Redes - Notas

• Jerarquía de protocolos: protocolos aplicados por donde fluye la información.
• Servicio orientado a la conexión: cualquier información que llegue incompleta se deja de entender.
• Interfaz: contiene nombres, parámetros y retornos.
• Tenemos capas para dividir funciones/responsabilidades delimitadas entre miembros de la red.
• Indica que puedo saber o pedir a la alta parte.

Esquema de capas

Capa n <--> Capa n
| Protocolos |
v v v
Capa 2 <--> Capa 2
| | <--Interfaces
v v
Capa 1 <--> Capa 1
| |
v v
Medio físico

• Interfaz: conexión entre C/Cp.
  • En redes de computadoras, una interfaz es el punto de conexión entre dos capas del modelo de comunicación (Capa/Capa o C/Cp).
  • Permite la interacción entre protocolos de diferentes capas, facilitando el paso de datos desde una aplicación hasta el hardware y viceversa.
  • Ejemplo: en el modelo OSI, la interfaz entre la capa de transporte y la capa de red permite que los paquetes de datos sean preparados para ser enviados por la red.
• Comunicación virtual: no tangible.
  • Se refiere a la idea de que, aunque los datos viajan físicamente por cables o señales inalámbricas, en términos de software se perciben como si existiera una conexión directa entre emisor y receptor.
  • Ejemplo: en una videollamada, parece que las dos personas están conectadas directamente, pero en realidad los datos pasan por múltiples servidores y dispositivos antes de llegar a su destino.
• Protocolo: acuerdo/estándar.
  • Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas y convenciones que determinan cómo se transmiten los datos en una red.
  • Sin protocolos, los dispositivos no podrían entenderse entre sí.
  • Ejemplo: el Protocolo de Internet (IP) define cómo se enrutan los paquetes en una red para que lleguen a su destino.
• Información adicional: para quien va, en qué idioma está, etc.
  • Al enviar datos en una red, los paquetes incluyen información extra para asegurar su correcta entrega y entendimiento.
  • Algunos datos que pueden incluirse:
    • Dirección de destino: identifica a qué equipo o usuario va dirigido el mensaje.
    • Tipo de protocolo: especifica si el mensaje es HTTP, FTP, TCP, UDP, etc.
    • Codificación o formato: define en qué "idioma" están los datos (ejemplo: UTF-8, JSON, XML).
    • Tamaño y orden de los paquetes: para asegurar que los datos lleguen completos y en el orden correcto.
  • Ejemplo: en un correo electrónico, los encabezados contienen información sobre el remitente, destinatario, asunto y formato del mensaje.

Headers y ancho de banda

• Los headers permiten la comunicación virtual entre capas.
• Ancho de banda: cantidad máxima de información transmisible por un canal.
• El canal con menor capacidad define el flujo máximo de información del sistema.
• Servicio == Interfaz.
• Los protocolos se envían a través de los headers.
• El modelo OSI nunca salió de laboratorios.

Cadenas estructuradas

• Indican instrucciones o comienzos de secciones mediante combinaciones de 1 y 0, como palabras clave.
• Trama: secuencia de bits estructurados.
• Tail del paquete:
  • No pertenece a la capa de red.

Switch y capa de red

• Switch NO pertenece a la capa de red.
• Conmutar: puentear - establecer conexión.
• En la capa de red se encuentra el destinatario.
• Protocolo IP:
  • Responsable de encontrar el destinatario.
  • Aparece en la capa de red.
• Cuando un equipo busca una IP, repite a todos los equipos de la red hasta la capa de enlace con el MAC Address.

Servidor DHCP

• Asigna IPs dinámicamente a los equipos conectados a la red.
• Switch:
  • Funciona a nivel de capa de enlace porque no necesita armar hasta la capa de red.
  • Usa solo el MAC Address para saber a quién va.

Capas del Modelo OSI y Protocolos Relacionados

1. Capa de Transporte (Capa 4)

Funcionalidades Clave:

• Protocolos Principales:
  • TCP (Protocolo de Control de Transmisión):

    • Orientado a conexión: Establece una conexión mediante el three-way handshake (SYN, SYN-ACK, ACK).

    • Fiabilidad: Garantiza la entrega mediante acuses de recibo (ACK) y retransmisiones.

    • Ejemplo de encabezado:

      | Puerto Origen (16 bits) | Puerto Destino (16 bits) |
      | Número de Secuencia (32 bits)                |
      | Número de ACK (32 bits)                      |
      | Flags (URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN)         |
      

    • Casos de uso: Navegación web (HTTP/HTTPS), transferencia de archivos (FTP).

  • UDP (Protocolo de Datagramas de Usuario):

    • Sin conexión: No requiere handshake inicial.

    • Baja latencia: Ideal para aplicaciones en tiempo real.

    • Ejemplo de encabezado:

      | Puerto Origen (16 bits) | Puerto Destino (16 bits) |
      | Longitud (16 bits)      | Checksum (16 bits)        |
      

    • Casos de uso: Streaming de video (VoIP), DNS.

Comparación TCP vs UDP:

2. Capa de Sesión (Capa 5)

Mecanismos Detallados:

• Gestión de Sesiones:
  • Autenticación mutua: Verifica identidades mediante certificados digitales o credenciales (ej: OAuth 2.0).
  • Token de sesión:
    • Formato: Cadena alfanumérica única (ej: A1B2-C3D4-E5F6).
    • Validez: Tiempo limitado (ej: 30 minutos) para prevenir ataques de replay.
  • Renovación de token: Generación de nuevos tokens sin interrumpir la sesión activa.
• Ejemplo de flujo:
  1. Cliente → Envía credenciales (usuario/contraseña).
  2. Servidor → Valida credenciales y genera token: X7Y8-Z9Q0-R1S2.
  3. Cliente → Usa el token en cabeceras (ej: Authorization: Bearer X7Y8-Z9Q0-R1S2).

3. Capa de Presentación (Capa 6)

Funciones Específicas:

• Traducción de formatos:
  • Codificación: Conversión de datos entre sistemas (ej: ASCII a Unicode).
  • Compresión: Reducción de tamaño mediante algoritmos como ZIP o LZ77.
• Cifrado:

  • Algoritmos comunes:

    • Simétrico: AES-256 (clave única).
    • Asimétrico: RSA-4096 (clave pública/privada).

  • Ejemplo de cifrado TLS:

    Cliente → Servidor: "ClientHello" (versiones TLS soportadas).
    Servidor → Cliente: "ServerHello" (elige TLS 1.3 + certificado).
    Intercambio de claves Diffie-Hellman.
    

4. Capa de Aplicación (Capa 7)

Protocolos y Ejemplos:

• HTTP/HTTPS:
  • Métodos: GET (obtener recursos), POST (enviar datos).
  • Códigos de estado: 200 (OK), 404 (No encontrado), 503 (Servicio no disponible).
• DNS (Sistema de Nombres de Dominio):
  • Función: Traduce nombres de dominio (ej: google.com) a direcciones IP (ej: 172.217.3.110).
  • Tipos de registros:
    • A: IPv4.
    • AAAA: IPv6.
    • MX: Servidores de correo.

5. Protocolo IP y TTL

Detalles Técnicos:

• IP (Internet Protocol):
  • No orientado a conexión: No garantiza entrega de paquetes.
  • Direccionamiento:
    • IPv4: 32 bits (ej: 192.168.1.1).
    • IPv6: 128 bits (ej: 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334).
• TTL (Time to Live):
  • Propósito: Evita bucles infinitos en la red.
  • Funcionamiento:
    1. Paquete inicia con TTL=64 (valor típico en sistemas Unix).
    2. Cada router decrementa TTL en 1.
    3. Si TTL=0 → Paquete descartado + mensaje ICMP "Time Exceeded".
• ICMP (Protocolo de Mensajes de Control de Internet):

  • Mensajes clave:

    • Echo Request/Reply: Base del comando ping.
    • Destination Unreachable: Indica ruta bloqueada o host inalcanzable.

  • Traceroute:

    Paso 1: Envía paquete con TTL=1 → Router 1 responde.
    Paso 2: Envía paquete con TTL=2 → Router 2 responde.
    ...
    Paso N: TTL=N → Destino final responde.
    

6. Ejemplo de Comunicación Multicapa

Flujo de un Paquete HTTP:

1. Capa de Aplicación:
   • Usuario escribe https://ejemplo.com.
   • Navegador genera solicitud HTTP GET.
2. Capa de Transporte:
   • Divide datos en segmentos TCP.
   • Puerto destino: 443 (HTTPS).
3. Capa de Red:
   • Encapsula en paquete IP con dirección destino 93.184.216.34.
   • TTL=64.
4. Capa de Enlace:
   • Añade dirección MAC del router (ej: 00:1A:2B:3C:4D:5E).
5. Capa Física:
   • Transmite por cable Ethernet como señales eléctricas.

Tabla Comparativa: Modelo TCP/IP vs Modelo OSI

Explicación de Capas y Protocolos

1. Capa de Aplicación (TCP/IP) vs Capas 5-7 (OSI)

• TCP/IP: Agrupa Presentación, Sesión y Aplicación OSI en una sola capa.
  • Ejemplo: HTTPS maneja cifrado (Presentación), cookies (Sesión) y solicitudes web (Aplicación).
• OSI: Separa funciones:
  • Capa 7 (Aplicación): Interfaz usuario-red (ej: navegador).
  • Capa 6 (Presentación): Cifrado/compresión (ej: SSL).
  • Capa 5 (Sesión): Control de diálogos (ej: autenticación persistente).

2. Capa de Transporte

• TCP/IP y OSI: Misma función (TCP/UDP).
  • TCP: Conexión confiable con ACK (ej: descarga de archivos).
  • UDP: Sin conexión (ej: streaming en vivo).

3. Capa de Red vs Capa de Internet

• OSI (Capa 3): Enrutamiento lógico (IP).
• TCP/IP (Capa Internet): Equivalente a OSI Capa 3.
  • ICMP: Usado en ping y traceroute.

4. Capa de Acceso a la Red (TCP/IP) vs Capas 1-2 (OSI)

• TCP/IP: Combina Enlace de Datos y Física.
  • Ejemplo: Ethernet (MAC) + cableado (RJ45).
• OSI:
  • Capa 2 (Enlace): Direccionamiento físico (MAC).
  • Capa 1 (Física): Medios de transmisión (fibra óptica, radiofrecuencia).

Conclusión

• TCP/IP: Ideal para implementaciones reales y escalables (ej: Internet).
• OSI: Mejor para entender funciones teóricas y estandarizar tecnologías emergentes.