Tabla de contenidos Arquitectura y protocolos

2.1 Modelo arquitectónico

La pila TCP/IP se llama así por dos de sus protocolos más importantes: : TCP("Transmission Control Protocol") de IP("Internet Protocol"). Otro nombre es pila de protocolos de Internet, y es la frase oficial usada en documentos oficiales de estándares. En este manual utilizaremos el término TCP/IP, que es más habitual.

2.1.1 Redes

La primera meta de diseño de TCP/IP fue construir una interconexión de redes que proporcionase servicios de comunicación universales: una red, o internet. Cada red física tiene su propia interfaz de comunicaciones dependiente de la tecnología que la implementa, en la forma de una interfaz de programación que proporciona funciones básicas de comunicación(primitivas). Las comunicaciones entre servicios las proporciona el software que se ejecuta entre la red física y la aplicación de usuario, y da a estas aplicaciones una interfaz común, independiente de la estructura de la red física subyacente. La arquitectura de las redes físicas es transparente al usuario.

El segundo objetivo es interconectar distintas redes físicas para formar lo que al usuario le parece una única y gran red. Tal conjunto de redes interconectadas se denomina "internetwork" o internet.

Para poder interconectar dos redes, necesitamos un ordenador que esté conectado a ambas redes y que pueda retransmitir paquetes de una a la otra; tal máquina es un "router". El término "router" IP también se usa porque la función de encaminamiento es parte de la capa IP de la pila TCP/IP(Ver protocolos por capas).

Figura - Ejemplos muestra dos ejemplo de "internetworks".


Figura: Ejemplos - Dos conjuntos interconectados de redes, cada uno visto como una red lógica.

Las propiedades básicas de un "router" son:

Para ser capaz de identificar un host en la red, a cada se le asigna una dirección, la dirección IP. Cuando un host tiene múltiples adaptadores de red, cada adaptador tiene una dirección IP separada. La dirección IP consta de dos partes: 

dirección IP  = <número de red><número de host>

El número de red lo asigna una autoridad central y es unívoco en Internet. La autoridad para asignar el número de host reside en la organización que controla la red identificada por el número de red. El esquema de direccionamiento se describe en detalle en Direccionamiento.

2.1.2 Arquitectura de Internet

La pila TCP/IP ha evolucionado durante unos 25 años. Describiremos algunos de sus aspectos mas importantes en los siguientes capítulos.

2.1.2.1 Protocolos por capas

TCP/IP, como la mayoría del software de red, está modelado en capas. Esta representación conduce al término pila de protocolos. Se puede usar para situar(pero no para comparar funcionalmente) TCP/IP con otras pilas, como SNA y OSI("Open System Interconnection"). Las comparaciones funcionales no se pueden extraer con facilidad de estas estructuras, ya que hay diferencias básicas en los modelos de capas de cada una.

Los protocolos de Internet se modelan en cuatro capas:


Figura: Modelo arquitectónico - Cada capa representa un ":q.package:eq." de funciones.

Aplicación
es a un proceso de usuario que coopera con otro proceso en el mismo o en otro host. Ejemplos son TELNET (un protocolo para la conexión remota de terminales), FTP ("File Transfer Protocol") y SMTP ("Simple Mail Transfer Protocol"). Estos se discuten con más detalle en protocolos de aplicación.
Transporte
proporciona la transferencia de datos de entre los extremos. Ejemplo son TCP(orientado a conexión) y UDP(no orientado a conexión). Ambos se discuten en detalle en TCP("Transmission Control Protocol") y UDP("User Datagram Protocol")
"Internetwork"
también llamada capa de red, proporciona la imagen de "red virtual" de Internet(es decir, oculta a los niveles superiores la arquitectura de la red). IP("Internet Protocol") es el protocolo más importante de esta capa. Es una protocolo no orientado a conexión que no asume la fiabilidad de las capas inferiores. No suministra fiabilidad, control de flujo o recuperación de errores. Estas funciones debe proporcionarlas una capa de mayor nivel, bien de transporte con TCP, o de aplicación, si se utiliza UDP como transporte. IP se discute con detalle en IP("Internet Protocol"). Una unidad de un mensaje en una red IP se denomina datagrama IP. Es la unidad básica de información transmitida en redes TCP/IP networks. Se describe en El datagrama IP.
Network Interface
o capa de enlace o capa de enlace de datos, constituye la interfaz con el hardware de red. Esta interfaz puede proporcionar o no entrega fiable, y puede estar orientada a flujo o a paquetes. De hecho, TCP/IP no especifica ningún protocolo aquí, pero puede usar casi cualquier interfaz de red disponible, lo que ilustra la flexibilidad de la capa IP. Ejemplos son IEEE 802.2, X.25 (que es fiable por sí mismo), ATM, FDDI, PRN("Packet Radio Networks", como AlohaNet) de incluso SNA.

Las interacciones reales se muestran con flechas en Figura - Modelo arquitectónico. Un modelo de capas más detallado se muestra en Figura - Modelo arquitectónico detallado.


Figura: Modelo arquitectónico detallado

2.1.2.2 Puentes, "routers" y pasarelas

La formación de una red conectando múltiples redes se consigue por medio de los "routers". Es importante distinguir entre un "router", un puente y una pasarela.

Puente
Interconecta segmentos de LAN a nivel de interfaz de red y envía tramas entre ellos. Un puente realiza la función de retransmisión MAC, y es independiente de cualquier capa superior (incluyendo el enlace lógico). Proporciona, si se necesita, conversión de protocolo a nivel MAC.
Un puente es transparente para IP. Es decir, cuando un host envía un datagrama a otro host en una red con el que se conecta a través de un puente, envía el datagrama al host y el dar cruza el puente sin que el emisor se dé cuenta.
"Router"
Interconecta redes en el nivel de red y encamina paquetes entre ellas. Debe comprender la estructura de direccionamiento asociada con los protocolos que soporta y tomar la decisión de si se han de enviar, y cómo se ha de hacer, los paquetes. Los "routers" son capaces de elegir las mejores rutas de transmisión así como tamaños óptimos para los paquetes. La función básica de encaminamiento está implementada en la capa IP. Por lo tanto, cualquier estación de trabajo que ejecute TCP/IP se puede usar como "router".
Un "router" es visible para IP. Es decir, cuando un host envía un dar IP a otro host en una red conectada por un "router", envía el datagrama al "router" y no directamente al host de destino.
Pasarela
Interconecta redes a niveles superiores que los puentes y los "routers". Una pasarela suele soportar el mapeado de direcciones de una red a otra, así como la transformación de datos entre distintos entornos para conseguir conectividad entre los extremos de la comunicación. Las pasarelas limitan típicamente la conectividad de dos redes a un subconjunto de los protocolos de aplicación soportados en cada una de ellas.
Una pasarela es opaca para IP. Es decir, un host no puede enviar un datagrama IP a través de una pasarela: sólo puede enviarlo a la pasarela. La pasarela se ocupa de transmitirlo a la otra red con la información de los protocolos de alto nivel que vaya en él.

Estrechamente ligado al concepto de pasarela, está el de cortafuegos("firewall") o pasarela cortafuegos, que se usa para restringir el acceso desde Internet a una red o un grupo de ellas, controladas por una organización, por motivos de seguridad. Ver Cortafuegos para más detalles.

2.1.2.3 Encaminamiento IP

Los datagramas entrantes se chequean para ver si el host local es el destinatario:

sí
El datagrama se pasa a los protocolos de nivel superior.
no
El datagrama es para un host diferente. La acción depende del valor del flag "ipforwarding"(retransmisión IP).
verdadero
El datagrama se trata como si fuera un datagrama saliente y se encamina el siguiente salto según el algoritmo descrito abajo.
falso
El datagrama se desecha.

En el protocolo de red, los datagramas salientes se someten al algoritmo de encaminamiento IP que determina dónde enviar el datagrama de acuerdo con la dirección de destino.

Este algoritmo básico, necesario en toda implementación de IP, es suficiente para realizar las funciones de encaminamiento elementales.

Como se señaló arriba, un host TCP/IP tiene una funcionalidad básica como "router", incluida en IP. Un "router" de esta clase es adecuado para encaminamiento simple, pero no para redes complejas. Los protocolos requeridos para redes complejas se describen en protocolos de encaminamiento.

El mecanismo de encaminamiento IP, combinado con el modelo por capas de TCP/IP, se representa en Figura - El "router". Muestra un datagrama IP, yendo de una dirección IP(número de red X, host número A) a otra(número de red Y, host número B), a través de dos redes físicas. Nótese que en el "router" intermedio, sólo están implicados los niveles inferiores de la pila(red e interfaz de red).


Figura: El "router" - La función de "router" la realiza el protocolo IP.

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