LOS PROTOCOLOS

Contenido

• ¿Qué son los protocolos?

• X.25

• Frame Relay

• ATM

• ¿Qué es TCP/IP?

• UDP

• RSVP

Protocolo

Cojunto de normas que regulan la comunicación (establecimiento, mantenimiento y cancelación) entre los distintos dispositivos de una red o de un sistema

Objetivo

El fin último y primordial de cualquier usuario de equipos informáticos es obtener la información que precisa lo más rápidamente posible, en el lugar adecuado y al menor costo.

Como existen diferentes métodos para la transmisión de datos es necesario establecer una serie de reglas para coordinar el flujo de información entre diversos elementos.

Funciones

• Establecimiento del enlace (punto de destino y origen.

• Transmisión de la información y control de flujo.

• Detección de fallos en la transmisión.

• Corrección de errores.

Son varios los protocolos que cooperan para gestionar las comunicaciones, cada uno de ellos cubre una o varias capas del modelo OSI, la realidad, es que para establecer la comunicación entre dos ETD se emplea más de un protocolo

Acceso a un servidor Web desde un cliente en una LAN Ethernet

1

2

3

4

HTTP

TCP

IP

IEEE 802.3

Cliente Servidor

Aplicación

Transporte

Enlace

Red

Física

Aplicación

Transporte

Enlace

Red

Física

IEEE 802.3

5

Protocolo X.25

Es un estándar para redes de área amplia de conmutación de paquetes. Especifica y estandariza la forma en la cual el terminal de datos del usuario (ETD) puede comunicarse con el nodo del terminal del circuito de datos (ECD) en una red pública de conmutación de paquetes.

Protocolo X.25

Características• Primer servicio estándar de red pública de datos. Especificado en

1976.

• Especifica los tres niveles inferiores (físico, enlace y red)

• Sistema jerárquico de direccionamiento X.121. Interconexión a nivel mundial.

• Diseñado para medios físicos poco fiables. Comprobación de datos a nivel de enlace (protocolo de ventana deslizante).

• No apto para tráfico en tiempo real

• Paquetes de hasta 128 bytes normalmente.

• Servicio orientado a conexión. Orden garantizado.

• Costo proporcional al tiempo (normalmente SVC) y al tráfico (número de paquetes).

• Velocidades típicas de 9,6 a 64 Kbps.

• Servicio poco interesante en la actualidad

Red de conmutación de paquetes X.25

DTE

Línea punto a punto

SwitchX.25

SwitchX.25

SwitchX.25 Switch

X.25

SwitchX.25

DCE

Host

Host

DTE

DTE

DCE

DCE

DCE

DCE

DCE

Host

DTE

SwitchX.25

Router

Frame Relay

Protocolo WAN de alto rendimiento que opera en el nivel físico y de enlace de datos del Modelo OSI

Características

• Versión aligerada de X.25.

• Pensada para combinar con otros protocolos como TCP/IP, y para interconexión multiprotocolo de LANs

• Servicio no fiable; si llega una trama errónea se descarta y el nivel superior (normalmente transporte) ya pedirá retransmisión cuando se entere

• Velocidades de acceso típicas de 64 a 1.984 Kb/s

• El caudal del circuito se especifica por un parámetro denominado CIR (Committed Information Rate). Puede ser asimétrico.

• Eficiencia mucho mejor que X.25, especialmente a altas velocidades.

• La mayoría de los operadores solo soportan PVCs.

• El costo es proporcional a la capacidad de la línea de acceso y al CIR

Red de conmutación Frame Relay

Las conexiones pueden ser del tipo permanente, (PVC, Permanent Virtual Circuit) o conmutadas (SVC, Switched Virtual Circuit)

Protocolo ATM

ATM es un servicio de conmutación de celdas (paquetes pequeños y todos del mismo tamaño). Especialmente adaptado para tráfico a ráfagas (‘bursty traffic’)

Una celda 53 bytes (5 de cabecera y 48 de datos).

A nivel físico utiliza preferentemente SONET/SDH (155,52 Mb/s)

Gran control sobre tipos de tráfico, posibilidad de negociar prácticamente todos los parámetros de QoS, prioridades, etc.

La creación del ATM Forum en 1991 implicó a los fabricantes de equipos, lo cual dio un gran impulso a la tecnología ATM.

Características de ATM

Celdas (53 bytes)

Voz

Datos

Vídeo

Características

Utiliza celdas (tamaño fijo). Servicio orientado a conexión. Soporta multitud de facilidades de control. Tecnología WAN utilizada también en LAN (ej LANE o Classical IP over ATM), a diferencia de X.25 o Frame Relay

Modelo de referencia ATM

La capa AAL se subdivide en:

La subcapa CS (Convergence Sublayer)

La subcapa SAR (segmentation and Reassemby)

La subcapa SAR se ocupa de fragmentar en celdas el paquete recibido de CS, y de reensamblar en el receptor el paquete a partir de las celdas recibidas de la capa ATM

La subcapa CS se ocupa de suministrar distintos tipos de servicio adecuados al tipo de tráfico

La capa AAL equivale a la capa de transporte

El modelo ATM no incluye capa de aplicación. Hay muy pocas aplicaciones de datos que funcione de forma nativa sobre ATM; el principal uso de ATM es como infraestructura de transporte para otros protocolos (p. ej. TCP/IP y LAN Emulation)

Capas y subcapas ATM

Capa OSI Capa ATM Subcapa ATM

Función

Transporte

AAL

CS Interfaz de la aplicación

SAR Segmentación y reensamblaje

Red ATM Control de flujoGeneración/Interpretación de cabecerasGestión de circuitos virtualesMultiplexación de celdas

Enlace

Física

TC Adaptar celdas a tramas del nivel físicoCRC de la cabecera

Física PMD Acceso físico a la redSincronización de bits

Ejemplo de uso de una red ATM para transmisión de datos

Router

ConmutadorATM

Router

Conmutador LAN ConmutadorATM

Red ATM(Pública o privada)

Host

¿Qué es TCP/IP?

• El nombre “TCP/IP” se refiere a una suite de protocolos de datos.

• El nombre viene de 2 de los protocolos que lo conforman:– Transmission Control Protocol (TCP)– Internet Protocol (IP)

• Hay muchos otros protocolos en la suite

TCP/IP e Internet

• TCP/IP son los protocolos fundamentales de Internet (Aunque se utilizan para Intranets y Extranets)

• Stanford University y Bold, Beranek and Newman (BBN) presentaron TCP/IP a comienzos de los 70 para una red de conmutación de paquetes (ARPANet).

• También se usa en redes de área local

¿Por qué es popular TCP/IP?• Los estándares de los protocolos son

abiertos: interconecta equipos de diferentes fabricantes sin problema.

• Independiente del medio de transmisión físico.

• Un esquema de direccionamiento amplio y común.

• Protocolos de alto nivel estandarizados (¡muchos servicios!)

Protocolos• Protocolos: reglas formales de

comportamiento

• Para que los computadores puedan comunicarse necesitan establecerse reglas ó protocolos (AppleTalk, IPX/SPX, SNA,etc.)

• Los protocolos de TCP/IP no depende del S.O. ni del computador (es “abierto”): cualquiera puede desarrollar productos que se ajusten a las especificaciones de TCP/IP

“Estándares” de TCP/IP• Para garantizar que TCP/IP sea un protocolo

abierto los estándares deben ser públicamente conocidos.

• La mayor parte de la información sobre los protocolos de TCP/IP está publicada en unos documentos llamados Request for Comments (RFC’s) - Hay otros dos tipos de documentos: Military Standards (MIL STD), Internet Engineering Notes (IEN) -.

El modelo de referencia OSI

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

Aplicaciones de Red: transferencia de archivosFormatos y representación de los datosEstablece, mantiene y cierra sesiones

Entrega confiable/no confiable de “mensajes”Entrega los “paquetes” y hace enrutamiennto

Transfiere “frames”, chequea erroresTransmite datos binarios sobre un medio

Nivel OSI Función

Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver determinados problemas de la comunicación (“divide y vencerás”)

Arquitectura de TCP/IP

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

Aplicación

TransporteInternet

Acceso de Red

Aplicaciones y procesos que usan la red

Servicios de entrega de datos entre nodosDefine el datagrama y maneja el enrutamiento

Rutinas para acceder el medio físico

No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de losprotocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres a cinco).

Capa de Acceso de Red

Capa Internet

Capa de transporte

Capa de aplicación

Encapsulación de datos

• Cada capa de la pila TCP/IP adiciona información de control (un “header”) para asegurar la entrega correcta de los datos.

• Cuando se recibe, la información de control se retira.

DATOSHeader

DATOSHeaderHeader

Header DATOSHeaderHeader

DATOS

Estructuras de datos

Capa de Acceso de Red

Capa Internet

Capa de transporte

Capa de aplicación UDP

Message

Packet

Datagram

Frame

TCP

Stream

Segment

Datagram

Frame

Protocolo Internet (IP)

• Funciones:– Define el datagrama, que

es la unidad básica de transmisión en Internet

– Define el esquema de direccionamiento de internet

– Mueve datos entre la capa de acceso de red y la capa de transporte host-to-host

• Características:– Es un protocolo

connectionless (no intercambia información de control - handshake - para establecer una conexión nodo a nodo antes de transmitir)

– No corrige ni detecta errores en la información (unreliable)

– Otros protocolos hacen estas tareas

Red de conmutación de paquetes

Un paquete es un bloque de datos que lleva la información necesaria para ser entregado

Internet es una red de conmutación de paquetes

Como una carta normal: llevala dirección destino escrita en el sobre (destinatario)

Destinatario: Oscar AgudeloCalle de los desjuiciadosCiudad del insomnio

La información de la dirección es utilizada para “conmutar” los paquetes de una red a otra, hasta que llegue a su destino final

CADA PAQUETE VIAJA INDEPENDIENTEMENTE DE CUALQUIER OTRO PAQUETE

El datagrama• El datagrama es el formato de paquete

definido por el Protocolo Internet (IP).

• Las primeras cinco o seis palabras de 32 bits del datagrama son información de control (el “header”). Se utiliza el IHL (Internet Header Length) para dar la longitud del header.

• El header tiene la información necesaria para entregar el paquete (el “sobre”)

Formato del datagrama

IHL Tipo de servicio

Flags

Longitud total

Offset de fragmentación

Versión

Más datos...

Relleno

Identificación

Tiempo de vida

Dirección origen (168.176.25.43)

Dirección destino (168.176.1.70)

Opciones

Los datos comienzan aquí...

No. de protocolo Chequeo del header

Más datos...

32 bits

Palabras (4 bytes)

Header

OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

Direccionamiento IP

• Cada interface de red (tarjeta de red) se le asigna una dirección lógica única de 32 bits.

• La dirección consta de una parte que identifica la red y otra que identifica el nodo:– La parte de nodo se asigna localmente– La parte de red la asigna Internic, su ISP ó su

administrador de red

Clases de Direcciones IP

1110 RESERVADA PARA MULTICASTD

0 RED NODOA7 bits 24 bits

10 RED NODOB14 bits 16 bits

110 NODOREDC21 bits 8 bits

UDP (User Datagram Protocol)

• UDP da acceso directo al programa de aplicación al servicio de entrega de datagramas (el servicio ofrecido por IP).

• Liviano, no confiable (no hay ninguna técnica para verificar que los datos llegaron bien a su destino)

• Es el más eficiente de los protocolos de la capa de transporte: lleva mensajes pequeños

• Las aplicaciones solicitud/respuesta son candidatas a utilizar UDP.

Formato del mensaje UDP

Puerto origen Puerto destino

Longitud Checksum

Los datos comienzan aquí...

32 bits

Puerto de origen: Número de 16 bits que identifica la aplicación origen (opcional).Puerto destino: Número de 16 bits que identifica la aplicación destinoLongitud: Longitud en bytes de todo el User Datagram. Incluyendo header y datosChecksum: Control de chequeo del User Datagram, para saber si está bueno...

TCP (Transmission Control Protocol)

• Las aplicaciones o servicios que requieren que el protocolo de transporte garantice la entrega confiable de los datos utilizan TCP: – Verifica que los datos son entregados a través

de la red exactamente y en la secuencia correcta.

– Es confiable (reliable), orientado a conexión (connection-oriented) y de flujo de bytes (byte-stream).

TCP es confiable (reliable)

• TCP es confiable porque utiliza Positive Acknowledgment with Re-transmission (PAR):– Un sistema que utilice PAR vuelve a enviar los

datos hasta que “escuche” que el otro sistema lo recibió bien.

– Cuando un sistema recibe sus datos “OK”, le envía al otro un Acknowledgment positivo... De los datos que no se reciba ACK son re-enviados

OAR - Universidad Nacional de Colombia - 1999

TCP es orientado a conexión• TCP establece una conexión lógica entre

nodos que se estén comunicando.– Cierta información de control, llamada

handshake, se intercambia entre los nodos ANTES de que los datos sean transmitidos

– Dentro del header de TCP hay un campo que indica si ese segmento es de control (handshake)

– TCP utiliza three-way handsake (Se intercambian 3 segmentos)

Three-Way Handshake

Oye loco, deseo establecer una conexión TCPy mi número de secuencia comienza en xxx

Listo viejo, ya vi tu segmento, y mi número de secuencia comienza en yyy

OK loco, también vi tu segmento y aquí te mando los primeros datos

Después del intercambio el nodo “viejo.amigo.com” tiene la evidenciaque el nodo remoto (“loco.chevere.com”) está listo para recibir datos

viejo.amigo.com loco.chevere.com

Cuando se termina la transferencia de datos ellos intercambian unthree-way handshake con un bit que se llama “FIN” (no more data from sender).

TCP es un protocolo de flujo de bytes.

• TCP “ve” los datos que el envía como un flujo continuo (stream) de bytes, NO como paquetes independientes, por eso debe tener cuidado de mantener la secuencia en la cual los bytes son enviados y recibidos.

• El número de secuencia y el numero de ACK del encabezado del segmento TCP mantienen el seguimiento del “chorro” de bytes.

Formato del segmento TCP

Puerto destinoPuerto de origen

Más datos...

Relleno

Número de ACK (Acknowledgment)

Número de secuencia

Offset

Checksum

Opciones

Los datos comienzan aquí...

Más datos...

32 bits

Palabras (4 bytes)

HeaderReservado Flags Window

Urgent Pointer

Lista de algunas aplicaciones

• Telnet: protocolo de terminal de red

• FTP: transferencia de archivos

• SMTP: transporta el correo electrónico

• HTTP: transfiere las páginas Web

• DNS: servicio de nombres: resuelve nombres de nodos a dirección IP

• OSPF: intercambia información de enrutamiento

• SNMP: para administración de la red

Protocolo RSVP

Fue diseñado para ser el protocolo de señalización que activa la reserva de recursos de los Servicios Integrados en los routers y hosts.

Pretende proporcionar QoS estableciendo una reserva de

recursos para un flujo determinado.

Es un diálogo entre emisor, receptor y elementos de red con el fín de reservar recursos para una aplicación.

Objetivo RSVP

Que los receptores puedan realizar reservas específicas según sus necesidades.

Especificar los recursos requeridos para cada flujo de datos.

Tratar los cambios en las rutas entre un emisor y un receptor de manera independiente al protocolo de encaminamiento.

Caracteristicas RSVP

Permite la reserva de recursos para mensajes Unicast y Multicast.

Unicast - Es la comunicación entre un emisor y un receptor. Un ejemplo es cuando tú (emisor único) le envías una carta a tu madre (receptora única)

Broadcast - Es la comunicación de un emisor, a varios receptores. Un ejemplo de esto es la señal de TV abierta. La estación de TV (emisor único) envía la señal y ésta se puede recibir en toda la ciudad, en cualquier TV (varios receptores)

Multicast - Es la comunicación entre dispositivos que pertenecen a un mismo grupo.Una analogía sería que tuvieras contratado un servicio de TV por cable (este es tu grupo), y sólo los que pretenecen a ese grupo reciben la información que te envía el emisor (compañía de cable)

Caracteristicas RSVP

No es un protocolo de encaminamiento, sino que está pensado para trabajar conjuntamente con éstos.

Los protocolos de encaminamiento determinan dónde se envían los paquetes mientras que RSVP se preocupa por la QoS de los paquetes envíados de acuerdo con el encaminamiento.

Caracteristicas RSVP

Es un protocolo símplex: petición de recursos sólo en una dirección, diferencia entre emisor y receptor.

El intercambio entre dos sistemas finales requiere de reservas diferenciadas en ambas direcciones.

La reserva es orientada al receptor.

Se crean estados de reserva de recursos (soft state) en cado nodo por donde transitan los flujos de datos. El mantenimiento del “estado de la reserva” se realiza periódicamente por los usuarios finales.

Permite diferentes tipos de reservas.

Protocolo transparente para los routers no RSVP

Quien utiliza RSVP

Un Host (extremo): para solicitar la QoS a una red para un flujo de datos o una aplicación particular.

Un Router: para repartir peticiones de QoS a todos los routers vecinos del camino por donde pasa el flujo de datos.

Una petición de recursos implicará generalmente una reserva de éstos en todos los nodos del camino del flujo de datos.

Router

Mecanismo de Funcionamiento