Capa de transporte model OSI

© 2006 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco PublicITE I Chapter 6 1
Capa de transporte
del modelo OSI
Fernando Illescas
Fernando.illescasp@gmail.com

© 2006 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco PublicITE 1 Chapter 6 2
Objetivos
 El alumno estará en capacidad de:
– Explicar la necesidad de la capa de Transporte.
– Identificar la función de la capa de Transporte en 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 de confiabilidad, direccionamiento de
puerto y segmentación de la capa de transporte.
– Identificar cuándo es apropiado usar TCP o UDP y proveer
ejemplos de aplicaciones que usan cada protocolo.

Introducción
 La capa de transporte tiene las siguientes funciones:
–Permite que múltiples aplicaciones se den al mismo tiempo y en el
mismo dispositivo.
–Asegura (si se quiere) que los datos sean recibidos confiablemente y de
forma ordenada.
–Emplea mecanismos de manejo de error.

Propósito de la capa de transporte
 La capa de transporte permite la segmentación de los datos que genera la
capa de aplicación: permite la manejabilidad de los datos e identifica a
cada segmento con su flujo de datos.
 Mantiene un seguimiento individual entre las comunicaciones individuales
origen y destino (varias aplicaciones abiertas).
 Segmentación de datos y encabezados agregados para especificar con
cual comunicación esta asociada.
 Reensambla los segmentos de datos para que el destino pueda leer el
mensaje original. Los protocolos de capa 4 especifican como usar el
encabezado para realizar este reensamblaje.
 Identifica las diferentes aplicaciones abiertas mediante un identificador
llamado número de puerto único en ese host
 La capa de transporte sirve como enlace entre las aplicaciones y la red.
–Las aplicaciones no manejan el control de errores ni la segmentación
–Las redes no se percatan de cuantas conexiones establece cada host.

 Las aplicaciones tienen requerimientos distintos de, velocidad, confiabilidad,
etc.
 Varias conexiones con distintas necesidades comparten la misma red.
 Los protocolos de capa de transporte son los que permiten que los
dispositivos gestionen diversos requerimientos de datos.
–Protocolos que proporcionan funciones básicas de entrega, son útiles para
aplicaciones donde la velocidad de entrega es crítica.
–Protocolos que brindan funciones adicionales para asegurar la entrega confiable y
proveer una comunicación más sólida, utilizan más recursos de red.
 Demoras en aplicaciones de mail o en la apertura de una página web, se
consideran aceptables con tal que la información llegue completa.
 En llamadas telefónicas, el tiempo es crítico y la pérdida de ciertos datos es
aceptable ya que el usuario gestionará el reenvío o interpretación de los
datos

 Sin segmentación, sólo una aplicación, 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.

Control de las conversaciones
 Segmentación y reensamblaje: La mayoría de redes tienen una
limitación en cuanto al tamaño de una PDU. Los datos son
segmentados en el origen y reensamblados en el destino.
 Multiplexación de conversaciones: Cada host puede ejecutar
varias aplicaciones a las cuales se les asigna un número de
puerto para identificar las aplicaciones a las que pertenece un
flujo de datos.

Control de las conversaciones
 Establecimiento de una sesión: la capa de transporte puede usar
protocolos para establecimiento de una comunicación orientada a
conexión.
–Este tipo de comunicación permite a las aplicaciones que se preparen antes de
transmitir datos.
 Entrega confiable: los segmentos pueden viajar por distintas rutas para
alcanzar su destino.
–Los segmentos pueden perderse en alguna de estas rutas.
–La capa de transporte asegura que los segmentos lleguen a su destino
correctamente.
 Entrega en el mismo orden: al viajar por distintas rutas, los segmentos
pueden llegar en desorden.
–Números de secuencia en el encabezado de la capa de transporte, garantizan
que los segmentos sean reensamblados en el orden correcto
 Control de flujo: Los recursos de los dispositivos finales (RAM, ancho de
banda, etc.) son limitados, cuando estos recursos se sobrecargan, ciertos
segmentos son desechados al no poder se procesados rápido.
–La capa de transporte aunmenta o disminuye el flujo de datos enviados para
evitar pérdida de segmentos demasiados reenvíos.

Soporte de comunicación confiable
 En términos de redes, confiabilidad significa asegurar que cada
sección de datos que envía el origen llegue al destino.
 Las operaciones básicas para tener confiabilidad son:
–Seguimiento de datos transmitidos.
–Acuse de recibos.
–Retransmisión de datos sin acuse de recibo.
 El seguimiento de los datos consiste en identificar a cada segmento
y su conversación. Los segmentos que el destino no confirme como
recibidos, deberán ser retransmitidos por el origen.
 El costo (trade-off) de tener este seguimiento de datos y
confiabilidad, es más datos de control y por tanto mas sobrecarga a
la red.
 Los desarrolladores de aplicaciones deben elegir el tipo de
protocolo de transporte a ser utilizado, en base a sus
requerimientos.

Determinación de necesidad de confiabilidad

TCP y UDP
 Los 2 protocolos mas comunes de la capa de transporte del modelo
de protocolos TCP/IP.
 La diferencia entre ellos son las funciones que implementan.
 Protocolo de datagramas de usuario (UDP): es un protocolo de
comunicaciones no orientado a conexión.
–No utiliza muchos recursos.
–Las secciones de datos son llamadas datagramas.
–Es un protocolo de máximo esfuerzo o mejor intento.
–Cada encabezado UDP es de 8 bytes.
 Protocolo de control de transmisión (TCP): Protocolo orientado a
conexión.
–Mayor uso de recursos para ofrecer funciones de: orden de entrega,
control de flujo, control de errores.
–Cada encabezado TCP es de 20 bytes.

TCP y UDP

Direccionamiento del puerto
 Los servicios basados en TCP y UDP hacen un seguimiento de todas las
conversaciones entre las diferentes aplicaciones en un dispositivo final.
 TCP y UDP reconocen sus segmentos y datagramas respectivamente en
cada conversación mediante un campo en el encabezado llamado númeronúmero
de puerto.de puerto.
 El número de puerto de origen es el número asociado con la aplicación
que origina la comunicación en el host local.
 El número de puerto de destino es el número asociado con la aplicación de
destino en el host remoto.
 El número de puerto depende si el mensaje del host es una solicitud o una
respuesta.
–Los servidores manejan puertos estáticos asignados.
–Los clientes eligen números dinámicos para cada conversación

 El software cliente que genera una solicitud, debe conocer el número del
puerto en el cual el daemon estará escuchando en el servidor.
 El número de puerto del servidor que el cliente conoce puede ser
configurado de forma predeterminada o manual.
 El puerto de origen de un cliente se genera de manera aleatoria y no debe
coincidir con otro puerto del mismo host.
 2 hosts diferentes dentro de la misma LAN pueden utilizar el mismo
número de puerto.
 Socket=Número de puerto + dirección IP.

 IANA (Autoridad de números asignados de Internet): es la
responsable de la asignación de normas de direccionamiento,
entre ellos los puertos.
 Puertos bien conocidos (0-1023): Números reservados para
servicios y aplicaciones ya conocidas por el cliente
 Puertos registrados (1024-49151): números asignados a
procesos o aplicaciones del usuario. Cuando no se utilizan para
un recurso del servidor, pueden utilizarse si un usuario los
selecciona de manera dinámica como puerto de origen.
 Puertos dinámicos o privados (49152-65535): son asignados 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.

Uso del comando netstatnetstat
Protocolo de capa 4Protocolo de capa 4
Puerto origen del host localPuerto origen del host local
Puerto destino en elPuerto destino en el
servidorservidor
Estado de la conexiónEstado de la conexión

Segmentación y reensamblaje
 Los dispositivos de red no cuentan con buffers de memoria lo
suficientemente grandes como para almacenar esa cantidad de
datos.
 La memoria de los routers es relativamente pequeña pero tienen
grandes velocidades de procesamiento para librarse pronto de los
paquetes.
 Si el buffer se llenara a una hora pico, los paquetes se desecharían y
los reenvíos congestionan más la red.
 Con TCP cada segmento tiene un número de secuencia para que el
destino arme de forma correcta el mensaje.
 UDP mantiene un rastreo de la comunicación, pero no mantiene una
secuencia para el reensamblaje de los datagramas.

Segmentación y reensamblaje

TCP: Cómo generar conversaciones confiables
 La diferencia clave entre TCP y UDP es la confiabilidad.
 La confiabilidad ofrecida por TCP se logra al establecer una
conexión antes de empezar a transmitir los datos.
 Establecida la conexión, los extremos estarán al tanto de ciertas
condiciones para transmitir datos, tamaño de ventana, números de
secuencia, etc.
 La expiración de un tiempo de espera para un acuse de recibo
obliga al origen a reenviar los datos.
 El establecimiento de conexión, cabeceras más grandes, los
acuses de recibo, las retransmisiones implican carga adicional en
la red.
 La confiabilidad se explica en términos de orden de datos y
confirmación de errores.
 Que UDP sea no confiable, no implica que sea un mal protocolo.

TCP: Cómo generar conversaciones confiables

Procesos del servidor TCP
 Los procesos de aplicaciones ejecutados en servidores, escuchan
en un puerto asignado de forma manual o predeterminada a que un
cliente genere una solicitud
 Un solo servidor no puede tener dos servicios asignados al mismo
número de puerto.
 Pueden existir varios puertos simultáneos abiertos en un servidor.
 Es común que un servidor provea más de un servicio, como un
servidor Web y un servidor FTP, al mismo tiempo.
 Una buena práctica de seguridad, es restringir el acceso al servidor
por aquellos puertos donde no se está ofertando ningún servicios

Procesos del servidor TCP

Establecimiento y finalización de la conexión
TCP
 Los procedimientos de establecimiento de conexión y de
finalización, garantizan la confiabilidad en la entrega de datos con
el protocolo TCP
 En muchas de nuestras conexiones hemos notado 3 mensajes
TCP antes de empezar a intercambiar datos (apertura de una
página web).
 Éstos permiten el establecimiento de una conexión de tres vías.
– Para confirmar la presencia del dispositivo destino.
– Verificar la existencia de un servicio activo en el puerto indicado.
– Informa al destino que el cliente origen solicita una sesión.
 Cuando el cliente inicia el proceso de tres vías, los pasos son

Establecimiento y finalización de la
conexión TCP

Protocolo TCP de enlace de tres vias

Protocolo TCP de enlace de tres vias
 El señalizador ACK está
establecido para indicar un
número de acuse de recibo
válido.
 Respuesta del número de
acuse de recibo al número
de secuencia inicial como
valor relativo de 1.
 Señalizador SYN
establecido para indicar el
número de secuencia inicial
para el servidor a la sesión
del cliente.
 Número de puerto de
destino 1069.
 Número de puerto de origen
80 HTTP.

Protocolo TCP de enlace de tres vias (métodos
de seguridad)

Terminación de la sesión TCP
 Se utiliza un campo de señalización llamado FIN.
 Debe existir un enlace de 2 vías para finalizar una
sesión.
–Una solicitud de finalización.
–Un acuse de recibo de la finalización
 Se utiliza cuando un extremo no tiene más datos que
enviar.
 También se puede cerrar ambas sesiones mediante un
enlace de 3 vías.

Reensamblaje de segmentos TCP
 Uno de los inconvenientes de la segmentación, era el desorden en
el cual llegan los segmentos al destino.
 El número de secuencia contenido en el encabezado, enfrenta este
problema.
 Al iniciar el establecimiento de tres vías, se establece el ISN para
una sesión.
 A medida que se transmiten los datos, el número de secuencia se
incrementa en el número de bytes de datos que se han transmitido.
 Los segmentos en desorden se guardan en un buffer de memoria
hasta que se logre reensamblar el mensaje y pasarlo a la capa de
aplicación.

Reensamblaje de segmentos TCP

Acuse de recibo de TCP con uso de ventanas
 El número de secuencia y el número de acuse de recibo se
utilizan para confirmar la recepción de los bytes de datos
contenidos en un segmento.
 Cuando un segmento llega con un número de secuencia 240, y
todos los bytes se recibieron correctamente, se generará un
ACK=241 indicando el siguiente byte esperado.
 Cada conversación tiene 2 sesiones, los números de
secuencia y de acuse de recibo se intercambian y son
diferentes en ambas direcciones.
 El número de bytes que el origen puede transmitir al destino
antes de recibir un ACK, se denomina tamaño de ventana, y
con este valor, se puede controlar el flujo de datos en la red.

Retransmisión TCP
 Por bueno que sea un diseño de red, siempre existirá pequeñas
pérdidas de datos. TCP maneja estas pérdidas mediante
retransmisiones.
 Los hosts destinos, deben enviar una confirmación de los bytes
recibidos (ACK) y si es que éstos están en óptimas condiciones.
 Cuando el origen después de un intervalo de tiempo no recibe
ninguna confirmación, reenvía el conjunto de bytes desde el último
ACK confirmado.
–Para ello, el origen coloca una copia en memoria del segmento
enviado.
–Una vez que se recibe el ACK, esta copia es eliminada.
–Si no se recibe el ACK, se realiza la transmisión.
 Las tecnologías actuales reconocen los Acuses de recibo
selectivos, donde solo es necesario reenviar los datos perdidos, y
no toda la secuencia de datos.

Control de congestión de TCP
 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.
 Éste tamaño de ventana se establece en la
comunicación de tres vías previas a la transferencia de
datos.
 TCP utiliza un método de retroalimentación donde se
intenta gestionar la tasa de transmisión efectiva de tal
forma que los dispositivos la soporten y los datos no se
pierdan.

 En un inicio, el tamaño de la ventana
se establece en 3000 bytes.
 Una vez que el emisor termina de
enviar 3000 bytes, inicia un tiempo de
espera por un ACK
 Si el receptor recibe los 3000
integramente, éste responde con el
ACK.
 Cuando el emisor recibe el Acuse de
recibo, ahora si esta en capacidad de
enviar la siguiente ventana de 3000
bytes.
 Cuando existe algún retardo en el acuse de recibo, el emisor no enviara ningún dato hasta
que se caduque el temporizador.
 A medida que los retardos aumentan, el tamaño de la ventana debe disminuirse para
manejarse mejor la comunicación en esa sesión.

 El tamaño de la ventana puede ser reducida
dinámicamente.
 El receptor comunica el tamaño de la ventana que esta
dispuesto a recibir del emisor.
 Si el receptor se queda corto de recursos, puede
pedirle al emisor mediante un parámetro de
señalización, que disminuya el tamaño de la ventana.
 Una vez que los recursos del destino se normaliza, se
puede usar el mismo mecanismo para aumentar el
tamaño de la ventana y aprovechar más el ancho de
banda.

UDP: baja sobrecarga vs. confiabilidad
 Es un protocolo que ofrece las funciones básicas de la capa de
transporte.
 Genera menos carga en los datagramas.
 No significa que las comunicaciones en UDP no sean confiables.
Significa que las funciones adicionales se las delegará al usuario
en caso de ser requeridas.
 Los servicios que hacen uso de este protocolo son:
–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 UDP, al no recibir una respuesta,
simplemente se reenvía un paquete (no tiene nada que ver con los
ACK)

Reensamblaje de datagramas de UDP
 Ya que UDP trabaja sin conexiones, cuando una aplicación tiene datos que
enviar, simplemente los envía.
 Muchas veces las aplicaciones envían pequeñas cantidades de datos que
pueden ocupar el espacio de un solo datagrama.
 Como UDP no lleva un número de secuencia para el reensamblaje de los
datagramas, éstos se reensamblan en el orden en el que llegaron al destino.
 Si la secuencia es importante, pues la aplicación tendrá que hacerse cargo de
este secuenciamiento.

Procesos y solicitudes del servidor UDP
 Al igual que en TCP, las conversaciones deben ser rastreadas.
 UDP también maneja el direccionamiento de puertos entre aplicaciones en
una conversación.
 Los puertos asignados o bien conocidos también son utilizados por el
protocolo UDP.

Procesos del cliente UDP

Resumen
 En este capitulo hemos aprendido a:
–Explicar la necesidad de la capa de transporte.
–Identificar la función de la capa de transporte que ofrece la
transferencia de datos de extremo a extremo entre aplicaciones
–Describir la función de los protocolos de la capa de transporte TCP y
UDP
–Explicar las funciones de la capa de transporte que incluyen la
confiabilidad, el direccionamiento a puertos y la segmentación .
–Identificar el momento apropiado para utilizar TCP y UDP.

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