Capítulo 9: Capa de transporte

Presentación del tema: "Capítulo 9: Capa de transporte"— Transcripción de la presentación:

1 Capítulo 9: Capa de transporte
Introducción a redes 

2 Tema 9.1.1: Transporte de datos

3 Función de la capa de transporte
La capa de transporte es responsable de establecer una sesión de comunicación temporal entre dos aplicaciones y de transmitir datos entre ellas. La capa de transporte proporciona servicios como los siguientes: Admisión de la transmisión de datos orientada a la conexión Confiabilidad Control del flujo Multiplexación Función de la capa de transporte

4 Tareas de la capa de transporte
Seguimiento de conversaciones individuales Mediante el seguimiento de cada conversación individual que fluye entre una aplicación de origen y una aplicación de destino por separado. Tareas de la capa de transporte

5 Tareas de la capa de transporte (cont.)
Segmentación de datos y rearmado de segmentos Mediante la división de los datos en segmentos que son más fáciles de administrar y de transportar. Tareas de la capa de transporte

6 Tareas de la capa de transporte (cont.)
Identificación de aplicaciones Al asegurar aun cuando se ejecutan varias aplicaciones en un dispositivo, todas las aplicaciones reciben los datos correctos. Tareas de la capa de transporte

7 Multiplexación de conversaciones
La segmentación de los datos en partes más pequeñas permite que se entrelacen (multiplexen) muchas comunicaciones de distintos usuarios en la misma red. La capa de transporte agrega un encabezado que contiene datos binarios para identificar cada segmento de datos y habilitar varios protocolos de capa de transporte para que realicen diferentes funciones en la administración de la comunicación de datos. Multiplexación de conversaciones

8 Confiabilidad de la capa de transporte
La capa de transporte también es responsable de administrar la confiabilidad. Es posible que algunas aplicaciones no requieran confiabilidad. Los requisitos de la capa de transporte varían según la aplicación. El paquete TCP/IP proporciona dos protocolos de la capa de transporte: el protocolo de control de transmisión (TCP) y el protocolo de datagramas de usuario (UDP). IP utiliza estos protocolos de transporte para habilitar la comunicación y la transferencia de datos entre los hosts. TCP se considera un protocolo de capa de transporte completo y confiable que permite confirmar la entrega del paquete de datos. En cambio, UDP es un protocolo de capa de transporte muy simple que no proporciona confiabilidad. Confiabilidad de la capa de transporte

9 TCP El transporte TCP es confiable, ya que admite la confirmación de la entrega de paquetes. Existen tres operaciones básicas que habilitan la confiabilidad con TCP: La numeración y el seguimiento de los segmentos de datos transmitidos hacia un host específico desde una aplicación determinada El acuse de recibo de datos La retransmisión de cualquier dato sin acuse de recibo después de un período determinado TCP

10 UDP Algunas aplicaciones no requieren confiabilidad. La confiabilidad genera sobrecarga adicional y posibles demoras en la trasmisión. Agregar sobrecarga para garantizar la confiabilidad para algunas aplicaciones podría reducir la utilidad de la aplicación e incluso ser perjudicial. Si no se requiere confiabilidad, UDP es un mejor protocolo de transporte. UDP proporciona las funciones básicas para distribuir segmentos de datos entre las aplicaciones adecuadas, con muy poca sobrecarga y revisión de datos. UDP

11 Protocolos de capa de transporte
TCP es una mejor elección para lo siguiente: Aplicaciones cuyos segmentos deben llegar en una secuencia muy específica para que se puedan procesar correctamente. Aplicaciones en las cuales todos los datos se deben recibir en forma completa para poder considerarlos útiles Aplicaciones que requieren TCP incluyen las siguientes: bases de datos, navegadores web y clientes de correo electrónico UDP es una mejor opción para las aplicaciones que pueden tolerar cierta pérdida de datos durante la transmisión, pero las demoras en esta son inaceptables. Las aplicaciones que utilizan UDP incluyen las siguientes: Transmisión de audio en vivo Transmisión de video en vivo Voz sobre IP (VoIP) Protocolos de capa de transporte

12 Tema 9.1.2: Descripción general de TCP y UDP

13 Características de TCP
Además de admitir funciones básicas de segmentación y rearmado de datos, TCP también proporciona los siguientes servicios: Establecimiento de una sesión Entrega confiable Entrega en el mismo orden Control del flujo Características de TCP Establecimiento de una sesión TCP es un protocolo orientado a la conexión. Un protocolo orientado a la conexión es uno que negocia y establece una conexión (o sesión) permanente entre los dispositivos de origen y de destino antes de reenviar tráfico. Mediante el establecimiento de sesión, los dispositivos negocian la cantidad de tráfico que se puede reenviar en un momento determinado, y los datos que se comunican entre ambos se pueden administrar detenidamente. Entrega confiable En términos de redes, la confiabilidad significa asegurar que cada segmento que envía el origen llegue al destino. Por varias razones, es posible que un segmento se dañe o se pierda por completo a medida que se transmite en la red. Entrega en el mismo orden Los datos pueden llegar en el orden equivocado, debido a que las redes pueden proporcionar varias rutas que pueden tener diferentes velocidades de transmisión. Al numerar y secuenciar los segmentos, TCP puede asegurar que estos se rearmen en el orden correcto. Control del flujo Los hosts de red tienen recursos limitados, como la memoria o la capacidad de procesamiento. Cuando TCP advierte que estos recursos están sobrecargados, puede solicitar que la aplicación emisora reduzca la velocidad del flujo de datos. Esto lo lleva a cabo TCP, que regula la cantidad de datos que transmite el origen. El control del flujo puede evitar la necesidad de retransmisión de datos cuando los recursos del host receptor se ven sobrecargados. Para obtener más información sobre TCP, consulte el RFC.

14 Encabezado TCP TCP es un protocolo con información de estado. Hace un seguimiento del estado de la sesión de comunicación por medio del registro de la información enviada y de la información con acuse de recibo. Como se muestra en la imagen, cada segmento TCP tiene 20 bytes de sobrecarga en el encabezado que encapsula los datos de la capa de aplicación. Encabezado TCP Puerto de origen (16 bits) y puerto de destino (16 bits): se utilizan para identificar la aplicación. Número de secuencia (32 bits): se utiliza para rearmar datos. Número de acuse de recibo (32 bits): indica los datos que se recibieron. Longitud del encabezado (4 bits): conocido como “desplazamiento de datos”. Indica la longitud del encabezado del segmento TCP. Reservado (6 bits): este campo está reservado para el futuro. Bits de control (6 bits): incluyen códigos de bit, o indicadores, que indican el propósito y la función del segmento TCP. Tamaño de la ventana (16 bits): indica la cantidad de bytes que se puedan aceptar por vez. Checksum (16 bits): se utiliza para la verificación de errores en el encabezado y los datos del segmento. Urgente (16 bits): indica si la información es urgente.

15 Características de UDP

16 Encabezado UDP UDP es un protocolo sin información de estado. Ni el emisor ni el receptor están obligados a hacer un seguimiento del estado de la sesión de comunicación. La aplicación debe manejar la confiabilidad. Las aplicaciones de voz y de video en vivo deben entregar los datos de forma rápida y pueden tolerar cierta pérdida de información. Se adaptan perfectamente a UDP. Las porciones de comunicación en UDP se denominan "datagramas". El protocolo de la capa de transporte envía estos datagramas como servicio mínimo. UDP tiene una sobrecarga baja de 8 bytes. Encabezado UDP

17 Varias conversaciones por separado
La capa de transporte debe separar y administrar varias comunicaciones con diferentes requisitos de transporte. Diferentes aplicaciones envían y reciben datos en la red de manera simultánea. Los valores únicos de encabezado permiten que TCP y UDP administren estas distintas conversaciones simultáneas por medio de la identificación de estas aplicaciones. Estos identificadores únicos son los números de puerto. Varias conversaciones por separado

18 Números de puerto Puerto de origen Puerto de destino
El dispositivo emisor elige el número de puerto de origen de manera dinámica para identificar una conversación entre dos dispositivos. Un cliente HTTP suele enviar varias solicitudes HTTP a un servidor web al mismo tiempo. El seguimiento de cada conversación HTTP por separado se basa en los puertos de origen. Puerto de destino Se utiliza para identificar una aplicación o un servicio en ejecución en el servidor. Un servidor puede ofrecer más de un servicio a la vez y, un servicio web en el puerto  80 y FTP en el puerto  21 simultáneamente. Números de puerto

19 Pares de sockets La combinación de la dirección IP de origen y el número de puerto de origen, o la dirección IP de destino y el número de puerto de destino, se conoce como “socket”. El socket se utiliza para identificar el servidor y el servicio que solicita el cliente. Dos sockets se combinan para formar un par de sockets: :1099, :80. Los sockets permiten que varios procesos que se ejecutan en un cliente y que varias conexiones a un proceso de servidor se distingan entre sí. El número del puerto de origen funciona como dirección de retorno para la aplicación solicitante. La tarea de la capa de transporte es hacer un seguimiento de los sockets activos. Pares de sockets

20 Grupos de números de puerto
La Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA) es el organismo de estandarización que se encarga de asignar diversos estándares de direccionamiento, incluidos los números de puerto. Números de puerto conocidos Grupos de números de puerto Puertos conocidos (números del 0 al 1023): estos números se reservan para servicios y aplicaciones. En general, se utilizan para aplicaciones como navegadores web, clientes de correo electrónico y acceso remoto. Al definir estos puertos conocidos para las aplicaciones de servidor, las aplicaciones cliente se pueden programar para solicitar una conexión a ese puerto en particular y al servicio relacionado. Puertos registrados (números del 1024 al 4915:1) IANA asigna estos números de puerto a una entidad solicitante para utilizarlos en aplicaciones o procesos específicos. Principalmente, estos procesos son aplicaciones individuales que el usuario elige instalar en lugar de aplicaciones comunes que recibiría un número de puerto conocido. Por ejemplo, Cisco registró el puerto 1985 para su proceso de protocolo de routing de reserva activa (HRSP). Puertos dinámicos o privados (números del al 65535): conocidos también como "puertos efímeros", el SO del cliente suele asignar estos números dinámicamente cuando se inicia una conexión a un servicio. Después, el puerto dinámico se utiliza para identificar la aplicación cliente durante la comunicación. En la figura 2, se muestran algunos números de puerto conocidos comunes y sus aplicaciones asociadas. Algunas aplicaciones pueden utilizar TCP y UDP. Por ejemplo, DNS utiliza UDP cuando los clientes envían solicitudes a un servidor DNS. Sin embargo, la comunicación entre dos servidores DNS siempre usa TCP.

21 El comando netstat Las conexiones TCP desconocidas pueden indicar una amenaza de seguridad grave. Netstat es una utilidad de red importante que puede utilizarse para verificar las conexiones activas en un host. Utilice netstat para indicar el protocolo en uso, la dirección y los números de puerto locales, la dirección y los números de puerto externos, así como el estado de conexión. De manera predeterminada, el comando netstat intenta resolver las direcciones IP en nombres de dominio y los números de puerto en aplicaciones conocidas. La opción -n se puede utilizar para mostrar las direcciones IP y los números de puerto en su formato numérico. El comando netstat Actividad: Comparar las características de TCP y UDP

22 Sección 9.2: TCP y UDP Al finalizar esta sección, podrá hacer lo siguiente: Explicar la forma en que los procesos de establecimiento y finalización de sesión TCP promueven una comunicación confiable. Explicar la forma en que se transmiten y se reconocen las unidades de datos del protocolo TCP para garantizar la entrega. Describir los procesos de cliente UDP para establecer la comunicación con un servidor. Comparar UDP y TCP.

23 Tema 9.2.1: Proceso de comunicación TCP

24 Procesos del servidor TCP
Cada proceso de aplicación que se ejecuta en el servidor utiliza un número de puerto. Un servidor individual no puede tener dos servicios asignados al mismo número de puerto dentro del mismo servicio de la capa de transporte. Una aplicación de servidor activa asignada a un puerto específico se considera abierta. Toda solicitud entrante de un cliente dirigida a un puerto abierto se acepta y se procesa en la aplicación de servidor conectada a dicho puerto. Pueden existir muchos puertos abiertos simultáneamente en un servidor, uno para cada aplicación de servidor activa. Procesos del servidor TCP

25 Establecimiento de conexiones TCP
Una conexión TCP se establece en tres pasos: El cliente de origen solicita una sesión de comunicación de cliente a servidor con el servidor. El servidor acusa recibo de la sesión de comunicación de cliente a servidor y solicita una sesión de comunicación de servidor a cliente. El cliente de origen acusa recibo de la sesión de comunicación de servidor a cliente. Establecimiento de conexiones TCP

26 Terminación de una sesión TCP
El indicador TCP FIN se utiliza para terminar una conexión TCP. Cuando el cliente no tiene más datos para enviar en la transmisión, envía un segmento con el indicador FIN establecido. El servidor envía un ACK para acusar recibo del FIN para terminar la sesión de cliente a servidor. El servidor envía un FIN al cliente para terminar la sesión de servidor a cliente. El cliente responde con un ACK para dar acuse de recibo del FIN del servidor. Cuando se dio acuse de recibo de todos los segmentos, se cierra la sesión. Terminación de una sesión TCP

27 Análisis del protocolo TCP de enlace de tres vías
El enlace de tres vías: Establece que el dispositivo de destino está presente en la red. Verifica que el dispositivo de destino tenga un servicio activo y acepte solicitudes en el número de puerto de destino que el cliente de origen desea utilizar. Informa al dispositivo de destino que el cliente de origen intenta establecer una sesión de comunicación en dicho número de puerto Análisis del protocolo TCP de enlace de tres vías Demostración en video: Protocolo TCP de enlace de tres vías Práctica de laboratorio: Uso de Wireshark para observar el protocolo TCP de enlace de tres vías Actividad: Proceso de conexión y terminación de TCP

28 Tema 9.2.2: Confiabilidad y control del flujo

29 Confiabilidad de TCP: entrega ordenada
Los segmentos TCP utilizan números de secuencia para identificar exclusivamente a cada segmento y dar acuse de recibo de ellos, hacer un seguimiento del orden de segmentos e indicar la forma en que se vuelven a armar y a reordenar los segmentos recibidos. Durante la configuración de la sesión TCP, se elige un número de secuencia inicial (ISN) al azar. Después, el ISN se incrementa con el número de bytes transmitidos. El proceso de TCP receptor reúne los datos del segmento en el búfer hasta que se reciban y se vuelvan a armar todos los datos. Los segmentos que se reciben en desorden se conservan para su posterior procesamiento. Los datos se entregan a la capa de aplicación solo cuando se hayan recibido y se hayan vuelto a armar por completo. Confiabilidad de TCP: entrega ordenada

30 Confiabilidad de TCP (acuses de recibo y números de secuencia)
TCP está diseñado para confirmar que cada segmento llegó a su destino. La configuración de la sesión TCP asegura que no solo se pueda llegar al destino, sino que este también pueda recibir datos. El proceso de TCP en el host de destino acusa recibo de los datos que recibió de la aplicación de origen. TCP permite la retransmisión de segmentos perdidos. TCP asegura que todos los segmentos estén reordenados adecuadamente al recibirlos. La terminación de una sesión TCP permite que las partes finalicen correctamente una sesión TCP cuando no se transfieren datos (indicador FIN). De ser necesario, una terminal TCP puede terminar de manera abrupta una sesión (indicador RST). En el video de la página , se explican los acuses de recibo y los números de secuencia TCP. Demostración en video: Confiabilidad de TCP (acuses de recibo y números de secuencia)

31 Confiabilidad de TCP (pérdida y retransmisión de datos)
TCP proporciona métodos para administrar la pérdida de segmentos. Entre ellos, se encuentra un mecanismo para retransmitir segmentos con datos sin acuse de recibo. En el video de la página , se explica la retransmisión TCP. Demostración en video: Confiabilidad de TCP (pérdida y retransmisión de datos)

32 Control del flujo de TCP: tamaño de la ventana y acuses de recibo
TCP también proporciona mecanismos para el control del flujo. El control del flujo asegura que las terminales TCP puedan recibir y procesar datos de manera confiable. TCP administra el control del flujo mediante el ajuste de la velocidad del flujo de datos entre el origen y el destino en una sesión determinada. La función de control del flujo TCP depende de un campo del encabezado TCP de 16 bits denominado "tamaño de ventana". El tamaño de ventana es la cantidad de bytes que el dispositivo de destino de una sesión TCP puede aceptar y procesar al mismo tiempo. El origen y el destino TCP acuerdan el tamaño de ventana inicial cuando se establece la sesión TCP. De ser necesario, las terminales TCP pueden ajustar el tamaño de ventana durante una sesión. Control del flujo de TCP: tamaño de la ventana y acuses de recibo

33 Control del flujo de TCP: prevención de congestiones
La congestión de red suele dar como resultado el descarte de paquetes. Los segmentos TCP que no se entregan activan la retransmisión. La retransmisión de segmentos TCP puede empeorar la congestión. El origen puede estimar un nivel determinado de congestión de red al observar la velocidad a la que se envían los segmentos TCP sin acusar recibo. El origen puede reducir la cantidad de bytes que envía antes de recibir un acuse de recibo cuando se detecta la congestión. El origen reduce la cantidad de bytes que envía sin acuse de recibo y no el tamaño de ventana, el cual lo determina el destino. El destino suele desconocer la congestión de red y considera que no es necesario sugerir un nuevo tamaño de ventana. Control del flujo de TCP: prevención de congestiones

34 Tema 9.2.3: Comunicación UDP

35 Comparación de baja sobrecarga y confiabilidad de UDP
UDP es un protocolo simple. UDP proporciona las funciones básicas de la capa de transporte. UDP tiene mucha menos sobrecarga que TCP. UDP no está orientado a la conexión y no proporciona los mecanismos sofisticados de retransmisión, secuenciación y control del flujo. Las aplicaciones que ejecutan UDP aún pueden utilizar la confiabilidad, pero se debe implementar en la capa de aplicación. Sin embargo, UDP no es inferior. Está diseñado para ser más simple y más rápido que TCP a expensas de la confiabilidad. Comparación de baja sobrecarga y confiabilidad de UDP

36 Rearmado de datagramas UDP
UDP no realiza un seguimiento de los números de secuencia de la manera en que lo hace TCP. UDP no puede reordenar los datagramas en el orden de la transmisión. UDP simplemente vuelve a armar los datos en el orden en el que se recibieron. Si es necesario, la aplicación debe identificar la secuencia correcta. Rearmado de datagramas UDP

37 Procesos de servidor UDP
A las aplicaciones de servidor basadas en UDP se les asignan números de puerto conocidos o registrados. Las aplicaciones y los servicios UDP que se ejecutan en un servidor aceptan las solicitudes de cliente UDP. Las solicitudes que se reciben en un puerto específico se reenvían a la aplicación adecuada según los números de puerto. Procesos de servidor UDP

38 Procesos de servidor UDP
La comunicación entre cliente y servidor UDP también se inicia con una aplicación cliente. El proceso de cliente UDP selecciona de manera dinámica un número de puerto y lo utiliza como puerto de origen. Por lo general, el puerto de destino es el número de puerto conocido o registrado que se asigna al proceso de servidor. Se utiliza el mismo par de puertos de origen o destino en el encabezado de todos los datagramas usados en la transacción. En la devolución de datos del servidor al cliente, se invierten los números de puerto de origen y de destino en el encabezado del datagrama. Procesos de cliente UDP Práctica de laboratorio: Uso de Wireshark para examinar una captura UDP de DNS

39 Tema 9.2.4: TCP o UDP

40 Aplicaciones que utilizan TCP
TCP maneja todas las tareas relacionadas con la capa de transporte. Esto hace que la aplicación no tenga que administrar ninguna de dichas tareas. Las aplicaciones simplemente pueden enviar el flujo de datos a la capa de transporte y utilizar los servicios de TCP. Aplicaciones que utilizan TCP

41 Aplicaciones que utilizan UDP
Existen tres tipos de aplicaciones que son las más adecuadas para UDP: Aplicaciones multimedia y video en vivo: pueden tolerar cierta pérdida de datos, pero requieren retrasos cortos o que no haya retrasos. Los ejemplos incluyen VoIP y la transmisión de video en vivo. Aplicaciones con solicitudes y respuestas simples: aplicaciones con transacciones simples en las que un host envía una solicitud y existe la posibilidad de que reciba una respuesta o no. Los ejemplos incluyen DNS y DHCP. Aplicaciones que manejan la confiabilidad por sí mismas: comunicaciones unidireccionales en las que no se requiere control del flujo, detección de errores, acuses de recibo ni recuperación de errores, o en las que estas tareas pueden manejarse mediante la aplicación. Los ejemplos incluyen SNMP y TFTP. Aplicaciones que utilizan UDP Práctica de laboratorio: Uso de Wireshark para examinar FTP y TFTP Actividad: TCP, UDP o ambos

42 Sección 9.3: Resumen Objetivos del capítulo:
Explicar la forma en que los protocolos y servicios de capa de transporte admiten comunicaciones a través de las redes de datos. Comparar el funcionamiento de los protocolos de capa de transporte en la admisión de la comunicación de extremo a extremo.