Introducci

1
Introducción a TCP/IP
características principales

• Dr. Roberto Gómez Cárdenas
• rogomez_at_campus.cem.itesm.mx
• http//webdia.cem.itesm.mx/dia/ac/rogomez

2
Qué es TCP/IP?

• Conjunto de protocolos que sirven para comunicar
  dos computadoras
• Encargado de manejar los errores en la
  transmisión, administrar el enrutamiento y
  entrega de los datos
• Controlar la transmisión real mediante el uso de
  señales de estado predeterminadas
• Los dos principales protocolos son
• TCP Transmission Control Protocol
• IP Internet Protocol

3
(No Transcript)
4
Objetivos de la arquitectura

• independencia de la tecnología de red y de la
  arquitectura de la computadora host
• conectividad universal a través de la red
• acknowledgements de punto a punto
• protocolos de aplicación estándares

5
Principales características de la arquitectura
TCP/IP

• protocolos tipo no-conexión en el nivel red
• nodos como computadoras de switcheo de paquetes
• protocolos de transporte con funciones de
  confiabilidad
• conjunto común de programas de aplicación
• ruteo dinámico

6
Modelo de la Arquitectura TCP/IP
Nivel de aplicación
Protocolo de control de transmisión (TCP)
Protocolo de datagra- mas de usuario (UDP)
Nivel de transmisión
Nivel de internet
Nivel de red
7
Los protocolos TCP/IP y el modelo OSI
Niveles OSI
Aplicación
Presentación
TELNET FTP SMTP TFTP TCP,UDP IP Subred
Niveles TCP/IP
Sesión
Aplicación
Transporte
Red
Transmisión
Enlace
Internet
Físico
Red
8
TCP/IP y Unix

• Éxito TCP/IP y Unix debido a Univ. Berkeley
  California
• Berkeley considera una implementación de TCP/IP,
  en lugar de DARPA, para sus sistemas Unix y el
  código fuente lo pone disponible como software de
  dominio público en septiembre de 1983
• Legalmente resultados de investigación y
  desarrollo de Univ. Americanas pertenecen al
  pueblo americano

9

• Prácticamente todas las implementaciones TCP/IP
  bajo Unix están basadas en el código de Berkeley
• Varias versiones no-Unix de TCP/IP tomaron como
  base el código de Berkeley

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El protocolo IP

• IP Internet Protocol
• Piedra angular de la arquitectura TCP/IP
• Especificación RFC 791
• Todas las computadoras en Internet entienden IP
• Principales labores
• direccionamiento de las computadoras
• fragmentación de mensajes
• No contiene funciones de control de flujo o de
  confiabilidad de mensajes de punto a punto

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Principales características de IP

• Protocolo orientado no conexión
• División, en caso necesario, de paquetes
• Direccionamiento con direcciones internet de 32
  bits
• Direcciones protocolos de ocho bits
• Tamaño máximo del paquete 65535 bytes
• Contiene solo un encabezado de checksum, no datos
  de checksum

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• Campos de los protocolos no son necesarios
  siempre
• Tiempo de vida finito de los paquetes
• Entrega de acuerdo al mejor esfuerzo

13
Encabezado protocolo IP
14
Direccionamiento a nivel IP

• Internet es vista como una red virtual, por lo
  que tiene su propia definición para manejar
  direcciones de cada host
• No depende del hardware subyacente
• A cada host en internet le es asignado un número
  entero y único como dirección, llamado dirección
  internet IP o dirección lógica
• No es una dirección física como la de ethernet
• La dirección IP mide 32 bits

15

• Una dirección IP contiene el identificador de la
  red a la cual el host está conectado así como el
  identificador (único) del host en esa red
• Una dirección IP es una pareja (netid, hostid) en
  donde
• netid identificador de la red
• hostid identificador del host en esa red
• Se tienen tres clases de direcciones
• clase A redes grandes primer bit es cero, hay
  27-2 redes posibles cada una con 224-2 posibles
  hosts (más de 65,536)
• clase B redes medianas valor primeros bits 10,
  hay 214--2 redes posibles, cada una con 28-2 a
  216-2 posibles hosts
• clase C redes chicas valor primeros bits 110,
  hay 221-2 redes posibles, cada una con 28-2 hosts

16
Tipos de direcciones internet
clase A
0 7
15 23
31
clase B
clase C
clase D
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Notación decimal

• Una dirección IP es representada usando 4 dígitos
  separados por un punto
• Cada dígito representa 1 byte (8 bits) de la
  dirección IP
• Ejemplo
• dirección IP 10000000 00001010 00000010 00011110
• equivalente
  decimal
  128 10 2 30
• notación decimal 128.10.2.30

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Ejemplos direcciones
Ejemplo dirección clase A 10.0.0.3210
00001010.00000000.00000000.000100002 Ejemplo
dirección clase B 128.14.58.6010 10000000.000
01110.00111010.001111002 Ejemplo dirección clase
C 192.9.150.2210 11000000.00001001.10010110.11
0010102 El identificador de la red se encuentra
en negrillas
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Direcciones especiales

• Una dirección internet puede ser usada para
  referirse a una red específica, además de un host
• Una dirección de red contiene 0s en el campo de
  hostid
• ejemplo netid 0000
• Una dirección de broadcast contiene 1s en el
  campo de hostid
• ejemplo netid 1111
• Broadcast limitado
• no se puede enviar nada a dirección 111...1
  1111...1

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Ejemplo asignaciones direcciones IP
walhalla 231.1.2.7
empyree 231.1.2.1
192.1.1.7 paradis 231.1.2.2
svarga 231.1.2.6
FDDI
ETHERNET
elysee 231.1.2.5
eden 231.1.2.3
bali 231.1.2.4
21
Mapeo direcciones lógicas a físicas

• Dada una dirección lógica o el nombre de un host,
  como se puede conocer su dirección física?
• Tipos direciones físicas
• ethernet direcciones largas y fijas (únicas) 48
  bits
• ProNET-10 direcciones chicas y configurables 8
  bits
• Mapeo directo
• Para tipos direcciones de ProNET-10
• La dirección física es codificada en su dirección
  IP
• host dirección física 3, IP 192.5.48.3
• Mapeo dinámico
• dirección física de 48 bits en una de IP de 32
  bits
• uso protocolo ARP

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Protocolo ARP

• Address Resolution Protocol
• Permite a un host conocer la dirección física de
  un host destino en la misma red física, dada
  únicamente la dirección IP del host destino
• Protocolo
• Host A desea resolver dirección IP de B, IPB
• A realiza un broadcast de un paquete especial
  para pedir al host con dirección IB que responda
  con su dirección física
• Todos los hosts incluyendo a B, reciben la
  petición

23

• Host B reconoce su dirección y envía una
  respuesta conteniendo su dirección física
• Host A recibe respuesta y usa dirección física
  para comunicarse con host B
• Uso memoria cache
• Host que usa ARP mantiene en memoria Cache una
  lista de parejas (dirección IP y física) de las
  direcciones físicas recien adquiridas
• de esta forma se evita usar ARP cada vez que un
  host se desea comunicar
• cuando un host recibe una respuesta ARP actualiza
  su tabla
• cuando desea transmitir primero busca en su
  memoria cache

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Determinando una dirección IP al arranque

• Programas aplicación usuario siempre usan
  direcciones IP
• Normalmente la dirección IP de una máquina se
  almacena en disco
• El S.O. la puede encontrar al arrancar la máquina
• Como puede una máquina determinar su dirección
  IP al arrancar, cuando esta no ha sido aún
  almacenada en disco, o cuando se carece de este
  último?

25
Protocolo RARP

• Reverse Address Resolution Protocol
• Dirección física de red de una máquina es un
  identificador único y fácilmente disponible
• Una máquina utiliza el protocolo RARP para
  obtener su dirección IP a partir de un servidor
• RARP utiliza el mismo formato de mensaje que ARP

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Pasos protocolo RARP

• La fuente efectúa la difusión del mensaje RARP
  (RARP Req)
• Mensaje incluye información siguiente
• SENDER HA dirección física del emisor
• TARGET HA dirección física del emisor (puede ser
  la dirección física de un tercer host)
• Todas las máquinas de la red reciben la petición
• Sólo las máquinas autorizadas para atender
  mensajes RARP envían una respuesta (Servidores
  RARP)

27

• La red debe contar con al menos 1 servidor RARP
• La máquina fuente recibe respuesta de todos los
  servidores RARP, sólo el primero es tomado en
  cuenta

C, D servidores RARP A host solicitante
28
El protocolo TCP

• TCP Transmission Control Protocol
• Especificación RFC 793 y MIL-STD 1778
• Principal tarea transporte confiable de datos a
  través de la red
• Su funcionalidad no difiriere mucho de otros
  protocolos de transporte más complicados
• Diferencia fronteras de bloques no son
  preservadas

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Características principales TCP

• Proporciona circuito virtual full duplex
  bidireccional
• Desde el punto de visto del usuario, los datos
  son transmitidos en streams y no en bloques
• Transmisión confiable usando
• números de secuencia
• construcción de checksums con acks de recepción
• acknowledgements con timeout
• retransmisión segmentos después de ack timeout

30

• Ventana deslizante para obtener mayor eficiencia
• Funciones de datos urgentes y de push
• Direccionamiento vía número de puerto de 16 bits

31
Números de puertos

• Usados para direccionamietno a nivel transporte
• 16 bits para números puertos, entonces se pueden
  establecer hasta 65,535 puertos diferentes
• Rango de validez puerto depende del host
• Juntos el id de la red, el id del host y el
  número de puerto constituyen un punto terminal de
  comunicación (socket)
• Protocolo comunicación al estilo sistema
  telefónico (orientado conexión)

32
Ejemplo números puertos
Servicio Número de puerto daytime 13 netsta
t 15 chargen 19 ftp-data 20 ftp 21 telnet 2
3 smtp 25 time 37 exec 512 login 513
shell 514 printer 515
33
Protocolo UDP

• UDP User Datagram Protocol
• Especificación RFC 768
• Conexión orientada no conexión
• Direccionamiento vía números puertos
• Checksums de datos
• Protocolo muy simple
• Seguimiento de acuerdo al mejor-esfuerzo
• Número de campos menor que IP y TCP, por lo que
  es considerado como un protocolo de peso ligero

34
Protocolo ICMP

• ICMP Internet Control Message Protocol
• Referencia RFC 792
• Principal responsabilidad notificación de
  errores a los responsables y/o involucrados
• Es un componente de cada implementación de IP
• Transporta datos de error y diagnostico para el
  protocolo IP
• Existen diferentes tipos de mensajes, que son
  tratados por el resto de la red como cualquier
  otro datagrama

35

• Puede verse como un paquete IP comunicándose con
  otro paquete IP a través de la red

36
Ejemplo de tipos paquetes ICMP
37
Protocolos niveles 5 a 7

• Telnet
• FTP
• SMTP
• TFTP

38
Protocolo Telnet

• Especificación RFC 854
• Proporciona acceso, en forma de terminal de
  sesión a una computadora conectada a la red
• En unix se compone de dos partes
• cliente comando telnet
• servidor demonio telnetd
• Otra opción parecida es rlogin

39
Ejemplo telnet
40
Protocolo FTP

• FTP File Transfer Protocol
• Especificación RFC 959
• Puerto 21 de TCP especifica el canal de comandos
  y el puerto 20 el canal de datos
• Protocolo transferencia de archivos entre dos
  computadoras
• En Unix tiene dos partes
• cliente comando ftp
• servidor demonio ftpd
• Utiliza texto ASCII en formato NVT

41
Ejemplo ftp
42
Protocolo SMTP

• SMTP Simple Mail Transfer Protocol
• Referencia RFC 821
• Protocolo utilizado para la implementación de
  correo electrónico
• Puerto 25 de TCP es utilizado por SMTP
• Incorpora muchas características de FTP
• En Unix es implementado por el programa
  /usr/lib/sendmail
• Archivo configuración /usr/lib/sendmail.cf

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Protocolo TFTP

• TFTP Trivial File Transfer Protocol
• Especificación RFC 783
• Utiliza puerto 69 de UDP
• Protocolo de transferencia de archivos de mínimos
  requerimientos
• Diferencia con FTP uso de protocolos en modo no
  conexión
• Es responsable de la confiabilidad en la
  transmisión, a través timeouts
• No involucra un logeo en el servidor

44
El DNS

• Computadoras son direccionadas con nombres
  simbólicos
• El mapeo de nombre simbólico a dirección internet
  lo hacía la computadora del NIC (Network
  Information Center)
• Crecimiento Internet hace lo anterior poco
  práctico
• DNS Domain Name Service
• Conceptos y protocolos RFC 1034 y RFC 1035 con
  suplementos en RFC 1101 y RFC 1183

45

• El procedimiento para participar en el mundo DNS
  con su propio nombre de red se encuentra descrito
  en el RFC 1032

46
Estructura del nombre

• Nombre esta dividido en dominios
• Dominios están acomodados de acuerdo a una
  estructura de árbol
• Existe una raíz y abajo se encuentran los
  dominios de alto nivel, los cuales se subdividen
  en subdominios
• Los nombres deben de ser únicos
• Los niveles de alto nivel son predefinidos por el
  NIC

47

• Existen nombres para los dominios de alto nivel
  de las organizaciones en USA (mil, edu, gov, com,
  org, etc)
• Para cada país conectado existen otros nombres
  para estos dominios (de, uk, mx, fr, etc)

48
Ejemplo estructura nombre
49
Otros protocolos

• BOOTP
• DHCP
• HDLC
• NAT

50
Protocolo BOOTP

• BOOTP Boostrap Protocol
• Referencia RFC 951
• Protocolo que permite que un usuario de red pueda
  ser automáticamente configurado (reciba una
  dirección IP) y que disponga de un sistema
  operativo booteado o inicializado sin
  intervención de usuario
• El servidor manejado por un administrador de red,
  asigna automáticamente una dirección IP de una
  piscina de direcciones.

51

• Esta dirección tiene una cierta duración de
  tiempo
• Es base de otros protocolos de manejo de red,
  p.e. DHCP

52
Protocolo DHCP

• DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
• Referencia RFC 1531 y 1541
• Permite a administradores de red automatizar y
  centralizar la asignación de direcciones IP
• Util en el caso de computadoras cuya dirección IP
  no se debe de asignar manualmente (computadoras
  nómadas)
• Envía una dirección IP automáticamente cuando una
  computadora se conecta en un diferente lugar en
  la red

53

• La dirección tiene un tiempo durante el cual es
  válida para esa máquina

128.45.12.23
128.45.12.8
128.45.12.21
128.45.12.4
128.45.12.1
54
HDCL

• HDCL High-level Data Link Control
• Grupo de protocolos o reglas para transmitir
  datos entre dos puntos de una red (a veces
  llamados nodos)
• Los datos son organizados en unidades llamadas
  frames y enviados a su destino que verifica su
  llegada exitosa
• Maneja flujo o pacing provocado por datos
  enviados

55

• Existen diferentes variantes de HDLC
• NRM Normal Response Mode, (redes multipunto
  usando SDLC)
• LAP Link Access Procedure (primeras
  implementacionex X.25)
• LAPB Link Access Procedure Balanced (imp. act.
  de X.25)
• LAPD Link Access Procedure for ISDN D channel
  (frame relay e ISDN D)
• LAPM Link Access Procedure for Modems

56
El NAT

• NAT Network Address Translation
• Referencia RFC 1631
• Es la traducción de una dirección internet usada
  dentro de una red, en una otra direccion conocida
  en otra red
• Una red es llamada red interior, mientras que la
  otra se conoce como red exterior
• Usualmente se mapean direcciones locales de redes
  internas a una o mas direcciones exteriores

57

• También se unmapea las direcciones globales IP de
  paquetes de entrada en direcciones locales
  internas
• Toda petición de entrada o salida debe pasar por
  un proceso de traducción

dirección traducida
Red privada
dirección
Servidor NAT
58
HTTP

• Hypertext transfer protocol
• RFC 2616, 2068
• Protocolo de nivel aplicación para intercambio de
  información hipermedia en internet
• Es distribuido y colaborativo
• Característica principal negociación de
  representación de datos
• Usado en la WWW desde 1990