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Ejemplos de protocolos de red

Capa 1: Nivel físico
o Cable coaxial o UTP categoría 5, categoria 5e, categoria 6, categoria 6a
Cable de fibra óptica, Cable de par trenzado, Microondas, Radio, RS232.

Capa 2: Nivel de enlace de datos
o Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM,
HDLC.,cdp

Capa 3: Nivel de red
o ARP, RARP, IP (IPv4, IPv6), X.25, ICMP, IGMP, NetBEUI, IPX,
Appletalk.

Capa 4: Nivel de transporte
o TCP, UDP, SPX.

Capa 5: Nivel de sesión
o NetBIOS, RPC, SSL.

Capa 6: Nivel de presentación
o ASN.1.

Capa 7: Nivel de aplicación
o SNMP, SMTP, NNTP, FTP, SSH, HTTP, SMB/CIFS, NFS, Telnet, IRC,
ICQ, POP3, IMAP.
NIVEL ENLACE DE DATOS
Ethernet
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Tarjeta de Red ISA de 10 Mbps
Conectores BNC (Coaxial) y RJ45 de una tarjeta de Red
Ethernet es un estándar de redes de computadoras de área local con acceso al medio por
contienda CSMA/CD. El nombre viene del concepto físico de ether. Ethernet define las
características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de tramas de
datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI.
La Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar internacional IEEE 802.3.
Usualmente se toman Ethernet e IEEE 802.3 como sinónimos. Ambas se diferencian en
uno de los campos de la trama de datos. Las tramas Ethernet y IEEE 802.3 pueden
coexistir en la misma red.
Fast Ethernet
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Fast Ethernet o Ethernet de alta velocidad es el nombre de una serie de estándares de
IEEE de redes Ethernet de 100 Mbps. El nombre Ethernet viene del concepto físico de
ether. En su momento el prefijo fast se le agregó para diferenciarla de la Ethernet
regular de 10 Mbps.
Debido al incremento de la capacidad de almacenamiento y en el poder de
procesamiento, los Pc’s actuales tienen la posibilidad de manejar gráficos de gran
calidad y aplicaciones multimedia complejas. Cuando estos ficheros son almacenados y
compartidos en una red, las transferencias de un cliente a otro producen un gran uso de
los recursos de la red.
Las redes tradicionales operaban entre 4 y 16 Mbps. Más del 40 % de todos los Pc’s
están conectados a Ethernet. Tradicionalmente Ethernet trabajaba a 10 Mbps. A estas
velocidades,dado que las compañías producen grandes ficheros, pueden tener grandes
demoras cuando envían los ficheros a través de la red. Estos retrasos producen la
necesidad de mayor velocidad en las redes.
Fast Ethernet no es hoy por hoy la más rápida de las versiones de Ethernet, siendo
actualmente Gigabit Ethernet y 10 Gigabit Ethernet las máx. velocidad.
Características Generales
Un adaptador de fast Ethernet puede ser dividido lógicamente en una parte de control de
acceso al medio (MAC; media access controller), que se ocupa de las cuestiones de
disponibilidad y una zona de capa física (PHY; physical).
La capa MAC se comunica con la física mediante un interfaz de 4 bits a 25 MHz de
forma paralela síncrona, conocida como MII.
El interfaz MII puede tener una conexión externa, pero lo normal es hacer su conexión
mediante ICs en el adaptador de red.
El interfaz MII establece como tasa máxima de bits de datos una velocidad de
100Mbit/s para todas las versiones de fast Ethernet.
Se puede observar que actualmente en redes reales la cantidad de datos que se envían
por señal esta por debajo de este máximo teórico. Esto es debido a que se añadan
cabeceras y colas en cada paquete para detectar posibles errores, a que ocasionalmente
se puedan “perder paquetes” debido al ruido, o al tiempo de espera necesario para que
cada paquete sea recibido por el otro terminal.
Soporte
Fast ethernet puede trabajar sobre fibra óptica y sobre cable de cobre. Cada modo de
trabajar tiene unos estándares específicos adaptados a la situación requerida:
COBRE



100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-T2
FIBRA ÓPTICA



100BASE-FX
100BASE-SX
100BASE-BX
Tecnologías Ethernet
Tecnología
Velocidad de
transmisión
Tipo de cable
Distancia
máxima
Topología
100BaseTX 100Mbps
Par Trenzado
100 m
(categoría 5UTP)
Estrella. Half
Duplex(hub) y Full
Duplex(switch)
100BaseFX 100Mbps
Fibra óptica
No permite el uso de
hubs
1000BaseT
4 pares trenzado
100 m
(categoría 5UTP)
Estrella. Full Duplex
(switch)
1000BaseSX 1000Mbps
Fibra óptica
(multimodo)
550 m
Estrella. Full Duplex
(switch)
1000BaseLX 1000Mbps
Fibra óptica
(monomodo)
5000 m
Estrella. Full Duplex
(switch)
1000Mbps
2000 m
Estándares para cobre
Dependiendo del tipo de estandar utilizado, el tipo de cable pertenecerá a una categoría
diferente con unas características determinadas que siguen la siguiente tabla:
100BASE-T es un estándar de Fast Ethernet que utiliza un par de cobre trenzado.
Podemos encontrar las siguientes categorías de este estandar:
100BASE-TX (100 Mbit/s sobre 2 pares de cobre trenzado de categoría 5
o superior)
100BASE-T4 (100 Mbit/s sobre 4 pares de cobre trenzado de categoría 3
o superior)
100BASE-T2 (100 Mbit/s sobre 2 pares de cobre trenzado de categoría 3
o superior)
La longitud de segmento de cable para un estándar de tipo 100Base-T esta limitada a
100 metros. Esto esta recogido en el estandar IEEE 802.3 (aprobado en 1995)
100BASE-TX
Es el estándar más común dentro de este tipo de Ethernet es 100BaseTX, y es soportado
por la mayoría del hardware Ethernet que se produce actualmente.
Utiliza 2 pares de cobre trenzado de categoría 5 o superior (un cable de categoría 5
contiene 4 pares, por lo que puede soportar 2 enlaces 100BASE-TX).
En una configuración típica de 100Base-TX se utiliza un par de cables trenzados en
cada dirección (full-duplex). Tener en cuenta IEEE 802.3 para más detalles.
La configuración de una red 100Base-TX es muy similar a una de tipo 10Base-T.
Cuando utilizamos este estándar para crear una red de área local, los componentes de la
red (ordenadores, impresoras, etc) suelen estar conectados a un switch o un hub,
creando una red con topología de estrella. Alternativamente, es posible conectar dos
componentes directamente usando cable cruzado.
100BASE-T4
Fue una de las primeras implementaciones de Fast Ethernet. Se requiere de cuatro pares
de cable trenzado, pero estos deben ser de categoría 3 en lugar de ser categoría 5 que es
la exigida por TX. De los cuatro pares, un par esta reservado para transmitir, otro para
recibir, y los dos restantes llevan datos de control.
100BASE-T2
En este estándar los datos se transiten sobre dos pares de cobre, 4 bits por símbolo. En
primer lugar, un símbolo de 4 bits se amplia en dos símbolos de 3 bits cada uno
mediante un procedimiento complicado de codificación basado en un registro lineal de
retroalimentación (ver el estándar para obtener más información). Esto es necesario para
aplanar el ancho de banda y el espectro de la señal.
El mapa de bits original que representa al código, no es constante en el tiempo y tiene
un largo periodo (se podría decir que aparece con una frecuencia aleatoria).
Estándares para Fibra Óptica
La version sobre fibra óptica de estos estandars consigue una velocidad superior, así
como abarcar mayor superficie sin necesidad de repetidores.
100BASE-FX
Es una versión de Fast Ethernet sobre fibra óptica. Utiliza un tipo de luz 1300 (NIR; nm
near- infrared) que es transmitida a través de los líneas de fibra óptica, una para
recepción (RX) y la otra para transmitir (TX).
Para estos casos, la longitud máxima que abarca es de 400 metros para las conexiones
half-duplex (para asegurar la detección de colisiones) o 2 kilómetros para full-duplex
sobre fibra óptica multimodo (en comparación con los 100 metros sobre cable de cobre).
En cuanto al tipo de codificación utilizada, 100BASE-FX utiliza la misma codificación
4B5B y NRZI que usaba 100BASE-TX.
100BASE-SX
Utiliza dos líneas multimodo de fibra óptica para recibir y transmitir. Se trata de una
alternativa de menor coste que 100BASE-FX, ya que usa una longitud de onda más
corta, que es mucho menos costoso que la longitud de onda larga utilizada en
100BASE-FX. 100BASE-SX puede trabajar a distancias de hasta 300 metros.
100BASE-SX utiliza la misma longitud de onda que la versión de fibra óptica 10BASEFL. Debido a la corta longitud de onda utilizada (850 nm), se necesitan componentes
ópticos menos costosos (LEDs en lugar de láseres), lo que hace que sea una opción
atractiva para aquellos que actualicen de 10BASE-FL y los que no exigen largas
distancias.
100BASE-BX
Trabaja a través de una sola línea de fibra óptica (a diferencia de 100BASE-FX, que
utiliza un par de fibras). Debido a que contamos con una solo línea, se utiliza un
multiplexor que divide la señal en dos longitudes diferentes de onda, una para
transmitir, y otra para recibir.
Ventajas de Fast Ethernet
Fast Ethernet esta basada en el estándar Ethernet por lo que es familiar con la mayoría
de los administradores de red.
Puede ser instalada en la mayoría de las redes actuales casi sin cambios en la
infraestructura de la red.
El uso de los adaptadores de red que corren a la velocidad del estándar Ethernet tanto
como a velocidad de Fast Ethernet (100 Mbps) permite a los usuarios migrar a su propia
velocidad. Finalmente, Fast Ethernet tiene una bajo coste y es la solución mas adoptadas
de las disponibles en el mercado.
NIVEL DE RED
PROTOCOLO TCP/IP
TCP/IP es un conjunto de protocolos diseñado con una
arquitectura en capas. Las capas permiten a los diseñadores del
protocolo dividir en módulos las tareas y servicios que realizará el
mismo. El diseño también especifica la manera en que un módulo
interactúa con otros. La arquitectura en capas de los protocolos
está diseñada como una pila en la que los protocolos de más alto
nivel interactúan con protocolos de niveles más bajos.
El modelo de TCP/IP está formado por cuatro capas:
1. La capa de aplicaciones es la capa más alta de la pila; ésta
provee servicios de alto nivel a los usuarios como transferencia
de archivos, entrega de correo electrónico, y acceso a terminales
remotas. Los programas de aplicación escogen entre diferentes
protocolos de transporte dependiendo del tipo de servicio de
transporte que requieran.
2. La principal tarea de la capa de transporte es proveer
comunicación punto a punto entre las aplicaciones. Los
protocolos de transporte (TCP y UDP) usan el servicio de entrega
de paquetes que provee la capa de Internet.
3. La capa de Internet provee el servicio de entrega de paquetes de
una máquina a otra, por medio del protocolo de Internet (IP). La
integridad de los datos no se verifica en este nivel, por lo que el
mecanismo de verificación es implementado en capas superiores
(Transporte o Aplicación).
4. La capa de acceso al medio acepta datagramas de la capa de
Internet y los envía físicamente. El "módulo" para el acceso al
medio es con frecuencia un manejador de dispositivo (device
driver) para una pieza particular de hardware, y la "capa" de
acceso al medio puede consistir de múltiples módulos.
Para que la información fluya a través de las capas, ésta pasa por
un proceso de encapsulamiento.
Los mensajes o información recibida por la capa de TCP es
encapsulada con un encabezado de TCP en un paquete llamado
"Segmento de TCP",
este segmento de TCP es entregado a la capa de IP, en el que se
le agrega un encabezado de IP y el paquete llamado "Datagrama
de IP" es creado.
El paso final incluye el encapsulamiento del datagrama de IP en
paquetes creados para la capa de acceso al medio. Gracias a
este campo, existe la posibilidad de que por una red Ethernet
circulen simultáneamente -bajo el punto de vista funcional, no
físico-, paquetes de diferentes familias de protocolos: TCP/IP,
IPX, DECnet, etc.
Cada una de ellas pondrá un número diferente en el campo de
tipo. En último lugar el controlador Ethernet calcula un checksum,
suma de chequeo, del paquete completo y lo coloca al final del
mismo. Al alcanzar su destino se recalcula el checksum y si su
valor no coincide con el original el paquete se desecha
directamente.
El resultado final sería el siguiente:
Al recibir en el otro extremo los paquetes todas las cabeceras se
van quitando en la capa de protocolo que las generó:
Ethernet remueve su cabecera tras comprobar que el checksum
es el correcto y tras comprobar en el campo de tipo de código que
el datagrama es del tipo IP lo pasa a la capa del Protocolo
Internet.
IP verifica su cabecera y al comprobar en el campo de protocolo
que pertenece a TCP quita su cabecera para recomponer los
datagramas que va recibiendo hasta formar el fichero original.
TCP (Transmission Control Protocol) y UDP (User Datagram
Protocol)
Los dos protocolos de la capa de transporte de la "suite" TCP/IP son
TCP y UDP. Ambos utilizan el servicio de entrega de paquetes de IP, y
pueden distinguir entre múltiples procesos en la misma máquina usando
un número de puerto. Las funciones que realiza TCP son las siguientes:
Servicios de entrega de paquetes
TCP provee un servicio confiable de entrega de paquetes Orientado-aConexión, o sea, TCP se encarga de dar la ilusión de que la comunicación
entre dos computadoras es de punto-a-punto con un flujo continuo de
información, a diferencia de IP, donde se sabe que la información fluye en
paquetes y que dicha información puede ser retransmitida varias veces antes
de alcanzar su destino.
UDP provee la capacidad de acceder a los puertos, a diferencia de TCP, con
servicios Sin-Conexión y No-Confiables. Muchas aplicaciones necesitan
direccionar a IP y el acceso a puertos de TCP, pero manejando ellas mismas
la verificación de los datos, por lo que UDP es la solución ideal. También es
usado por aplicaciones que solamente envían mensajes cortos y pueden
enviar de nuevo los mensajes si la respuesta no llega en corto tiempo.
El concepto de conexión es muy importante porque le permite a un
puerto local dar servicio a muchos puertos remotos concurrentemente.
Esta es la base del modelo de aplicación cliente-servidor que es usado
en redes.
Responsabilidades
La comunicación punto-a-punto confiable indica que TCP acepta la
responsabilidad de la secuenciación de datos, validación y, si es necesario,
retransmisión; la aplicación o proceso que use los servicios de TCP no
necesita preocuparse de todo lo anterior, puede asumir que los datos que
envía serán recibidos íntegros, en el orden exacto en el que fueron enviados.
Otra de las responsabilidades de TCP es el Control del flujo, el cual es un
mecanismo que previene al transmisor de enviar datos más rápido de lo que
el receptor pueda manejar.
Siguiendo con la analogía del correo, ¿que sucedería si se quiere enviar un
libro a otra persona?. Resulta que la oficina postal solamente envía cartas.
Una solución sería desprender cada página del libro, poner cada una de ellas
en un sobre separado y depositarlos en el buzón. El destinatario tendría que
asegurarse de que todas páginas lleguen y pegarlas en el orden correcto. Lo
mismo hace TCP.
TCP toma la información que se quiere transmitir, la divide en pedazos y
numera cada uno de estos, de tal manera que el receptor pueda verificar la
llegada de los mismos y colocarlos en orden.
IP (Internet Protocol)
El protocolo de Internet (IP) es llamado la base tecnológica de TCP/IP. Las
funciones que realiza IP son las siguientes:
Servicios de entrega de paquetes
IP provee un servicio de entrega de datagramas "Sin-Conexión"; llamado así
porque no se lleva a cabo una coordinación entre el punto transmisor y el punto
receptor. Cada paquete es tratado independientemente, los cuales pueden
llegar en desorden y hasta podrían no llegar.
La entrega "Sin-Conexión" es similar a poner una carta en el buzón: se
deposita (datagrama) y se olvida de ella. Se asume que el servicio postal (red
IP) entregará la carta (datagrama) a su destino.
Este servicio "Sin-Conexión" es "No-Confiable" porque IP no puede garantizar
la entrega, pero es llevado a cabo con el "Mejor-Esfuerzo", esto es, los
datagramas no son descartados fácilmente (precisamente como el cartero no
tira las cartas sin razón). Los datagramas pueden no ser entregados por la falta
de recursos o por una falla en el hardware de la red.
Servicios de direccionamiento
El servicio de direccionamiento de IP determina rápidamente si una
dirección IP dada por la capa de transporte pertenece a la red local o a
otra red.
Las direcciones IP son números de 32 bits divididos en 4 octetos. Cada
dirección es la combinación del identificador único de la red y el
identificador único de la máquina.
El problema inmediato con las direcciones IP es que son difíciles de
memorizar. Por esta razón, las computadoras también pueden ser
identificadas con nombres particulares. El DNS fue implementado para
facilitar el uso de las direcciones IP a los seres humanos.
Responsabilidades
Una función de la capa de Internet es definir la "Unidad básica de
Transferencia de Datos" usada en las redes TCP/IP: el Datagrama IP.
IP también es responsable de la selección del camino por el que viajan los
datos, esto es llamado "enrutamiento".
El protocolo Internet también incluye un conjunto de reglas que define cómo
se procesarán los paquetes, incluyendo cuándo generar mensajes de error
y cuándo se descartan datagramas. Parte de este proceso incluye la
"Fragmentación de Datos" y el "Reensamblado", aunque IP realiza esta
función solo cuando el hardware lo requiere.
El siguiente modelo que ejemplifica perfectamente qué es la Internet y cómo
opera, aunque las tecnologías sean completamente diferentes:
o
o
Los medios de transmisión (Fibra Optica, Comunicaciones
Satelitales, etc.) son equivalentes a los camiones y aeroplanos del servicio
postal. Son medios por los cuales el correo es llevado de un lugar a otro.
Los enrutadores son subestaciones postales, donde se toman
decisiones de cómo enrutar los datos (paquetes), precisamente como una
subestación postal decide cómo "enrutar" los sobres del correo.
o
o
o
o
Cada subestación o enrutador no tiene una conexión directa a
todas las demás estaciones o enrutadores existentes.
Cada subestación postal solamente necesita saber qué
conexiones están disponibles y cuál es el "mejor siguiente brinco" para
llevar un paquete lo más cerca posible de su destino. Similarmente, en la
Internet: un enrutador checa hacia dónde van los datos y decide hacia
dónde enviarlos, escogiendo el mejor conducto de salida.
Así como la oficina postal tiene reglas de como usar sus redes,
con el uso del código postal, timbres postales, dirección, etc., la internet
también tiene reglas, las cuales son llamadas protocolos.
El protocolo Internet (IP) se encarga del direccionamiento,
precisamente como un sobre postal.