PDF de programación - Tema 2 - Introducción a TCP/IP

Bloque I: Introducción

Tema 2: Introducción a TCP/IP

Índice

• Bloque I: Introducción

– Tema 2: Introducción a TCP/IP

• Introducción
• Niveles y protocolos
• Direcciones IP y nombres DNS
• Números de puerto
• Transmisión de datos

– Encapsulación
– Demultiplexión
• Interfaz de loopback
• El modelo cliente-servidor

• Referencias

– Capítulo 1 de “TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols”,

W. Richard Stevens, Addison Wesley, 1994.

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Introducción

•

La familia de protocolos TCP/IP permite a ordenadores de todos los
tamaños, de diferentes fabricantes, ejecutando sistemas operativos
diferentes, comunicarse entre ellos.

• Un poco de historia:

– Desarrollado desde finales de los 60.
– Inicialmente con un proyecto financiado por el gobierno americano

para investigar redes de conmutación de paquetes ARPANET
• Inicialmente conectó: UCLA, UC Santa Bárbara, Instituto de

Investigaciones de Stanford y la Universidad de Utah.

• En 1971 había dos docenas de nodos.
• En 1974 se consolidan 62 nodos.
• En 1981, se superaron los 200 nodos.
• Hasta mediados los ochenta no se alcanzó una masa crítica de

importancia.

– Además, el Web:

• En 1994 se había incorporado hasta 45.000 redes pequeñas.

• En 1989 surge el World Wide Web, desarrollada en el CERN.
• En 1991 aparece el primer servidor y el navegador.
• En 1993 aparece el primer navegador gráfico.

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Niveles y protocolos

Sistema final

Aplicación
Transporte

Red
Enlace
Físico

Router

Red
Enlace
Físico

Medio físico

Sistema final

Aplicación
Transporte

Red
Enlace
Físico

• Nivel físico: transporta los bits por el medio físico (RJ-45, coaxial, aire)
• Nivel de enlace: también llamado capa de enlace de datos o interfaz

de red.
– Incluye el correspondiente “driver” de dispositivos en el sistema

operativo y la correspondiente tarjeta de red en el ordenador.

– Juntos (driver y tarjeta de red) gestionan todos los detalles

hardware de la interfaz física con el cable (o medio utilizado).

• Nivel de red: gestiona el movimiento de paquetes por la red (IP, ICMP,

IGMP).
– Enrutamiento
– Subredes
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Niveles y protocolos

• Nivel de transporte: gestiona para el nivel de aplicación el flujo

de datos entre dos máquinas.
– TCP (Transmission Control Protocol): proporciona un flujo

fiable de datos entre dos máquinas.

• Divide los datos que le pasa el nivel de aplicación en

trozos (paquetes) para el nivel de red.

• Confirma la recepción de paquetes.
• Pone “timeouts” para asegurar que el otro extremo

confirma paquetes enviados.

– UDP (User Datagram Protocol): envía paquetes de datos

(datagramas) de una máquina a otra, pero no hay garantía
de la recepción de los datagramas por el otro extremo.

• Más simple que TCP.
• Cualquier nivel de fiabilidad debe ser añadido por el nivel

de aplicación.

• Nivel de aplicación: gestiona los detalles de cada aplicación.

– Telnet, FTP, SMTP (e-mail), HTTP (Web), etc.

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Niveles y protocolos

• El nivel de enlace gestiona detalles del medio de

comunicación (ethernet, token ring ...).

• El nivel de aplicación gestiona detalles de una

aplicación específica de usuario (ftp, telnet ...).

• ¿Para qué necesito dos niveles más intermedios?

¿No sería suficiente con uno?
– Respuesta: ¿Cómo han evolucionado las redes?

Sistema final

Aplicación
Transporte

Red
Enlace
Físico

Protocolo HTTP
Protocolo TCP
Protocolo IP

Protocolo Ethernet

Medio físico

Sistema final

Aplicación
Transporte

Red
Enlace
Físico

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Niveles y protocolos

• Para interconectar dos o más redes (y crear una interred o

internet) necesito un router:
– Hardware y software de propósito específico que permite

conectar diferentes tipos de redes físicas.

– Implementa los niveles de red, enlace y físico.

• Los niveles de transporte y aplicación utilizan protocolos

extremo a extremo.

• El nivel de red utiliza un protocolo salto a salto que se utiliza en

los sistemas finales y en cada router.

Sistema final

Aplicación
Transporte

Red
Enlace
Físico

Medio físico

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Router

Red

Enlace
Físico

Enlace
Físico

Sistema final

Aplicación
Transporte

Red
Enlace
Físico

Medio físico

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Niveles y protocolos

• Hay otros dispositivos de interconexión de LANs: repetidores,

puentes y conmutadores.
– Sólo implementan los niveles físico y de enlace.
– Se basan en las direcciones del nivel de enlace (direcciones

MAC)

• Repetidor (hub): repite cada trama recibida por sus puertos de

entrada por el resto de puertos de salida.
– La red se comporta con si fuese un único segmento LAN

(todos oyen todo).

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Niveles y protocolos

• Puente (bridge): permite conectar distintos segmentos LAN. Una trama de

entrada sólo es reenviada al segmento destino (si es necesario).
– Puede realizar conversiones entre distintos protocolos de enlace.
– Realiza comprobación de errores.

• Conmutador (switch): permite conectar distintos equipos para formar una LAN.

– Una trama de entrada es enviada (conmutada) sólo al equipo destino

(usando la dirección MAC).

– Permite obtener una mayor velocidad efectiva.

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Niveles y protocolos

Aplicación 1

Aplicación 2

Aplicación 1

Aplicación 2

APLICACIÓN

TCP

UDP

TRANSPORTE

ICMP

ARP

IGMP

RARP

IP

Ethernet

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RED

ENLACE

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Direcciones IP y DNS

• Cada interfaz en una internet debe tener una única

dirección Internet (dirección IP). Son 32 bits,
agrupados en 4 bytes.

32 bits

Clase

A

B

C

D

E

Red

0

10

Red

Host

Host

110

1110

11110

Red

Host

Dirección de multicast

Reservado para uso futuro

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Rango de
Direcciones
1.0.0.0 a
127.255.255.255
128.0.0.0 a
191.255.255.255
192.0.0.0 a
223.255.255.255
224.0.0.0 a
239.255.255.255
240.0.0.0 a
247.255.255.255

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Direcciones IP y DNS

• Hay tres tipos de direcciones IP:

– unicast: destinadas para una única máquina.
– broadcast: destinadas para todas las máquinas en una red

determinada.

– multicast: destinadas a un conjunto de máquinas que

pertenecen a un grupo multicast.

• DNS (Domain Name System):

– Base de datos distribuida utilizada por TCP/IP que hace la
correspondencia entre nombres de máquinas y direcciones
IP, y proporciona información de enrutamiento para e-mail.

– Cada organización mantiene su propia base de datos de

información.

– Mantiene un servidor que otros sistemas (clientes) a través

de Internet pueden consultar.

– http://www.internic.net/whois.html
– https://www.nic.es/

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Números de puerto

•

• TCP y UDP identifican aplicaciones usando números de puertos de 16

bits.
Los servidores se conocen normalmente por un número de puerto fijo y
conocido (puertos 1 - 1023)

• Por ejemplo: ftp – puerto 21, telnet – puerto 23, SMTP – puerto 25.
•

Los clientes no se preocupan del puerto que se les asigna.
– Son siempre asignaciones efímeras: sólo se mantienen mientras el

cliente demanda el servicio.

– Números utilizados: 1024 - 5000

• En sistemas UNIX existe el concepto de puertos reservados. No deben

entrar en conflicto con los fijos. Se reservan entre 1 - 1023.

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Encapsulación

Datos
usuario

cabecera

aplic.

Datos
usuario

Datos aplicación

segmento TCP

Datos aplicación

cabecera

TCP

cabecera

IP

cabecera

TCP

datagrama IP

cabecera
Ethernet

cabecera

IP

cabecera

TCP

Datos aplicación

cola

Ethernet

frame Ethernet

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Aplicación

TCP

IP

Driver
Ethernet

Ethernet

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Demultiplexión

Aplicación

Aplicación

Aplicación

Aplicación

IGMP

ICMP

TCP

UDP

ARP

IP

RARP

Driver
Ethernet

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Interfaz de loopback

• Se reserva la dirección IP tipo A 127.X.X.X para la interfaz de

loopback. Normalmente será la dirección 127.0.0.1 y el nombre
asociado es localhost.

• Pretende ser una interfaz a la que se envían los paquetes

dirigidos a la misma máquina. Un datagrama cuyo destino sea
la propia máquina (localhost) no debe llegar físicamente a la
red.

• Utilización de la interfaz de loopback:

– Todo paquete dirigido a la dirección de loopback aparece

directamente como una entrada en la capa de red.

– Los datagramas de broadcast y multicast se copian a la

interfaz de loopback y se envían a la red.

– Todo datagrama enviado a una dirección IP de la máquina

se envía a la interfaz de loopback.

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El modelo cliente-servidor

•

•

Dos procesos en dos sistemas finales (distintos) se comunican intercambiando
mensajes a través de una red de computadores.

• Modelo cliente-servidor:

Servidor recibe los mensajes, procesa la respuesta y la envía

– Cliente envía mensajes al servidor
–
Se definen dos tipos de servidores:
– Concurrente: normalmente utilizado con TCP.

1. Esperar una demanda de un cliente
2.

Iniciar un nuevo servidor para atender la demanda recibida.
Dependiente del sistema operativo: crear un nuevo proceso, thread,
tarea.
Ir a 1

3.
Iterativo: normalmente utilizado con UDP.
1. Esperar una demanda de un cliente
2. Procesar la demanda del cliente
3. Enviar una respuesta de vuelta al cliente que ha hecho la demanda
4.

Ir a 1

• Modelo peer to peer (P2P): ambos extremos tienen funcionalidades de cliente y

–

servidor.

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