Protocolo TCP/IP (Modelo DOD)

Redes de Computadoras I

El modelo TCP/IP es un modelo de descripción de protocolos de red creado en la década de 1965 por DARPA, una agencia del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Evolucionó de ARPANET, el cual fue la primera red de área amplia y predecesora de Internet. EL modelo TCP/IP se denomina a veces como Internet Model, Modelo DoD o Modelo DARPADoD = Department of Defense

El modelo TCP/IP, describe un conjunto de guías generales de diseño e implementación de protocolos de red específicos para permitir que un equipo pueda comunicarse en una red. TCP/IP provee conectividad de extremo a extremo especificando cómo los datos deberían ser formateados, direccionados, transmitidos, enrutados y recibidos por el destinatario. Existen protocolos para los diferentes tipos de servicios de comunicación entre equipos.

TCP/IP tiene cuatro capas de abstracción según se define en el RFC 1122. Esta arquitectura de capas a menudo es comparada con el Modelo OSI de siete capas.

El modelo TCP/IP y los protocolos relacionados son mantenidos por la Internet Engineering Task Force (IETF).

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Introducción al TCP/IP• Creado por el Departamento de

Defensa a la mitad de 1970.• Se basa en el modelo DoD

(Departament of Defense)• Utilizado ampliamente por la

comunidad científica, de ingeniería, de gobierno, universidades y ahora en Internet.

• Proporciona conectividad para redes LAN y WAN.

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Físico

Aplicación

Transporte

Internet

Red

Capa 4 o capa de aplicación: Aplicación, asimilable a las capas 5 (sesión), 6 (presentación) y 7 (aplicación) del modelo OSI. La capa de aplicación debía incluir los detalles de las capas de sesión y presentación OSI. Crearon una capa de aplicación que maneja aspectos de representación, codificación y control de diálogo.

Capa 3 o capa de transporte: Transporte, asimilable a la capa 4 (transporte) del modelo OSI.

Capa 2 o capa de red: Internet, asimilable a la capa 3 (red) del modelo OSI.

Capa 1 o capa de enlace: Acceso al Medio, asimilable a la capa 2 (enlace de datos) y a la capa 1 (física) del modelo OSI.

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Las aplicaciones comunes incluyen

• Aplicación: aplicaciones: Telnet, FTP• Transporte: protocolos TCP, UDP• Internet: protocolos IP, ARP• Acceso a red: protocolos Ethernet, Token Ring

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Aplicación

Internet

Red

Transporte

IP ICMP ARP RARP

TCP UDP

Telnet FTP SMTP DNS SNMPTFTP NFS

TCP/IP: Arquitectura

Ethernet, Token Ring, Fast Ethernet, Gigabit, etc.

10BaseT, 10Base2, 10Base5, 100BaseT, etc.

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Nivel de Aplicación• Los protocolos en el nivel de proceso/aplicación

suministran emulación de terminal, transferencia de archivo, correo electrónico y otras aplicaciones.

• Cada aplicación normalmente requiere dos programas separados: un programa cliente y un programa servidor (frecuentemente referido como un programa daemon). – El programa daemon corre en el background en el servidor host y

usualmente se inicia cuando el sistema carga. – Un usuario, por otro lado ejecuta el programa cliente cuando el

acceso al servidor es deseado.

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Nivel de Aplicación• Las aplicaciones comunes incluyen:

– FTP : File Transfer Protocol.– TFTP : Trivial File Transfer Protocol.– TELNET : Virtual Terminal Protocol (conectarse a un

host)– SMTP : Simple Mail Transfer Protocol.

(correo electrónico en internet)– SNMP : Simple Network Management

Protocol.(administra dispositivos que usan TCP/IP)– SSH : Telnet seguro

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TCP/IP: FTP• Permite transferir archivos entre su computador y un host

remoto. Además, FTP le permite acceder a directorios y archivos en el sistema remoto y ejecutar operaciones de directorio y archivo usuales, tales como cambiar directorios de trabajo o listar y renombrar archivos y directorios.

• Se necesita

de un login y

un password.

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TCP/IP: TFTP• El Protocolo de Transferencia de Archivo Trivial (TFTP)

es similar al protocolo FTP. Este le permite transferir un archivo entre dos sistemas diferentes sin especificar una cuenta o password. Usted no puede usar este protocolo para listar archivos o directorios, pero sí lo puede usar para descargar archivos.

• También, debido a que este protocolo no usa ni cuentas ni password la mayoría de implementaciones de este protocolo restringe los tipos de archivos a los que una estación puede acceder.

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TCP/IP: Telnet• La aplicación Telnet le permite emular un terminal

conectado a un host remoto. Esto significa que usted puede registrarse en el host remoto como si estuviera usando un terminal directamente conectado al host remoto.

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TCP/IP: SMTP• El Protocolo de Transferencia de Correo Simple

(SMTP) es una aplicación que le permite enviar y recibir mensajes electrónicos (E-mail). Esta es probablemente la aplicación TCP/IP más comúnmente usada.

Cliente CorreoServidor de Correo

(SMTP) mail.ACME.COM

Servidor de Correo (SMTP)

mail.TECSUP.EDU.PE

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• Este protocolo permite obtener información sobre la administración de una red. Simple Network Management Protocol.(administra dispositivos que usan TCP/IP)

TCP/IP: SNMP

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Nivel de Transporte• En el nivel de transporte se puede distinguir 2

protocolos:– UDP (User Datagram Protocol)– TCP (Transport Control Protocol)

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TCP• El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) suministra

una conexión confiable entre los diferentes hosts para el intercambio de datos.

• Una conexión debe establecerse antes de que el servidor intercambie datos.

• La confiabilidad es lograda asignando un número de secuencia a todos y cada segmento transmitido.

• Este protocolo es como una conversación telefónica. Cuando usted quiere hablar con alguien, usted digita su número. La otra parte debe contestar antes de que usted pueda conversar con ellos. Si la otra parte no está en casa, o si la línea está ocupada, usted sabe inmediatamente que su llamada no ha ingresado.

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TCP (Transmission Control Protocol)

• Este protocolo es utilizado por los protocolos del nivel de aplicación: Telnet, FTP, HTTP, SMTP, etc. El punto final de una conexión TCP es llamado "Socket" (conexión). Un Socket = direccion de red + direccion de host + nro puerto.

FCSIP

Pre

a.

MACDestino

MACOrigen

Tip

o

Ethernet_II

TCP HTTP Datos

103080

Puerto Destino Puerto Origen

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Puertos Protocolos TCP y UDP utilizan puertos de comunicación. El puerto es un concepto lógico que habilita a los procesos de aplicación a utilizar los servicios de transporte, cada aplicación utiliza un puerto predefinido.

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Telnet

FTP

SMTP

DNS

TFTP

SNMP

TCP UDPTCP UDP

2121 2323 2525 5353 6969 161161Capa

Transporte

Números

de Puerto

Capa Aplicación

< 1024 : Aplicaciones Públicas

1024 a 49151 : Aplicaciones de terceros

> 49151: Asignado dinámicamente por la aplicación de host

Los números de puertos por debajo de 1024 son puertos bien conocidos y están asignados por IANA (Internet Assigned Numbers Authority)

20

21

Puertos TCP bien conocidos

22

La negociación TCP de tres vías (Three-Way Handshake).• Antes que se establezca una conexión TCP/ se

requiere el intercambio de tres paquetes conocido como TCP Three-Way Handshake . En este intercambio el cliente solicita al sistema operativo que le asigne un puerto como cliente.

• Los siguientes pasos delinean el proceso:– (1) El cliente envía un segmento TCP al servidor con un

Número de Secuencia inicial para la conexión – (2) El servidor envía de regreso un segmento TCP conteniendo

su Número de Secuencia inicial elegido; una confirmación del Número de Secuencia del cliente.

– (3) El cliente envía un segmento TCP al servidor conteniendo una confirmación del Número de Secuencia del servidor.

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La negociación TCP de tres vías (Three-Way Handshake)

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TCP suministra es llevar el servicio de datagrama no confiable suministrado por IP y crear un mecanismo de transferencia de datos confiable, orientada al flujo

TCP suministra un campo de Checksum para habilitar el fin de recepción y asegurar la integridad de los datos, si un paquete llega y se determina que está dañado

El TCP permite el multiplexado de las transferencias de datos, el multiplexado es hecho a través de puerto en el cual muchos procesos pueden comunicarse usando diferentes números de puertos en el host local, debido que una dirección TCP es identificada únicamente por un Socket

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Los segmentos TCP se encapsulan en un datagrama ip

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UDP• El Protocolo Datagrama de Usuario (UDP) suministra un

servicio de entrega de desconexión no confiable. Este le permite a las aplicaciones de nivel más alto enviar secciones de mensajes, o datagramas, sin la sobrecarga involucrada en el reconocimiento de paquetes y mantener una conexión virtual.

• Esto significa que la llegada de los datagramas no está garantizada; ni que la entrega de los paquetes esté en la secuencia correcta.

• Este protocolo es similar al usar un correo regular para enviar un mensaje. Usted no tiene forma de saber realmente si, o cuándo, el mensaje llegó a su destino.

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UDP (User Datagram Protocol)• Este protocolo es utilizado por los protocolos del

nivel de aplicación: DNS, SNMP, TFTP, etc.

Ethernet_II

FCSIP

Pre

a.

MACDestino

MACOrigen

Tip

o UDP DNS Datos

104353

Puerto Destino Puerto Origen

Formato de cabecera UDP

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Puertos UDP bien conocidos

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Nivel de Internet• Este nivel es el correspondiente al nivel de Red del modelo OSI.

Enrutar paquetes entre diferentes hosts conectar redes diferentes entre si.

• Permite enviar los datos desde una red a otra.• En este protocolo se puede distinguir los siguientes protocolos:

– IP (Internet Protocol)– ICMP (Internet Control Message Protocol)– ARP (Address Resolution Protocol)– RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

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Protocolo IP (Internet Protocol)• El protocolo IP es un protocolo orientado a la

desconexión. • Opera en el nivel de red del modelo OSI.• Dirige y encamina los paquetes desde una ubicación a

otra en redes IP.

RouterE1E0

Red1 Red2

Host Host

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Protocolo IP (Internet Protocol)• Este servicio no garantiza la entrega de paquetes. Los paquetes

pueden dirigirse a lugares a los que no corresponde, duplicarse o perderse antes de llegar a su destino. Este servicio carece de conexión por lo cual tales paquetes se transmiten independientemente unos de otros.

• Las aplicaciones TCP/IP que utilizan este servicio de entrega de datagramas hacen un seguimiento del estado de la entrega esperando las respuestas desde el nodo de destino o utilizando uno de los protocolos de capa de transporte del conjunto TCP/IP.

• IP define el formato que los paquetes deben tener y el modo de utilizarlos durante el envío y la recepción. El formato que toma el paquete se denomina datagrama IP.

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Formato general de datagrama IP

36

37

Protocolo IP (Internet Protocol)• El frame o paquete deberá indicar la dirección IP

origen y destino.

FCSIP

Pre

a.

MACDestino

MACOrigen

Tip

o

Ethernet_II

UDP DNS Datos

Dirección IP Destino

Dirección IP Origen

192.168.56.45192.168.200.34

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ICMP • El Protocolo de Mensaje de Control Internet

(ICMP) es usado para reportar errores que ocurren durante la entrega de datagramas a través del Internet.– Generalmente, el host destino o un gateway intermediario es el

originario del mensaje. Este dispositivo puede reportar que el destino no es alcanzable o que un gateway no tuvo suficientes buffers para almacenar y seguir al datagrama.

– El mensaje puede contener también información al transmisor de una ruta más corta hacia el destino.

El programa PING utiliza este protocolo para realizar pruebas de conectividad.

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ARP• El Protocolo de Resolución de Dirección (ARP)

permite obtener la dirección MAC asociada con la dirección IP.– El ARP origen envía un broadcast a la red, en el cual se envía la

dirección IP destino.– El ARP del destino responde enviando la dirección MAC.

NÚMERO LÓGICO 130.0.0.10

A35534B79A13

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ARP• Ejemplo:

C:\>arp -a

Interfaz: 200.100.10.80 on Interface 0x4000004

Dirección IP Dirección física Tipo

200.100.10.41 00-d0-b7-a8-54-93 dinámico

200.100.10.43 00-10-5c-ab-21-b4 dinámico

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RARP• El Protocolo de Resolución de Dirección Inversa

(RARP) determina una dirección software (IP) desde una dirección hardware (MAC).– Las estaciones diskless (estaciones sin disco duro y disk drive)

frecuentemente usan este protocolo cuando se inicializan.

NÚMERO LÓGICO130.0.0.10

A35534B79A13

Herramientas TCP/IP

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Programas para diagnóstico• Al trabajar con el protocolo TCP/IP, se puede

utilizar diversos programas para diagnosticar las comunicaciones de red, por ejemplo:– Ipconfig– Ping– Tracert– Netstat

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Ipconfig• Es un programa que muestra los valores de la

configuración IP de cada una de las tarjetas de red.

• Ipconfig se utiliza en Windows 2000 o posterior.

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Ping• Este comando de diagnóstico verifica el estado de

las conexiones con uno o varios hosts remotos.– Envía varios paquetes y espera que se los devuelva, al final calcula el

tiempo que se demoró en llegar hasta su destino.

C:\>ping 10.0.0.20

Haciendo ping a 10.0.0.20 con 32 bytes de datos:

Respuesta desde 10.0.0.20: bytes=32 tiempo=1ms TDV=128Respuesta desde 10.0.0.20: bytes=32 tiempo<10ms TDV=128Respuesta desde 10.0.0.20: bytes=32 tiempo<10ms TDV=128Respuesta desde 10.0.0.20: bytes=32 tiempo<10ms TDV=128

Estadísticas de ping para 10.0.0.20: Paquetes: enviados = 4, Recibidos = 4, perdidos = 0 (0% loss),Tiempos aproximados de recorrido redondo en milisegundos: mínimo = 0ms, máximo = 1ms, promedio = 0ms

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Ping• La siguiente tabla muestra algunos parámetros

del programa Ping.

Argumento Descripción

-n número Transmite el número de paquetes ECHO especificado en número. El valor predeterminado es 4.

-t Envía paquetes hasta que se presione las teclas: CTRL + C.

-a Resuelve las direcciones IP y las traduce a nombres de host.

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Tracert• Muestra la lista de routers por las que pasa el

paquete para llegar a su destino.

C:\>tracert www.ejercito.mil.pe

Traza a la dirección www.ejercito.mil.pe [200.60.81.114]sobre un máximo de 30 saltos:

1 2 ms <10 ms 1 ms 200.100.10.43 2 2 ms 2 ms 2 ms 192.168.253.1 3 7 ms 6 ms 6 ms 216.244.185.1 4 60 ms 15 ms 7 ms i-ispsm2.pelimvesbr01.core.attla.com.pe [200.62.128.201] 5 10 ms 7 ms 8 ms i-pelimvesbr01.nap.attla.com.pe [200.62.128.26] 6 104 ms 10 ms 11 ms 206.223.130.1 7 222 ms 425 ms 695 ms sis75-nap-wan3.admin.unired.net.pe [200.37.0.177] 8 501 ms 150 ms 251 ms lurin75-sis-wan3.admin.unired.net.pe [200.37.0.150] 9 * * * Tiempo de espera agotado para esta solicitud. 10 * * * Tiempo de espera agotado para esta solicitud. 11 779 ms 585 ms 398 ms www.ejercito.mil.pe [200.60.81.114]

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Netstat• Este comando de diagnóstico muestra las

estadísticas de protocolo y las conexiones de red TCP/IP actuales.

C:\>netstat

Conexiones activas

Proto Dirección local Dirección remota Estado . TCP carce:3872 W2K30:80 ESTABLISHED TCP carce:3873 W2K30:80 ESTABLISHED TCP carce:3812 216.244.185.216:pop3 TIME_WAIT TCP carce:3836 www.law15.hotmail.com:80 TIME_WAIT

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ARP• Este comando de diagnóstico muestra y modifica

las tablas de traducción de direcciones IP a direcciones físicas (MAC) Ethernet o Token Ring utilizadas por el protocolo de resolución de direcciones (ARP).

C:\>arp -a

Interfaz: 200.100.10.80 on Interface 0x7000004

Dirección IP Dirección física Tipo . 200.100.10.41 00-d0-b7-a8-54-93 dinámico 200.100.10.43 00-10-5c-ab-21-b4 dinámico