16 bits): Si el flag URG est activado, entonces este campo indica el desplazamiento respecto al nmero de secuencia que indica el ltimo byte de datos marcados como urgentes. Opciones (nmero de bits variable): La longitud total del campo de opciones ha de ser mltiplo de una palabra de 32 bits (si es menor, se ha de rellenar al mltiplo ms cercano), y el campo que indica la longitud de la cabecera ha de estar ajustado de forma adecuada. Datos (nmero de bits variable): No forma parte de la cabecera, es la carga (payload), la parte con los datos del paquete TCP. Pueden ser datos de cualquier protocolo de nivel superior en el nivel de aplicacin; los protocolos ms comunes para los que se usan los datos de un paquete TCP son HTTP, telnet, SSH, FTP, etc.

3.9.2.2. FUNCIONAMIENTO DEL PROTOCOLO EN DETALLE Las conexiones TCP se componen de tres etapas: establecimiento de conexin, transferencia de datos y fin de la conexin. Para establecer la conexin se usa el procedimiento llamado negociacin en tres pasos (3-way handshake). Una negociacin en cuatro pasos (4-way handshake) es usada para la desconexin. Durante el establecimiento de la conexin, algunos parmetros como el nmero de secuencia son configurados para asegurar la entrega ordenada de los datos y la robustez de la comunicacin.

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3.9.2.3. ESTABLECIMIENTO DE LA CONEXIN (NEGOCIACIN EN TRES PASOS)

Negociacin en tres pasos o Three-way handshake

Aunque es posible que un par de entidades finales comiencen una conexin entre ellas simultneamente, normalmente una de ellas abre un socket en un determinado puerto tcp y se queda a la escucha de nuevas conexiones. Es comn referirse a esto como apertura pasiva, y determina el lado servidor de una conexin. El lado cliente de una conexin realiza una apertura activa de un puerto enviando un paquete SYN inicial al servidor como parte de la negociacin en tres pasos. En el lado del servidor se comprueba si el puerto est abierto, es decir, si existe algn proceso escuchando en ese puerto. En caso de no estarlo, se enva al cliente un paquete de respuesta con el bit RST activado, lo que significa el rechazo del intento de conexin. En caso de que s se encuentre abierto el puerto, el lado servidor respondera a la peticin SYN vlida con un paquete SYN/ACK. Finalmente, el cliente debera responderle al servidor con un ACK, completando as la negociacin en tres pasos (SYN, SYN/ACK y ACK) y la fase de establecimiento de conexin. Es interesante notar que existe un nmero de secuencia generado por cada lado, ayudando de este modo a que no se puedan establecer conexiones falseadas (spoofing).

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3.9.2.4. TRANSFERENCIA DE DATOS Durante la etapa de transferencia de datos, una serie de mecanismos claves determinan la fiabilidad y robustez del protocolo. Entre ellos estn incluidos el uso del nmero de secuencia para ordenar los segmentos TCP recibidos y detectar paquetes duplicados, checksums para detectar errores, y asentimientos y temporizadores para detectar prdidas y retrasos. Durante el establecimiento de conexin TCP, los nmeros iniciales de secuencia son intercambiados entre las dos entidades TCP. Estos nmeros de secuencia son usados para identificar los datos dentro del flujo de bytes, y poder identificar (y contar) los bytes de los datos de la aplicacin. Siempre hay un par de nmeros de secuencia incluidos en todo segmento TCP, referidos al nmero de secuencia y al nmero de asentimiento. Un emisor TCP se refiere a su propio nmero de secuencia cuando habla de nmero de secuencia, mientras que con el nmero de asentimiento se refiere al nmero de secuencia del receptor. Para mantener la fiabilidad, un receptor asiente los segmentos TCP indicando que ha recibido una parte del flujo continuo de bytes. Una mejora de TCP, llamada asentimiento selectivo (SACK, Selective Acknowledgement) permite a un receptor TCP asentir los datos que se han recibido de tal forma que el remitente solo retransmita los segmentos de datos que faltan. A travs del uso de nmeros de secuencia y asentimiento, TCP puede pasar los segmentos recibidos en el orden correcto dentro del flujo de bytes a la aplicacin receptora. Los nmeros de secuencia son de 32 bits (sin signo), que vuelve a cero tras el siguiente byte despus del 2 321. Una de las claves para mantener la robustez y la seguridad de las conexiones TCP es la seleccin del nmero inicial de secuencia (ISN, Initial Sequence Number). Un checksum de 16 bits, consistente en el complemento a uno de la suma en complemento a uno del contenido de la cabecera y datos del segmento TCP, es calculado por el emisor, e incluido en la transmisin del segmento. Se usa la suma en complemento a uno porque el acarreo final de ese mtodo puede ser calculado en cualquier mltiplo de su tamao (16-bit, 32-bit, 64-bit...) y el resultado, una vez plegado, ser el mismo. El receptor TCP recalcula el checksum sobre las cabeceras y datos recibidos. El complemento es usado para que el receptor no tenga que poner a cero el campo del checksum de la cabecera antes de hacer los clculos, salvando en algn lugar el valor del checksum recibido; en vez de eso, el receptor simplemente calcula la suma en complemento a uno con el checksum incluido, y el resultado debe ser igual a 0. Si es as, se asume que el segmento ha llegado intacto y sin errores. Hay que fijarse en que el checksum de TCP tambin cubre los 96 bit de la cabecera que contiene la direccin origen, la direccin destino, el protocolo y el tamao TCP. Esto proporciona proteccin contra paquetes mal dirigidos por errores en las direcciones. El checksum de TCP es una comprobacin bastante dbil. En niveles de enlace con una alta probabilidad de error de bit quiz requiera una capacidad adicional de correccin/deteccin de errores de enlace. Si TCP fuese rediseado hoy, muy probablemente tendra un cdigo de redundancia cclica (CRC) para control de errores en vez del actual checksum. La debilidad del checksum est parcialmente compensada por el extendido uso de un CRC en el nivel de enlace, bajo TCP e IP, como el usado en el PPP o en Ethernet. Sin embargo, esto no significa que el checksum de 16 bits es redundante: sorprendentemente, inspecciones sobre el trfico de Internet han mostrado que son comunes los errores de software y hardware que introducenPgina 18 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE errores en los paquetes protegidos con un CRC, y que el checksum de 16 bits de TCP detecta la mayora de estos errores simples. Los asentimientos (ACKs o Acknowledgments) de los datos enviados o la falta de ellos, son usados por los emisores para interpretar las condiciones de la red entre el emisor y receptor TCP. Unido a los temporizadores, los emisores y receptores TCP pueden alterar el comportamiento del movimiento de datos. TCP usa una serie de mecanismos para conseguir un alto rendimiento y evitar la congestin de la red (la idea es enviar tan rpido como el receptor pueda recibir). Estos mecanismos incluyen el uso de ventana deslizante, que controla que el transmisor mande informacin dentro de los lmites del buffer del receptor, y algoritmos de control de flujo, tales como el algoritmo de Evitacin de la Congestin (congestion avoidance), el de comienzo lento (Slow-start), el de retransmisin rpida, el de recuperacin rpida (Fast Recovery), y otros. 3.9.2.5. TAMAO DE VENTANA TCP El tamao de la ventana de recepcin TCP es la cantidad de datos recibidos (en bytes) que pueden ser metidos en el buffer de recepcin durante la conexin. La entidad emisora puede enviar una cantidad determinada de datos pero antes debe esperar un asentimiento con la actualizacin del tamao de ventana por parte del receptor. Un ejemplo sera el siguiente: un receptor comienza con un tamao de ventana x y recibe y bytes, entonces su tamao de ventana ser (x - y) y el transmisor slo podr mandar paquetes con un tamao mximo de datos de (x - y) bytes. Los siguientes paquetes recibidos seguirn restando tamao a la ventana de recepcin. Esta situacin seguir as hasta que la aplicacin receptora recoja los datos del buffer de recepcin. 3.9.2.6. ESCALADO DE VENTANA Para una mayor eficiencia en redes de gran ancho de banda, debe ser usado un tamao de ventana mayor. El campo TCP de tamao de ventana controla el movimiento de datos y est limitado a 16 bits, es decir, a un tamao de ventana de 65.535 bytes. Como el campo de ventana no puede expandirse se usa un factor de escalado. La escala de ventana TCP (TCP window scale) es una opcin usada para incrementar el mximo tamao de ventana desde 65.535 bytes, a 1 Gigabyte. La opcin de escala de ventana TCP es usada solo durante la negociacin en tres pasos que constituye el comienzo de la conexin. El valor de la escala representa el nmero de bits desplazados a la izquierda de los 16 bits que forman el campo del tamao de ventana. El valor de la escala puede ir desde 0 (sin desplazamiento) hasta 14. Hay que recordar que un nmero binario desplazado un bit a la izquierda es como multiplicarlo en base decimal por 2.

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3.9.2.7. FIN DE LA CONEXIN

Cierre de una conexin segn el estndar.

La fase de finalizacin de la conexin usa una negociacin en cuatro pasos (four-way handshake), terminando la conexin desde cada lado independientemente. Cuando uno de los dos extremos de la conexin desea parar su "mitad" de conexin transmite un paquete FIN, que el otro interlocutor asentir con un ACK. Por tanto, una desconexin tpica requiere un par de segmentos FIN y ACK desde cada lado de la conexin. Una conexin puede estar "medio abierta" en el caso de que uno de los lados la finalice pero el otro no. El lado que ha dado por finalizada la conexin no puede enviar ms datos pero la otra parte si podr.

3.9.2.8. PUERTOS TCPTCP usa el concepto de nmero de puerto para identificar a las aplicaciones emisoras y receptoras. Cada lado de la conexin TCP tiene asociado un nmero de puerto (de 16 bits sin signo, con lo que existen 65536 puertos posibles) asignado por la aplicacin emisora o receptora. Los puertos son clasificados en tres categoras: bien conocidos, registrados y dinmicos/privados. Los puertos bien conocidos son asignados por la Internet Assigned Numbers Authority (IANA), van del 0 al 1023 y son usados normalmente por el sistema o por procesos con privilegios. Las aplicaciones que usan este tipo de puertos son ejecutadas como servidores y se quedan a la escucha de conexiones. Algunos ejemplos son: FTP (21), SSH (22), Telnet (23), SMTP (25) y HTTP (80). Los puertos registrados son normalmente empleados por las aplicaciones de usuario de forma temporal cuando conectan con los servidores, pero tambin pueden representar servicios que hayan sido registrados por un tercero (rango de puertos registrados: 1024 al 49151). Los puertos dinmicos/privados tambin pueden ser usados por las aplicaciones de usuario, pero este caso es menos comn. Los puertos dinmicos/privados no tienen significado fuera de la conexin TCP en la que fueron usados (rango de puertos dinmicos/privados: 49152 al 65535, recordemos que el rango total de 2 elevado a la potencia 16, cubre 65536 nmeros, del 0 al 65535)

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3.9.2.9. DESARROLLO DE TCPTCP es un protocolo muy desarrollado y complejo. Sin embargo, mientras mejoras significativas han sido propuestas y llevadas a cabo a lo largo de los aos, ha conservado las operaciones ms bsicas sin cambios desde el RFC 793, publicado en 1981. El documento RFC 1122 (Host Requirements for Internet Hosts), especifica el nmero de requisitos de una implementacin del protocolo TCP. El RFC 2581 (Control de Congestin TCP) es uno de los ms importantes documentos relativos a TCP de los ltimos aos, describe nuevos algoritmos para evitar la congestin excesiva. En 2001, el RFC 3168 fue escrito para describir la Notificacin de Congestin Explcita (ECN), una forma de eludir la congestin con mecanismos de sealizacin. En los comienzos del siglo XXI, TCP es usado en el 95% de todos los paquetes que circulan por Internet. Entre las aplicaciones ms comunes que usan TCP estn HTTP/HTTPS (World Wide Web), SMTP/POP3/IMAP (correo electrnico) y FTP (transferencia de ficheros). Su amplia extensin ha sido la prueba para los desarrolladores originales de que su creacin estaba excepcionalmente bien hecha. Recientemente, un nuevo algoritmo de control de congestin fue desarrollado y nombrado como FAST TCP (Fast Active queue management Scalable Transmission Control Protocol) por los cientficos de Caltech (California Institute of Technology). Es similar a TCP Vegas en cuanto a que ambos detectan la congestin a partir de los retrasos en las colas que sufren los paquetes al ser enviados a su destino. Todava hay un debate abierto sobre si ste es un sntoma apropiado para el control de la congestin

3.10. USER DATAGRAM PROTOCOLDe Wikipedia, la enciclopedia libre

User Datagram Protocol (UDP) es un protocolo del nivel de transporte basado en el intercambio de datagramas. Permite el envo de datagramas a travs de la red sin que se haya establecido previamente una conexin, ya que el propio datagrama incorpora suficiente informacin de direccionamiento en su cabecera. Tampoco tiene confirmacin ni control de flujo, por lo que los paquetes pueden adelantarse unos a otros; y tampoco se sabe si ha llegado correctamente, ya que no hay confirmacin de entrega o recepcin. Su uso principal es para protocolos como DHCP, BOOTP, DNS y dems protocolos en los que el intercambio de paquetes de la conexin/desconexin son mayores, o no son rentables con respecto a la informacin transmitida, as como para la transmisin de audio y vdeo en tiempo real, donde no es posible realizar retransmisiones por los estrictos requisitos de retardo que se tiene en estos casos.

3.10.1. DESCRIPCIN TCNICAUser Datagram Protocol (UDP) es un protocolo mnimo de nivel de transporte orientado a mensajes documentado en el RFC 768 de la IETF. En la familia de protocolos de Internet UDP proporciona una sencilla interfaz entre la capa de red y la capa de aplicacin. UDP no otorga garantas para la entrega de sus mensajes y el origen UDP no retiene estados de los mensajes UDP que han sido enviados a la red. UDP sloPgina 21 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE aade multiplexado de aplicacin y suma de verificacin de la cabecera y la carga til. Cualquier tipo de garantas para la transmisin de la informacin deben ser implementadas en capas superiores La cabecera UDP consta de 4 campos de los cuales 2 son opcionales (con fondo rojo en la tabla). Los campos de los puertos fuente y destino son campos de 16 bits que identifican el proceso de origen y recepcin. Ya que UDP carece de un servidor de estado y el origen UDP no solicita respuestas, el puerto origen es opcional. En caso de no ser utilizado, el puerto origen debe ser puesto a cero. A los campos del puerto destino le sigue un campo obligatorio que indica el tamao en bytes del datagrama UDP incluidos los datos. El valor mnimo es de 8 bytes. El campo de la cabecera restante es una suma de comprobacin de 16 bits que abarca la cabecera, los datos y una pseudo-cabecera con las IP origen y destino, el protocolo, la longitud del datagrama y 0's hasta completar un mltiplo de 16. pero no los datos. El checksum tambin es opcional, aunque generalmente se utiliza en la prctica. El protocolo UDP se utiliza por ejemplo cuando se necesita transmitir voz o vdeo y resulta ms importante transmitir con velocidad que garantizar el hecho de que lleguen absolutamente todos los bytes.

3.10.2.

PUERTOS

UDP utiliza puertos para permitir la comunicacin entre aplicaciones. El campo de puerto tiene una longitud de 16 bits, por lo que el rango de valores vlidos va de 0 a 65.535. El puerto 0 est reservado, pero es un valor permitido como puerto origen si el proceso emisor no espera recibir mensajes como respuesta. Los puertos 1 a 1023 se llaman puertos "bien conocidos" y en sistemas operativos tipo Unix enlazar con uno de estos puertos requiere acceso como superusuario. Los puertos 1024 a 49.151 son puertos registrados. Los puertos 49.152 a 65.535 son puertos efmeros y son utilizados como puertos temporales, sobre todo por los clientes al comunicarse con los servidores.

3.11. COMPARATIVA ENTRE CONTROL PROTOCOL)

UDP

Y

TCP

(TRANSMISSION

UDP: proporciona un nivel de transporte no fiable de datagramas, ya que apenas aade la informacin necesaria para la comunicacin extremo a extremo al paquete que enva al nivel inferior. Lo utilizan aplicaciones como NFS (Network File System) y RCP (comando para copiar ficheros entre ordenadores remotos), pero sobre todo se emplea en tareas de control y en la transmisin de audio y vdeo a travs de una red. No introduce retardos para establecer una conexin, no mantiene estado de conexin alguno y no realiza seguimiento de estos parmetros. As, un servidor dedicado a una aplicacin particular puede soportar ms clientes activos cuando la aplicacin corre sobre UDP en lugar de sobre TCP. TCP: es el protocolo que proporciona un transporte fiable de flujo de bits entre aplicaciones. Est pensado para poder enviar grandes cantidades de informacin dePgina 22 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE forma fiable, liberando al programador de la dificultad de gestionar la fiabilidad de la conexin (retransmisiones, prdida de paquetes, orden en el que llegan los paquetes, duplicados de paquetes...) que gestiona el propio protocolo. Pero la complejidad de la gestin de la fiabilidad tiene un coste en eficiencia, ya que para llevar a cabo las gestiones anteriores se tiene que aadir bastante informacin a los paquetes que enviar. Debido a que los paquetes para enviar tienen un tamao mximo, cuanta ms informacin aada el protocolo para su gestin, menos informacin que proviene de la aplicacin podr contener ese paquete (el segmento TCP tiene una sobrecarga de 20 bytes en cada segmento, mientras que UDP solo aade 8 bytes). Por eso, cuando es ms importante la velocidad que la fiabilidad, se utiliza UDP. En cambio, TCP asegura la recepcin en destino de la informacin para transmitir.

3.12. TRANSMISIN DE VDEO Y VOZUDP es generalmente el protocolo usado en la transmisin de vdeo y voz a travs de una red. Esto es porque no hay tiempo para enviar de nuevo paquetes perdidos cuando se est escuchando a alguien o viendo un vdeo en tiempo real. Ya que tanto TCP como UDP circulan por la misma red, en muchos casos ocurre que el aumento del trfico UDP daa el correcto funcionamiento de las aplicaciones TCP. Por defecto, TCP pasa a un segundo lugar para dejar a los datos en tiempo real usar la mayor parte del ancho de banda. El problema es que ambos son importantes para la mayor parte de las aplicaciones, por lo que encontrar el equilibrio entre ambos es crucial.

4. CAPA DE RED4.1. DIRECCIN IPDe Wikipedia, la enciclopedia libre (http://es.wikipedia.org/wiki/Direccion_IP)

Una direccin IP es una etiqueta numrica que identifica, de manera lgica y jerrquica, a una interfaz (elemento de comunicacin/conexin) de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo IP (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red del protocolo TCP/IP. Dicho nmero no se ha de confundir con la direccin MAC que es un nmero hexadecimal fijo que es asignado a la tarjeta o dispositivo de red por el fabricante, mientras que la direccin IP se puede cambiar. Esta direccin puede cambiar 2 3 veces al da; y a esta forma de asignacin de direccin IP se denomina una direccin IP dinmica (normalmente se abrevia como IP dinmica). Los sitios de Internet que por su naturaleza necesitan estar permanentemente conectados, generalmente tienen una direccin IP fija (comnmente, IP fija o IP esttica), es decir, no cambia con el tiempo. Los servidores de correo, DNS, FTP pblicos, y servidores de pginas web necesariamente deben contar con una direccin IP fija o esttica, ya que de esta forma se permite su localizacin en la red. A travs de Internet, los ordenadores se conectan entre s mediante sus respectivas direcciones IP. Sin embargo, a los seres humanos nos es ms cmodo utilizar otra notacin

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE ms fcil de recordar y utilizar, como los nombres de dominio; la traduccin entre unos y otros se resuelve mediante los servidores de nombres de dominio DNS. Existe un protocolo para asignar direcciones IP dinmicas llamado DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).

4.1.1. DIRECCIONES IPV4Las direcciones IP se pueden expresar como nmeros de notacin decimal: se dividen los 32 bits de la direccin en cuatro octetos. El valor decimal de cada octeto puede ser entre 0 y 255 [el nmero binario de 8 bits ms alto es 11111111 y esos bits, de derecha a izquierda, tienen valores decimales de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128, lo que suma 256 en total, 255 ms la 0 (0000 0000)]. En la expresin de direcciones IPv4 en decimal se separa cada octeto por un carcter nico ".". Cada uno de estos octetos puede estar comprendido entre 0 y 255, salvo algunas excepciones. Los ceros iniciales, si los hubiera, se pueden obviar (010.128.001.255 sera 10.128.1.255). Ejemplo de representacin de direccin IPv4: Hay tres clases de direcciones IP que una organizacin puede recibir de parte de la Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN): clase A, clase B y clase C. En la actualidad, ICANN reserva las direcciones de clase A para los gobiernos de todo el mundo (aunque en el pasado se le hayan otorgado a empresas de gran envergadura como, por ejemplo, Hewlett Packard) y las direcciones de clase B para las medianas empresas. Se otorgan direcciones de clase C para todos los dems solicitantes. Cada clase de red permite una cantidad fija de equipos (hosts). En una red de clase A, se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los tres ltimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad mxima de hosts es 224 - 2 (las direcciones reservadas de broadcast [ltimos octetos a 255] y de red [ltimos octetos a 0]), es decir, 16 777 214 hosts. En una red de clase B, se asignan los dos primeros octetos para identificar la red, reservando los dos octetos finales (16 bits) para que sean asignados a los hosts, de modo que la cantidad mxima de hosts es 216 - 2, o 65 534 hosts. En una red de clase C, se asignan los tres primeros octetos para identificar la red, reservando el octeto final (8 bits) para que sea asignado a los hosts, de modo que la cantidad mxima de hosts es 28 - 2, 254 hosts.

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE La direccin 0.0.0.0 es utilizada por las mquinas cuando estn arrancando o no se les ha asignado direccin. La direccin que tiene su parte de host a cero sirve para definir la red en la que se ubica. Se denomina direccin de red. La direccin que tiene su parte de host a unos sirve para comunicar con todos los hosts de la red en la que se ubica. Se denomina direccin de broadcast. Las direcciones 127.x.x.x se reservan para pruebas de retroalimentacin. Se denomina direccin de bucle local o loopback.

4.1.2. DIRECCIONES PRIVADASHay ciertas direcciones en cada clase de direccin IP que no estn asignadas y que se denominan direcciones privadas. Las direcciones privadas pueden ser utilizadas por los hosts que usan traduccin de direccin de red (NAT) para conectarse a una red pblica o por los hosts que no se conectan a Internet. En una misma red no puede existir dos direcciones iguales, pero s se pueden repetir en dos redes privadas que no tengan conexin entre s o que se conecten a travs del protocolo NAT. Las direcciones privadas son:Clase A: 10.0.0.0 a 10.255.255.255 (8 bits red, 24 bits hosts)\\ Uso VIP EJ:La red militar norteamericana Clase B: 172.16.0.0 a 172.31.255.255 (16 bits red, 16 bits hosts)\\ Uso universidades y grandes compaas. Obtenemos 214 -2 redes debido a que los primeros dos bits del octeto 1 0 no se toman en cuenta debido a que identifican la red(216-2) Clase C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255 (24 bits red, 8 bits hosts)\\ Uso de compaas medias y pequeas adems de pequeos proveedores de internet(ISP). Obtenemos 221 -2 redes debido a que los primeros tres bits del octeto 1 1 0 no se toman en cuenta debido a que identifican la red(224-3)

A partir de 1993, ante la previsible futura escasez de direcciones IPv4 debido al crecimiento exponencial de hosts en Internet, se empez a introducir el sistema CIDR, que pretende en lneas generales establecer una distribucin de direcciones ms fina y granulada, calculando las direcciones necesarias y "desperdiciando" las mnimas posibles, para rodear el problema que la distribucin por clases haba estado gestando. Este sistema es, de hecho, el empleado actualmente para la delegacin de direcciones. Muchas aplicaciones requieren conectividad dentro de una sola red, y no necesitan conectividad externa. En las redes de gran tamao a menudo se usa TCP/IP. Por ejemplo, los bancos pueden utilizar TCP/IP para conectar los cajeros automticos que no se conectan a la red pblica, de manera que las direcciones privadas son ideales para ellas. Las direcciones privadas tambin se pueden utilizar en una red en la que no hay suficientes direcciones pblicas disponibles. Las direcciones privadas se pueden utilizar junto con un servidor de traduccin de direcciones de red (NAT) para suministrar conectividad a todos los hosts de una red que tiene relativamente pocas direcciones pblicas disponibles. Segn lo acordado, cualquier trfico que posea una direccin destino dentro de uno de los intervalos de direcciones privadas no se enrutar a travs de Internet.

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4.1.3. MSCARA DE SUBREDLa mscara permite distinguir los bits que identifican la red y los que identifican el host de una direccin IP. Dada la direccin de clase A 10.2.1.2 sabemos que pertenece a la red 10.0.0.0 y el host al que se refiere es el 2.1.2 dentro de la misma. La mscara se forma poniendo a 255 los bits que identifican la red y a 0 los bits que identifican el host. De esta forma una direccin de clase A tendr como mscara 255.0.0.0, una de clase B 255.255.0.0 y una de clase C 255.255.255.0. Los dispositivos de red realizan un AND entre la direccin IP y la mscara para obtener la direccin de red a la que pertenece el host identificado por la direccin IP dada. Por ejemplo un router necesita saber cul es la red a la que pertenece la direccin IP del datagrama destino para poder consultar la tabla de encaminamiento y poder enviar el datagrama por la interfaz de salida.Para esto se necesita tener cables directos 4.1.4. CREACIN DE SUBREDES El espacio de direcciones de una red puede ser subdividido a su vez creando subredes autnomas separadas. Un ejemplo de uso es cuando necesitamos agrupar todos los empleados pertenecientes a un departamento de una empresa. En este caso crearamos una subred que englobara las direcciones IP de stos. Para conseguirlo hay que reservar bits del campo host para identificar la subred estableciendo a uno los bits de red-subred en la mscara. Por ejemplo la direccin 172.16.1.1 con mscara 255.255.0.0 nos indica que los dos primeros octetos identifican la red (por ser una direccin de clase B), el tercer octeto identifica la subred (a 1 los bits en la mscara) y el cuarto identifica el host (a 0 los bits correspondientes dentro de la mscara). Hay dos direcciones de cada subred que quedan reservadas: aquella que identifica la subred (campo host a 0) y la direccin para realizar broadcast en la subred (campo host a 1).

4.1.5. IP DINMICAUna direccin IP dinmica es una IP asignada mediante un servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) al usuario. La IP que se obtiene tiene una duracin mxima determinada. El servidor DHCP provee parmetros de configuracin especficos para cada cliente que desee participar en la red IP. Entre estos parmetros se encuentra la direccin IP del cliente. DHCP apareci como protocolo estndar en octubre de 1993. El estndar RFC 2131 especifica la ltima definicin de DHCP (marzo de 1997). DHCP sustituye al protocolo BOOTP, que es ms antiguo. Debido a la compatibilidad retroactiva de DHCP, muy pocas redes continan usando BOOTP puro. Las IP dinmicas son las que actualmente ofrecen la mayora de operadores. stas suelen cambiar cada vez que el usuario reconecta por cualquier causa. VENTAJASReduce los costos de operacin a los proveedores de servicios de Internet (ISP). Reduce la cantidad de IP asignadas (de forma fija) inactivas.

DESVENTAJASPgina 26 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DEObliga a depender de servicios que redirigen un host a una IP.

4.1.6. ASIGNACIN DE DIRECCIONES IPDependiendo de la implementacin concreta, el servidor DHCP tiene tres mtodos para asignar las direcciones IP:manualmente, cuando el servidor tiene a su disposicin una tabla que empareja direcciones MAC con direcciones IP, creada manualmente por el administrador de la red. Slo clientes con una direccin MAC vlida recibirn una direccin IP del servidor. automticamente, donde el servidor DHCP asigna permanentemente una direccin IP libre, tomada de un rango prefijado por el administrador, a cualquier cliente que solicite una. dinmicamente, el nico mtodo que permite la reutilizacin de direcciones IP. El administrador de la red asigna un rango de direcciones IP para el DHCP y cada ordenador cliente de la LAN tiene su software de comunicacin TCP/IP configurado para solicitar una direccin IP del servidor DHCP cuando su tarjeta de interfaz de red se inicie. El proceso es transparente para el usuario y tiene un periodo de validez limitado.

4.1.7. IP FIJAUna direccin IP fija es una IP asignada por el usuario de manera manual. Mucha gente confunde IP Fija con IP Pblica e IP Dinmica con IP Privada. Una IP puede ser Privada ya sea dinmica o fija como puede ser IP Pblica Dinmica o Fija. Una IP Pblica se utiliza generalmente para montar servidores en internet y necesariamente se desea que la IP no cambie por eso siempre la IP Pblica se la configura de manera Fija y no Dinmica, aunque si se podra. En el caso de la IP Privada generalmente es dinmica asignada por un servidor DHCP, pero en algunos casos se configura IP Privada Fija para poder controlar el acceso a internet o a la red local, otorgando ciertos privilegios dependiendo del nmero de IP que tenemos, si esta cambiara (fuera dinmica) sera ms complicado controlar estos privilegios (pero no imposible). Las IP Pblicas fijas actualmente en el mercado de acceso a Internet tienen un costo adicional mensual. Estas IP son asignadas por el usuario despus de haber recibido la informacin del proveedor o bien asignadas por el proveedor en el momento de la primera conexin. Esto permite al usuario montar servidores web, correo, FTP, etc. y dirigir un nombre de dominio a esta IP sin tener que mantener actualizado el servidor DNS cada vez que cambie la IP como ocurre con las IP Pblicas dinmicas. Las direcciones IP son un nmero nico e irrepetible con el cual se identifica una computadora conectada a una red que corre el protocolo IP. VENTAJASEs ms fcil asignar el dominio para un site.

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE DESVENTAJASSon ms vulnerables a ataques, puesto que el usuario est siempre conectado en la misma IP y es posible que se preparen ataques con ms tiempo (mediante la deteccin de vulnerabilidades de los sistemas operativos o aplicaciones. Es ms caro para los ISP puesto que esa IP puede no estar usndose las 24 horas del da.

4.1.8. DIRECCIONES IPV6La funcin de la direccin IPv6 es exactamente la misma a su predecesor IPv4, pero dentro del protocolo IPv6. Est compuesta por 128 bits y se expresa en una notacin hexadecimal de 32 dgitos. IPv6 permite actualmente que cada persona en la tierra tenga asignada varios millones de IPs, ya que puede implementarse con 2128 (3.4x1038 hosts direccionables). La ventaja con respecto a la direccin IPv4 es obvia en cuanto a su capacidad de direccionamiento. Su representacin suele ser hexadecimal y para la separacin de cada par de octetos se emplea el smbolo ":". Un bloque abarca desde 0000 hasta FFFF. Algunas reglas de notacin acerca de la representacin de direcciones IPv6 son:Los ceros iniciales, como en IPv4, se pueden obviar.

Ejemplo: 2001:0123:0004:00ab:0cde:3403:0001:0063 -> 2001:123:4:ab:cde:3403:1:63Los bloques contiguos de ceros se pueden comprimir empleando "::". Esta operacin slo se puede hacer una vez.

Ejemplo: 2001:0:0:0:0:0:0:4 -> 2001::4. Ejemplo no vlido: 2001:0:0:0:2:0:0:1 -> 2001::2::1 (debera ser 2001::2:0:0:1 2001:0:0:0:2::1).

4.1

SUBRED

De Wikipedia, la enciclopedia libre

En redes de computadoras, una subred es un rango de direcciones lgicas. Cuando una red de computadoras se vuelve muy grande, conviene dividirla en subredes, por los siguientes motivos:Reducir el tamao de los dominios de broadcast. Pgina 28 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DEHacer la red ms manejable, administrativamente. Entre otros, se puede controlar el trfico entre diferentes subredes, mediante ACLs.

Se puede dividir una red en subredes de tamao fijo (todas las subredes tienen el mismo tamao). Sin embargo, por la escasez de direcciones IP, hoy en da frecuentemente se usan subredes de tamao variable.

4.2.1. MSCARA DE SUBREDCada nodo de una red IP tiene asociado a su direccin una mscara de subred. La mscara de subred seala qu bits (o qu porcin) de su direccin es el identificador de la red. La mscara consiste en una secuencia de unos seguidos de una secuencia de ceros escrita de la misma manera que una direccin IP, por ejemplo, una mscara de 20 bits se escribira 255.255.240.0, es decir una direccin IP con 20 bits en uno seguidos por 12 bits en 0, pero separada en bloques de a 8 bits escritos en decimal. La mscara determina todos los parmetros de una subred: direccin de red, direccin de difusin (broadcast) y direcciones asignables a nodos de red (hosts). Los routers constituyen los lmites entre las subredes. La comunicacin desde y hasta otras subredes es hecha mediante un puerto especfico de un router especfico, por lo menos momentneamente. Una subred tpica es una red fsica hecha con un router, por ejemplo una Red Ethernet o una VLAN (Virtual Local Area Network), Sin embargo, las subredes permiten a la red ser dividida lgicamente a pesar del diseo fsico de la misma, por cuanto es posible dividir una red fsica en varias subredes configurando diferentes computadores host que utilicen diferentes routers. La direccin de todos los nodos en una subred comienzan con la misma secuencia binaria, que es su ID de red e ID de subred. En IPv4, las subredes deben ser identificadas por la base de la direccin y una mscara de subred. Las subredes simplifican el enrutamiento, ya que cada subred tpicamente es representada como una fila en las tablas de ruteo en cada router conectado. Las subredes fueron utilizadas antes de la introduccin de las direcciones IPv4, para permitir a una red grande, tener un nmero importante de redes ms pequeas dentro, controladas por varios routers. Las subredes permiten el Enrutamiento Interdominio sin Clases (CIDR). Para que las computadoras puedan comunicarse con una red, es necesario contar con nmeros IP propios, pero si tenemos dos o ms redes, es fcil dividir una direccin IP entre todos los hosts de la red. De esta formas se pueden partir redes grandes en redes ms pequeas. Es necesario para el funcionamiento de una subred, calcular los bits de una IP y quitarle los bits de host, y agregrselos a los bits de network mediante el uso de una operacin lgica.

4.2.2. EJEMPLO DE SUBDIVISINA una compaa se le ha asignado la red 200.3.25.0. Es una red de clase C, lo cual significa que puede disponer de 254 diferentes direcciones. (La primera y la ltima direccin estn reservadas, no son utilizables.) Si no se divide la red en subredes, la mscara de subred ser 255.255.255.0 (o /24).

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE La compaa decide dividir esta red en 8 subredes, con lo cual, la mscara de subred tiene que recorrer tres bits ms, se "toman prestados" tres bits de la porcin que corresponde al host. Eso resulta en una mscara de subred /27, en binario 11111111.11111111.11111111.11100000, o en decimal punteado, 255.255.255.224. Cada subred tendr (25) = 32 direcciones posibles; pero solo tendr (25) 2 = 32 2 = 30 direccones asignables a los hosts puesto que la primera direccin (con todos los bits de host a 0) identifica a subred y la ltima direccin de cada subred (todos los bits de host a 1) se reserva para el Broadcast. Para calcular el total de subredes se debe realizar (23) = 8, ya que hemos tomado 3 bits prestados a la direccin de host.

La subred uno tiene la direccin de subred 200.3.25.0; las direcciones utilizables son 200.3.25.1 - 200.3.25.30. La subred dos tiene la direccin de subred 200.3.25.32; las direcciones utilizables son 200.3.25.33 - 200.3.25.62. Y as sucesivamente; de cada subred a la siguiente, el ltimo byte aumenta en 32. Dependiendo del tipo de mscara de subred utilizado

4.2.3. DIRECCIONES RESERVADASDentro de cada subred - como tambin en la red original, sin subdivisin - no se puede asignar la primera y la ltima direccin a ningn host. La primera direccin de la subred se utiliza como direccin de la subred, mientras que la ltima est reservada para broadcast locales (dentro de la subred). Adems, en algunas partes se puede leer que no se puede utilizar la primera y la ltima subred. Es posible que stos causen problemas de compatibilidad en algunos equipos, pero en general, por la escasez de direcciones IP, hay una tendencia creciente de usar todas las subredes posibles.

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5. CAPA DE ENLACE DE DATOS5.1.ETHERNET


Tarjeta de Red ISA de 10 Mbps.

Conectores BNC (Coaxial) y RJ45 de una tarjeta de Red.

Cable de ethernet.

Ethernet es un estndar de redes de computadoras de rea local con acceso al medio por contienda CSMA/CDes ("Acceso Mltiple por Deteccin de Portadora con Deteccin de Colisiones"), es una tcnica usada en redes Ethernet para mejorar sus prestaciones. El nombre viene del concepto fsico de ether. Ethernet define las caractersticas de cableado y sealizacin de nivel fsico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI. La Ethernet se tom como base para la redaccin del estndar internacional IEEE 802.3. Usualmente se toman Ethernet e IEEE 802.3 como sinnimos. Ambas se diferencian en uno de los campos de la trama de datos. Las tramas Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma red.

5.1.1. HISTORIAPgina 31 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DEEn 1970, mientras Abramson montaba la red ALOHA en Hawaii, un estudiante recin graduado en el MIT llamado Robert Metcalfe se encontraba realizando sus estudios de doctorado en la Universidad de Harvard trabajando para ARPANET, que era el tema de investigacin candente en aquellos das. En un viaje a Washington, Metcalfe estuvo en casa de Steve Crocker (el inventor de los RFCs de Internet) donde ste lo dej dormir en el sof. Para poder conciliar el sueo Metcalfe empez a leer una revista cientfica donde encontr un artculo de Norm Abramson acerca de la red Aloha. Metcalfe pens cmo se poda mejorar el protocolo utilizado por Abramson, y escribi un artculo describiendo un protocolo que mejoraba sustancialmente el rendimiento de Aloha. Ese artculo se convertira en su tesis doctoral, que present en 1973. La idea bsica era muy simple: las estaciones antes de transmitir deberan detectar si el canal ya estaba en uso (es decir si ya haba 'portadora'), en cuyo caso esperaran a que la estacin activa terminara. Adems, cada estacin mientras transmitiera estara continuamente vigilando el medio fsico por si se produca alguna colisin, en cuyo caso se parara y retransmitira ms tarde. Este protocolo MAC recibira ms tarde la denominacin Acceso Mltiple con Deteccin de Portadora y Deteccin de Colisiones, o ms brevemente CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). En 1972 Fellay se mud a California para trabajar en el Centro de Investigacin de Xerox en Palo Alto llamado Xerox PARC (Palo Alto Research Center). All se estaba diseando lo que se consideraba la 'oficina del futuro' y Metcalfe encontr un ambiente perfecto para desarrollar sus inquietudes. Se estaban probando unas computadoras denominadas Alto, que ya disponan de capacidades grficas y ratn y fueron consideradas los primeros ordenadores personales. Tambin se estaban fabricando las primeras impresoras lser. Se quera conectar las computadoras entre s para compartir ficheros y las impresoras. La comunicacin tena que ser de muy alta velocidad, del orden de megabits por segundo, ya que la cantidad de informacin a enviar a las impresoras era enorme (tenan una resolucin y velocidad comparables a una impresora lser actual). Estas ideas que hoy parecen obvias eran completamente revolucionarias en 1973. A Metcalfe, el especialista en comunicaciones del equipo con 27 aos de edad, se le encomend la tarea de disear y construir la red que uniera todo aquello. Contaba para ello con la ayuda de un estudiante de doctorado de Stanford llamado David Boggs. Las primeras experiencias de la red, que denominaron 'Alto Aloha Network', las llevaron a cabo en 1972. Fueron mejorando gradualmente el prototipo hasta que el 22 de mayo de 1973 Metcalfe escribi un memorndum interno en el que informaba de la nueva red. Para evitar que se pudiera pensar que slo serva para conectar computadoras Alto cambi el nombre de la red por el de Ethernet, que haca referencia a la teora de la fsica hoy ya abandonada segn la cual las ondas electromagnticas viajaban por un fluido denominado ter que se supona llenaba todo el espacio (para Metcalfe el 'ter' era el cable coaxial por el que iba la seal). Las dos computadoras Alto utilizadas para las primeras pruebas de Ethernet fueron rebautizadas con los nombres Michelson y Morley, en alusin a los dos fsicos que demostraron en 1887 la inexistencia del ter mediante el famoso experimento que lleva su nombre. La red de 1973 ya tena todas las caractersticas esenciales de la Ethernet actual. Empleaba CSMA/CD para minimizar la probabilidad de colisin, y en caso de que sta se produjera se pona en marcha un mecanismo denominado retroceso exponencial binario para reducir gradualmente la agresividad del emisor, con lo que ste se adaptaba a situaciones de muy diverso nivel de trfico. Tena topologa de bus y funcionaba a 2,94 Mb/s sobre un segmento de cable coaxial de 1,6 km de longitud. Las direcciones eran de 8 bits y el CRC de las tramas de 16 bits. El protocolo utilizado al nivel de red era el PUP (Parc Universal Packet) que luego evolucionara hasta convertirse en el que luego fue XNS (Xerox Network System), antecesor a su vez de IPX (Netware de Novell). En vez de utilizar el cable coaxial de 75 ohms de las redes de televisin por cable se opt por emplear cable de 50 ohms que produca menos reflexiones de la seal, a las cuales Ethernet era muy sensible por transmitir la seal en banda base (es decir sin modulacin). Cada empalme del cable y cada 'pincho' vampiro (transceiver) instalado produca la reflexin de una parte de la seal transmitida. En la prctica el nmero mximo de 'pinchos' vampiro, y por tanto el nmero mximo de estaciones en un segmento de cable coaxial, vena limitado por la mxima intensidad de seal reflejada tolerable. Pgina 32 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DEEn 1975 Metcalfe y Boggs describieron Ethernet en un artculo que enviaron a Communications of the ACM (Association for Computing Machinery), publicado en 1976. En l ya describan el uso de repetidores para aumentar el alcance de la red. En 1977 Metcalfe, Boggs y otros dos ingenieros de Xerox recibieron una patente por la tecnologa bsica de Ethernet, y en 1978 Metcalfe y Boggs recibieron otra por el repetidor. En esta poca todo el sistema Ethernet era propiedad de Xerox. Conviene destacar que David Boggs construy en el ao 1975 durante su estancia en Xerox PARC el primer router y el primer servidor de nombres de la Internet. La primera versin fue un intento de estandarizar ethernet aunque hubo un campo de la cabecera que se defini de forma diferente, posteriormente ha habido ampliaciones sucesivas al estndar que cubrieron las ampliaciones de velocidad (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet y el de 10 Gigabits), redes virtuales, hubs, conmutadores y distintos tipos de medios, tanto de fibra ptica como de cables de cobre (tanto par trenzado como coaxial). Los estndares de este grupo no reflejan necesariamente lo que se usa en la prctica, aunque a diferencia de otros grupos este suele estar cerca de la realidad.

5.1.2. Versiones de 802.3Estndar Ethernet Fecha Descripcin Ethernet experimental 1972 (patentado en 1978) 2,85 Mbit/s sobre cable coaxial en topologa de bus. Ethernet II (DIX v2.0) 1982 10 Mbit/s sobre coaxial fino (thinnet) - La trama tiene un campo de tipo de paquete. El protocolo IP usa este formato de trama sobre cualquier medio. IEEE 802.3 1983 10BASE5 10 Mbit/s sobre coaxial grueso (thicknet). Longitud mxima del segmento 500 metros - Igual que DIX salvo que el campo de Tipo se substituye por la longitud. 802.3a 1985 10BASE2 10 Mbit/s sobre coaxial fino (thinnet o cheapernet). Longitud mxima del segmento 185 m 802.3b 1985 10BROAD36 802.3c 1985 Especificacin de repetidores de 10 Mbit/s 802.3d 1987 FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link) enlace de fibra ptica entre repetidores. 802.3e 1987 1BASE5 o StarLAN 802.3i 1990 10BASE-T 10 Mbit/s sobre par trenzado no apantallado (UTP). Longitud mxima del segmento 100 metros. 802.3j 1993 10BASE-F 10 Mbit/s sobre fibra ptica. Longitud mxima del segmento 1000 metros. 802.3u 1995 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX Fast Ethernet a 100 Mbit/s con auto-negociacin de velocidad. 802.3x 1997 Full Duplex (Transmisin y recepcin simultneos) y control de flujo. 802.3y 1998 100BASE-T2 100 Mbit/s sobre par trenzado no apantallado(UTP). Longitud mxima del segmento 100 metros 802.3z 1998 1000BASE-X Ethernet de 1 Gbit/s sobre fibra ptica. 802.3ab 1999 1000BASE-T Ethernet de 1 Gbit/s sobre par trenzado no apantallado 802.3ac 1998 Extensin de la trama mxima a 1522 bytes (para permitir las "Q-tag") Las Q-tag incluyen informacin para *802.1Q VLAN y manejan prioridades segn el estandar 802.1p.Pgina 33 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE 802.3ad 2000 Agregacin de enlaces paralelos (Trunking). 802.3ae 2003 Ethernet a 10 Gbit/s ; 10GBASE-SR, 10GBASE-LR IEEE 802.3af 2003 Alimentacin sobre Ethernet (PoE). 802.3ah 2004 Ethernet en la ltima milla. 802.3ak 2004 10GBASE-CX4 Ethernet a 10 Gbit/s sobre cable bi-axial. 802.3an 2006 10GBASE-T Ethernet a 10 Gbit/s sobre par trenzado no apantallado (UTP) 802.3ap en proceso (draf) Ethernet de 1 y 10 Gbit/s sobre circuito impreso. 802.3aq en proceso (draf) 10GBASE-LRM Ethernet a 10 Gbit/s sobre fibra ptica multimodo. 802.3ar en proceso (draf) Gestin de Congestin 802.3as en proceso (draf) Extensin de la trama

5.1.3. Formato de la trama Ethernet

Prembulo Un campo de 7 bytes (56 bits) con una secuencia de bits usada para sincronizar y estabilizar el medio fsico antes de iniciar la transmisin de datos. El patrn del prembulo es: 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 Estos bits se transmiten en orden, de izquierda a derecha y en la codificacin Manchester representan una forma de onda peridica. SOF (Start Of Frame) Inicio de Trama Campo de 1 byte (8 bits) con un patrn de 1s y 0s alternados y que termina con dos 1s consecutivos. El patrn del SOF es: 10101011. Indica que el siguiente bit ser el bit ms significativo del campo de direccin MAC de destino. Aunque se detecte una colisin durante la emisin del prembulo o del SOF, el emisor debe continuar enviando todos los bits de ambos hasta el fin del SOF. Direccin de destino Campo de 6 bytes (48 bits) que especifica la direccin MAC de tipo EUI-48 hacia la que se enva la trama. Esta direccin de destino puede ser de una estacin, de un grupo multicast o la direccin de broadcast de la red. Cada estacin examina este campo para determinar si debe aceptar la trama (si es la estacin destinataria). Direccin de origen

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UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DECampo de 6 bytes (48 bits) que especifica la direccin MAC de tipo EUI-48 desde la que se enva la trama. La estacin que deba aceptar la trama conoce por este campo la direccin de la estacin origen con la cual intercambiar datos. Longitud o Tipo Campo de 2 bytes (16 bits) que identifica el protocolo de red de alto nivel asociado con la trama o, en su defecto, la longitud del campo de datos. La capa de enlace de datos interpreta este campo. (En la IEEE 802.3 el campo longitud debe ser menor o igual a 1500 bytes y el campo tipo debe ser mayor o igual a 1536 bytes.) Datos Campo de 0 a 1500 Bytes de longitud. Cada Byte contiene una secuencia arbitraria de valores. El campo de datos es la informacin recibida del nivel de red (la carga til). Este campo, tambin incluye los H3 y H4 (cabeceras de los niveles 3 y 4), provenientes de niveles superiores. Relleno Campo de 0 a 46 bytes que se utiliza cuando la trama Ethernet no alcanza los 64 bytes mnimos para que no se presenten problemas de deteccin de colisiones cuando la trama es muy corta. FCS (Frame Check Sequence - Secuencia de Verificacin de Trama) Campo de 32 bits (4 bytes) que contiene un valor de verificacin CRC (Control de redundancia cclica). El emisor calcula el CRC de toda la trama, desde el campo destino al campo CRC suponiendo que vale 0. El receptor lo recalcula, si el valor calculado es 0 la trama es valida.

5.1.4. Tecnologa y velocidad de EthernetHace ya mucho tiempo que Ethernet consigui situarse como el principal protocolo del nivel de enlace. Ethernet 10Base2 consigui, ya en la dcada de los 90s, una gran aceptacin en el sector. Hoy por hoy, 10Base2 se considera como una "tecnologa de legado" respecto a 100BaseT. Hoy los fabricantes ya han desarrollado adaptadores capaces de trabajar tanto con la tecnologa 10baseT como la 100BaseT y esto ayuda a una mejor adaptacin y transicin. Las tecnologas Ethernet que existen se diferencian en estos conceptos: Velocidad de transmisin - Velocidad a la que transmite la tecnologa. Tipo de cable - Tecnologa del nivel fsico que usa la tecnologa. Longitud mxima - Distancia mxima que puede haber entre dos nodos adyacentes (sin estaciones repetidoras). Topologa - Determina la forma fsica de la red. Bus si se usan conectores T (hoy slo usados con las tecnologas ms antiguas) y estrella si se usan hubs (estrella de difusin) o switches (estrella conmutada). A continuacin se especifican los anteriores conceptos en las tecnologas ms importantes: Pgina 35 de 106


5.1.5. Presente y futuro de EthernetEthernet se plante en un principio como un protocolo destinado a cubrir las necesidades de las redes LAN. A partir de 2001 Ethernet alcanz los 10 Gbps lo que dio mucha ms popularidad a la tecnologa. Dentro del sector se planteaba a ATM como la total encargada de los niveles superiores de la red, pero el estndar 802.3ae (Ethernet Gigabit 10) se ha situado en una buena posicin para extenderse al nivel WAN.

6. CAPA FISICA6.1. MEDIO DE TRANSMISIN


El medio de transmisin constituye el canal que permite la transmisin de informacin entre dos terminales en un sistema de transmisin. Las transmisiones se realizan habitualmente empleando ondas electromagnticas que se propagan a travs del canal. A veces el canal es un medio fsico y otras veces no, ya que las ondas electromagnticas son susceptibles de ser transmitidas por el vaco.

6.1.1. CaractersticasEntre las caractersticas ms importantes dentro de los medios de transmisin se encuentra la velocidad de transmisin, la distorsin que introduce en el mensaje, y el ancho de banda. En funcin de la naturaleza del medio, las caractersticas y la calidad de la transmisin se vern afectadas.

6.1.2. ClasificacinPgina 36 de 106

UN IVERSIDAD N ACIO N AL DE IN GEN IERAINSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIN Y CAPACITACIN DE Dependiendo de la forma de conducir la seal a travs del medio, los medios de transmisin se pueden clasificar en dos grandes grupos, medios de transmisin guiados y medios de transmisin no guiados. Segn el sentido de la transmisin podemos encontrarnos con 3 tipos diferentes: Simplex, Half-Duplex y Full-Duplex. Tambin los medios de transmisin se caracterizan por utilizarse en rangos de frecuencia de trabajo diferentes.

6.1.3. Medios de transmisin guiadosLos medios de transmisin guiados estn constituidos por un cable que se encarga de la conduccin (o guiado) de las seales desde un extremo al otro. Las principales caractersticas de los medios guiados son el tipo de conductor utilizado, la velocidad mxima de transmisin, las distancias mximas que puede ofrecer entre repetidores, la inmunidad frente a interferencias electromagnticas, la facilidad de instalacin y la capacidad de soportar diferentes tecnologas de nivel de enlace. La velocidad de transmisin depende directamente de la distancia entre los terminales, y de si el medio se utiliza para realizar un enlace punto a punto o un enlace multipunto. Debido a esto los diferentes medios de transmisin tendrn diferentes velocidades de conexin que se adaptarn a utilizaciones muy dispares. Dentro de los medios de transmisin guiados, los ms utilizados en el campo de las comunicaciones y la interconexin de computadoras son:El par trenzado: Consiste en un par de hilos de cobre conductores cruzados entre s, con el objetivo de reducir el ruido de diafona. A mayor nmero de cruces

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