Protocolo TCP/IP

Protocolo TCP/IP

El protocolo TCP/IP proviene de dos protocolos importantes: TCP (Protocolo de Control de Transmisión) e IP (Protocolo de Internet).

Este protocolo transfiere datos mediante el ensamblaje de datos en paquetes, cada paquete comienza con una cabecera que contiene información de control.

El protocolo IP permite que las aplicaciones se ejecuten sobre las redes interconectadas. El protocolo TCP asegura que los datos sean entregados, tal y como se enviaron, y que los paquetes se reciban en el orden en que fueron enviados. Si la transmisión no es fiable, TCP terminara la conexión.

En conjunto, este protocolo se encarga de enlazar ordenadores de diferentes tipos, es decir, marca, sistema operativo y tipo de red diferentes.

Funciones de TCP/IP

- Dividir los mensajes en paquetes (datagramas).

- Usar un sistema de direcciones.

- Enrutar datos por la red.

- Detectar errores en la transmisión.

Arquitectura TCP/IP

El protocolo consta de cinco capas, que agrupan los protocolos y que están relacionadas con los niveles del modelo OSI.

-   Aplicación. Abarca los niveles de aplicación, presentación y sesión. Proporciona servicios de correo electrónico (SMTP), transferencia de archivos (FTP), conexión remota (TELNET), transferencia de hipertexto (HTTP).

-      Transporte. Los protocolos TCP y UDP de este nivel se encargan  de manejar datos y proporcionar fiabilidad en el transporte de los mismos.

-       Internet. Se encarga de enviar paquetes de información al destinatario correspondiente. Utiliza el protocolo IP. Es el nivel de red del modelo OSI.

-          Red. Es la interfaz de la red.

-          Físico. Es similar al nivel físico de OSI.

Otros protocolos incluidos en TCP/IP

-          UDP. (User Datagram Protocol). Protocolo de Datagrama de Usuario. Un servicio sin conexión, lo que significa que los datos se envían o reciben estén en contacto entre ellas. 

-          FTP (File Transfer Protocol), el Protocolo de Transferencia de Archivos transfiere ficheros de una máquina a otra. 

-          TELNET permite accesos remotos, lo que significa que un usuario en una máquina puede conectarse a otra y comportarse como si estuviera usándola directamente.

-          SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).Protocolo Simple de Transferencia de Correo, es un protocolo dedicado que transfiere correo electrónico. 

Medios de transmision

Medios de transmisión

El medio de transmisión es el soporte físico a través del cual los nodos emisor y receptor pueden comunicarse.

Existen dos tipos de medios:

-          Medios guiados. Utilizan cables que se encargan de la conducción de las señales desde un extremo al otro.

-          Medios no guiados. La transmisión se realiza a través de antenas. En ocasiones tiene problemas por la reflexión de la señal ocasionad por obstáculos en el medio.

En ambos, la transmisión se da por ondas electromagnéticas.

Medios de transmisión guiados

- Par trenzado

El cable de par trenzado consiste en dos hilos conductores de cobre envueltos cada uno de ellos en un aislante. Los cables trenzados se incrementan la inmunidad a interferencias electromagnéticas y se reduce el crosstalk[1] entre ellos.

Tipos:

o   UTP (Unshielded Twisted Pair). Es un cable de par trenzado sin apantallar, muy sensible a interferencias. Es muy flexible. Tiene una impedancia de 100 ohmios. El segmento máximo de longitud es de 100 metros.

La Asociación de Industrias Electrónicas e Industrias de la Telecomunicación (EIA/TIA) en su norma 568A especifica el tipo de cable UTP utilizado en diferentes situaciones.

Las categorías definidas en los estándares son:

-          Categoría 1. Cable telefónico tradicional que permite transmitir voz.

-          Categoría 2. Certifica el cable UTP para transmitir datos hasta 4mbps.

-          Categoría 3. Permite transmisión de datos hasta 16mbps.

-          Categoría 4. Permite transmisión de datos hasta 20mbps.

-          Categoría 5. Su transmisión de datos alcanza los 100mbps.

o   STP. (Shielded Twisted Pair). Es un cable de par trenzado apantallado, es decir, cada par individual va envuelto en una malla y a su vez, el conjunto de cables se envuelve en otra malla, por consiguiente, se disminuye mucho la diafonía, la interferencia y l atenuación. Es más rígido que el UTP. Su impedancia es de 50 ohmios.

- Cable coaxial

Consta de dos  alambres de cobre duro en el núcleo, rodeado de un aislante, que a su vez está rodeado por un  conductor cilíndrico. El conductor externo está cubierto por una capa de plástico protector. 

Este cable cubre grandes distancias y es empleado para la transmisión de datos a alta velocidad por su gran capacidad de ancho de banda.

Sin embrago, sus limitación es son el ruido térmico y la intermodulación.

- Fibra óptica

Está compuesto en su núcleo por fibras de vidrio o plástico, después existe una funda óptica, de los mismos materiales, pero con un aditivo que confirma las ondas ópticas en el núcleo y finalmente un revestimiento de protección.

La transmisión por fibra óptica se realiza a través de ondas luminosas, incluyendo un fotodiodo que reconstruye la señal enviada.

Tipos de fibra óptica

-          Fibra monomodo. La capacidad de trasporte de información es la más alta que en los otros tipos de fibra. Permite solo la transmisión de rayos que tienen una sola trayectoria. Su banda de paso es de 100 GHz/Km.

-          Fibra multimodo de índice gradual.  El índice de refracción en el interior del núcleo decrece al desplazarse del núcleo a la cubierta. Su banda de paso es de 500 MHz/Km.

-          Fibra multimodo índice escalonado. El índice de refracción es superior al de la cubierta que lo rodea, por lo tanto, tiene variaciones brutales,  Su ancho de banda es de 40 MHz/Km

Medios de transmisión no guiados

En este tipo de transmisión, las señales se propagan a través del aire y el vacío. Tanto la transmisión como la recepción se llevan a cabo mediante antenas. Dicha transmisión puede ser:

-          Direccional. La transmisión se emite hacia un haz específico, por lo que ambas antenas (emisora y receptora) deben estar alineadas.

-          Omnidireccional. La trasmisión de la señal se hace de manera dispersa, es decir, hacia todas las direcciones, pudiendo ser captada por varias antenas.

Elementos de interconexion de redes

Elementos de interconexión de redes

Los dispositivos de interconexión permiten conectar segmentos de una misma red o de diferentes.

Ventajas de la interconexión:

-          Compartir recursos dispersos.

-          Aumentar cobertura geográfica.

-          Coordinar tareas de diversos grupos de trabajo.

Los elementos utilizados para interconexión son:

1. Hub (Concentrador). Es un dispositivo que permite centralizar el cableado de una red. Es utilizado para un número limitado de maquinas. Una solicitud realizada a un nodo de la red, será envida a todos los nodos de la red, reduciendo considerablemente el ancho de banda y ocasionando colisiones.

Características:

-          Sus puertos son RJ-45.

-          Generalmente existen hubs con 8, 16, 24 y 32 puertos.

-          Al enviar una señal a todos los puertos se hace más lento.

-          Es inseguro, ya que una señal se envía a todos los puertos y no solo al destinatario.

-          Trabajan en la capa física de modelo OSI.

2. Switch (Conmutador). Es un dispositivo que distribuye los datos enviados al nodo destino, eliminado la posibilidad  de colisiones. Permite conectar mayor número de maquinas que un hub.

Características:

-          No examina la información, simplemente evalúa la dirección destino de los datos (Cut Througtht), lo que lo hace muy veloz.

-          Puertos RJ-45, desde 4, 8, 16, 32 hasta 52.

-          El puerto 1 es utilizado para recibir el cable de señal de red.

-          Es compatible con la mayoría de los Sistemas Operativos de red.

-          Opera en la capa de enlace de datos del modelo OSI.

3. Router (Enrutador). Es un dispositivo que permite determinar la mejor ruta posible que debe tomar un paquete de datos.

Características:

-          Opera en la capa de red del modelo OSI.

-          Permite la creación de subredes.

-          Utiliza un firewall para proteger la instalación.

-        Se puede conectar con redes WLAN por medio de dispositivos inalámbricos como Access Point.

4. (Repetidor). Es un dispositivo encargado de regenerar la señal en un segmento de red homogénea  ampliando su cobertura.

Características:

- Trabaja en la capa física del modelo OSI.

- Solo puede unir redes que utilizan el mismo protocolo.

- Los paquetes llegan a todos los nodos de la red.

5. Bridge (Puente). Son dispositivos que ayudan a resolver las limitaciones de distancia.

Características:

-          Trabaja en la capa de enlace del modelo OSI.

-          Solo puede interconectar redes con los mismos protocolos.

-          Permite unir redes con diferentes topologías.

6. Gateway (Puerta de enlace). Es un dispositivo que permite interconectar redes con  protocolos y arquitecturas diferentes a todos los niveles de comunicación. Permite que los nodos conectados a él, tengan acceso a una red exterior, realizando para ello una traducción de IP.

Características:

-          Opera en los niveles superiores del modelo OSI (desde aplicación hasta transporte).

-          Incluye funciones de firewall y servidor proxy.

-          La tasa de transferencia se ve disminuida por los tipos de redes a unir.

Definición y tipos de redes

Redes de Computadoras

Una red es un conjunto de dos o mas computadoras conectadas entre si, para compartir recursos (impresora) e información.

Dentro del área de las redes computacionales, se le denomina nodo, a cada una de las computadoras que integra dicha red.

Tipos de redes

Las redes computacionales se clasifican, según su tamaño, de la siguiente manera:

-       Redes LAN (Local Area Network). Redes de área local, este tipo de redes son relativamente pequeñas, esto quiere decir que las podemos encontrar en oficinas, escuelas, mercados, cualquier organización establecida dentro de un mismo edificio.

Como abarcan un área geográfica pequeña, el tiempo de transmisión no es mucho.

-       Redes WAN (Wide Area Network). Redes de área extensa, como su nombre lo indica, abarcan una amplia área geográfica, es decir, países o continentes, lo que hace la transmisión de datos más lenta que las LAN. Interconectan equipos dispersos, generalmente, a estas redes se conectan las tipo LAN, para tener acceso a mejores servicios.

-       Redes MAN (Metropolitan Área Network). Redes de área metropolitana, cubren un área geográfica determinada; pueden interconectar dos o más redes LAN.

Topologias

Topologías

Las redes de computadoras tienen dos topologías diferentes:

-          Topología física. Es la disposición física de los equipos de la red, la forma en que los equipos y el cable se distribuyen y se conectan.

-          Topología lógica. Es el método utilizado para comunicarse entre nodos.

Ambas topologías deben ser elegidas en base a los requerimientos técnicos y económicos.

Topologías físicas

Topología de bus. Es también conocida como topología en serie, debido a que los equipos de la red se conectan sobre un segmento común de cable. Tienen en los extremos unas resistencias conocidas como terminadores. La información viaja por el cable en ambos sentidos, hasta llegar al nodo destino.

Características:

-          Permite conectar una gran cantidad de equipos al bus.

-          Si falla uno de los nodos, no altera en funcionamiento de la red.

-          Si falla el canal de comunicación (cable), la red se ve afectada.

-     Su velocidad es de 10/100 Mbps.

Topología en estrella. En ella, los nodos se conectan a directamente a un punto central y todas las comunicaciones se han de hacer a través de él. Es la topología mas utilizada por las LAN.

Dentro de las redes locales, normalmente se conectan los nodos a hubs, routers o switch, fungiendo estos dispositivos como el nodo central de la red. La información viaja del nodo extremo al nodo central y viceversa.

Características:

-          Si un nodo falla, no afecta la comunicación del resto de la red.

-          Si el nodo central es el que  falla, la red en su totalidad se cae.

-          Es fácil añadir más equipos a la red.

-          La velocidad de comunicación entre el nodo central y uno extremo es alta, y baja cuando es entre nodos.

-          Toda la información entre nodos, debe pasar por el nodo central.

-          Es muy costosa, al requerir más cable que otras topologías.

Topología de anillo.  En ella, los nodos están unidos, uno con otro, formando un anillo, es decir, los nodos de los extremos están unidos. La información circula en un solo sentido del anillo, regenerándose en cada nodo.

Características:

-          Si un nodo falla, se pierde la comunicación en la red.

-          Utiliza el método de pase de testigo.

-          Su instalación es difícil.

Topología de malla. En esta topología, todos los nodos se encuentran conectados entres si por medio de cables separados.

Características:

-          La información es enviada únicamente a los equipos que se encuentran conectados.

-          Es muy costosa, al necesitar demasiado cable.

-          Si un nodo falla, no inhabilita el sistema.

-          Es muy segura.

Modelo OSI

MODELO OSI

Con el avance de la tecnología, las redes han tenido un crecimiento vertiginoso, sin embargo, no todas las redes utilizan el mismo hardware y el mismo software, lo que ha generado incompatibilidades entre ellas, ya que utilizaban especificaciones distintas para transmitir información, ocasionando problemas para comunicarse entre si.

Debido a esta situación, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) realizo investigaciones acerca de los esquemas de red, llegando a la conclusión de crear un modelo de red que permitiera implementar redes que pudieran comunicarse y trabajar en conjunto, es decir, lograr la interoperabilidad entre las redes, como resultado, se elaboró el modelo OSI en 1984.

El modelo OSI es un modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos, para comunicaciones por red.

Brinda un marco que se puede utilizar para comprender como viaja la información a través de la red.

El modelo OSI divide en siete capas el proceso de transmisión de la información entre equipos informáticos, donde cada capa se encarga de una determinada tarea del proceso global.

Las ventajas de dividir el modelo en capas son:

-          Divide la comunicación de red en partes más sencillas, simplificando el aprendizaje.

-    Normaliza los componentes de la red, permitiendo el soporte  de los productos de diferentes fabricantes.

-          Al realizarse cambios en una capa, no se generan alteraciones en las demás capas.

-          Permite que los diferentes tipos de hardware y software se puedan comunicar entre sí.

Las siete capas del modelo OSI se representan en la siguiente imagen:

Capa 7: Aplicación

A esta capa le corresponde ofrecer acceso general a la red. Ofrece al usuario aplicación es como gestión de mensajes, transferencia de archivos,  consultas de bases de datos, etc.

Esla capa más cercana al usuario.

Capa 6: Presentación

Es la encargada de recolectar los datos de la capa de aplicación para convertirlos a un formato que pueda ser entendido por todos los nodos, es decir, un formato común. También le corresponde cifrar y comprimir los datos.

Capa 5: Sesión

Su función es establecer un enlace de comunicación entre los nodos emisor y receptor, ubicando los puntos de control en la secuencia de datos, de este modo, en caso de haber fallos, al restablecerse la sesión solo se reenviarán los datos que falten.

Capa 4: Transporte

Esta capa se encarga de controlar el flujo de datos entre los nodos que establecen una comunicación, para que no haya errores y sigan la secuencia correcta. También es la encargada de evaluar el tamaño de los paquetes, que sea el adecuado para la arquitectura de la red.

Capa 3: Red

Realiza la selección de ruta, direccionamiento y enrutamiento de los paquetes hasta ser entregados. En esta capa, las direcciones lógicas (IP) se concierten en direcciones físicas (NIC).

Capa 2: Enlace de datos

Proporciona transito confiable de datos, a través de un enlace físico, desplazando los datos hasta el nodo receptor e identifica cada computadora  incluida en la red de acuerdo a su dirección de hardware (que viene codificada en la NIC).

Capa 1: Física

Aborda aspectos físicos de la red, es decir, cableado, concentradores, y todos los dispositivos que conforman la red.