Cómo manejan las comunicaciones de datos los protocolos TCP/IP

Cuando un usuario ejecuta un comando que utiliza un protocolo de capa de aplicación TCP/IP, se inicia una serie de eventos. El mensaje o el comando del usuario se transfiere a través de la pila de protocolo TCP/IP del sistema local. A continuación, el mensaje o el comando pasa por el medio de red hasta los protocolos del sistema remoto. Los protocolos de cada capa del host de envío agregan información a los datos originales.

Además, dichos protocolos interactúan con sus equivalentes en el host de recepción. La Figura 1-1 muestra la interacción.

Encapsulado de datos y la pila de protocolo TCP/IP

El paquete es la unidad de información básica que se transfiere a través de una red. El paquete básico se compone de un encabezado con las direcciones de los sistemas de envío y recepción, y un cuerpo, o carga útil, con los datos que se van a transferir. Cuando el paquete se transfiere a través de la pila de protocolo TCP/IP, los protocolos de cada capa agregan o eliminan campos del encabezado básico. Cuando un protocolo del sistema de envío agrega datos al encabezado del paquete, el proceso se denomina encapsulado de datos. Asimismo, cada capa tiene un término diferente para el paquete modificado, como se muestra en la figura siguiente.

Figura 1-1 Transferencia de un paquete a través de la pila TCP/IP

Esta sección resume el ciclo de vida de un paquete. El ciclo de vida empieza cuando se ejecuta un comando o se envía un mensaje, y finaliza cuando la aplicación adecuada del sistema receptor recibe el paquete.

Capa de aplicación: el origen de la comunicación

El recorrido del paquete empieza cuando un usuario en un sistema envía un mensaje o ejecuta un comando que debe acceder a un sistema remoto. El protocolo de aplicación da formato al paquete para que el protocolo de capa de transporte adecuado (TCP o UDP) pueda manejar el paquete.

Supongamos que el usuario ejecuta un comando rlogin para iniciar sesión en el sistema remoto, tal como se muestra en la Figura 1-1. El comando rlogin utiliza el protocolo de capa de transporte TCP. TCP espera recibir los datos con el formato de un flujo de bytes que contiene la información del comando. Por tanto, rlogin envía estos datos como flujo TCP.

Capa de transporte: el inicio del encapsulado de datos

Cuando los datos llegan a la capa de transporte, los protocolos de la capa inician el proceso de encapsulado de datos. La capa de transporte encapsula los datos de aplicación en unidades de datos de protocolo de transporte.

El protocolo de capa de transporte crea un flujo virtual de datos entre la aplicación de envío y la de recepción, que se identifica con un número de puerto de transporte. El número de puerto identifica un puerto, una ubicación dedicada de la memoria par recibir o enviar datos. Además, la capa de protocolo de transporte puede proporcionar otros servicios, como la entrega de datos ordenada y fiable. El resultado final depende de si la información se maneja con los protocolos TCP, SCTP o UDP.

Segmentación TCP

TCP se denomina a menudo protocolo "orientado a la conexión" porque TCP garantiza la entrega correcta de los datos al host de recepción. La Figura 1-1 muestra cómo el protocolo TCP recibe el flujo del comando rlogin. A continuación, TCP divide los datos que se reciben de la capa de aplicación en segmentos y adjunta un encabezado a cada segmento.

Los encabezados de segmento contienen puertos de envío y recepción, información de orden de los segmentos y un campo de datos conocido como suma de comprobación. Los protocolos TCP de ambos hosts utilizan los datos de suma de comprobación para determinar si los datos se transfieren sin errores.

Establecimiento de una conexión TCP

TCP utiliza segmentos para determinar si el sistema de recepción está listo para recibir los datos. Cuando el protocolo TCP de envío desea establecer conexiones, envía un segmento denominado SYN al protocolo TCP del host de recepción. El protocolo TCP de recepción devuelve un segmento denominado ACK para confirmar que el segmento se ha recibido correctamente. El protocolo TCP de envío emite otro segmento ACK y luego procede al envío de los datos. Este intercambio de información de control se denomina protocolo de tres vías.

Paquetes UDP

UDP es un protocolo "sin conexiones". A diferencia de TCP, UDP no comprueba los datos que llegan al host de recepción. En lugar de ello, UDP da formato al mensaje que se recibe desde la capa de la aplicación en los paquetes UDP. UDP adjunta un encabezado a cada paquete. El encabezado contiene los puertos de envío y recepción, un campo con la longitud del paquete y una suma de comprobación.

El proceso UDP de envío intenta enviar el paquete a su proceso UDP equivalente en el host de recepción. La capa de aplicación determina si el proceso UDP de recepción confirma la recepción del paquete. UDP no requiere ninguna notificación de la recepción. UDP no utiliza el protocolo de tres vías.

Capa de Internet: preparación de los paquetes para la entrega

Los protocolos de transporte TCP, UDP y SCTP transfieren sus segmentos y paquetes a la capa de Internet, en la que el protocolo IP los maneja. El protocolo IP los prepara para la entrega asignándolos a unidades denominadas datagramas IP. A continuación, el protocolo IP determina las direcciones IP para los datagramas, para que se puedan enviar de forma efectiva al host de recepción.

Datagramas IP

IP adjunta un encabezado IP al segmento o el encabezado del paquete, además de la información que agregan los protocolos TCP o UDP. La información del encabezado IP incluye las direcciones IP de los hosts de envío y recepción, la longitud del datagrama y el orden de secuencia del datagrama. Esta información se facilita si el datagrama supera el tamaño de bytes permitido para los paquetes de red y debe fragmentarse.

Capa de vínculo de datos: ubicación de la estructuración

Los protocolos de capa de vínculo de datos, como PPP, colocan el datagrama IP en una estructura. Estos protocolos adjuntan un tercer encabezado y un pie de página para crear una estructura del datagrama. El encabezado de la estructura incluye un campo de comprobación de la redundancia cíclica (CRC) que comprueba si se producen errores al transferir la estructura por el medio de red. A continuación, la capa del vínculo de datos transfiere la estructura a la capa física.

Capa de red física: ubicación de envío y recepción de estructuras

La capa de red física del host de envío recibe las estructuras y convierte las direcciones IP en las direcciones de hardware adecuadas para el medio de red. A continuación, la capa de red física envía la estructura a través del medio de red.

Administración del paquete por parte del host de recepción

Cuando el paquete llega al host de recepción, se transfiere a través de la pila de protocolo TCP/IP en el orden inverso al envío. La Figura 1-1 ilustra esta ruta. Asimismo, cada protocolo del host de recepción filtra la información de encabezado que adjunta al paquete su equivalente en el host de envío. Tiene lugar el siguiente proceso:

1. La capa de red física recibe el paquete con el formato de estructura. La capa de red física procesa la CRC del paquete y luego envía la misma estructura a la capa del vínculo de datos.

2. La capa del vínculo de datos comprueba que la CRC de la estructura sea correcta y filtra el encabezado de la estructura y la CRC. Finalmente, el protocolo del vínculo de datos envía la estructura a la capa de Internet.

3. La capa de Internet lee la información del encabezado para identificar la transmisión. A continuación, la capa de Internet determina si el paquete es un fragmento. Si la transmisión está fragmentada, el protocolo IP reúne los fragmentos en el datagrama original. A continuación, IP filtra el encabezado de IP y transfiere el datagrama a los protocolos de capa de transporte.

4. La capa de transporte (TCP, SCTP y UDP) lee el encabezado para determinar qué protocolo de capa de aplicación debe recibir los datos. A continuación, TCP, SCTP o UDP filtra el encabezado relacionado. TCP, SCTP o UDP envía el mensaje o el flujo a la aplicación de recepción.

5. La capa de aplicación recibe el mensaje. A continuación, la capa de aplicación lleva a cabo la operación que solicita el host de envío.

Admisión de seguimiento interno de TCP/IP

TCP/IP proporciona admisión de seguimiento interno registrando la comunicación TCP cuando un paquete RST finaliza una conexión. Cuando se transmite o recibe un paquete RST, con la información de conexión se registra la información de hasta 10 paquetes que se acaban de transmitir.