CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

CAPITULO II

MARCO TEORICO

¿QUÉ ES INTERNET? Internet representa una red pública de carácter académico-científico

(y recientemente también comercial) de dimensiones gigantescas. Internet

proviene de la antigua ARPAnet, una de cuyas finalidades era unir en red

a los investigadores para así permitir el acceso a computadoras remotas,

que no estuvieran disponibles en sus propias instituciones. ARPA

(Advanced Research Project Agency, adscrita al Departamento de

Defensa de los Estados Unidos) pensó que una red para conectar a

diferentes organizaciones sería menos costosa que adquirir un nuevo y

gran computadora para cada una de ellas. Las organizaciones podrían

usar la red para conectarse en las computadoras de las demás y transferir

los archivos entre ellas. Este enfoque influenció el nombre de los

elementos constituyentes de la red: las computadoras a los cuales se

conectaban los usuarios fueron llamados hosts (anfitriones), ya que las

personas de afuera podrían entrar como huéspedes. También influenció

la terminología del protocolo de red, ya que los procesos o las

computadoras con recursos a compartir fueron llamados servidores y los

procesos y computadoras que usaban esos recursos fueron llamados clientes.

Los servicios como ftp y telnet eran parte del plan original de la red y fueron

implementados inmediatamente después que los primeros nodos de ARPAnet

entraron en funcionamiento en 1969. El lenguaje utilizado en ARPAnet fue el

UNIX, que sigue siendo el más popular en ambiente académico. La facilidad de

correo electrónico que suministraba la red fue considerada secundaria, sin

embargo rápidamente se convirtió en una de sus características más populares.

Los científicos usaban ARPAnet para intercambiar ideas en forma espontánea y

casual; los estudiantes de postgrado discutían problemas con sus profesores

sin importar su ubicación física; los responsables de proyectos de investigación

usaban el correo electrónico para coordinar las actividades con los miembros

del proyecto y para estar en contacto con otros grupos de investigación y con

los entes que suministraban los fondos. De esta forma se formaba rápidamente

una comunidad compuesta por personas que raramente se veían cara a cara.

Si bien algunos administradores de red objetaban el correo electrónico porque

no lo consideraban como un uso legítimo de tiempo de máquina, la demanda

para mejores y más conexiones creció rápidamente. El correo electrónico es

extremadamente rápido en comparación con el servicio postal, (denigrado como

correo de caracol: snail mail) y se puede enviar un mensaje al otro lado del

globo en minutos. Los usuarios pronto descubrieron que a menudo querían

enviar el correo no únicamente a una persona específica, sino también a un

grupo de personas. Así surgieron las listas electrónicas, que fueron

implementadas usando el alias (seudónimo), esto es nombres que parecían

como nombres normales de un buzón electrónico, pero que eran luego

expandidos como una lista de direcciones de entrega.

El crecimiento de Internet fue acelerado por la aparición de la versión 4.2

del sistema operativo UNIX en 1983 y sus posteriores revisiones, las cuales

contenían la implementación del conjunto completo del TCP/IP (Transmission

Control Protocol/Internet Protocol) sin costo alguno, ya que su desarrollo se había

hecho con fondos públicos. Nuevas compañías, tales como SUN Microsystems, se

formaron para sacar ventaja de los avances tecnológicos. SUN desarrolló el NFS

(Network File System) que permite el acceso remoto a archivos como si fuese

local (a diferencia de ftp, donde el usuario debe transferir explícitamente el archivo

antes de usarlo localmente). El X Window System fue desarrollado por el Proyecto

Athena del MIT, cerca de 1984. Internet está evolucionando continua y

rápidamente. Los usuarios intercambian vía ftp archivos en formato postscript o

GIF y JPEG (que permiten gráficas), pero ya se han hecho pruebas para

transmitir aplicaciones con multimedia y existen formatos para transportar

mensajes que contengan imágenes, audio, vídeo al mismo tiempo que texto, tal

como MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) y HTML (Hypertext Markup

Language).

Internet ofrece cada día recursos más novedosos y herramientas más

fáciles de usar (archie, gopher, Mosaic, Netscape, etc.) para facilitar los servicios

que se ofrecen. Los protocolos de comunicación para los servicios básicos que se

consiguen en Internet (y en generales en redes de computadoras que trabajan en

ambiente TCP/IP) son:

� TELNET (TELecommunication NETwork): para efectuar sesiones desde

terminales remotos. Telnet permite que un usuario establezca enlace con una

computadora remota y los comandos desde el terminal del usuario pasa

directamente a la máquina remota como si hubiesen sido introducida en un

terminal de la propia máquina remota. Telnet también devuelve la salida de la

máquina remota al terminal del usuario. Esto permite, por ejemplo, correr

programas en un supercomputadora desde un sitio remoto donde no exista ese

equipo costoso.

� FTP (File Transfer Protocol): su propósito es transferir archivos de una

computadora a otro. FTP distingue 4 tipos de archivos: imagen, ASCII, EBCDIC

y archivos de byte lógico. Los archivos de imágenes son transferidos bit por bit,

sin cambio alguno. Los archivos ASCII se usan para intercambio de texto,

excepto entre ciertas computadoras IBM, en cuyo caso se usa EBCDIC y los

archivos de byte lógico son aquellos cuyo tamaño del byte no es de 8 bits.

� SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): es la base para el correo electrónico.

SMTP fue diseñado para enviar mensajes que contienen sólo texto ASCII de 7

bits, lo cual crea problemas con el castellano, que usa los caracteres ASCII

extendidos de 8 bits para poder incluir las letras acentuadas y la ñ.

� SNMP (Simple Network Management Protocol): para la gestión de la red. SNMP

ha surgido como un estándar de facto para la administración y gestión de redes.

Esto tiene que ver con manejo de fallas, contabilidad, tasación, configuración,

inventario y seguridad.

El acceso y el uso de los servicios que ofrece Internet se han vuelto un tema de

moda tanto en ambiente académico como comercial, por lo cual existe en la

actualidad una abundante literatura, disponible gratuitamente en la propia red.

A los protocolos usados en Internet se les da una clasificación dentro de

dos grupos de categorías independientes. La primera categoría se refiere al

estado de normalización que indica si es ya una norma, o próximo a ser una

norma, o una sugerencia, o que está en estudio, o finalmente si es un protocolo

histórico (Standard, Draft Standard, Proposed, Experimental, Historic). La segunda

categoría es el estado del protocolo en si y puede ser obligatorio, recomendado,

electivo o finalmente rechazado (Required, Recommended, Elective, Not

Recomended). Toda la información acerca de TCP/IP e Internet, su operación, los

protocolos que se manejan, etc. está en unos documentos llamados

modestamente RFC (Request For Comments), disponibles en varios puntos de la

red. Se pueden pedir enviando un e-mail a service@nic.ddn.mil, indicando que se

quiere el RFC-xxxx (Subject: send RFC-xxxx.TXT). Por ejemplo, el protocolo IP,

que viene descrito en el RFC-791, tiene la clasificación de Estándar Obligatorio

(Required Standard Protocol), lo cual denota que es una norma obligatoria de

cualquier usuario conectado a Internet. El protocolo TCP tiene la clasificación de

Estándar Recomendado (Recommended Standard), lo que indica que es una

norma recomendada para el acceso a Internet sin carácter obligatorio, pero el no

usarla puede afectar la operatividad de la red; TCP viene descrito en el RFC-793.

El FTP está descrito en el RFC-959 y TELNET en los RFC-854 y RFC-855.

TCP/IP es un stack o suite de protocolos de comunicación entre redes de

datos y fue desarrollado inicialmente por DARPA de los Estados Unidos a finales

de los años 70, para ser usado como soporte de la red de investigación Arpanet, la

cual a su vez posteriormente se convirtió en Internet. TCP/IP no está basado en el

modelo OSI (Open System Interconnection) ya que tiene más de 10 años de

adelanto y fue desarrollado para permitir que las computadoras de una red

pudieran trabajar en forma cooperativa y compartir sus recursos dentro de un

ambiente de red. TCP e IP son los dos más conocidos del grupo de protocolos

TCP/IP, de allí que todo el conjunto lleve tal denominación. Actualmente TCP/IP

se ha vuelto muy popular, principalmente para uso en redes locales y redes de

área amplia. De hecho, TCP/IP es muy utilizado en el campo militar en los Estados

Unidos, pero ahora es ya común en el sector comercial del mundo entero y los

fabricantes de computadoras y de equipos de área local están ofreciendo

productos basados en TCP/IP. Con el tiempo es posible que TCP/IP sea

suplantado por OSI, en primer lugar porque el concepto de estándar internacional

es actualmente ampliamente aceptado por usuarios y vendedores y en segundo

lugar TCP/IP es un conjunto de protocolos con menor funcionalidad que los

estándares OSI que evolucionan continuamente. Mientras tanto, ambos pueden

coexistir e interoperar utilizando routers a nivel de las capas superiores.

TCP/IP se usa extensamente en ambientes de investigación, universidades,

manufactura e ingeniería. Es un protocolo que fue concebido originalmente para

diseminar información a una comunidad muy dispersa y del mismo estilo. Pero

ahora, ya como un estándar de facto, se está usando ampliamente en redes

multiprotocolares. TCP/IP representa un conjunto relativamente estático de

protocolos que suministran sus funciones de una manera sencilla, práctica,

mientras que el estándar OSI es más complejo, con protocolos más densos, pero

con mayor funcionalidad, entre otras cosas porque los desarrollos en cada una de

sus capas evolucionan continuamente. Algunos de los protocolos de la familia

TCP/IP suministran los servicios de bajo nivel, correspondientes a las tres capas

inferiores del modelo OSI; estos incluyen TCP, UDP, ICMP, IP. Los otros

protocolos de la familia TCP/IP están orientados a las capas superiores, de

aplicación y presentación, y están dirigidos a tareas o servicios específicos como

correo electrónico, transferencia de archivos y acceso remoto.

El protocolo de red (IP) es del tipo sin conexión y fue diseñado para

manejar la interconexión del vasto número de redes que formaban Arpanet. El

protocolo de transporte (TCP) está orientado a conexión y está basado en el UNIX

de Berkeley y no hay capas de sesión y presentación. Se puede entonces decir

que IP es aproximadamente equivalente a la capa 3 del modelo OSI y TCP es

aproximadamente equivalente a la capa 4. La capa de acceso a la red enruta los

datos entre dos dispositivos en una misma red y en aquellos casos de que los dos

dispositivos estén en redes distintas se requieren procedimientos para permitir que

los datos atraviesen múltiples redes; esta es precisamente la función de la capa de

red y se usa el IP en esta capa para suministrar las funciones de enrutamiento a

través de las redes. El IP se implementa en cada computadora, terminal y

enrutador (router o gateway (siendo este último un dispositivo genérico de

interconexión). El IP acepta los datos del TCP en datagramas llamados PDU

(Protocol Data Unit) y los envía a través de los enrutadores necesarios hasta que

alcancen su destino. La dirección IP es de 32 bits y el tamaño máximo de un PDU

es de 65535 octetos (64KB). IP suministra un servicio de tipo sin conexión no

confiable, esto es, algunos PDUs puede que nunca lleguen a su destino o si llegan

puede que estén fuera de secuencia. Es función de TCP el asegurar la entrega

confiable de los datos, o sea que TCP suministra una forma confiable de

intercambio de datos entre procesos en diferentes computadoras. TCP asegura

que los datos sean entregados sin errores, en secuencia, sin pérdidas o

duplicaciones. TCP fue diseñado para operar sobre una amplia variedad de redes

y para suministrar un servicio de circuito virtual con transmisión ordenada y

confiable, es decir que está orientado a conexión y sirve como base para una

comunicación confiable sobre una red no tan confiable, donde puede ocurrir

pérdida, daño, duplicación, retardo y desordenamiento de los paquetes. Es un

protocolo algo complejo que tiene que resolver el caso de paquetes perdidos y

problemas patológicos (tal como el manejo de paquetes duplicados por retardos).

TCP posee su definición del concepto de paquete, llamado segmento, y permite

que sea de hasta 64 Kb. Se emplea un mecanismo de ACK positivo con retrans-

misión para corregir la pérdida de datos en las capas inferiores. Con este método

el transmisor retransmite los mismos datos a intervalos preestablecidos hasta que

le llega un ACK positivo. Por encima de TCP hay protocolos para distintos

servicios, tales como telnet, ftp, smtp, etc.,

Por debajo de IP se pueden utilizar distintos protocolos a nivel de enlace.

Por ejemplo HDLC, el ya viejo SLIP (Serial Line Interface Protocol) o el reciente

PPP (Point to Point Protocol) para WANs con conexiones punto a punto y

Ethernet para LANs. IP se puede también “encapsular” en X.25, frame relay y ATM

para así despacharlo sobre redes públicas de paquetes. En el punto de destino es

“desencapsulado”.

IP se limita a las funciones básicas necesarias para entregar un datagrama,

esto es un bloque de datos, a través de una inter-red. Cada datagrama IP es una

entidad independiente, sin relación con los otros datagramas. Como se ha dicho,

IP no asegura un servicio confiable; los nodos que reciben datagramas IP los

pueden desechar si no tienen en ese momento suficientes recursos disponibles

para su procesamiento y no están en capacidad de detectar datagramas perdidos

o desechados por la capa inferior. IP aísla los protocolos de capas superior de las

características específicas de la red y también acomoda el tamaño de los

paquetes de acuerdo a las restricciones de las redes intermedias. Los servicios

adicionales de IP incluyen características tales como precedencia, confiabilidad,

retardo y caudal. IP empaqueta los datos como un datagrama IP y lo pasa a la

capa inferior para su transmisión a través de la red. Cuando el punto de destino se

encuentra en otra red, el datagrama va primero a un router local, el cual a su vez

lo envía a través de la siguiente red al punto de destino (o a otro router). Así que

un datagrama se mueve de un módulo IP a otro hasta alcanzar el destino. Los

routers (también llamados routers IP) son efectivamente relés de datagramas que

interconectan 2 o más redes. Cada router contiene un módulo IP que usa reglas

para interpretar las direcciones y se toman decisiones de enrutamiento en base a

cada datagrama individual. El router debe decidir cuál red debe ser usada para el

datagrama que está en curso. También debe decidir si el punto de destino es en la

siguiente red (en cuyo caso el datagrama puede ser enviado directamente) o si

hay que despacharlo a otro router para que lo retransmita a una red distante. Así

que cada router debe adquirir información sobre otros routers y sobre las rutas

disponible para alcanzar cualquier otro nodo. Esta información se adquiere y se

mantiene dinámicamente de acuerdo a la conectividad instantánea que

suministran todos los routers de la red. Con los años se han ido desarrollando

varios protocolos de router a router que tratan de optimizar este intercambio de

información. Los datagramas IP en tránsito pueden atravesar una parte de la red

para la cual el tamaño máximo permitido para los paquetes es inferior al tamaño

del datagrama. Para manejar esta situación, IP posee un mecanismo de

fragmentación y reconstrucción de paquetes, es decir que los divide en pedazos

que sean de un tamaño apropiado a su transmisión. Pero estos fragmentos

pueden llegar fuera de orden, así que hay que re-ensamblarlos luego

correctamente.

Uno de los objetivos de TCP/IP es proveer servicios en un ambiente muy

heterogéneo, así que el mecanismo de direccionamiento ha sido diseñado para

permitir 3 clases distintas de posibles configuraciones de red. Las 3 clases de

dirección IP son las siguientes: Clase A: Muchas computadoras sobre pocas

redes; Clase B: Una distribución pareja de computadoras y redes; Clase C: Pocas

computadoras sobre muchas redes. Como ya se mencionó, las direcciones IP son

de 32 bits, agrupados en 4 octetos (4 grupos de 8 bits); estos octetos se

representan con números decimales separados por un punto (.). Los tres primeros

octetos de la dirección IP representan la sub-red y el último indica el host de dicha

subred que está en el servicio. Más específicamente, el primer octeto permite

identificar la clase y la clase A corresponde a un número entre 0 y 127, la clase B

a un número entre 128 y 191 y la clase C a un número entre 192 y 223. Por

ejemplo, una dirección clase A, agrupada en octetos, podría ser 10.1.17.1, ya que

10 corresponde a la clase A.

Es interesante comparar TCP/IP con X.25, ya que existen diferencias sutiles

e importantes entre ellos. Una primera diferencia tiene que ver con la forma de

asegurar la transferencia de datos. En X.25 se efectúa la detección y recuperación

de errores en la capa 2 y 3, ya que es un protocolo orientado a conexión. A nivel

de enlace, el protocolo LAPB garantiza que la transferencia correcta de datos

entre un terminal y el nodo al cual se conecta sea correcta. Cada pedazo de datos

transferido viene con su chequeo de errores y el receptor confirma la recepción de

cada trama. El protocolo a nivel de enlace usa temporizadores y algoritmos de

retransmisión que impiden la pérdida de datos y proveen recuperación automática

luego de fallas y reinicialización. La capa 3 también se encarga de detección y

recuperación de errores para los paquetes que se transfieren a través de la red,

usando chequeo, temporizadores y técnicas de retransmisión. Finalmente la capa

4 se debe a su vez ocupar de la confiabilidad de extremo a extremo. En contraste.

TCP/IP basa su estructura por capas en el principio de que la confiabilidad es sólo

un problema de extremo a extremo. La filosofía de su arquitectura es simple:

Construir la red interconectada de manera que pueda manejar la carga esperada,

pero permitir que los enlaces individuales o los nodos y terminales puedan perder

datos o dañarlos sin tratar de recuperarse continuamente. De hecho, hay poca o

ninguna confiabilidad en las capas inferiores a TCP, el cual en cambio se ocupa

en buena parte de la detección de errores y de la recuperación por esos errores.

La libertad resultante hace que TCP/IP sea mucho más fácil de entender e

implementar correctamente. Los routers intermedios pueden desechar

datagramas que resultan dañados por errores de transmisión, pueden desechar

datos que no pueden ser entregados o cuando su tasa de llegada excede la

capacidad de los buffers de entrada. Así mismo pueden enrutar datagramas a

través de rutas que posean mayor o menor retardo, sin informar de esto al punto

de origen o de destino. El tener enlace no confiables significa que algunos

datagramas no van a llegar. La detección de errores y la recuperación de pérdidas

de datagramas se efectúa entre la fuente y el destino, es decir de extremo a

extremo.

Otra diferencia resalta cuando se considera la supervisión y el control.

Como regla general, X.25 se basa en la idea que una red es un sistema que

provee un servicio de transporte. El proveedor de servicio controla el acceso a la

red y monitorea el tráfico para fines de tasación. Se ocupa también de los

problemas de enrutamiento, control de flujo y confirmación de recepción de datos,

garantizando que la transferencia de información sea confiable. Este punto de

vista deja muy poco que hacer a los terminales. Es decir que la red es un sistema

complejo, independiente, al cual uno le conecta terminales relativamente simples.

En contraste TCP/IP requiere que los terminales participan activamente en los

protocolos de red. Así que puede ser visto como un sistema relativamente simple

de red de paquetes a los cuales se conectan terminales inteligentes.

TCP/IP es comparable a la clase 4 de la capa de transporte OSI. En efecto,

la OSI ha definido 4 clases a nivel de dicha capa, desde TP0 a TP4. Esta gama de

sofisticación, de simple a compleja, es para poder operar en una amplia

variedades de ambientes. La más simple, TP0, asegura muy poco en lo que se

refiere a control de flujo y confiabilidad. Es para usarse en un ambiente como el de

X.25, donde la red subyacente ofrece un servicio orientado a conexión, confiable.

La más compleja, TP4, se asemeja a TCP. Se asume que la red subyacente sólo

suministra la entrega de paquetes en forma sin conexión, no confiable, con el

mejor esfuerzo. De manera que TP4 maneja el problema de datos perdidos,

control de flujo, gestión de ventanas de transmisión y de datos que llegan fuera de

secuencia.

Es oportuno mencionar que con protocolos completos como TCP/IP, el

caudal neto aprovechable en una red puede disminuir significativamente. Por

ejemplo, hoy día con TCP/IP sobre redes de fibra (FDDI) la transferencia de

archivos está limitada a unos 33 Mbit/s sobre el máximo teórico de 100 Mbit/s;

análogamente TCP/IP sobre Ethernet puede transferir a 1.5-6 Mbit/s sobre un

máximo teórico de 10 Mbit/s. Una de las fuentes de degradación con TCP/IP es la

sobrecarga presencia de los octetos en el header usados para direccionamiento y

control de errores. Este overhead puede producir una degradación apreciable del

rendimiento, que es más aparente si se usan paquetes pequeños. Otro ingrediente

es el retardo asociado con el cálculo de la suma de chequeo (checksum), usada

para verificar la integridad de los datos. En efecto, antes de que una estación

pueda enviar su paquete, debe primero calcular este checksum y añadirlo al

header del paquete. En el extremo opuesto, el nodo de destino debe hacer lo

mismo con el paquete recibido y luego comprobar si las sumas coinciden. Otra

fuente de degradación tiene que ver con el copiado repetitivo de datos, lo cual se

efectúa cada vez que un paquete es encapsulado en una nueva capa del

protocolo. De hecho, antes de que los datos de una aplicación puedan ser

trasmitidos, ellos deben ser procesados a diferentes niveles del protocolo. En una

red con TCP/IP donde se use FTP, por ejemplo, la aplicación de usuario (capas 6

y 7 OSI) envía un archivo a la capa FTP (capa 5 OSI), la cual subdivide los datos

en tramas y los envía a la capa TCP (capa 4 OSI), la cual a su vez los reformatea

como paquetes TCP. Este proceso se repite en la capa IP (capa 3 OSI) y en la

capa MAC (capa 2 OSI), la cual es responsable finalmente de transmitir los

paquetes sobre el medio físico (capa 1 OSI. El mismo proceso se efectúa en

sentido contrario cuando se recibe un paquete. El retardo asociado con el copiado

de paquetes a través de múltiples capas depende de muchos factores, incluyendo

la velocidad del procesador, la capacidad de memoria, el tamaño de los paquetes

y las características de la tarjeta de red en la computadora. Los paquetes que se

reciben fuera de orden (lo cual es un problema común en redes grandes con rutas

múltiples) también contribuyen al overhead. En muchas aplicaciones con TCP/IP,

la estación de destino monitorea una gama de paquetes dentro de una ventana,

identificados por su número de secuencia; si los paquetes asociados con una dada

comunicación no llegan a tiempo, la estación no va a aceptar ninguno de ellos y

todos los paquetes dentro de la ventana deben ser retransmitidos.

Con TCP/IP se están difundiendo las aplicaciones llamadas cliente-

servidor. El término servidor se aplica a cualquier servicio que pueda ser ofrecido

en la red. El servidor acepta las solicitudes que les llegan, efectúa su servicio y

devuelve el resultado al solicitante. Para los servicios más simples, cada solicitud

llega en un solo datagrama IP y el servidor devuelve su respuesta en otro

datagrama. Un programa que se ejecuta en una estación se vuelve un cliente

cuando envía una solicitud a un servidor y espera por una respuesta. Los

servidores pueden realizar tareas simples o complejas, por ejemplo un servidor del

tipo hora del día meramente regresa la hora actual cada vez que un cliente la

solicita. Un servidor de archivos recibe solicitudes para efectuar operaciones que

almacenan o devuelven información desde un archivo; el servidor efectúa la

operación y regresa el resultado. La arquitectura cliente-servidor permite compartir

bases de datos, impresoras y una variedad de otros periféricos y aplicaciones

(locales o remotas. Estos beneficios se obtienen sin importar que existan equipos

de diferentes marcas en la instalación. Así, los problemas de utilizar diferentes

protocolos y de ubicar los recursos remotos se vuelven transparentes para el

usuario. El resultado neto consiste en maximizar las opciones del usuario y el

rendimiento efectivo de la red, al mismo tiempo que se minimiza el tiempo de

respuesta del sistema y el tiempo requerido por los usuarios para localizar y

conectarse a los servicios deseados. La arquitectura cliente-servidor es más un

estilo de computación que una técnica particular. Es un estilo que trabaja con

muchas plataformas y en muchos ambientes. Si bien no existe una definición

precisa, hay algunos aspectos claves en este sistema: es transparente, lo cual

significa que cualquier usuario puede utilizar cualquier recurso de la red sin

importar el tipo de máquina y su ubicación; es distribuido, permitiendo que los

recursos de la red estén localizados donde sea más conveniente, por lo general

cerca de los usuarios principales y, por supuesto, está en red, requiriendo que las

aplicaciones utilicen los recursos de la red y cooperen con otras aplicaciones a lo

largo de toda la red. El concepto cliente-servidor ha ido surgiendo

simultáneamente con las redes ya que se presta muy bien a los sistemas de

computación distribuidos y heterogéneos. El propio término cliente-servidor implica

una aplicación distribuida; es más, las aplicaciones cliente-servidor abren nuevas

oportunidades de obtener el máximo provecho de la computación distribuida, pero

algunos expertos afirman que se requiere una mayor inter-operabilidad para

asegurar su éxito, tanto en términos de hardware que de software.

El sistema de correo electrónico utilizado en Internet se basa en el protocolo

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), descrito en los documentos RFC-821 y

RFC-822, aunque recientemente también se dispone del POP (Post Office

Protocol. Este correo permite un conjunto algo limitado de funcionalidades, pero

así se facilita la interconexión con otros sistemas. Se hará una descripción muy

general del protocolo SMTP partiendo del siguiente ejemplo, en el cual un usuario

de una computadora llamado TOPAZ localizado en la Universidad de Rutgers,

New Jersey, desea comunicarse con otro usuario de otra computadora (RED) en

la misma universidad para acordar la hora de una cita:

Date: Sat, 27 Jun 98 13:26:31 EDT

From: hedrick@topaz.rutgers.edu

To: levy@red.rutgers.edu

Subject: meeting

Let's get together Monday at 1pm.

En el RFC-822 se describe el formato del mensaje en sí. Se especifica que el

mensaje debe ser transmitido como un archivo ASCII (caracteres ASCII de 7 bits y

delimitación de líneas con carriage return/linefeed); estos archivos no contienen

caracteres especiales como símbolos, caracteres gráficos, vocales acentuadas,

etc., y son tratados en la generalidad de los programas como texto común. Los

mensajes de sistemas de correo privados deben transformarse a texto antes de

ser pasados a Internet. En el RFC-822 también se describe la estructura general

del mensaje, con las líneas del encabezado, una línea en blanco y finalmente el

cuerpo del mensaje. También se describen en detalle las líneas del encabezado,

cada una de las cuales consta de una palabra clave (Date: , From: , To: , Subject:)

y un valor. El RFC-821 describe la forma en que el mensaje se manda a otro

sistema. El programa debe determinar el enrutamiento del mensaje; primero se

pregunta, a un servidor de nombres, por las máquinas que manejan correo para el

dominio especificado y después se pregunta por la dirección Internet. Estas

direcciones son de 32 bits, agrupados en 4 octetos (4 grupos de 8 bits); estos

octetos se representan con números decimales separados por un punto (.), de

acuerdo al protocolo IP. Los tres primeros octetos representan la sub-red y el

último indica el host de dicha subred que está en el servicio. Para el ejemplo se

usará 128.6.4.2. A este nivel el programa de correo abre una conexión TCP al

puerto 25 en 128.6.4.2. El puerto 25 es usado para la recepción de correo, es la

ranura (slot) reconocida para conectarse al servidor de correo; en el caso de otros

servicios, como la transferencia de archivos (protocolo FTP), la conexión se abre

al puerto asignado, 21 es la ranura asignada al servidor FTP. Una vez establecida

la conexión, el programa de correo inicia los comandos de despacho, y se genera

una 'conversación' entre las máquinas conectadas que en el ejemplo presentado

puede lucir de la siguiente manera:

RED 220 RED.RUTGERS.EDU SMTP Service 29 Apr 98 05:17:18 EDT

TOPAZ HELO topaz.rutgers.edu

RED 250 RED.RUTGERS.EDU - Hello, TOPAZ.RUTGERS.EDU

TOPAZ MAIL From:<hedrick@topaz.rutgers.edu>

RED 250 MAIL accepted

TOPAZ RCPT To:<levy@red.rutgers.edu>

RED 250 Recipient accepted

TOPAZ DATA

RED 354 Start mail input; end whith <CRLF>.<CRLF>

TOPAZ Date: Thu, 27 Apr 98 13:26:31 EDT

TOPAZ From: hedrick@topaz.rutgers.edu

TOPAZ To: levy@red.rutgers.edu

TOPAZ Subject: meeting

TOPAZ

TOPAZ Let's get together Monday at 1pm.

TOPAZ .50 OKQUIT 21Service closing transmission channel

Todos los comandos entre las máquinas son texto ASCII, típico de los estándares

de Internet; estos comandos ASCII facilitan el monitoreo de la "conversación", así

como el diagnóstico y solución de ciertos problemas que puedan surgir en el

transcurso de la misma, permitiendo que los técnicos supervisores hagan pruebas

e interactúen directamente con el servidor de correos. Es de hacer notar que la

tendencia de los protocolos en la actualidad es a usar formatos binarios más

complejos, organizados en estructuras como los programas en Pascal o en C; esto

no resulta tan práctico pues su sintaxis requiere de un mayor análisis, sin embargo

también es cierto que se puede manejar un mayor número de comandos para

adaptarse a los nuevos servicios que prestan estos protocolos. Otro aspecto

interesante también típico de los protocolos de Internet, es que las respuestas en

la conversación entre las máquinas se inician con un número y después se

complementan con texto. El número indica que las respuestas posibles a las

requisiciones ya están definidas en el protocolo, y el programa usuario contesta

sin ambigüedad. El texto no tiene efecto en la operación de los programas y

normalmente se utiliza para monitorear la conversación. El protocolo define el

grupo de respuestas a un comando dado. En el formato sencillo del SMTP, el

primer dígito del número ya da información del tipo de respuesta, por ejemplo, el 2

indica un suceso, el 3 indica que es necesario una acción adicional; 4 es un error

temporal como que la unidad de almacenamiento esta llena y no se puede guardar

el mensaje. El 5 indica error permanente (como cuando no existe el usuario

receptor especificado. Los comandos permiten al programa de correo indicar al

servidor de correo, la información necesaria para la entrega de los mensajes; en

este ejemplo, la información se toma directamente del mensaje, pero en casos

más complejos esto no es lo mas seguro. Cada sesión comienza con HELO, que

da el nombre del sistema que inició la conexión. Luego se especifican quien

transmite y quienes reciben. Finalmente se manda los datos en sí. El fin de

mensaje se indica con una línea la cual se inicia con un punto (.). Después de que

el mensaje es aceptado, se puede mandar otro, o bien finalizar la sesión como se

ve en el ejemplo. En Internet y para facilitar su uso, las direcciones numéricas IP

se convierten en direcciones alfabéticas con un sistema llamado nombre del

dominio (domain name), que consiste de una secuencia de sub-nombres

separados por un punto. La denominación de las personas se indica con el

formato usuario@dominio, donde el usuario indica el código de identificación o de

acceso de la persona en esa computadora (login name), y el dominio indica la

máquina y su localización. El nombre del usuario no necesariamente es el de una

persona, pudiendo ser una lista de despacho o una organización. La descripción

completa de la forma de denominación dentro de Internet está en el RFC-819. La

denominación completa es lo que se conoce como FQDN (Fully Qualified Domain

Name. La cola del dominio puede ser una de las siguientes abreviaciones:

� com si se trata de una compañía o institución comercial (Convex Computer se

denominaría convex.com)

� edu si es una institución educativa (la Universidad de Yale sería yale.edu)

� gov institución gubernamental (la NASA sería nasa.gov)

� mil organismo militar (la fuerza aérea en EE.UU. sería af.mil)

� net Centro de administración de una red (la National Science Foundation es

nsf.net)

� org dominio reservado para otras organizaciones privadas (The Institute of

Electrical and Electronics Engineers es ieee.org.

A cada país se le asigna también unas siglas: au (Australia), ca (Canadá), fr

(Francia), uk (Inglaterra), ve (Venezuela). Así, el nombre del dominio asignado a la

UCV es: ucv.edu.ve (si bien se discute si edu deba ir) y un usuario de una

computadora denominado sagi conectado al Internet quedaría completamente

identificado por: usuario@sagi.ucv.edu.ve. Las direcciones Internet asignadas por

el NIC (Network Information Center) a la Universidad Central de Venezuela son

clase B, comenzando con la 150.185.64.1 hasta la 150.185.95.254. Con esta

gama se pueden tener 8.128 direcciones locales, esto es 32 sub-redes (desde 64

hasta 95) con 254 hosts en cada sub-red. A la Facultad de Ingeniería le

corresponden las direcciones entre 150.185.84.1 y 150.185.86.254. Todos las

computadoras de Internet pueden denominarse tanto por su dirección IP como por

su denominación FQDN siendo esta última más amigable al usuario. Otra

posibilidad de indicar una dirección es usando el formato del protocolo UUCP

(Unix to Unix Copy Program) que usa el símbolo ! en vez de @; este

direccionamiento es más restrictivo pues implica la pertenencia a UUCPnet, pero

facilita el enrutamiento. También se puede indicar un enrutamiento alternativo de

los mensajes usando el símbolo % cuando se necesita mezclar los formatos

Internet estándar y UUCP.

La tasa de crecimiento de Internet ha sido exponencial y a partir de 1987 el

número de redes conectadas se fue duplicando cada año. Se ha vuelto así una

red de redes que une millones de computadoras en centenares de países

alrededor del mundo. Su expansión es tan rápida que su tamaño real y sus

recursos solo pueden estimarse. Científicos, estudiantes, funcionarios públicos y

hasta senadores y diputados, usan Internet como su medio de comunicación

favorito (después del teléfono. Los investigadores intercambian datos científicos,

los estudiantes perfeccionan su educación, los funcionarios públicos se comunican

con otros que trabajan en proyectos con financiamiento gubernamental.

Actualmente Internet está administrada por el IAP (Internet Activity Board) y está

principalmente asociada con la NSF (National Science Foundation). Pero ya existe

la CIX (Commercial Internet Exchange), que es una asociación de proveedores

comerciales de Internet. La conectividad de Internet es actualmente un servicio

que puede ser adquirido en el mercado como cualquier otro servicio. El uso de

Internet por parte de organizaciones comerciales ha sido exitoso: más del 60% de

los sitios registrados son organizaciones comerciales (.COM) y se espera que

alcancen pronto el 90%. Se predice que, bajo condiciones favorables, Internet

tendría más de 100 millones de usuarios para 1998.

Internet está basada en protocolos abiertos de comunicación que permiten

la inter-operación de todas las redes, incluyendo distintas arquitecturas, así como

la transmisión en cualquier medio físico. A través de Internet se conectan otras

redes académicas como BITNET (Because It's Time NETwork), NSFNET (National

Sciences Foundation NETwork), JVNCNET (John Von Neuman Computer

NETwork), MILNET (MILitary NETwork), UUCPNET (Unix to Unix Copy Program

NETwork) dentro de los Estados Unidos y otras como EUNET a través de Europa,

ARISTOTE en Francia, NORDUNET de los países nórdicos, JUNET en Japón,

ACSNET en Australia y Nueva Zelandia y muchísimas más.

El backbone (espina dorsal) de Internet era hasta poco NSFNET, una red

que interconecta numerosos centros de supercomputadoras en Estados Unidos. El

backbone cruzaba el País usando líneas dedicadas a 56 kbit/s. Ahora las líneas

operan a velocidad de 1.5 Mbit/s y se están elevando a 45 Mbit/s. Las velocidades

de las redes que utilizan Internet empiezan a ser insuficientes para estas

aplicaciones y para el tráfico en continuo aumento. Por tal razón en los Estados

Unidos está surgiendo una nueva red, llamada NREN (National Research and

Educational Network), que está prevista para usar velocidades tan altas como 622

Mbit/s hasta 2.5 Gbit/s. Ya se están desarrollando aplicaciones para explotarla,

usando tecnologías avanzadas como SONET y ATM. NREN es uno de los 4

componentes del programa HPCC (High Performance Computing and

Communications), financiado por el gobierno federal norteamericano y cuya

función es impulsar la investigación y el desarrollo de sistemas de computación

avanzados, tecnologías de software y algoritmos, investigación básica y nuevos

servicios. El presupuesto de HPCC para 1993 fue de 803 millones de dólares, de

los cuales 122 millones son para NREN.

FAMILIA DE PROTOCOLOS TCP/IP

Protocolos: Establecen una descripción formal de los formatos que

deberán presentar los mensajes para poder ser intercambiados por equipos

de cómputo; además definen las reglas que ellos deben seguir para lograrlo.

Los protocolos están presentes en todas las etapas necesarias para

establecer una comunicación entre equipos de cómputo, desde aquellas de más

bajo nivel (e.g. la transmisión de flujos de bits a un medio físico) hasta aquellas de

más alto nivel (e.g. el compartir o transferir información desde una computadora a

otra en la red.

Tomando al modelo OSI (Open Systems Interconection) como referencia

podemos afirmar que para cada capa o nivel que él define existen uno o más

protocolos interactuando. Los protocolos son entre pares (peer-to-peer), es decir,

un protocolo de algún nivel dialoga con el protocolo del mismo nivel en la

computadora remota.

Conjunto de Protocolos TCP/IP

Origen

Desarrollados como parte del proyecto DARPA a mediados de los 70´s, dando

lugar a la red ARPANET.Su objetivo fue que computadoras

cooperativas compartieran recursos mediante una red de comunicaciones.

ARPANET deja de funcionar oficialmente en 1990.

En 1973, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la

Defensa (DARPA), de los Estados Unidos, inició un programa para la investigación

de tecnologías que permitieran la transmisión de paquetes de información entre

redes de diferentes tipos y características. El proyecto tenía por objetivo la

interconexión de redes, por lo que se le denominó "Internetting", y a la familia de

redes de computadoras que surgieron de esta investigación se le denominó

"Internet".

Los protocolos desarrollados se denominaron el Conjunto de Protocolos

TCP/IP, que surgieron de dos conjuntos previamente desarrollados; los Protocolos

de Control de Transmisión (Transmition Control Protocol) e Internet (Internet

Protocol.

Conjunto de Protocolos TCP/IP

Su relación con el Modelo OSI

TCP = TRANSFER CONTROL PROTOCOL

IP = INTERNET PROTOCOL

En la actualidad, las funciones propias de una red de computadoras pueden

ser divididas en las siete capas propuestas por ISO para su modelo de sistemas

abiertos (OSI). Sin embargo la implantación real de una arquitectura puede diferir

de este modelo. Las arquitecturas basadas en TCP/IP proponen cuatro capas en

las que las funciones de las capas de Sesión y Presentación son responsabilidad

de la capa de Aplicación y las capas de Liga de Datos y Física son vistas como la

capa de Interface a la Red. Por tal motivo para TCP/IP sólo existen las capas

Interface de Red, la de Intercomunicación en Red, la de Transporte y la de

Aplicación. Como puede verse TCP/IP presupone independencia del medio físico

de comunicación, sin embargo existen estándares bien definidos al nivel de Liga

de Datos y Físico que proveen mecanismos de acceso a los diferentes medios y

que en el modelo TCP/IP deben considerarse la capa de Interface de Red; siendo

los más usuales el proyecto IEEE802, Ethernet, Token Ring y FDDI.

Modelo de capas de TCP/IP

Descripción del Modelo de Capas de TCP/IP

Capa de Aplicación.

Invoca programas que acceden servicios en la red. Interactuan con uno o

más protocolos de transporte para enviar o recibir datos, en forma de

mensajes o bien en forma de flujos de bytes.

Capa de Transporte.

Provee comunicación extremo a extremo desde un programa de aplicación

a otro. Regula el flujo de información. Puede proveer un transporte confiable

asegurándose que los datos lleguen sin errores y en la secuencia correcta.

Coordina a múltiples aplicaciones que se encuentren interactuando con la red

simultáneamente de tal manera que los datos que envíe una aplicación sean

recibidos correctamente por la aplicación remota, esto lo hace añadiendo

identificadores de cada una de las aplicaciones. Realiza además una verificación

por suma, para asegurar que la información no sufrió alteraciones durante su

transmisión.

Capa Internet.

Controla la comunicación entre un equipo y otro, decide qué rutas deben

seguir los paquetes de información para alcanzar su destino. Conforma los

paquetes IP que será enviados por la capa inferior. Desencapsula los paquetes

recibidos pasando a la capa superior la información dirigida a una aplicación.

Capa de Interface de Red.

Emite al medio físico los flujos de bit y recibe los que de él provienen.

Consiste en los manejadores de los dispositivos que se conectan al medio de

transmisión.

Arquitectura de Interconexión de Redes en TCP/IP

Metas

Independencia de tecnología de conexión a bajo nivel y la arquitectura de la

computadora.

q Conectividad Universal a través de la red.

q Reconocimientos de extremo a extremo.

q Protocolos de Aplicación Estandarizados.

Características

q Protocolos de no-conexión en el nivel de red.

q Conmutación de paquetes entre nodos.

q Protocolos de transporte con funciones de seguridad.

q Conjunto común de programas de aplicación.

Interconexión de Redes

Las redes se comunican mediante compuertas. Todas las redes son vistas

como iguales.

Para entender el funcionamiento de los protocolos TCP/IP debe tenerse en

cuenta la arquitectura que ellos proponen para comunicar redes. Tal arquitectura

ve como iguales a todas las redes a conectarse, sin tomar en cuenta el tamaño de

ellas, ya sean locales o de cobertura amplia. Define que todas las redes que

intercambiarán información deben estar conectadas a una misma computadora o

equipo de procesamiento (dotados con dispositivos de comunicación); a tales

computadoras se les denominan compuertas, pudiendo recibir otros nombres

como enrutadores o puentes.

Direcciones IP

q Longitud de 32 bits.

q Identifica a las redes y a los nodos conectados a ellas.

q Especifica la conexión entre redes.

q Se representan mediante cuatro octetos, escritos en formato decimal,

separados por puntos.

Para que en una red dos computadoras puedan comunicarse entre sí ellas

deben estar identificadas con precisión Este identificador puede estar definido en

niveles bajos (identificador físico) o en niveles altos (identificador lógico) de

pendiendo del protocolo utilizado. TCP/IP utiliza un identificador denominado

dirección Internet o dirección IP, cuya longitud es de 32 bytes. La dirección IP

identifica tanto a la red a la que pertenece una computadora como a ella misma

dentro de dicha red.

Clases de Direcciones IP

Clases Número de Redes Número de Nodos Rango

A 127 16,777,215 1.0.0.0 a la 127.0.0.0

B 4095 65,535 128.0.0.0 a la 191.255.0.0

C 2,097,151 255 192.0.0.0 a la 23.255.255.0

Tomando tal cual está definida una dirección IP podría surgir la duda de

cómo identificar qué parte de la dirección identifica a la red y qué parte al nodo en

dicha red. Lo anterior se resuelve mediante la definición de las "Clases de

Direcciones IP". Para clarificar lo anterior veamos que una red con dirección clase

A queda precisamente definida con el primer octeto de la dirección, la clase B con

los dos primeros y la C con los tres primeros octetos. Los octetos restantes

definen los nodos en la red específica.

Protocolo Internet (IP)

Características

q Protocolo orientado a no-conexión.

q Fragmenta paquetes si es necesario.

q Direccionamiento mediante direcciones lógicas IP de 32 bits.

q Si un paquete no es recibido, este permanecerá en la red durante un tiempo

finito.

q Realiza el "mejor esfuerzo" para la distribución de paquetes.

q Tamaño máximo del paquete de 65635 bytes.

q Sólo ser realiza verificación por suma al encabezado del paquete, no a los

datos éste que contiene.

El Protocolo Internet proporciona un servicio de distribución de paquetes de

información orientado a no-conexión de manera no fiable. La orientación a no-

conexión significa que los paquetes de información, que será emitido a la red, son

tratados independientemente, pudiendo viajar por diferentes trayectorias para

llegar a su destino. El término no fiable significa más que nada que no se garantiza

la recepción del paquete.

Formato del Datagrama de IP

Campo Descripción

VERS Versión del IP del datagrama

HLEN Longitud del Encabezado

Longitud Total Mide, en Bytes la longuitud del datagrama

Identificador Identifica los paquetes fragmentados para su

reensamble

Flags Indica si el paquete está fragmentado o no

Offset Indica la ubicación de este paquete en uno

fragmentado

Opciones Información usada par administración,

longitud variable

Relleno Ajusta las opciones a 32bits

La unidad de información intercambiada por IP es denominada datagrama.

Tomando como analogía los marcos intercambiados por una red física los

datagramas contienen un encabezado y una área de datos. IP no especifica el

contenido del área de datos, ésta será utilizada arbitrariamente por el protocolo de

transporte.

Unidad Máxima de Transferencia MTU (Máximum Transfer Unit)

Indica la longitud de una trama que podrá ser enviada a una red física en

particular. Es determinada por la tecnología de la red física. Para el caso de

Ethernet es de 1500 bytes.

La Unidad de Transferencia Máxima determina la longitud máxima, en

bytes, que podrá tener un datagrama para ser transmitida por una red física.

Obsérvese que este parámetro está determinado por la arquitectura de la red:

para una red Ethernet el valor de la MTU es de 1500 bytes. Dependiendo de la

tecnología de la red los valores de la MTU pueden ir desde 128 hasta unos

cuantos miles de bytes.

Protocolo de Mensajes de Control de Internet ICMP (Internet Control

Message Protocol)

q Reporta sobre destinos inalcanzables.

q Control de flujo de datagramas y congestión.

q Controla el requerimiento de cambio de rutas entre compuertas.

q Detecta rutas circulares o excesivamente largas.

q Verifica la existencia de trayectorias hacia alguna red y el estatus de la

misma.

Su función es la de notificar de eventos en los que los paquetes enviados

no alcanzaron su destino. Proporciona un medio de transporte para que los

equipos compuerta se envíen mensajes de control y error. ICMP no está orientado

a la corrección de errores, sólo a su notificación.

Formato del mensaje ICMP

Tipo Mensaje ICMP

0 Respuesta al eco

3 Destino Inalcanzable

4 Fuente saturada

5 Redirección de ruta

8 Solicitud de Eco

11 Tiempo del datagrama excedido

12 Parámetro problema en datagrama

13 Requerimiento de hora y fecha

14 Respuesta de host y fecha

17 Requerimiento de mascara de dirección

18 Respuesta de mascara de dirección

El formato de ICMP cambia dependiendo de la función que realice,

exceptuando los campos de Tipo, Código y de Checksum. Un 1 en el campo de

Protocolo del mensaje de IP indicará que se trata de un datagrama ICMP. La

función de un mensaje determinado ICMP estará definida por el campo de Tipo; el

campo de Código proporciona información adicional para realizar la función; el

campo de Checksum sirve para efectuar una verificación por suma que sólo

corresponde al mensaje ICMP.

Protocolo de Control de Transferencia

Proporciona comunicación bidireccional completa mediante circuitos

virtuales. Desde el punto de vista del usuario la información es transmitida por

flujos de datos. Confiabilidad en la transmisión de datos por medio de:

q Asignación de números de secuencia a la información segmentada.

q Validaciones por suma.

q Reconocimiento de paquetes recibidos.

q Utiliza el principio de ventana deslizable para esperar

reconocimientos y reenviar información.

Proporciona un mecanismo fiable para la transferencia de flujos de

información. Aunque está íntimamente relacionado con IP TCP es un protocolo

independiente de propósito general. Al ser un protocolo de alto nivel su función es

que grandes volúmenes de información lleguen a su destino correctamente,

pudiendo recobrar la pérdida esporádica de paquetes.

Fiabilidad en la transferencia de TCP

Cada vez que un paquete es enviado se inicializa un contador de

tiempo, al alcanzar el tiempo de expiración, sin haber recibido el reconocimiento,

el paquete se reenvía. Al llegar el reconocimiento el tiempo de expiración se

cancela.

A cada paquete que es enviado se le asigna un número de identificador, el

equipo que lo recibe deberá enviar un reconocimiento de dicho paquete, lo que

indicará que fue recibido. Si después de un tiempo dado el reconocimiento no ha

sido recibido el paquete se volverá a enviar. Obsérvese que puede darse el caso

en el que el reconocimiento sea el que se pierda, en este caso se reenviará un

paquete repetido.

Protocolo de Datagramas de Usuario

q Proporciona de mecanismos primordiales para que programas de

aplicación de se comuniquen con otros en computadoras remotas.

q Utiliza el concepto de puerto para permitir que múltiples conexiones

accedan a un programa de aplicación.

q Provee un servicio no confiable orientado a no-conexión.

q El programa de aplicación tiene la total responsabilidad del control de

confiabilidad, mensajes duplicados o perdidos, retardos y paquetes

fuera de orden.

Este protocolo deja al programa de aplicación a ser explotado la

responsabilidad de una transmisión fiable. Con él puede darse el caso de que los

paquetes se pierdan o bien no sean reconstruidos en forma adecuada. Permite un

intercambio de datagramas más directo entre aplicaciones y puede elegirse para

aquellas que no demanden una gran cantidad de datagramas para operar

óptimamente.