Protocolos Fundamentales de Redes (IP, TCP, UDP)
Características del Protocolo IP
El Protocolo de Internet (IP) se encarga de dirigir los datos desde el origen hasta el destino dentro de una red. Es no orientado a conexión, lo que significa que no establece una conexión antes de enviar los datos, y tampoco garantiza que lleguen correctamente o en orden. Su función principal es identificar los dispositivos mediante direcciones IP y enviar los paquetes por la mejor ruta disponible.
Comparativa TCP vs. UDP
TCP (Transmission Control Protocol) es un protocolo orientado a conexión, fiable y garantiza que los datos lleguen completos y en orden, aunque sea más lento. Se usa en aplicaciones que requieren alta fiabilidad, como la web (HTTP), el correo electrónico y la transferencia de archivos (FTP).
UDP (User Datagram Protocol) es más rápido, pero no garantiza la entrega ni el orden de los datos, ya que no establece conexión. Se usa en transmisiones en vivo, juegos en línea y videollamadas, donde la velocidad es más importante que la fiabilidad.
Diferencias Clave entre IPv4 e IPv6
IPv4 usa direcciones de 32 bits (ejemplo: 192.168.1.1) y permite aproximadamente 4 mil millones de direcciones.
IPv6 usa 128 bits (ejemplo: 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334), ofreciendo una cantidad casi ilimitada de direcciones. Además, IPv6 tiene mejor seguridad, configuración automática y un encabezado más simple que mejora el rendimiento de la red.
Capa de Enlace de Datos (Capa 2 del Modelo OSI)
Funciones de la Capa de Enlace de Datos
La Capa de Enlace de Datos es la encargada de establecer una conexión fiable entre dos dispositivos directamente conectados en una misma red (por ejemplo, dentro de una red local o LAN).
Funciones Principales
- Proporciona acceso a los medios.
- Encapsula los paquetes de Capa 3.
- Detecta errores.
- Comunicación NIC a NIC.
Direccionamiento MAC
La MAC es responsable de:
- La encapsulación de datos.
- Control de acceso a los medios.
- Define cómo se colocan los datos en los medios.
- Proporciona direccionamiento de Capa 2.
Control de Enlace Lógico (LLC)
El Control de Enlace Lógico se comunica entre el software de red en las capas superiores y el hardware en capas inferiores.
- Proporciona interfaz de Capa de Red.
- Identifica el protocolo de Capa 3.
- Permite múltiples protocolos de Capa 3.
Proceso de Salto de Router
Un router realiza el siguiente proceso en cada salto:
- Acepta la trama de red entrante.
- Desencapsula Capa 2 para exponer Capa 3.
- Reencapsula en una nueva trama.
- Reenvía al siguiente segmento de red.
Tipos de Topología de Red
La topología de red es la disposición y relación de los dispositivos de red y las interconexiones entre ellos:
- Física: Estructura tangible de la red, cómo están interconectados físicamente los dispositivos.
- Lógica: Conexión virtual entre interfaces de dispositivos, representa el flujo de datos y cómo fluye.
Conexiones Punto a Punto
Las conexiones punto a punto conectan directamente dos nodos. No comparten los medios con otros hosts, las tramas solo pueden viajar hacia o desde los dos nodos, y los protocolos utilizados suelen ser muy simples.
CSMA/CD (Detección de Colisiones)
Método de control de acceso al medio que detecta y maneja colisiones cuando muchos dispositivos intentan transmitir. Se utiliza en redes LAN y funciona en semidúplex.
Proceso de Detección de Colisión
- Colisión
- Detección
- Espera
- Retransmisión
CSMA/CA (Prevención de Colisiones)
Método de control de acceso al medio que intenta prevenir colisiones antes de que ocurran (típico en redes inalámbricas). Se utiliza en WLAN y funciona en semidúplex.
Proceso de Prevención de Colisión
- Duración
- Reserva del medio
- Espera antes de transmitir
Estructura de la Trama
La Trama es la unidad de datos de la Capa de Enlace de Datos. Los datos son encapsulados por esta capa con un encabezado y un tráiler para formar la trama.
Partes de la Trama
- Encabezado
- Datos
- Tráiler
Protocolos y Factores de la Capa de Enlace
Protocolos LAN
- Ethernet
- 802.11 inalámbrico (Wi-Fi)
Protocolos WAN
- PPP
- HDLC
- Frame Relay
Factores que Influyen en la Capa de Enlace
- Tipo de medio físico (cobre, fibra)
- Topología de red (punto a punto, malla)
- Requisitos de red
- Estándares de la industria
Capa de Red (Capa 3): Direccionamiento y Enrutamiento
La Capa de Red proporciona servicios para permitir que los dispositivos finales intercambien datos a través de la red (utilizando IPv4 e IPv6).
Procesos Clave
- Direccionamiento de terminales
- Encapsulamiento
- Enrutamiento
- Desencapsulamiento
Fragmentación de Paquetes
Proceso en que la Capa 3 divide los paquetes IPv4 en unidades más pequeñas cuando el paquete es demasiado grande para el medio de transmisión. Este proceso provoca latencia en la red. Es importante notar que IPv6 no fragmenta.
Gateway Predeterminado (Default Gateway)
Es el router o switch de Capa 3 que sirve como punto de salida de una LAN para el tráfico destinado a otras redes.
Requisitos
- Debe tener una IP en el mismo rango que la LAN.
- Puede aceptar datos de la LAN.
- Puede enrutar el tráfico.
Tabla de Enrutamiento
Base de datos que contiene todas las rutas conocidas por el router para alcanzar diferentes redes.
Capa de Transporte (Capa 4): Confiabilidad y Segmentación
La Capa de Transporte proporciona comunicación lógica entre aplicaciones en distintos hosts. Actúa como enlace entre la Capa de Aplicación y las capas inferiores de red.
Procesos de la Capa de Transporte
- Seguimiento de conversaciones individuales.
- Segmentación y reensamblado de datos.
- Encapsulación.
- Multiplexación.
Características de TCP (Protocolo Orientado a Conexión)
- Orientado a conexión: Requiere una sesión (handshake) antes de transmitir datos.
- Confiable: Usa acuses de recibo (ACK) y retransmisiones para garantizar la entrega.
- Entrega ordenada: Los segmentos se reensamblan en el orden correcto.
- Control de flujo: Ajusta la velocidad de transmisión para evitar la saturación del receptor.
Características de UDP (Protocolo Sin Conexión)
- Sin conexión y sin confiabilidad: No se establece sesión ni se usan acuses de recibo.
- Entrega no garantizada y desordenada.
- Baja sobrecarga: Utiliza un encabezado mínimo.
- Ideal para aplicaciones que requieran más velocidad que fiabilidad.
Definición de Socket
Un socket es la combinación de una dirección IP y un número de puerto. Identifica de manera única una conexión específica.
Capa de Aplicación (Capa 7): Interfaz de Usuario
La Capa de Aplicación proporciona la interfaz entre las aplicaciones del usuario y la red. Define los protocolos y servicios usados por las aplicaciones.
Ejemplos de Protocolos
- HTTP
- FTP
- TFTP
- IMAP
- DNS