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Timestamp: 2017-05-29 13:09:00+00:00

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Modulo1 Ccna Exploration Capitulos 3 y 4
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La mayoría de nosotros experimentamos Internet a través de World Wide Web, servicios de e-mail y programas para compartir archivos. Éstas y muchas otras aplicaciones proporcionan la interfaz humana a la red subyacente, lo que nos permite enviar y recibir información con relativa facilidad. Generalmente, las aplicaciones que utilizamos son intuitivas; es decir, podemos acceder a ellas y usarlas sin saber cómo funcionan. Sin embargo, para los profesionales de redes es importante conocer cómo una aplicación puede formatear, transmitir e interpretar mensajes que se envían y reciben a través de la red. La visualización de los mecanismos que permiten la comunicación a través de la red se hace más sencilla si utilizamos el marco en capas del modelo Interconexión de sistema abierto (OSI). En este capítulo, enfatizaremos el rol de una capa, la capa de Aplicación, y sus componentes: aplicaciones, servicios y protocolos. Exploraremos cómo esos tres elementos hacen posible la comunicación sólida a través de la red de información. En este capítulo aprenderá a: • Describir cómo las funciones de las tres capas superiores del modelo OSI proporcionan servicios de red a las aplicaciones de usuario final. • Describir cómo los protocolos de la capa de aplicación TCP/IP proporcionan los servicios especificados por las capas superiores del modelo OSI. • Definir cómo la gente utiliza la capa de aplicación para comunicarse a través de la red de información. • Describir la función de las conocidas aplicaciones TCP/IP, como la World Wide Web y el correo electrónico, y sus servicios relacionados (HTTP, DNS, SMB, DHCP, SMTP/POP y Telnet). • Describir los procesos para compartir archivos que utilizan las aplicaciones entre pares y el protocolo Gnutella. • Explicar cómo los protocolos garantizan que los servicios que se ejecutan en una clase de dispositivo puedan enviar y recibir datos desde y hacia muchos dispositivos de red diferentes. • Utilizar herramientas de análisis de red para examinar y explicar cómo funcionan las aplicaciones comunes de usuarios.
Aplicaciones: la interfaz entre redes
El modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos es una representación abstracta en capas, creada como guía para el diseño del protocolo de red. El modelo OSI divide el proceso de networking en diferentes capas lógicas, cada una de las cuales tiene una única funcionalidad y a la cual se le asignan protocolos y servicios específicos. En este modelo, la información se pasa de una capa a otra, comenzando en la capa de Aplicación en el host de transmisión, siguiendo por la jerarquía hacia la capa Física, pasando por el canal de comunicaciones al host de destino, donde la información vuelve a la jerarquía y termina en la capa de Aplicación. La figura ilustra los pasos en este proceso.
La capa de Aplicación, Capa siete, es la capa superior de los modelos OSI y TCP/IP. Es la capa que proporciona la interfaz entre las aplicaciones que utilizamos para comunicarnos y la red subyacente en la cual se transmiten los mensajes. Los protocolos de capa de aplicación se utilizan para intercambiar los datos entre los programas que se ejecutan en los hosts de origen y destino. Existen muchos protocolos de capa de aplicación y siempre se desarrollan protocolos nuevos.
Aunque el grupo de protocolos TCP/IP se desarrolló antes de la definición del modelo OSI, la funcionalidad de los protocolos de capa de aplicación de TCP/IP se adaptan aproximadamente a la estructura de las tres capas superiores del modelo OSI: Capas de Aplicación, Presentación y Sesión. La mayoría de los protocolos de capa de aplicación de TCP/IP se desarrollaron antes de la aparición de computadoras personales, interfaces del usuario gráficas y objetos multimedia. Como resultado, estos protocolos implementan muy poco de la funcionalidad que se especifica en las capas de Sesión y Presentación del modelo OSI.
La capa de Presentación tiene tres funciones primarias: • Codificación y conversión de datos de la capa de aplicación para garantizar que los datos del dispositivo de origen puedan ser interpretados por la aplicación adecuada en el dispositivo de destino. • Compresión de los datos de forma que puedan ser descomprimidos por el dispositivo de destino. • Encriptación de los datos para transmisión y descifre de los datos cuando se reciben en el destino. Las implementaciones de la capa de presentación generalmente no se vinculan con una stack de protocolos determinada. Los estándares para vídeos y gráficos son algunos ejemplos. Dentro de los estándares más conocidos para vídeo encontramos QuickTime y el Grupo de expertos en películas (MPEG). QuickTime es una especificación de Apple Computer para audio y vídeo, y MPEG es un estándar para la codificación y compresión de vídeos. Dentro de los formatos de imagen gráfica más conocidos encontramos Formato de intercambio gráfico (GIF), Grupo de expertos en fotografía (JPEG) y Formato de archivo de imagen etiquetada (TIFF). GIF y JPEG son estándares de compresión y codificación para imágenes gráficas, y TIFF es una formato de codificación estándar para imágenes gráficas.
Como lo indica el nombre de la capa de Sesión, las funciones en esta capa crean y mantienen diálogos entre las aplicaciones de origen y destino. La capa de sesión maneja el intercambio de información para iniciar los diálogos y mantenerlos activos, y para reiniciar sesiones que se interrumpieron o desactivaron durante un periodo de tiempo prolongado. La mayoría de las aplicaciones, como los exploradores Web o los clientes de correo electrónico, incorporan la funcionalidad de las capas 5, 6 y 7 del modelo OSI.
Los protocolos de capa de aplicación de TCP/IP más conocidos son aquellos que proporcionan intercambio de la información del usuario. Estos protocolos especifican la información de control y formato necesaria para muchas de las funciones de comunicación de Internet más comunes. Algunos de los protocolos TCP/IP son: • El protocolo Servicio de nombres de dominio (DNS, Domain Name Service) se utiliza para resolver nombres de Internet en direcciones IP. • El protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP, Hypertext Transfer Protocol) se utiliza para transferir archivos que forman las páginas Web de la World Wide Web. • El Protocolo simple de transferencia de correo (SMTP) se utiliza para la transferencia de mensajes de correo y adjuntos. • Telnet, un protocolo de emulación de terminal, se utiliza para proporcionar acceso remoto a servidores y a dispositivos de red. • El Protocolo de transferencia de archivos (FTP, File Transfer Protocol) se utiliza para la tansferencia interactiva de archivos entre sistemas. Los protocolos de la suite TCP/IP generalmente son definidos por Solicitudes de comentarios (RFCS). El Grupo de trabajo de ingeniería de Internet mantiene las RFCS como los estándares para el conjunto TCP/IP.
Software de la capa de aplicación
Las funciones asociadas con los protocolos de capa de Aplicación permiten a la red humana comunicarse con la red de datos subyacente. Cuando abrimos un explorador Web o una ventana de mensajería instantánea, se inicia una aplicación, y el programa se coloca en la memoria del dispositivo donde se ejecuta. Cada programa ejecutable cargado a un dispositivo se denomina proceso. Dentro de la capa de Aplicación, existen dos formas de procesos o programas de software que proporcionan acceso a la red: aplicaciones y servicios.
Aplicaciones reconocidas por la red
Aplicaciones son los programas de software que utiliza la gente para comunicarse a través de la red. Algunas aplicaciones de usuario final son compatibles con la red, lo cual significa que implementan los protocolos de la capa de aplicación y pueden comunicarse directamente con las capas inferiores del stack de protocolos. Los clientes de correo electrónico y los exploradores Web son ejemplos de este tipo de aplicaciones.
Servicios de la capa de Aplicación
Otros programas pueden necesitar la ayuda de los servicios de la capa de Aplicación para utilizar los recursos de la red, como transferencia de archivos o cola de impresión en red. Aunque son transparentes para el usuario, estos servicios son los programas que se comunican con la red y preparan los datos para la transferencia. Diferentes tipos de datos, ya sea texto, gráfico o vídeo, requieren de diversos servicios de red para asegurarse de que estén bien preparados para procesar las funciones de las capas inferiores del modelo OSI. Cada servicio de red o aplicación utiliza protocolos que definen los estándares y formatos de datos a utilizarse. Sin protocolos, la red de datos no tendría una manera común de formatear y direccionar los datos. Para comprender la función de los distintos servicios de red, es necesario familiarizarse con los protocolos subyacentes que rigen su operación.
3.1.3 Aplicaciones del usuario, servicios y protocolos de la capa de aplicación
Como se mencionó anteriormente, la capa de Aplicación utiliza los protocolos implementados dentro de las aplicaciones y servicios. Mientras que las aplicaciones proporcionan a las personas una forma de crear mensajes y los servicios de la capa de aplicación establecen una interfaz con la red, los protocolos proporcionan las reglas y los formatos que regulan el tratamiento de los datos. Un único programa ejecutable debe utilizar los tres componentes e inclusive el mismo nombre. Por ejemplo: cuando analizamos "Telnet" nos podemos referir a la aplicación, el servicio o el protocolo. En el modelo OSI, se considera que las aplicaciones que interactúan directamente con las personas se encuentran en la parte superior del stack, al igual que las personas. Al igual que todas las personas dentro del modelo OSI, la capa de Aplicación se basa en la funciones de las capas inferiores para completar el proceso de comunicación. Dentro de la capa de aplicación, los protocolos especifican qué mensajes se intercambian entre los host de origen y de destino, la sintaxis de los comandos de control, el tipo y formato de los datos que se transmiten y los métodos adecuados para notificación y recuperación de errores.
Funciones del protocolo de la capa de aplicación
Los protocolos de la capa de aplicación son utilizados tanto por los dispositivos de origen como de destino durante una sesión de comunicación. Para que las comunicaciones sean exitosas, deben coincidir los protocolos de capa de aplicación implementados en el host de origen y destino. Los protocolos establecen reglas consistentes para intercambiar datos entre las aplicaciones y los servicios cargados en los dispositivos participantes. Los protocolos especifican cómo se estructuran los datos dentro de los mensajes y los tipos de mensajes que se envían entre origen y destino. Estos mensajes pueden ser solicitudes de servicios, acuses de recibo, mensajes de datos, mensajes de estado o mensajes de error. Los protocolos también definen los diálogos de mensajes, asegurando que un mensaje enviado encuentre la respuesta esperada y se invoquen los servicios correspondientes cuando se realiza la transferencia de datos. Muchos y diversos tipos de aplicaciones se comunican a través de las redes de datos. Por lo tanto, los servicios de la capa de Aplicación deben implementar protocolos múltiples para proporcionar la variedad deseada de experiencias de comunicación. Cada protocolo tiene un fin específico y contiene las características requeridas para cumplir con dicho propósito. Deben seguirse los detalles del protocolo correspondiente a cada capa, así las funciones en una capa se comunican correctamente con los servicios en la capa inferior. Las aplicaciones y los servicios también pueden utilizar protocolos múltiples durante el curso de una comunicación simple. Un protocolo puede especificar cómo se establece la conexión de redes y otro describir el proceso para la transferencia de datos cuando el mensaje se pasa a la siguiente capa inferior.
Toma de medidas para las aplicaciones y servicios
El modelo cliente – servidor
Cuando la gente intenta acceder a información en sus dispositivos, ya sean éstos una computadora personal o portátil, un PDA, teléfono celular o cualquier otro dispositivo conectado a la red, los datos pueden no estar físicamente almacenados en sus dispositivos. Si así fuere, se debe solicitar al dispositivo que contiene los datos, permiso para acceder a esa información.
En el modelo cliente-servidor, el dispositivo que solicita información se denomina cliente y el dispositivo que responde a la solicitud se denomina servidor. Los procesos de cliente y servidor se consideran una parte de la capa de Aplicación. El cliente comienza el intercambio solicitando los datos al servidor, que responde enviando uno o más streams de datos al cliente. Los protocolos de capa de Aplicación describen el formato de las solicitudes y respuestas entre clientes y servidores. Además de la transferencia real de datos, este intercambio puede requerir de información adicional, como la autenticación del usuario y la identificación de un archivo de datos a transferir. Un ejemplo de una red cliente/servidor es un entorno corporativo donde los empleados utilizan un servidor de e-mail de la empresa para enviar, recibir y almacenar e-mails. El cliente de correo electrnico en la computadora de un empleado emite una solicitud al servidor de e-mail para un mensaje no leído. El servidor responde enviando el e-mail solicitado al cliente. Aunque los datos generalmente se describen como un flujo del servidor al cliente, algunos datos siempre fluyen del cliente al servidor. El flujo de datos puede ser el mismo en ambas direcciones o inclusive ser mayor en la dirección que va del cliente al servidor. Por ejemplo, un cliente puede transferir un archivo al servidor con fines de almacenamiento. La transferencia de datos de un cliente a un servidor se conoce como subida y la de los datos de un servidor a un cliente, descarga.
En un contexto general de redes, cualquier dispositivo que responde a una solicitud de aplicaciones de cliente funciona como un servidor. Un servidor generalmente es una computadora que contiene información para ser compartida con muchos sistemas de cliente. Por ejemplo, páginas Web, documentos, bases de datos, imágenes, archivos de audio y vídeo pueden almacenarse en un servidor y enviarse a los clientes que lo solicitan. En otros casos, como una impresora de red, el servidor de impresión envía las solicitudes de impresión del cliente a la impresora específica. Diferentes tipos de aplicaciones del servidor tienen diferentes requerimientos para el acceso de clientes. Algunos servidores pueden requerir de autenticación de la información de cuenta del usuario para verificar si el usuario tiene permiso para acceder a los datos solicitados o para utilizar una operación en particular. Dichos servidores deben contar con una lista central de cuentas de usuarios y autorizaciones, o permisos (para operaciones y acceso a datos) otorgados a cada usuario. Cuando se utiliza un cliente FTP, por ejemplo, si usted solicita subir datos al servidor FTP, se le puede dar permiso para escribir su carpeta personal pero no para leer otros archivos del sitio. En una red cliente-servidor, el servidor ejecuta un servicio o proceso, a veces denominado daemon de servidor. Al igual que la mayoría de los servicios, los daemons generalmente se ejecutan en segundo plano y no se encuentran bajo control directo del usuario. Los daemons se describen como servidores que "escuchan" una solicitud del cliente, porque están programados para responder cada vez que el servidor recibe una solicitud para el servicio proporcionado por el daemon. Cuando un daemon "escucha" una solicitud de un cliente, intercambia los mensajes adecuados con el cliente, según lo requerido por su protocolo, y procede a enviar los datos solicitados al cliente en el formato correspondiente.
Protocolos y servicios de la capa de Aplicación
Una única aplicación puede emplear diferentes servicios de la capa de Aplicación, así lo que aparece para el usuario como una solicitud para una página Web puede, de hecho, ascender a docenas de solicitudes individuales. Y, para cada solicitud, pueden ejecutarse múltiples procesos. Por ejemplo, un cliente puede necesitar de diversos procesos individuales para formular sólo una solicitud al servidor. Además, los servidores generalmente tienen múltiples clientes que solicitan información al mismo tiempo. Por ejemplo, un servidor Telnet puede tener varios clientes que requieren conectarse a él. Estas solicitudes individuales del cliente pueden manejarse en forma simultánea y separada para que la red sea exitosa. Los servicios y procesos de capa de Aplicación dependen del soporte de las funciones de la capa inferior para administrar en forma exitosa las múltiples conversaciones.
Redes y aplicaciones entre pares (P2P, Peer-to-Peer)
Además del modelo cliente/servidor para redes, existe también un modelo punto a punto. Las redes punto a punto tienen dos formas distintivas: diseño de redes punto a punto y aplicaciones punto a punto (P2P). Ambas formas tienen características similares pero en la práctica funcionan en forma muy distinta.
Redes entre pares
En una red entre pares, dos o más computadoras están conectadas a través de una red y pueden compartir recursos (por ejemplo, impresora y archivos) sin tener un servidor dedicado. Cada dispositivo final conectado (conocido como punto) puede funcionar como un servidor o como un cliente. Una computadora puede asumir el rol de servidor para una transacción mientras funciona en forma simultánea como cliente para otra transacción. Los roles del cliente y el servidor se configuran según las solicitudes. Un ejemplo de una red entre pares es una simple red doméstica con dos computadoras conectadas que comparten una impresora. Cada persona puede configurar su computadora para compartir archivos, habilitar juegos en red o compartir una conexión de Internet. Otro ejemplo sobre la funcionalidad de la red punto a punto son dos computadoras conectadas a una gran red que utilizan aplicaciones de software para compartir recursos entre ellas a través de la red.
A diferencia del modelo cliente/servidor, que utiliza servidores dedicados, las redes punto a punto descentralizan los recursos en una red. En lugar de ubicar información para compartir en los servidores dedicados, la información puede colocarse en cualquier parte de un dispositivo conectado. La mayoría de los sistemas operativos actuales admiten compartir archivos e impresoras sin requerir software del servidor adicional. Debido a que las redes punto a punto generalmente no utilizan cuentas de usuarios centralizadas, permisos ni monitores, es difícil implementar las políticas de acceso y seguridad en las redes que contienen mayor cantidad de computadoras. Se deben establecer cuentas de usuario y derechos de acceso en forma individual para cada dispositivo.
Aplicaciones punto a punto
Una aplicación punto a punto (P2P), a diferencia de una red punto a punto, permite a un dispositivo actuar como cliente o como servidor dentro de la misma comunicación. En este modelo, cada cliente es un servidor y cada servidor es un cliente. Ambos pueden iniciar una comunicación y se consideran iguales en el proceso de comunicación. Sin embargo, las aplicaciones punto a punto requieren que cada dispositivo final proporcione una interfaz de usuario y ejecute un servicio en segundo plano. Cuando inicia una aplicación punto a punto específica, ésta invoca la interfaz de usuario requerida y los servicios en segundo plano. Luego, los dispositivos pueden comunicarse directamente. Algunas aplicaciones P2P utilizan un sistema híbrido donde se descentraliza el acceso a los recursos pero los índices que apuntan a las ubicaciones de los recursos están almacenados en un directorio centralizado. En un sistema híbrido, cada punto accede a un servidor de índice para alcanzar la ubicación de un recurso almacenado en otro punto. El servidor de índice también puede ayudar a conectar dos puntos, pero una vez conectados, la comunicación se lleva a cabo entre los dos puntos, sin comunicación adicional al servidor de índice. Las aplicaciones punto a punto pueden utilizarse en las redes punto a punto, en redes cliente/servidor y en Internet.
Ejemplos de servicios y protocolos de la capa de Aplicación
Protocolo y servicios DNS
Ahora que comprendemos mejor cómo las aplicaciones proporcionan una interfaz para el usuario y acceso a la red, veremos algunos protocolos específicos que se utilizan comúnmente. Como veremos más adelante, la capa de transporte utiliza un esquema de direccionamiento que se llama número de puerto. Los números de puerto identifican las aplicaciones y los servicios de la capa de Aplicación que son los datos de origen y destino. Los programas del servidor generalmente utilizan números de puerto predefinidos comúnmente conocidos por los clientes. Mientras examinamos los diferentes servicios y protocolos de la capa de Aplicación de TCP/IP, nos referiremos a los números de puerto TCP y UDP normalmente asociados con estos servicios. Algunos de estos servicios son: • Sistema de nombres de dominio (DNS): puerto TCP/UDP 53. • Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP, Hypertext Transfer Protocol): puerto TCP 80. • Protocolo simple de transferencia de correo (SMTP, Simple Mail Transfer Protocol): puerto TCP 25. • Protocolo de oficina de correos (POP): puerto UDP 110. • Telnet: puerto TCP 23. • Protocolo de configuración dinámica de host: puerto UDP 67. • Protocolo de transferencia de archivos (FTP, File Transfer Protocol): puertos TCP 20 y 21.
En redes de datos, los dispositivos son rotulados con direcciones IP numéricas para que puedan participar en el envío y recepción de mensajes a través de la red. Sin embargo, la mayoría de las personas pasan mucho tiempo tratando de recordar estas direcciones numéricas. Por lo tanto, los nombres de dominio fueron creados para convertir las direcciones numéricas en nombres simples y reconocibles. En Internet, esos nombres de dominio, como www.cisco.com, son mucho más sencillos de recordar que 198.133.219.25, que es la dirección numérica real para este servidor. Además, si Cisco decide cambiar la dirección numérica, para el usuario es transparente ya que el nombre de dominio seguirá siendo www.cisco.com. La nueva dirección simplemente estará enlazada con el nombre de dominio existente y la conectividad se mantendrá. Cuando las redes eran pequeñas, resultaba fácil mantener la asignación entre los nombres de dominios y las direcciones que representaban. Sin embargo, a medida que las redes y el número de dispositivos comenzó a crecer, el sistema manual dejó de ser práctico. El Sistema de nombres de dominio (DNS) se creó para que el nombre del dominio busque soluciones para estas redes. DNS utiliza un conjunto distribuido de servidores para resolver los nombres asociados con estas direcciones numéricas. El protocolo DNS define un servicio automatizado que coincide con nombres de recursos que tienen la dirección de red numérica solicitada. Incluye las consultas sobre formato, las respuestas y los formatos de datos. Las comunicaciones del protocolo DNS utilizan un formato simple llamado mensaje. Este formato de mensaje se utiliza para todos los tipos de solicitudes de clientes y respuestas del servidor, mensajes de error y para la transferencia de información de registro de recursos entre servidores.
DNS es un servicio cliente/servidor; sin embargo, difiere de los otros servicios cliente/servidor que estamos examinando. Mientras otros servicios utilizan un cliente que es una aplicación (como un explorador Web o un cliente de correo electrnico), el cliente DNS ejecuta un servicio por sí mismo. El cliente DNS, a veces denominado resolución DNS, admite resolución de nombre para otras aplicaciones de red y servicios que lo necesiten. Al configurar un dispositivo de red, generalmente proporcionamos una o más direcciones del servidor DNS que el cliente DNS puede utilizar para la resolución de nombres. En general, el proveedor de servicios de Internet provee las direcciones para utilizar con los servidores DNS. Cuando una aplicación de usuario solicita conectarse con un dispositivo remoto por nombre, el cliente DNS solicitante envía una petición a uno de esos servidores de nombre para resolver el nombre en una dirección numérica. Los sistemas operativos informáticos también tienen una utilidad denominada nslookup que permite al usuario consultar manualmente los servidores de nombre para resolver un determinado nombre de host. Esta utilidad también puede utilizarse para resolver los problemas de resolución de nombres y verificar el estado actual de los servidores de nombres. En la figura, cuando se ejecuta nslookup, se muestra el servidor DNS por defecto configurado para su host. En este ejemplo, el servidor DNS es dns-sjk.cisco.com que tiene una dirección de 171.68.226.120. Luego podemos escribir el nombre de un host o dominio para el cual deseamos obtener la dirección. En la primer consulta de la figura, se hace una consulta para www.cisco.com. El servidor de nombre que responde proporciona la dirección 198.133.219.25.
Las consultas mostradas en la figura son sólo pruebas simples. La utilidad nslookup tiene muchas opciones disponibles para lograr una extensa verificación y prueba del proceso DNS.
Un servidor DNS proporciona la resolución de nombres utilizando el daemon de nombre que generalmente se llama named (se pronuncia name-dee). El servidor DNS almacena diferentes tipos de registros de recursos utilizados para resolver nombres. Estos registros contienen el nombre, la dirección y el tipo de registro. Algunos de estos tipos de registro son: • A: una dirección de un dispositivo final. • NS: un servidor de nombre autoritativo. • CNAME: el nombre ideal (o Nombre de dominio completamente calificado) para un alias, que se utiliza cuando varios servicios tienen una única dirección de red pero cada servicio tiene su propia entrada en DNS. • MX: registro de intercambio de correos, asigna un nombre de dominio a una lista de servidores de intercambio de correos para ese dominio. Cuando un cliente realiza una consulta, el proceso "nombrado" del servidor primero observa en sus propios registros para ver si puede resolver el nombre. Si no puede resolver el nombre utilizando los registros almacenados, contacta a otros servidores para hacerlo. La solicitud puede pasar por un número de servidores, lo cual lleva tiempo adicional y consume ancho de banda. Una vez que se encuentra una coincidencia y se devuelve al servidor solicitante original, el servidor almacena temporalmente en la caché la dirección numerada que coincide con el nombre. Si vuelve a solicitarse ese mismo nombre, el primer servidor puede regresar la dirección utilizando el valor almacenado en el caché de nombres. El almacenamiento en caché reduce el tráfico de la red de datos de consultas DNS y las cargas de trabajo de los servidores más altos de la jerarquía. El servicio del cliente DNS en las PC de Windows optimiza el rendimiento de la resolución de nombres DNS almacenando previamente los nombres resueltos en la memoria. El comando ipconfig /displaydns muestra todas las entradas DNS en caché en un sistema informático con Windows XP o 2000.
El sistema de nombres de dominio utiliza un sistema jerárquico para crear una base de datos para proporcionar una resolución de nombres. La jerarquía es similar a un árbol invertido con la raíz en la parte superior y las ramas por debajo. En la parte superior de la jerarquía, los servidores raíz mantienen registros sobre cómo alcanzar los servidores de dominio de nivel superior, los cuales a su vez tienen registros que apuntan a los servidores de dominio de nivel secundario y así sucesivamente. Los diferentes dominios de primer nivel representan el tipo de organización o el país de origen. Algunos ejemplos de dominios de primer nivel son: • .au: Australia • .co: Colombia • .com: una empresa o industria • .jp: Japón • .org: una organización sin fines de lucro Después de los dominios de primer nivel se encuentran los dominios de segundo nivel y, debajo de estos, hay otros dominios de nivel inferior. Cada nombre de dominio es una ruta a través de este árbol invertido que comienza desde la raíz. Por ejemplo: como se muestra en la figura, el servidor DNS raíz puede no saber exactamente dónde se encuentra el servidor de correo electrónico mail.cisco, pero lleva un registro de los dominios "com" dentro de los dominios de primer nivel. Asimismo, los servidores dentro del dominio "com" pueden no tener un registro de mail.cisco.com, pero sí tienen un registro para el dominio "cisco.com". Los servidores dentro del dominio cisco.com tienen un registro (un registro MX para ser exactos) para mail.cisco.com. El sistema de nombres de dominio depende de esta jerarquía de servidores descentralizados y mantiene estos registros de recursos. Los registros de recursos enumeran nombres de dominios que el servidor puede resolver y servidores alternativos que también pueden procesar solicitudes. Si un determinado servidor tiene registros de recursos que corresponden a su nivel en la jerarquía de dominios, se dice que es autoritativo para esos registros. Por ejemplo: un servidor de nombres en el dominio cisco.netacad.net no sería autoritativo para el registro mail.cisco.com porque ese registro se mantiene en un servidor de nivel de dominio superior, específicamente el servidor de nombres en el dominio cisco.com . Enlaces http://www.ietf.org//rfc/rfc1034.txt http://www.ietf.org/rfc/rfc1035.txt
Cuando se escribe una dirección Web (o URL) en un explorador de Internet, el explorador establece una conexión con el servicio Web del servidor que utiliza el proocolo HTTP. URL (o Localizador uniforme de recursos) y URI (Identificador uniforme de recursos) son los nombres que la mayoría de las personas asocian con las direcciones Web. El URL http://www.cisco.com/index.html es un ejemplo de un URL que se refiere a un recurso específico: una página Web denominada index.html en un servidor identificado como cisco.com (haga clic en las fichas de la figura para ver los pasos utilizados por HTTP). Los exploradores Web son las aplicaciones de cliente que utilizan nuestras computadoras para conectarse con la World Wide Web y para acceder a los recursos almacenados en un servidor Web. Al igual que con la mayoría de los procesos de servidores, el servidor Web funciona como un servicio básico y genera diferentes tipos de archivos disponibles. Para acceder al contenido, los clientes Web realizan conexiones al servidor y solicitan los recursos deseados. El servidor responde con los recursos y, una vez recibidos, el explorador interpreta los datos y los presenta al usuario. Los exploradores pueden interpretar y presentar muchos tipos de datos, como texto sin formato o Lenguaje de marcado de hipertexto (HTML, el lenguaje que se utiliza para construir una página Web). Otros tipos de datos, sin embargo, requieren de otro servicio o programa. Generalmente se los conoce como plug-ins o complementos. Para ayudar al explorador a determinar qué tipo de archivo está recibiendo, el servidor especifica qué clase de datos contiene el archivo. Para comprender mejor cómo interactúan el explorador Web con el cliente Web, podemos analizar cómo se abre una página Web en un explorador. Para este ejemplo, utilizaremos la dirección URL: http://www.cisco.com/web-server.htm. Primero, el explorador interpreta las tres partes de la URL: 1. http (el protocolo o esquema), 2. www.cisco.com (el nombre del servidor), y 3. web-server.htm (el nombre específico del archivo solicitado).
El explorador luego verifica con un servidor de nombres para convertir a www.cisco.com en una dirección numérica que utilizará para conectarse con el servidor. Al utilizar los requerimientos del protocolo HTTP, el explorador envía una solicitud GET al servidor y pide el archivo web-server.htm. El servidor, a su vez, envía al explorador el código HTML de esta página Web. Finalmente, el explorador descifra el código HTML y da formato a la página para la ventana del explorador.
El protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP), uno de los protocolos del grupo TCP/IP, se desarrolló en sus comienzos para publicar y recuperar las páginas HTML, y en la actualidad se utiliza para sistemas de información distribuidos y de colaboración. HTTP se utiliza a través de la World Wide Web para transferencia de datos y es uno de los protocolos de aplicación más utilizados. HTTP especifica un protocolo de solicitud/respuesta. Cuando un cliente, generalmente un explorador Web, envía un mensaje de solicitud a un servidor, el protocolo HTTP define los tipos de mensajes que el cliente utiliza para solicitar la página Web y envía los tipos de mensajes que el servidor utiliza para responder. Los tres tipos de mensajes más comunes son GET, POST y PUT. GET es una solicitud de datos del cliente. Un explorador Web envía el mensaje GET para solicitar las páginas desde un servidor Web. Como se muestra en la figura, una vez que el servidor recibe la solicitud GET , responde con una línea de estado, como HTTP/1.1 200 OK, y un mensaje solo, cuyo cuerpo puede ser el archivo solicitado, un mensaje de error o alguna otra información. POST y PUT se utilizan para enviar mensajes que cargan los datos al servidor Web. Por ejemplo, cuando el usuario ingresa datos en un formulario incorporado en una página Web, POST incluye los datos en el mensaje enviado al servidor. PUT carga los recursos o el contenido al servidor Web.
Aunque es muy flexible, HTTP no es un protocolo seguro. Los mensajes POST cargan información al servidor en un texto sin formato que puede ser interceptado y leído. De forma similar, las respuestas del servidor, generalmente páginas HTML, también son descifradas. Para una comunicación segura a través de Internet, se utiliza el protocolo HTTP seguro (HTTPS) para acceder o subir información al servidor Web. HTTPS puede utilizar autenticación y encriptación para asegurar los datos cuando viajan entre el cliente y el servidor. HTTPS especifica reglas adicionales para pasar los datos entre la capa de Aplicación y la capa de Transporte.
E-mail, el servidor de red más conocido, ha revolucionado la manera en que nos comunicamos, por su simpleza y velocidad. Inclusive para ejecutarse en una computadora o en otro dispositivo, los e-mails requieren de diversos servicios y aplicaciones. Dos ejemplos de protocolos de capa de aplicación son Protocolo de oficina de correos (POP) y Protocolo simple de transferencia de correo (SMTP), que aparecen en la figura. Como con HTTP, estos protocolos definen procesos cliente-servidor. Cuando una persona escribe mensajes de correo electrónico, generalmente utiliza una aplicación denominada Agente de usuario de correo (MUA) o cliente de correo electrónico. MUA permite enviar los mensajes y colocar los mensajes recibidos en el buzón del cliente; ambos procesos son diferentes. Para recibir e-mails desde un servidor de e-mail, el cliente de correo electrnico puede utilizar un POP. Al enviar un e-mail desde un cliente o un servidor, se utilizan formatos de mensajes y cadenas de comando definidas por el protocolo SMTP. En general, un cliente de correo electrnico proporciona la funcionalidad de ambos protocolos dentro de una aplicación.
Procesos del servidor de e-mail: MTA y MDA
El servidor de e-mail ejecuta dos procesos individuales: • Agente de transferencia de correo (MTA, Mail Transfer Agent). • Agente de entrega de correo (MDA, Mail Delivery Agent). El proceso Agente de transferencia de correo (MTA) se utiliza para enviar correos electrónicos. Como se muestra en la figura, el MTA recibe mensajes desde el MUA u otro MTA en otro servidor de e-mail. Según el encabezado del mensaje, determina cómo debe reenviarse un mensaje para llegar a destino. Si el correo está dirigido a un usuario cuyo buzón está en el servidor local, el correo se pasa al MDA. Si el correo es para un usuario que no está en el servidor local, el MTA enruta el e-mail al MTA en el servidor correspondiente.
En la figura, vemos que el Agente de envío de correo (MDA) acepta una parte del e-mail desde un Agente de transferencia de correo (MTA) y realiza el envío real. El MDA recibe todo el correo entrante desde el MTA y lo coloca en los buzones de los usuarios correspondientes. El MDA también puede resolver temas de entrega final, como análisis de virus, correo no deseado filtrado y manejo de acuses de recibo. La mayoría de las comunicaciones de e-mail utilizan las aplicaciones MUA, MTA y MDA. Sin embargo, existen otras alternativas para enviar e-mails. El cliente puede estar conectado a un sistema de e-mails corporativo, como Lotus Notes de IBM, Groupwise de Novell o Microsoft Exchange. Estos sistemas a veces tienen su propio formato interno de correo electrónico y sus clientes generalmente se comunican con el servidor de correo electrónico a través de un protocolo propietario. El servidor envía o recibe correos electrónicos por Internet a través de la gateway de correo de internet del producto, que realiza el reformateo que sea necesario. Si, por ejemplo, dos personas que trabajan para la misma empresa intercambian e-mails entre ellos utilizando un protocolo propietario, los mensajes pueden permanecer completamente dentro del sistema de e-mails corporativo de la empresa. Como segunda alternativa, las computadoras que no tienen un MUA pueden conectarse a un servicio de correo en un explorador Web para así recuperar y enviar mensajes. Algunas computadoras pueden ejecutar su propio MTA y administrar e-mails de dominio interno.
Como se mencionó anteriormente, los e-mails pueden utilizar los protocolos POP y SMTP (vea la figura para saber cómo funcionan). POP y POP3 (Protocolo de oficina de correos v.3) son protocolos de envío de correo entrante y protocolos cliente/servidor típicos. Envían e-mails desde el servidor de e-mail al cliente (MUA). El MDA escucha cuando un cliente se conecta a un servidor. Una vez establecida la conexión, el servidor puede enviar el e-mail al cliente. El protocolo simple de transferencia de correo (SMTP), por el contrario, rige la transferencia de e-mails salientes desde el cliente emisor al servidor de e-mail (MDA), como así también el transporte de e-mails entre servidores de e-mail (MTA). SMTP permite transportar e-mails por las redes de datos entre diferentes tipos de software de cliente y servidor, y hace posible el intercambio de e-mails en Internet. El formato de mensajes del protocolo SMTP utiliza un conjunto rígido de comandos y respuestas. Estos comandos admiten los procedimientos utilizados en el SMTP, como inicio de sesión, transacción de correo, reenvío de correo, verificación de nombres de buzones, expansión de listas de correo y apertura y cierre de intercambios. Algunos de los comandos especificados en el protocolo SMTP son: • HELO: identifica el proceso de cliente SMTP para el proceso de servidor SMTP. • EHLO: es la versión más nueva de HELO, que incluye extensiones de servicios, y
MAIL FROM: identifica al emisor. RCPT TO: identifica al receptor, y DATA: identifica el cuerpo del mensaje.
El protocolo de transferencia de archivos (FTP) es otro protocolo de la capa de aplicación comúnmente utilizado. El FTP se desarrolló para permitir las transferencias de archivos entre un cliente y un servidor. Un cliente FTP es una aplicación que se ejecuta en una computadora y se utiliza para cargar y descargar archivos desde un servidor que ejecuta el daemon FTP (FTPd). Para transferir los archivos en forma exitosa, el FTP requiere de dos conexiones entre cliente y servidor: una para comandos y respuestas, otra para la transferencia real de archivos. El cliente establece la primera conexión con el servidor en TCP puerto 21. Esta conexión se utiliza para controlar el tráfico, que consiste en comandos del cliente y respuestas del servidor. El cliente establece la segunda conexión con el servidor en TCP puerto 20. Esta conexión es para la transferencia real de archivos y se crea cada vez que se transfiere un archivo. La transferencia de archivos puede producirse en ambas direcciones. El cliente puede descargar (bajar) un archivo desde el servidor o el cliente puede cargar (subir) un archivo en el servidor.
El servicio Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP) permite a los dispositivos de una red obtener direcciones IP y demás información de un servidor DHCP. Este servicio automatiza la asignación de direcciones IP, máscaras de subred, gateways y otros parámetros de redes IP. DHCP permite a un host obtener una dirección IP en forma dinámica cuando se conecta a la red. Se realiza el contacto con el servidor de DHCP y se solicita una dirección. El servidor DHCP elije una dirección de un rango configurado de direcciones denominado "pool" y se la asigna ("alquila") al host por un período establecido. En redes locales más grandes o donde cambia frecuentemente la población usuaria, es preferible el DHCP. Los nuevos usuarios llegan con computadoras portátiles y necesitan una conexión. Otros tienen nuevas estaciones de trabajo que necesitan conexión. En lugar de tener direcciones IP asignadas por el administrador de red en cada estación de trabajo, resulta más eficiente tener direcciones IP asignadas en forma automática utilizando un DHCP. Las direcciones de DHCP distribuidas no se asignan a los hosts en forma permanente, sólo se alquilan durante un período de tiempo. Si el host se apaga o se desconecta de la red, la dirección regresa al pool para volver a utilizarse. Esto es muy útil para los usuarios móviles que entran y salen de la red. Los usuarios pueden moverse libremente desde una ubicación a otra y volver a establecer las conexiones de red. El host puede obtener una dirección IP una vez que se realice la conexión del hardware, ya sea mediante una LAN inalámbrica o conectada por cable. DHCP hace posible el acceso a Internet utilizando zonas activas inalámbricas en aeropuertos o cafés. Una vez que ingresa al área, el cliente de DHCP de la computadora portátil contacta al servidor de DHCP mediante una conexión inalámbrica. El servidor de DHCP asigna una dirección IP a la computadora portátil. Como muestra la figura, diferentes tipos de dispositivos pueden ser servidores de DHCP al ejecutar el software de servicio de DHCP. El servidor de DHCP en la mayoría de las redes medianas y grandes está generalmente ubicado en un servidor dedicado local basado en PC. Con las redes domésticas, el servidor de DHCP se ubica en el ISP y un host de la red doméstica recibe la configuración IP directamente desde el ISP.
DHCP puede representar un riesgo a la seguridad porque cualquier dispositivo conectado a la red puede recibir una dirección. Este riesgo hace de la seguridad física un factor importante a la hora de determinar si se utiliza direccionamiento manual o dinámico. Los direccionamientos dinámico y estático tienen su lugar en los diseños de red. Muchas redes utilizan tanto el direccionamiento estático como el DHCP. DHCP se utiliza para hosts de propósitos generales, como los dispositivos de usuario final, y las direcciones fijas se utilizan para dispositivos de red como gateways, switches, servidores e impresoras.
Sin DHCP los usuarios tiene que ingresar manualmente la dirección IP, la máscara de subred y otras configuraciones para poder unirse a la red. El servidor de DHCP mantiene un pool de las direcciones IP y alquila una dirección a cualquier cliente habilitado por DHCP cuando el cliente está activado. Debido a que las direcciones IP son dinámicas (alquiladas) en lugar de estáticas (asignadas en forma permanente), las direcciones en desuso regresan automáticamente al pool para volver a asignarse. Cuando un dispositivo configurado por DHCP se inicia o conecta a la red, el cliente envía un paquete DESCUBRIMIENTO de DHCP para identificar cualquier servidor de DHCP disponible en la red. Un servidor DHCP contesta con una oferta de DHCP, que es un mensaje de oferta de alquiler con información asignada de dirección IP, máscara de subred, servidor DNS y gateway por defecto, como también la duración del alquiler. El cliente puede recibir varios paquetes de oferta de DHCP si hay más de un servidor DHCP en la red local, por lo tanto debe escojer entre ellos y enviar un broadcast de paquete con una solicitud de DHCP que identifique el servidor y la oferta de alquiler específicos que el cliente está aceptando. Un cliente puede elegir solicitar una dirección previamente asignada por el servidor. Teniendo en cuenta que la dirección IP solicitada por el cliente u ofrecida por el servidor, aún es válida, el servidor devolverá un mensaje ACK DHCP que le informa al cliente que finalizó el alquiler. Si la oferta ya no es válida, quizás debido al tiempo o o que a otro cliente se le asign el alquiler, el servidor seleccionado responderá con un mensaje NAK DHCP (acuse de recibo negativo). Si se envía un mensaje NAK DHCP, el proceso de selección debe comenzar nuevamente con la transmisión de un nuevo mensaje DHCP DISCOVER. Una vez que el cliente tenga el alquiler, debe renovarse antes de la expiración del alquiler por medio de otro mensaje DHCP REQUEST. El servidor de DHCP asegura que todas las direcciones son únicas (una dirección IP no puede asignarse a dos dispositivos de red diferentes en forma simultánea). Usar DHCP permite a los administradores de red volver a configurar
fácilmente las direcciones IP del cliente sin tener que realizar cambios a los clientes en forma manual. La mayoría de los proveedores de Internet utilizan DHCP para asignar las direcciones a sus clientes que no solicitan direcciones estáticas. El cuarto curso de Exploración de CCNA cubrirá el funcionamiento de DHCP con más detalle.
El Bloque de mensajes del servidor (SMB) es un protocolo cliente-servidor para compartir archivos. IBM desarrolló el Bloque de mensajes del servidor (SMB) a fines de la década del '80 para describir la estructura de recursos de red compartidos, como directorios, archivos, impresoras y puertos seriales. Es un protocolo de solicitud-respuesta. A diferencia del protocolo para compartir archivos respaldado por FTP, los clientes establecen una conexión a largo plazo con los servidores. Una vez establecida la conexión, el usuario del cliente puede acceder a los recursos en el servidor como si el recurso fuera local para el host del cliente. Los servicios de impresión y el SMB para compartir archivos se han transformado en el pilar de las redes de Microsoft. Con la presentación de la serie Windows 2000 del software, Microsoft cambió la estructura subyacente para el uso del SMB. En versiones anteriores de los productos de Microsoft, los servicios de SMB utilizaron un protocolo que no es TCP/IP para implementar la resolución de nombres. Comenzando con Windows 2000, todos los productos subsiguientes de Microsoft utilizan denominación DNS. Esto permite a los protocolos TCP/IP admitir directamente el compartir recursos SMB, como se muestra en la figura. Los sistemas operativos LINUX y UNIX también proporcionan un método para compartir recursos con las redes Microsoft a través de una versión de SMB denominada SAMBA. Los sistemas operativos Macintosh de Apple también admiten recursos compartidos utilizando el protocolo SMB.
El protocolo SMB describe el acceso al sistema de archivos y la manera en que los clientes hacen solicitudes de archivos. Además describe la comunicación entre procesos del protocolo SMB. Todos los mensajes SMB comparten un mismo formato. Este formato utiliza un encabezado de tamaño fijo seguido por un parámetro de tamaño variable y un componente de datos. Los mensajes SMB pueden: • Iniciar, autenticar y terminar sesiones • Controlar el acceso a archivos e impresoras • Permitir a una aplicación enviar o recibir mensajes hacia o desde otro dispositivo El proceso de intercambio de archivos SMB se muestra en la figura.
Aprendimos acerca de FTP y SMB como formas de obtener archivos; aquí presentamos otro protocolo de aplicación. Compartir archivos en Internet se ha transformado en algo muy popular. Con las aplicaciones P2P basadas en el protocolo Gnutella, las personas pueden colocar archivos en sus discos rígidos para que otros los descarguen. El software del cliente compatible con Gnutella permite a los usuarios conectarse con los servicios Gnutella en Internet, ubicarlos y acceder a los recursos compartidos por otros pares Gnutella. Muchas aplicaciones del cliente están disponibles para acceder en la red Gnutella, entre ellas: BearShare, Gnucleus, LimeWire, Morpheus, WinMX y XoloX (consulte una captura de pantalla de LimeWire en la figura). Mientras que el Foro de desarrolladores de Gnutella mantiene el protocolo básico, los proveedores de las aplicaciones generalmente desarrollan extensiones para lograr que el protocolo funcione mejor en las aplicaciones.
Muchas de las aplicaciones P2P no utilizan una base de datos central para registrar todos los archivos disponibles en los puntos. Por el contrario, los dispositivos en la red se indican entre ellos qué archivos están disponibles cuando hay una consulta, y utilizan el protocolo Gnutella y los servicios para respaldar los recursos ubicados. Consulte la figura. Cuando un usuario se conecta a un servicio Gnutella, las aplicaciones del cliente buscarán otros nodos Gnutella para conectarse. Estos nodos manejan las consultas para las ubicaciones de los recursos y responden a dichas solicitudes. Además, gobiernan los mensajes de control que ayudan al servicio a descubrir otros nodos. Las verdaderas transferencias de archivos generalmente dependen de los servicios HTTP. El protocolo Gnutella define cinco tipos de paquetes diferentes: • ping: para descubrir un dispositivo, • pong: como respuesta a un ping, • consulta: para ubicar un archivo, • query hit: como respuesta a una consulta, y • push: como una solicitud de descarga.
Protocolo y servicios Telnet
Mucho antes de que existieran las computadoras de escritorio con interfaces gráficas sofisticadas, las personas utilizaban sistemas basados en textos que eran simplemente terminales conectadas físicamente a una computadora central. Una vez que las redes estuvieran disponibles, las personas necesitaban acceder en forma remota a los sistemas informáticos de la misma manera en que lo hacían con las terminales conectadas en forma directa. Telnet se desarrolló para satisfacer esta necesidad. Telnet se remonta a principios de la década de los setenta y se encuentra entre los servicios y protocolos de capa de aplicación más antiguo dentro del grupo TCP/IP. Telnet proporciona un método estándar de emulación de dispositivos de terminal basados en texto en la red de datos. El protocolo y el software del cliente que implementa el protocolo comúnmente se definen como Telnet. Y como consecuencia, una conexión que utiliza Telnet se llama Sesión o conexión de terminal virtual (VTY). En lugar de utilizar un dispositivo físico para conectar al servidor, Telnet utiliza software para crear un dispositivo virtual que proporciona las mismas funciones que una sesión terminal con acceso a la Interfaz de línea de comandos (CLI) del servidor. Para admitir conexiones al cliente Telnet, el servidor ejecuta un servicio llamado daemon de Telnet. Se establece una conexión de terminal virtual desde un dispositivo final utilizando una aplicación del cliente Telnet. La mayoría de los sistemas operativos incluye un cliente de Telnet de la capa de aplicación. En una PC de Microsoft Windows, Telnet puede ejecutarse desde la entrada del comando. Otras aplicaciones de terminal comunes que ejecutan clientes de Telnet son HyperTerminal, Minicom y TeraTerm. Una vez establecida una conexión Telnet, los usuarios pueden realizar cualquier función autorizada en el servidor, como si utilizaran una sesión de línea de comandos en el servidor mismo. Si están autorizados, pueden iniciar y detener procesos, configurar el dispositivo e inclusive cerrar el sistema.
Telnet es un protocolo cliente-servidor y especifica cómo se establece y se termina una sesión VTY. Además proporciona la sintaxis y el orden de los comandos utilizados para iniciar la sesión Telnet, como así también los comandos de control que pueden ejecutarse durante una sesión. Cada comando Telnet consiste en por lo menos dos bytes. El primer byte es un carácter especial denominado Interpretar como comando (IAC). Como su nombre lo indica, el IAC define el byte siguiente como un comando en lugar de un texto. Algunos de los comandos del protocolo Telnet de muestra son: Are You There (AYT): Permite al usuario solicitar que aparezca algo en la pantalla del terminal para indiciar que la sesión VTY está activa. Erase Line (EL): Elimina todo el texto de la línea actual.
Interrupt Process (IP): Suspende, interrumpe, aborta o termina el proceso al cual se conectó la terminal virtual. Por ejemplo, si un usuario inició un programa en el servidor Telnet por medio de VTY, puede enviar un comando IP para detener el programa. Aunque el protocolo Telnet admite autenticación de usuario, no admite el transporte de datos encriptados. Todos los datos intercambiados durante una sesión Telnet se transportan como texto sin formato por la red. Esto significa que los datos pueden ser interceptados y entendidos fácilmente. Si la seguridad es un problema, el protocolo Shell seguro (SSH) ofrece un método seguro y alternativo para acceder al servidor. SSH proporciona la estructura para un inicio de sesión remoto seguro y otros servicios de red seguros. Además proporciona mayor autenticación que Telnet y admite el transporte de datos de sesión utilizando cifrado. Como una mejor práctica, los profesionales de red deberían siempre utilizar SSH en lugar de Telnet, cada vez que sea posible. Más adelante en este curso, utilizaremos Telnet y SSH para acceder y configurar los dispositivos de red en la red de laboratorios.
La capa de Aplicación es responsable del acceso directo a los procesos subyacentes que administran y envían la comunicación a la red humana. Esta capa sirve como origen y destino de las comunicaciones en las redes de datos. Las aplicaciones, los protocolos y servicios de la capa de Aplicación permiten a los usuarios interactuar con la red de datos de manera significativa y efectiva. Las aplicaciones son programas informáticos con los cuales el usuario interactúa e inicia el proceso de transferencia de datos a pedido del usuario. Los servicios son programas básicos que proporcionan la conexión entre la capa de Aplicación y las capas inferiores del modelo de networking. Los protocolos proporcionan una estructura de reglas y procesos acordados previamente que asegura que los servicios que funcionan en un dispositivo en particular puedan enviar y recibir datos desde una variedad de dispositivos de red diferentes.
El envío de datos en la red puede ser solicitado desde un servidor por un cliente o entre dispositivos que funcionan en una conexión punto a punto, donde la relación cliente/servidor se establece según qué dispositivo es el origen y cuál el destino en ese tiempo. Los mensajes se intercambian entre los servicios de la capa de Aplicación en cada dispositivo final según las especificaciones del protocolo para establecer y utilizar estas relaciones. Los protocolos como HTTP, por ejemplo, admiten el envío de páginas Web a dispositivos finales. Los protocolos SMTP/POP admiten el envío y la recepción de correos electrónicos. SMB permite a los usuarios compartir archivos. DNS resuelve los nombres utilizados para referirse a los recursos de red en direcciones numéricas utilizables por la red.
Las redes de datos e Internet brindan soporte a la red humana al proporcionar la comunicación continua y confiable entre las personas, tanto de manera local como alrededor del mundo. En un único dispositivo, las personas pueden utilizar varios servicios como e-mails, la Web y la mensajería instantánea para enviar mensajes o recuperar información. Las aplicaciones como clientes de correo electrnico, exploradores Web y clientes de mensajería instantánea permiten que las personas utilicen las computadoras y las redes para enviar mensajes y buscar información. Los datos de cada una de estas aplicaciones se empaquetan, transportan y entregan al daemon de servidor o aplicación adecuados en el dispositivo de destino. Los procesos descritos en la capa de Transporte del modelo OSI aceptan los datos de la capa de Aplicación y los preparan para el direccionamiento en la capa de Red. La capa de Transporte es responsable de la transferencia de extremo a extremo general de los datos de aplicación. En este capítulo, se examina el rol de la capa de Transporte cuando se encapsulan los datos de aplicación para usarse en la capa de Red. La capa de Transporte incluye también las siguientes funciones: • permitir múltiples aplicaciones para comunicarse a través de la red al mismo tiempo en un solo dispositivo, • asegurar que, si se requiere, todos los datos sean recibidos de manera confiable y en orden por la aplicación correcta, y • emplear mecanismos de manejo de error
Al completar este capítulo podrá realizar tareas relacionadas con: • Explicar la necesidad de la capa de Transporte. • Identificar la función de la capa de Transporte a medida que provee la transferencia de datos de extremo a extremo entre las aplicaciones. • Describir las funciones de dos protocolos TCP/IP de la capa de transporte: TCP y UDP. • Explicar las funciones clave de la capa de Transporte incluyendo confiabilidad, direccionamiento de puerto y segmentación. • Explicar cómo cada TCP y UDP maneja las funciones clave. • Identificar cuándo es apropiado usar TCP o UDP y proveer ejemplos de aplicaciones que usan cada protocolo.
Proposito de la capa de Transporte
La capa de Transporte permite la segmentación de datos y brinda el control necesario para reensamblar las partes dentro de los distintos streams de comunicación. Las responsabilidades principales que debe cumplir son: • seguimiento de la comunicación individual entre aplicaciones en los hosts origen y destino, • segmentación de datos y gestión de cada porción, • reensamble de segmentos en flujos de datos de aplicación, e • identificación de las diferentes aplicaciones.
Seguimiento de Conversaciones individuales
Cualquier host puede tener múltiples aplicaciones que se están comunicando a través de la red. Cada una de estas aplicaciones se comunicará con una o más aplicaciones en hosts remotos. Es responsabilidad de la capa de Transporte mantener los diversos streams de comunicación entre estas aplicaciones.
Debido a que cada aplicación genera un stream de datos para enviar a una aplicación remota, estos datos deben prepararse para ser enviados por los medios en partes manejables. Los protocolos de la capa de Transporte describen los servicios que segmentan estos datos de la capa de Aplicación. Esto incluye la encapsulación necesaria en cada sección de datos. Cada sección de datos de aplicación requiere que se agreguen encabezados en la capa de Transporte para indicar la comunicación a la cual está asociada.
En el host de recepción, cada sección de datos puede ser direccionada a la aplicación adecuada. Además, estas secciones de datos individuales también deben reconstruirse para generar un stream completo de datos que sea útil para la capa de Aplicación. Los protocolos de la capa de Transporte describen cómo se utiliza la información de encabezado de dicha capa para reensamblar las secciones de datos en streams y enviarlas a la capa de Aplicación.
Para poder transferir los streams de datos a las aplicaciones adecuadas, la capa de Transporte debe identificar la aplicación de destino. Para lograr esto, la capa de Transporte asigna un identificador a la aplicación. Los protocolos TCP/IP denominan a este identificador número de puerto. A todos los procesos de software que requieran acceder a la red se les asigna un número de puerto exclusivo en ese host. Este número de puerto se utiliza en el encabezado de la capa de Transporte para indicar con qué aplicación está asociada esa sección de datos. La capa de Transporte es el enlace entre la capa de Aplicación y las capas inferiores, que son responsables de la transmisión en la red. Esta capa acepta datos de distintas conversaciones y los transfiere a las capas inferiores como secciones manejables que puedan ser eventualmente multiplexadas a través del medio. Las aplicaciones no necesitan conocer los detalles de operación de la red en uso. Las aplicaciones generan datos que se envían desde una aplicación a otra sin tener en cuenta el tipo de host destino, el tipo de medios sobre los que los datos deben viajar, el paso tomado por los datos, la congestión en un enlace o el tamaño de la red. Además, las capas inferiores no tienen conocimiento de que existen varias aplicaciones que envían datos en la red. Su responsabilidad es entregar los datos al dispositivo adecuado. Luego la capa de Transporte ordena esta secciones antes de entregarlas a la aplicación adecuada.
Los requerimientos de datos varían
Debido a que las distintas aplicaciones poseen distintos requerimientos, existen varios protocolos de la capa de Transporte. Para algunas aplicaciones, los segmentos deben llegar en una secuencia específica de manera que puedan ser procesados en forma exitosa. En algunos casos, todos los datos deben recibirse para ser utilizados por cualquiera de las mismas. En otros casos, una aplicación puede tolerar cierta pérdida de datos durante la transmisión a través de la red. En las redes convergentes actuales, las aplicaciones con distintas necesidades de transporte pueden comunicarse en la misma red. Los distintos protocolos de la capa de Transporte poseen distintas reglas que permiten que los dispositivos gestionen los diversos requerimientos de datos. Algunos protocolos proporcionan sólo las funciones básicas para la entrega eficiente de las secciones de datos entre las aplicaciones adecuadas. Estos tipos de protocolos son útiles para aquellas aplicaciones cuyos datos son sensibles a las demoras.
Otros protocolos de la capa de Transporte describen procesos que brindan funciones adicionales, como asegurar la entrega confiable entre las aplicaciones. Si bien estas funciones adicionales proveen una comunicación más sólida entre aplicaciones de la capa de Transporte, representan la necesidad de utilizar recursos adicionales y generan un mayor número de demandas en la red.
Separación de comunicaciones múltiples
Considere una computadora conectada a una red que recibe y envía e-mails y mensajes instantáneos, explora sitios Web y realiza una llamada telefónica de VoIP de manera simultánea. Cada una de estas aplicaciones envía y recibe datos en la red al mismo tiempo. Sin embargo, los datos de la llamada telefónica no se direccionan al explorador Web y el texto de un mensaje instantáneo no aparece en el e-mail. Además, los usuarios precisan que un e-mail o una página Web sean recibidos y presentados de manera completa para que la información sea considerada útil. Las demoras leves se consideran aceptables para asegurar que se reciba y presente la información completa. Por el contrario, la pérdida ocasional de pequeñas partes de una conversación telefónica puede considerarse aceptable. Se puede inferir la parte de audio perdida del contexto de la conversación o se puede solicitar a la otra persona que repita lo que dijo. Es preferible esto último a las demoras que se producirían si se solicita a la red que gestione y vuelva a enviar los segmentos perdidos. En este ejemplo, el usuario, no la red, gestiona el reenvío o reemplazo de información que falta.
Como se explicó en un capítulo anterior, el envío de algunos tipos de datos, un vídeo por ejemplo, a través de la red como un stream de comunicación completa puede impedir que se produzcan otras comunicaciones al mismo tiempo. También hace dificultosa la recuperación de errores y la retransmisión de datos dañados. La división de los datos en partes pequeñas y el envío de estas partes desde el origen hacia el destino permiten que se puedan entrelazar (multiplexar) distintas comunicaciones en la misma red. La segmentación de los datos, que cumple con los protocolos de la capa de Transporte, proporciona los medios para enviar y recibir datos cuando se ejecutan varias aplicaciones de manera concurrente en una computadora. Sin segmentación, sólo una aplicación, la corriente de vídeo por ejemplo, podría recibir datos. No se podrían recibir correos electrónicos, chats ni mensajes instantáneos ni visualizar páginas Web y ver un vídeo al mismo tiempo. En la capa de Transporte, cada conjunto de secciones en particular que fluyen desde una aplicación de origen a una de destino se conoce como conversación. Para identificar todos los segmentos de datos, la capa de Transporte agrega un encabezado a la sección que contiene datos binarios. Este encabezado contiene campos de bits. Son los valores de estos campos los que permiten que los distintos protocolos de la capa de Transporte lleven a cabo las diversas funciones.
Las funciones principales especificadas por todos los protocolos de la capa de Transporte incluyen: Segmentación y reensamblaje: La mayoría de las redes poseen una limitación en cuanto a la cantidad de datos que pueden incluirse en una única PDU (Unidad de datos del protocolo). La capa de Transporte divide los datos de aplicación en bloques de datos de un tamaño adecuado. En el destino, la capa de Transporte reensambla los datos antes de enviarlos a la aplicación o servicio de destino. Multiplexación de conversaciones: Pueden existir varias aplicaciones o servicios ejecutándose en cada host de la red. A cada una de estas aplicaciones o servicios se les asigna una dirección conocida como puerto para que la capa de Transporte pueda determinar con qué aplicación o servicio se identifican los datos. Además de utilizar la información contenida en los encabezados para las funciones básicas de segmentación y reensamblaje de datos, algunos protocolos de la capa de Transporte proveen: • conversaciones orientadas a la conexión,
entrega confiable, reconstrucción ordenada de datos, y control del flujo.
Establecimiento de una sesión
La capa de Transporte puede brindar esta orientación a la conexión creando una sesión entre las aplicaciones. Estas conexiones preparan las aplicaciones para que se comuniquen entre sí antes de que se transmitan los datos. Dentro de estas sesiones, se pueden gestionar de cerca los datos para la comunicación entre dos aplicaciones.
Por varias razones, es posible que una sección de datos se corrompa o se pierda por completo a medida que se transmite a través de la red. La capa de Transporte puede asegurar que todas las secciones lleguen a destino al contar con el dispositivo de origen para volver a transmitir los datos que se hayan perdido.
Entrega en el mismo orden
Ya que las redes proveen rutas múltiples que pueden poseer distintos tiempos de transmisión, los datos pueden llegar en el orden incorrecto. Al numerar y secuenciar los segmentos, la capa de Transporte puede asegurar que los mismos se reensamblen en el orden adecuado.
Los hosts de la red cuentan con recursos limitados, como memoria o ancho de banda. Cuando la capa de Transporte advierte que estos recursos están sobrecargados, algunos protocolos pueden solicitar que la aplicación que envía reduzca la velocidad del flujo de datos. Esto se lleva a cabo en la capa de Transporte regulando la cantidad de datos que el origen transmite como grupo. El control del flujo puede prevenir la pérdida de segmentos en la red y evitar la necesidad de retransmisión. Estos servicios se describirán con más detalle a medida que se expliquen los protocolos en este capítulo.
Soporte de comunicación confiable
Cabe recordar que la función principal de la capa de Transporte es administrar los datos de aplicación para las conversaciones entre hosts. Sin embargo, las diferentes aplicaciones tienen diferentes requerimientos para sus datos y, por lo tanto, se han desarrollado diferentes protocolos de Transporte para satisfacer estos requerimientos. Un protocolo de la capa de Transporte puede implementar un método para asegurar la entrega confiable de los datos. En términos de redes, confiabilidad significa asegurar que cada sección de datos que envía el origen llegue al destino. En la capa de Transporte, las tres operaciones básicas de confiabilidad son: • seguimiento de datos transmitidos, • acuse de recibo de los datos recibidos, y • retransmisión de cualquier dato sin acuse de recibo. Esto requiere que los procesos de la capa de Transporte de origen mantengan el seguimiento de todas las porciones de datos de cada conversación y retransmitan cualquiera de los datos que no dieron acuse de recibo por el destino. La capa de Transporte del host de recepción también debe rastrear los datos a medida que se reciben y reconocer la recepción de los datos. Estos procesos de confiabilidad generan un uso adicional de los recursos de la red debido al reconocimiento, rastreo y retransmisión. Para admitir estas operaciones de confiabilidad se intercambian más datos de control entre los hosts emisores y receptores. Esta información de control está contenida en el encabezado de la Capa 4. Esto genera un equilibrio ("trade-off") entre el valor de confiabilidad y la carga que representa para la red. Los desarrolladores de aplicaciones deben elegir qué tipo de protocolo de transporte es adecuado en base a los requerimientos de sus aplicaciones. En la capa de Transporte, existen protocolos que especifican métodos para entrega confiable, garantizada o de máximo esfuerzo. En el contexto de las redes, la entrega de máximo esfuerzo se considera no confiable, ya que no existe acuse de recibo de que los datos hayan llegado al destino.
Determinación de la necesidad de confiabilidad
Las aplicaciones, como bases de datos, las páginas Web y los e-mails, requieren que todos los datos enviados lleguen al destino en su condición original, de manera que los mismos sean útiles. Todos los datos perdidos pueden corromper una comunicación y dejarla incompleta o ilegible. Por lo tanto, estas aplicaciones se diseñan para utilizar un protocolo de capa de Transporte que implemente la confiabilidad. El uso de recursos de red adicionales se considera necesario para estas aplicaciones.
Otras aplicaciones son más tolerantes en lo que se refiere a la pérdida de pequeñas cantidades de datos. Por ejemplo, si uno o dos segmentos de un stream de vídeo no llegan al destino, sólo generará una interrupción momentánea en el stream. Esto puede representar distorsión en la imagen pero quizás ni sea advertido por el usuario. mponer el uso de recursos adicionales para asegurar la confiabilidad para esta aplicación puede reducir la utilidad de la misma. La imagen en un streaming vídeo se degradaría en gran medida si el dispositivo de destino tuvo que dar cuenta de los datos perdidos y demorar el stream mientras espera que lleguen. Es conveniente proporcionar la mejor imagen posible al momento en que llegan los segmentos y renunciar a la confiabilidad. Si por algún motivo se requiere confiabilidad, estas aplicaciones pueden proveer verificación de errores y solicitudes de retransmisión.
Los dos protocolos más comunes de la capa de Transporte del conjunto de protocolos TCP/IP son el Protocolo de control de transmisión (TCP) y el Protocolos de datagramas de usuario (UDP). Ambos protocolos gestionan la comunicación de múltiples aplicaciones. Las diferencias entre ellos son las funciones específicas que cada uno implementa.
Protocolo de datagramas de usuario (UDP)
UDP es un protocolo simple, sin conexión, descrito en la RFC 768. Cuenta con la ventaja de proveer la entrega de datos sin utilizar muchos recursos. Las porciones de comunicación en UDP se llaman datagramas. Este protocolo de la capa de Transporte envía estos datagramas como "mejor intento". Entre las aplicaciones que utilizan UDP se incluyen: • • • sistema de nombres de dominios (DNS), streaming de vídeo, y Voz sobre IP (VoIP).
Protocolo de control de transmisión (TCP)
TCP es un protocolo orientado a la conexión, descrito en la RFC 793. TCP incurre en el uso adicional de recursos para agregar funciones. Las funciones adicionales especificadas por TCP están en el mismo orden de entrega, son de
entrega confiable y de control de flujo. Cada segmento de TCP posee 20 bytes de carga en el encabezado, que encapsulan los datos de la capa de Aplicación, mientras que cada segmento UDP sólo posee 8 bytes de carga. Ver la figura para obtener una comparación. Las aplicaciones que utilizan TCP son: • • • exploradores Web, e-mail, y transferencia de archivos
Direccionamiento del puerto
Identificación de las conversaciones
Considere el ejemplo anterior de una computadora que recibe y envía e-mails, mensajes instantáneos, páginas Web y llamadas telefónicas VoIP de manera simultánea. Los servicios basados en TCP y UDP mantienen un seguimiento de las varias aplicaciones que se comunican. Para diferenciar los segmentos y datagramas para cada aplicación, tanto TCP como UDP cuentan con campos de encabezado que pueden identificar de manera exclusiva estas aplicaciones. Estos identificadores únicos son los números de los puertos. En el encabezado de cada segmento o datagrama hay un puerto de origen y destino. El número de puerto de origen es el número para esta comunicación asociado con la aplicación que origina la comunicación en el host local. El número de puerto de destino es el número para esta comunicación asociado con la aplicación de destino en el host remoto. Los números de puerto se asignan de varias maneras, en función de si el mensaje es una solicitud o una respuesta. Mientras que los procesos en el servidor poseen números de puertos estáticos asignados a ellos, los clientes eligen un número de puerto de forma dinámica para cada conversación. Cuando una aplicación de cliente envía una solicitud a una aplicación de servidor, el puerto de destino contenido en el encabezado es el número de puerto que se asigna al daemon de servicio que se ejecuta en el host remoto. El software del cliente debe conocer el número de puerto asociado con el proceso del servidor en el host remoto. Este número de puerto de destino se puede configurar, ya sea de forma predeterminada o manual. Por ejemplo, cuando una aplicación de explorador Web realiza una solicitud a un servidor Web, el explorador utiliza TCP y el número de puerto 80 a menos
que se especifique otro valor. Esto sucede porque el puerto TCP 80 es el puerto predeterminado asignado a aplicaciones de servidores Web. Muchas aplicaciones comunes tienen asignados puertos predeterminados. El puerto de origen del encabezado de un segmento o datagrama de un cliente se genera de manera aleatoria. Siempre y cuando no entre en conflicto con otros puertos en uso en el sistema, el cliente puede elegir cualquier número de puerto. El número de puerto actúa como dirección de retorno para la aplicación que realiza la solicitud. La capa de Transporte mantiene un seguimiento de este puerto y de la aplicación que generó la solicitud, de manera que cuando se devuelva una respuesta, pueda ser enviada a la aplicación correcta. El número de puerto de la aplicación que realiza la solicitud se utiliza como número de puerto de destino en la respuesta que vuelve del servidor. La combinación del número de puerto de la capa de Transporte y de la dirección IP de la capa de Red asignada al host identifica de manera exclusiva un proceso en particular que se ejecuta en un dispositivo host específico. Esta combinación se denomina socket. Eventualmente, los términos número de puerto y socket se utilizan en forma indistinta. En el contexto de este curso, el término socket hace referencia sólo a la combinación exclusiva de dirección IP y número de puerto. Un par de sockets, que consiste en las direcciones IP y los números de puerto de origen y de destino, también es exclusivo e identifica la conversación entre dos hosts. Por ejemplo, una solicitud de página Web HTTP que se envía a un servidor Web (puerto 80) y que se ejecuta en un host con una dirección IPv4 de Capa 3 192.168.1.20 será destinada al socket 192.168.1.20:80. Si el explorador Web que solicita la página Web se ejecuta en el host 192.168.100.48 y el número de puerto dinámico asignado al explorador Web es 49.152, el socket para la página Web será 192.168.100.48:49152.
La Autoridad de números asignados de Internet (IANA) asigna números de puerto. IANA es un organismo de estándares responsable de la asignación de varias normas de direccionamiento. Existen distintos tipos de números de puerto: Puertos bien conocidos (Números del 0 al 1 023): estos números se reservan para servicios y aplicaciones. Por lo general, se utilizan para aplicaciones como HTTP (servidor Web), POP3/SMTP (servidor de e-mail) y Telnet. Al definir estos puertos conocidos para las aplicaciones del servidor, las aplicaciones del cliente pueden ser programadas para solicitar una conexión a un puerto específico y su servicio asociado. Puertos Registrados (Números 1024 al 49151): estos números de puertos están asignados a procesos o aplicaciones del usuario. Estos procesos son principalmente aplicaciones individuales que el usuario elige instalar en lugar de aplicaciones comunes que recibiría un puerto bien conocido. Cuando no se utilizan para un recurso del servidor, estos puertos también pueden utilizarse si un usuario los selecciona de manera dinámica como puerto de origen.
Puertos dinámicos o privados (Números del 49 152 al 65 535): también conocidos como puertos efímeros, suelen asignarse de manera dinámica a aplicaciones de cliente cuando se inicia una conexión. No es muy común que un cliente se conecte a un servicio utilizando un puerto dinámico o privado (aunque algunos programas que comparten archivos punto a punto lo hacen). Utilización de los dos protocolos TCP y UDP Algunas aplicaciones pueden utilizar los dos protocolos: TCP y UDP. Por ejemplo, el bajo gasto de UDP permite que DNS atienda rápidamente varias solicitudes de clientes. Sin embargo, a veces el envío de la información solicitada puede requerir la confiabilidad de TCP. En este caso, el número 53 de puerto conocido es utilizado por ambos protocolos con este servicio. Enlaces Se puede encontrar un lista actual de números de puertos en http://www.iana.org/assignments/port-numbers.
A veces es necesario conocer las conexiones TCP activas que están abiertas y en ejecución en el host de red. Netstat es una utilidad de red importante que puede usarse para verificar esas conexiones. Netstat indica el protocolo en uso, la dirección y el número de puerto locales, la dirección y el número de puerto ajenos y el estado de la conexión. Las conexiones TCP no descritas pueden representar una importante amenaza a la seguridad. Esto se debe a que pueden indicar que algo o alguien está conectado al host local. Además, las conexiones TCP innecesarias pueden consumir recursos valiosos del sistema y por lo tanto disminuir el rendimiento del host. Netstat debe utilizarse para determinar las conexiones abiertas de un host cuando el rendimiento parece estar comprometido. Existen muchas opciones útiles para el comando netstat.
Segmentación y reensamblaje: Divide y vencerás
Un capítulo anterior explicaba cómo se construyen las PDU enviando datos de una aplicación a través de los varios protocolos para crear una PDU que luego se transmita en el medio. En el host de destino, este proceso se invierte hasta que los datos puedan enviarse a la aplicación. Algunas aplicaciones transmiten grandes cantidades de datos; en algunos casos, varios gigabytes. Resultaría poco práctico enviar todos estos datos en una sola gran sección. No puede transmitirse ningún otro tráfico de red mientras se envían estos datos. Una gran sección de datos puede tardar minutos y hasta horas en enviarse. Además, si hubiera algún error, el archivo de datos completo se perdería o tendría que ser reenviado. Los dispositivos de red no cuentan con buffers de memoria lo suficientemente grandes como para almacenar esa cantidad de datos durante la transmisión o recepción. El límite varía en función de la tecnología de la red y del medio físico específico que se utiliza. Dividir los datos de aplicación en secciones garantiza que los datos se transmitan dentro de los límites del medio y que los datos de distintas aplicaciones puedan ser multiplexados en el medio. TCP y UDP gestionan la segmentación de forma distinta. Con TCP, cada encabezado de segmento contiene un número de secuencia. Este número de secuencia permite que las funciones de la capa de Transporte del host de destino reensamblen los segmentos en el mismo orden en el que fueron transmitidos. Esto asegura que la aplicación de destino cuente con los datos en la forma exacta en la que se enviaron. A pesar de que los servicios que utilizan UDP también rastrean las conversaciones entre aplicaciones, no tienen en cuenta el orden en el que se transmitió la información ni el mantenimiento de la conexión. No existe número de secuencia en el encabezado UDP. UDP es un diseño simple y genera menos carga que TCP, lo que produce una transferencia de datos más rápida. La información puede llegar en un orden distinto al que fue transmitida, ya que los paquetes pueden tomar diversas rutas a través de la red. Una aplicación que utiliza UDP debe tolerar el hecho de que los datos no lleguen en el orden en el que fueron enviados.
Protocolo TCP: Comunicación con confiabilidad
TCP: Como generar conversaciones confiables
La diferencia clave entre TCP y UDP es la confiabilidad
La confiabilidad de la comunicación TCP se lleva a cabo utilizando sesiones orientadas a la conexión. Antes de que un host que utiliza TCP envíe datos a otro host, la capa de Transporte inicia un proceso para crear una conexión con el destino. Esta conexión permite el rastreo de una sesión o stream de comunicación entre los hosts. Este proceso asegura que cada host tenga conocimiento de la comunicación y se prepare. Una conversación TCP completa requiere el establecimiento de una sesión entre los hosts en ambas direcciones. Luego de establecida la sesión, el destino envía acuses de recibo al origen por los segmentos que recibe. Estos acuses de recibo forman la base de la confiabilidad dentro de la sesión TCP. Cuando el origen recibe un acuse de recibo, reconoce que los datos se han entregado con éxito y puede dejar de rastrearlos. Si el origen no recibe el acuse de recibo dentro de un tiempo predeterminado, retransmite esos datos al destino. Parte de la carga adicional que genera el uso de TCP es el tráfico de red generado por los acuses de recibo y las retransmisiones. El establecimiento de las sesiones genera cargas en forma de segmentos adicionales intercambiados. También existen cargas adicionales en los hosts individuales, generadas por la necesidad de mantener un seguimiento de los segmentos que esperan acuse de recibo y por el proceso de retransmisión. Esta confiabilidad se logra contando con campos en el segmento TCP, cada uno con una función específica, como se muestra en la figura. Estos campos se explicarán más adelante en esta sección.
Procesos del servidor TCP
Como se explicó en el capítulo anterior, los procesos de aplicación se ejecutan en servidores. Estos procesos esperan hasta que un cliente inicie comunicación con una solicitud de información o de otros servicios. Cada proceso de aplicación que se ejecuta en el servidor es configurado por el administrador del sistema para utilizar un número de puerto, de forma predeterminada o manual. Un servidor individual no puede tener dos servicios asignados al mismo número de puerto dentro de los mismos servicios de la capa de Transporte. Un host que ejecuta una aplicación de servidor Web y una de transferencia de archivos no puede configurar ambas para utilizar el mismo puerto (por ejemplo, el puerto TCP 8.080). Cuando una aplicación de servidor activa se asigna a un puerto específico, este puerto se considera "abierto" para el servidor. Esto significa que la capa de Transporte acepta y procesa segmentos direccionados a ese puerto. Toda solicitud entrante de un cliente direccionada al socket correcto es aceptada y los datos se envían a la aplicación del servidor. Pueden existir varios puertos simultáneos abiertos en un servidor, uno
para cada aplicación de servidor activa. Es común que un servidor provea más de un servicio, como un servidor Web y un servidor FTP, al mismo tiempo. Una manera de mejorar la seguridad en un servidor es restringir el acceso al servidor a sólo aquellos puertos asociados con los servicios y aplicaciones accesibles a solicitantes autorizados. La figura muestra la asignación típica de puertos de origen y destino en operaciones de cliente o servidor TCP.
Establecimiento y finalización de la conexión TCP
Cuando dos hosts se comunican utilizando TCP, se establece una conexión antes de que puedan intercambiarse los datos. Luego de que se completa la comunicación, se cierran las sesiones y la conexión finaliza. Los mecanismos de conexión y de sesión habilitan la función de confiabilidad de TCP. Ver la figura para observar los pasos para establecer y finalizar una conexión TCP. El host rastrea cada segmento de datos dentro de una sesión e intercambia información sobre los datos recibidos por cada host a través de la información del encabezado TCP. Cada conexión representa dos streams de comunicación de una vía o sesiones. Para establecer la conexión los hosts realizan un intercambio de señales de tres vías. Los bits de control en el encabezado TCP indican el progreso y estado de la conexión. Enlace de tres vías: • Establece que el dispositivo de destino esté presente en la red. • Verifica que el dispositivo de destino tenga un servicio activo y esté aceptando las peticiones en el número de puerto de destino que el cliente que lo inicia intente usar para la sesión.
Informa al dispositivo de destino que el cliente de origen intenta establecer una sesión de comunicación en ese número de puerto.
En conexiones TCP, el host que brinde el servicio como cliente inicia la sesión al servidor. Los tres pasos para el establecimiento de una conexión TCP son: 1. El cliente que inicia la conexión envía un segmento que contiene un valor de secuencia inicial, que actúa como solicitud para el servidor para comenzar una sesión de comunicación. 2. El servidor responde con un segmento que contiene un valor de reconocimiento igual al valor de secuencia recibido más 1, además de su propio valor de secuencia de sincronización. El valor es uno mayor que el número de secuencia porque el ACK es siempre el próximo Byte u Octeto esperado. Este valor de reconocimiento permite al cliente unir la respuesta al segmento original que fue enviado al servidor. 3. El cliente que inicia la conexión responde con un valor de reconocimiento igual al valor de secuencia que recibió más uno. Esto completa el proceso de establecimiento de la conexión. Para entender el proceso de enlace de tres vías, es importante observar los distintos valores que intercambian los dos hosts. Dentro del encabezado del segmento TCP, existen seis campos de 1 bit que contienen información de control utilizada para gestionar los procesos de TCP. Estos campos son los siguientes: URG: Urgente campo de señalizador significativo, ACK: Campo significativo de acuse de recibo, PSH: Función de empuje, RST: Reconfiguración de la conexión, SYN: Sincronizar números de secuencia, FIN: No hay más datos desde el emisor. A estos campos se los denomina señaladores porque el valor de uno de estos campos es sólo de 1 bit, entonces tiene sólo dos valores: 1 ó 0. Si el valor del bit se establece en 1, indica la información de control que contiene el segmento. Si se utiliza un proceso de cuatro pasos, los señalizadores se intercambian para finalizar la conexión TCP.
Protocolo TCP de enlace de tres vias
Con los resultados Wireshark, podrá examinar el funcionamiento del protocolo TCP de enlace de tres vías:
Un cliente TCP comienza el enlace de tres vías enviando un segmento con el señalizador de control SYN (Sincronizar números de secuencia) establecido, indicando un valor inicial en el campo de número de secuencia del encabezado. Este valor inicial para el número de secuencia, conocido como número de secuencia inicial (ISN), se elige de manera aleatoria y se utiliza para comenzar a rastrear el flujo de datos desde el cliente al servidor para esta sesión. El ISN en el encabezado de cada segmento se incrementa en uno por cada byte de datos enviados desde el cliente hacia el servidor mientras continúa la conversación de datos. Como se muestra en la figura, el resultado de un analizador de protocolos muestra el señalizador de control SYN y el número de secuencia relativa. Se establece el señalizador de control SYN y el número de secuencia relativa en 0. A pesar de que el analizador de protocolos en el gráfico indica los valores relativos para los números de secuencia y de acuse de recibo, los valores reales son números binarios de 32 bits. Se pueden determinar los números reales enviados en los encabezados de los segmentos examinando el panel de bytes del paquete. Aquí se pueden ver los cuatro bytes representados en hexadecimal.
El servidor TCP necesita reconocer la recepción del segmento SYN del cliente para establecer la sesión de cliente a servidor. Para hacerlo, el servidor envía un segmento al cliente con el señalizador ACK establecido indicando que el número de acuse de recibo es significativo. Con este señalizador establecido en el segmento, el cliente interpreta esto como acuse de recibo de que el servidor ha recibido el SYN del cliente TCP. El valor del número de campo del acuse de recibo es igual al número de secuencia inicial del cliente más 1. Esto establece una sesión desde el cliente al servidor. El señalizador ACK permanecerá establecido para mantener el equilibrio de la sesión. Cabe recordar que la conversación entre el cliente y el servidor está compuesta en realidad por dos sesiones de una vía: una del cliente al servidor y la otra del servidor al cliente. En este segundo paso del enlace de tres vías, el servidor debe iniciar la respuesta del servidor al cliente. Para comenzar esta sesión, el servidor utiliza el
señalizador SYN de la misma manera en que lo hizo el cliente. Establece el señalizador de control SYN en el encabezado para establecer una sesión del servidor al cliente. El señalizador SYN indica que el valor inicial del campo de número de secuencia se encuentra en el encabezado. Este valor se utilizará para rastrear el flujo de datos en esta sesión del servidor al cliente. Como se muestra en la figura, el resultado del analizador de protocolos muestra que están establecidos los señalizadores de control ACK y SYN y se muestran los números relativos de secuencia y reconocimiento.
Por último, el cliente TCP responde con un segmento que contiene un ACK que actúa como respuesta al SYN de TCP enviado por el servidor. No existen datos de usuario en este segmento. El valor del campo número de acuse de recibo contiene uno más que el número de secuencia inicial recibido del servidor. Una vez establecidas ambas sesiones entre el cliente y el servidor, todos los segmentos adicionales que se intercambien en la comunicación tendrán establecido el señalizador ACK. Como se muestra en la figura, el resultado del analizador de protocolos muestra el señalizador de control ACK establecido y se muestran los números relativos de secuencia y reconocimiento. Se puede añadir seguridad a la red de datos de la siguiente manera: • denegar el establecimiento de sesiones TCP, • sólo permitir sesiones para ser establecidas por servicios específicos, o • sólo permitir tráfico como parte de sesiones ya establecidas. Esta segurdiad puede implementarse para todas las sesiones o sólo para las sesiones seleccionadas.
Terminación de la sesión TCP
Para cerrar la conexión se debe establecer el señalizador de control FIN (Finalizar) en el encabezado del segmento. Para finalizar todas las sesiones TCP de una vía, se utiliza un enlace de dos vías, que consta de un segmento FIN y un segmento ACK. Por lo tanto, para terminar una conversación simple admitida por TCP, se requieren cuatro intercambios para finalizar ambas sesiones. Nota: En esta explicación se usan los términos cliente y servidor como referencia por simplicidad pero la finalización del proceso puede ser iniciada por cualquiera de los dos hosts que completen la sesión: 1. Cuando el cliente no tiene más datos para enviar al stream, envía un segmento con el señalizador FIN establecido. 2.El servidor envía un ACK para acusar recibo de Fin y terminar la sesión del cliente al servidor. 3. El servidor envía un FIN al cliente para finalizar la sesión del servidor al cliente. 4. El cliente responde con un ACK para dar acuse de recibo de FIN desde el servidor. Cuando la finalización de sesión del cliente no tiene más datos para transferir, establece el señalizador FIN en el encabezado de un segmento. Luego, el servidor finaliza la conexión y envía un segmento normal que contiene datos con el señalizador ACK establecido utilizando el número de acuse de recibo, confirmando así que se han recibido todos los bytes de datos. Cuando se produce el acuse de recibo de todos los segmentos, se cierra la sesión. La sesión en la otra dirección se cierra mediante el mismo proceso. El receptor indica que no existen más datos para enviar estableciendo el señalizador FIN en el encabezado del segmento enviado al origen. Un acuse de recibo de retorno confirma que todos los bytes de datos han sido recibidos y, por lo tanto, se ha cerrado la sesión. Como se muestra en la figura, los señalizadores de control FIN y ACK se establecen en el encabezado del segmento, cerrando por lo tanto la sesión HTTP. También es posible terminar la conexión mediante un enlace de tres vías. Cuando el cliente no posee más datos para enviar, envía un señalizador FIN al servidor. Si el servidor tampoco tiene más datos para enviar, puede responder con los señalizadores FIN y ACK, combinando dos pasos en uno. El cliente responde con un ACK.
Administración de las sesiones TCP
Reensamblaje de segmentos TCP
Resecuenciamiento de segmentos al orden transmitido
Cuando los servicios envían datos utilizando TCP, los segmentos pueden llegar a destinos desordenados. Para que el receptor comprenda el mensaje original, los datos en estos segmentos se reensamblan en el orden original. Para lograr esto, se asignan números de secuencia en el encabezado de cada paquete. Durante la configuración de la sesión, se establece un número de secuencia inicial (ISN). Este número de secuencia inicial representa el valor de inicio para los bytes de esta sesión que se transmitirán a la aplicación receptora. A medida que se transmiten los datos durante la sesión, el número de secuencia se incrementa en el número de bytes que se han transmitido. Este rastreo de bytes de datos permite que cada segmento se identifique y se envíe acuse de recibo de manera exclusiva. Se pueden identificar segmentos perdidos. Los números de secuencia de segmento permiten la confiabilidad indicando cómo reensamblar y reordenar los segmentos recibidos, como se muestra en la figura. El proceso TCP receptor coloca los datos del segmento en un búfer de recepción. Los segmentos se colocan en el orden de número de secuencia adecuado y se pasa a la capa de Aplicación cuando son reensamblados. Todos los segmentos que llegan con números de secuencia no contiguos se mantienen para su procesamiento posterior. Luego, se procesan los segmentos cuando llegan con los bytes perdidos.
Acuse de recibo de TCP con uso de ventanas
Confirmación de recepción de segmentos
Una de las funciones de TCP es asegurar que cada segmento llegue a su destino. Los servicios TCP en el host de destino envían a la aplicación de origen un acuse de recibo de los datos recibidos. El número de secuencia y el número de acuse de recibo del encabezado del segmento se utilizan para confirmar la recepción de los bytes de datos contenidos en los segmentos. El número de secuencia es el número relativo de bytes que ha sido transmitido en esta sesión más 1 (que es el número del primer byte de datos en el segmento actual). TCP utiliza el número de reconocimiento en segmentos que se vuelven a enviar al origen para indicar el próximo byte de esta sesión que espera el receptor. Esto se llama acuse de recibo de expectativa. Se le informa al origen que el destino ha recibido todos los bytes de este stream de datos, pero sin incluir, el byte especificado por el número de acuse de recibo. Se espera que el host emisor envíe un segmento que utiliza un número de secuencia igual al número de acuse de recibo.
Recuerde que cada conexión se representa en realidad por dos sesiones de una vía. Los números de secuencia y de acuse de recibo se intercambian en ambas direcciones. En el ejemplo de la figura, el host en la izquierda envía datos al host de la derecha. Envía un segmento que contiene 10 bytes de datos para esta sesión y un número de secuencia igual a 1 en el encabezado. El host receptor de la derecha recibe el segmento en la Capa 4 y determina que el número de secuencia es 1 y que posee 10 bytes de datos. Luego el host envía un segmento de vuelta al host de la izquierda para acusar recibo de estos datos. En este segmento, el host establece el número de acuse de recibo en 11 para indicar que el próximo byte de datos que espera recibir en esta sesión es el byte número 11. Cuando el host emisor de la izquierda recibe este acuse de recibo, puede enviar el próximo segmento que contiene datos para esta sesión a partir del byte 11. Observando este ejemplo, si el host emisor tuviera que esperar el acuse de recibo por la recepción de cada uno de los 10 bytes, la red estaría demasiado sobrecargada. Para reducir la sobrecarga de estos acuses de recibo, los segmentos de datos múltiples pueden enviarse previamente y ser reconocidos con un mensaje TCP simple en la dirección opuesta. Este reconocimiento contiene un número de acuse de recibo en base al número total de bytes recibidos en la sesión. Por ejemplo, si se comienza con un número de secuencia 2000, si se reciben 10 segmentos de 1000 bytes cada uno, se devolverá al origen un número de reconocimiento igual a 12001. La cantidad de datos que un origen puede transmitir antes de que un acuse de recibo deba ser recibido se denomina tamaño de la ventana. El tamaño de la ventana es un campo en el encabezado TCP que permite la administración de datos perdidos y el control del flujo.
Retransmisión de TCP
Manejo de la pérdida de segmentos
Por óptimo que sea el diseño de una red, siempre se producirán pérdidas ocasionales de datos. Por lo tanto, TCP cuenta con métodos para gestionar dichas pérdidas de segmentos. Entre los mismos existe un mecanismo para retransmitir segmentos con datos no reconocidos. Un servicio de host de destino que utiliza TCP, por lo general sólo reconoce datos para secuencias de bytes contiguas. Si uno o más segmentos se pierden, sólo se acusa recibo de los datos de los segmentos que completan el stream.
Por ejemplo, si se reciben los segmentos con números de secuencia de 1500 a 3000 y de 3400 a 3500, el número de acuse de recibo será 3001. Esto sucede porque existen segmentos con números de secuencia de 3001 a 3399 que no se recibieron. Cuando TCP en el host de origen no recibe un acuse de recibo pasado un tiempo predeterminado, volverá al último número de acuse de recibo que recibió y retransmitirá los datos a partir de éste. El proceso de retransmisión no es especificado por RFC, sino que depende de la implementación de TCP en particular. Para una implementación de TCP típica, un host puede transmitir un segmento, colocar una copia del segmento en una cola de retransmisión e iniciar un temporizador. Cuando se recibe el acuse de recibo de los datos, se elimina el segmento de la cola. Si no se recibe el acuse de recibo antes de que el temporizador venza, el segmento es retransmitido. La animación demuestra la retransmisión de segmentos perdidos. Los hosts actuales también suelen emplear una función opcional llamada Acuses de recibo selectivos. Si ambos hosts admiten el Acuse de recibo selectivo, es posible que el destino reconozca los bytes de segmentos discontinuos y el host sólo necesitará retransmitir los datos perdidos.
4.3.4 Control de congestión de TCP: Cómo minimizar la pérdida de segmentos
TCP también provee mecanismos para el control del flujo. El control del flujo contribuye con la confiabilidad de la transmisión TCP ajustando la tasa efectiva de flujo de datos entre los dos servicios de la sesión. Cuando el origen advierte que se recibió la cantidad de datos especificados en los segmentos, puede continuar enviando más datos para esta sesión. El campo Tamaño de la ventana en el encabezado TCP especifica la cantidad de datos que puede transmitirse antes de que se reciba el acuse de recibo. El tamaño de la ventana inicial se determina durante el comienzo de la sesión a través del enlace de tres vías. El mecanismo de retroalimentación de TCP ajusta la tasa de transmisión de datos efectiva al flujo máximo que la red y el dispositivo de destino pueden soportar sin sufrir pérdidas. TCP intenta gestionar la tasa de transmisión de manera que todos los datos se reciban y se reduzcan las retransmisiones.
Ver la figura para obtener una representación simplificada del tamaño de la ventana y los acuses de recibo. En este ejemplo, el tamaño de la ventana inicial para una sesión TCP representada se establece en 3000 bytes. Cuando el emisor transmite 3000 bytes, espera por un acuse de recibo de los mismos antes de transmitir más segmentos para esta sesión. Una vez que el emisor ha recibido este acuse de recibo del receptor, ya puede transmitir 3000 bytes adicionales. Durante la demora en la recepción del acuse de recibo, el emisor no enviará ningún segmento adicional para esta sesión. En los períodos en los que la red está congestionada o los recursos del host receptor están exigidos, la demora puede aumentar. A medida que aumenta esta demora, disminuye la tasa de transmisión efectiva de los datos para esta sesión. La disminución de la tasa de datos ayuda a reducir la contención de recursos.
Reducción del tamaño de la ventana
Otra forma de controlar el flujo de datos es utilizar tamaños dinámicos de ventana. Cuando los recursos de la red son limitados, TCP puede reducir el tamaño de la ventana para lograr que los segmentos recibidos sean reconocidos con mayor frecuencia. Esto disminuye de manera efectiva la tasa de transmisión, ya que el origen espera que los datos sean recibidos con más frecuencia. El host receptor TCP envía el valor del tamaño de la ventana al TCP emisor para indicar el número de bytes que está preparado para recibir como parte de la sesión. Si el destino necesita disminuir la tasa de comunicación debido a limitaciones de memoria del búfer, puede enviar un valor de tamaño de la ventana menor al origen como parte de un acuse de recibo. Como se muestra en la figura, si un host de recepción sufre una congestión, puede responder al host emisor con un segmento con el tamaño de la ventana reducido. En este gráfico, se produjo la pérdida de uno de los segmentos. El receptor cambió el campo ventana en el encabezado de los mensajes devueltos en esta conversación de 3000 a 1500. Esto hizo que el emisor redujera el tamaño de la ventana a 1500. Después de períodos de transmisión sin pérdidas de datos o recursos limitados, el receptor comenzará a aumentar el tamaño de la ventana. Esto reduce la sobrecarga de la red, ya que se requiere enviar menos acuses de recibo. El tamaño de la ventana continuará aumentando hasta que haya pérdida de datos, lo que producirá una disminución del tamaño de la ventana. Estas disminuciones y aumentos dinámicos del tamaño de la ventana representan un proceso continuo en TCP, que determina el tamaño de la ventana óptimo para cada sesión TCP. En redes altamente eficientes, los tamaños de la
ventana pueden ser muy grandes porque no se pierden datos. En redes donde se está estresando la infraestructura subyacente, el tamaño de la ventana probablemente permanecerá pequeño. Enlaces Detalles de las varias características de administración de la congestión de TCP se pueden encontrar en RFC 2581. http://www.ietf.org/rfc/rfc2581.txt
Protocolo UDP: Comunicación con baja sobrecarga
UDP: Baja sobrecarga vs Confiabilidad
UDP es un protocolo simple que provee las funciones básicas de la capa de Transporte. Genera mucho menos sobrecarga que TCP, ya que no es orientado a la conexión y no cuenta con los sofisticados mecanismos de retransmisión, secuenciación y control del flujo. Esto no significa que las aplicaciones que utilizan UDP no sean confiables. Sólo quiere decir que estas funciones no son contempladas por el protocolo de la capa de Transporte y deben implementarse aparte, si fuera necesario. Pese a que es relativamente baja la cantidad total de tráfico UDP que puede encontrarse en una red típica, entre los protocolos principales de la capa de Aplicación que utilizan UDP se incluyen: • sistema de denominación de dominio (DNS), • protocolo simple de administración de red (SNMP), • protocolo de configuración dinámica de host (DHCP), • protocolo de información de enrutamiento (RIP), • protocolo trivial de transferencia de archivos (TFTP), y • juegos en línea. Algunas aplicaciones como los juegos en línea o VoIP pueden tolerar algunas pérdida de datos. Si estas aplicaciones utilizaran TCP, experimentarían largas demoras, ya que TCP detecta la pérdida de datos y los retransmite. Estas demoras serían más perjudiciales para la aplicación que las pequeñas pérdidas de datos. Algunas aplicaciones, como DNS, simplemente reintentan enviar la solicitud si no obtienen respuesta y, por lo tanto, no necesitan TCP para garantizar la entrega del mensaje. La baja sobrecarga de UDP lo hacen deseable para dichas aplicaciones.
Reensamblaje de datagramas de UDP
Ya que UDP opera sin conexión, las sesiones no se establecen antes de que se lleve a cabo la comunicación, como sucede con TCP. Se dice que UDP es basado en transacciones. En otras palabras, cuando una aplicación posee datos para enviar, simplemente los envía. Muchas aplicaciones que utilizan UDP envían pequeñas cantidades de datos que pueden ocupar un segmento. Sin embargo, algunas aplicaciones enviarán cantidades mayores de datos que deben dividirse en varios segmentos. La PDU de UDP se conoce como datagrama, pese a que los términos segmento y datagrama a veces se utilizan de manera indistinta para describir una PDU de la capa de Transporte. Cuando se envían múltiples datagramas a un destino, los mismos pueden tomar rutas distintas y llegar en el orden incorrecto. UDP no mantiene un seguimiento de los números de secuencia de la manera en que lo hace TCP. UDP no puede reordenar los datagramas en el orden de la transmisión. Ver la figura. Por lo tanto, UDP simplemente reensambla los datos en el orden en que se recibieron y los envía a la aplicación. Si la secuencia de los datos es importante para la aplicación, la misma deberá identificar la secuencia adecuada de datos y determinar cómo procesarlos.
Procesos y solicitudes del servidor UDP
Al igual que las aplicaciones basadas en TCP, a las aplicaciones de servidor basadas en UDP se les asigna números de puerto bien conocidos o registrados. Cuando se ejecutan estas aplicaciones o procesos, aceptan los datos que coincidan con el número de puerto asignado. Cuando UDP recibe un datagrama destinado a uno de esos puertos, envía los datos de aplicación a la aplicación adecuada en base a su número de puerto.
Procesos del cliente UDP
Como en TCP, la comunicación cliente/servidor se inicia por una aplicación cliente que solicita datos de un proceso del servidor. El proceso de cliente UDP selecciona al azar un número de puerto del rango dinámico de números de puerto y lo utiliza como puerto de origen para la conversación. El puerto de destino por lo general será el número de puerto bien conocido o registrado asignado al proceso del servidor. Los números de puerto de origen seleccionados al azar colaboran con la seguridad. Si existe un patrón predecible para la selección del puerto de destino, un intruso puede simular el acceso a un cliente de manera más sencilla intentando conectarse al número de puerto que tenga mayor posibilidad de estar abierto. Ya que no se crean sesiones con UDP, tan pronto como los datos están listos para ser enviados y los puertos estén identificados, UDP puede formar el datagrama y enviarlo a la capa de Red para direccionamiento y envío a la red. Cabe recordar que una vez que el cliente ha elegido los puertos de origen y destino, estos mismos puertos se utilizarán en el encabezado de todos los datagramas que se utilicen en la transacción. Para la devolución de datos del servidor al cliente, se invierten los números de puerto de origen y destino en el encabezado del datagrama.
La capa de Transporte satisface las necesidades de las redes de datos mediante: división de datos recibidos desde la aplicación en segmentos, agregado de un encabezado para identificar y administrar cada segmento, uso de la información del encabezado para recomponer los segmentos en datos de aplicación, y paso de los datos ensamblados a la aplicación correcta. UDP y TCP son protocolos comunes de la capa de Transporte. Los datagramas UDP y los segmentos TCP tienen encabezados prefijados a los datos que incluyen un número de puerto origen y un número de puerto destino. Estos números de puertos permiten que los datos sean direccionados a la aplicación correcta que se ejecuta en la computadora de destino. TCP no envía datos a la red hasta que advierte que el destino está preparado para recibirlos. Luego TCP administra el flujo de datos y reenvía todos los segmentos de datos de los que recibió acuse a medida que se reciben en el destino. TCP utiliza mecanismos de enlace, temporizadores y acuses de recibo y uso dinámico de ventanas para llevar a cabo estas funciones confiables. Sin embargo, esta confiabilidad representa cierta sobrecarga en la red en términos de encabezados de segmentos más grandes y mayor tráfico de red entre el origen y el destino que administra el transporte de datos. Si los datos de aplicación necesitan ser entregados a la red de manera rápida o si el ancho de banda de la red no admite la sobrecarga de mensajes de control que se intercambian entre los sistemas de origen y destino, UDP será el protocolo de la capa de Transporte preferido por el desarrollador. Esto es así porque UDP no rastrea ni reconoce la recepción de datagramas en el destino, sólo envía los datagramas recibidos a la capa de Aplicación a medida que llegan, y no reenvía datagramas perdidos. Sin embargo, esto no significa necesariamente que la comunicación no es confiable; puede haber mecanismos en los protocolos y servicios de la capa de Aplicación que procesan datagramas perdidos o demorados si la aplicación cuenta con esos requerimientos. El desarrollador de la aplicación toma una decisión en cuanto al protocolo de la capa de Transporte en base a los requerimientos del usuario. Sin embargo, el desarrollador tiene en cuenta que las otras capas cumplen un rol importante en las comunicaciones de redes de datos y tendrán influencia en el rendimiento.
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