La familia de protocolos TCP/IP se designa por dos de sus protocolos más importantes: el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el Protocolo de Internet (IP). Otro nombre para ello es la familia de Protocolos de Internet, y esta es la frase que se utiliza en los documentos oficiales estándares de Internet. Usaremos un término más común TCP/IP para referirnos a la familia completa de protocolos de este tutorial.
Internetworking
El primer objetivo de diseño de TCP/IP fue construir una interconexión de redes que proporcionen servicios de comunicación universal: una interred o internet. Cada red física tiene su propio interfaz de comunicación dependiente de la tecnología en forma de interfaz de programación que proporciona funciones de comunicación básica (primitivas). Los servicios de comunicación se proporcionan mediante software que se ejecuta entre la red física y las aplicaciones de usuario y que proporcionan una interfaz para estas aplicaciones, independiente de la red física subyacente. La arquitectura de las redes físicas es transparente al usuario.
El segundo objetivo es interconectar diferentes redes físicas para formar lo que aparentemente es una red grande para el usuario. Tal conjunto de redes interconectadas se denomina una interred o una internet.
Para ser capaz de interconectar dos red, se necesita un ordenador que se conecte a ambas redes y que puede enviar paquetes desde una red a la otra. El término router IP también se usa porque la función de encaminamiento es parte de la capa de IP de la familia de protocolos TCP/IP.
La figura siguiente muestra dos ejemplos de interredes.
Las propiedades básicas de un router son:
- Desde el punto de vista de la red, un router es un host normal.
- Desde el punto de vista del usuario, los routers son invisibles. El usuario ve sólo una gran interred.
Para ser capaces de identificar un host en la interred, a cada host se le asigna una dirección, la dirección IP. Cuando un host tiene múltiples adaptadores de red, cada adaptador tiene una dirección IP aparte. La dirección IP consta de dos partes:
dirección IP = <número de red><número de host>
Parte del número de red de la dirección IP la asigna una autoridad central y es único en toda Internet. La autoridad para asignar parte del número de host de la dirección IP reside con la organización que controla la red identificada por el número de red. El esquema de direccionamiento se describe detalladamente en Direccionamiento.
La arquitectura de Internet
La familia de protocolos TCP/IP ha evolucionado durante unos 25 años. Describiremos los aspectos más importantes de la familia de protocolos en este capítulo y los sucesivos.
Protocolos por capas
TCP/IP, como la mayoría del software de red, se modeló por capas. Esta representación por capas le da el término pila de protocolos que es sinónimo de familia de protocolos. Se puede usar para situar (pero no para comparar funcionalmente) la familia de protocolos TCP/IP con otros, tales como SNA y OSI. Comparaciones funcionales no pueden extraerse fácilmente de esto, ya que existe diferencias básicas en los modelos por capas utilizados por las distintas familias de protocolos.
Los protocolos de Internet se modelan en cuatro capas:
- aplicación
- Es un proceso de usuario cooperando con otros procesos sobre el mismo host u otro diferente. Ejemplos de ello son TELNET, FTP y SMTP. Estos protocolos se discuten en detalle en Protocolos de aplicación.
- transporte
- Proporciona la transferencia de datos. Algunos protocolos de ejemplo son TCP (orientado a conexión) y UDP (no orientado a conexión).
- Interred
- También llamada capa de interred o capa de red, la interred proporciona la imagen de "red virtual" de internet (esto es, esta capa protege los niveles superiores de la arquitectura de red típica bajo ella). El Protocolo de Internet (IP) es el protocolo más importante de esta capa. Es un protocolo no orientado a conexión que no asume confiabilidad de las capas más bajas. IP no proporciona fiabilidad, control de flujo o recuperación de errores. Estas funciones las debe proporcionar el nivel superior, en la capa de transporte con TCP como el protocolo de transporte, o en la de aplicación si UDP se usa como protocolo de transporte. IP se discute detalladamente en Protocolo de Internet (IP). La unidad de mensaje en una red IP se llama IP datagrama. Esta es la unidad básica de información que se transmite de un lado a otro de las redes TCP/IP.
- Interfaz de Red
- También llamada capa de enlace o capa de enlace de datos, la capa de interfaz de red es la interfaz al hardware actual de red. Esta interfaz puede o no proporcionar transporte fiable y puede ser orientado a flujo o a paquetes. De hecho, TCP/IP no especifica protocolo aquí, pero puede usar casi cualquier interfaz de red disponible, que ilustre la flexibilidad de la capa IP. Ejemplo de ello son IEEE 802.2, X.25, ATM, FDDI, las redes de radio por paquetes (como AlohaNet) e incluso SNA.
Puentes, Routers y Pasarelas
Los routers forman una interred interconectando múltiples redes. Es importante distinguir entre un router, un puente y una pasarela.
- Puente
- Interconecta segmentos LAN a nivel de la capa de Interfaz de Red y envía marcos entre ellos. Un puente desempeña la función de un regulador MAC y es independente de cualquier protocolo de capa superior (incluyendo el protocolo de Enlace Lógico). Si se pide, proporciona conversión de protocolo de capa MAC.
Se dice que un puente es transparente para IP. Esto es, cuando un host envían un datagrama IP a otro host en una red conectada por un puente, éste envía el datagrama directamente al host y el datagrama "cruza" el puente sin que el host sea consciente de ello.
- Router
- Interconecta redes en el nivel de la capa de interred y enruta paquetes entre ellas. El router debe entender la estructura de direccionamiento asociada con los protocolos de red, apoyar y tomar decisiones de si, o cómo, para enviar paquetes. Los routers son capaces de seleccionar las mejores trayectorias de transmisión y los tamaño óptimos de los paquetes. La función de enrutamiento básica la realiza en la capa IP de la pila de protocolos TCP/IP. Por lo tanto, cualquier host o estación de trabajo corriendo TCP/IP puede usarse como router. Puesto que IP proporciona esta función de enrutamiento básica, se utiliza el término "router IP". Otro término, pero más antiguo, es "pasarela IP", "pasarela Internet" y "pasarela". El término pasarela se usa normalmente ahora para conexiones a nivel más altos que el de router.
Se dice que un router es visible para IP. Esto es, cuando un host envía un datagrama IP a otro host en una red conectada por un router, éste envía los datagramas al router y no directamente al host de destino.
- Pasarela
- Interconecta redes de más alto nivel que los puentes o routers. Una pasarela normalmente soporta correspondencia de direcciones de una red a otra y puede proporcionar también transformación de datos entre entornos para soportar conectividad de aplicaciones extremo a extremo. Las pasarelas típicamente limitan la interconectividad de dos redes a un conjunto de protocolos de aplicación suportados sobre ambos. Por ejemplo, un host VM ejecutando TCP/IP puede usarse como una pasarela de correo SMTP/RSCS.
Nota: El término "pasarela", cuando se usa en este sentido, no es sinónimo de "pasarela IP".
Se dice que una pasarela es opaca para IP. Esto es, un host no puede enviar un datagrama IP a través de una pasarela: sólo puede enviarlo hacia una pasarela. La información de protocolo de nivel superior que llevan los datagramas es posteriormente pasada por la pasarela usando cualquier arquitectura de red utilizada en el otro lado de la pasarela.
El concepto de cortafuegos o pasarela de cortafuegos está íntimamente relacionado con routers y pasarelas y se usa para restringir el acceso desde Internet a una red o un grupo de redes controlada por una organización por medidas de seguridad. Ver Cortafuegos para más información.
Enrutamiento IP
Los datagramas entrantes se comprobarán para determinar si el host local es el host IP de destino:
- sí
- El datagrama se pasa a los protocolos de más alto nivel.
- no
- El datagrama es para un host diferente. La acción depende del valor de la bandera ipforwarding.
- verdadero
- El datagrama se trata como un datagrama saliente y se enruta al próximo según el algoritmo descrito abajo.
- falso
- El datagrama se descarta.
En el protocolo de internet, datagramas IP salientes pasan por el algoritmo de enrutamiento IP que determina donde enviar los datagramas según el destino de la dirección IP.
- Si el host tiene una entrada en su tabla de enrutamiento IP (ver Enrutamiento IP Básico) que empareja la dirección IP de destino, el datagrama se envía a la dirección en la entrada.
- Si el número de red de la dirección IP de destino es la misma que el número de red para uno de los adaptadores de red de host (esto es, el destino y el host están en la misma red) el datagrama se envía a la dirección física del host emparejando la dirección IP de destino.
- En otro caso, el datagrama se envía a un router por defecto.
Este algoritmo básico, necesario en todas las implementaciones de IP, es suficiente para ejecutar la función de enrutamiento base.
Como se ha citado anteriormente, un host TCP/IP tiene funcionalidad de router básico incluida en el protocolo IP. Como un router, es adecuado para enrutamiento simple, pero no para redes complejas. Los protocolos necesarios en casos complejos se describen en Protocolos de enrutamiento.
El mecanismo de enrutamiento IP combinado con el de capas de la pila de protocolos TCP/IP, se representa en figura de abajo. Esta muestra un datagrama IP, iendo desde una dirección IP (número X de red, número A de host) hacia otra (número Y de red, número B de host), a través de dos redes físicas. Nótese que en el router intermedio, sólo están involucradas la parte más baja de la pila de protocolos TCP/IP (la interred y las capas de interfaz de red).
