PDF de programación - Protocolo TCP/IP

Protocolo TCP/IP 05

En esta Unidad aprenderás a:

1

2

2

4

5

Conocer la estructura de la pila
de protocolos TCP/IP.

Analizar el funcionamiento de las
redes basadas en el protocolo
TCP/IP.

Resolver problemas mediante
los comandos y las utilidades
de diagnóstico más conocidas.

Configurar los parámetros y
servicios básicos en distintos
routers.

Comprender el funcionamiento de
los elementos implicados en las
técnicas de enrutamiento.

5. Protocolo TCP/IP
5.2 Arquitectura del protocolo TCP/IP

5.1

Introducción al protocolo TCP/IP

Las siglas TCP/IP se refieren a un conjunto de protoco-
los para comunicaciones de datos. Este conjunto toma
su nombre de dos de sus protocolos más importantes, el
protocolo TCP (Transmission Control Protocol) y el proto-
colo IP (Internet Protocol).

La evolución del protocolo TCP/IP siempre ha estado muy
ligada a la de Internet. En 1969 la agencia de proyectos
de investigación avanzada, ARPA (Advanced Research Pro-
jects Agency) desarrolló un proyecto experimental de red
conmutada de paquetes al que denominó ARPAnet.

ARPAnet comenzó a ser operativa en 1975, pasando
entonces a ser administrada por el ejército de los EEUU.
En estas circunstancias se desarrolla el primer conjunto
básico de protocolos TCP/IP. Posteriormente, y ya entra-
dos en la década de los ochenta, todos los equipos mili-
tares conectados a la red adoptan el protocolo TCP/IP y
se comienza a implementar también en los sistemas
Unix. Poco a poco ARPAnet deja de tener un uso exclu-
sivamente militar, y se permite que centros de investi-
gación, universidades y empresas se conecten a esta red.
Se habla cada vez con más fuerza de Internet y en 1990
ARPAnet deja de existir oficialmente.

En los años sucesivos y hasta nuestros días las redes
troncales y los nodos de interconexión han aumentado
de forma imparable. La red Internet parece expandirse
sin límite, aunque manteniendo siempre una constante:
el protocolo TCP/IP. En efecto, el gran crecimiento de
Internet ha logrado que el protocolo TCP/IP sea el

estándar en todo tipo de aplicaciones telemáticas,
incluidas las redes locales y corporativas. Y es precisa-
mente en este ámbito, conocido como Intranet, donde
TCP/IP adquiere cada día un mayor protagonismo.
La popularidad del protocolo TCP/IP no se debe tanto a
Internet como a una serie de características que respon-
den a las necesidades actuales de transmisión de datos en
todo el mundo, entre las cuales destacan las siguientes:

•

•

•

Los estándares del protocolo TCP/IP son abiertos y
ampliamente soportados por todo tipo de sistemas,
es decir, se puede disponer libremente de ellos y
son desarrollados independientemente del hardware
de los ordenadores o de los sistemas operativos.

TCP/IP funciona prácticamente sobre cualquier tipo
de medio, no importa si es una red Ethernet, una
conexión ADSL o una fibra óptica.

TCP/IP emplea un esquema de direccionamiento
que asigna a cada equipo conectado una dirección
única en toda la red, aunque la red sea tan extensa
como Internet.

La naturaleza abierta del conjunto de protocolos TCP/IP
requiere de estándares de referencia disponibles en docu-
mentos de acceso público. Actualmente todos los están-
dares descritos para los protocolos TCP/IP son publica-
dos como RFC (Requests for Comments) que detallan lo
relacionado con la tecnología de la que se sirve Internet:
protocolos, recomendaciones, comunicaciones, etcétera.

5.2

Arquitectura del protocolo TCP/IP

Pueden consultarse más de
tres mil RFCs en la página
web www.rfc-editor.org. El
RFC Editor es un grupo fun-
dado por la Sociedad Inter-
net (www.isoc.org/esp). Por
fortuna los estándares RFC
pueden ser leídos en español
gracias al trabajo desintere-
sado del Grupo de Traducción
al castellano de RFC
(www.rfc-es.org).

El protocolo TCP/IP fue creado antes que el modelo de
capas OSI, así que los niveles del protocolo TCP/IP no
coinciden exactamente con los siete que establece el OSI.

Existen descripciones del protocolo TCP/IP que definen
de tres a cinco niveles. La Figura 5.1 representa un
modelo de cuatro capas TCP/IP y su correspondencia con
el modelo de referencia OSI.

Los datos que son enviados a la red recorren la pila del
protocolo TCP/IP desde la capa más alta de aplicación
hasta la más baja de acceso a red. Cuando son recibidos,
recorren la pila de protocolo en el sentido contrario.

Durante estos recorridos, cada capa añade o sustrae cierta
información de control a los datos para garantizar su
correcta transmisión, como ya hemos visto en la Unidad 4.

Modelo de

referencia OSI

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

7

6

5

4

3

2

1

Arquitectura

TCP/IP

Aplicación

Transporte

Internet

Acceso

a
red

4

3

2

1

Procesos y
aplicaciones de red

Permite el envío de
datos de extremo a
extremo

Define datagramas
y maneja rutas

Rutinas que
permiten el acceso
físico a la red

Fig. 5.1. Correspondencia del modelo OSI con TCP/IP.

0593

5. Protocolo TCP/IP
5.2 Arquitectura del protocolo TCP/IP

Capa de aplicación

DATOS

Capa de transporte

HEADER

DATOS

Capa de red

Capa de
acceso a red

HEADER

HEADER

DATOS

HEADER

HEADER

HEADER

DATOS

Fig. 5.2. Encapsulado de datos por los niveles TCP/IP.

Datos enviados

Datos recibidos

4

3

2

1

Como esta información de control se sitúa antes de los
datos que se transmiten, se llama cabecera (header). En
la Figura 5.2 se puede ver cómo cada capa añade una
cabecera a los datos que se envían a la red. Este proceso
se conoce como encapsulado.

Si en vez de transmitir datos se trata de recibirlos, el
proceso sucede al revés. Cada capa elimina su cabecera
correspondiente hasta que quedan sólo los datos.

En teoría cada capa maneja una estructura de datos pro-
pia, independiente de las demás, aunque en la práctica
estas estructuras de datos se diseñan para que sean
compatibles con las de las capas adyacentes. Se mejora
así la eficiencia global en la transmisión de datos.

A. Capa de acceso a red

Dentro de la jerarquía del protocolo TCP/IP la capa de
acceso a red se encuentra en el nivel más bajo. Es en esta
capa donde se define cómo encapsular un datagrama IP
en una trama que pueda ser transmitida por la red, siendo
en una inmensa mayoría de redes LAN una trama Ethernet.

Otra función importante de esta capa es la de asociar las
direcciones lógicas IP a direcciones físicas de los dispo-
sitivos adaptadores de red (NIC). Por ejemplo: la direc-
ción IP 192.168.1.5 de un ordenador se asocia a la direc-
ción Ethernet 00-0C-6E-2B-49-65. La primera es elegida
por el usuario (e, incluso, un mismo ordenador puede tra-
bajar con diferentes direcciones IP). Sin embargo la
segunda no puede cambiarse e identifica inequívoca-
mente al adaptador NIC dentro de la red Ethernet.

Dentro de la capa de acceso a red opera el protocolo ARP
(Address Resolution Protocol), que se encarga precisa-
mente de asociar direcciones IP con direcciones físicas
Ethernet. El estándar RFC 826 describe su funcionamiento.

Existe otra recomendación: la RFC 894 es el estándar para
la transmisión de datagramas IP sobre redes Ethernet.
Especifica cómo se encapsulan datagramas del protocolo
IP para que puedan transmitirse en una red Ethernet.

B. Capa de red: Internet

La capa Internet se encuentra justo encima de la capa de
acceso a red. En este nivel el protocolo IP es el gran pro-
tagonista. Existen varias versiones del protocolo IP: IPv4
es en la actualidad la más empleada, aunque el creci-
miento exponencial en el tamaño de las redes compro-
mete cada vez más su operatividad. El número de equipos
que IPv4 puede direccionar comienza a quedarse corto.
Para poner remedio a esta situación se ha desarrollado la
versión IPv6, con una capacidad de direccionamiento
muy superior a IPv4, pero totalmente incompatible.

El protocolo IP se ha diseñado para redes de paquetes
conmutados no orientadas a conexión, lo cual quiere
decir que cuando dos equipos quieren conectarse entre
sí no intercambian información para establecer la sesión.
IP tampoco se encarga de comprobar si se han producido
errores de transmisión, confía esta función a las capas
superiores. Todo ello se traduce en que los paquetes de
datos contienen información suficiente como para pro-
pagarse a través de la red sin que haga falta establecer
conexiones permanentes.

Para el protocolo IP un datagrama es el formato que
debe tener un paquete de datos en la capa de red. La
Figura 5.3 representa la estructura de un datagrama:
muestra las seis primeras palabras de la cabecera y el
punto desde el que se comienzan a transmitir los datos.

Las cinco (o seis) primeras palabras de 32 bits contienen
la información necesaria para que el datagrama se pro-
pague por la red, y a continuación se adjuntan los datos.
La lógica de funcionamiento del protocolo IP es simple:
para cada datagrama consulta la dirección origen (pala-
bra 4) y la compara con la dirección destino (palabra 5).
Si resulta que origen y destino se corresponden con
equipos (hosts) de la misma red, el datagrama se envía
directamente de un equipo a otro. Si, por el contrario,
los equipos pertenecen a redes distintas, se hace nece-
saria la intervención de una puerta de enlace o gateway
que facilite el envío a redes diferentes.

El paso de datos de una red a otra a través de una puerta
de enlace es conocido como «salto» (hop). Un datagrama
puede realizar varios saltos a través de diversas redes hasta
alcanzar su destino. El camino que siguen los datos envia-
dos por un equipo a otro no tiene por qué ser siempre el
mismo. La búsqueda del camino más adecuado a cada
momento se denomina enrutamiento. De hecho, a las
puertas de enlace se les denomina enrutadores (routers).

0594

5. Protocolo TCP/IP
5.2 Arquitectura del protocolo TCP/IP

En la Figura 5.4 vemos un ejemplo elemental de dos redes
unidas por un router. En una el equipo A1 envía un data-
grama Z al equipo A2. Como ambos pertenecen a la misma
red 192.168.10.0, el datagrama Z es enviado directament