3.1 Concepto de Protocolo
Los protocolos de comunicaciones
son las reglas y procedimiento utilizados en una red para establecer la
comunicación entre los nodos que disponen de acceso a la red. Los protocolos
gestionan dos niveles de comunicación distintos. Las reglas de alto nivel
definen como se comunican las aplicaciones, mientras que las de bajo nivel
definen como se transmiten las señales por el cable.
• Funciones Principales de los Protocolos
• Definición de la asignación de pines en el interfaces
físico
• Definición de la disciplina de línea a ser usada (Full
dúplex - Half dúplex).
• Definición del medio y el interfaces para acceso al
medio.
• Detección y Corrección de errores en la transmisión.
• Definición de la señalización y codificación a ser
usada.
• Proveer una secuencia para los paquetes de datos
transmitidos.
• Establecer una técnica de enrutamiento dentro de la Red.
• Garantía confiable de la transmisión y recepción de los
datos.
• Establecer una disciplina de dialogo para determinar
quien transmite en un momento dado y por cuanto tiempo.
• Proveer un método para establecer y terminar una
conexión.
• Establecer una técnica para compresión o encriptación de
los datos.
3.3 Protocolos más Usados
Frame relay: Frame Relay
• Es una tecnología para redes de área amplia (WAN) que
surge de la necesidad de construir un protocolo que requiera mínimo
procesamiento de los nodos de conmutación.
• Protocolo de transmisión de paquetes de datos en ráfagas
de alta velocidad a través de una red digital fragmentados en unidades de
transmisión llamadas Frame.
• Servicio portador RDSI de banda estrecha en modo de
paquetes.
Antecedentes
Frame Relay es un protocolo de
WAN de alto desempeño que opera en las capas físicas y de enlace de datos del
modelo de referencia OSI. Originalmente, la tecnología Frame Relay fue diseñada
para ser utilizada a través de las ISDN (Interfases de la Red Digital de
Servicios Integrados). Hoy en día, se utiliza también a través de una gran
variedad de interfases de otras redes.
Frame Relay es un ejemplo de
tecnología de conmutación de paquetes. En las redes que utilizan esta
tecnología, las estaciones terminales comparten el medio de transmisión de la
red de manera dinámica, así como el ancho de banda disponible. Los paquetes de
longitud variable se utilizan en transferencias más eficientes y flexibles.
Posteriormente, estos paquetes se conmutan entre los diferentes segmentos de la
red hasta que llegan a su destino. Las técnicas de multiplexaje estadístico
controlan el acceso a la red en una red de conmutación de paquetes. La ventaja
de esta técnica es que permite un uso más flexible y eficiente de ancho de
banda. La mayoría de las LAN más aceptadas en la actualidad, como Ethernet y
Token Ring, son redes de conmutación de paquetes.
A veces se describe a Frame
Relay como una versión compacta de X.25 con menos características en cuanto a
robustez, como el ventaneo y la retransmisión de los datos más recientes, que
se ofrecen en X.25. Esto se debe a que Frame Relay normalmente opera a través
de instalaciones WAN que ofrecen servicios de conexión más confiables y un
mayor grado de confiabilidad que las disponibles a finales de los años 70 e
inicio de los 80, las cuales servían como plataformas habituales para las WAN’s
X.25. Como se dijo anteriormente, Frame Relay es estrictamente una arquitectura
de la Capa 2, en tanto que X.25 también proporciona servicios de la Capa 3 (la
capa de red). Por lo anterior, Frame Relay supera en desempeño y eficiencia la
transmisión a X.25, y la tecnología Frame Relay resulta apropiada para las
aplicaciones WAN actuales, como la interconexión LAN.
Frame Relay comenzó como un
movimiento a partir del mismo grupo de normalización que dio lugar a X.25 y
RDSI: El ITU (entonces CCITT). Sus especificaciones fueron definidas por ANSI,
fundamentalmente como medida para superar la lentitud de X.25, eliminando la
función de los conmutadores, en cada "salto" de la red. X.25 tiene el
grave inconveniente de su importante "overhead" producido por los
mecanismos de control de errores y de flujo.
Hasta hace relativamente poco
tiempo, X.25 se ha venido utilizando como medio de comunicación para datos a
través de redes telefónicas con infraestructuras analógicas, en las que la
norma ha sido la baja calidad de los medios de transmisión, con una alta tasa
de errores. Esto justificaba los abundantes controles de errores y sus
redundantes mecanismos para el control de flujo, junto al pequeño tamaño de los
paquetes. En resumen, se trataba de facilitar las retransmisiones para obtener
una comunicación segura.
Frame Relay proporciona
conexiones entre usuarios a través de una red pública, del mismo modo que lo
haría una red privada con circuitos punto a punto. De hecho, su gran ventaja es
la de reemplazar las líneas privadas por un sólo enlace a la red. El uso de
conexiones implica que los nodos de la red son conmutadores, y las tramas deben
de llegar ordenadas al destinatario, ya que todas siguen el mismo camino a
través de la red.
Situación Actual Y Tendencias De
Frame Relay
La clave para que Frame Relay sea
aceptado con facilidad, al igual que ocurrió con X.25, y también ocurre ahora
con RDSI, es su gran facilidad, como tecnología, para ser incorporado a equipos
ya existentes: encaminadores (routers), ordenadores, conmutadores,
multiplexores, etc., y que estos pueden, con Frame Relay, realizar sus
funciones de un modo más eficiente.
Por ello, Frame Relay es una
solución ampliamente aceptada, especialmente para evitar la necesidad de
construir mallas de redes entre encaminadores (routers), y en su lugar multiplexando
muchas conexiones a lugares remotos a través de un solo enlace de acceso a la
red Frame Relay.
Su ventaja, como servicio
público es evidente. Sin embargo, el hecho de ser un servicio público también
llegar a ser un inconveniente, desde el punto de vista de la percepción que el
usuario puede tener de otros servicios como X.25, y que han llevado, en los
últimos años, a las grandes compañías, a crear sus propias redes, con sus
propios dispositivos (fundamentalmente multiplexores, conmutadores y encaminadores)
y circuitos alquilados.
El inconveniente de esas grandes
redes, además de su alto coste por el número de equipos necesario, es el número
de circuitos que pueden llegar a suponer y el intrincado laberinto que ello
conlleva; por otro lado, se pueden llegar a generar cuellos de botella en
determinados puntos, y grandes congestiones en toda la red. Por el contrario,
Frame Relay permite una mayor velocidad y prestaciones, además de permitir que
un mismo circuito sirva a varias conexiones, reduciendo, obviamente, el número
de puertos y circuitos precisos, y por tanto el coste total.
Pero Frame Relay sigue siendo
una tecnología antigua, ya que no inventa nuevos protocolos ni mejora los
dispositivos de la red, sino que se limita a eliminar parte de la carga de
protocolo y funciones de X.25, logrando mejorar su velocidad. El resultado es
una red más rápida, pero no una red integrada.
Además, dado que Frame Relay
está orientado a conexión, todas las tramas siguen la misma ruta a través de la
red, basadas en un identificador de conexión. Pero las redes orientadas a
conexión son susceptibles de perderla si el enlace entre el nodo conmutador de
dos redes falla. Aún cuando la red intente recuperar la conexión, deberá de ser
a través de una ruta diferente, lo que origina un cambia en la demora extremo a
extremo y puede no ser lo suficientemente rápido como para ser transparente a
las aplicaciones.
Características
A continuación se presentan, de
manera general, los principales aspectos de Frame Relay:
• Orientado a conexión.
• Paquetes de longitud variable.
• Velocidad de 34Mbps.
• Servicio de paquetes en circuito virtual, tanto con
circuitos virtuales conmutados como con circuitos virtuales permanentes.
• Trabaja muy similar a una simple conexión de
modo-circuito (en donde se establece la conexión entre el receptor y el
transmisor, y luego se lleva a cabo la comunicación de la información), la
diferencia esta en que la información del usuario no es transmitida
continuamente sino que es conmutada en pequeños paquetes (Frame Relays).
• Sigue el principio de ISDN de separar los datos del
usuario de los datos de control de señalización para lo cual divide la capa de
enlace en dos subcapas.
• Mínimo procesamiento en los nodos de enlace o
conmutación.
• Supone medios de transmisión confiables.
• Funciones implementadas en los extremos de la subred.
• Maneja el protocolo HDLC de igual manera que X.25.
• El protocolo de transferencia es bidireccional entre las
terminales
• La capa inferior detecta pero no corrige los errores, se
deja para las capas más altas, lo cual lo hace más rápido y transparente.
• Ideal para interconectar LAN y WAN por sus altas
velocidades y transparencia a las capas de red superiores.
• Se pueden cargar múltiples protocolos de LAN sobre Frame
Relay.
• En Frame-Relay se transmiten paquetes de longitud
variable a través de la red, lo cual hace poco apta su utilización para la
transmisión de tráfico de voz, dado que si se escogen paquetes muy grandes, se
introduce un retardo demasiado alto (no permitido para el tráfico de este tipo)
o se introduce un retardo variable para cada paquete lo cual no garantiza que
la voz fluya de forma natural, degradando la calidad del servicio.
Tecnología
Las redes Frame Relay se
construyen partiendo de un equipamiento de usuario que se encarga de empaquetar
todas las tramas de los protocolos existentes en una única trama Frame Relay.
También incorporan los nodos que conmutan las tramas Frame Relay en función del
identificador de conexión, a través de la ruta establecida para la conexión en
la red
3.3.1 Control de Enlace de Datos
Digital (SDLC)
SDLC es un protocolo IBM orientado a
bit, usado en la arquitectura de Red SNA, el cual permite modos de operación
Full Dúplex y Half Dúplex bajo cualquier código de información. Permite de
transmisión de un máximo de siete tramas o bloques de datos antes de requerir
un reconocimiento de los mismos. Consecuentemente la transmisión de datos en
SDLC es mucho mas rápido que en el protocolo bisincrono.
TCP/IP
TCP
Transmission Control Protocol (TCP) o Protocolo
de Control de Transmisión, es uno de los protocolos fundamentales en Internet.
Fue creado entre los años 1973 y 1974 por Vint Cerf y Robert Kahn.1
Muchos programas dentro de una red de datos
compuesta por redes de computadoras, pueden usar TCP para crear “conexiones”
entre sí a través de las cuales puede enviarse un flujo de datos. El protocolo
garantiza que los datos serán entregados en su destino sin errores y en el
mismo orden en que se transmitieron. También proporciona un mecanismo para
distinguir distintas aplicaciones dentro de una misma máquina, a través del
concepto de puerto.
Objetivos
de TCP
Con el uso de protocolo TCP, las aplicaciones
pueden comunicarse en forma segura (gracias al de acuse de recibo -ACK- del protocolo
TCP) independientemente de las capas inferiores. Esto significa que los routers
(que funcionan en la capa de Internet) sólo tiene que enviar los datos en forma
de datagrama, sin preocuparse con el monitoreo de datos porque esta función la
cumple la capa de transporte (o más específicamente el protocolo TCP).
Funciones
de TCP
En la pila de protocolos TCP/IP, TCP es la capa
intermedia entre el protocolo de internet (IP) y la aplicación. Muchas veces
las aplicaciones necesitan que la comunicación a través de la red sea
confiable. Para ello se implementa el protocolo TCP que asegura que los datos
que emite el cliente sean recibidos por el servidor sin errores y en el mismo
orden que fueron emitidos, a pesar de trabajar con los servicios de la capa IP,
la cual no es confiable. Es un protocolo orientado a la conexión, ya que el
cliente y el servidor deben de anunciarse y aceptar la conexión antes de
comenzar a transmitir los datos a ese usuario que debe recibirlos.
Características
del TCP
Permite colocar los datagramas nuevamente en
orden cuando vienen del protocolo IP.
Permite el monitoreo del flujo de los datos y
así evita la saturación de la red.
Permite que los datos se formen en segmentos de
longitud variada para "entregarlos" al protocolo IP.
Permite multiplexar los datos, es decir, que la
información que viene de diferentes fuentes (por ejemplo, aplicaciones) en la
misma línea pueda circular simultáneamente.
Por último, permite comenzar y finalizar la
comunicación amablemente.
IP
Internet Protocol (en español 'Protocolo de
Internet') o IP es un protocolo de comunicación de datos digitales clasificado
funcionalmente en la Capa de Red según el modelo internacional OSI.
Su función principal es el uso bidireccional en
origen o destino de comunicación para transmitir datos mediante un protocolo no
orientado a conexión que transfiere paquetes conmutados a través de distintas
redes físicas previamente enlazadas según la norma OSI de enlace de datos.
Descripción
funcional
El diseño del protocolo IP se realizó
presuponiendo que la entrega de los paquetes de datos sería no confiable. Por
ello, IP tratará de realizarla del mejor modo posible, mediante técnicas de
encaminamiento, sin garantías de alcanzar el destino final pero tratando de
buscar la mejor ruta entre las conocidas por la máquina que esté usando IP.
Los datos en una red basada en IP son enviados
en bloques conocidos como paquetes o datagramas (en el protocolo IP estos
términos se suelen usar indistintamente). En particular, en IP no se necesita ninguna
configuración antes de que un equipo intente enviar paquetes a otro con el que
no se había comunicado antes.
IP provee un servicio de datagramas no fiable
(también llamado del "mejor esfuerzo": lo hará lo mejor posible, pero
garantizando poco). IP no provee ningún mecanismo para determinar si un paquete
alcanza o no su destino y únicamente proporciona seguridad (mediante checksums
o sumas de comprobación) de sus cabeceras y no de los datos transmitidos. Por
ejemplo, al no garantizar nada sobre la recepción del paquete, éste podría
llegar dañado, en otro orden con respecto a otros paquetes, duplicado o
simplemente no llegar. Si se necesita fiabilidad, ésta es proporcionada por los
protocolos de la capa de transporte, como TCP. Las cabeceras IP contienen las
direcciones de las máquinas de origen y destino (direcciones IP), direcciones
que serán usadas por los enrutadores (routers) para decidir el tramo de red por
el que reenviarán los paquetes. El IP es el elemento común en el Internet de
hoy. El actual y más popular protocolo de red es IPv4. IPv6 es el sucesor
propuesto de IPv4; poco a poco Internet está agotando las direcciones
disponibles por lo que IPv6 utiliza direcciones de fuente y destino de 128
bits, muchas más direcciones que las que provee IPv4 con 32 bits. Las versiones
de la 0 a la 3 están reservadas o no fueron usadas. La versión 5 fue usada para
un protocolo experimental. Otros números han sido asignados, usualmente para
protocolos experimentales, pero no han sido muy extendidos.
Si la información a transmitir
("datagramas") supera el tamaño máximo "negociado" (MTU) en
el tramo de red por el que va a circular podrá ser dividida en paquetes más
pequeños, y reensamblada luego cuando sea necesario. Estos fragmentos podrán ir
cada uno por un camino diferente dependiendo de como estén de congestionadas
las rutas en cada momento.
Las cabeceras IP contienen las direcciones de
las máquinas de origen y destino (direcciones IP), direcciones que serán usadas
por los enrutadores (routers) para decidir el tramo de red por el que
reenviarán los paquetes.1
Direccionamiento
IP y enrutamiento
Quizás los aspectos más complejos de IP son el
direccionamiento y el enrutamiento. El direccionamiento se refiere a la forma
como se asigna una dirección IP y cómo se dividen y se agrupan subredes de
equipos.
El enrutamiento consiste en encontrar un camino
que conecte una red con otra y, aunque es llevado a cabo por todos los equipos,
es realizado principalmente por routers, que no son más que computadoras
especializadas en recibir y enviar paquetes por diferentes interfaces de red,
así como proporcionar opciones de seguridad, redundancia de caminos y
eficiencia en la utilización de los recursos.
Dirección
IP
Una dirección IP es un número que identifica de
manera lógica y jerárquicamente a una interfaz de un dispositivo (habitualmente
una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo de Internet
(Internet Protocol), que corresponde al nivel de red o nivel 3 del modelo de
referencia OSI. Dicho número no se ha de confundir con la dirección MAC que es
un número físico que es asignado a la tarjeta o dispositivo de red (viene
impuesta por el fabricante), mientras que la dirección IP se puede cambiar.
El usuario al conectarse desde su hogar a
Internet utiliza una dirección IP. Esta dirección puede cambiar al reconectar.
A la posibilidad de cambio de dirección de la IP se denomina dirección IP
dinámica. Existe un protocolo para asignar direcciones IP dinámicas llamado
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).
Los sitios de Internet que por su naturaleza
necesitan estar permanentemente conectados, generalmente tienen una dirección
IP fija (IP fija o IP estática); es decir, no cambia con el tiempo. Los
servidores de correo, dns, ftp públicos, servidores web, conviene que tengan
una dirección IP fija o estática, ya que de esta forma se facilita su
ubicación.
Las máquinas manipulan y jerarquizan la
información de forma numérica, y son altamente eficientes para hacerlo y ubicar
direcciones IP. Sin embargo, los seres humanos debemos utilizar otra notación
más fácil de recordar y utilizar, por ello las direcciones IP pueden utilizar
un sinónimo, llamado nombre de dominio (Domain Name), para convertir los
nombres de dominio en direcciones IP, se utiliza la resolución de nombres de
dominio DNS.
Enrutamiento
Artículo principal: Enrutamiento
En comunicaciones, el encaminamiento (a veces
conocido por el anglicismo ruteo o enrutamiento) es el mecanismo por el que en
una red los paquetes de información se hacen llegar desde su origen a su
destino final, siguiendo un camino o ruta a través de la red. En una red grande
o en un conjunto de redes interconectadas el camino a seguir hasta llegar al
destino final puede suponer transitar por muchos nodos intermedios.
Asociado al encaminamiento existe el concepto
de métrica, que es una medida de lo "bueno" que es usar un camino
determinado. La métrica puede estar asociada a distintas magnitudes: distancia,
coste, retardo de transmisión, número de saltos, etc., o incluso a una
combinación de varias magnitudes. Si la métrica es el retardo, es mejor un
camino cuyo retardo total sea menor que el de otro. Lo ideal en una red es
conseguir el encaminamiento óptimo: tener caminos de distancia (o coste, o
retardo, o la magnitud que sea, según la métrica) mínimos. Típicamente el
encaminamiento es una función implantada en la capa 3 (capa de red) del modelo
de referencia OSI.
PROTOCOLO X25
Es un protocolo utilizado principalmente en una WAN, sobre
todo, en las redes públicas de transmisión de datos. Funciona por conmutación
de paquetes, esto es, que los bloques de datos contienen información del origen
y destino de los mismos para que la red los pueda entregar correctamente aunque
cada uno circule por un camino diferente. Está diseñado para operar
efectivamente sin importar los tipos de sistemas conectados a la red. Se
utiliza en las redes de conmutación de paquetes.
PROPTOCOLO RSVP
Protocolo de reserva de recursos (RSVP) es una técnica
señalización para garantizar la calidad de servicio (QoS) al reservar ancho de
banda para los flujos de datos compatibles con RSVP. Todos los nodos de la ruta
de acceso de datos deben ser compatibles con RSVP para una calidad de servicio
garantizada. Las reservas son iniciadas por el receptor para el tráfico de
multidifusión y unidifusión.
MÁS INFORMACIÓN
RSVP se especifica en RFC 2205. Se utiliza para reservar
ancho de banda en cada nodo para un determinado flujo a lo largo de una ruta de
acceso de datos determinado. Los nodos a lo largo de la ruta de acceso deben
admitir la funcionalidad RSVP. RSVP puede utilizarse con el tráfico de
multidifusión y unidifusión. RSVP no es un protocolo de enrutamiento, pero utilizar
protocolos de enrutamiento y consulta de las tablas de enrutamiento local para
las rutas.
Se inicia un flujo típico de reserva enviando un mensaje de
ruta de acceso posterior al receptor. Cada nodo de la ruta de acceso de datos
establece un estado de ruta de acceso, para mantener la QoS adecuados. Un
mensaje de ruta de acceso indica el identificador de flujo, información de
reserva y la dirección de origen y de destino. Una vez que el mensaje PATH
llega a su destino, el receptor pasa la solicitud al proceso RSVP local, que
pasa la solicitud de control de admisión y control de la directiva. El control
de admisión determina si el nodo tiene los recursos disponibles para satisfacer
la solicitud. Control de la directiva determina si el usuario tiene permiso
para solicitar la reserva. Si cualquiera de ellos no tiene éxito, el proceso
RSVP envía una respuesta de error al programa de envío. Si el control de
admisión y control de la directiva tiene éxito, los parámetros se establecen en
el clasificador de paquetes y el programador de paquetes para implementar la
QoS adecuados.
Un mensaje RESV se envía de regreso desde el receptor a
cada nodo de la ruta de acceso inversa. El mensaje RESV utiliza la misma
información de flujo utilizada en el mensaje de ruta de acceso. Los enrutadores
de la ruta confirman la reserva y, a continuación, almacenarán la información
en una tabla de flujo. Este proceso se repite hasta que el remitente obtiene el
mensaje RESV. La reserva, a continuación, se configura. Una vez terminados el
remitente y el receptor con el flujo reservado, se envía un mensaje de PathTear
cómo romper el flujo. A continuación, se liberan los recursos para su uso en
una reserva más adelante.
