estandares de redes
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República Bolivariana de Venezuela.
Ministerio del Poder Popular para la Defensa.
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional.
UNEFA- Núcleo Nueva Esparta.
Ingeniería de Sistemas.
Sección 74426-01T.
Estándares de Redes
(IEEE, TCP/IP)
Instructor: Jesús Gómez.
Autores:
21.322.345 Gómez, Dillis
23.516.385 Moya, Yurelys
Abril/2015.
ESTÁNDARES DE REDES
1. ¿Qué son estándares?
En telecomunicaciones se entiende por estándares, el conjunto de normas y
recomendaciones técnicas que regulan la transmisión en los sistemas de
telecomunicación. Clasificado en:
Oficial (aquellos respaldados por un organismo oficial que define estándares).
De facto (no son oficiales pero su penetración en el mercado es bastante
amplia y aceptada).
De jure (son establecidos por organizaciones oficiales y se establece por
convenio y en contra posición a un establecimiento por hecho o por
costumbre); dichos acuerdos o normas se establecen en base a un consenso,
por lo que los estándares son normas vivas dinámicas y cambiantes y es por
esto que debe existir organizaciones que se ocupen no solo de fijarlo sino
también de mantenerlo.
La importancia de los estándares radica en sus beneficios ya que juegan un
papel fundamental en el sector industrial, fabricante, distribuidor y usuario final
facilitando al comercio el intercambio y transferencia de tecnologías.
2. Estándares IEEE (I3E)
2.1. ¿Qué es la IEEE?
IEEE corresponde a las siglas de The Institute of Electrical and Electronics
Engineers, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, una organización
técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización. También es conocida
como "I Triple E", una organización sin fines de lucro que se describe como "la
organización más grande en el mundo dedicada al avance de la tecnología".
Existen más de 400.000 miembros en muchos países, los que en su gran
mayoría son ingenieros electricistas y quienes han sido los encargados de definir
muchas de las normas que regulan los equipos electrónicos y de comunicaciones
utilizados en todo el mundo. La IEEE es dirigida por voluntarios y organizado por
comités, que trabajan con diversos sectores para definir estándares. Las normas
pueden decir muchas cosas, pero las que corresponden a la IEEE son generalmente
las que definen con mayor detalle técnico, como por ejemplo, el desplazamiento de
los datos a través de una red lo cual es posteriormente publicado.
2.2. Normas o estándares.
Las normas IEEE presentan un mejoramiento continuo, ya que
constantemente son revisadas por la junta directiva. Al crear una nueva tecnología,
las normas antiguas se actualizan para que se adapten a las nuevas necesidades. La
velocidad es siempre un criterio para software de red y siempre se consideran nuevas
formas para que las normas anteriores sean cada vez mejores.
2.3. Historia de los estándares IEEE
En febrero de 1980 se formó en el IEEE un comité de redes locales con la
intención de estandarizar un sistema de 1 o 2 Mbps que básicamente era Ethernet (el
de la época). Le tocó el número 802, esto debido a que era el año 80 y el mes 2.
Decidieron estandarizar el nivel físico, el de enlace y superiores. Dividieron el nivel
de enlace en dos subniveles: el de enlace lógico, encargado de la lógica de re-envíos,
control de flujo y comprobación de errores, y el subnivel de acceso al medio,
encargado de arbitrar los conflictos de acceso simultáneo a la red por parte de las
estaciones.
Para final de año ya se había ampliado el estándar para incluir el Token Ring
(Red en anillo con paso de testigo) de IBM y un año después, y por presiones de
grupos industriales, se incluyó Token Bus (Red en bus con paso de testigo), que
incluía opciones de tiempo real y redundancia, y que se suponía idóneo para
ambientes de fábrica. Cada uno de estos tres "estándares" tenía un nivel físico
diferente, un subnivel de acceso al medio distinto pero con algún rasgo común
(espacio de direcciones y comprobación de errores), y un nivel de enlace lógico único
para todos ellos. Después se fueron ampliando los campos de trabajo, se incluyeron
redes de área metropolitana (alguna decena de kilómetros), personal (unos pocos
metros) y regional (algún centenar de kilómetros), se incluyeron redes inalámbricas
(WLAN), métodos de seguridad, comodidad, entre otros.
2.2. Arquitectura de los Estándares de la IEEE.
2.3. Estándares de la IEEE.
Se dio inicio con el estándar o la norma de interfaz de firewire,
particularmente común en las computadoras de Apple, también se utiliza en otros
sistemas operativos como Windows. Se trata de una descripción completa de una
interfaz universal entre el sistema operativo y los dispositivos periféricos, incluyendo
conexión de hardware y protocolo de red. Cualquier dispositivo de firewire habilitado
puede comunicarse con otro similar. Este llevo por nombre Firewire IEEE 1394.
Posterior a este y hasta nuestros días se ha creados los siguientes estándares:
Nombre Funcionamiento Imagen
IEEE 802.X La IEEE 802 se centra en
definir los niveles más bajos
(según el modelo OSI o
sobre cualquier otro
modelo), concretamente
subdivide el segundo nivel,
el de enlace, en dos
subniveles, el de enlace
lógico, recogido en 802.2 y
el de acceso al medio. El
resto de los estándares
recogen tanto nivel físico,
como el subnivel de acceso
al medio. En general, los
protocolos de la rama 802.x
definen la tecnología de
redes de área local.
IEEE 802.3
(Ethernet)
Estándar que incluye el
formato del paquete de datos
para Ethernet, el cableado a
usar y el máximo de
distancia alcanzable para
este tipo de redes. Describe
una LAN usando una
topología de bus, con un
método de acceso al medio
llamado CSMA/ CD y un
cableado coaxial de banda
base de 50 ohm capaz de
manejar datos a una
velocidad de 10 Mbps.
IEEE 802.4
(Tokens bus)
Referencia al método de
acceso de token pero para
una red con topología de
anillo, o también conocida
como token bus. Este
consiste en un cable
principal denominado bus,
generalmente coaxial, al
cual todos los equipos se
conectan mediante un
adaptador, y es por ello que
en esta topología todos los
mensajes pasan por el bus
llegan a todos los equipos
conectados.
IEEE 802.5
(Token ring)
Estándar que define una red
con topología de anillo la
cual usa token (paquete de
datos) para transmitir
información a otra. En una
estación de trabajo la cual
envía un mensaje lo sitúa
dentro de un token y lo
direcciona específicamente a
un destino, la estación
destino copia el mensaje y lo
envía a un token de regreso
a la estación origen la cual
borra el mensaje y pasa el
token a la siguiente estación.
802.6 (Red de
área
metropolitana
“MAN”)
Se basa en topología
propuesta por la University
of Western Australia,
conocido como
DQDB( Distribuited Queue
Dual Bus) es decir utiliza
un bus dual de fibra óptica
como medio de transmisión.
Son unidimensionales, y en
contra-sentido. Con esta
tecnología el bando de ancha
es distribuido entre los
usuarios, de acuerdo a la
demanda que existe. En
procesos conocido como
“inserción de ranuras
temporales”. Puede llevar
datos síncronos y
asíncronos, soporta
aplicación de video, voz y
datos
IEEE 802.9
(Servicios
integrados)
Comité para integración de
voz y datos IVD (Integrated
Voixe and Data) en la red
ISDN. Tambien para ISLAN
(Integrated Service LAN)
para voz conmutada o en
paquetes sobre LAN 802.3
IEEE 802.11
(LAN
inalámbrica)
Es un estándar de protocolo
de comunicación que define
el uso de los dos niveles más
bajos de la arquitectura OSI,
especificando sus normas de
funcionamiento en una
WLAN.
3. Estándares de protocolo TCP/IP
3.1. Protocolo TCP.
Transmission Control Protocol, Es uno de los protocolos fundamentales
en Internet. Fue creado entre los años 1973 y 1974 por Vint Cerf y Robert Kahn. Crea
“conexiones” entre sí, a través de las cuales puede enviarse un flujo de datos. Su
funcionalidad está enmarcada en que el protocolo, garantiza que los datos serán
entregados en su destino sin errores y en el mismo orden en el que se transmitieron.
3.2. Protocolo IP.
Internet Protocol, Protocolo de comunicación de datos digitales clasificado
funcionalmente en la Capa de Red según el modelo internacional OSI. Esta encargado
del envío de paquetes de datos tanto a nivel local como a través de redes.
3.3. Estándares de Protocolo TCP/IP.
Es el modelo, que 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. Este provee conectividad de extremo a extremo
especificando como los datos deberían ser formateados, direccionados, transmitidos,
enrrutados y recibidos por destinatario. Existen distintos protocolos para cada tipo de
servicio de comunicación entre equipos
3.4. Estándares de Protocolo TCP/IP.
La evolución del protocolo TCP/IP siempre ha estado muy ligada a la de
Internet. En 1969 la agencia de proyectos de investigación avanzada, DARPA
(Advanced Research Projects Agency) desarrolló un proyecto experimental de red
conmutada de paquetes al que denominó ARPAnet.
ARPAnet, comenzó a ser operativa en 1975, pasando entonces a ser
administrada por el ejército de los EEUU. En estas circunstancias se desarrolla el
primer conjunto básico de protocolos TCP/IP. Posteriormente, y ya entrados en la
década de los ochenta, todos los equipos militares conectados a la red adoptan el
protocolo TCP/IP y se comienza a implementar también en los sistemas Unix. Poco a
poco ARPAnet deja de tener un uso exclusivamente militar, y se permite que centros
de investigación, universidades y empresas se conecten a esta red. Se habla cada vez
con más fuerza de Internet y en 1990 ARPAnet deja de existir oficialmente.
En los años sucesivos y hasta nuestros días las redes troncales y los nodos de
interconexión han aumentado de forma imparable. La red Internet parece expandirse
sin límite, aunque manteniendo siempre una constante: el protocolo TCP/IP. En
efecto, el gran crecimiento de Internet ha logrado que el protocolo TCP/IP sea el
estándar en todo tipo de aplicaciones telemáticas, incluidas las redes locales y
corporativas. Y es precisamente en este ámbito, conocido como Intranet, donde
TCP/IP adquiere cada día un mayor protagonismo. La popularidad del protocolo
TCP/IP no se debe tanto a Internet como a una serie de características que responden
a las necesidades actuales de transmisión de datos en todo el mundo, entre las cuales
destacan las siguientes:
Los estándares del protocolo TCP/IP son abiertos y ampliamente soportados
por todo tipo de sistemas, es decir, se puede disponer libremente de ellos y
son desarrollados independientemente del hardware de los ordenadores o de
los sistemas operativos.
TCP/IP funciona prácticamente sobre cualquier tipo de medio, no importa si
es una red Ethernet, una conexión ADSL o una fibra óptica.
TCP/IP emplea un esquema de direccionamiento que asigna a cada equipo
conectado una dirección única en toda la red, aunque la red sea tan extensa
como Internet.
La naturaleza abierta del conjunto de protocolos TCP/IP requiere de
estándares de referencia disponibles en documentos de acceso público. Actualmente
todos los estándares descritos para los protocolos TCP/IP son publicados como RFC
(Requests for Comments) que detallan lo relacionado con la tecnología de la que se
sirve Internet: protocolos, recomendaciones, comunicaciones, entre otros.
3.5. Arquitectura del Protocolo TCP/IP.
El protocolo TCP/IP fue creado antes que el modelo de capas OSI, así que los
niveles del protocolo TCP/IP no coinciden exactamente con los siete que establece el
OSI. Existen descripciones del protocolo TCP/IP que definen de tres a cinco niveles.
La Figura 1 representa un modelo de cuatro capas TCP/IP y su correspondencia con
el modelo de referencia OSI.
Figura 1. Correspondencia del modelo OSI con TCP/IP
Los datos que son enviados a la red recorren la pila del protocolo TCP/IP
desde la capa más alta de aplicación hasta la más baja de acceso a red. Cuando son
recibidos, recorren la pila de protocolo en el sentido contrario. Durante estos
recorridos, cada capa añade o sustrae cierta información de control a los datos para
garantizar su correcta transmisión.
Figura 2. Encapsulado de datos por los niveles TCP/IP
Como esta información de control se sitúa antes de los datos que se
transmiten, se llama cabecera (header). En la Figura 2 se puede ver cómo cada capa
añade una cabecera a los datos que se envían a la red. Este proceso se conoce como
encapsulado. Si en vez de transmitir datos se trata de recibirlos, el proceso sucede al
revés. Cada capa elimina su cabecera correspondiente hasta que quedan sólo los
datos. En teoría cada capa maneja una estructura de datos propia, independiente de las
demás, aunque en la práctica estas estructuras de datos se diseñan para que sean
compatibles con las de las capas adyacentes. Se mejora así la eficiencia global en la
transmisión de datos.
3.5.1 Capas del Modelo de Protocolos TCP/IP
A. Capa de acceso a red.
La capa de acceso a red se encuentra en el nivel más bajo de la jerarquía del
protocolo TCP/IP. Es en esta capa donde se define cómo encapsular un datagrama IP
en una trama que pueda ser transmitida por la red, siendo en una inmensa mayoría de
redes LAN una trama Ethernet. Otra función importante de esta capa es la de asociar
las direcciones lógicas IP a direcciones físicas de los dispositivos adaptadores de red
(NIC). Por ejemplo: la dirección IP 192.168.1.5 de un ordenador se asocia a la
dirección Ethernet 00-0C-6E-2B-49-65. La primera es elegida por el usuario (e,
incluso, un mismo ordenador puede trabajar con diferentes direcciones IP). Sin
embargo la segunda no puede cambiarse e identifica inequívocamente al adaptador
NIC dentro de la red Ethernet.
Dentro de la capa de acceso a red opera el protocolo ARP (Address
Resolution Protocol), que se encarga precisamente de asociar direcciones IP con
direcciones físicas Ethernet. El estándar RFC 826 describe su funcionamiento. Existe
otra recomendación: la RFC 894 es el estándar para la transmisión de datagramas IP
sobre redes Ethernet. Especifica cómo se encapsulan datagramas del protocolo IP
para que puedan transmitirse en una red Ethernet.
B. Capa de red: Internet
La capa Internet se encuentra justo encima de la capa de acceso a red. En este
nivel el protocolo IP es el gran protagonista. Existen varias versiones del protocolo
IP: IPv4 es en la actualidad la más empleada, aunque el crecimiento exponencial en el
tamaño de las redes compromete cada vez más su operatividad. El número de equipos
que IPv4 puede direccionar comienza a quedarse corto. Para poner remedio a esta
situación se ha desarrollado la versión IPv6, con una capacidad de direccionamiento
muy superior a IPv4, pero totalmente incompatible.
El protocolo IP, se ha diseñado para redes de paquetes conmutados no
orientadas a conexión, lo cual quiere decir que cuando dos equipos quieren conectarse
entre sí no intercambian información para establecer la sesión. IP tampoco se encarga
de comprobar si se han producido errores de transmisión, confía esta función a las
capas superiores. Todo ello se traduce en que los paquetes de datos contienen
información suficiente como para propagarse a través de la red sin que haga falta
establecer conexiones permanentes.
Para el protocolo IP un datagrama es el formato que debe tener un paquete de
datos en la capa de red. Las cinco (o seis) primeras palabras de 32 bits contienen la
información necesaria para que el datagrama se propague por la red, y a continuación
se adjuntan los datos. La lógica de funcionamiento del protocolo IP es simple: para
cada datagrama consulta la dirección origen (palabra 4) y la compara con la dirección
destino (palabra 5). Si resulta que origen y destino se corresponden con equipos
(hosts) de la misma red, el datagrama se envía directamente de un equipo a otro. Si,
por el contrario, los equipos pertenecen a redes distintas, se hace necesaria la
intervención de una puerta de enlace o gateway que facilite el envío a redes
diferentes.
Figura 3. Representación de la cabecera en un datagrama IP
C. Capa de transporte
En esta capa se encuentran definidos el protocolo TCP y el protocolo UDP
(User Datagram Protocol). TCP permite enviar los datos de un extremo a otro de la
conexión con la posibilidad de detectar errores y corregirlos. UDP, por el contrario,
reduce al máximo la cantidad de información incluida en la cabecera de cada
datagrama, ganando con ello rapidez a costa de sacrificar la fiabilidad en la
transmisión de datos.
La capa de transporte es responsable de hacer llegar los datos a las
aplicaciones que los requieren en las capas superiores. Para ello se asocia cada
aplicación a un número de 16 bits al que se denomina número de puerto. Tanto TCP
como UDP hacen que la primera palabra de sus cabeceras contenga el puerto origen y
destino de los datos que se transmiten.
Figura 4. Protocolos que trabaja en la capa de transporte
D. Capa de aplicación
Ésta es la capa más alta dentro de la estructura jerárquica del protocolo
TCP/IP, e incluye las aplicaciones y procesos con los que intercambia datos la capa
de transporte. TCP/IP tiene en esta capa protocolos que soportan servicios de
conexión remota, correo electrónico y transferencia de archivos. De todos los
protocolos de aplicación los más conocidos son:
Telnet (Network Terminal Protocol). Es un protocolo que permite
establecer conexiones con terminales remotos, de tal manera que se
puedan ejecutar en ellos comandos de configuración y control.
FTP (File Transfer Protocol). Protocolo orientado a conexión
dedicado a la transferencia de archivos. FTP ofrece una gran
fiabilidad con este servicio, en gran parte debido a que se basa en el
protocolo TCP dentro de la capa de transporte. TFTP (Trivial File
Transfer Protocol) es una versión de FTP que funciona más rápido,
pero es menos fiable porque se sirve de mensajes UDP en la capa de
transporte.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Posibilita el funcionamiento
del correo electrónico en las redes de ordenadores. SMTP recurre al
protocolo de oficina postal POP (Post Office Protocol) para almacenar
mensajes en los servidores de correo electrónico. Existen dos
versiones: POP2, que necesita la intervención de SMTP para enviar
mensajes; y POP3, que funciona de forma independiente.
HTTP (Hipertext Transfer Protocol). Es un estándar de Internet que
permite la transmisión de gran variedad de archivos de texto, gráficos,
sonidos e imágenes. HTTP regula el proceso mediante el cual
navegadores como Netscape, Mozilla o Internet Explorer solicitan
información a los servidores web.
DNS (Domain Name Service). Esta aplicación convierte nombres de
dispositivos y de nodos de red en direcciones IP. Por ejemplo, el
nombre www.mcgraw-hill.es, se convierte en la dirección
198.45.24.91.
Los servidores de red proporcionan servicios esenciales para las
comunicaciones entre ordenadores. A diferencia de lo que ocurre con muchos
programas de aplicación, estos servicios no facilitan el acceso al usuario final.
Figura 5. Funcionalidad de la capa de aplicación.
3.5.2. Direccionamiento del Protocolo IP.
Las direcciones IP, son números de 32 bits que constituyen la dirección
unívoca de todo dispositivo conectado a una red que funcione con el protocolo
TCP/IP. Estas se escriben mediante la denominada notación punto decimal, o de
cuatro octetos. Con el fin de facilitar el manejo de las direcciones IP, los 32 bits se
dividen en cuatro grupos de 8 bits cada uno, y cada uno de estos bytes se traduce a su
equivalente en decimal. De cada conversión resulta un número comprendido entre 0 y
255. Estos cuatro números se escriben separados entre sí por un punto.
Las direcciones IP proporcionan dos datos: el número de red y el número de host.
Para que un sistema pueda transmitir datos debe determinar con claridad la dirección
destino de red y host, además de poder informar al resto de sistemas de cuál es su
propia dirección de red y host. Los sistemas de red se pueden direccionar de tres
formas:
Unicast. Los paquetes de datos tienen como destino la dirección de un único
host.
Multicast. Los datos se pueden enviar de forma simultánea a un determinado
conjunto de hosts.
Broadcast. Dirección de difusión que permite enviar datos a todos los
sistemas que forman parte de una red. Este tipo de direccionamiento está
siempre supeditado a las capacidades físicas de los dispositivos conectados en
la red.
Figura 6. Distribución binaria del direccionamiento IP
El número de bits empleado para definir la red y el número de bits que
identifican al host pueden variar entre unos casos y otros. Cada dirección IP tiene un
prefijo cuya longitud indica qué bits corresponden al identificador de red y cuáles al
host. La longitud de este prefijo la establecen los bits de la dirección de máscara.
Éste es el funcionamiento de los bits de máscara: si un bit de la máscara es 1, su bit
equivalente en la dirección IP corresponde a la dirección de red. Si un bit de la
máscara es 0, el bit equivalente en la dirección IP pertenece a la dirección de host.
Figura 7. Funcionamiento de los bits de máscaras.
Anexos
Anexo A. Viaje de los datos en forma de datagrama
Anexo B. tabla comparativa de los Estándares IEEE
Anexo C. protocolos de las capas TCP/IP