PDF de programación - El protocolo IP en la capa 3

PROTOCOLO IP

PROTOCOLO IP

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Referido al funcionamiento y la trama de los protocolos de capa 3. Sobre el protocolo IP de

RFC y los protocolos Ipv6, IPX y CLNP asociados.


La intuición de lo particular, este será el conocimiento pleno. Estaba dispuesto a pensar en todo, no por la vastedad de mi
intelecto, sino por la estrechez de mi intuición.
Umberto Eco-1980.


1- INTRODUCCION A TCP/IP

Los primeros antecedentes de TCP/IP e Internet son los siguientes:
-En 1961 se L. Kleinrock escribe el primer artículo sobre la teoría de conmutación de paquetes y en 1964 el primer libro.
-En 1965 se realiza en el MIT la primer interconexión entre computadores entre sí.
-En 1969 se escribe la primer RFC referida a "Host Software" para ARPA.
-En 1969 se inicia UNIX un sistema operativo original de K.Thompson y D.Ritchie en AT&T.
-En 1972 se inicia el protocolo TCP por B.Kahn y V.Cerf.
-En 1977 comienza a operar el protocolo TCP (incluía las funciones del actual IP).
-En 1978 se separan los TCP e IP. Las RFC correspondientes se escriben en 1983.
-En 1983 se separan la Milnet (45 nodos) y la Arpanet (68 nodos). Nace entonces la Internet actual
-En 1983 se introduce la versión UNIX 4.2 (Berkeley Software Distribution) y TCP/IP entra en la era comercial..

1.1- UNIX y TCP/IP.

Desde su formulación actual en 1983 los protocolos TCP/IP se han difundido extensamente. Se trata de IP (Internet
Protocol) el protocolo de capa 3 y TCP (Transmission Control Protocol) de capa 4. Ambos protocolos operan
independientemente de las capas de orden inferior (como ser redes de área local LAN IEEE 802.x, accesos mediante
paquetes X.25 o Frame Relay, módem de datos Dial-up o accesos de alta velocidad ATM) y ofrecen servicios a las capas de
aplicación (SMNP, FTP, HTTP, etc).

Existen otras variantes de protocolos de capas 3/4, como ser el proporcionado por el modelo ISO y propietarios de
productores de computadoras como ser: el SNA de IBM; DECNET/DNA de Digital Equipment Corp; el XNS de Xerox; el
BNA de Unisys; AppleTalk de Macintosh y IPX/SPX de Novell. TCP/IP se encuentra como protocolo de base para el
sistema operativo UNIX. UNIX no dispone de las capas 5 y 6 (Sesión y Presentación), las cuales son introducidas en el
modelo de la ISO.

El modelo de ISO entrega un protocolo más moderno pero menos experimentado que TCP/IP. Aunque se promovió una
migración hacia el modelo ISO (recomendado por el National Research Council de USA en 1985) ha ocupado un período
largo de tiempo y es probable que no se realice nunca debido a la extensión de la difusión de TCP/IP y a las mejoras
introducidas en futuras versiones de los protocolos. TCP/IP recibe un impulso cuando Sun Microsystems publica la
especificación ONC (Open Network Computing), también conocido como NFS (Network File System). Se trata de una
simple interfaz de usuario para aplicaciones comerciales y está disponible para una gran variedad de computadoras.

INTERNET. La primer red fue desarrollada desde 1965 en el MIT para ARPA (Advanced Research Projects Agency). Se
denominaba red Arpanet (precursor de la actual Internet). Desde 1972 se denomina DARPA (Defence ARPA). En 1983 se
formaliza la red Internet al separarse de la órbita militar (red Milnet). La red Internet disponía de más 5 millones de host
conectados en 1995 impulsado por el servicio de Web.

Para Internet se generan sucesivamente los siguientes organismos de normas: ICCB (Internet Configuration Control Board)
entre 1981-84, IAB (Internet Activities Board) desde 1984 y IETP (Internet Engineering Task Force) junto con IRTF
(Internet Research Task Force) desde 1989.

Las normas MIL-STD (Militar Standard) y RFC (Request For Comments) determinan los protocolos para la interconexión
de redes Internet. MIL pertenece al Departamento de Defensa y RFC son las normas de IAB (Internet Activities Board) para
el protocolo oficial de Internet. Los estándar RFC son normas preparadas para la red Internet en forma de artículos. Las
normas RFC se distribuyen mediante mail electrónico y su actualización es mucho más veloz que las normas ISO. Por otro
lado, el incremento de servicios Internet en la década de `90 ha retardado la conversión desde TCP/IP hacia ISO.

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1.2- MODELO DE CAPAS.

Referido a las Fig 01/02. La red Internet es independiente de las capas inferiores. Sin embargo, es común el uso de redes
LAN, X.25 o protocolos para modem de datos para el acceso. El protocolo X.25 para redes conmutadas de paquetes tiene
una capa 3 involucrada. En este caso se trata de una sub-capa interna a la red, mientras que IP es una sub-capa entre redes.
X.25 es un servicio orientado con-conexión donde se establece una llamada virtual en tanto que IP es un protocolo sin-
conexión.

Las redes LAN involucran las capas 1 y 2 del modelo. Cuando la red es Ethernet el acceso a IP es directo; en tanto que en la
IEEE 802.3/5 y FDDI se requiere de un campo adicional denominado SNAP (SubNetwork Access Protocol) que se coloca
luego del campo LLC (dirección hexadecimal AA en LLC). El SNAP consta de 2 campos: 3 Bytes para el identificador de
versión de protocolo IP y 2 Bytes para identificador de capas superiores (hexadecimal 0800 para TCP/IP).


Tabla 01: Modelo general de capas relacionadas con TCP/IP.

-Capa 7
-Capa 6-5
-Capa 4
-Capa 3
-Capa 1-2



7



4



3



2



1



Capa de aplicaciones FTP, SMTP, Telnet, HTTP, VoIP, RSVP, etc.
No definidas.
Capa de transporte Host-a-Host TCP para aplicaciones con control de errores o UDP.
Capa de red Internet IP y protocolos asociados ARP/RARP/ICMP.
Capa de acceso a red: generalmente una LAN (Ethernet), o X.25/FrameRelay/ATM.

SMTP
Telnet
HTTP
FTP

CMIP
X.500
X.400
FTAM

TFTP
SNMP

H.323
VoIP

RIP

RTCP
RTP

UDP

TCP

TP4

OSPF
ICMP

MOSPF
IGMP
RSVP

ARP
RARP

LLC

IP

CLNP

X.25

MAC

MAC

MAC

PPP

LAP-B

LAP-F

AAL-5

Ethernet

T.Ring

FDDI

Modem

X.21

PHY

ATM

Fig 01. Modelo de capas para la suite TCP/IP.

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1.3- FUNCIONES DE TCP/IP.

Los protocolos de capas 3/4 permiten efectuar las siguientes funciones generales:

-Segmentación y ensamble: El proceso de segmentación se aplica para mayor eficiencia en el control de errores, para un
acceso más equitativo al medio de transporte y para requerir un tamaño de memoria buffer inferior. Sin embargo, la
segmentación en paquetes de corta longitud genera un incremento en el tiempo de procesamiento y una menor eficiencia de
datos. Se entiende por eficiencia la relación entre Bytes de datos PDU (Protocol Data Unit) y Bytes de encabezado. La
segmentación en largos datagramas impide el acceso equitativo de distintos usuarios sobre el medio de transporte. La
relación entre la velocidad y el tamaño del datagrama determina la eficiencia y el acceso equitativo.

-Routing: Cada PDU contiene, además de los datos de capas superiores, la dirección de protocolo IP de origen y de destino
para el Routing sin-conexión.

-Control de errores y de flujo: Mediante campos de control apropiados se puede detectar la ausencia de datos y requerir la
retransmisión. El protocolo IP detecta errores en el encabezado y descarta el datagrama. El protocolo TCP detecta errores en
el encabezado y falta de segmentos de datos y solicita la retransmisión. El protocolo UDP no realiza la retransmisión de
datos.

-Control de conexión: Se trata de servicios orientados con-conexión en TCP y sin-conexión en IP. En el primer caso se
establece una conexión virtual con 3 fases: establecimiento de conexión, transferencia de datos y terminación de conexión.

Fig 02. Direcciones de servicios entre capas.

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2.1- DIRECCIONES DE PROTOCOLO IP

Las normas MIL-STD-1777 (Militar Standard) y RFC-791 (Request For Comments) determinan el protocolo IPv4 (del año
1981) para la interconexión de redes Internet. En Internet se trata de conectar redes individuales mediante Routers (algunas
veces denominados Gateway de red), el router realiza la operación de enrrutar el paquete sobre la base de las direcciones IP
(4 bytes).

La identificación de un punto en la red requiere de vías simultáneas (direcciones MAC en capa 2, IP en la capa 3 y port en la
capa 4; adicionalmente la identificación de usuario de un servicio en particular).
-La dirección de usuario Internet depende del servicio; en SMTP para mail-electrónico contiene los siguientes campos:
“nombre”, @ (carácter arroba), “empresa”. com . ar.
-La dirección de capa IP es de 4 Bytes. Generalmente es indicada mediante notación (dotted) punteada como ser
44.123.230.224. No es de tipo jerárquico como en la red telefónica o X.25, donde se distingue el país y ciudad, antes del
usuario.
-La dirección MAC en la red LAN es de 6 Bytes (ejemplo en hexadecimal: 08.00.02.12.34.BF).

La dirección IP de origen y de destino ocupa 32 bits: Permite identificar la red y el host individual. El formato de las
direcciones puede ser de 5 tipos de acuerdo con la Tabla 02.


Clase A.

Clase B.

Clase C.

Clase D.

Clase E.

Tabla 02. Clases de direcciones IP (IP-Address).

0+7bit+24bit. Corresponde a un número de dirección de Network (7 bit asignados por IANA) y otro
número para el Host (24 asignados por el administrador de la red). Es aplicable solo para grandes redes. El
IANA solo puede designar 128 (27) redes de este tamaño. Numera desde 0.0.0.0 hasta 127.255.255.255. Sin
embargo, ante la falta de direcciones IPv4 se h