Tema 15: Redes de comunicaciones: TCP/IP y protocolos

Protocolos y direccionamiento en Internet

1. TCP/IP: la suite de protocolos de Internet

TCP/IP es una suite de protocolos (conjunto de protocolos) que constituye la base de las comunicaciones en Internet. No es un virus informático, ni una suite ofimática, ni una extensión de navegador. Es un tipo de protocolo (suite de protocolos de red).

Los dos principales protocolos estándar para recibir correos electrónicos desde un servidor de correo son IMAP y POP3 (no IMAC ni SMPT).

El protocolo FTP es el protocolo de transferencia de archivos entre un ordenador cliente y un servidor.

2. Protocolo HTTP y HTTPS

El protocolo que utilizan para comunicarse un servidor web y un navegador es HTTP (HyperText Transfer Protocol).

El protocolo HTTPS garantiza la integridad y confidencialidad de los datos transmitidos entre el navegador y el servidor. No mejora la estética del sitio ni impide cargar imágenes.

La tecnología que permite asegurar la autenticidad y confidencialidad de los datos en las comunicaciones web actuales es SSL/TLS.

3. Protocolo Telnet

Telnet es un protocolo estándar de nivel de aplicación (modelo OSI) que permite establecer una conexión remota entre un cliente y un servidor. La afirmación incorrecta sobre Telnet es que sea seguro: la conexión Telnet no está cifrada y no ofrece alta seguridad. Para conexiones remotas seguras se usa SSH.

4. Modelo de capas TCP/IP (4 capas)

El modelo TCP/IP comprende 4 capas:

La capa de transporte permite que las aplicaciones que se ejecutan en equipos remotos puedan comunicarse. La capa de internet define los datagramas y administra las nociones de direcciones IP. La capa de aplicación contiene las aplicaciones de red.

5. Modelo OSI (7 capas)

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) es un modelo de referencia que comprende 7 capas:

1. Física

2. Enlace de datos

3. Red

4. Transporte

5. Sesión

6. Presentación

7. Aplicación

La capa de sesión (capa 5) es la que crea, administra y finaliza las sesiones entre dos equipos que se comunican. Según la Recomendación UIT-T X.200 (equivalente a la norma ISO/IEC 7498-1), su finalidad es que las entidades de presentación «organicen y sincronicen su diálogo y gestionen su intercambio de datos», y para ello «proporciona los servicios para establecer una conexión de sesión entre dos entidades de presentación, sustentar ordenadamente las interacciones de intercambio de datos, y liberar la conexión de manera ordenada». No es tarea de la capa de enlace de datos (transmisión entre nodos contiguos), de la de red (encaminamiento) ni de la de presentación (representación de los datos).

No existe ninguna capa denominada "capa de interconexión" en el modelo OSI. Esa denominación no corresponde a ninguna de las siete capas.

6. Direccionamiento IP: IPv4

Cada ordenador conectado a Internet tiene una dirección IP (Internet Protocol) que lo identifica de forma única, representada por una serie de números.

En IPv4:

• Las direcciones tienen 4 octetos (grupos de 8 bits), separados por puntos.

• Los valores van de 0 a 255 (NO de 0 a 256). La afirmación de que van de 0 a 256 es incorrecta.

• El espacio de direcciones IPv4 es de 32 bits.

• Las direcciones IP privadas (para redes locales) incluyen rangos como 192.168.x.x, 10.x.x.x y 172.16.x.x a 172.31.x.x. Por ejemplo, 192.168.45.100 es una dirección privada típica.

7. Direccionamiento IP: IPv6

El motivo principal para crear IPv6 fue el agotamiento de las direcciones disponibles en IPv4.

Con IPv6:

• El tamaño de las direcciones es de 128 bits.

• Las direcciones IPv6 se agrupan en tres tipos básicos:

• Dirección de difusión única (unicast)

• Dirección de difusión múltiple (multicast)

• Dirección de difusión indiferente (anycast)

No existe una dirección de difusión genérica en IPv6 (a diferencia de IPv4, donde existía broadcast). La combinación correcta es: unicast + multicast + anycast.

8. DHCP

El servicio DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) permite la obtención automática de direcciones IP en una red local. Cuando en Windows se configura "obtención automática de dirección IP", se está usando el servicio DHCP.

9. DNS

El DNS (Domain Name System) es el servicio que convierte nombres de dominio en direcciones IP. Es esencial en Internet porque permite acceder a los recursos mediante nombres legibles en lugar de recordar números.

La organización responsable de coordinar el sistema global de nombres de dominio (DNS) es la ICANN. La IANA gestiona la asignación técnica de números y parámetros bajo el paraguas de la ICANN.

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10. Clases de direcciones IP (A, B y C)

En IPv4, las direcciones se reparten tradicionalmente en clases según cuántos bytes (octetos) se dedican a identificar la red y cuántos a identificar a los hosts (ordenadores). Las clases se enumeran con letras (A, B, C, D, E), NO con dígitos. Las que se usan para direccionamiento de equipos son la A, B y C.

Reglas clave que conviene memorizar:

• En la clase A, el primer bloque (primera serie de números) identifica a la RED y los tres bloques restantes identifican a los ordenadores (hosts).

• En la clase B, los dos primeros bloques identifican a la RED y los dos restantes a los hosts.

• En la clase C, los tres primeros bloques identifican a la RED y solo el último identifica a los hosts.

Por tanto, la clase en la que el primer bloque identifica a la red y los tres restantes al host es la clase A. La clase en la que el primer bloque identifica a la red y el resto a los ordenadores también es la clase A (R.H.H.H).

Red doméstica WiFi: una red de un domicilio particular con infraestructura inalámbrica tipo WiFi (pocos equipos) es habitualmente una red de clase C (rango privado típico 192.168.x.x, donde solo el último octeto varía para cada dispositivo, permitiendo un número reducido de hosts).

11. Máscara de red y máscara de subred (subnetting)

La máscara de red (o máscara de subred) es el elemento que indica qué parte de la dirección IP corresponde a la RED y qué parte corresponde al HOST. Se escribe como una secuencia de bits a 1 (parte de red) seguida de bits a 0 (parte de host); por ejemplo, 255.0.0.0 (clase A), 255.255.0.0 (clase B) o 255.255.255.0 (clase C).

• Para distinguir de qué clase es una dirección IP (clase A, B o C) se utiliza la máscara de red, ya que es la que delimita los bytes de red frente a los de host. (No se usa para ello ni el DHCP ni el DNS.)

• La máscara de subred indica al sistema cuál es el esquema de particionamiento de la subred, es decir, cómo se ha dividido (particionado) la red en subredes. NO es un identificador único de interfaz (eso es la IP o la MAC), ni un código que resuma un conjunto de datos (eso sería un hash/código).

• Modificando la máscara de red de un host se pueden crear subredes o superredes en la red de comunicaciones: tomando bits de la parte de host se crean subredes (subnetting), y agrupando redes contiguas se crean superredes (supernetting/CIDR). No produce por sí misma pérdida de paquetes ni altera la velocidad.

Direcciones especiales dentro de una red

Dentro de cada red o subred hay dos direcciones que no se pueden asignar a un host:

• Dirección de red: la primera del rango (parte de host todo a 0). Identifica a la red en sí.

• Dirección de broadcast (difusión): la última del rango (parte de host todo a 1). Es la dirección destino de los paquetes que deben recibir TODOS los equipos de la red simultáneamente. No es la dirección de la red ni la de la puerta de enlace.

Cálculo de IPs en asignación dinámica (DHCP)

En una red con asignación dinámica (DHCP) hay que contar una IP para cada host cliente que esté encendido a la vez MÁS una IP para la puerta de enlace (gateway/router), que siempre necesita su propia dirección.

Ejemplo: red con 5 host cliente de los que como mínimo deben estar encendidos y conectados tres a la vez. Mínimo de IPs = 3 (hosts encendidos) + 1 (puerta de enlace) = 4 direcciones IP.

12. Tipos de transmisión: unicast, multicast y broadcast

Según el número de destinatarios de una transmisión de datos:

Por tanto, una transmisión en la que existe intercambio de información entre solo dos usuarios de la red se denomina unicast.

13. Direcciones MAC (dirección física / hardware)

La dirección MAC (Media Access Control) es el identificador físico o de hardware que cada interfaz de red (tarjeta de red, adaptador WiFi…) trae grabado de fábrica y que la identifica de forma única.

• Está compuesta por 6 bytes (= 48 bits).

• Se representa habitualmente como 6 grupos de dos dígitos hexadecimales separados por dos puntos o guiones. Por ejemplo, 00:1B:44:11:3A:B7 es una dirección MAC (no una IP ni un nombre DNS).

• A diferencia de la IP (lógica, puede cambiar), la MAC es la dirección física del dispositivo.

14. ARP y RARP: resolución de direcciones

• El protocolo responsable de encontrar la dirección de hardware (Ethernet MAC) que corresponde a una determinada dirección IP es el ARP (Protocolo de resolución de direcciones).

• El protocolo utilizado para resolver la dirección IP a partir de una dirección hardware dada (la operación inversa) es el RARP (Protocolo de resolución de direcciones inversa). No debe confundirse con IARP.

15. ICMP y el comando PING

El protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) es un protocolo de la capa de Internet que se utiliza para detectar y notificar errores en la red y para enviar mensajes de control y diagnóstico entre equipos. No transporta datos de aplicación de usuario.

El comando ping es la herramienta de diagnóstico que comprueba el estado de la comunicación del ordenador local con uno o varios equipos remotos que ejecuten IP:

• El comando ping utiliza el protocolo ICMP (envía mensajes ICMP de tipo echo request y espera echo reply). No usa RIP ni IGMP.

• Permite saber si un sistema está accesible: comprueba mediante el programa del mismo nombre si el destino de la emisión de datos está disponible y se realiza la transmisión (mide también la latencia y la pérdida de paquetes). No "refresca" ni reinicia nada.

Otros comandos relacionados: ipconfig muestra la configuración IP del equipo, netstat muestra las conexiones de red activas y traceroute/tracert muestra la ruta (saltos) hasta el destino. Para comprobar conectividad la respuesta es siempre ping.

16. Direcciones de Internet: la URL y sus partes

Una dirección de Internet es una URL (Uniform Resource Locator): es la forma estándar de localizar un recurso en la red. No es lo mismo que WWW (un servicio) ni que FTP (un protocolo).

Estructura general de una URL:

Ejemplos resueltos:

• En http://www.google.es/intercomunicaciones.html, la parte que representa el nombre del dominio es google.es (http es el protocolo; intercomunicaciones.html es el archivo/recurso).

• En http://www.policia.es/oposiciones/e_basica.html, la ruta o path es oposiciones/e_basica.html (todo lo que va tras el dominio: las carpetas más el recurso final).

17. ADSL (acceso a Internet por par de cobre)

El ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) es una tecnología de acceso a Internet de banda ancha sobre la línea telefónica de par de cobre.

• Es una línea completamente digital que sirve a la vez para conectarse a Internet y para llamar por teléfono sobre el mismo par de cobre.

• Para poder hablar y navegar al mismo tiempo, la voz y los datos se transmiten en frecuencias diferentes pero en el mismo instante de tiempo sobre el mismo cable: la voz viaja en la banda de baja frecuencia y los datos en bandas de alta frecuencia, por lo que no se interfieren. Un filtro o splitter separa ambas señales. (No viajan por cables distintos ni hace falta convertir la voz a TCP/IP.)

• El término asimétrica indica que la velocidad de bajada (descarga) es mayor que la de subida.

18. Comunicación del correo electrónico: asíncrona

El correo electrónico es un servicio de comunicación asíncrona: el emisor envía el mensaje y el receptor no tiene por qué estar conectado en ese mismo momento; lo leerá cuando quiera. No requiere coincidencia temporal entre las partes (a diferencia de un chat o una videollamada, que son síncronos).

19. Protocolo WAP (acceso a Internet desde móviles antiguos)

El WAP (Wireless Application Protocol) es el protocolo pensado para las pequeñas pantallas de los antiguos teléfonos móviles, que permitía un acceso simplificado a contenidos de Internet adaptados a sus limitaciones.

• Las páginas WAP se escribían en WML (Wireless Markup Language), un lenguaje de marcado que solo permitía texto y gráficos simples.

• WAP es un protocolo de aplicación; no debe confundirse con tecnologías de acceso a la red móvil como GPRS o 3G, que son tecnologías de transmisión de datos móviles, ni con WML, que es el lenguaje.

20. Calidad de servicio (QoS) en IPv6 y puerto de DNS

Además de ampliar enormemente el espacio de direcciones (128 bits frente a 32 bits de IPv4), IPv6 integra por defecto la calidad de servicio (QoS): incorpora en la cabecera campos (Traffic Class y Flow Label) que permiten configurar distintas prioridades según el tipo de información que contenga un paquete, mejorando la gestión del tráfico en tiempo real (voz, vídeo). IPv6 no introduce un nuevo tipo de dirección broadcast (de hecho elimina el broadcast clásico, sustituido por multicast/anycast).

Puerto del servicio DNS: el sistema de nombres de dominio (DNS) utiliza el puerto 53, tanto en TCP como en UDP (TCP/53 y UDP/53). Usa UDP/53 para las consultas habituales de resolución y TCP/53 para operaciones de mayor tamaño (por ejemplo, transferencias de zona).