TCP/IP. Nivel de red

Protocolos

Ya sabemos que para que los elementos de una red local pueden comunicarse de una manera fiable y eficaz deben regirse por un conjunto de reglas y normas denominados protocolo.

Nivel de enlace en las redes locales

Las normas de la serie IEEE 802 dividen el nivel de enlace de datos en dos subniveles llamados MAC (Media Access Control) y LLC (Logical Link Control).

MAC y LLC

El subnivel MAC es el más cercano al nivel físico, sumisión en la de independizar a los niveles superiores del medio de transmisión que se tiene y sus funciones son: 

• Empaquetar en unidades de datos llamados tramas.
• Desempaquetar tramas.
• El control del acceso al medio de transmisión

Atendiendo a quién los gestiones, los mecanismo de control de acceso al medio pueden ser:

• Distribución: Todas las estaciones cooperan para determinar cuál de ellas accederá al medio según unas reglas preetablecidas.
• Centralizados: Existen un controlador que decide qué estación puede acceder al medio en cada momento.

Otras forma de clasificar los mecanismos de control de acceso al medio es según cómo se realice, en este criterio influye factores tales como las características y la topología de la red. Según este criterio puede ser:

• Rotación circular: El turno ( o permiso para transmitir) va pasando de una estación a la siguiente.
• Reserva: El tiempo se divide en intervalos o ranuras que se reparten entre las estaciones que lo soliciten.
• Contienda: Las estaciones que quieren transmitir información compiten para poder hacerlo. 

El subnivel LLC se encuentra entre el subnivel MAC y el nivel de red. Este subnivel, definido, en la norma IEEE 802.2, es el encargado de la transmisión de tramas entre máquinas conectadas sin nodos intermedios entre ellas. Sus funciones son:

• Proporcionar al nivel de red una interfaz uniforme independencia del tipo de red local.
• Control de errores.
• Control de flujo.

LLC ofrece al nivel de red tres tipos de servicio al nivel de red:

• Tipo 1. Servicio no orientado a conexión y sin confirmación.
• Tipo 2. Servicio orientado a conexión.
• Tipo 3. Servicio no orientado a conexión con confirmación.

Direccionamiento físico. Direcciones MAC

El componente físico fundamental del subnivel MAC es la tarjeta de red, también llamada NIC (Network Iterface Card, Tarjeta de Interfaz de red). Cada tarjeta de red posee un identificador único, grabado en su memoria ROM por el fabricante, que se denomina dirección física o dirección MAC y que identifica de forma unívoca a la estación que la posee.

Tramas 

• Trama MAC: La trama MAC es la unidad de datos del subnivel MAC. Para formarla, dicho subnivel añade a los datos que recibe del subnivel  LLC una serie de campos propios, que son campos de control, direccionamiento, y control de errores.

• PDU LLC: Para formar la PDU LLC, dicho subnivel añade al paquete que recibe del nivel de red una serie de campos propios, que son los siguientes:
• DSAP (Destination Service Access Point, Punto de Acceso al Servicio Destino).
• SSAP (Source Service Access Point, Punto de Acceso al Servicio Fuente).
• Control.
• Paquete de red.

TCP / IP. Estructura

No es un protocolo, sino un conjunto de protocolos, una pila de protocolos, de los cuales lo, más conocidos son TCP (en el nivel de trnsporte e IP (en el nivel de internet).

Como puedes ver, la pila TCP / IP esta formado por 4 niveles:

• Las aplicaciones de los usuario (los programas) se comunican con el Nivel de aplicación.
• Para procesar las peticiones de los programas de usuario, los protocolos del nivel de aplicación se comunican con protocolos de Nivel de Transporte, que normalmente es el protocolo TCP, aunque también puede ser UDP.
• El el Nivel de Internet opera el protocolo IP.
• El Nivel de Acceso a la Red toma los paquetes que recibe del nivel de Internet y los envía a la red. 

TCP / IP. Nivel de red

El nivel de red del modelo TCP / IP también recibe el nombre de Nivel de Internet, se encarga de direccionamiento y de guiar los datos a través de la red desde la máquina origen a la destino.

Asociados al nivel de Internet existen protocolos tales como:

• IP
• ARP
• ICMP 

Direcciones IP, IPv4 e IPv6

Para que dos máquinas puedan comunicarse a través de Internet deben poder identificarse entre sí, esta es la finalidad de la dirección IP.

La dirección IP está formada por la concentración de dos campos, que crean una dirección única para cada dispositivo conectado a la red. Estos campos son:

• Identificador de la red.
• Identificador de la maquina dentro de esa red.

Una dirección IPv4 es una secuencia de 32 bits que, para mayor comodidad y facilidad de uso, suelen representarse como una secuencia de cuatro números entre 0 y 255 separados por puntos.

IPv4 con sus 32 bits permite 4.294.967.296 direcciones de red diferentes, de las cuales se calcula que más de las dos terceras partes están ya asignadas, lo cual restringe el crecimiento de Internet. Esta limitación provocó que IETF propusiera IPv6.

Existen tres tipos de direcciones IPv6:

• Unicast: Estas direcciones identifican un único equipo.
• Anycast: Estas direcciones identifican un conjunto de equipos.
• Multicast: Estas direcciones identifican un conjunto de equipos.

Actualmente, IPv4 e IPv6 coexisten en Internet y lo seguirán haciendo durante bastantes años. Por este motivo son necesarios mecanismos que permitan dicha coexistencia y una migración progresiva de un protocolo al otro, tanto de las redes como de los equipos de usuarios. En general, estos mecanismos pueden clasificarse en tres grupos:

• Pila dual: Estas solución implementada tanto IPv4 como iPv6 en cada nodo de la red.
• Túneles: Esta solución permite enviar paquetes IPv6 sobre una infraestructura IPv4.
• Traducción: Esta solución es necesaria cuando un nodo que sólo soporta IPv4 intenta comunicarse con otro que sólo soporta IPv6.

Clases de IP

• Las direcciones de clases A se asignan a las redes de tamaño extremo, ya que podrían tener más de 16 millones de hosts.
• Las direcciones de clases B se asignan a las redes de tamaño medio, da hast 65534 hosts.
• Las direcciones de clase C se asignan a las redes pequeñas, de hasta 254 hosts.
• Las direcciones de clase D están reservadas para multicasting, que se usa para direccionar grupos de hosts en un área limitada.
• Las direcciones de clase E las reserva el IETF para investigación.

Subredes y máscaras de red

Mediante el uso de dispositivos físico de interconexión podemos dividir una red tipo A, B o C en segmentos mas pequeños para incrementar su eficiencia. Los segmentos de red separados por routers reciben el nombre de subred.

Protocolos IP. Características y formato de datagrama IP

Principales características de este protocolo:

• Es un protocolo de conmutación de paquete, es decir, los datos que el transmisor desea enviar al receptor so divididos en bloques de información de tamaño ilimitado llamados paquetes.
• Es un protocolo no orientado a la conexión, lo que significa que los paquetes enviados son tratados independientes unos de otros, pudiendo viajar por diferentes trayectorias para llegar al mismo destino.
• Ofrece un servicio no fiable, lo cual significa que IP no garantiza entrega, ni orden y que los datagramas pueden llegar duplicados al destino.
• Permite la fragmentación, es decir, durante la transmisión los datagramas puede dividirse en fragmentos que se montan de nuevo en el destino.
• Direccionamiento mediante direcciones lógicas IP de 32 bits.
• Si un paquete no es recibido, éste permanecera a la red durante un tiempo finito.
• Sólo se realiza la detección de errores de la cabecera del paquete, no a los datos que éste contiene.
• Ante la dirección de un error el datagrama se descarta. 

Los parámetros contenidos en las primitivas de esos servicios son los siguientes:

• Dirección origen.
• Dirección destino.
• Usuario IP.
• Tipo servicio.
• Identificador de bloques de datos.
• Identificador de no fragmentación.
• Tiempo de vida.
• Longitud de datos.
• Datos de opción
• Datos.

Los campos del paquete IPv4 son los siguientes:

• Versión.
• Longitud de la cabecera.
• Tipo de servicio.
• Longitud total del datagrama.
• Identificador de datagrama.
• Flags.
• Desplazamiento del fragmento.
• Tiempo de vida.
• Protocolo.
• Checksumde la cabacera.
• Dirección IP origen.
• Dirección IP destino.
• Opciones.
• Datos.

Protocolos de resolución de direcciones. ARP. Características y funcionamiento

Ahora que conocemos qué son las direcciones IP, nos preguntamos cómo se utilizan en una red Ethernet. Después de todo, el protocolo Ethernet usa direcciones de sies bytes que no tienen nada que ver con las direcciones IP. Es necesario. Es necesario un mecanismo de traducción de direcciones IP a direcciones Ethernet o físicas, y ésta es la misión del protocolo ARP. Sin embargo, ARP no se limita a las redes Ethernet, sino que se extiende a otro tipos de redes como las de radio de paquetes.

Protocolo ICMP. Características y mensajes ICMP

ICM es un protocolo de nivel de Internet de la pila de protocolos TCP/IP. Se utiliza para comunicar mensajes de estado y error entre dos nodos, o entre un nodo y un dispositivo de encaminamiento.
Los mensajes ICMP están formados por una cabecera fija y un campo de datos cuyo formato depende depende del tipo de mensajes ICMP.

Uso de aplicaciones basadas en ICMP

Existen dos aplicaciones simples y muy extendidas basadas en ICMP: Ping y Traceroute.
Ping usa los mensajes ICMP solicitud de eco y respuesta de eco para determinar si un host es alcanzable y medir el tiempo que tarda en llegar la respuesta a la solicitud de eco desde dicho host.
Traceroute nos permite determinar la ruta que siguen los datagramas IP de un host a otro, lo cual es útil para el diagnóstico de redes.