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PROTOCOLOS DE ALTO NIVEL

18.3 ¿QUE SON LOS PROTOCOLOS? Los protocolos son las reglas y procedimientos utilizados por los ordenadores para comunicarse entre ellos a través de una red. Esas reglas tienen en cuenta el método utilizado para corregir errores, establecer una comunicación, etc. Existen diferentes niveles de protocolos. Los protocolos de alto nivel, definen como se comunican las aplicaciones (programas de ordenador) y los protocolos de bajo nivel, que definen como se transmiten las señales por el cable. Entre los protocolos de alto y bajo nivel, hay protocolos intermedios que realizan otras funciones, como establecer y mantener sesiones de comunicaciones y controlar las transmisiones para detectar errores. Como protocolos de alto nivel, los más importantes tenemos: SNA, OSI, NetBIOS, IPX y TCP/IP. SNA System Network Architecture (arquitectura de red). IBM creó SNA en 1974, como una arquitectura de comunicaciones para redes predominantes basadas en mainframes. En lo referente a tecnología de mainframes nada cambia de la noche a la mañana, pero a mediados de los 80 SNA se había convertido en la solución dominante en las redes del entorno IBM. Es una arquitectura compleja y aunque su implantación resulta costosa es fiable, gestionable, predecible y segura. Los objetivos de SNA pueden resumirse como sigue:    

      

Modularidad. SNA debe permitir una estructuración en relativamente pequeños bloques funcionales que puedan utilizarse en una amplia diversidad de dispositivos de red. Adaptación al cambio tecnológico. La estructuración en niveles permitirá la utilización de las tecnologías más adecuadas, así como la adaptación a la evolución tecnológica. Independencia de aplicaciones. El desarrollo de aplicaciones no debe depender de las características de la red ni de los terminales remotos. Versatilidad. Los formatos y protocolos SNA deben permitir la interconexión de sistemas de diversas características, como terminales, procesadores distribuidos, controladores de comunicaciones, para formar sistemas unificados. Proceso distribuido. SNA debe facilitar el desarrollo de aplicaciones distribuidas. Compartición de recursos. Los recursos del sistema deben ser compartidos por los usuarios, ya sean los sistemas de comunicaciones o los sistemas de control de las sesiones. Seguridad de datos. SNA debe proporcionar elementos de protección contra los ataques a la información que se transmite por la red. Gestión de recursos. SNA debe proporcionar procedimientos de recuperación de alto nivel. Facilidad de uso. Las características de SNA deben poder ser utilizadas por los usuarios y los programas en forma sencilla, evitando que necesiten conocer los detalles de la red y de los protocolos de alto nivel. Facilidad de realización. Los sistemas deben poder desarrollar, instalar y actualizar de forma relativamente sencilla. Cuando aparezcan nuevas funciones, éstas deben tener una compatibilidad con las ya existentes. Unificación. Todos los productos deben ser compatibles con los ya existentes, proporcionando una protección a la inversión de los usuarios en el equipo instalado.

OSI Open system interconnection (Interconexión de sistemas abiertos), fue diseñado por el antiguo comité Consultivo Internacional de Teléfonos y Telégrafos -CCITT-, actualmente Unión Internacional de Telecomunicaciones –ITU. Se diseñaron todas las capas, desde los medios físicos hasta las aplicaciones como transferencia de archivos o terminal virtual.

Las 7 capas del modelo OSI y sus funciones principales 1.

Capa Física.   

2.

Capa Enlace de Datos.   

3.





Permite a usuarios en diferentes máquinas establecer una sesión. Una sesión puede ser usada para efectuar un login a un sistema de tiempo compartido remoto, para transferir un archivo entre 2 máquinas, etc. Función de sincronización.

Capa de Presentación.   

7.

Establece conexiones punto a punto sin errores para el envío de mensajes. Permite multiplexar una conexión punto a punto entre diferentes procesos del usuario (puntos extremos de una conexión). Control de Flujo.

Capa de Sesión.  

6.

Divide los mensajes de la capa de transporte en paquetes y los ensambla al final. Utiliza el nivel de enlace para el envío de paquetes: un paquete es encapsulado en una trama. Control de Congestión.

Capa de Transporte.  

5.

Estructura el flujo de bits bajo un formato predefinido llamado trama. Para formar una trama, el nivel de enlace agrega una secuencia especial de bits al principio y al final del flujo inicial de bits. Provee control de flujo.

Capa de Red (Nivel de paquetes).   

4.

Transmisión de flujo de bits a través del medio. No existe estructura alguna. Maneja voltajes y pulsos eléctricos. Especifica cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de transmisión.

Establece una sintaxis y semántica de la información transmitida. Se define la estructura de los datos a transmitir (v.g. define los campos de un registro: nombre, dirección, teléfono, etc). Compresión de datos.

Capa de Aplicación.    

Transferencia de archivos (ftp). Login remoto (rlogin, telnet). Correo electrónico (mail). Acceso a bases de datos, etc.

Transmisión de información Cuando hablamos de transmitir o comunicar, enseguida pensamos en el establecimiento de una conexión entre un emisor y receptor. Aquí en realidad no es así, no hay una conexión típica, es más como un teletransporte de Stark Trek.

El mensaje original se separa en miles de pequeños mensajes, que se transmiten a la red y comienzan su andadura y viaje por miles de caminos diferentes, en un espacio electrónico como si fuera aire o ether, llegando al receptor en una secuencia arbitraria, que se recompone y ordena de nuevo para recuperar el mensaje completo original. Ejemplo de comunicación Esto es, más o menos, lo que sucede cuando enviamos uno de esos pequeños mensajes: 1. 2.

3. 4. 5. 6. 7.

La aplicación de software selecciona un protocolo de alto nivel para iniciar la comunicación, por ejemplo, FTP, HTTP, SMTP… Hay tantos como aplicaciones se desarrollan. Capa 7. Se crea la primera unidad de datos del protocolo o PDU de Protocol Data Unit. A ésta se le añade una cabecera, transformándola en una unidad de datos de interfaz o IDU de Interface Data Unit y se pasa a la siguiente capa. Capa 6. Se recibe la IDU, se le quita la cabecera y se extrae la información. Se le añade una nueva cabecera y para convertirla de nuevo en una IDU y se vuelve a pasar a la siguiente capa. El proceso se repite una y otra vez hasta llegar a la Capa 1 o nivel físico. Donde con la última transformación, se envían los datos por el canal de transmisión. El paquete viaja por un camino más o menos aleatorio, con saltos y saltos entre routers y switches hasta llegar al receptor. Desde su entrada por la Capa 1, cada capa del receptor se ocupa de extraer la cabecera, añadida por la capa anterior, procesar la información y entregarla de nuevo a la capa superior. Finalmente, el mensaje llega a la capa de aplicación del receptor, entregándose al programa destino.

NetBIOS Network Basic Input/Output System (Sistema de Entrada Salida Básica de Red), Este protocolo fue el que se propuso, fundamentalmente por Microsoft, para comunicar entre sí computadores personales en redes locales. Es una extensión a red ("net") del "Basic Input/Output System" del sistema operativo DOS. Está muy orientado a la utilización en LAN, siendo bastante ágil y efectivo. Es un protocolo estándar de IBM, que permite que las aplicaciones sobre diferentes computadoras se comuniquen dentro de una red de área local (LAN). NetBIOS provee los servicios de sesión descriptos en la capa 5 del modelo OSI. Es un protocolo de aplicación para compartir recursos en red. Se encarga de establecer la sesión y mantener las conexiones. Pero este protocolo debe transportarse entre máquinas a través de otros protocolos; debido a que por sí mismo no es suficiente para transportar los datos en redes LAN como WAN, para lo cual debe usar otro mecanismo de transporte (Ej: en redes LAN protocolo NetBEUI, en redes WAN protocolo TCP/IP). Los protocolos que pueden prestar el servicio de transporte a NetBIOS son:   

IPC/IPX NetBEUI TCP/IP

En lo que respecta al protocolo NetBIOS deben considerarse los siguientes ítems, ya que hacen al funcionamiento del mismo y son:   

Nombres Comunicación Interface de software

La existencia de "nombres" se fundamenta en que bajo un ambiente de red trabajando con este protocolo, las estaciones que están conectadas pueden comunicarse; pero para ello requieren de uno o más nombres, porque es así como este protocolo identifica a los que intervienen en la comunicación.

IPX Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange), Es el protocolo propietario de Novell que, al alcanzar en su momento una posición de predominio en el sistema operativo en red, ha gozado de gran difusión y utilizados por su sistema operativo de red NetWare. 1.

Orígenes Creados a principios de 1983, derivan de la familia de protocolos Xerox Network Services (XNS) de Xerox y fueron diseñados para eliminar la necesidad de enumerar los nodos individuales de una red. En un principio fueron propietarios, aunque más adelante se han implementado en otros sistemas operativos (como por ejemplo el NWLink en el caso de Windows). Ha sobrevivido durante aproximadamente unos 15 años ya que actualmente está en desuso desde que el boom de Internet hizo a TCP/IP casi universal. Una de las diversas razones de su desuso es que como los ordenadores y las redes actuales pueden utilizar múltiples protocolos de red, casi todos los sitios con IPX usarán también TCP/IP para permitir la conectividad con Internet.

TCP/IP Transfer control Protocol/Internet protocol (Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet), diseñado originalmente en los años setenta, para sobrevivir incluso a ataques nucleares contra los EE.UU., e impulsado desde los ámbitos académicos, la enorme versatilidad de este protocolo y su aceptación generalizada le ha hecho el paradigma de protocolo abierto, siendo la base de interconexión de redes que forma la Internet. Es el protocolo que está imponiéndose, por derecho propio, como gran unificador de todas las redes de comunicaciones.

1.

¿Qué es tcp/ip y cómo funciona? TCP/IP es el nombre de un protocolo de conexión de redes. Un protocolo es un conjunto de reglas a las que se tiene que atener todas la compañías y productos de software con él fin de que todos sus productos sean compatibles entre ellos. Estas reglas aseguran que una máquina que ejecuta la versión TCP/IP de Digital Equipment pueda hablar con un PC Compaq que ejecuta TCP/IP. TCP/IP es un protocolo abierto, lo que significa que se publican todos los aspectos concretos del protocolo y cualquiera los puede implementar. Una red TCP/IP transfiere datos mediante el ensamblaje de bloque de datos en paquetes. Cada paquete comienza con una cabecera que contiene información de control, tal como la dirección del destino, seguida de los datos. Cuando se envía un archivo a través de una red TCP/IP, su contenido se envía utilizando una serie de paquetes diferentes.

2.

Arquitectura de niveles de tcp / ip Cuando se diseñó TCP/IP los comités establecidos para crear la familia de protocolos consideraron todos los servicios que se tenían que proporcionar. Cada nivel lleva a cabo su propia encapsulación añadiendo cabecera y bloques finales que reciben del nivel superior, lo que tiene como resultado seis conjuntos de cabeceras y bloques finales en el momento en que un

mensaje llega a la red. Todas estas cabeceras y bloques finales se pasan a la red (como por ejemplo Ethernet o Netware) que puede añadir incluso más información al principio o al final.



Capa de red física La capa de red física especifica las características del hardware que se utilizará para la red. Por ejemplo, la capa de red física especifica las características físicas del medio de comunicaciones. La capa física de TCP/IP describe los estándares de hardware como IEEE 802.3, la especificación del medio de red Ethernet, y RS-232, la especificación para los conectores estándar.



Capa de vínculo de datos La capa de vínculo de datos identifica el tipo de protocolo de red del paquete, en este caso TCP/IP. La capa de vínculo de datos proporciona también control de errores y estructuras. Algunos ejemplos de protocolos de capa de vínculo de datos son las estructuras Ethernet IEEE 802.2 y Protocolo punto a punto (PPP).



Capa de Internet La capa de Internet, también conocida como capa de red o capa IP, acepta y transfiere paquetes para la red. Esta capa incluye el potente Protocolo de Internet (IP), el protocolo de resolución de direcciones (ARP) y el protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP).

1.

Protocolo IP

El protocolo IP y sus protocolos de enrutamiento asociados son posiblemente la parte más significativa del conjunto TCP/IP. El protocolo IP se encarga de: a. b. c. d. 2.

Direcciones IP: Comunicaciones de host a host: Formato de paquetes: Fragmentación:

Protocolo ARP

El protocolo de resolución de direcciones (ARP) se encuentra conceptualmente entre el vínculo de datos y las capas de Internet. ARP ayuda al protocolo IP a dirigir los datagramas al sistema receptor adecuado asignando direcciones Ethernet (de 48 bits de longitud) a direcciones IP conocidas (de 32 bits de longitud).

3.

Protocolo ICMP

El protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP) detecta y registra las condiciones de error de la red. ICMP registra:

a.

Paquetes soltados: Paquetes que llegan demasiado rápido para poder procesarse.

b. c.



Fallo de conectividad: No se puede alcanzar un sistema de destino. Redirección: Redirige un sistema de envío para utilizar otro enrutador.

Capa de transporte La capa de transporte TCP/IP garantiza que los paquetes lleguen en secuencia y sin errores, al intercambiar la confirmación de la recepción de los datos y retransmitir los paquetes perdidos. Este tipo de comunicación se conoce como transmisión de punto a punto. Los protocolos de capa de transporte de este nivel son el Protocolo de control de transmisión (TCP), el Protocolo de datagramas de usuario (UDP) y el Protocolo de transmisión para el control de flujo (SCTP). Los protocolos TCP y SCTP proporcionan un servicio completo y fiable. UDP proporciona un servicio de datagrama poco fiable.

1. 2. 3. 

Protocolo TCP Protocolo SCTP Protocolo UDP

Capa de aplicación La capa de aplicación define las aplicaciones de red y los servicios de Internet estándar que puede utilizar un usuario. Estos servicios utilizan la capa de transporte para enviar y recibir datos. Existen varios protocolos de capa de aplicación. En la lista siguiente se incluyen ejemplos de protocolos de capa de aplicación:       

Servicios TCP/IP estándar como los comandos ftp, tftp y telnet. Comandos UNIX "r", como rlogin o rsh. Servicios de nombres, como NIS o el sistema de nombre de dominio (DNS). Servicios de directorio (LDAP). Servicios de archivos, como el servicio NFS. Protocolo simple de administración de red (SNMP), que permite administrar la red. Protocolo RDISC (Router Discovery Server) y protocolos RIP (Routing Information Protocol).