Comunicación en Red: Protocolos, Arquitecturas y Aplicaciones

1. Comunicación a través de la Red

1.1 Introducción

Las redes nos conectan cada vez más. Las personas se comunican en línea desde cualquier lugar. La tecnología confiable y eficiente permite que las redes estén disponibles cuando y donde las necesitemos. A medida que la red humana sigue creciendo, la plataforma que la conecta y le da soporte también debe hacerlo.

1.2 Elementos de la Comunicación

La comunicación comienza con un mensaje o información que se debe enviar de una persona o dispositivo a otro. Todos estos métodos tienen tres elementos en común:

• Emisor: El origen del mensaje.
• Receptor: El destino del mensaje.
• Canal: Los medios que proporcionan el camino por el que el mensaje viaja desde el origen hasta el destino.

1.3 Comunicación de Mensajes

Un método eficiente es dividir los datos en partes más pequeñas y manejables para enviarlas por la red. Esta división se denomina segmentación. La segmentación de mensajes tiene dos beneficios principales:

• Permite intercalar diversas conversaciones en la red al enviar partes individuales más pequeñas.
• Aumenta la confiabilidad de las comunicaciones de red.

1.4 Componentes de la Red

Los componentes de una red se dividen en:

• Dispositivos y medios: Los elementos físicos o hardware de la red. Los medios, como el cableado, conectan estos dispositivos.
• Servicios y procesos: Los programas de comunicación o software.

1.5 Dispositivos Finales y su Rol en la Red

Los dispositivos finales constituyen la interfaz entre la red humana y la red de comunicación subyacente. Algunos ejemplos son:

• Computadoras (estaciones de trabajo, portátiles, servidores de archivos, servidores web)
• Impresoras de red
• Teléfonos VoIP
• Cámaras de seguridad
• Dispositivos portátiles móviles (como escáneres inalámbricos para códigos de barras y PDA)

1.6 Dispositivos Intermedios y su Rol en la Red

Los dispositivos intermedios proporcionan conectividad y trabajan detrás del escenario para garantizar que los datos fluyan a través de la red. Conectan los hosts individuales a la red y pueden conectar varias redes individuales para formar una internetwork. Algunos ejemplos son:

• Dispositivos de acceso a la red (hubs, switches y puntos de acceso inalámbrico)
• Dispositivos de internetwork (routers)
• Servidores y módems de comunicación
• Dispositivos de seguridad (firewalls)

1.7 Medios de Red

Las redes modernas utilizan principalmente tres tipos de medios:

• Hilos metálicos dentro de cables
• Fibras de vidrio o plástico (cable de fibra óptica)
• Transmisión inalámbrica

La codificación de la señal es diferente para cada tipo de medio.

1.8 Redes de Área Local (LAN)

Una LAN generalmente cubre una única área geográfica y proporciona servicios y aplicaciones a personas dentro de una estructura organizacional común, como una empresa, un campus o una región.

1.9 Redes de Área Amplia (WAN)

Las WAN conectan las LAN en ubicaciones separadas geográficamente. Aunque la organización mantiene todas las políticas y la administración de las LAN en ambos extremos de la conexión, las políticas dentro de la red del proveedor del servicio de comunicaciones las controla el TSP.

1.10 Internet: Una Red de Redes

Internetwork

Una internetwork es una malla mundial de redes interconectadas que satisface las necesidades de comunicación humana. Algunas de estas redes interconectadas pertenecen a grandes organizaciones y son privadas. La internetwork accesible al público en general más conocida es Internet.

Intranet

Una intranet es una conexión privada de LAN y WAN que pertenece a una organización y está diseñada para que accedan a ella sólo los miembros, empleados u otras personas autorizadas.

1.11 Representaciones de Red

El uso de representaciones visuales y gráficos es útil para comprender la conectividad y el funcionamiento de una gran internetwork.

1.12 Redes que Rigen las Comunicaciones: Protocolos

Toda comunicación está regida por reglas predeterminadas llamadas protocolos. Estos protocolos son específicos de las características de la conversación.

1.13 Protocolos de Red

Las suites de protocolos de networking describen procesos como:

• El formato o la estructura del mensaje
• El método para compartir información sobre rutas con otras redes
• La gestión de mensajes de error y del sistema
• La configuración y terminación de sesiones de transferencia de datos

1.14 Suites, Protocolos y Estándares de la Industria

El uso de estándares asegura que los productos de diferentes fabricantes puedan funcionar conjuntamente.

1.15 Interacción de los Protocolos

• Protocolo de aplicación: El Protocolo de Transferencia de Hipertexto (HTTP) rige la interacción entre un servidor web y un cliente web.
• Protocolo de transporte: El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) administra las conversaciones individuales entre servidores web y clientes web.
• Protocolo de internetwork: El Protocolo de Internet (IP) encapsula los segmentos TCP en paquetes, asigna direcciones y selecciona la mejor ruta.
• Protocolos de acceso a la red: Describen la administración de enlace de datos y la transmisión física de datos en los medios.

1.16 Protocolos Independientes de la Tecnología

Los protocolos generalmente describen qué funciones se requieren, pero no cómo realizarlas, permitiendo que su implementación sea independiente de la tecnología.

1.17 Modelos de Protocolo y Referencia

El modelo de Interconexión de Sistema Abierto (OSI) es el modelo de referencia de internetwork más conocido. Se usa para diseño de redes, especificaciones de funcionamiento y resolución de problemas. El modelo TCP/IP es otro modelo importante. Los diseñadores pueden crear sus propios modelos.

1.18 Comparación entre el Modelo OSI y el Modelo TCP/IP

(Se necesita información adicional para completar esta sección)

1.19 Direccionamiento en la Red

El modelo OSI describe los procesos de codificación, formateo, segmentación y encapsulación de datos. Un flujo de datos se puede dividir en partes y entrelazar con otros mensajes.

1. Protocolos y Funcionalidad de la Capa de Aplicación

1.1 Modelo OSI y TCP/IP

La funcionalidad de los protocolos de capa de aplicación de TCP/IP se adapta aproximadamente a las tres capas superiores del modelo OSI: Aplicación, Presentación y Sesión.

1.2 Capa de Presentación

Esta capa se encarga de la codificación, conversión y compresión de datos, así como de la encriptación y descifrado de los mismos.

1.3 Capa de Sesión

Esta capa crea y mantiene diálogos entre las aplicaciones de origen y destino, gestionando el intercambio de información para iniciar, mantener y reiniciar sesiones.

La mayoría de las aplicaciones incorporan la funcionalidad de las capas 5, 6 y 7 del modelo OSI.

1.4 Elementos de la Capa de Aplicación

• Protocolos: Especifican el control y formato de la información.
• Aplicaciones: Implementan los protocolos.
• Servicios: Programas auxiliares comunes a las aplicaciones.

Las aplicaciones permiten crear mensajes, los servicios establecen la interfaz con la red y los protocolos definen las reglas y formatos.

1.5 Modelo Cliente-Servidor

El cliente solicita información y el servidor responde. Ambos procesos forman parte de la capa de Aplicación.

1.6 Modelo Entre Pares (P2P)

En el modelo P2P, un dispositivo puede actuar como cliente y servidor a la vez.

1.7 Esquemas de Direccionamiento

La capa de transporte utiliza números de puerto para identificar las aplicaciones y servicios de la capa de Aplicación. Los servidores utilizan números de puerto predefinidos:

• DNS: puerto TCP/UDP 53
• HTTP: puerto TCP 80
• SMTP: puerto TCP 25
• POP: puerto UDP 110
• Telnet: puerto TCP 23
• DHCP: puerto UDP 67
• FTP: puertos TCP 20 y 21

1.8 DNS

El Sistema de Nombres de Dominio (DNS) traduce nombres de dominio a direcciones IP. Utiliza un conjunto distribuido de servidores y un formato de mensaje simple. Nslookup es una herramienta para consultar servidores DNS.

1.9 WWW y HTTP

Los clientes web se conectan a servidores web mediante HTTP para solicitar recursos, como páginas HTML.

1.10 SMTP y POP

Los Agentes de Usuario de Correo (MUA) o clientes de correo electrónico se utilizan para enviar y recibir correos. Los servidores de correo electrónico ejecutan MTA (para enviar) y MDA (para recibir).

1.11 FTP

El Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP) permite la transferencia de archivos entre clientes y servidores. El cliente FTP se conecta al servidor en el puerto 21 (control) y utiliza otros puertos para la transferencia de datos.