Protocolos y comunicación en la red

Protocolos y comunicación en la red

1. Las reglas

   • Establecimiento de reglas
     • Los protocolos deben dar cuenta de los siguientes requisitos:
       • Un emisor y un receptor identificados
         • Idioma y gramática común
           • Velocidad y momento de entrega
             • Requisitos de confirmación o acuse de recibo
     • Las personas cuando se comunican deben usar reglas o acuerdos preestablecidos que rigen en una conversación. Estas reglas, o protocolos deben respetarse para que el mensaje se envíe y se comprenda correctamente
   • Codificación de los mensajes
     • La Codificación es el Proceso de convertir la información en otra forma aceptable para la transmisión. La decodificación revierte este proceso para interpretar la idea. Cada bit se codifica en un patrón de sonidos, ondas de luz o impulsos electrónicos, según el medio a través del cual se transmitan los bits. El host de destino recibe y decodifica las señales para interpretar el mensaje.
   • Formato y encapsulamiento del mensaje
     • El proceso que consiste en colocar un formato de mensaje (por ejemplo, una carta) dentro de otro formato de mensaje (el sobre) se denomina encapsulamiento. Cuando el destinatario revierte este proceso y quita la carta del sobre se produce el desencapsulamiento. Cada mensaje de computadora se encapsula en un formato específico, llamado trama (el sobre en el ejemplo de la carta), antes de enviarse a través de la red.
   • Tamaño del mensaje
     • Las restricciones de tamaño de las tramas requieren que el host de origen divida un mensaje largo en fragmentos individuales que cumplan los requisitos de tamaño mínimo y máximo. El mensaje largo se enviará en tramas independientes, cada trama contendrá una parte del mensaje original. Cada trama también tendrá su propia información de direccionamiento. En el host receptor, los mensajes se desencapsulan y se vuelven a unir para su procesamiento e interpretación.
   • Sincronización del mensaje
     • Se toma en cuenta 3 elementos: Método de acceso, Control de flujo y Tiempo de espera para la respuesta.
       • El Método de acceso determina en qué momento un dispositivo puede enviar un mensaje.
         • El Control de flujo determina la cantidad de información que se puede enviar y la velocidad con la que puede entregarse.
           • El Tiempo de espera para la respuesta especifica cuánto tiempo deben esperar una respuesta y qué debe hacer si se agota.
   • Opciones de entrega del mensaje
     • Un mensaje puede entregarse de distintas maneras: Unidifusión (Unicast), Multidifusión (Multicast) y Difusión (Broadcast) Una opción de entrega de uno a uno se denomina “unidifusión”, que significa que el mensaje tiene solo un destinatario. Si un host necesita enviar mensajes a varios al mismo tiempo, se denomina “multidifusión”. Si es necesario que todos los hosts de la red reciban el mensaje a la vez, se utiliza el método de difusión.

2. Protocolos y estándares de red

   • Protocolos de red
     • Los protocolos de red definen un formato y un conjunto de reglas comunes para intercambiar mensajes entre dispositivos. Algunos de los protocolos de red más comunes son Hypertext Transfer Protocol (HTTP), el protocolo de control de transmisión (TCP) y el protocolo de Internet (IP)
       • Interacción de protocolos
         • La comunicación entre un servidor web y un cliente web es un ejemplo de interacción entre varios protocolos.
   • Suites de protocolos
     • Una suite de protocolos es un grupo de protocolos interrelacionados que son necesarios para realizar una función de comunicación de red.
       • El uso de estándares en el desarrollo y la implementación de protocolos aseguran que productos de distintos fabricantes puedan interoperar correctamente.
   • Conjunto del protocolo TCP/IP
     • Los protocolos TCP/IP son específicos de las capas Aplicación, Transporte e Internet. Los protocolos de la capa de acceso a la red son responsables de la entrega de los paquetes IP en los medios físicos y son desarrollados por organizaciones de estandarización, como el IEEE.
   • Organizaciones de estándares de red
     • Los estándares abiertos garantizan que ningún producto de una sola empresa pueda monopolizar el mercado o tener una ventaja desleal sobre la competencia. Por ejemplo, permiten que un cliente con el sistema operativo OS X de Apple descargue una página web de un servidor web con el sistema operativo Linux. Esto debido a que ambos sistemas operativos implementan los protocolos de estándar abierto, como los de la suite TCP/IP.
       • Distintas organizaciones tienen diferentes responsabilidades para promover y elaborar estándares para el protocolo TCP/IP. En lo que se refiere a Internet tenemos:
         • Sociedad de Internet (ISOC): es responsable de promover el desarrollo, la evolución y el uso abiertos de Internet en todo el mundo.
           • Consejo de Arquitectura de Internet (IAB): es responsable de la administración y el desarrollo general de los estándares de Internet.
             • Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IEFT): desarrolla, actualiza y mantiene las tecnologías de Internet y de TCP/IP. Esto incluye la documentación para el desarrollo de nuevos protocolos y la actualización de protocolos existentes, conocidos como documentos de petición de comentarios (RFC).
               • Grupo de trabajo de investigación de Internet (IRTF): está enfocado en la investigación a largo plazo en relación con los protocolos de Internet y TCO/IP.
                 • Corporación de Internet para la Asignación de Nombres y Números (ICANN): con base en los Estados Unidos, coordina la asignación de direcciones IP, la administración de nombres de dominio y la asignación de otra información utilizada por los protocolos TCP/IP.
                   • Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA): responsable de supervisar y administrar la asignación de direcciones IP, la administración de nombres de dominio y los identificadores de protocolo para ICANN.
   • Organizaciones de estandarización de comunicaciones y electrónica
     • Tienen responsabilidades de promoción y creación de estándares que se utilizan en la entrega de paquetes IP como señales electrónicas en medios inalámbricos o por cable. Y tenemos a:
       • Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica (IEEE): Dedicada a avanzar en innovación tecnológica y a elaborar estándares en una amplia gama de sectores, que incluyen energía, servicios de salud, telecomunicaciones y redes.
         • Asociación de Industrias Electrónicas (EIA): estándares relacionados con el cableado eléctrico, los conectores y los racks de 19.
           • Asociación de las Industrias de las Telecomunicaciones (TIA): estándares de comunicación entre las que se incluyen equipos de radio, torres de telefonía móvil, dispositivos de voz sobre IP (VoIP), comunicaciones satelitales y más.
             • Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T): Define estándares para la compresión de vídeos, televisión de protocolo de Internet (IPTV) y comunicaciones de banda ancha, como la línea de suscriptor digital (DSL).
   • Beneficios de usar un modelo en capas
     • El uso de un modelo en capas para describir protocolos de red y operaciones incluyen los siguientes beneficios:
       • Ayuda en el diseño de protocolos.
         • Fomenta la competencia, ya que los productos de distintos proveedores pueden trabajar en conjunto.
           • Evita que los cambios en la tecnología o en las funcionalidades de una capa afecten otras capas superiores e inferiores.
             • Proporciona un “lenguaje común” para describir las funciones y capacidades de red.
     • Los modelos TCP/IP y OSI son los modelos principales que representan el tipo básico de modelos de red en capas:
       • Modelo de protocolo: este tipo de modelo coincide con precisión con la estructura de una suite de protocolos determinada. El modelo TCP/IP es un protocolo modelo porque describe las funciones que ocurren en cada capa de protocolos dentro de una suite de TCP/IP.
         • Modelo de referencia: este tipo de modelo es coherente con todos los tipos de servicios y protocolos de red al describir qué es lo que se debe hacer en una capa determinada, pero sin regir la forma en que se debe lograr. El modelo OSI en un modelo de referencia de internetwork muy conocido, pero también es un modelo de protocolo para la suite de protocolo OSI.
   • Modelo de referencia OSI
     • Ofrece lista de funciones y servicios que se pueden presentar en cada capa.
       • Capa 1 o Capa física: describen los medios físicos para la transmisión de bits hacia y desde un dispositivo de red.
         • Capa 2 o Capa de enlace de datos: intercambian tramas de datos entre dispositivos en un medio común.
           • Capa 3 o Capa de Red: proporciona servicios para intercambiar los datos individuales entre redes.
             • Capa 4 o Capa de transporte: proporciona servicios para segmentar, transferir y reensamblar los datos.
               • Capa 5 o Capa de sesión: proporciona servicios a la capa de presentación administrar el intercambio de datos.
                 • Capa 6 o Capa de presentación:proporciona una representación común de los datos transferidos entre los servicios de la capa de aplicación.
                   • Capa 7 o Capa de aplicación: contiene protocolos utilizados para comunicaciones proceso a proceso.
     • Modelo de protocolo TCP/IP
       • El modelo de protocolo TCP/IP para comunicaciones de internetwork se creó a principios de la década de los setenta y se conoce con el nombre de modelo de Internet. Define cuatro categorías de funciones que deben ocurrir para que las comunicaciones se lleven a cabo correctamente.
   • Comparacion del modelo OSI y el modelo TCP/IP
     • Los protocolos que forman la suite de protocolos TCP/IP pueden describirse en términos del modelo de referencia OSI. En el modelo OSI, la capa de acceso a la red y la capa de aplicación del modelo TCP/IP están subdivididas para describir funciones discretas que deben producirse en estas capas.

3. Transferencia de datos en la red

   • Encapsulamiento de datos
     • Segmentación del mensaje
       • Cuando se envía un mensaje a través de la red desde un origen hacia un destino se realiza a través de una transmisión de bits masiva y continua. Esto significa que ningún otro dispositivo podrá enviar o recibir mensajes en la misma red mientras esta transferencia de datos está en progreso, lo que ocasiona retrasos importantes. Además, si falla un enlace en la infraestructura de la red interconectada durante la transmisión, el mensaje completo se perdería y tendría que retransmitirse completamente. Entonces es mejor dividir los datos en partes más pequeñas y manejables para enviarlas por la red. Esta división se denomina segmentación y tiene tanto ventajas como desventajas:
         • Ventajas: Al enviar partes individuales más pequeñas del origen al destino, se pueden intercalar diversas conversaciones en la red, llamadas multiplexión. La segmentación puede aumentar la eficiencia de las comunicaciones de red, es decir, si parte del mensaje no logra llegar al destino debido a una falla en la red o a congestión, solo se deben retransmitir las partes faltantes.
           • Desventaja: Nivel de complejidad que se agrega al proceso.
     • Unidades de datos de protocolo
       • Las Unidades de Datos de Protocolo (PDU) describe una porción de datos en cualquier capa de un modelo de red:
         • Datos: Término general que se utiliza en la capa de aplicación para la PDU
           • Segmento: PDU de la capa de transporte
             • Paquete: PDU de la capa de red
               • Trama: PDU de la capa enlace de datos
                 • Bits: PDU de capa física que se utiliza cuando se transmiten datos físicamente por el medio
     • Proceso de encapsulamiento y desencapsulamiento
       • Proceso de encapsulamiento: Cuando se envían mensajes en una red, el proceso de encapsulamiento opera desde las capas superiores hacia las capas inferiores. En cada capa, la información de la capa superior se considera como datos en el protocolo encapsulado. Por ejemplo, el segmento TCP se considera como datos en el paquete IP.
         • Proceso de desencapsulamiento: Este proceso se invierte en el host receptor, y se conoce como desencapsulamiento. Es el proceso que utilizan los dispositivos receptores para eliminar uno o más de los encabezados de protocolo. Los datos se desencapsulan mientras suben por la pila hacia la aplicación del usuario final.
   • Acceso a los datos
     • La capa de red y la capa de enlace de datos son responsables de enviar los datos desde el dispositivo de emisor hasta el dispositivo receptor. Los protocolos de las dos capas contienen las direcciones de origen y de destino, pero sus direcciones tienen objetivos distintos.
       • Dirección de red (dirección lógica)
         • Es una dirección lógica de la capa de red, o capa 3. Entrega el paquete IP del origen al destino, ya sea en la misma red o en una red remota e incluye:
           • Dirección IP de origen
             • Dirección IP de destino
       • Dirección de enlace de datos (dirección física)
         • La dirección física de la capa de enlace de datos, o capa 2, tiene una función distinta: envía la trama de enlace de datos de una tarjeta de interfaz de red (NIC) a otra NIC en la misma red e incluye:
           • Dirección de enlace de datos de origen
             • Dirección de enlace de destino
       • Dispositivos en la misma o diferente red
         • Dispositivos en la misma red: Cuando el emisor y el receptor del paquete IP están en la misma red, la trama de enlace de datos se envía directamente al dispositivo receptor. En una red Ethernet, las direcciones de enlace de datos se conocen como direcciones MAC de Ethernet.
           • La máscara de subred se utiliza para identificar la porción de red de una dirección de la porción del host.
         • Dispositivos en la misma red
         • Dispositivos en una red remota
           • Dispositivos en una red remota: Cuando el emisor y el receptor del paquete IP se encuentran en redes diferentes, la trama de enlace de datos de Ethernet no se puede enviar directamente al host de destino, debido a que en la red del emisor no se puede tener acceso directamente al host.
             • La trama de Ethernet se debe enviar a otro dispositivo conocido como router o gateway predeterminado. Es importante que en la dirección IP del gateway predeterminado esté configurada en cada host de la red local. Todos los paquetes que tienen como destino redes remotas se envían al gateway predeterminado.

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