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SEMANA 2 – FUNDAMENTOS DE REDES Y SEGURIDAD

FUNDAMENTOS DE REDES Y SEGURIDAD SEMANA 2

Protocolos y comunicaciones de red

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APRENDIZAJE ESPERADO El estudiante será capaz de: •

Diferenciar las capas de los modelos de comunicación de datos en las pilas OSI y TCP/IP.

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APRENDIZAJE ESPERADO..................................................................................................................... 2 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4 1.

REGLAS DE COMUNICACIÓN ....................................................................................................... 5 1.1

ESTABLECIMIENTOS DE REGLAS .......................................................................................... 5

1.1.1

ASPECTOS BÁSICOS DE LA COMUNICACIÓN ............................................................... 5

1.1.2

ESTABLECIMIENTOS DE REGLAS .................................................................................. 6

1.2

PROTOCOLOS Y ESTÁNDARES DE RED................................................................................. 7

1.2.1

SUITE DE PROTOCOLOS ............................................................................................... 8

1.2.2

ORGANIZACIONES DE ESTANDARIZACIÓN .................................................................. 8

1.2.3

MODELOS DE REFERENCIA .......................................................................................... 9

1.3

TRANSFENCIA DE DATOS ................................................................................................... 11

1.3.1

ENCAPSULAMIENTOS DE DATOS ............................................................................... 11

1.3.2

ACCESOS A LOS DATOS.............................................................................................. 12

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INTRODUCCIÓN En la actualidad se vive un momento decisivo con respecto al uso de la tecnología para extender y potenciar la capacidad de comunicarse. La era digital ha evolucionado más rápido de lo que cualquiera hubiera imaginado. Los procesos de comunicaciones en gran parte deben estar soportados por las redes. Los diálogos que se establecen en las aulas pasan a las sesiones de chat de mensajes instantáneos, y los debates en línea continúan en el lugar de estudios. Diariamente, se desarrollan nuevos servicios para aprovechar la red. En lugar de crear sistemas exclusivos e independientes para la prestación de cada servicio nuevo, el sector de redes en su

totalidad adoptó un marco de desarrollo que permite que los diseñadores comprendan las plataformas de red actuales y las mantengan. Al mismo tiempo, este marco se utiliza para facilitar el desarrollo de nuevas tecnologías, a fin de satisfacer las necesidades de las comunicaciones y las mejoras tecnológicas futuras. Un aspecto fundamental de este marco de desarrollo es el uso de modelos generalmente aceptados que describen reglas y funciones de red. En este contenido, obtendrá información sobre estos modelos, sobre los estándares que hacen que las redes funcionen y sobre la forma en que se produce la comunicación a través de una red.

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1. REGLAS DE COMUNICACIÓN Las comunicaciones son un proceso común que llevan a cabo los seres humanos que consiste en transmitir un mensaje entre un emisor y un receptor a través de un medio siguiendo un conjunto de reglas o normas.

Figura 1. Proceso de comunicación entre personas.

1.1 ESTABLECIMIENTOS DE REGLAS 1.1.1 ASPECTOS BÁSICOS DE LA COMUNICACIÓN Una red de datos sin importar su tamaño ya sea tan pequeña como dos computadores conectados entre sí y hasta una red empresarial cuyos medios de red sean guiados o no guiados no serían suficiente para habilitar la comunicación. Para que se produzca la comunicación, los dispositivos deben saber cómo comunicarse. Los individuos comparten información por medio de diferentes formas de comunicación. Independientemente de la forma elegida, todos ellos tienen tres elementos en común: • • •

El primero es el origen de los datos o también llamado emisor, el cual es una persona y/o elemento electrónico que genera la información. El segundo elemento de la comunicación es el destino o receptor del mensaje y es quien lo recibe e interpreta. Un tercer elemento, denominado canal, está formado por los medios que proporcionan la vía por el que el mensaje viaja desde el origen hasta el destino.

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Adicionalmente a estos elementos para poder llevar a cabo de forma satisfactoria las comunicaciones ya sean entre personas o cualquier tipo de dispositivos estas deben están reguladas por protocolos. Estos protocolos son específicos del tipo de método de comunicación en cuestión. En la comunicación personal diaria, las reglas que se utilizan para comunicarnos por un medio, como una llamada telefónica, no son necesariamente las mismas que los protocolos para utilizar otro medio, como enviar una carta. En este contexto, una conversación entre dos personas que hablan idiomas diferentes se comunican utilizando la voz, se debe acordar el formato del mensaje de forma que sea compresible, por ejemplo, se puede acordar usar el idioma inglés. Piense cuántas reglas o protocolos diferentes rigen todos los métodos de comunicación que existen actualmente en el mundo.

Figura 2. Comunicaciones entre sistemas computacionales

1.1.2 ESTABLECIMIENTOS DE REGLAS Antes de poder establecer una comunicación entre sí, las personas deben utilizar reglas o acuerdos establecidos que administren la conversación. Por ejemplo, donde los protocolos son necesarios para la comunicación eficaz. Estas reglas, o protocolos, deben respetarse para que el mensaje se envíe y comprenda correctamente. Los protocolos deben dar cuenta de los siguientes requisitos:

Un emisor y un receptor identificados.

Idioma y gramática común.

Velocidad y momento de entrega.

Requisitos de confirmación o acuse de recibo.

Figura 3 Reglas en el establecimiento de la comunicación. Fuente: material elaborado para la asignatura.

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Los protocolos que se emplean en los procesos de comunicaciones de red tienen muchos de los fundamentos antes mencionados, además de identificar el origen y el destino de los datos, ellos son los responsables de definir todo lo referente a la forma de como los mensajes se envían a través de una red.

Figura 5. Reglas para comunicaciones.

1.2 PROTOCOLOS Y ESTÁNDARES DE RED En las conversaciones de los seres humanos, ciertas reglas de comunicación son formales y otras simplemente sobreentendidas o implícitas, apoyadas en los usos y costumbres. Para que los dispositivos finales se puedan comunicar en forma exitosa, los protocolos de red deben indicar los requerimientos e interacciones necesarios para poder llevar acabo las comunicaciones de extremo a extremo. Los protocolos de red definen un formato y un conjunto de reglas comunes para intercambiar mensajes entre dispositivos. Algunos de los protocolos de red más comunes son Hypertext Transfer Protocol (HTTP), el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el Protocolo de Internet (IP).

Figura 6. Protocolos y estándares de red.

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1.2.1 SUITE DE PROTOCOLOS Una suite de protocolos es un grupo de protocolos que trabajan en forma conjunta para proporcionar servicios integrales de comunicación de red. Estos conjuntos (suite) de protocolos pueden estar desarrollados por una organización de estandarización o por un proveedor. El conjunto de protocolos TCP/IP es un estándar abierto, lo que representa que estos protocolos están disponibles para el público sin cargo, y cualquier proveedor puede implementar estos protocolos en su hardware o software, siendo esta característica lo que permite de interoperabilidad en ambientes de múltiples vendedores.

1.2.2 ORGANIZACIONES DE ESTANDARIZACIÓN Tal como se describe en la sección anterior los estándares abiertos fomentan la interoperabilidad, la competencia y la innovación. También garantizan que ningún producto de una sola empresa pueda monopolizar el mercado o tener una ventaja desleal sobre la competencia. Las organizaciones de estandarización son importantes para mantener un Internet abierto con especificaciones y protocolos de libre acceso que pueda implementar cualquier proveedor. Las organizaciones de estandarización pueden elaborar un conjunto de reglas en forma totalmente independiente o, en otros casos, pueden seleccionar un protocolo exclusivo como base para el estándar. Si se utiliza un protocolo exclusivo, suele participar el proveedor que creó el protocolo.

ORGANIZACIONES DE ESTANDARIZACION • • • • •

IEEE: Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (www.ieee.org) IANA: Autoridad de Números Asignados en Internet (www.iana.org) IETF: Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (www.ietf.org ) UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones (www.itu.int) TIA: Asociación de la Industria de Telecomunicaciones (www.tiaonline.org)

Estas organizaciones comúnmente son sin fines de lucro.

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1.2.3 MODELOS DE REFERENCIA El modelo OSI proporciona una amplia lista de funciones y servicios que se pueden presentar en cada capa. También describe la interacción de cada capa con las capas directamente por encima y por debajo de él.

EL MODELO DE REFERENCIA OSI • • • • • • •

Aplicación: contiene protocolos utilizados para comunicaciones proceso a proceso. Presentación: proporciona una representación común de los datos. Sesión: proporciona servicios a la capa de presentación para organizar su diálogo y administrar el intercambio de datos. Transporte: define los servicios a segmentar, transferir y reensamblar los datos. Red: proporciona servicios para intercambiar los datos individuales en la red entre nodos identificados. Enlace de datos: describe los métodos para intercambiar tramas de datos entre dispositivos en un medio común. Física: describe los medios mecánicos, eléctricos, funcionales.

Figura 7. Modelo OSI.

El modelo de protocolo TCP/IP para comunicaciones de internetwork, define cuatro categorías de funciones que deben ocurrir para que las comunicaciones se lleven a cabo correctamente. La arquitectura de la suite de protocolos TCP/IP sigue la estructura de este modelo. Por esto, es común que al modelo de Internet se le conozca como modelo TCP/IP.

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EL MODELO TCP/IP • • • •

Aplicación: representa datos para el usuario, control de codificación y diálogo. Transporte: admite la comunicación entre distintos dispositivos a través de diversas redes. Internet: determina el mejor camino a través de una red. Acceso a la red: controla los dispositivos del hardware y los medios que forman la red.

Figura 8. Modelo TCP/IP.

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•

Tenga en cuenta que, mientras las capas del modelo TCP/IP se mencionan solo por el nombre, las siete capas del modelo OSI se mencionan con frecuencia por número y no por nombre. Por ejemplo, la capa física se conoce como capa 1 del modelo OSI.

1.3 TRANSFENCIA DE DATOS Para poder llevar acabo la transmisión de datos entre dispositivos cada una de las capas de los modelos de comunicación debe colocar su identificador propio para poder distinguirla durante el proceso de comunicaciones. Estas identificaciones son únicas y son denominadas Unidad de Datos de Protocolo (PDU).

La transferencia de datos en la red atraviesa por los siguientes procesos: • Datos. • Segmentación de los datos. • Paquetes de datos. • Tramas de datos. • Bits.

1.3.1 ENCAPSULAMIENTOS DE DATOS La forma en que se transmiten los mensajes dentro de las redes de datos en teoría sería como secuencias de bits continua, de ser esta la forma que se ocupa para la transmisión de los datos daría como resultado que solo un equipo o nodo puede transmitir en un momento específico, dado que la transmisión de los datos ocuparía todo el ancho de banda disponible en la red, teniendo como resultados procesos de comunicaciones con dificultades, como por ejemplo retrasos, cogestión de la red entre otros.

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La solución a estos problemas sería la división de los datos en porciones más pequeñas, las cuales pueden ser manejadas por las redes, a este proceso se le denominada segmentación de los datos, la cual principalmente entrega dos grandes ventajas: • •

Primero, al enviar partes individuales más pequeñas del origen al destino, se pueden intercalar diversas conversaciones en la red, llamadas multiplexión. La segmentación puede aumentar la eficiencia de las comunicaciones de red. Si parte del mensaje no logra llegar al destino debido a una falla en la red o a congestión, solo se deben retransmitir las partes faltantes.

La multiplexación es la una técnica que permite enviar sobre un mismo medio de transmisión varios mensajes en simultáneo, este proceso es el que permite que una red de datos, una estación de trabajo pueda estar ejecutando en forma simultánea el envió de un correo electrónico a la vez que utiliza un navegador web para realizar una investigación o búsqueda en Internet.

1.3.2 ACCESOS A LOS DATOS Mientras los datos de la aplicación descienden a la pila del protocolo y se transmiten por los medios de la red, se inserta diversa información de protocolos en cada nivel. Esto comúnmente se conoce como proceso de encapsulamiento. La forma que adopta una porción de datos en cualquier capa se denomina unidad de datos del protocolo (PDU). Durante el encapsulamiento, cada capa encapsula las PDU que recibe de la capa inferior de acuerdo con el protocolo que se utiliza. En cada etapa del proceso, una PDU tiene un nombre distinto para reflejar sus funciones las PDUs en este proceso son los que se muestra en la figura 9:

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PDU

CAPA

FUNCIÓN

Datos

Aplicación

Aplicación de proceso de red

Datos

Representación de datos

Presentación

Datos

Comunicación inter hosts Sesión

Segmentos

Conexión end to end Transporte

Paquetes

Determinación de ruta Enlace de datos

Tramas

MAC y LLC

Física

Bits

Señales del medio y TXs

Figura 9. Unidad de Datos del Protocolo (PDU). Fuente: material desarrollado para la asignatura.

La capa de red y la capa de enlace de datos son responsables de enviar los datos desde el nodo de origen o emisor hasta el nodo de destino o receptor. Tal como se muestra en la imagen las capas de enlace de datos y red contienen direcciones de origen y destino.

Física

Bits de temporización y sincronización

Enlace de datos

Direcciones físicas de origen y destino

Red

Direcciones lógicas de origen y destino

Transporte

Capas superiores

Número de puerto de origen y destino

Datos codificados de la aplicación.

Figura 10. Direcciones de red y direcciones de enlace de datos Fuente: material desarrollado para la asignatura.

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Los objetivos de cada una de estas direcciones son diferentes. • •

Direcciones de origen y de destino de la capa de red: son responsables de enviar el paquete IP desde el nodo de origen hasta el nodo final, ya sea en la misma red o a una red remota. Direcciones de origen y de destino de la capa de enlace de datos: son responsables de enviar la trama de enlace de datos desde una tarjeta de interfaz de red (NIC) a otra en la misma red.

Los paquetes IP contienen dos direcciones IP: • •

Dirección IP de origen: la dirección IP del nodo emisor, el origen del paquete. Dirección IP de destino: la dirección IP del nodo receptor, es decir, el destino final del paquete.

Las tramas contienen dos direcciones MAC: • •

Dirección de enlace de datos de origen: la dirección física de la NIC del nodo que envía la trama de enlace de datos. Dirección de enlace de datos de destino: la dirección física de la NIC que recibe la trama de enlace de datos. Esta dirección es el router del salto siguiente o el nodo de destino final.

La figura Nro. 11 corresponde a las direcciones MAC la cual corresponde a un identificador único compuesto de 48 bits hexadecimales también conocido como dirección física

Figura 11 Direcciones de enlace de datos de Capa 2.

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COMENTARIO FINAL Hemos visto a lo largo del contenido como la importancia de los procesos de comunicación en el devenir del día a día están estrechamente vinculados con los ambientes de redes. De allí la relevancia de analizar los protocolos de comunicaciones de redes en relación con cada uno de esos aspectos, características e importancia de estos. Comprender las funciones de cada una de las capas de los modelos OSI y TCP/IP, es una herramienta versátil para la resolución de problemas, además entender las razones por la que las industrias de estandarizaciones proponen estos conjuntos de protocolos. Por último y nos menos importante es conocer las unidades de datos del protocolo (PDU) para cada una de las capas de los modelos estudiados: datos, segmentos, paquetes, tramas y bits.

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REFERENCIAS Dye. M, McDonald. R, y Rufi. A (2008). Fundamentos de Telecomunicaciones y Redes. Madrid: Pearson Educación.

PARA REFERENCIAR ESTE DOCUMENTO, CONSIDERE: IACC (2019). Protocolos y comunicaciones de red. Fundamentos de Redes y Seguridad. Semana 2.

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