Descripción general de TCP y UDP

Modulo 1.

Capítulo 9 - Capa de transporte.

Sección 9.1 - Protocolos de la capa de transporte.

Tema 9.1.2 - Descripción general de TCP y UDP.

9.1.2.1 Características de TCP.

Para entender las diferencias entre TCP y UDP, es importante comprender la manera en que cada protocolo implementa las características específicas de confiabilidad y la forma en que realizan el seguimiento de las conversaciones. Además de admitir funciones básicas de segmentación y rearmado de datos, TCP, como se muestra en la figura, también proporciona otros servicios.

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 de flujo puede evitar la necesitad de retransmitir los datos cuando los recursos del host receptor están desbordados.

Para obtener más información sobre TCP, lea RFC.

9.1.2.2 Encabezado TCP.

TCP es un protocolo con información de estado. Un protocolo con información de estado es un protocolo que realiza el seguimiento del estado de la sesión de comunicación. Para hacer un seguimiento del estado de una sesión, TCP registra qué información se envió y qué información se reconoció. La sesión con estado comienza con el establecimiento de sesión y finaliza cuando se cierra en la terminación de sesión.

Como se muestra en la figura, cada segmento TCP tiene 20 bytes de sobrecarga en el encabezado que encapsula los datos de la capa de aplicación:

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 los datos.
Número de reconocimiento (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): incluye códigos de bit, o marcadores, 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.

9.1.2.3 Características de UCP.

El protocolo UDP se considera un protocolo de transporte de máximo esfuerzo. UDP es un protocolo de transporte liviano que ofrece la misma segmentación y rearmado de datos que TCP, pero sin la confiabilidad y el control del flujo de TCP. UDP es un protocolo tan simple que, por lo general, se lo describe en términos de lo que no hace en comparación con TCP.

En la figura, se describen las características de UDP.

Para obtener más información sobre UCP, lea RFC.

9.1.2.4 Encabezado UDP.

UDP es un protocolo sin información estado, lo cual significa que ni el cliente ni el servidor están obligados a hacer un seguimiento del estado de la sesión de comunicación. Si se requiere confiabilidad al utilizar UDP como protocolo de transporte, a esta la debe administrar la aplicación.

Uno de los requisitos más importantes para transmitir vídeo en vivo y voz a través de la red es que los datos fluyan rápidamente. Las aplicaciones de vídeo y de voz en vivo pueden tolerar cierta pérdida de datos con un efecto mínimo o imperceptible, y se adaptan perfectamente a UDP.

Los fragmentos de comunicación en UDP se llaman datagramas, como se muestra en la figura. El protocolo de la capa de transporte envía estos datagramas como máximo esfuerzo. UDP tiene una sobrecarga baja de 8 bytes.

9.1.2.5 Conversaciones múltiples e independientes.

La capa de transporte debe poder separar y administrar varias comunicaciones con diferentes necesidades de requisitos de transporte. Los usuarios tienen la expectativa de poder recibir y enviar correo electrónico y mensajes instantáneos, explorar sitios web y realizar una llamada telefónica de VoIP de manera simultánea. Cada una de estas aplicaciones envía y recibe datos a través de la red al mismo tiempo, a pesar de los diferentes requisitos de confiabilidad. Además, los datos de la llamada telefónica no están dirigidos al navegador web, y el texto de un mensaje instantáneo no aparece en un correo electrónico.

TCP y UDP administran estas diferentes conversaciones simultáneas por medio de campos de encabezado que pueden identificar de manera exclusiva estas aplicaciones. Estos identificadores únicos son números de puertos.

Conversaciones múltiples e independientes

9.1.2.6 Números de puerto.

El número de puerto de origen está asociado con la aplicación que origina la comunicación en el host local. El número de puerto de destino está asociado con la aplicación de destino en el host remoto.

Puerto de origen

El número de puerto de origen es generado de manera dinámica por el dispositivo emisor para identificar una conversación entre dos dispositivos. Este proceso permite establecer varias conversaciones simultáneamente. Resulta habitual para un dispositivo enviar varias solicitudes de servicio 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

El cliente coloca un número de puerto de destino en el segmento para informar al servidor de destino el servicio solicitado, como se muestra en la figura. Por ejemplo, cuando un cliente especifica el puerto 80 en el puerto de destino, el servidor que recibe el mensaje sabe que se solicitan servicios web. Un servidor puede ofrecer más de un servicio de manera simultánea, por ejemplo, servicios web en el puerto 80 al mismo tiempo que ofrece el establecimiento de una conexión FTP en el puerto 21.

9.1.2.7 Pares de sockets.

Los puertos de origen y de destino se colocan dentro del segmento. Los segmentos se encapsulan dentro de un paquete IP. El paquete IP contiene la dirección IP de origen y de destino. Se conoce como socket a la combinación de la dirección IP de origen y el número de puerto de origen, o de la dirección IP de destino y el número de puerto de destino. El socket se utiliza para identificar el servidor y el servicio que solicita el cliente. Un socket de cliente puede ser parecido a esto, donde 1099 representa el número de puerto de origen: 192.168.1.5:1099

El socket en un servidor web podría ser el siguiente: 192.168.1.7:80

Juntos, estos dos sockets se combinan para formar un par de sockets: 192.168.1.5:1099, 192.168.1.7:80

Los sockets permiten que los diversos procesos que se ejecutan en un cliente se distingan entre sí. También permiten la diferenciación de diferentes conexiones a un proceso de servidor.

El número de puerto de origen actúa como dirección de retorno para la aplicación que realiza la solicitud. La capa de transporte hace un seguimiento de este puerto y de la aplicación que generó la solicitud de manera que cuando se devuelva una respuesta, esta se envíe a la aplicación correcta.

9.1.2.8 Grupos de números de puerto.

La Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA) es el organismo normativo responsable de asignar los diferentes estándares de direccionamiento, incluidos los números de puerto. Existen diferentes tipos de números de puerto, como se muestra en la figura 1:

Puertos conocidos (números del 0 al 1023) : estos números se reservan para servicios y aplicaciones. Por lo general, se utilizan para aplicaciones como navegadores web, clientes de correo electrónico y clientes de acceso remoto. Al definir estos puertos bien conocidos para las aplicaciones de los servidores, las aplicaciones cliente se pueden programar para solicitar una conexión a ese puerto en particular y a su servicio relacionado.
Puertos registrados (números del 1024 al 49151): IANA asigna estos números de puerto a una entidad que los solicite para utilizar con procesos o aplicaciones específicos. Principalmente, estos procesos son aplicaciones individuales que el usuario elige instalar en lugar de aplicaciones comunes que recibiría un número de puerto bien conocido. Por ejemplo, Cisco ha registrado el puerto 1985 para su proceso Hot Standby Routing Protocol (HSRP).
Puertos dinámicos o privados (números 49152 a 65535): también conocidos como puertos efímeros, usualmente el SO del cliente los asigna de forma dinámica cuando se inicia una conexión a un servicio. El puerto dinámico se utiliza para identificar la aplicación cliente durante la comunicación.

Nota: Algunos sistemas operativos cliente pueden utilizar números de puerto registrados en lugar de números de puerto

En la figura 2 se muestran algunos números de puerto conocidos 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 utiliza TCP.

dinámicos para asignar los puertos de origen.

Haga clic aquí para ver la lista completa de los números de puerto y las aplicaciones asociadas en el sitio web de la IANA.

9.1.2.9 El comando netstat.

Las conexiones TCP no descritas pueden representar una importante amenaza a la seguridad. Pueden indicar que algo o alguien está conectado al host local. A veces es necesario conocer las conexiones TCP activas que están abiertas y en ejecución en el host de red. Netstat es una utilidad de red importante que puede usarse para verificar esas conexiones. Como se muestra en la figura, introduzca el comando netstat para obtener un listado de los protocolos que se están usando, las direcciones y los números de puerto locales, las direcciones y los números de puerto externos y el estado de la conexión.

De manera predeterminada, el comando netstat intentará resolver direcciones IP en nombres de dominio y números de puerto en aplicaciones conocidas. La opción -n se puede utilizar para mostrar direcciones IP y números de puerto en su formato numérico.

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Kevin Linares