Protocolos de Red: Funcionamiento y Características Clave

Modo de Transferencia Asíncrono (ATM)

ATM son las siglas en inglés de Asynchronous Transfer Mode (Modo de Transferencia Asíncrono).

Capa de Adaptación ATM (AAL)

• Descomposición de mensajes de las capas superiores en celdas y reensamblado.
• El protocolo más usado es AAL5.
• Solo existe en los puntos extremos de la red.

Capa ATM

• Transmisión, conmutación y recepción de celdas.
• Control de congestión y gestión de buffers.
• Control de errores en las cabeceras.
• Generación y eliminación de las cabeceras de las celdas:
  • En los extremos de tipo UNI (User to Network Interface).
  • Dentro de la red de tipo NNI (Network to Network Interface).
• Entrega en secuencia.

Capa Física

• Uso habitual de portadoras SONET.
• SDH, y también PDH.

Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP)

El protocolo ARP (Address Resolution Protocol) es uno de los protocolos auxiliares definidos en la capa de red. Aunque pertenece a la capa de red, se relaciona una dirección IP con una dirección de capa de enlace. ARP acepta una dirección IP (capa 3) de la capa de red, la relaciona con la dirección de capa de enlace correspondiente (capa 2) y se la pasa a la capa de enlace de datos. Cada vez que un host o un router necesitan saber la dirección de capa de enlace (MAC) de otro host o router en su red, envían un paquete de solicitud ARP que incluye:

• Dirección de la capa de enlace del emisor.
• Dirección IP del emisor.
• Dirección IP del receptor.

Debido a que el remitente no conoce la dirección de capa de enlace del receptor, la consulta se transmite a través del enlace utilizando la dirección de difusión de capa de enlace.

Protocolo Punto a Punto (PPP)

PPP son las siglas de Point-to-Point Protocol (Protocolo punto a punto). Es uno de los protocolos más comunes para el acceso punto a punto. Se utiliza para encapsular tráfico IP sobre enlaces punto a punto.

Funciones de PPP

• Control del enlace:
  • Permite realizar el establecimiento y configuración de la conexión de enlace.
  • Permite negociar algunas opciones la conexión: tamaño máximo de trama, protocolo de autenticación utilizado, etc.
  • Se realiza mediante el protocolo LCP (Link Control Protocol).
• Autenticación del usuario:
  • Permite al usuario autenticarse en el proveedor de acceso a Internet (ISP) mediante un nombre de usuario y una contraseña.
  • Existen dos protocolos de autenticación:
    • PAP (Password Authentication Protocol).
    • CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol).
• Gestión del protocolo de red:
  • Permite usar otros protocolos de red diferentes a IP.
  • Permite negociar la dirección IP del cliente.
  • Se realiza mediante el protocolo IPCP (IP Control Protocol).

Protocolo de Internet Versión 4 (IPv4)

• Direccionamiento muy limitado:
  • Direcciones de 32 bits (4,3·10⁹ direcciones).
  • Soluciones:
    • Uso de direcciones sin clases (CIDR).
    • Uso de intranets con direcciones privadas (NAT).
    • Uso de direcciones dinámicas (DHCP).
• Formato complejo de la cabecera del paquete:
  • Longitud variable (campo opciones).
  • Información de fragmentación (no siempre necesaria).
• Seguridad limitada:
  • No incluye soporte para seguridad o autenticación.
  • Solución: IPsec.
• Soporte limitado para prioridad de tráfico o clase de servicio:
  • Funcionalidad no implementada en la mayoría de encaminadores.
• Multicast limitado:
  • No se ha llegado a utilizar de forma completa y eficaz.

Protocolo de Internet Versión 6 (IPv6)

• Espacio de direcciones mucho mayor:
  • Direcciones de 128 bits (3,4·10³⁸ direcciones).
• Formato de cabecera más simple:
  • Mayor velocidad de procesamiento en los encaminadores.
  • Mejora en el rendimiento de los protocolos de encaminamiento.
• Posibilidad de autoconfiguración de direcciones.
• Mejor soporte para opciones adicionales:
  • Las opciones de IPv6 no se codifican en la cabecera, sino en el cuerpo del paquete IP mediante cabeceras de extensión.
  • Dispone de mayor espacio para su codificación.
  • Permite introducir nuevas opciones en el futuro.
• Opciones de seguridad tanto para autenticación como para cifrado.
• Soporte para tráfico en tiempo real (ej. VoIP).
• Encaminamiento jerárquico basado en prefijos.
• Mecanismos de transición desde la versión 4.

Encaminamiento en Redes

El encaminamiento consiste en encontrar un camino, desde el origen al destino, a través de nodos de conmutación o encaminadores (routers) intermedios.

Elección del Enlace

La elección del enlace se realiza según:

• Tablas de encaminamiento: Usando el campo dirección destino del paquete IP (no orientado a conexión).
  • Encaminamiento por siguiente salto (next hop routing).
  • Entradas en la tabla (caminos) por host, red o por defecto.
  • Las entradas de red pueden ser con o sin clase.
• Etiquetas: Cada datagrama IP se etiqueta y se conmuta según esa etiqueta (orientado a conexión).
  • Reduce la complejidad de la tabla de encaminamiento.
  • Se usa siempre el mismo circuito (entrega en orden y tiempo predecible).
  • Campo Flow Label en la cabecera IPv6.
  • MPLS (Multiprotocol Label Switching).

Técnicas de Encaminamiento

Encaminamiento Local

• No tiene en cuenta la topología de la red y usa únicamente información local.
• Las técnicas más comunes son:
  • Encaminamiento aleatorio.
  • Encaminamiento aislado.
  • Inundación.

Encaminamiento Estático

• Las decisiones de encaminamiento consideran la topología de la red.
• Las tablas de encaminamiento se construyen manualmente y no se adaptan a los cambios de la red.

Encaminamiento Dinámico

• Las tablas de encaminamiento se construyen de forma automática, mediante el intercambio periódico de información entre los encaminadores.
• Permite adaptar automáticamente el encaminamiento a los cambios en la topología de la red.
• Las técnicas más comunes son:
  • Encaminamiento por vector de distancias (ej. RIP).
  • Encaminamiento por estado de los enlaces (ej. OSPF).

Protocolo de Información de Encaminamiento (RIP)

RIP Versión 1

Mensajes de Solicitud (REQUEST)

• Enviados cuando se conecta a la red → Network address = 0.0.0.0.
• Enviados cuando caduca una entrada en la tabla → Network address = Dir. red.

Mensajes de Respuesta (RESPONSE)

• Periódicamente difundidos (broadcast), con el vector de distancias.
• Enviados en respuesta a una solicitud.
• Actualización forzada, cuando cambia la distancia a la red.

Limitaciones de RIP Versión 1

• Puede generar gran cantidad de tráfico broadcast, debido a la difusión periódica de los vectores de distancias (mensajes RESPONSE).
• No admite métricas alternativas al número de saltos.
• Una vez calculadas las tablas, no se admiten caminos alternativos para equilibrar la carga de la red.
• Cuando la red crece, los cambios pueden tardar bastante tiempo en propagarse hasta todos los puntos de la red.
• El infinito se establece en 16 saltos. Redes grandes pueden necesitar más saltos.
• No hay soporte para CIDR.

RIP Versión 2 (RIP-2)

RIP versión 2 (RIP-2) es un protocolo de routing similar a RIP-1 que mejora algunas de las limitaciones de la versión 1:

• Soporte para direcciones sin clase.
• Soporte para multicast (224.0.0.9).
• Soporte para autenticación.

RIP para IPv6

RIPng (RIP new generation) es la adaptación del protocolo RIP-2 para IPv6.

Diferencias con RIP-2

• Los mensajes RIPng se encapsulan en datagramas UDP dirigidos al puerto 521 y se difunden a la dirección IPv6 multicast FF02::9.
• El vector de distancias contenido en los mensajes de tipo RESPONSE, en lugar de direcciones de red IPv4, anuncia prefijos de red IPv6.
• La información de ruta contenida en un vector de distancias no incluye el campo Next Hop (casi duplicaría el tamaño de cada entrada).
  • En su lugar, se puede incluir una entrada específica de Next Hop (con 0xFF en el campo Metric) que afecta a las entradas siguientes, hasta que aparece una nueva entrada de Next Hop.
• No utiliza información de autenticación como en RIP-2.
  • En lugar de ello, utiliza los mecanismos de cifrado y autenticación disponibles en IPv6.

Protocolo de Control de Transmisión (TCP)

Responsabilidad de la capa de transporte: Comunicación proceso a proceso en lugar de host a host. Control de flujo y de errores al nivel de transporte (Internet). Establecer, gestionar y cerrar conexiones entre procesos remotos.

Características de TCP

TCP utiliza:

• Puertos para la comunicación proceso a proceso (igual que UDP).
• Un mecanismo de ventana deslizante para el control de flujo.
• ACKs, Time-Out y retransmisiones para el control de errores.
• Conexiones: la aplicación puede enviar flujos grandes de datos.
  • TCP crea una conexión.
  • Divide el flujo en paquetes más pequeños (transportables) que envía.
  • El TCP receptor espera a que lleguen los trozos.
  • Los comprueba y ensambla para formar el flujo original, que entrega al proceso destino.
  • Cierra la conexión.

TCP es un protocolo orientado a conexión.

Protocolo de Datagramas de Usuario (UDP)

Responsabilidad de la capa de transporte: Comunicación proceso a proceso en lugar de host a host. Control de flujo y de errores al nivel de transporte (Internet). Establecer, gestionar y cerrar conexiones entre procesos remotos.

Características de UDP

UDP es no fiable y no orientado a conexión.

UDP únicamente añade a IP la comunicación proceso a proceso:

• No hay control de flujo.
• No hay conexión UDP.
• No hay corrección de errores, aunque sí detección.