Fundamentos de Redes: Componentes, Protocolos y Comunicaciones

Comunicación de mensajes

La división del stream de datos en partes más pequeñas se denomina segmentación. La segmentación de mensajes tiene dos beneficios principales:

1. Al enviar partes individuales más pequeñas del origen al destino, se pueden intercalar diversas conversaciones en la red. El proceso que se utiliza para intercalar las piezas de conversaciones separadas en la red se denomina multiplexación.
2. La segmentación puede aumentar la confiabilidad de las comunicaciones de red. No es necesario que las partes separadas de cada mensaje sigan el mismo recorrido a través de la red desde el origen hasta el destino. Si una ruta en particular se satura con el tráfico de datos, o falla, las partes individuales del mensaje aún pueden direccionarse hacia el destino mediante los recorridos alternativos. Si parte del mensaje no logra llegar al destino, sólo se deben retransmitir las partes faltantes.

La desventaja de utilizar segmentación y multiplexación para transmitir mensajes a través de la red es el nivel de complejidad que se agrega al proceso.

Componentes de la red

Los dispositivos y los medios son los elementos físicos o hardware de la red. El hardware es el componente visible de la plataforma de red, como una computadora portátil o personal, un switch, o el cableado que se usa para conectar estos dispositivos. Los servicios y procesos son los programas de comunicación, llamados software, que se ejecutan en los dispositivos conectados a la red. Un servicio de red proporciona información en respuesta a una solicitud.

Dispositivos finales y su función en la red

Algunos dispositivos son: Computadoras, impresoras de red, teléfonos, Cámaras de seguridad, Dispositivos portátiles móviles, etc.

Para distinguir un host de otro, cada host en la red se identifica por una dirección. Cuando un host inicia la comunicación, utiliza la dirección del host de destino para especificar a dónde se debe enviar el mensaje. En las redes modernas, un host puede actuar como un cliente, un servidor o ambos. El software instalado en el host determina qué función tiene en la red. Los servidores son hosts con software instalado que les permite proporcionar información y servicios, por ejemplo correo electrónico o páginas Web, a otros hosts de la red. Los clientes son hosts que tienen instalado un software que les permite solicitar información al servidor y mostrar la información obtenida.

Dispositivos intermediarios y su función en la red

Las redes dependen de dispositivos intermediarios para proporcionar conectividad, estos conectan los hosts individuales a la red y pueden conectar varias redes individuales para formar una internetwork. Por ejemplo: Dispositivos de acceso a la red (hubs, switches y puntos de acceso inalámbrico), Dispositivos de internetwork (routers), Servidores y módems de comunicación, Dispositivos de seguridad (firewalls).

Funciones de los procesos que se ejecutan en los dispositivos:

• Volver a generar y transmitir las señales de datos.
• Conservar información acerca de las rutas que existen a través de la red y de internetwork.
• Notificar a otros dispositivos los errores y las fallas de comunicación.
• Dirigir los datos a lo largo de rutas alternativas cuando hay una falla en el enlace.
• Clasificar y dirigir mensajes de acuerdo a las prioridades de QoS.
• Permitir o denegar el flujo de datos de acuerdo a los parámetros de seguridad.

Medios de red

La comunicación se transporta por un medio. El medio proporciona el canal por el cual viaja el mensaje desde el origen hasta el destino. Estos medios son: los hilos metálicos, donde los datos se codifican dentro de impulsos eléctricos que coinciden con patrones específicos. Las transmisiones por fibra óptica dependen de pulsos de luz, dentro de intervalos de luz visible o infrarroja. En las transmisiones inalámbricas, los patrones de ondas electromagnéticas muestran los distintos valores de bits.

Los criterios para elegir un medio de red son:

• La distancia en la cual el medio puede transportar exitosamente una señal.
• El ambiente en el cual se instalará el medio.
• La cantidad de datos y la velocidad a la que se deben transmitir.
• El costo del medio y de la instalación.

Redes de área local

Las infraestructuras de red pueden variar en: El tamaño del área cubierta, El número de usuarios conectados y El número y los tipos de servicios disponibles.

Redes de área amplia (WAN)

Las WAN utilizan dispositivos de red diseñados para realizar las interconexiones entre las LAN.

Las LAN y las WAN son muy útiles para las organizaciones individuales. Conectan a los usuarios dentro de la organización. Permiten gran cantidad de formas de comunicación que incluyen intercambio de correos electrónicos, capacitación corporativa y acceso a recursos.

Internetwork

El término intranet con frecuencia se utiliza para hacer referencia a una conexión privada de LAN y WAN que pertenece a una organización y está diseñada para que accedan a ella sólo los miembros y los empleados de la organización u otras personas autorizadas. Internetwork se refiere a una red de datos, o simplemente como una red, cuando se consideran las comunicaciones a alto nivel.

Representaciones de red

Tarjeta de interfaz de red (NIC): una NIC, o adaptador de LAN, proporciona la conexión física a la red en la computadora personal u otro dispositivo host.

Puerto físico: un conector o conexión en un dispositivo de networking donde se conectan los medios a un host u otro dispositivo de networking.

Interfaz: puertos especializados en un dispositivo de internetworking que se conecta a redes individuales.

Modelo TCP/IP

Para que una comunicación sea exitosa se realizan 4 funciones: aplicación (representa datos para el usuario más el control de diálogo y codificación), transporte (admite la comunicación entre distintos dispositivos de distintas redes), Internet (determina la mejor ruta a través de la red) y acceso a red (controla los dispositivos del hardware y los medios que forman la red). Al modelo de Internet se le conoce como modelo TCP/IP.

Proceso de comunicación

El modelo TCP/IP describe la funcionalidad de los protocolos que forman la suite de protocolos TCP/IP.

Pasos:

1. Creación de datos en la capa de aplicación del dispositivo final de origen.
2. Segmentación y encapsulación de datos a medida que pasan por el stack de protocolos en el dispositivo final de origen.
3. Generación de datos en los medios en la capa de acceso a la red del stack.
4. Transportación de los datos a través de internetwork, la cual está compuesta por medios y por cualquier dispositivo intermediario.
5. Recepción de los datos en la capa de acceso a la red del dispositivo final de destino.
6. Desencapsulación y reensamblaje de los datos a medida que pasan por el stack en el dispositivo de destino.
7. Transmisión de estos datos a la aplicación de destino en la capa de aplicación del dispositivo final de destino.

Unidad de datos del protocolo y encapsulación

Datos: se utiliza en la capa de aplicación para la PDU.

Segmento: PDU de la capa de transporte.

Paquete: PDU de la capa de internetwork.

Trama: PDU de la capa de acceso de red.

Bits: PDU que se utiliza cuando se transmiten datos físicamente por el medio.

Envío de datos a la aplicación correcta

Servicio = transferencia de archivos > datos de transferencia de archivos > número de puerto.

Servicio = sesión de terminal > datos de sesión de terminal > número de puerto.

Servicio = correo electrónico > correo electrónico > número de puerto.

Servicio WWW y HTTP

: Primero, el explorador interpreta las tres partes del URL:  http (el protocolo o esquema), www.”  “.com (el nombre del servidor), web-server.htm (el nombre de archivo específico solicitado). Despues, el explorador verifica con un servidor de nombres para convertir a www.cisco.com en una dirección numérica que utilizará para conectarse con el servidor. GET es una solicitud de datos por parte del cliente. Un explorador Web envía el mensaje GET para solicitar las páginas desde un servidor Web. POST y PUT se utilizan para enviar mensajes que cargan datos en el servidor Web. POST incluye la información en el mensaje enviado al servidor y cargan información al servidor en un texto sin formato que se puede interceptar y leer. PUT carga los recursos o el contenido en el servidor Web.

MTA y MDA El servidor de correo electrónico utiliza dos procesos independientes: Agente de transferencia de correo (MTA)y Agente de entrega de correo (MDA) MTA: se utiliza para enviar correo electrónico. Recibe mensajes desde el MUA u otro MTA en otro servidor de correo electrónico. El MTA enruta el correo electrónico al MTA en el servidor correspondiente. MDA recibe todo el correo entrante desde el MTA y lo coloca en los buzones de los usuarios correspondientes.

FTP: El Protocolo de transferencia de archivos (FTP) es otro protocolo de la capa de aplicación de uso común. 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 que carga y descarga archivos de un servidor que ejecuta el demonio FTP (FTPd). El FTP necesita dos conexiones entre el cliente y el servidor para transferir archivos de forma exitosa: 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.

DHCP:  permite a los dispositivos de una red obtener direcciones IP y otra información de un servidor DHCP. Este servicio permite a un host obtener una dirección IP de forma dinámica cuando se conecta a la red.

Propósito 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: Rastreo de comunicación individual entre aplicaciones en los hosts de origen y destino, Segmentación de datos y manejo de cada parte, Reensamble de segmentos en streams de datos de aplicación e Identificación de diferentes aplicaciones

Control de las conversaciones: Las funciones principales que especifican los protocolos de la capa de transporte incluyen: Segmentación y reensamble: La capa de transporte divide los datos de aplicación en bloques de datos de un tamaño adecuado y reensambla los datos antes de enviarlos a la aplicación o servicio de destino. Multiplexación de conversación: a las aplicaciones o servicios se les asigna una dirección conocida como puerto, de manera que la capa de transporte determina con qué aplicación o servicio se identifican los datos.

Identificación de conversaciones Hay diversos tipos de números de puerto: Puertos bien conocidos (números del 0 al 1023)  Puertos registrados (números del 1024 al 49151), Puertos dinámicos o privados (números 49152 a 65535)

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. Esta conexión permite el rastreo de una sesión, o stream de comunicación entre los hosts.

Establecimiento y finalizacion de la conexión TCP tres vías: Establece que el dispositivo de destino se presente en la red. Verifica que el dispositivo de destino tenga un servicio activo y que acepte solicitudes en el número de puerto de destino que el cliente de origen intenta utilizar para la sesión. Informa al dispositivo de destino que el cliente de origen intenta establecer una sesión de comunicación en dicho número de puerto. 6 campos para gestionar los procesos de TCP: URG: campo indicador urgente importante, ACK: campo de reconocimiento importante, PSH: función de pulsación, RST: restablecer la conexión, SYN: sincronizar números de secuencia, FIN: no hay más datos del emisor

UDP: Baja sobrecarga vs confiabilidad UDP es un protocolo simple que provee las funciones básicas de la capa de transporte. Tiene una sobrecarga mucho menor que el TCP, ya que no está orientado a la conexión y no proporciona mecanismos sofisticados de retransmisión, secuenciamiento y flujo de control. Incluyen: Sistema de nombres de dominio (DNS), Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP) y Juegos en linea