FAMILIA DE PROTOCOLOS TCP/IP

Los protocolos est�n presentes en todas las etapas necesarias para establecer una comunicaci�n entre equipos de c�mputo, desde aquellas de m�s bajo nivel (e.g. la transmisi�n de flujos de bits a un medio f�sico) hasta aquellas de m�s alto nivel (e.g. el compartir o transferir informaci�n desde una computadora a otra en la red).

Tomando al modelo OSI (Open Systems Interconection) como referencia podemos afirmar que para cada capa o nivel que �l define existen uno o m�s protocolos interactuando. Los protocolos son entre pares (peer-to-peer), es decir, un protocolo de alg�n nivel dialoga con el protocolo del mismo nivel en la computadora remota.

En 1973, la Agencia de Proyectos de Investigaci�n Avanzada para la Defensa (DARPA), de los Estados Unidos, inici� un programa para la investigaci�n de tecnolog�as que permitieran la transmisi�n de paquetes de informaci�n entre redes de diferentes tipos y caracter�sticas. El proyecto ten�a por objetivo la interconexi�n de redes, por lo que se le denomin� "Internetting", y a la familia de redes de computadoras que surgi� de esta investigaci�n se le denomin� "Internet". Los protocolos desarrollados se denominaron el Conjunto de Protocolos TCP/IP, que surgieron de dos conjuntos previamente desarrollados; los Protocolos de Control de Transmisi�n (Transmition Control Protocol) e Internet (Internet Protocol).

Conjunto de Protocolos TCP/IP Su relaci�n con el Modelo OSI
TCP = TRANSFER CONTROL PROTOCOL IP = INTERNET PROTOCOL

En la actualidad, las funciones propias de una red de computadoras pueden ser divididas en las siete capas propuestas por ISO para su modelo de sistemas abiertos (OSI). Sin embargo la implantaci�n real de una arquitectura puede diferir de este modelo. Las arquitecturas basadas en TCP/IP proponen cuatro capas en las que las funciones de las capas de Sesi�n y Presentaci�n son responsabilidad de la capa de Aplicaci�n y las capas de Liga de Datos y F�sica son vistas como la capa de Interface a la Red. Por tal motivo para TCP/IP s�lo existen las capas Interface de Red, la de Intercomunicaci�n en Red, la de Transporte y la de Aplicaci�n. Como puede verse TCP/IP presupone independencia del medio f�sico de comunicaci�n, sin embargo existen est�ndares bien definidos a los nivel de Liga de Datos y F�sico que proveen mecanismos de acceso a los diferentes medios y que en el modelo TCP/IP deben considerarse la capa de Interface de Red; siendo los m�s usuales el proyecto IEEE802, Ethernet, Token Ring y FDDI.

Modelo de capas de TCP/IP

Arquitectura de Interconexi�n de Redes en TCP/IP Interconexi�n de Redes
Las redes se comunican mediante compuertas. Todas las redes son vistas como iguales.

Para entender el funcionamiento de los protocolos TCP/IP debe tenerse en cuenta la arquitectura que ellos proponen para comunicar redes. Tal arquitectura ve como iguales a todas las redes a conectarse, sin tomar en cuenta el tama�o de ellas, ya sean locales o de cobertura amplia. Define que todas las redes que intercambiar�n informaci�n deben estar conectadas a una misma computadora o equipo de procesamiento (dotados con dispositivos de comunicaci�n); a tales computadoras se les denomina compuertas, pudiendo recibir otros nombres como enrutadores o puentes.

Para que en una red dos computadoras puedan comunicarse entre s� ellas deben estar identificadas con precisi�n Este identificador puede estar definido en niveles bajos (identificador f�sico) o en niveles altos (identificador l�gico) de pendiendo del protocolo utilizado. TCP/IP utiliza un identificador denominado direcci�n internet o direcci�n IP, cuya longitud es de 32 bites. La direcci�n IP identifica tanto a la red a la que pertenece una computadora como a ella misma dentro de dicha red.

Tomando tal cual est� definida una direcci�n IP podr�a surgir la duda de c�mo identificar qu� parte de la direcci�n identifica a la red y qu� parte al nodo en dicha red. Lo anterior se resuelve mediante la definici�n de las "Clases de Direcciones IP". Para clarificar lo anterior veamos que una red con direcci�n clase A queda precisamente definida con el primer octeto de la direcci�n, la clase B con los dos primeros y la C con los tres primeros octetos. Los octetos restantes definen los nodos en la red espec�fica.

Se ha mencionado que el enrutamiento sirve para alcanzar redes distantes. Tambi�n se se�al� que las direcciones IP se agrupan en clases. Ahora bien para cada clase se pueden contar con un n�mero determinados de subredes. Las subredes son redes f�sicas independientes que comparten la misma direcci�n IP (es decir aquella que identifica a la red principal). La pregunta entonces es �c�mo se logra que equipos que comparten el mismo identificador de red pero se sit�an en redes f�sicas diferentes podr�n comunicarse usando compuertas? La soluci�n a este problema es determinando una mascara de direcci�n.

Recordemos que los protocolos TCP/IP est�n enfocados a la transmisi�n de paquetes de informaci�n, buscando la independencia de la arquitectura de la red. Arquitecturas como la Ethernet logran la comunicaci�n s�lo mediante el conocimiento de la direcci�n f�sica de las computadoras. As� en cada computadora que opere con el protocolo IP debe contar con alg�n procedimiento para la translaci�n de la direcci�n IP a la direcci�n f�sica de la computadora con la que establezca comunicaci�n.

Una conversi�n din�mica de direcciones Internet a direcciones f�sicas es la m�s adecuada, debido a que se obtiene la direcci�n f�sica por respuesta directa del nodo que posee la direcci�n IP destino. Una vez que la direcci�n f�sica se obtiene �sta es guardada en una tabla temporal para subsecuentes transmisiones, de no ser as� podr�a haber una sobrecarga de tr�fico en la red debido a la conversi�n de direcciones por cada vez que se transmitiera un paquete.

El funcionamiento de ARP no es tan simple como parece. Sup�ngase que en una tabla de conversi�n exista un mapeo de una m�quina que ha fallado y se le ha reemplazado la interface de red; en este caso los paquetes que se transmitan hacia ella se perder�n pues ha cambiado la direcci�n f�sica, por tal motivo la tabla debe eliminar entradas peri�dicamente.

El formato de mensaje de ARP no es fijo, lo que le permite ser usado por otros protocolos de alto nivel.

El ejemplo muestra el formato para un mensaje ARP utilizando Ethernet, en donde la longitud de la direcci�n f�sica es de 42 bits.

El Protocolo Internet proporciona un servicio de distribuci�n de paquetes de informaci�n orientado a no conexi�n de manera no fiable. La orientaci�n a no conexi�n significa que los paquetes de informaci�n, que ser� emitido a la red, son tratados independientemente, pudiendo viajar por diferentes trayectorias para llegar a su destino. El t�rmino no fiable significa m�s que nada que no se garantiza la recepci�n del paquete.

La unidad de informaci�n intercambiada por IP es denominada datagrama. Tomando como analog�a los marcos intercambiados por una red f�sica los datagramas contienen un encabezado y una �rea de datos. IP no especifica el contenido del �rea de datos, �sta ser� utilizada arbitrariamente por el protocolo de transporte.

La Unidad de Transferencia M�xima determina la longitud m�xima, en bytes, que podr� tener un datagrama para ser transmitida por una red f�sica. Obs�rvese que este par�metro est� determinado por la arquitectura de la red: para una red Ethernet el valor de la MTU es de 1500 bytes. Dependiendo de la tecnolog�a de la red los valores de la MTU pueden ir desde 128 hasta unos cuantos miles de bytes.

La arquitectura de interconexi�n de redes propuesta por TCP/IP indica que �stas deben ser conectadas mediante una compuerta. Sin obligar a que la tecnolog�a de las redes f�sicas que se conecten sea homog�nea. Por tal motivo si para interconectar dos redes se utilizan medios con diferente MTU, los datagramas deber�n ser fragmentados para que puedan ser transmitidos. Una vez que los paquetes han alcanzado la red extrema los datagramas deber�n ser reensamblados.

Su funci�n es la de notificar de eventos en los que los paquetes enviados no alcanzaron su destino. Proporciona un medio de transporte para que los equipos compuerta se env�en mensajes de control y error. ICMP no est� orientado a la correcci�n de errores, s�lo a su notificaci�n.

El formato de ICMP cambia dependiendo de la funci�n que realice, exceptuando los campos de Tipo, C�digo y de Checksum. Un 1 en el campo de Protocolo del mensaje de IP indicar� que se trata de un datagrama ICMP. La funci�n de un mensaje determinado ICMP estar� definida por el campo de Tipo; el campo de C�digo proporciona informaci�n adicional para realizar la funci�n; el campo de Checksum sirve para efectuar una verificaci�n por suma que s�lo corresponde al mensaje ICMP.

El enrutamiento se refiere al proceso de determinar la trayectoria que un datagrama debe seguir para alcanzar su destino. A los dispositivos que pueden elegir las trayectorias se les denomina enrutadores. En el proceso de entutamiento intervienen tanto los equipos como las compuertas que conectan redes (recordar que el termino compuerta es impuesto por la arquitectura TCP/IP de conexi�n de redes, sin embargo una compuerta puede realizar diferentes funciones a diferentes niveles, una de esas funciones puede ser la de enrutamiento y por tanto recibir el nombre de enrutador).

Existen dos tipos de enrutamiento; el directo y el indirecto. Debido a que en el enrutamiento directo los datagramas se transmite de un equipo a otro, en la misma red f�sica, el proceso es muy eficiente. La vinculaci�n entre la direcci�n f�sica y la IP se realiza mediante el ARP. En el indirecto la transmisi�n del datagrama se efect�a mediante la intercesi�n de las compuertas. Aqu� la compuerta que act�a como enrutador debe de estar provista de mecanismos para conocer, y por tanto decidir, la trayectoria de la red que se desea alcanzar.

En este direccionamiento un equipo debe enviar a una compuerta el datagrama con destino a una red f�sica distante. La compuerta de la red f�sica env�a el datagrama a otras compuertas hasta alcanzar a aquel que puede emitirlo en forma directa a la red destino. La compuerta debe conocer las rutas hacia las diferentes redes externas, ellas pueden utilizar a su ves un enrutamiento indirecto en el caso de no conocer la ruta a una red espec�fica. Las compuertas conocen las trayectorias a otra red mediante Tablas de Enrutamiento.

Este es el algoritmo com�nmente utilizado para el enrutamiento de IP. Las tablas de enrutamiento est� presentes en todo equipo que almacene informaci�n de c�mo alcanzar posibles destinos. En las tablas no se almacena la ruta espec�fica a un equipo, sino aquella a la red donde se encuentre. Cada puerto de comunicaci�n de la compuerta debe poseer una direcci�n IP.

Para que en los equipos no exista una tabla excesivamente grande, que contenga todas las rutas a las redes que se interconeta el equipo, es de gran utilidad definir una ruta por default. A trav�s de esta ruta se dever�n alcanzar todas las redes destino.

La ruta por default apunta a un dispositivo que actua como compuerta de la red donde se encuentre ubicado el equipo que la posee.

Como se vio en la arquitectura de interconexi�n de redes de TCP/IP cada par de redes se conectan mediante compuertas. Para que los paquetes alcancen sus redes destino las compuertas deben contar con mecanismos mediante los cuales ntercambien la informaci�n de las redes que conecta cada uno.

En la Arquitectura de Enrutamiento por Compuerta N�cleo existe una compuerta que centraliza las funciones de enrutamiento entre redes, a esta compuerta se le denomina n�cleo.

Cada compuerta en las redes a conectar tiene como compuerta por default a la compuerta n�cleo. Varias compuertas n�cleo pueden conetarse para formar una gran red; entre las compuertas n�cleo se intercambiar� informaci�n concerniente a las redes que cada una de ellas alcanzan.

La arquitectura centralizada de enrutamiento fue la primera que existi�. Sus principales problemas radican no tanto en la arquitectura en s�, si no en la forma en que se propagaban las rutas entre las compuertas n�cleo.

Conforme las complejidades de las redes aumentaron se debi� buscar un mecanismo que propagace la informaci�n de rutas entre las compuertas. Este mecanismo deb�a ser autom�tico esto obligado por el cambio din�mico de las redes. De no ser �s� las transiciones entre las compuertas podian ser muy lentas y no reflejar el estado de la red en un momento dado.

Este concepto ayud� a definir que tantas compuertas deber�a viajar un paquete para alcanzar su red destino. Mediante el vector una compuerta pod�a saber a que otra compuerta enviar el paquete de informaci�n, sabiendo que �sta podria no ser la �ltima compuerta por la que el paquete tendr�a que viajar. Este esquema permite tener varios caminos a una misma red, eligiendo el camino m�s corto, es decir aquella compuerta que con menos saltos conduzca a la red destino.

Proporciona un mecanismo fiable para la transferencia de flujos de informaci�n. Aunque est� �ntimamente relacionado con IP TCP es un protocolo independiente de prop�sito general. Al ser un protocolo de alto nivel su funci�n es que grandes vol�menes de informaci�n lleguen a su destino correctamente, pudiendo recobrar la p�rdida espor�dica de paquetes.

A cada paquete que es enviado se le asigna un n�mero de identificador, el equipo que lo recibe deber� enviar un reconocimiento de dicho paquete, lo que indicar� que fue recibido. Si despu�s de un tiempo dado el reconocimiento no ha sido recibido el paquete se volver� a enviar. Obs�rvese que puede darse el caso en el que el reconocimiento sea el que se pierda, en este caso se reenviar� un paquete repetido.

Si el protocolo s�lo contara con reconocimientos positivos gran parte de la capacidad de la red estar�a desperdiciada, pues no se enviar�an m�s paquetes hasta recibir el reconocimiento del �ltimo paquete enviado. El concepto de ventana deslizante hace que exista una continua transmisi�n de informaci�n, mejorando el desempe�o de la red.

Este protocolo deja al programa de aplicaci�n a ser explotado la resposabilidad de una transmisi�n fiable. Con �l puede darse el caso de que los paquetes se pierdan o bien no sean reconstruidos en forma adecuada. Permte un intercambio de datagramas m�s directo entre aplicaciones y puede elegirse para aquellas que no demanden una gran cantidad de datagramas para operar optimamente.