Los protocolos TCP/IP [Parte 1]

En este primer capítulo realizaremos un estudio profundo de los protocolos básicos que permiten el funcionamiento de Internet. La familia de protocolos TCP/IP es la piedra angular sobre la que se sustentan el resto de servicios (WWW, FTP, SSH...) que actualmente podemos encontrar en Internet, y por tanto su estudio es parte fundamental para el resto del trabajo. Se introducirá el sistema de direccionamiento, el formato utilizado en sus cabeceras y el modo de funcionamiento de los protocolos más importantes de esta familia:

• El protocolo de control de flujo (ICMP).  
• El protocolo no fiable de transmisión de datos sin conexión (UDP). 
• El protocolo fiable de transmisión de datos con conexión (TCP).

Finalmente se explicará el proceso de rutado (routing) de los datagramas IP así como su transito por la red local hasta el ordenador destinatario. Este estudio se centrará únicamente en la versión 4 del protocolo IP, ya que aunque actualmente se está trabajando en la versión 6 [Ver00] esta es aún experimental.

1.1 Redes IP

Definiremos las redes IP como aquellas redes que utilizan los protocolos TCP/IP para su funcionamiento. Internet es una red IP.

“Las familias de protocolos TCP/IP permiten la comunicación entre diferentes tipos de ordenadores con independencia del fabricante, red a la que se encuentren conectados y sistema operativo utilizado.” [Ric98-1]

Las redes IP se caracterizan por haber sido construidas siguiendo un esquema de capas (layers). Cada capa es la responsable de cada una de las diferentes facetas de la comunicación. De esta forma, se puede definir la familia de protocolos TCP/IP como una combinación de cuatro capas (ver figura 1-1) según el modelo OSI [Ric98-1].

En este esquema, la capa superior accede únicamente a los servicios prestados por la capa situada justo en el nivel inferior a ella. De esta forma, independizamos una capa del resto de capas inferiores, lo que nos permite tener un esquema modular. 

•  La capa de enlace o capa de red real (link layer), también denominada la capa de datos (data layer) o capa de acceso a red (network interface layer), incluye los mecanismos que permiten al sistema operativo enviar y recibir información a través de la red a la que se encuentra físicamente conectado (Ethernet, RDSI...).
• La capa de red o capa de interconexión de redes (network layer), también denominada capa de Internet (Internet layer), es la encargada de mover los paquetes de información a través de las diferentes redes para llegar a su destino. En esta capa encontramos los protocolos de más bajo nivel, destacando el IP (Internet Protocol).  
• La capa de transporte (transport layer), es la encargada de proporcionar un flujo de datos entre dos ordenadores. Este flujo de datos puede ser fiable (Transmission Control Protocol, TCP) o no fiable (User Datagram Protocol, UDP). 
• La capa de aplicaciones (applications layer), es la encargada de manejar los detalles particulares relativos a las diferentes aplicaciones que utilizará el usuario (WWW, TELNET, FTP...). 

Este sistema permite una independencia entre las diferentes capas y obliga a que la comunicación entre dos ordenadores se realice mediante una comunicación entre las capas del mismo nivel de los dos ordenadores (ver figura 1-2).

 La comunicación en Internet se produce mediante el intercambio de paquetes de información entre los distintos ordenadores. Estos paquetes de información (también denominados datagramas) viajan por los diferentes ordenadores que están conectados a Internet hasta que alcanzan su objetivo o son descartados por algún motivo.

De esta forma, en la comunicación de dos ordenadores por Internet podemos diferenciar dos tipos de funciones que pueden desempeñar los ordenadores por los cuales se transmiten los paquetes de información: 

• Ordenador emisor/receptor (end-system o end-host): Aquí se englobaría el ordenador origen o destinatario de la comunicación. 
• Ordenador intermedio (intermediate-system, router o gateway): Serían todos los ordenadores por los que van pasando los datagramas o paquetes de información hasta el ordenador destino de la comunicación o hasta el origen (en el caso de una respuesta). 

El protocolo IP dispone de un sistema de numeración que permite diferenciar todos y cada uno de los ordenadores conectados. En la versión 4 de los protocolos TCP/IPℜ, estas direcciones han de cumplir dos requisitos básicos (ver figura 1-3):

1. Deben ser únicas. No puede haber dos ordenadores con la misma dirección.
2. Las direcciones son números de 32 bits (4 bytes). Estas direcciones se representan mediante cuatro números decimales separados por un punto. 

 

Este tipo de direccionamiento, nos permite una gran flexibilidad a la hora de definir redes que posteriormente conectaremos a Internet. Así, una clase A sería ideal para redes muy grandes, ya que permite 128 redes (2^7) de 16.777.216 (2^24) ordenadores cada una. Mientras que una clase B permite 16.384 (2^14) redes con 65.535 ordenadores, y una clase C permite 2.097.152 (2^21) redes de 256 ordenadores.

 Las clases D (multicast) y E (reservada) se utilizan para diferentes posibilidades como la de tener ordenadores en redes diferentes y que se vieran como si estuvieran en la misma (Ej. 2 ordenadores en la UAB, 1 en la UPC y 10 en la UB, y que todos recibieran la misma información, como en una multi-conferencia).

No obstante estas particularidades van más allá de los propósitos de este trabajo, y se recomienda la lectura de [Ric98-1] para más información.

Creditos: Gabriel Verdejo Alvarez
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