3-Arquitectura de protocolos TCP-IP

Autor: Oscar Ortiz. 3 - 1

TRANSPORTE DE DATOS: Arquitectura de protocolos TCP/IP

Tema 3

Arquitectura de protocolos TCP/IP


TRANSPORTE DE DATOS: Arquitectura de protocolos TCP/IP

Indice

1. Arquitectura TCP/IP vs. OSI .2. Familia de protocolos TCP/IP.3. Protocolos de nivel físico y enlace.


1. Arquitectura TCP/IP vs. OSI

FISICO

ENLACE

RED

TRANSPORTE

SESIÓN

PRESENTACIÓN

APLICACIÓN

ACCESO A RED

INTERNET

TRANSPORTE

APLICACIÓN

Arquitectura Arquitectura OSIOSI Arquitectura TCP/IPArquitectura TCP/IP

Arquitectura de protocolos TCP/IP : Arquitectura TCP/IP vs. OSI


Medio de transmisión

2. Familia de protocolos TCP/IP

IP IGMPICMP

UDP TCP

SNMP FTP OSPFPing

ARPInterfaceHardware RARP

Acceso a Red

Internet

Transporte

Aplicación

Arquitectura de protocolos TCP/IP : Familia de protocolos TCP/IP


Medio de transmisión





Aplicaciones más comunes sobre UDP:

BOOTP (Bootstrap Protocol) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)NTP (Network Time Protocol)TFTP (Trivial File Transfer Protocol)SNMP (Simple Network Management Protocol)RIP (Routing Information Protocol)




Aplicaciones más comunes sobre TCP:

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) TelnetFTP (File Transfer Protocol)HTTP (Hyper-Text Transfer Protocol)NNTP (Network News Transfer Protocol)BGP (Border Gateway Protocol)




Aplicaciones más comunes sobre UDP y TCP:DNS (Domain Name System)NFS (Network File System)Sun RPC (Remote Procedure Call)

Aplicaciones más comunes sobre ICMP:Ping

Aplicaciones más comunes sobre TCP e ICMP:Traceroute

Aplicaciones más comunes sobre IP:OSPF (Open Shortest Path First)



2. Familia de protocolos TCP/IP Dos estaciones conectadas a la misma LAN utilizando la aplicación “telnet”.

IP

TCP

Cliente telnet

DIXEthernet

IP

TCP

Servidor telnet

DIXEthernet

Protocolo DIX-Ethernet

Protocolo IP

Protocolo TCP

Protocolo Telnet Procesos de usuario

Kernel

Lan DIX-Ethernet



2. Familia de protocolos TCP/IP Dos estaciones conectadas a distintas LAN utilizando la aplicación “telnet”.

IP

TCP

Cliente telnet

DIXEthernet

IP

TCP

Servidor telnet

Tokenring

Protocolo DIX-Ethernet

Protocolo IP

Protocolo TCP

Protocolo Telnet

Lan DIX-Ethernet

Protocolos SNAP, LLC 802.2 y MAC 802.5

Protocolo IP

Protocolos PPP

Protocolo IPIP IP

DIXEther PPP PPP Token

ring

Router Router

Circuito punto a punto

Lan Token ring



2. Familia de protocolos TCP/IPEncapsulación de datos de usuario

DATOS USUARIO

PDU APLICACIÓN

SEGMENTO TCP

DATAGRAMA IP

TRAMA DIX ETHERNET

Cabecera Ethernet

Cabecera IP

Cabecera TCP

Cabecera Aplicación

DATOS DE USUARIO

Terminación Ethernet



3. Protocolos de nivel físico y enlaceLos niveles físico y de enlace (Network Access Layer) que puede

utilizar la familia de protocolos TCP/IP corresponden a:

REDES DE ÁREA LOCAL (LAN)DIX Ethernet RFC - 894IEEE 802.3/802.2 (CSMA/CD) RFC - 1700IEEE 802.5/802.2 (Token Ring) RFC - 1700FDDI RFC - 1188

REDES DE ÁREA EXTENSA (WAN)X.25 RFC - 1356Frame Relay RFC - 2427RDSI RFC - 1618ATM RFC - 2225

CONEXIÓN PUNTO A PUNTOSLIP RFC - 1055PPP RFC - 1661 y 1662L2TP RFC - 2661

Arquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace


3. Protocolos de nivel físico y enlace

Encapsulación de datos en LAN: DIX-Ethernet

En las redes de área local DIX-Ethernet los datagramas IP se encapsulan directamente en el campo de información de la trama DIX-Ethernet, según se establece en el RFC-894, quedando identificados por medio del campo Tipo = 0800H (2048 en decimal).

TRAMA DIX - ETHERNET

Preamble

8Dirección Destino

6Bytes

Campo Dirección Origen

6Tipo

0800H

2

Información

46 - 1500

FCS

4

Datagrama IP




Encapsulación de datos en LAN: IEEE 802.2 / IEEE 802.3

En las redes de área local IEEE 802.2 / IEEE 802.3 los datagramasIP se encapsulan según establece el RFC-1700, por medio del protocolo de convergencia SNAP (Sub-Network Access Protocol)que incluye los siguientes campos:

Código de Organización = 000000H(Organizationally Unique Identifier, OUI)

Identifica la organización responsable del protocolo.

Tipo = 0800H (2048 en decimal)Identifica el protocolo.




Encapsulación de datos en LAN: IEEE 802.2 / IEEE 802.3

A su vez las tramas SNAP se encapsulan en tramas LLC802.2 utilizando el LSAP = AAH en la dirección origen (SLSAP) y en la dirección destino (DLSAP), con el campo de Control = 03H

que indica que se trata de una “trama de información no numerada” (UI).

Finalmente, las tramas LLC se encapsulan en tramas MAC802.3 (o en tramas MAC 802.5 para token ring).




Encapsulación de datos en LAN:IEEE 802.2 / IEEE 802.3

Pre.

8

Dir. Dest.

6

Dir. Orig.

6

Long.

2

Información

46 - 1500

FCS

4

DLSAPAAH

1

SLSAPAAH

1

Control 03H

1

OUI 000000H

3

Tipo 0800H

2 38 - 1492

Datagrama IP

Trama MAC 802.3

Trama LLC 802.2

Trama SNAP




Protocolo SLIP

El protocolo SLIP (Serial Line IP) se desarrolló en 1984 para UNIX BSD 4.2. Está definido en el RFC-1055.

Encapsula datagramas IP sobre una conexión serie punto a punto.

Soporta únicamente conexiones asíncronas (start / stop) y estálimitado a velocidades bajas (≤ 19,2 Kbit/s).

Utiliza un puerto serie V.24 / V.28 con una configuración de 8 bits, sin paridad y sin control de flujo hardware (X-0n / X-0ff).




Protocolo SLIP

Cada extremo de la conexión debe conocer la dirección IP del otro extremo.

No incluye control de errores (campo FCS).

Sólo permite utilizar un protocolo de nivel de red (protocolo IP).

No permite que la dirección de red sea asignada dinámicamente.




Protocolo SLIP

Su funcionamiento es el siguiente:

La trama SLIP comienza y termina con el carácter SLIP-END (11000000).

Si un byte del datagrama IP coincide con el carácter SLIP-END, 11000000 (C0H) se transmite la secuencia de dos bytes: DBH DC H, donde el carácter DBH se denomina SLIP-ESC (que no es el carácter ASCII ESC).

Si un byte del datagrama IP coincide con el carácter SLIP-ESC (DBH), se transmite la secuencia de dos bytes: DBH DD H.



SLIP-END11000000

1


Protocolo SLIPEl formato de la trama es:

Trama SLIP

DBH DCH DBH DDH

C0H DBH

Información

Datagrama IP

SLIP-END11000000

1




Protocolo PPP

El protocolo PPP (Point to Point Protocol) es un protocolo de los niveles físicos y de enlace definido en el RFC-1548 y ampliado en los RFC-1661 y RFC-1662.

Encapsula y transporta datagramas IP (y en general cualquierprotocolo de nivel de red) sobre una conexión serie punto a punto, donde cada extremo tiene la misma funcionalidad (peer to peer).

Soporta conexiones asíncronas (start / stop) y síncronas orientadas a bit.




Protocolo PPP

Proporciona varias características:

Control de la creación del enlace.Multiplexación de protocolos de nivel 3 (IP, IPX, Appletalk,..).Asignación de direcciones IP.Testeo de la configuración y calidad de enlace.Negociación de opciones de nivel de red (compresión de datos,..).Autenticación del usuario (login y password).



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP

Tiene tres componentes:Un protocolo de encapsulamiento para puertos serie basado en HDLC.Un Protocolo de Control del Enlace (LCP) que configura, prueba y termina la conexión PPP.Un Protocolo de Control de Red (NCP) que permite utilizar varios protocolos de nivel de red, negociando opciones para cada uno deellos.Ejemplo: si el protocolo de red es IP, este protocolo de control de red será el IPCP.

De forma opcional puede autenticar al otro extremo de la conexión por medio de los protocolos PAP o CHAP.



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP

La arquitectura de niveles es la siguiente:

IP IPX Appletalk Otros

HDLC

Varias opciones

Nivel de Red

Control: LCPNivel de Enlace

Nivel Físico

Control: NCP



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Nivel físico

Circuito conmutadoSe suele utilizar para conectar usuarios o redes pequeñas a internet/intranet, cuando el volumen de datos es pequeño y las transferencias poco frecuentes, usando un PC o estación UNIX en un extremo y un servidor de terminales en el otro.

64 Kbit/s2x64 Kbit/s (multienlacePPP)

RDSIRDSI (Acceso básico)

Nx64 Kbit/s (N=1 a 30) (multienlacePPP)RDSI (Acceso primario)

Varía según el módem.Hasta 56 Kbit/s

RTCPOTS (Pain Old TelephoneService)

CaracterísticasRed soporteServicio




Circuito conmutado

Nodo CC = Nodo de Conmutación de Circuitos

= Sistemas y/o medios de transmisión

ETD Modem

Servidor deTerminales

Modem

Red Telefonica ConmutadaRed Digital de Servicios Integrados

Nodo CC

Nodo CC

Nodo CCpares

Internet/Intranet

Nodo CC




Circuito dedicadoSe suele utilizar para:

interconectar dos redesconectar usuarios a internet/intranet, donde el volumen de datos es grande y las transferencias son frecuentes, con un router en cada extremo.

Nx64 Kbit/s (N=1 a 30) 2 Mbit/s34 Mbit/s

155 Mbit/sRed de transmisión

Fraccional E1E1E3STM-1

Nx64 Kbit/s (N=1 a 24) 1,5 Mbit/s45 Mbit/s

Fraccional T1T1 (USA)T3 (USA)

CaracterísticasRed soporteServicio




Circuito dedicado

Red

Red

Router

Router

= Sistemas y/o medios de transmisión



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PPP: Formato de la trama

FlagValor fijo 01111110, que indica el comienzo y el final de la trama PPP.

DirecciónValor fijo FFH que corresponde a “todas las estaciones”.

ControlValor fijo 03H que corresponde a trama de “información no numerada” (UI)

Bytes

Campo Flag

1

Dir

1

Control

1

Flag

1




ProtocoloIdentifica el protocolo al que corresponden los datos que se transportan en el campo de información.

Bytes

Campo Flag

1

Dir

1

Control

1

Protoc

2

Flag

1

Calidad de EnlaceLink Quality ReportC025H

AutenticaciónPassword Authentication Protocol (PAP)C023H

Control de EnlaceLink Control Protocol (LCP)C021H

Control de RedInternet Protocol Control Protocol (IPCP)8021H

RedIPX Novell002BH

AutenticaciónChallenge Handshake Authentication Protocol (CHAP)C223H

RedInternet Protocol (IP) versión 40021H

Tipo de ProtocoloProtocoloValor




InformaciónEs un campo de longitud variable que contiene datos del protocolo de nivel de red (IP, IPX de Novell, Appletalk...) o paquetes de control PPP (IPCP,LCP,PAP,CHAP).

Bytes

Campo Flag

1

Dir

1

Control

1

Protoc

2

Información

≤1500

Flag

1




FCS (Frame Check Sequence)Permite la detección de errores de la trama PPP por medio de un código de redundancia cíclica (CRC).

En el lado transmisor se calcula el valor de este campo en función de los bits de los campos dirección, control, protocolo e información de la trama a transmitir.En el lado receptor se recalcula su valor en función de los bits de los campos dirección, control, protocolo e información de la trama recibida y se compara con el valor del campo FCS de la trama recibida, de forma que:

o si ambos valores coinciden se considera que la trama es correctao si ambos valores no coinciden se considera que la trama es incorrecta y, en

consecuencia, se descarta.

Bytes

Campo Flag

1

Dir

1

Control

1

Protoc

2

Información

≤1500

FCS

2

Flag

1



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo LCP

El protocolo LCP (Link Control Protocol) es un protocolo de control PPP, cuya función es configurar, supervisar y terminar la conexión PPP.La unidad de datos del protocolo (PDU) es el paquete LCP que se encapsula en tramas PPP con el campo “protocolo” al valor C021H.

Código: Identifica el paquete LCP (ver tabla “Códigos LCP”).Identificador: Número que coincide en el paquete LCP de petición y en el paquete LCP de respuesta.Longitud: Número total de bytes del paquete LCP.Datos LCP: Información suplementaria de algunos paquetes LCP (p. ej.: opciones).

Bytes

Campo Código

1

Identific

1

Longitud

1Datos LCP

N



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo LCP

En la fase de configuración de la conexión PPP se negocian las opciones de dicha conexión.

Estas opciones son independientes para cada dirección de la conexión punto a punto y se indican en el campo de “Datos LCP”.

La terminación de una conexión PPP se puede deber a muchas causas:

solicitud de desconexión del usuariouna opción requerida ha sido rechazada (p. ej.: autenticación)autenticación erróneacalidad del enlace inaceptableel temporizador de reposo ha expirado



Responde como respuesta un número mágico de 32 bits en el campo de datos del paquete LCPRespuestaEcho-reply0AH

Supervisión

Envía un número mágico de 32 bits en el campo de datos del paquete LCPPeticiónEcho-request09H

El otro extremo PPP no reconoce el campo "protocolo" del paquete LCP recibidoRespuestaProtocol-reject08H

Error

El otro extremo PPP no reconoce el campo "codigo" del paquete LCP recibidoRespuestaCode-reject07H

Permite detectar bucles

El otro extremo PPP confirma la desconexión PPP

Un extremo PPP solicita la terminación de la conexión PPP

El otro extremo PPP no reconoce o rechaza algunas opciones

El otro extremo PPP reconoce las opciones pero algunas tienen valores no aceptables

El otro extremo PPP reconoce y acepta todas las opciones solicitadas

Un extremo PPP indica todas las opciones que desea negociar

Descripción

Petición

Respuesta

Petición

Respuesta

Respuesta

Respuesta

Petición

Petición / Respuesta

Terminate-ack06H

TerminaciónTerminate-request05H

Configure-reject04H

Configure-nak03H

Configure-ack02H

Discard-reply0BH

Configuración

Configure-request01H

Clase de paquete LCP

Tipo de paquete LCPCódigo

Códigos LCPArquitectura de protocolos TCP/IP : Protocolos de nivel físico y enlace


3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo LCP: Opciones de la conexión PPP

Código

1

Identific

1

Longitud

1

Datos LCP

N

Tipo

1

Long.

1

Opción de datos

Var.

Paquete LCP

7EH

1

FFH

1

03H

1

C021H

2

Información

≤1500

FCS

2

7EH

1Paquete PPP



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo LCP: Opciones de la conexión PPP

Indica que desea que se utilice algún protocolo para supervisar la calidad de la conexión PPPQuality protocol≥404H

Informa al otro extremo PPP de los números mágicos a utilizar en algunos paquetes LCPMagic number605H

Indica que desea utilizar un campo "protocolo" de 1 byte (en lugar de 2 bytes) en la trama PPPProtocol field compression206H

Indica que desea suprimir los campos "dirección" y "control" de la trama PPP

Address and Control fieldcompression207H

Especifica el formato del campo FCS de la trama PPP (ninguno, 16 bits, 32 bits)FSC alternative208H

Indica que desea que se utilice algún protocolo para autenticar al usuarioAuthentication protocol≥403H

Especifica los tipos de octeto de la trama PPPdeben ser recibidos en el formato "escape"Async Control Character (ACCM)602H

Informa del tamaño máximo del campo de datos de trama PPP que es capaz de recibir. Por defecto 1500 bytes

Maximum Receive Unit (MRU)401H

DescripciónOpción de datosLongTipo



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PAP

El protocolo PAP (Password Authentication Protocol) está definido en el RFC-1334.Previamente, el extremo A (autenticador) solicita al otro extremo, entre otras opciones, que se autentique (paquete LCP configure-request) y el extremo B responde aceptando la opción (paquete LCP configure-ack).El extremo B envía su nombre de usuario y su palabra clave (password) en el paquete PAP authenticate-request.El extremo A (autenticador) valida la información recibida y responde con una confirmación positiva (paquete PAP authenticate-ack) o negativa (paquete PAP authenticate-nak). Este paquete puede contener un mensaje informativo.



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo PAP

Paquete LCPConfigure-request

[opción autenticacion C023H]Paquete LCPConfigure-ack

Paquete PAPAuthenticate-request[nombre de usuario][palabra de paso]

Paquete PAPAuthenticate-ack

oAuthenticate-nak

[mensaje de texto]

Extremo AAutenticador

Conexión PPP

Extremo B



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo CHAP

El protocolo CHAP (Challenge Handshake AuthenticationProtocol) está definido en el RFC-1994.

Previamente el extremo A (autenticador) solicita al otro extremo, entre otras opciones, que se autentique (paquete LCP configure-request) y el extremo B responde aceptando la opción (paquete LCP configure-ack).

El extremo A (autenticador) envía su nombre CHAP y una cadena aleatoria en un paquete CHAP auth-challenge.




El extremo B transforma la cadena aleatoria recibida por medio de un algoritmo y una clave secreta y responde con su nombre de usuario CHAP y la cadena transformada en un paquete CHAP auth-response.

El extremo A (autenticador) valida la información recibida y responde con una confirmación positiva (paquete CHAP auth-success) o negativa (paquete CHAP auth-failure). Este paquete puede contener un mensaje informativo.




Paquete LCPConfigure-request

[opción autenticacion C223H]Paquete LCPConfigure-ack

Paquete CHAPAuth-success

oAuth-failure

[mensaje de texto]

Extremo AAutenticador

Conexión PPP

Extremo B

Paquete CHAPAuth-challenge

[nombre Chap de A][cadena aleatoria] Paquete CHAP

Auth-response[nombre Chap de B][cadena transformada]



3. Protocolos de nivel físico y enlaceProtocolo IPCP

El protocolo IPCP (Internet Protocol Control Protocol) es un protocolo de control PPP cuya función es configurar y terminar el protocolo de nivel de red IP para una conexión PPP. Está definido en el RFC-1334.

La unidad de datos del protocolo (PDU) es el paquete IPCP, que se encapsula en tramas PPP con el campo protocolo 8021H.




La fase de configuración IPCP comienza con el envío por un extremo de un paquete IPCP configure-request, donde se solicitan las opciones para el protocolo IP:

Dirección IP: indica la dirección IP local.Protocolo de compresión IP: indica que se desea recibir datagramas IP comprimidos según el protocolo de compresión especificado.

El otro extremo puede aceptar la configuración (paquete IPCPconfigure-ack) o rechazarla (paquete IPCP configure-reject) .

La fase de terminación IPCP incluye el envío de un paquete IPCPtermination-request y la recepción de otro paquete IPCPtermination-ack, que termina el protocolo IP.




Paquete IPCPConfigure-request

[opción control de red 8021H][dirección IP]

[protocolo de compresión IP]Paquete IPCPConfigure-ack

oConfigure-reject

Extremo A

Conexión PPP

Extremo B

Paquete IPCPTermination-request

Paquete IPCPTermination-ack


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