Este documento presenta un resumen de los protocolos de red y transporte TCP/IP. Explica la arquitectura de niveles de TCP/IP, describe los protocolos de nivel de inter-red como IP, ARP y RARP, y los protocolos de nivel de transporte como TCP y UDP. También describe el modelo cliente-servidor y algunos protocolos de nivel de aplicación como HTTP, FTP y SMTP.

1. UNIDAD 7 : PROTOCOLOS DE RED Y TRANSPORTE TCP/IP (Parte1) Prof. Arsenio Pérez ( aperez@delfos.ucla.edu.ve) Prof. Euvis Piña ( epina@delfos.ucla.edu.ve) Prof. Pedro Rodriguez prodrig@delfos.ucla.edu.ve) Prof. Alirio Pérez (ingalirioperez@yahoo.com) Prof. William Polanco (wpolanco@delfos.ucla.edu.ve) Presentación Diplomado2002

2. Autorización El uso estará restringido a la consulta del mismo. En el caso de ser requerida su utilización para presentaciones, duplicaciones o impresiones, ésto será posible siempre y cuando no se realize ninguna modificación y se garantice la presentación de esta nota de autorización así como las relativas a la presentación del autor del material. Hugo Sin Triana

3. Protocolos TCP/IP Hugo Sin Triana [email_address] [email_address] [email_address]

4. Plan de Temas Definición de TCP/IP Arquitectura de Niveles de TCP/IP Descripción de Protocolos de Nivel de inter-red Descripción de Protocolos de Nivel de Transporte Esquema Cliente - Servidor Descripción de Protocolos de Nivel Aplicación Conclusiones

5. Definición de TCP/IP Conjunto o familia de protocolos desarrollados para permitir a computadores cooperativos y heterogeneos compartir recursos a través de una red. Se diseñó teniendo en cuenta como elemento básico la existencia de muchas redes interconectadas por medio de pásarelas (gateways). Los protocolos TCP e IP son los más conocidos y de allí el nombre generalizado.

6. Generalidades Modelo Referencia OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Físico Enlace Aplicaciones del Usuario Sintaxis y Semántica de la información: compresión, criptografía, representación de los datos Control de sesiones entre usuarios: Sincronización (tokens) y recuperación (puntos de chequeo). Establecimiento y Control de la conexión entre extremos. Fragmenta o empaqueta. Multiplexa o desmultiplexa. Enrutamiento. Control de Congestión. Conversión a nivel de diferentes protocolos. Crea tramas y Controla su transmisión: control de errores, regulación de tráfico. Interfaces físicas. Transmisión de bits (señales).

7. Arquitectura de Niveles Físico Enlace Red Transporte Sesión Presentación Aplicación Hardware Interface Red Inter-red Transporte Aplicación OSI TCP/IP Servicios de Aplicación Servicios de Red Orientados al usuario final : Correo Electrónico, Transferencia de Archivos, Apertura de Sesión Remota Orientados al programador: Orientado a Conexión (TCP) y NO orientado a conexión (UDP).

8. Modelo de Estratificación por Capas en Internet Aplicación Transporte Internet Interfaz de Red Red Física Anfitrión Aplicaciones que interactúan con los usuarios. Proporciona flujo de datos. Proporciona una comunicación confiable entre aplicaciones. Paquetiza. Crea, enruta y recibe datagramas IP Transfiere y recibe tramas específicas de red.

9. Modelo de Estratificación por Capas en Internet Aplicación Transporte Internet Interfaz de Red Red Física Red Física 2 Aplicación Transporte Internet Interfaz de Red Anfitrión A Anfitrión B Internet Interfaz de Red Enrutador R

10. Arquitectura de Niveles CMOT SMTP FTP TELNET DNS SNMP TFTP BOOTP RPC XDR NFS TCP UDP IP ( Incluyendo ICMP ) ARP RARP Interface de Red y Hardware CMOT SMTP FTP TELNET DNS SNMP TFTP BOOTP RPC XDR NFS

11. Arquitectura de Niveles ARP Address Resolution Protocol RARP Reverse Address Resolution Protocol IP Internet Protocol ICMP Internet Control Message Protocol TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protocol SMTP Simple Mail Transfer Protocol TELNET Remote Terminal Protocol FTP File Transfer Protocol

12. Arquitectura de Niveles CMOT CMip/cmis Over Tcp (Common Management Information Services/Common Management Information Protocol) DNS Domain Name System SNMP Simple Network Management Protocol TFTP Trivial File Transfer Protocol BOOTP BOOTstrap Protocol NFS Network File System XDR eXternal Data Representation RPC Remote Procedure Call

13. Fronteras y Direcciones en INTERNET Aplicación Transporte Internet Interfaz de Red Hardware Software fuera del Sistema Operativo Software dentro del Sistema Operativo Solo se utilizan direcciones IP Se utilizan direcciones físicas Capas conceptuales Fronteras

14. Servicios de INTER-RED Direcciones IP : Cada computador tiene una dirección única, de 32 bits, que se utiliza en toda comunicación con ese computador. Las direcciones se dividen en dos partes, la primera identifica a la red y la segunda al nodo dentro de esa red.

15. Servicios de INTER-RED 1 1 1 Clase D Clase E 1 8 16 24 32 1 1 0 1 1 0 Multicast Reserved 0 1 0 1 1 0 Clase A Clase B Clase C 1 8 16 24 32 Net Host Net Net Host Host

16. Servicios de INTER-RED Cálculo de la clase de una Dirección IP

17. Servicios de INTER-RED La forma como se representan estas direcciones corresponde (generalmente) a números decimales separados por puntos

18. Servicios de INTER-RED Clases y Notación Decimal por puntos

19. Servicios de INTER-RED Elemplos La secuencia 157.253.0.0 identifica a la red de clase B cuyo primer byte es 157 y el segundo 253 El identificador 157.253.1.13 corresponde a la identificación de UN computador dentro de la red anterior

20. Servicios de INTER-RED Clases de direcciones IP : Clase A : Usada para redes con un máximo de 2**24 Hosts Clase B : Usada para redes Intermedias de hasta 2**16 Hosts Clase C : Usada para redes de pocos hosts, menos de 2**8 Clase D : Usada para definir Grupos de Hosts

21. Servicios de INTER-RED Número de redes y hosts por red para las tres clases de direcciones primarias

22. Servicios de INTER-RED IANA (Internet Assigned Number Authority) Asegura que cada prefijo de red en INTERNET sea único. Coordina a los ISP (Internet Service Providers)

23. Servicios de INTER-RED Ejemplo de una internet privada con direcciones IP asignadas a los hosts.

24. Servicios de INTER-RED Direcciones IP especiales

25. CMOT SMTP FTP TELNET DNS SNMP TFTP BOOTP RPC XDR NFS TCP UDP IP ( Incluyendo ICMP ) ARP RARP Interface de Red y Hardware CMOT SMTP FTP TELNET DNS SNMP TFTP BOOTP RPC XDR NFS Modelo de Capas TCP/IP Servicios INTER-RED

26. Servicios INTER-RED ARP Address Resolution Protocol Permite a un nodo (host) de una red encontrar la dirección física de otro nodo de la misma red utilizando la dirección IP.

27. ARP Tabla de enlace de direcciones Servicios INTER-RED

28. Formato del mensaje ARP Servicios INTER-RED

29. Encapsulamiento de un mensaje ARP en una trama ETHERNET Servicios INTER-RED

30. RARP Orientado a solucionar el problema de las estaciones de red que no cuentan con almacenamiento externo (Disco). Requiere la existencia de computadores autorizados para la asignación de direcciones IP. Servicios INTER-RED

31. IP Sistema de distribución o entrega de paquetes Define: La unidad básica de transmisión (Datagrama). El enrutamiento. Las reglas de procesamiento de paquetes. Servicios INTER-RED

32. Datagrama IP Servicios INTER-RED

33. Encapsulamiento de un datagrama IP Servicios INTER-RED

34. Los enrutadores son los responsables de determinar las vías y rutas que debe tomar la información para llegar al destino final Para lograrlo, los enrutadores mantienen TABLAS DE ENRUTAMIENTO Las tablas pueden contener entradas estáticas o dinámicas Las estáticas son introducidas por los administradores de redes Las dinámicas son aprendidas gracias a los protocolos de enrutamiento Generalidades del enrutamiento

35. Las entradas en las tablas indican la vía para llegar a las REDES y no entradas para cada NODO de las redes En algunos casos, de manera estática se definen entradas para nodos, por ejemplo en nodos conectados a través de RPD (Redes Públicas de Datos) En grandes (y complejas) redes, existe un mecanismo que permite reducir el tamaño de las tablas llamado “rutas por defecto”. Generalidades del enrutamiento

36. Enrutamiento IP (a) Internet con tres enrutadores y 4 redes físicas (b) Tabla de enrutamiento en el enrutador R2 Servicios INTER-RED

37. Algoritmo general de enrutamiento en Internet RutaDatagrama(Datagrama, Tabla de Ruteo) Extraer la dirección IP de destino, D, del datagrama y computar el prefijo de red, N; Si N corresponde a cualquier dirección de red directamente conectada, entregar el datagrama al destino D sobre dicha red; en caso contrario, si la tabla contiene una ruta con anfitrión específico para D, enviar el datagrama al salto siguiente especificado; sino, si la tabla contiene una ruta para la red N, enviar el datagrama al salto siguiente especificado; de otra forma, si la tabla contiene una ruta asignada por omisión, enviar el datagrama al ruteador asignado por omisión especificado; sino declarar un error. Servicios INTER-RED

38. 1 2 3 1 2 1 1 1 0 0 0 0 0 157.253.0.0 200.63.25.0 10.0.0.0 225.15.200.0 132.2.0.0 157.253.0.0 0 200.63.25.0 1 10.0.0.0 1 10.0.0.0 2 132.2.0.0 2 225.15.200.0 3 225.15.200.0 0 default 1 2 2 Ejemplos

39. El nodo 157.253.48.32 requiere enviar información al nodo 225.15.200.100 Le envía la información al enrutador respectivo, el cual la recibe por la interfaz 0 El enrutador toma la dirección de destino, y de allí extrae la parte correspondiente a la dirección de red (225.15.200.0) Verifica la existencia de una entrada en la tabla para esa red y determina qu debe transmitir la información por la interfaz 3 Ejemplos

40. Transmite la información. El otro enrutador recibe la información por la interfaz 1 Extrae la información relativa a la dirección de red de destino Determina, mediante la consulta de la tabla que la red esta conectada a la interfaz local 0 Transmite la información (usa para ello ARP) Ejemplos

41. IP No orientado a conexión Sistema NO Confiable » No garantiza la entrega Se realiza "el mejor esfuerzo" El paquete se puede perder, duplicar, demorar o entregar en diferente orden. Puede fragmentar paquetes grandes para permitir su transmisión en redes con MTU (unidad de transferencia máxima) más pequeña. Servicios INTER-RED

42. Fragmentación IP Servicios INTER-RED

43. Las redes se pueden agrupar para conformar Sistemas Autónomos Los Sistemas Autónomos definen políticas de enrutamiento Protocolos de enrutamiento a utilizar Costos y Pesos de los enlaces Mecanismos de enrutamiento alterno Restricciones de rutas Se generan dos tipos de protocolos EGP : Exterior Gateway Protocol IGP : Interior Gategay Protocol Organización de grupos de redes

44. Sistemas Autónomos AS AS IGP IGP EGP

45. Aún cuando es posible, no es necesario que CADA red “forme” un Sistema Autónomo Entre Sistemas Autónomos se ANUNCIAN las redes Los SA están en capacidad de rechazar el anuncio de nuevas redes La incorporación de nuevas redes a un SA y el anuncio de ésta a otros SA, se refleja en los enrutadores internos de los distintos SA Sistemas Autónomos

46. Ejemplos de Protocolos External Gateway Protocol GGP : Gateway to Gateway Protocol EGP : Exterior Gateway Protocol BGP : Border Gateway Protocol Interior Gateway Protocol RIP : Routing Inforation Protocol OSPF : Open Shortest Path First Protocol HELLO

47. Subredes La definición de las subredes se realiza mediante el uso de máscaras (subnetting). Al interior de la red es necesario realizar enrutamiento.

48. Enmascaramiento Se utiliza para dividir las redes en subredes. Independientemente de cómo se divida la red, en los enrutadores de las redes externas a la institución, solo habrá una entrada en la tabla de rutas. La forma de definir la división de la dirección IP en subredes consiste en definir una máscara que indica cuáles BITS de la parte correspondiente a HOSTS (o NODOS) se utilizarán para identificar subredes.

49. Ejemplo 1 de Enmascaramiento Clase B Típicamente, se selecciona el tercer byte (octeto) para la división de las redes La máscara será : 255.255.255.0 (dec) FF.FF.FF.00 (hex) 11111111.11111111.11111111.0000000 (bin) Esto permite tener 256 subredes cada una con 254 nodos Puede utilizarse otros esquemas en caso de ser necesario

50. Clase C Dificil de utilizar, pues los cálculos iniciales pueden ser insuficientes en el corto plazo Se puede utilizar de uno a tres bits del octeto correspondiente a la parte de nodo para el enmascaramiento Ejemplo 2 de Enmascaramiento

51. Red Institucional con un solo enrutador y necesidad de hasta 8 segmentos de red, donde cada segmento tendrá un máximo de 30 nodos Para el ejemplo, la dirección de red es 200.65.25.0 Se define, por lo tanto, la siguiente máscara 255.255.255.224 FF FF FF E0 11111111 11111111 11111111 11100000 Ejemplo 2 de Enmascaramiento

52. Diagrama del caso 200.65.25.0 200.65.25.0 200.65.25.32 200.65.25.64 200.65.25.96 200.5.25.128 200.65.25.160 200.65.25.192 200.65.25.224

53. Enrutamiento del caso Si llega algo para el nodo 200.65.25.102 El enrutador determina que la dirección en su parte de red corresponde a la red que el maneja (200.65.25.0) El 102 visto en binario corresponde a 01100110 Se aplica la máscara definida (11100000), es decir se realiza un AND lógico El resultado es 01100000, lo cual determina que corresponde a la subred 200.65.25.96 El enrutador envía la información por la interfaz respectiva

54. ICMP Permite a los elementos enrutadores de la red enviar mensajes de error y/o control Utilizado en la parte de administración de las redes para detectar problemas. Parte de toda implementación de IP, aunque utiliza los servicios provistos por IP. Servicios INTER-RED

55. Encapsulamiento ICMP Servicios INTER-RED

56. Mensajes ICMP Un nodo no puede ser alcanzado Un gateway no tiene más buffers para almacenar segmentos y retransmitirlos. Existe una ruta más corta hacia el destino. ... Servicios INTER-RED