Redes de Comunicaciones en PDF.

3.4 Otros protocolos de la familia Internet

3.4.1 ARP y RARP

El protocolo ARP (Address Resolution Protocol) es el método estándar para obtener la dirección ``física'' (nivel 2 -de enlace-) de una NIC cuando únicamente se conoce su dirección ``lógica'' (nivel 3 -de red-). Una vez obtenida se guarda temporalmente la información en una tabla (tablas caché ARP) para reducir el número de consultas.

No es un protocolo de uso exclusivo con IP, aunque dada la gran implantación de dicho protocolo y de Ethernet, se utiliza principalmente para asociar una dirección IP a una dirección MAC de Ethernet. También se utiliza ampliamente con IP sobre otras tecnologías LAN como Token Ring, FDDI, IEEE 802.11 (Wi-Fi) o ATM.

Existe un protocolo, RARP (Reverse ARP), cuya función es la inversa.

3.4.2 ICMP e IGMP

ICMP (Internet Control Messaging Protocol) es parte fundamental y complementaria de IP y es empleado por éste para notificar mensajes de error o situaciones que requieren cierta atención. Debido a que los paquetes ICMP viajan en paquetes IP es a veces considerado un nivel por encima.

Los distintos mensajes ICMP posibles utilizan un identificador numérico, que en el caso de los mensajes de error es menor que 128. ICMP también permite adquirir información mediante pares de paquetes petición / respuesta, por ejemplo, para adquirir la máscara de red de un sistema o el valor de su reloj (timestamps). Por último, en numerosas ocasiones se emplea para comprobar la existencia de conectividad, como en la utilidad ``ping'', empleando paquetes ICMP ``echo'' (id. 128) y ``echo reply'' (id. 129).

Los mensajes de error de ICMP se generan cuando el destinatario o un encaminador no puede procesar un paquete IP e incluyen la cabecera del paquete IP que ha generado el error y los primeros 8 bytes del contenido del mismo, lo que es suficiente en TCP para conocer la comunicación que originó el paquete erróneo -recordemos que IP no garantiza la recepción de paquetes-.

Como IPv6 está diseñado para poder soportar múltiples protocolos de transporte, ICMPv6 incluye el inicio del paquete IP fallido original (incluyendo la cabecera) hasta generar un paquete de error de 1280 bytes, que es el MTU mínimo admitido por IPv6.

IGMP (Internet Group Management Protocol) se utiliza para informar a los encaminadores de la pertenencia de un equipo a un grupo de multicast. Es análogo a ICMP pero para conexiones multicast en vez de unicast. IGMP se puede usar para transmisión de vídeo, para juegos... Es un protocolo vulnerable, poco utilizado y opcional (mientras que ICMP es requerido por IAB) por lo que algunos cortafuegos lo bloquean opcionalmente.

3.4.3 TCP

TCP (Transmission Control Protocol) es el protocolo de transporte empleado actualmente por la mayoría de los protocolos de aplicaciones en Internet. Utiliza un esquema de circuito virtual para establecer un flujo de bytes sobre IP.

El protocolo TCP utiliza la técnica de ventana deslizante -pudiéndose cambiar el tamaño de la ventana durante la comunicación- y la técnica de piggybacking es decir, incluye en la transmisión de paquetes, la confirmación de recepción de paquetes. Así un equipo que reciba correctamente los bytes 1, 3 y 4, emitirá el reconocimiento del byte 1 (ACK 1). Cuando reciba correctamente el 2 emitirá ACK 4, indicando que ha recibido correctamente hasta el byte 4¹⁸.

Para permitir múltiples conexiones entre equipos e identificar a los destinatarios y remitentes de manera sencilla, TCP multiplexa las direcciones IP utilizando puertos. Así una conexión TCP se identifica como:

<TCP, IP_local.Puerto_local, IP_destino.Puerto_destino>.

Antes de comenzar la transmisión de datos, se debe establecer una conexión haciendo que los nodos reserven recursos y estableciendo parámetros como el tamaño de los mensajes (MTU del circuito virtual) o la ventana de transmisión. Una conexión TCP se establece en tres pasos (three-way handshake):

1. El equipo que inicia la conexión envía al destinatario un paquete de sincronización ``SYN'' con el número de secuencia inicial elegido para esta conexión¹⁹ y el tamaño de ventana;
2. éste le responde con un paquete de reconocimiento ``SYN-ACK'', confirmándole la recepción de su número inicial (ACK) y enviándole un número propio inicial de secuencia (SYN);
3. el equipo que ha iniciado la conexión reconoce la recepción de la señal ``SYN-ACK'' mediante una señal ``ACK''. En este momento la conexión se ha establecido y puede tener lugar toda la transferencia de datos.

De igual modo, la finalización de la conexión se lleva a cabo mediante el intercambio de un par de paquetes TCP por parte de cada equipo: un paquete ``FIN'' y un paquete ``ACK''. Esto puede llevarse a cabo en 4 pasos (FIN-ACK-FIN-ACK) o en tres pasos (FIN-FIN&ACK-ACK). Algunas implementaciones permiten finalizar en dos pasos o cerrar solo un lado de la comunicación...

Si bien una vez establecida la comunicación, TCP envía los bytes agrupados en conjuntos llamados segmentos, el control de la transmisión, incluyendo la cuenta de envíos (Sequence Number) o las recepciones correctas (Acknowledgment Number), se hace en base a bytes no a paquetes o segmentos.

Las aplicaciones que utilizan TCP pueden invocar a la función Push para solicitar que se envíe un segmento sin esperar nuevos bytes para incluir en él²⁰. De manera similar la función Urgent solicita que los nuevos bytes añadidos al segmento se traten antes que los que ya estén en él esperando su envío²¹.

3.4.4 Cabecera de trama de TCP

0	4	10	16 31
Source Port			Destination Port
Sequence Number
Acknowledgment Number
Dat. Offset	Reserved	Flags	Window
Checksum			Urgent Pointer
Options & Padding

• Source Port: Número de puerto de 16 bits del emisor, que el receptor debe usar para responder.
• Destination Port: Número de puerto de 16 bits del receptor.
• Sequence Number: Número de secuencia del primer byte de datos del segmento enviado en el paquete. Si el byte de control SYN está a 1, el número de secuencia es el inicial y el primer byte de datos será el n+1.
• Acknowledgment Number: Contiene el valor del último byte recibido correctamente. Este número implica que todos los bytes anteriores han sido recibidos correctamente (reconocidos).
• Data Offset: Indica la longitud de la cabecera en palabras de 32 bits y, por tanto, dónde empiezan los datos. Esta longitud es de 5 palabras (20 Bytes) más el campo Opciones si existe.
• Reserved: bits reservados para un uso futuro; deben ser cero.
• Flags: 6 bits utilizados para el control de la conexión
  • URG (Urgent): Indica al receptor que los primeros bytes en tratar sean los bytes urgentes, cuyo inicio se indica en el campo urgent pointer.
  • ACK (Acknowledge): Indica que el campo de reconocimiento es significativo en el segmento.
  • PSH (Push): Indica que se ha solicitado la función Push.
  • RST (Reset): Reinicia la conexión porque el puerto destino no está en uso o el número de secuencia no se puede usar.
  • SYN (Syncro.): Indica si el número de secuencia es el inicial.
  • FIN: Indica que el emisor desea terminar la comunicación.
• Window: Establece un nuevo tamaño de la ventana de bytes para la comunicación.
• Checksum: código de control de la cabecera²². Si no es correcto se desecha el paquete.
• Urgent Pointer: Apunta al primer byte de datos urgentes.
• Options & Padding (Opciones y relleno): este es un campo opcional de longitud variable para pruebas de red o depuración. No se requiere que las implementaciones de TCP puedan generar las opciones, pero sí que puedan procesar los segmentos que contienen opciones saltando las opciones, gracias a que conocen la longitud de la cabecera. Esto hace que la longitud de las opciones deba ser múltiplo de 32bits, utilizándose bits de relleno si es necesario.

3.4.5 UDP

UDP (User Datagram Protocol) es un protocolo que utiliza un esquema de datagramas sobre IP. UDP no garantiza la comunicación, es decir, los paquetes pueden no llegar, llegar correctamente, duplicados o fuera de orden. Al evitar esas comprobaciones y su sobrecarga (overhead) el protocolo UDP es más sencillo, rápido y eficiente que TCP, pero solo sirve para aplicaciones que no necesiten garantías en la comunicación. Esto es muy práctico en aplicaciones en que es más importante la velocidad de transmisión (como comunicación de audio y vídeo: IPTV, VoIP, juegos en línea) o en aplicaciones servidoras sin estado que deben responder pequeñas consultas de un gran número de clientes (como DNS). A diferencia de TCP, UDP permite paquetes de difusión (broadcast y multicast).

3.4.6 Cabecera de trama de UDP

0	16 31
Source Port	Destination Port
Length	Checksum

La cabecera de trama de UDP únicamente indica puertos de origen y destino, longitud del datagrama -incluyendo la cabecera- y un código de control del paquete²³.

3.4.7 Puertos de aplicaciones basadas en TCP/UDP

A continuación se indican algunos de los principales protocolos de aplicaciones y sus puertos habituales asociados²⁴.

Puerto	Protocol.	Descripción
7	tcp y udp	Echo - Responde con eco a llamadas remotas
20-21	tcp	FTP (File Transfer Protocol) - Transferencia de Ficheros [datos (20) y control (21)]
22	tcp	SSH, SCP, SFTP - Juego de protocolos de comunicación segura
23	tcp	Telnet - Protocolo de comunicación de inseguro
25	tcp	SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - Transferencia Simple de Correo
53	tcp y udp	DNS (Domain Name System) - Sistema de Nombres de Dominio
67-68	udp	BOOTP (Server-Client) / DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
80	tcp	HTTP (HyperText Transfer Protocol) - Transferencia de HiperTexto (web)
88	tcp	Kerberos - Agente de autenticación
110	tcp	POP3 (Post Office Protocol 3) - Correo-e
123	tcp y udp	NTP - Protocolo de sincronización de tiempo
135	tcp	RPC (Remote Procedure Call)
137-139	tcp y udp	NetBIOS Servicio de nombres [nombres (137), datagramas (138), sesiones (139)]
143	tcp	IMAP4 (Internet Message Access Protocol 4) - Correo-e
161-162	tcp y udp	SNMP - Gestión Simple de Red [consultas (161) y señales (162)]
389	tcp y udp	LDAP - Protocolo de acceso ligero a Bases de Datos
443	tcp	HTTPS/SSL - HTTP sobre una capa SSL
631	tcp	CUPS - Sistema de impresión Unix
636	tcp	LDAPs - LDAP sobre SSL
993	tcp	IMAP4 sobre SSL
995	tcp	POP3 sobre SSL
1433-1434	tcp	Microsoft-SQL (Server-Monitor)
1512	tcp	WINS
1521	tcp	Oracle listener (por defecto)
1701	udp	Enrutamiento y Acceso Remoto para VPN con L2TP.
1723	tcp	Enrutamiento y Acceso Remoto para VPN con PPTP.
2049	tcp	NFS - Archivos del sistema de red
3128	tcp	Servidores intermediarios de HTTP, como Squid
3306	tcp	MySQL sistema de gestión de bases de datos
3389	tcp	RDP (Remote Desktop Protocol)
5060	udp	Session Initiation Protocol (SIP)
5432	tcp	PostgreSQL sistema de gestión de bases de datos
10000	tcp	Webmin (Administración remota web)

Notas al pie

... 4¹⁸

Dado que emisor y receptor han acordado un tamaño de ventana, el emisor no envía más bytes de los que puede almacenar el receptor.

...'on¹⁹

El número de secuencia inicial se elige de manera pseudoaleatoria para que no se pueda mezclar con otra comunicación por error.

...'el²⁰

Por ejemplo en una conexión telnet con eco remoto, al pulsar Intro se envía la información con Push.

...'io²¹

Por ejemplo en una conexión telnet, al pulsar Ctrl-C se envía como Urgent.

... cabecera²²

Para este código se utiliza el complemento a uno de 16 bits de la suma en complemento a uno del paquete con una pseudo cabecera IP virtual.

... paquete²³

Se calcula igual que en TCP.

... asociados²⁴

Puertos reservados [0-1.023]; Puertos registrados [1.024-49.151]; Puertos dinámicos [49.152-62.535].

 

2009-05 Güimi (http://guimi.net)
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