Capitulo 2 – Comunicación a través de la red 2.0.1 Introducción Las personas se comunican e n linea desde cualquier lugar, cada vez más. A medida que las necesidades de comunicación aumentan, también debe crecer la plataforma que conecta y respalda las redes. En vez de desarrollar sistemas individuales para la entrega de nuevos servicios, la industria ha desarrollado los medi medios os para para mejo mejora rarr la plat plataf afor orma ma exis existe tent nte, e, brin brinda dand ndo o serv servic icio ios s nuev nuevos os y mant manten enie iend ndo o las las comunicaciones existentes.
2.1 Plataforma para las comunicaciones. 2.1.1 Elementos de la comunicación. Todas las comunicaciones tienen 3 elementos en común •
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El origen del mensaje o el emisor : Las personas o dispositivos electrónicos que deben enviar el mensaje a otras personas o dispositivos.+ El segundo elemento es el destino o el receptor del mensaje : Es el dispositivo o persona que recibe el mensaje y lo interpreta. El canal: canal: Esta formado por los medios que proporcionan el camino por el que el mensaje viaja desde el origen hasta el destino.
2.1.2 Comunicación de mensajes. El enfoque enfoque utiliz utilizado ado en las redes de datos datos para para enviar enviar informac información ión es dividi dividirr los datos en partes partes maneja manejable bles s que puedan puedan ser enviad enviadas as a travé través s de la infrae infraestr struct uctura ura de red. red. Esta Esta divisi división ón de la información se conoce como segmentación. segmentación. Este proceso tiene dos beneficios principales: •
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Al enviar partes mas pequeñas, se pueden entrelazar diversas conversaciones en la red. El proceso mediante el cual se entrelazan las conversaciones se conoce como multiplexación. La segmentación puede aumentar la confiabilidad de las comunicaciones en la red, ya que no es necesario que cada una de las partes del mensaje siga el mismo recorrido, si la ruta falla pueden direccionarse los siguientes segmentos del mensaje a través de rutas alternativas. De igual manera, si una parte del mensaje se daña, solo hará falta reenviar es parte en vez del mensaje completo.
La segmentación también presenta algunos inconvenientes: •
Se agrega agrega comple compleji jidad dad al proces proceso. o. Cada parte parte del mensaje mensaje debe conten contener er informac información ión de direccionamiento y de secuencia que permita que llegue al destino correcto y que el destinatario pueda volver a ensamblar el contenido original.
2.1.3 Componentes de la red. Los dispositivos y los medios son los componentes físicos o el hardware de la red. Por ejemplo, una computadora, un Switch o el cable que se usa para conectar estos dispositivos. Los servicios y procesos son los programas que permiten la comunicación y que se ejecutan en los dispositivos conectados a la red (software). Los servicios incluyen una gran cantidad de aplicaciones que las personas utilizan a diario como servicios e e-mail y web hosting. Los procesos proporcionan la funcionalidad que traslada los mensajes a través de la red. Los procesos son menos obvios para los usuarios pero son críticos para el funcionamiento de la red. CCNA Exploration 4.0
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Capitulo 2 – Comunicación a través de la red 2.1.4 Dispositivos finales finales y su rol en la red. Los dispositivos finales constituyen al interfaz humana con la red de comunicaciones. Algunos ejemplos son: •
Computadoras personales
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Impresoras en red
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Teléfonos IP
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Cámaras de seguridad
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Dispositivos de mano como escáneres de código de barras y asistentes personales (PDA)
Los dispositivos finales se denominan hosts. hosts. Un host puede ser el origen o el destino de un mensaje transmitido por la red. Los host se identifican en la red mediante una dirección y utilizan estas direcciones para especificar a donde van dirigidos los mensajes. Un host pueda actuar como un cliente (solicita y muestra datos) o un servidor (proporciona información y servicios a otros hosts).
2.1.5 Dispositivos intermediarios intermediarios y su rol en la red. Son los dispositivos que interconectan a los hosts y pueden conectar varias redes para formar una internetwork. internetwork. Estos dispositivos también se encargan de la administración de datos y realizan ciertas operaciones como: Mantener información sobre las rutas disponibles, notificar a otros dispositivos de fallas en la comunicación, direccionar datos a través de rutas alternativas, clasificar y redireccionar paquetes, permitir o denegar el flujo de datos, entre otras. •
Dispositivos de acceso: Hubs, switches, Access Point inalámbricos
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Dispositivos de internetworking (routers)
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Servidores de comunicación y módems
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Dispositivos de seguridad (firewall).
2.1.6 Medios de red Proporcionan el canal a través del cual viaja el mensaje desde su origen hasta destino. Los medios más utilizados en redes modernas son: •
Hilos de metal (cobre/cables).
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Fibras de vidrio o plástico (Cable de fibra óptica).
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Transmisiones Transmisiones inalámbricas.
La codificación de la señal es diferente en cada medio. En los hilos de cobre, los datos se codifican mediante patrones patrones de impulsos impulsos eléctrico eléctricos s. En las transm transmisi isione ones s por fibra fibra óptica óptica,, la trans transmis misión ión luz, mientras que en las transmisiones inalámbricas los datos se codifican depende de pulsos de luz, mediante patrones de ondas electromagnéticas. electromagnéticas.
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Capitulo 2 – Comunicación a través de la red 2.2 LAN (Redes de área local), WAN WAN (Redes de área amplia) e Internetworks. 2.2.1 Redes de área local Una red individual generalmente cubre una única area geográfica y proporciona servicios a personas dentro dentro de una organiza organizació ción n común, común, como una empres empresa, a, un campus campus o una región. región. Una red LAN LAN generalmente es administrada por una única organización.
2.2.2 Redes de área amplia. Cuando una compañía u organización tiene ubicaciones separadas por grandes distancias es posible utilizar los servicios de un proveedor de telecomunicaciones, para conectar las redes LAN en las distintas ubicaciones. Estas redes que conectan las redes LAN en ubicaciones geográficamente separadas se conocen como Redes de área amplia (WAN). Aunque la organización controla las políticas y la administración de las redes LAN en los extremos, las políticas dentro de la red del proveedor son controladas de manera interna por este.
2.2.3 Internet: Una red de redes •
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Intern Internetw etwork ork:: Una malla malla de redes redes interc intercone onecta ctadas das (inter (internet networ works) ks) cubre cubre las necesi necesidad dades es de comunicación humanas. Alunas redes pertenecen a grandes organizaciones públicas y privadas y Internet . Esta red están reservadas para uso interno. La internetwork más conocida y utilizada es Internet. surge por la interconex interconexión ión de redes que pertenecen pertenecen a distintos distintos proveedores proveedores de servicios servicios de Internet (ISP) Intranet: El termino intranet se utiliza para referirse a una conexión privada de algunas LAN y WAN que pertenecen a una misma organización y solamente acceden los empleados y miembros de la organización.
2.2.4 Representaciones Representaciones de red Además de los símbolos que se presentan a continuación, conviene recordar los siguientes términos especializados cuando se analiza la interconexión de estos elementos. •
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Tarjeta de interfaz de red (NIC) o adaptador LAN: Proporciona la conexión física con la red, el medio que conecta la computadora con la red se inserta directamente en la NIC. Puerto físico: Conector o toma en la que se conecta el medio físico con un host o un dispositivo de red. Interfaz: Puertos especializados de un dispositivo de internetworking en los que se conectan redes individuales.
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2.3 Protocolos 2.3.1 Reglas que rigen las comunicaciones Toda comunicaci comunicación, ón, está regida regida por reglas reglas predeterm predeterminada inadas s llamadas llamadas protocolo protocolos. s. La comunicaci comunicación ón exitosa entre los hosts de una red requiere la interacción de una gran cantidad de protocolos. Un grupo de protocolos relacionados necesarios para realizar una comunicación se conocen como una Suite de Protocolos.
2.3.2 Protocolos de red Para que los dispositivos de red se puedan comunicar exitosamente, se debe definir una suite de protocolos que defina los requerimientos e interacciones precisas. •
El formato o estructura del mensaje
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El método por el cual los dispositivos de networking comparten información con otras redes
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Como y cuando se pasan los mensajes de error y del sistema entre dispositivos.
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Inicio y terminación de las sesiones de transferencia de datos.
2.3.3 Suites de protocolos y estándares en la industria Un estándar es un proceso o protocolo protocolo que ha sido avalado avalado por la industria industria de networki networking ng y ratificado ratificado por una organización de estándares, como el IEEE o el grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF). El uso de estándares en el desarrollo e implementación de protocolos asegura que los equipos de diferentes fabricantes puedan funcionar conjuntamente.
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Capitulo 2 – Comunicación a través de la red 2.3.4 Interacción de los protocolos. p rotocolos. Un ejemplo típico donde intervienen varios protocolos es cuando un navegador realiza una petición a un servidor web. •
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Protocolo de capa de aplicación: Protocolo de transferencia de Hypertexto (HTTP). Define la forma en la que interactúan un servidor web y sus clientes. Protocolo de transporte: Protocolo de control de transmisión (TCP) Es el protocolo de transporte que administra las conversaciones individuales entre los servidores web y los clientes. TCP divide los mensajes en partes más pequeñas denominadas segmentos para enviarlas a destino. Protocolo de internetwork: El protocolo de internetwork más común es el protocolo de Internet. Es el responsable de tomar los segmentos y asignarles información de direccionamiento, direccionamiento , para luego transmitirlos por la red. Prot Protoc ocol olos os de acce acceso so a red: red: Estos Estos protoc protocolo olos s reali realizan zan dos funcio funciones nes princi principal pales: es: La administración del enlace de datos y la transmisión física de datos a través de los medios. Las tarjetas de interfaz de red implementan los estándares apropiados para el medio que utilizan. utilizan .
2.3.5 Protocolos Independientes de la tecnología. Los protocolos de red describen las funciones que se realizan durante las comunicaciones de red, sin embargo, a menudo no describen como cumplir una determinada función. Al describir solamente que func funcio ione nes s se requ requie iere ren n dura durant nte e la comu comuni nica caci ción ón pero pero NO como como real realiz izarl arlas as es posi posibl ble e que que la implementación de un protocolo sea independiente de la tecnología sobre la cual se implementa. Por ejemplo en la especificación especificación para un servidor web no se especifica que lenguaje de programación programación utilizar o sobre que sistema operativo se ejecuta el software del servidor.
2.4 Uso de modelos en capas. 2.4.1 Beneficios del uso de un modelo en capas. Un modelo en capas muestra el funcionamiento de los protocolos y las funciones que se realizan dentro de cada capa. Así como las interacciones entre ellas. Existen beneficios al usar un modelo en capas. •
Asiste en el diseño del protocolo,
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Fomentan la competencia, interoperabilidad entre fabricantes.
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Evita que los cambios de tecnología o en las capacidades de una capa afectan otras capas superiores e inferiores. Proporciona un lenguaje para describir las funciones de red.
2.4.2 Modelos de protocolo y de referencia. •
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Un modelo de protocolo proporciona un modelo que coincide fielmente con la estructura de una suite de protocolo en particular . El modelo TCP/IP es un modelo de protocolo por que describe las funciones que se producen en cada capa dentro del conjunto TCP/IP. TCP/IP. Un modelo de referencia proporciona una referencia común para mantener la consistencia en todos los tipos de protocolos y servicios de red. Un modelo de referencia no esta pensado para
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Capitulo 2 – Comunicación a través de la red ser una especificación de implementación ni para definir la arquitectura de una red. Su propósito es asistir en la comprensión mas clara de las funciones. El modelo OSI es el modelo mas conocido, se utiliza para el diseño de redes y resolución de problemas.
2.4.3 Modelo TCP/IP El modelo de Internet (TCP/IP) se define a finales de la década de los años setenta y se conoce con el nombre de modelo de Internet. Este modelo define cuatro categorías de funciones que deben tener lugar para una comunicación exitosa. Las especificaciones de TCP/IP se discuten en un foro publico y se definen en una serie de documentos disponibles para el público denominados solicitudes de comentarios (RFC Request for comments).
2.4.4 Proceso de comunicación proporcionan an la Los Los prot protoc ocol olos os de la suit suite e de TCP/ TCP/IP IP se impl implem emen enta tan n en emis emisor or y rece recept ptor or y proporcion comunicación de extremo a extremo. extremo. El proceso general para la comunicación entre hosts es el siguiente: •
Generación de datos a nivel de capa de aplicación en el dispositivo origen
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Segmentación y encapsulación de datos en el dispositivo origen
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Transmisión Transmisión de los datos a través del medio en la capa de acceso a red.
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Trans ranspo port rte e de dato datos s a trav través és de la inte intern rnet etwo work rk,, que que cons consis iste te en medios medios y dispos dispositi itivos vos intermediarios.
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Recepción de datos en el dispositivo destino por la capa de acceso a red.
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Desencapsulación y reensamble de los datos cuando llegan al dispositivo destino.
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destino . Entrega de los datos a la aplicación en el dispositivo destino.
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Capitulo 2 – Comunicación a través de la red 2.4.5 Unidad de datos de protocolo y encapsulación. encapsulación. Mientras los datos viajan por el stack de protocolos, varios protocolos agregan información en cada nivel de la pila, esto se conoce como encapsulación. encapsulación. La forma que que adopta una porción porción de datos en cada cada capa, se denomina Unidad de Datos de Protocolo (PDU, Protocol Data Unit) . De acuerdo a la capa, cada PDU recibe distintos nombres: •
Datos: Capa de aplicación.
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Segmento: PDU de capa de transporte
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Paquete: PDU de la capa de internetwork
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Trama: PDU PDU de la capa de acceso a red
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Bits: PDU para referirse a los datos mientras se transmiten por el medio.
2.4.6 Proceso de envío y recepción. Trataremos Trataremos el ejemplo de un servidor HTTP que ya habíamos mencionado y el flujo de datos a través del stack TCP/IP. •
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HTTP entrega los datos HTML de una página web a la capa de transporte. En esta capa los datros se dividen en segmentos TCP y se añade el encabezado a cada segmento, que contiene información sobre el proceso con el cual se esta comunicando en el host remoto y también información de secuencia para reensamblar el contenido original. Internet (IP) que agrega El segm segmen ento to TCP TCP es enca encaps psul ulado ado por por la capa capa de Internet agrega nuevam nuevament ente e un encabezado, este contiene las direcciones de origen y destino de los hosts. hosts . Esto permitirá entregarlo a su destino. El paquete IP es tratado por la capa de acceso a red (Ethernet) donde se añade otro encabezado de trama y un trailer para formar una trama de ethernet. ethernet. Cada trama contiene en su encabezado una dirección física de origen y destino que identifica de manera única a cada dispositivo en la red local.
En el host destino, se sigue un proceso similar pero inverso, para desencapsular y mostrar los datos.
2.4.7 Modelo OSI Es un modelo desarrollado como referencia por la ISO (International Organization for Standarization). Se pretendía crear un conjunto de protocolos basados en este modelo que no dependieran de ninguna organización ni sistemas propietarios. Sin embargo, TCP/IP se expandió muy rápidamente, dejando al modelo OSI de 7 capas solamente como referencia . Las capas del modelo OSI habitualmente se mencionan por su número, mientras que las de TCP/IP se utiliza el nombre de la capa.
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2.4.8 Comparación entre modelo OSI y el modelo TCP/IP En la capa de acceso a red, la suite de protocolos TCP/IP solo especifica como se transfieren los datos desde la capa de Internet hacia los medios físicos. Las capas 1 y 2 del modelo OSI describen los procedimientos para para tener acceso a los medios de red. Las capas 3 y 4 del modelo OSI es donde se da la mayor similitud. La capa 3 o capa de red del modelo modelo OSI, se utiliza utiliza para analizar analizar y documentar documentar los procesos procesos que se producen en las redes de datos para enrutar y direccionar los mensajes a través de una internetwork. La capa 4 o capa de transporte del modelo OSI se utiliza para describir los servicios que administran las conversaciones individuales individuales entre los hosts de origen y destino. destino. Estas funciones incluyen acuses de recibo, recuperación de errores y secuenciamiento. secuenciamiento . En la suite TCP/IP el protocolo de control de transmisión (TCP, Transmission Control Protocol) y el protocolo de datagramas de usuario (UDP, User Datagram Protocol) operan en esta capa. Las capas 5,6 y 7 del modelo OSI se utilizan como referencia para programadores de software al momento de realizar aplicaciones que establecen comunicaciones a través de la red. En TCP/IP estas capas se resumen en una única capa de aplicación que provee una gran variedad de servicios, a través de múltiples protocolos.
2.5 Direccionamiento de red. 2.5.1 Direccionamiento Direccionamiento en la red. Existen varios tipos de direcciones que deben incluirse dentro de un paquete para lograr entregarlo satisfactoriamente. Si se utiliza como guía el modelo OSI, podemos observar las distintas direcciones e
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Capitulo 2 – Comunicación a través de la red identificadores necesarios en cada capa. •
Física: Bits de sincronización y temporización.
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Enlace de datos: Direcciones físicas de origen y destino.
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Red: Direcciones lógicas de origen y destino.
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Transporte: Transporte: número de proceso de origen y destino (puertos).
2.5.2 Envío de datos al dispositivo final. El primer identificador que se encuentra es la dirección física del host, el cual aparece en el encabezado de la PDU de capa 2 (trama). Las tramas se relacionan con la transmisión de mensajes dentro de una única red local (LAN). La dirección de capa 2 es única en una red LAN y representa la dirección del dispositivo final en el medio físico. En una red Ethernet, esta dirección se denomina “dirección MAC”.
2.5.3 Transporte de datos a través de una internetwork. internetwork. Los protocolos de capa 3 mueven datos entre redes de área local, a través de una internetwork. A diferencia de las direcciones MAC, las direcciones de capa 3 incluyen información que permite a los dispositivos de red intermediarios intermediarios ubicar hosts en redes diferentes. En los los límites de cada red local, un dispositivo intermediario (router) desencapsula la trama para leer la dirección destino de capa 3. Los routers utilizan la porción de “identificador de red” de la dirección de capa 3 para determinar la ruta hacia destino.
2.5.4 Envío de datos a la aplicación correcta. En el encabezado de capa 4 se identifica el servicio o proceso especifico para el cual están destinados los datos, ya que le host destino puede estar ejecutando múltiples aplicaciones simultáneamente. Cada aplicación o servicio esta representado por un número de puerto en la capa 4. Un dialogo único entre dispos dispositi itivos vos se identi identific fica a con un par de número números s de puert puerto o origen origen y destin destino o que repre represen sentan tan las aplicaciones en comunicación.
Sugerencias,correcciones y comentarios: Si notas algún error o tienes algún comentario sobre este resumen, puedes contactarme en la siguiente tech-freaks.net s.net.. O bien visita mi sitio web en http://techdirección dirección de correo correo electrónic electrónico: o: ruben en tech-freak freaks.net
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