¿El concepto de protocolo de red?
Un protocolo de red es un conjunto de reglas que siguen los dispositivos de red conectados entre sí al intercambiar datos. El protocolo puede describirse mediante un programa o integrarse en el hardware de los equipos de red. Al mismo tiempo, los equipos pueden ser muy diferentes: computadoras, enrutadores, módems, puntos de acceso, teléfonos, impresoras de red, cámaras de seguridad, componentes domésticos inteligentes, etc.
Los protocolos de red proporcionan acceso a sitios de Internet, servicios en línea, almacenes de datos, equipos de red y telefonía IP.
Los recursos de la red pueden funcionar de forma interactiva o en tiempo real. Los recursos en tiempo real incluyen sistemas de transmisión, videoconferencias y telefonía IP. Los mensajeros, el correo, los foros, así como las aplicaciones que utilizan inteligencia artificial pueden clasificarse como interactivos, es decir, que brindan colaboración. Podemos hablar con un asistente de voz,como Alice, ¿verdad?
Pero para que toda esta diversidad tecnológica de programas y computadoras se entiendan entre sí, necesitamos un estándar que permita a los participantes de la red ponerse de acuerdo de alguna manera entre ellos.
El Modelo OSI
Uno de los primeros intentos de estandarizar la comunicación en red fue el modelo OSI (Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos), propuesto por la organización internacional ISO (Organización Internacional de Normalización):
El modelo consta de siete niveles, cada uno de los que resuelve sus propios problemas.
La capa física determina el método de transmisión de la señal (señales eléctricas, señales luminosas, radio).
La capa de canal maneja el direccionamiento de hardware, que es necesario para la identificación del dispositivo y la entrega de señales.
La capa de red encuentra rutas de transmisión de datos, es decir, enruta el tráfico.
La capa de transporte está diseñada para el establecimiento de conexiones, el control de flujo y la entrega de datos.
La capa de sesión, como su nombre indica, admite sesiones de conexión. En este nivel, los ingenieros de redes establecen sus responsabilidades y entran en juego los programadores de aplicaciones.
La capa de presentación prepara la información para la interacción del usuario o la aplicación codificando y comprimiendo los datos, si es necesario.
La capa de aplicación define la interacción entre la red y el usuario. En este nivel, enviamos solicitudes a recursos, archivos y correos electrónicos de Internet.
Actualmente, el modelo OSI está desactualizado y ahora solo tiene interés teórico, pero los principios incorporados en él son parte de modelos modernos como TCP / IP.
Modelo TCP/IP
El modelo TCP / IP es una pila de protocolos que proporciona comunicación y transmisión de datos en redes informáticas. Este modelo es más simple que OSI y contiene solo cuatro capas.:
Capa de Aplicación OSI-4
Capa de Transporte OSI-4
Capa interred OSI-3
Capa de canal OSI-2
Por razones históricas, los números de nivel se toman prestados del modelo OSI. Cabe señalar que la división de protocolos en capas resultó muy conveniente, ya que permitió el desarrollo de tecnologías para cada capa independientemente de las demás. Por ejemplo, cuando las redes de fibra óptica reemplazaron a los módems, los cables coaxiales y el par trenzado, el modelo TCP/IP continuó existiendo como si nada hubiera sucedido.
Gracias a esta flexibilidad, el modelo TCP/IP ha ganado popularidad universal y se ha convertido en la base de la Internet moderna.
Es importante tener en cuenta que el conjunto de protocolos TCP/IP incluye componentes de la capa interred como BGP (Border Gateway Protocol), que se utiliza para enrutar el tráfico entre diferentes sistemas autónomos, OSPF( Open Shortest Path First), que se utiliza para construir rutas dentro de un sistema autónomo, e ICMP (Protocolo de mensajes de control de Internet), que se encarga de diagnosticar las interacciones de los dispositivos de red y los mensajes de error.
Pero el papel más importante para nosotros lo desempeñan los protocolos de red de las capas de transporte y aplicación. Echemos un vistazo más de cerca a ellos.
Protocolos de Capa de Red
Protocolo de Internet (IP). Fue este protocolo el que combinó computadoras individuales y redes de área local en la world Wide Web, conocida por nosotros como la Internet moderna. El direccionamiento de red se ha convertido en uno de los conceptos básicos del protocolo IP, razón por la cual han aparecido las direcciones IP familiares.
IP proporciona transferencia de datos entre cualquier dispositivo en la red a través de un número arbitrario de nodos intermedios, entregando datos exactamente a la dirección IP especificada.
El sistema de direccionamiento del protocolo IP utilizaba inicialmente direcciones de 32 bits, conocidas por nosotros como la IP de la cuarta versión, IPv4. Sin embargo, debido al rápido desarrollo de Internet, las direcciones IPv4 actualmente están casi agotadas, por lo que el protocolo IPv6 se está introduciendo gradualmente en las redes modernas, lo que resuelve el problema de la falta de espacio de direcciones al admitir direcciones de 128 bits, además de eliminar algunas otras limitaciones de la cuarta versión.
Sin embargo, a pesar de las ventajas obvias de IPv6, los administradores de red no tienen prisa por implementar este protocolo por varias razones.
- Soporte limitado de dispositivos y software. Muchos dispositivos y software más antiguos no admiten IPv6.
- La migración de IPv4 a IPv6 requiere esfuerzos y recursos significativos. Para cambiar a IPv6, las empresas deben revisar su infraestructura de red, y esto a menudo es difícil y bastante costoso.
- Compatibilidad con IPv4. IPv4 todavía se usa ampliamente y muchas empresas continúan confiando en él. Las redes IPv6 deben ser compatibles con IPv4 para garantizar una transición segura y fluida, lo que requiere ajustes y configuraciones adicionales.
- No es necesario. Algunas empresas creen que no hay necesidad de implementar IPv6, especialmente si tienen suficiente direcciones IPv4 o la actual infraestructura de red cumple con las necesidades del proyecto.
Sin embargo, dado el agotamiento de las direcciones IPv4 y la expansión de IoT (Internet de las Cosas) y las redes en la nube, la adopción de IPv6 se está volviendo cada vez más necesaria para garantizar el crecimiento y desarrollo de las redes en el futuro.
Otro componente importante de la Internet moderna es el protocolo TCP, que opera en la capa de transporte.
Protocolos de la Capa de Transporte
TCP (Protocolo de Control de Transmisión). TCP se ejecuta sobre el protocolo IP y está diseñado para el control de la transmisión de datos en Internet. Esta es una de las claves en el protocolo de comunicación TCP/IP modelo.
El principal trabajo de TCP es la de proveer y garantizar la transmisión de datos, que consiste en dividir en partes (segmentos), el envío a su destino y restaurar la información original en el punto de vista del receptor. Es importante que el protocolo TCP controla la transmisión de datos, garantizando la entrega de los segmentos.
Analicemos brevemente se centran en la transferencia de datos.
La información transmitida a través de la red es un conjunto de ceros y unos bits. La longitud de dicho conjunto puede ser muy larga, por lo que no es rentable transmitir todos los datos a la vez; si se pierde al menos un bit durante la transmisión, todos los datos deberán transmitirse nuevamente. Es por eso que el conjunto de datos destinado a la transmisión se divide en partes y se transmite por separado.
Para reducir la probabilidad de pérdida de datos y garantizar una transmisión confiable, los paquetes generalmente contienen una suma de comprobación, que le permite verificar la integridad de los datos recibidos. Los paquetes también incluyen un número de secuencia, que indica el orden de los paquetes en la secuencia transmitida. En caso de pérdida o corrupción de paquetes, el destinatario puede solicitar la retransmisión de solo ese paquete en particular, y no de todo el conjunto de datos.
Para garantizar que la entrega de datos se pueda monitorear de manera confiable, se agrega información de servicio a cada dato: el encabezado.
El encabezado de cada segmento contiene el puerto del remitente y el puerto del destinatario. La entrega de cada segmento se monitoriza de acuerdo con el protocolo y se repite si es necesario.
Dado que el protocolo TCP se ejecuta sobre IP, se agrega otro encabezado a cada segmento que contiene las direcciones IP del remitente y el destinatario.
Sin embargo, para garantizar una entrega precisa al destinatario, es necesario conocer su dirección física, llamada dirección MAC (Dirección de Control de Acceso al medio). Para hacer esto, se proporciona al paquete información de servicio adicional que contiene las direcciones MAC del remitente y el destinatario, y el final (pie de página) con la suma de verificación del paquete.
Esta unidad estructural, similar a una muñeca matryoshka, se llama marco. Es de esta forma que la información se transmite a través de redes locales del remitente al destinatario. Si lo desea, puede verificarlo personalmente utilizando uno de los programas rastreadores, como Wireshark.
UDP (Protocolo de Datagramas de Usuario). A diferencia de TCP, no garantiza la entrega de paquetes al destinatario, pero funciona más rápido.
El protocolo de capa de transporte UDP se utiliza para la comunicación sin conexión. Por ejemplo, si está viendo una transmisión en línea o escuchando la radio, es importante que su reproductor no se quede atrás de la transmisión, y la posible pérdida de paquetes individuales no es importante, ¿verdad?
En la difusión UDP, el remitente simplemente envía paquetes de datos( datagramas), sin importarle si se entregan o si el destinatario existe en absoluto, y sin esperar ninguna confirmación de recepción.
Sin embargo, el protocolo UDP aún requiere especificar los puertos de remitente y destinatario, la longitud del datagrama y la suma de comprobación, tal como lo requiere TCP.
Protocolos de la Capa de Aplicación
HTTP(S) (Protocolo de Transferencia de Hipertexto). Originalmente estaba destinado a recibir documentos de hipertexto en formato HTML (Lenguaje de Marcado de Hipertexto) desde servidores. Actualmente, en realidad se ha convertido en un medio universal de interacción entre nodos de Internet.
El inicio del intercambio de datos a través del protocolo HTTP lo inicia el destinatario, por ejemplo, un navegador web. El documento resultante puede constar de muchos componentes, como texto, marcado, estilos, archivos de video y audio, scripts, etc.
Es importante que el destinatario y el remitente intercambien mensajes individuales, no un flujo de datos. Esto significa que, por ejemplo, el servidor que atiende el sitio web no sabe nada sobre la solicitud anterior cuando recibe la siguiente solicitud, y el programador debe encargarse de mantener el estado por su cuenta.
Sin embargo, la flexibilidad del protocolo HTTP permite no solo recibir documentos de hipertexto, sino también enviar diversos datos, como formularios HTML, JSON, AJAX y muchos otros.
Recuerde que dado que HTTP es un protocolo de nivel superior, existen numerosos intermediarios entre el remitente y el destinatario: servidores proxy, enrutadores, enrutadores, módems, etc.
Sin embargo, debido a la gran cantidad de nodos intermedios, los paquetes transmitidos a través del protocolo HTTP pueden interceptarse fácilmente. Cualquier persona con acceso a cualquier equipo involucrado en el intercambio puede leer y descifrar los datos que pasan. Por lo tanto, se creó una extensión HTTP, llamada HTTPS (Protocolo de Transferencia de Hipertexto Seguro, protocolo de transferencia de hipertexto seguro).
HTTPS proporciona una conexión segura utilizando los protocolos de red criptográficos SSL (Secure Sockets Layer) y TLS (Transport Layer Security) para cifrar los datos.
Recomendamos encarecidamente utilizar solo el protocolo HTTPS seguro cuando visite sitios web, especialmente cuando transmita datos confidenciales como nombres de usuario, contraseñas, direcciones, datos de tarjetas de pago, etc. Le recomendamos que preste atención a la barra de direcciones del navegador, que siempre le indica si su conexión es segura.
SSH (Secure Shell) es otro protocolo importante de la capa de aplicación. En primer lugar, este protocolo se utiliza para administrar sistemas operativos remotos y, de hecho, es la base de la administración de la red.
Si alguna vez ha configurado un sitio de Internet o un servicio de red, ha montado carpetas de red o ha ejecutado comandos en una computadora remota, seguramente ya está familiarizado con este protocolo.
SSH proporciona una conexión segura y criptográficamente segura a los dispositivos en la red, lo que le permite iniciar sesión en un sistema remoto y ejecutar cualquier comando permitido por el sistema de control de acceso.
Además, SSH se puede utilizar en casos más exóticos, por ejemplo, para enviar tráfico de Internet mediante túneles SSH o para el reenvío de puertos.
FTP(S) (Protocolo de Transferencia de Archivos). Este es uno de los protocolos de capa de aplicación más antiguos. FTP apareció mucho antes que HTTP, pero todavía se usa hoy en día para el intercambio de datos en la red y para el trabajo remoto con archivos.
FTP, como HTTP, se ejecuta sobre el protocolo TCP, pero abre dos canales simultáneamente: para la transmisión de datos y para el control de la conexión. Las capacidades de administración remota de archivos están limitadas por un conjunto de comandos específicos de FTP. Básicamente, se trata de navegar por directorios, crear, eliminar y transferir archivos.
Dado que el protocolo FTP transmite datos en texto claro, no se recomienda usarlo para transferir información confidencial. Para mejorar la seguridad, se ha desarrollado una extensión de este protocolo, conocida como FTPS( File Transfer Protocol + SSL, o FTP / SSL). Como su nombre indica, FTPS agrega la creación de sesiones SSL o TLS encriptadas a la funcionalidad básica de FTP.
SFTP (Secure File Transfer Protocol). A pesar de su nombre similar, SFTP no es una extensión de FTP, sino que se ejecuta sobre el protocolo SSH de la capa de aplicación.
Como una ventaja práctica de que el protocolo SFTP sobre FTPS, no hay necesidad de instalar ningún programa adicional en el servidor – el servicio SSH soporta toda la funcionalidad necesaria fuera de la caja.
(S)RTP (Protocolo de transferencia en tiempo real). Se utiliza para transmitir transmisiones de video y audio. El protocolo de capa de aplicación RTP ha sido diseñado para proporcionar un retraso mínimo en la reproducción. Esto puede ser importante, por ejemplo, en chats de video/audio, sistemas de videovigilancia o telefonía por Internet VoIP, donde un retraso significativo en la imagen o el sonido del original es inaceptable.
RTP le permite transferir datos a varios destinatarios simultáneamente mediante multidifusión a través de IP(multidifusión IP). Estas capacidades han permitido que el protocolo RTP se convierta realmente en el estándar para transmitir datos multimedia a través de redes IP.
Para garantizar la transferencia segura de datos, se utiliza una versión del protocolo SRTP (Protocolo de Transporte Seguro en tiempo Real), que amplía el RTP con un conjunto de mecanismos de protección.
La tecnología más conocida que utiliza el protocolo RTP (SRTP) es WebRTC (Comunicaciones Web en tiempo Real, comunicaciones de red en tiempo real). WebRTC está diseñado para organizar la transmisión directa de datos de transmisión entre dos navegadores sin utilizar servidores. Dado que el soporte para esta tecnología está incluido en todos los navegadores modernos, no se requiere la instalación de aplicaciones adicionales. Actualmente, esta función se utiliza activamente, por ejemplo, al realizar seminarios web y videoconferencias en Internet, así como en sistemas de supervisión para el control de calidad del aprendizaje a distancia.
Una descripción general de los principales protocolos a nivel de aplicación estaría incompleta sin mencionar estándares tan importantes como IMAP (S) (Protocolo de Acceso a Mensajes de Internet), un protocolo de acceso al correo electrónico, así como DHCP (Protocolo de Configuración Dinámica de Host) y DNS (Sistema de Nombres de Dominio).
Sin embargo, es casi imposible realizar una revisión detallada de todos los protocolos actualmente existentes en una revisión: hay más de siete mil de ellos en las redes informáticas modernas.