Mapa de protocolos

He notado que muchas personas se preguntan, ¿en qué capa del modelo OSI se encuentra X protocolo?, o ¿cuáles son los protocolos de la capa de aplicación? o ¿de la capa de transporte?

Bueno, he aquí un mapa con los principales protocolos de red y su ubicación dentro del modelo de referencia OSI:

*update: faltó mencionar Frame Relay en la capa de enlace de datos (Data Link) junto a ATM

Subneteo (subnetting,subnet)

Subnetting es la técnica para crear múltiples redes lógicas dentro de una red Clase A, B ó C; sin esta herramienta sólo podríamos usar una red por cada red clase A, B o C, lo cual haría que desaprovecháramos los espacios de direcciones.

Cada enlace de datos en una red debe tener un identificador único de red, y cada nodo en ese enlace debe ser miembro de la misma red. Si dividimos una red mayor (Clase A, B o C) en redes más pequeñas, te permite crear una red que interconecta subredes. Cada enlace de datos en esta red tendría entonces un identificador de red o de sub-red único. Cualquier dispositivo o gateway que conecta n redes o subredes tiene n distintas direcciones IP, una por cada red o sub-red que interconecta.

Para poder hacer la división en subredes, aumentamos la máscara natural de red usando los bits más significativos de la porción de host (los de extrema izquierda) para crear el identificador de subnet.

Tomando una dirección Clase B, su máscara de red natural estaría compuesta por 16 bits y le agregaremos dos bits más, creando 4 subnets:

IP _____172.17.10.0__ = 10101100.00010001.00001010.00000000
netmask 255.255.192.0 = 11111111.11111111.11000000.00000000
componentes de la IP: = NNNNNNNN.NNNNNNNN.SShhhhhh.hhhhhhhh
pertenece a la red: _ = ___________________________________
networkID 172.16.0.0_ = 10101100.00010001.00000000.00000000

entonces tendríamos que la dirección 172.17.10.0/18 es parte de la red 172.17.0.0/18, y para saber cuántos hosts tiene esta red haremos la siguiente operación:

tomamos la máscara de red, hay 256 hosts posibles por octeto y sustraemos la máscara de red:
256.256.256.256
255.255.192.0
_______________ restamos
_1_._1_.64_.256

tendremos 1x1x64x256 = 16384 direcciones de red posibles por segmento de subnet, de las cuales, la primera será usada para dirección de subnet y la última como dirección de broadcast.

Ahora, al octeto donde comienza la subnet le sumamos el número que obtuvimos para obtener las direcciones de red, por tanto las redes son:

172.17.0.0
172.17.64.0
172.17.128.0
172.17.192.0

Y recordemos que la primera y última direcciones están reservadas, tenemos:

172.17.0.0 como dirección de red,
172.17.0.1 como primera dirección utilizable
172.17.63.254 como última dirección utilizable
172.17.63.255 como dirección de broadcast de esta red

Es muy útil recordar que cada bit adicional divide en dos el segmento de red, así que tenemos que una máscara de red Clase C de 24 bits:

255.255.255.0 puede subnetearse así:
255.255.255.128 con 25 bits (128) y con dos subredes de 128 direcciones
255.255.255.192 con 26 bits (128+64) y con cuatro subredes de 64 direcciones (el doble de redes, la mitad de direcciones)
255.255.255.224 con 27 bits (128+64+32) y con ocho redes y 32 direcciones
255.255.255.240 con 28 bits (128+64+32+16) y con 16 redes y 16 direcciones
255.255.255.248 con 29 bits (128+64+32+16+8) y con 32 redes y 8 direcciones
255.255.255.252 con 30 bits (128+64+32+16+8+4) y con 64 redes y 4 direcciones, sólo 2 son utilizables y esta máscara es usada en enlaces punto a punto, ya que sólo se pueden comunicar dos direcciones.
255.255.255.254 con 31 bits y dos direcciones,
255.255.255.255 con 32 bits (128+64+32+16+8+4+2+1), donde sólo hay comunicación con la misma dirección IP.

Cómo funciona una Red Privada Virtual (Virtual Private Network)

from:IPSec Negotiation/IKE Protocols/How Virtual Private Networks Work

El mundo ha cambiado últimamente y ya no sólo nos interesa tratar con asuntos locales o regionales, ahora muchas empresas tienen que lidiar con mercados y logística globales. Algunas empresas deciden hacerlo mediante presencia en todo su país, su continente, o incluso en todo el mundo; pero siempre hay algo que necesitan: comunicación segura, confiable y rápida, sin importar donde estén sus oficinas.

Hasta hace poco, comunicación confiable significaba tener enlaces dedicados para mantener redes WAN, que podían ir desde una línea ISDN (144Kbps) hasta un OC3 (Optical Carrier-3 a 155Mbp o también llamado STM1). Obviamente una red WAN tiene ventajas sobre una red pública, como Internet, en cuanto a confiabilidad, disponibilidad, performance, latencia, seguridad, etc.; pero mantener una red WAN, particularmente usando enlaces dedicados, se puede volver demasiado costoso, y dependiendo del tipo de servicio, puede que la distacia incremente ese costo aún más. Adicionalmente, las redes privadas no son la solución para una empresa que tiene usuarios con alta movilidad (como puede ser el personal de mercadeo), y que requiere conectarse a recursos corporativos para acceder a datos sensiblemente importantes o confidenciales.

Mientras crece la popularidad del internet, las empresas lo han utilizado como un medio para extender sus propias redes. Primero llegaron las intranets, sitios diseñados para el uso de los empleados únicamente. Ahora, muchas compañías tienen sus propias VPNs para dar solución a las necesidades de sus empleados y oficinas remotos.



Una red típica de VPN puede tener una red local (LAN) principal en el edificio corporativo, otras LANs en oficinas remotas y usuarios individuales que se conectan desde campo.
Una VPN es una red privada que usa una red pública (usualmente el internet) para conectar sitios remotos o usuarios. Y en lugar de usar enlaces dedicados, tales como una línea privada, usa conexiones "virtuales" enrutadas a través de internet desde la red privada de la compañía hasta el sitio remoto.

¿Qué hace una VPN?

Ejemplo de Encapsulamiento (ilustración del datagrama)

Tomando el caso del ejemplo anterior, el datagrama será analizado en fragmentos de 8 bytes, indicando la longitud de cada campo; recordemos que es un paquete de ICMP encapsulado en IP.

Del byte 0 al 7:

y tenemos la siguiente información de sus campos:



IHL: Especifica la longitud del encabezado de IP en palabras de 32 bits (4 Bytes) y el valor mínimo es 5.

TOS: Type of service, 8 bits, especifica los parámetros para el tipo de servicio solicitado. Los parámetros pueden ser utilizados por las redes para defini el manejo del datagrama durante el transporte. El bit M fue agregado en el RFC 1349.



Total Lenght: es la longitud total del datagrama, en este caso es 0x003C (60 bytes).

Identification: Usado para indentificar fragmentos de un datagrama deaquellos de otro. El módulo de protocolo que origina al datagrama fija el valor del campo de identificación a un valor que debe ser único para el par de Fuente-Destino y protocolo por todo el tiempo que el datagrama estará activo en el sistema de red. El módulo de protocolo de origen de un datagrama completo pone los bits MF y el Fragment Offset a cero.



Fragment Offset, 13 bits: usado para dirigir el reensamblado de un datagrama fragmentado. En este caso es cero porque no hay más fragmentos.

Del byte 8 al 15:

TTL: Time to live, es un temporizador para llevar un control del tiempo de vida del datagrama. Cuando el TTL es decrementado a cero, el datagrama es desechado.

Protocol: este campo especifica el protocolo encapsulado, en este caso el valor es 1, lo que nos indica que se trata de un paquete de ICMP (ping). Consulta los valores en la tabla (click aquí).

Header Checksum: 16 bits de la suma de verificación del encabezado de IP y las opciones IP.

Source IP Address: Es la dirección IP del transmisor, en este caso 192.168.1.1 (0xC0.A8.01.01).

Del byte 16 al 27:

Destination IP Address: es la dirección IP del destino, en este caso 192.168.1.17 (0xC0.A8.01.11).

C, Class y Option: en este caso indican (tabla de valores):

• 0x0: no copiar


• 0x00: mensaje de control


• 0x1000: solicitud de Echo (RFC 792, Summary of Message Types, 8 Echo).

Padding: es de longitud variable y sirve como relleno para asegurar que los datos comienzan tras de una frontera de 32 bits después de la dirección de destino.

Aquí es importante destacar que al tratarse de un mensaje de control (ICMP) se utilizan los bytes del 20 al 27 para información de control; y se usan de la siguiente manera (RFC792):

    20                  21                  22                  23
   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
       Type           Code                Checksum            
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
             Identifier                  Sequence Number       
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
       Data ...

  +-+-+-+-+-

De aquí obtenemos que:

• byte 20, es un paquete tipo 8 (echo request)
• byte 21, siempre va a cero
• byte 22 y 23, es el checksum de ICMP
• bytes 24 y 25, si el byte 21=0 el identificador ayuda a hacer match entre las solicitudes y las respuestas de eco; puede ser 0 o puede usarse para identificar una sesión.
• bytes 26 y 27 son para llevar la secuencia de las solicitudes de eco, y quien responde debe usar el mismo número; la secuencia debe incrementarse con cada nueva solicitud (en una instrucción típica de ping se envían 4 paquetes, y pueden enviarse cuantos se desee).

Bytes del 28 al 59 (32 bytes)

Son los datos de relleno que se colocaron dentro del mensaje de Echo, y se trata de una secuencia, del 0x61 al 0x77, y se vuelve a comenzar. Cuando se responde la solicitud de eco se debe incluir exactamente la misma información en el campo de datos.

Ejemplo de Encapsulamiento

Para comenzar, la dirección de origen usada 192.168.1.1 se escribe así en hexadecimal: C0 A8 01 01

Cuando escribimos el comando:

C:\>ping 192.168.1.1

Este es el paquete de Ping (74 Bytes)como aparece en la red Ethernet, y cada par de números representa un byte (8 bits) de información dentro del frame o paquete:

[sourcecode language='css']
000000: 00 A0 CC 63 08 1B 00 40 : 95 49 03 5F 08 00 45 00 ...c...@.I._..E.

000010: 00 3C 82 47 00 00 20 01 : 94 C9 C0 A8 01 01 C0 A8 .<.G.. ...... ..

000020: 01 11 08 00 48 5C 01 00 : 04 00 61 62 63 64 65 66 .@..H\....abcdef

000030: 67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E : 6F 70 71 72 73 74 75 76 ghijklmnopqrstuv

000040: 77 61 62 63 64 65 66 67 : 68 69 wabcdefghi......

[/sourcecode]

donde tenemos que los primeros 14 bytes componen el encabezado Ethernet, y son:

• 00 A0 CC 63 08 1B la dirección MAC de destino
• 00 40 95 49 03 5F la dirección MAC de origen
• 08 00 el campo Tipo de Ethernet (0x0800 IP Datagram)

sigue el datagrama de IP (60 Bytes), que ya sin el encapsulado de Ethernet nos queda así:

[sourcecode language='css']
000000: 45 00 00 3C 82 47 00 00 : 20 01 94 C9 C0 A8 01 01 E..<.G.. ......

000010: C0 A8 01 11 08 00 48 5C : 01 00 04 00 61 62 63 64 ...@..H\....abcd

000020: 65 66 67 68 69 6A 6B 6C : 6D 6E 6F 70 71 72 73 74 efghijklmnopqrst

000030: 75 76 77 61 62 63 64 65 : 66 67 68 69 uvwabcdefghi......

[/sourcecode]

y comienza con un valor 0x4500, el 4 indica que es un paquete de IPv4 y el 5 que el encabezado de IP tiene una longitud de 5 palabras de 32 bits; es decir, 160 bits o 20 bytes.

tenemos una dirección de origen 192.168.1.1 (C0 A8 01 01)
y una dirección de destino 192.168.1.17 (C0 A8 01 11)

y nos quedan 40 bytes de datos IP, que en este caso son de una solicitud de eco (ICMP Echo Request), incluyendo 32 bytes de datos (longitud por default para un paquete de ping).

Este post es un complemento al anterior:

http://ipref.wordpress.com/2008/06/03/encapsulamiento/

y posteriormente pondré una descripción detallada de cada uno de los números presentes en el frame de ejemplo.

Movilidad IPv6

del documento de cisco: IPv6 Mobility At-a-Glance

Los objetivos de la movilidad de IPv6 son:

• no estar limitado a una ubicación
• tener siempre conectividad IP
• que sea independiente del transporte
• conexiones en roaming robustas
• movilidad de las aplicaciones
• continuidad de las aplicaciones
• que un server pueda ser un dispositivo móvil

Mobile IPv6 (MIPv6) se define en:

• RFC 3775: Mobility Support in IPv6
• RFC 3776: Using IPSec to Protect Mobile IPv6 Signalling between Mobile Nodes and Home Agents

Existen los mismos componentes básicos en MIPv6 como en MIPv4, excepto que no hay agentes externos en MIPv6.

figura 1

[caption id="" align="alignnone" width="445" caption="MIPv6"][/caption]

Encabezado IPv6

Del documento de Cisco IPv6 Headers

Hay varios cambios al formato de encabezados de IPv6. Los diagramas describen en alto nivel la comparación entre IPv4 e IPv6.

[caption id="" align="alignnone" width="369" caption="IPv6 Headers"][/caption]

VoIP

La Voz sobre IP se refiere a la transmisión de llamadas telefónicas sobre el protocolo IP, ésto sin importar que tipo de equipo tradicional, computadoras o equipo dedicado tome parte en el proceso, o incluso sin importar si la llamada es transportada en su totalidad por IP o no.

La VoIP es uno de los desarrollos tecnológicos que más rápido se han adoptado por las compañías. Una de las razones principales es que hace más fácil integrar todo tipo de comunicaciones, de medios de comunicación y de dispositivos y medios de transmisión. Así, un usuario puede estar en comunicación constante, sin importar su ubicación, en tiempo real; y es el primer paso hacia las comunicaciones unificadas. Esta disponibilidad reduce costos y aumenta la productividad de un empleado.

La VoIP comenzó en 1995, cuando Vocaltech lanzó su primer teléfono para internet; previo a ese hecho, todo lo que se refería a VoIP era hehco por investigadores, pero desde que se probó que no sólo es técnicamente factible, sino comercialmente viable, muchas compañías han entrado al mercado de la VoIP tratando de tomar la ventaja, lo cual ha fomentado el desarrollo y competencia necesarias para abaratar los costos.

Cómo trabaja la VoIP

La configuración más básica es cuando un usuario ya cuenta con una computadora que tiene capacidad de audio (sound card), así, el usuario puede iniciar y terminar llamadas a través de un software llamado Softphone. Hay una gran variedad de opciones disponibles, algunos incluso totalmente gratuitos.



Este escenario es de telefonía IP pura, y se beneficia de los demás servicios de internet, como el e-mail y la mensajería instantánea.

También existe el escenario donde mezclamos servicios de VoIP con la telefonía tradicional y conectamos a través de un Gateway de voz las líneas" normales". El Gateway de voz hace la conversión de paquetes de IP (transportados en UDP generalmente) hacia la telefonía basada en TDM (time division multiplexing).

Es importante este punto, porque las redes IP trabajan con conmutación de paquetes, es decir, cada paquete es enviado a su destino a través de múltiples circuitos que se comparten entre paquetes de distintos orígenes y con distintos destinos, así como múltiples protocolos o aplicaciones. En el caso de los circuitos conmutados (TDM) el canal se establece físicamente y es usado mientras la llamada está activa, y sólo es ocupado por la aplicación que lo genera; es el caso de la transmisión de datos por ISDN por ejemplo, o de una simple llamada de voz.

VoIP to PSTN

Entendiendo ésto, tenemos que: se inicia la llamada por el softphone, que usando SIP o H.323 o algún otro protocolo de señalización, se comunicará con el gateway de voz (un router, un IP-PBX, un servidor SIP, etc) y le hará una petición de inicio de llamada; el gateway verificará que puede entregar el servicio hacia la PSTN, y responderá positivamente al IP-phone y se iniciará la comunicación; aquí, la voz se convierte en paquetes de IP con un protocolo (G.729 por ejemplo) que se transportan en datagramas de UDP (encapsulamiento), y se entregarán al gateway, que los decodificará y traducirá a una señal analógica o digital, según el acceso a la PSTN, para poder hacer uso de una línea TDM tradicional.

También tenemos el caso donde tenemos dos gateways de voz, y se inicia la llamada desde un teléfono normal hacia un gateway, y éste a su vez hace el transporte hacia el gateway remoto a través de internet; una vez que el gateway remoto tiene la llamada, la decodifica y la entrega a la PSTN nuevamente, con lo que tenemos un ahorro en las largas distancias. Este caso es muy común en ambientes corporativos donde el volumen de llamdas justifica el uso de enlaces privados o públicos para hacer el transporte de voz y datos.

Los beneficios de la VoIP son que se incrementa la movilidad y la flexibilidad; así como una integración de la voz y los datos, y una reducción de costos para el usuario final.

El modelo jerárquico de 3 capas de Cisco

La jerarquía tiene muchos beneficios en el diseño de las redes y nos ayuda a hacerlas más predecibles. En si, definimos funciones dentro de cada capa, ya que las redes grandes pueden ser extremadamente complejas e incluir múltiples protocolos y tecnologías; así, el modelo nos ayuda a tener un modelo fácilmente entendible de una red y por tanto a decidir una manera apropiada de aplicar una configuración.

[caption id="" align="alignnone" width="299" caption="Cisco's Hierarchical Model"][/caption]

Entre las ventajas que tenemos de separar las redes en 3 niveles tenemos que es más fácil diseñar, implementar, mantener y escalar la red, además de que la hace más confiable, con una mejor relación costo/beneficio. Cada capa tiene funciones específicas asignadas y no se refiere necesariamente a una separación física, sino lógica; así que podemos tener distintos dispositivos en una sola capa o un dispositivo haciendo las funciones de más de una de las capas.

Las capas y sus funciones típicas son:

Ethernet en la Capa Física

Ethernet fue implementado por Digital, Intel y Xerox, quienes crearon e implementaron las primeras especificaciones LAN para Ethernet en las que se basó la IEEE para crear su comité 802.3; ésta era una red de 10Mbps que funcionaba sobre cable coaxial y eventualmente sobre par trenzado y sobre fibra.

Posteriormente la IEEE extendió su comité 802.3 a dos nuevos comités, 802.3u (Fast Ethernet) y 802.3ab (Gigabit Ethernet en categoría 5) y finalmente 802.3ae (10Gbps sobre fibra y coaxial).

Es de suma importancia entender las diferencias entre los medios que se utilizan para Ethernet, ya que los costos no son los mismos, y posiblemente pensemos en implementar 10Gbps pero la diferencia de inversión lo haría muy difícil; pero entendiendo los diferentes medios de transmisión disponibles, se puede llegar a una solución que mezcle distintas opciones y que funcione muy bien y que sea de una excelente relación costo/beneficio.

[caption id="" align="alignnone" width="483" caption="ethernet"][/caption]

La EIA/TIA (Electronic Industries Association y la nueva Telecommunications Industry Alliance) son los organismos que crearon el cuerpo del standard de Ethernet para la capa física. La EIA/TIA especifica que Ethernet use un conector registrado (registred jack RJ) con una secuencia de cableado 4 5 sobre par trenzado sin blindaje (unshielded twisted-pair UTP) que resulta ser el RJ45.

Cada tipo de cable Ethernet que está especificado por la EIA/TIA tiene una atenuación intrínseca del medio, es decir, la pérdida de la fuerza de la señal que se tiene cuando la señal pasa por el medio y que es medida en decibeles (dB). El mercado mide esta atenuación en categorías y entre mayor es la calidad del cable, mayor es la categoría y por tanto, menor es la atenuación. Por ejemplo, la categoría 5 tiene más vueltas (en el trenzado) que la categoría 3 y por tanto tiene menor interferencia por inducción (crosstalk).

Algunos de los estándares originales de la IEEE 802.3 son:

10Base2 10Mbps en banda base, hasta 185mt de distancia entre nodos, también conocido como thinnet y soporta 30 nodos por segmento. Usa un bus lógico y físico con conectores AUI; el 2 significa casi 200m. Usa tarjetas Ethernet con conectores BNC (British Naval Connector, Bayonet Neill Concelman o Bayonet Nut Connector) y conectores T para conectarse a la red.

10Base5 10Mbps,en banda base (baseband) y hasta 500m de distancia. Se conocía como thicknet, usa una topología lógica y física de bus con conectores AUI, hasta 2500m con repetidores y 1024 usuarios por segmento.

10BaseT usando cableado categoría3. Se conecta a través de un hub o un switch, sólo un host por segmento de cableado, usa conectores RJ45 con topología en estrella y un bus lógico.

Cada estándar 802.3 define una unidad de acoplamiento (conector Attachment Unit Interface) que permite una transferencia de un bit a la vez hacia la capa física desde el método de acceso (MAC) de la capa de enlace de datos (Data Link Layer). Ésto permite que MAC permanezca sin cambios, mientras que la capa física puede irse actualizando para utilizar nuevas tecnologías. El conector AUI original era un conector de 15 pines, pero que no soporta los 100Mbps por las altas frecuencias involucradas. Así que 100BaseT necesitó una nueva interfase y en el IEEE 802.3u se creó una llamado Media Independent Interfase (MII) que tiene un throughput de 100Mbps, y utiliza un nibble definido de 4bits, y el Gigabit Ethernet MII transmite 8 bits a la vez.

802.3u (fast ethernet) es compatible con 802.3 porque comparten las mismas características físicas. Fast Ethernet y Ethernet usan la misma unidad máxima de transmisión (MTU), usan los mismos mecanismos MAC (de acceso al medio),y preservan el formato de frame (descrito en el post anterior) que es usado por 10BaseT Ethernet. Básicamente, fast ethernet es sólo una actualización del estándar 802.3 original, sólo que 10 veces más rápido.

Algunos estándares extendidos de 802.3:

100BaseTX (IEEE 802.3u) cableado categoría 5, 6 o 7 de la EIA/TIA sobre par trenzado. un host por segmento de cableado, hasta 100m de distancia, conectores RJ45 con topología lógica de bus y física de estrella.

100BaseFX (IEEE 802.3u) usa cableado de fibra multimodo de 62.5/125 micrones. Topología punto a punto, hasta 412m de distancia, conectores ST o SC.

1000BaseCX (IEEE 802.3z) par trenzado de cobre llamado twinax (un par de coaxiales balanceados) que sólo llegan a los 25m.

1000BaseT (IEEE 802.3ab) Categoría 5, cuatro pares de UTP y hasta 100m.

1000BaseSX (IEEE 802.3z) MMF con núcleo de 62.5 y 50 micrones, usa un LASER de 850nm (nanómetros) y puede llegar a los 220m con la fibra de 62.5 micrones y 550m con la fibra de 50 micrones.

1000BaseLX (IEEE 802.3z) Fibra mono-modo, que usa núcleo de 9 micrones y lásers de 1300 nanómetros que puede alcanzar distancias desde 3km hasta 10kilómetros.

La fibra óptica es inmune a la interferencia Electromagnética (EMI).

Data Link Layer, el hardware.

En la capa de enlace de datos operan los switches y los bridges, y son hardware de aplicación específica ya que usan procesadores y circuitos que son diseñados únicamente para esta tarea. (application-specific integrated cirtuit), y es lo que permite que los switches alcancen velocidades de proceso de Gigabits con latencias muy bajas.

Menciono brevemente los dispositivos en una entrada previa:

http://ipref.blogspot.com/2009/04/dispositivos-de-red-capa-de-enlace-de.html

El proceso es el siguiente:

El switch recibe un frame y lee su encabezado, determina su origen y lo pone en su tabla para recordar de que puerto provino; entonces, busca el destino en esa misma tabla y envía el frame hacia el puerto asociado a esa dirección MAC; en caso de desconocer el destino, el frame es enviado a todos los puertos excepto al de origen, y cuando reciba un nuevo frame con esa dirección MAC de origen, sabrá de que puerto proviene, y la agregará a su tabla, por lo que conocerá donde está ubicado ese host. Así van formando su tabla de MAC addresses que ayuda a disminuir el tráfico en la red y a formar un mapa de la misma. Todos los dispositivos que reciben este mensaje están en un dominio de Broadcast, y si tenemos muchos mensajes de broadcast, afectarán el desempeño de la red.



Es algo similar a una tabla de ruteo, que contiene redes en un router y que las asocia a una interface, con lo que el router conoce hacia donde enviar paquetes para alcanzar una red.

En el caso de un switch o un bridge, conocemos direcciones MAC que se asocian igualmente a un puerto o interface, y básicamente, un switch es un bridge evolucionado, con más puertos y que igualmente forma un dominio de colisión en cada puerto.

Anteriormente mencioné que Ethernet funciona en un bus lógico y por tanto los hosts presentes en ese dominio deben "competir" para tener acceso al medio (cable) y que no se presenten colisiones; debido a que cada puerto de un switch es un dominio de colisión distinto, todos pueden transmitir simultáneamente siempre y cuando exista sólo un host por puerto, mientras que en un Hub, todos deberán competir por el medio.

Una vez que la tabla está completa en el switch, se enviarán frames sólo hacia la interface que se sabe que tiene conectado al segmento de destino, y en caso de que el frame vaya destinado al mismo puerto del que vino será bloqueado para que no llegue a ningún otro segmento de red. Esto se llama Transparent Bridging.

La Capa de Enlace de Datos

La capa de enlace de datos (data link layer) provee la transmisión física de los datos y se encarga de detectar errores, de la topología de la red y del control de flujo; es decir, se encarga de que los mensajes lleguen a sus destinatarios usando la dirección física (MAC address) y traduce los mensajes de la capa de red en bits que la capa física transmitirá.

Los mensajes son divididos en fragmentos que se llaman marco de datos (data frames) y yo me referiré a ellos por su nombre en inglés, ya que considero que parte de entender una materia es conocer su lenguaje técnico. Cada frame, al igual que las unidades de datos de capas superiores (PDU o packet data unit) contienen un encabezado, al que se le agrega la información del destino y el origen (en direcciones MAC, no IP), pero en este caso, tenemos un elemento de empaquetamiento al final, que sirve para detectar errores y es el Cyclic Redundancy Check (CRC revisión de redundancia cíclica) y que es un número que se calcula a través del valor de los bits contenidos dentro del mensaje; en caso de que al recibir el frame y recalcular el CRC, éste no coincida con el enviado, se notificará para que sea transmitido nuevamente.



Es importante distinguir que un router no trabaja en esta capa, ya que sólo conoce redes, no sabe donde se ubica un host en particular, y manda paquetes hacia la red que debe contener ese host, pero no sabe si el host está ahí. Es el switch quien determina en que puerto se encuentra un host particular y lo hace a través de sus tablas de MAC addresses, no usa las direcciones IP, y envía frames que contienen paquetes encapsulados.

La capa de enlace de datos es la capa 2 del modelo OSI, y contiene dos subcapas, LLC (Logical Link Control) y MAC (Media Access Control), ambas están definidas por estándares en cuanto que tareas deben efectuar para que la capa de red se sirva de ellas y la capa física entienda los mensajes.

La subcapa MAC es la que está ubicada sobre la capa física, y sobre la MAC se encuentra la LLC, en contacto directo con la capa de red.

Ahora bien, Ethernet trabaja en la capa 2, y por tanto tiene una capa MAC y una LLC. En este caso, MAC se define por el estándar IEEE 802.3, que especifica como los paquetes entran al medio; también aquí se define el direccionamiento físico (MAC addresses) así como las topologías lógicas, es decir, la manera en la que se transmite en la línea (bus lógico en el caso de Ethernet, aunque un switch presente una topología física de estrella), también la notificación de errores (no corrige), la entrega de frames, y a veces control de flujo.

La LLC se define por IEEE 802.2 y es responsable de identificar los protocolos de la capa de red y de encapsularlos. El encabezado de LLC le dice a la Data Link Layer que hacer con los paquetes una vez que recibe un frame, ya que el host recibe el frame, lee el encabezado LLC y determina el destino de ese paquete encapsulado. La LLC provee también control de flujo y bits de control para las secuencias (orden de los frames).

La Capa de Aplicación

Application Layer, OSI layer 7

La capa de aplicación es donde ocurre toda la interacción del usuario con la computadora, y por ejemplo, cualquier browser funciona aún sin el stack de TCP/IP instalado, sin embargo, el browser (google chrome, mozilla firefox, internet explorer, opera) no es parte de la capa de aplicación, sino que es el programa que se comunica con dicha capa.
Por ejemplo, al hacer la consulta de un documento local de html con el browser no hay comunicación hacia el exterior, sin embargo, al hacer la consulta de un documento remoto se hace uso del protocolo http (hyper text transfer protocol); o podemos transferir archivos por medio de FTP (file transfer protocol) o por medio de TFTP (trivial file transfer protocol). Cada vez que solicitamos una comunicación de ese tipo, el browser interactúa con la capa de aplicación que a su vez sirve de interfase entre las aplicaciones del usuario y el stack de protocolos que le va a proveer la comunicación con ayuda de las capas inferiores.

Las responsabilidades de la capa de aplicación son identificar y establecer la disponibilidad de comunicación del destino desado, así como determinar los recursos para que exista esa comunicación.
Esta es una tarea importante porque algunos programas requieren más que recursos del escritorio, como es el caso de una aplicación de red donde varios componentes colaboran para un objetivo común (tranferencias de archivos y correo electrónico, procesos cliente-servidor).
Es importante recordar que la Capa de Aplicación es la interface con los programas de aplicación, por ejemplo con el microsoft outlook, o el mozilla thunderbird.

Algunos de los protocolos de la capa de aplicación son:

• FTP: File Transfer Protocol


• HTTP: Hypertext Transfer Protocol


• POP3: Post Office Protocol version 3


• IMAP4: Internet Message Access Protocol rev 4


• Finger: User Information Protocol


• IMPPpre/IMPPmes: Instant Messaging and Presence Protocols


• NTP: Network Time Protocol


• Radius: Remote Authentication Dial In User Service


• RLOGIN: Remote Login


• RTSP: Real-time Streaming Protocol


• SCTP: Stream Control Transmision Protocol


• IPDC: IP Device Control


• IRC: Internet Relay Chat Protocol


• ISAKMP: Internet Message Access Protocol version 4rev1


• ISP


• S-HTTP: Secure Hypertext Transfer Protocol


• SLP: Service Location Protocol


• SMTP: Simple Mail Transfer Protocol


• SNMP: Simple Network Management Protocol


• COPS: Common Open Policy Service


• FANP: Flow Attribute Notification Protocol


• SOCKS: Socket Secure (Server)


• TACACS+: Terminal Access Controller Access Control System


• TELNET: TCP/IP Terminal Emulation Protocol


• TFTP: Trivial File Transfer Protocol


• WCCP: Web Cache Coordination Protocol


• X-Window: X Window

La capa de Red (network layer)

La Capa de Red maneja el direccionamiento, da seguimiento de la ubicación de los dispositivos en la red y determina la mejor manera de mover datos; es decir, la capa de red maneja la comunicación entre dispositivos que no están conectados directamente. Los routers trabajan en la capa de red específicamente.

network layer


Interfase o interfaz (interface), es la puerta de salida de un paquete hacia una red específica.

Métrica (metric), es la distancia a una red remota y diferentes protocolos de ruteo usan diferentes métodos para calcular esta distancia; algunos cuentan los saltos, otros usan una mezcla del acho de banda, la latencia o hasta un reloj. Un salto es un router que un paquete cruza para llegar a su destino.

Dirección de Red (network address); direcciones de red específicas por protocolo. Un router debe mantener direcciones de red para protocolos individuales debido a que cada protocolo de ruteo da seguimiento a la red con un esquema de direcionamiento distinto (IP, IPv6 e IPX por ejemplo).

Los paquetes de datos (data packets) transportan datos de los usuarios a través de toda la red y se hace mediante protocolos de soporte, llamados protocolos ruteables (routed protocols); por ejemplo, IPX, IP e IPv6.

Los paquetes de actualización de rutas (route update packets) se usan para que entre routers vecinos se notifiquen entre si las redes que tienen directamente conectadas o que conocen a través de algún destino y sirven para que los routers construyan y mantengan las tablas de ruteo. Los protocolos que usan la actualización de rutas se llaman protocolos de ruteo (routing protocols) y entre los más comunes tenemos a RIP, RIPv2, EIGRP y OSPF.

Broadcast Domains in a router


Como ya sabemos, un router rompe los dominios de colisión y por tanto un mensaje de broadcast no se reenvía a través de un router, cada interface en un router es un dominio de colisión (broadcast domain), al igual que en un switch (dispositivo capa 2, data link layer). Como cada interface en un router es un dominio de broadcast diferente, cada una tiene su propia dirección única y está en una red diferente, y los hosts conectados a esa interfase deben estar en la misma red. En la ilustración lo podemos ver más claramente.

Hay algunas cosas relativas a los routers que debemos tener presentes:

• Por deafult, un router no reenvía tráfico de broadcast o de multicast.


• Los routers usan las direcciones lógicas de la capa de red para determinar el siguiente salto al cual reenviarán un paquete.


• Los routers pueden usar listas de acceso (access-list) creadas por el administrador para controlar los tipos de paquetes que pasan por una interfase y tener un tipo de seguridad.


• Los routers pueden tener funciones de capa 2 como bridging, y si es necesario, simultáneamente rutear a través de la misma interfase.


• Los dispositivos capa 3 nos dan conexión entre LANs virtuales (VLAN).


• Los routers proveen calidad de servicio (Quality of Service QoS) para tipos de tráfico específicos.

Ventajas de los Modelos de Referencia

El Modelo de Referencia OSI es jerárquico, y de cualquier otro modelo se pueden obtener las mismas ventajas, y su objetivo principal es que las redes de diferentes fabricantes puedan operar en conjunto. Algunas de las ventajas son:

• Divide los procesos de comunicación de la red en pequñas porciones que son más simples de analizar, permitiendo desarrollar componentes, diseñar y resolver problemas para una capa específica de la red.


• Evita que cambios en una capa afecten a otras capas, facilitando el desarrollo.


• Permite que distintos tipos de hardware y software de red se comuniquen entre si.


• Permite que los desarrollos de múltiples fabricantes se comuniquen entre si por medio de la estandarización de los componentes de red.

Soportando las aplicaciones de TCP/IP

Además de incluir a TCP, IP, y UDP, la pila de protocolos TCP/IP incluye también aplicaciones que soportan otros servicios tales como transferencia de archivos, e-mail, ye ingreso remoto (remote login).

Algunas de las aplicaciones que TCP/IP soporta incluyen:

· Flow Control: si el transmisor está desbordando el buffer del receptor por transmitir demasiado rápido, el receptor descarta paquetes. Los acknowledgement fallidos alertan al transmisor para bajar la tasa de transferencia o dejar de transmitir.

· File Transport Protocol: FTP es un servicio confiable y orientado a la conexión que usa TCP para transferir archivos entre sistemas que soportan FTP. FTP también soporta la transferencia binaria bidireccional y transferencias de archivos ASCII.

· Trivial File Transfer Protocol: TFTP es un servicio no orientado a conexión que usa UDP. Los ruteadores usan TFTP para transferir archivos de configuración e imágenes de Cisco IOS, y para transferir archivos entre sistemas que soportamn TFTP.

· Terminar Emulation (Telnet): telnet provee la capacidad de acceder remotamente a otra computadora. Telnet permite a un usuario entrar en un host remotoy ejecutar comandos.

Los protocolos TCP/IP: soportan las aplicaciones y utilidades que abarcan el internet.

UDP, sus funciones

El protocolo User Datagram Protocol, es una expansión de las primeras versiones de la suite de protocolos de IP. Antes consistía dicha suite en TCP e IP solamente, aunque IP no era diferenciado como un servicio separado. Sin embargo, algunas aplicaciones tenían una necesidad de puntualidad más que de precisión. En otras palabras, la velocidad era más importante que la recuperación de paquetes. En transferencias de video o audio en tiempo real, unos cuantos paquetes perdidos son tolerables. Recuperar paquetes crea una excesiva saturación que reduce el desempeño.

Para acomodar este tipo de tráfico, los arquitectos de TCP rediseñaron la suite de protocolos para incluir a UDP. El direccionamiento básico y el servicio de expedición de paquetes en la capa de red era IP. TCP y UDP están en la capa de transporte arriba de IP, y ambos usan los servicios de IP.

UDP ofrece sólo servicios mínimos, no garantizados de transporte, y da a las aplicaciones acceso directo a la capa de IP. UDP es usado por aplicaciones que no requieresn el nivel de servicio de TCP, o que quieren usar servicios de comunicación tales como entrega por multidifusión o difusión, no disponibles en TCP.

TCP, sus funciones

TCP es un protocolo orientado a conexión que provee control de flujo y servicios de entrega de datos confiables.

Los servicios provistos por TCP corren en el anfitrión (host) de cualquiera de los extremos de una conexión, no en la red. Por lo tanto, TCP es un protocolo para manejar conexiones de extremo a extremo, y como una serie de conexiones de extremo a extremo pueden existir a través de una serie de conexiones punto a punto, estas conexiones extremo-extremo son llamadas circuitos virtuales. Éstas son las características de TCP:

Definiendo TCP/IP

TCP/IP se refiere a la familia completa de protocolos, de los cuales, TCP e IP son sólo dos.TCP provee transferencias transparentes de datos entre sistemas finales usando los servicios de la capa de red inferior para mover los paquetes entre los dos sistemas comunicantes. TCP es un ejemplo de protocolo de la capa de transporte. IP es un ejemplo de la protocolo de la capa de red.



Similar al modelo OSI/ISO, TCP/IP separa una suite completa de protocolosde red en un número de tareas. Cada capa corresponde a diferentes aspectos de la comunicación. Conceptualmente, es útil ver a TCP/IP como una pila de protocolos.Una pila de protocolos está organizada de tal manera que el nivel más alto de comunicación reside en la capa de arriba. Por ejemplo, la capa más alta puede negociar con las aplicaciones para distribuir tramas de audio o video, mientras que la capa más baja puede lidiar con voltajes o señales de radio. Cada capa en la pila se construye sobre los servicios de la capa inmediata inferior.

Definiendo la capa de Transporte

Comunicación entre dispositivos.
Las redes de computadoras usan muchos protocolos, aquí se definirán los protocolos de comunicación en un entorno de red.
Cuando un dispositivo se comunica con otro, intercambian una serie de mensajes. Para entender y actuar en estos mensajes, los dispositivos deben estar de acuerdo en el formato y el orden de los mensajes intercambiados, así como las acciones tomadas en la transmisión o recibo de dichos mensajes.
Los dispositivos que se comuncan usan una serie de reglas, llamadas protocolo, para definir sus tareas, diferentes protocolos cumplen diferentes funciones.