Protocol TCP/IP

TCP/IP és un conjunt de protocols que cobreixen els diversos nivells del model OSI . Aquests protocols són utilitzats per tots els ordinadors connectats a internet , de manera que aquests puguin comunicar-se entre si. Cal tenir en compte que en Internet es troben connectats ordinadors de classes molt diferents i amb maquinari i programari incompatibles en molts casos, a més de tots els mitjans i formes possibles de connexió. Aquí es troba un dels grans avantatges del TCP/IP, ja què aquest protocol s'encarregarà que la comunicació entre tots sigui possible. TCP/IP és compatible amb qualsevol sistema operatiu i amb qualsevol tipus de maquinari.

Els dos protocols més importants de la pila TCP/IP són el TCP (Transmission Control Protocol) i el IP (Internet Protocol), que són els quals donen nom al conjunt.

L'arquitectura del TCP/IP consta de cinc nivells o capes en les quals s'agrupen els protocols, i que es relacionen amb els nivells OSI de la següent manera:

Nivell d'aplicació

Es correspon amb els nivells OSI d'aplicació, presentació i sessió. El nivell d’aplicació és el nivell que els programes més habituals utilitzen per comunicar-se a través d’una xarxa amb d’altres programes. Els processos que tenen lloc en aquest nivell són aplicacions específiques que passen dades al nivell d’aplicació en el format que internament utilitzi el programa i és codificat posteriorment d’acord amb un protocol estàndard.

Alguns programes específics es considera que s’executen en aquest nivell. Proporcionen serveis que treballen directament amb les aplicacions d’usuari. Aquests programes i els seus corresponents protocols inclouen a HTTP (HyperText Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol), SMTP , SSH , DNS entre d’altres.

Un cop les dades de l’aplicació han estat codificades en un protocol estàndard del nivell d’aplicació són transferides cap avall al següent nivell de la pila de protocols TCP/IP.

Nivell de transport

Coincideix amb el nivell de transport del model OSI. Els protocols del nivell de transport poden solucionar problemes com la fiabilitat i la seguretat que les dades arriben al destí i ho fan en l’ordre correcte. En el conjunt de protocols TCP/IP, els protocols de transport també determinen a quina aplicació van destinades les dades. Els protocols d’enrutament dinàmic, els quals tècnicament encaixen en el protocol TCP/IP (atès que funcionen sobre IP), són generalment considerats part del nivell de xarxa; un exemple és OSPF (protocol IP número 89).

TCP (protocol IP número 6) és un mecanisme de transport fiable i orientat a connexió, el qual proporciona un flux fiable de bytes, assegura que les dades arribin complertes, sense danys i en ordre. TCP realitza contínuament anàlisis sobre l’estat de la xarxa per evitar sobrecarregar-la amb massa tràfic. A més a més, TCP intenta enviar totes les dades correctament en la seqüència especificada. Aquesta és una de les principals diferències amb UDP i pot convertir-se en un inconvenient en fluxos a temps real (molt sensibles a la variació del retard) o en aplicacions d’enrutament amb percentatges alts de pèrdua en el nivell d’interxarxa.

UDP (protocol IP número 17) és un protocol de datagrames sense connexió. És un protocol no fiable (best effort al igual que IP), no perquè sigui particularment dolent, sinó perquè no verifica que els paquets arribin al seu destí ni tampoc dóna garanties què arribin en ordre. UDP s’utilitza normalment per aplicacions d’streaming on l’arribada a temps dels paquets és més important que la fiabilitat, o per a aplicacions senzilles del tipus petició/resposta com el servei DNS , on la sobrecàrrega de les capçaleres que aporten fiabilitat és desproporcionada pel tamany dels paquets.

TCP i UDP són utilitzats en l’actualitat per donar servei a una sèrie d’aplicacions d’alt nivell. Les aplicacions amb una adreça de xarxa donada són distingibles entre sí pel seu número de port TCP o UDP. Per convenció, els ports ben coneguts (well-known ports) estan associats a aplicacions específiques.

Nivell d'interxarxa

És el nivell de xarxa del model OSI. Tal i com va ser definit originalment, el nivell de xarxa soluciona el problema de transportar paquets a través d’una xarxa senzilla. Exemples de protocols d’aquesta capa són X.25 i Host/IMP Protocol d’ ARPANET .

Amb l’arribada del concepte d’interxarxa, es van afegir noves funcionalitats a aquest nivell basades en l’intercanvi de dades entre una xarxa origen i una xarxa destí. Generalment això inclou un enrutament de paquets a través d’una xarxa de xarxes coneguda com internet .

Dins de la família de protocols d’Internet, IP realitza les tasques bàsiques per aconseguir transportar dades des d’un origen a un destí. IP pot passar les dades a un conjunt de protocols superiors; cada un d’aquests és identificat com un únic Número de protocol IP. Per exemple, ICMP i IGMP són els protocols 1 i 2, respectivament.

Alguns dels protocols que es troben per sobre d’IP, com ara ICMP (utilitzat per transmetre informació de diagnòstic i control d’error sobre transmissions IP) i IGMP (usat per dirigir el tràfic multicast), tot i trobar-se en nivells superiors, realitzen funcions de nivell de xarxa, cosa que mostra una cerca incompatibilitat entre els models d’Internet i el model OSI. Tots els protocols d’enrutament (com ara BGP, OSPF i RIP) també formen part del nivell de xarxa, tot i que ells pertanyen a nivells encara més alts a la pila.

Nivell d'enllaç

La capa d’enllaç no forma part realment de la pila TCP/IP però és el mètode utilitzat per passar paquets de la capa Internet d’un dispositiu a la capa Internet d’un altre. Aquest procés pot ser controlat tant per software com per hardware. D’aquesta manera es realitzen funcions d’enllaç de dades tals com afegir una capçalera al paquet per preparar-lo per a la seva transmissió i enviar-lo posteriorment per un mitjà físic. D’altra banda, la capa d’enllaç s’encarrega de rebre trames de dades, extreure les capçaleres d’aquestes i entregar els paquets rebuts a la capa d’Internet.

Funcionament del TCP/IP

Atès que en un sistema TCP/IP les dades transmeses es divideixen en petits paquets, aquests ressalten una sèrie de característiques.

La tasca de IP és dur els paquets d'un lloc a un altre. Les computadores que troben les vies per a dur les dades d'una xarxa a una altra (denominades enrutadores ) utilitzen IP per a traslladar les dades. En resum IP mou els paquets de dades entre les màquines, mentre que TCP s'encarrega del flux de dades i assegura que les dades siguin correctes.

Mitjançant la pila TCP/IP, es poden compartir els canals de comunicació entre diversos usuaris. Qualsevol tipus de paquet pot transmetre's al mateix temps, i s'ordenarà i combinarà quan arribi a la seva destinació. El funcionament és completament diferent a la manera que es transmet una conversa telefònica: una vegada que s’estableix una connexió telefònica, es reserven alguns circuits per a l’emissor i no podran ser emprats per altres trucades (encara que no s’estigui transmetent res pel telèfon) fins que no hagi acabat la connexió telefònica (és a dir, quan s’hagin penjat els respectius telèfons).

En canvi, en un sistema no orientat a connexió com el TCP/IP, les dades no han d'enviar-se directament entre dues computadores. Cada paquet passa de computadora en computadora fins a arribar a la seva destinació sense que els paquets segueixin necessàriament el mateix camí. Aquest, és clar, és el secret de com es poden enviar dades i missatges entre dues computadores encara que no estiguin connectades directament entre si. El que realment sorprèn és que només es necessiten alguns segons per a enviar un arxiu de bona grandària d'una màquina a una altra, encara que estiguin separades per milers de quilòmetres i malgrat que les dades han de passar per múltiples computadores. Una de les raons de la rapidesa és que, quan alguna cosa camina malament, només és necessari tornar a transmetre un paquet, no tot el missatge.

Com s’ha comentat anteriorment, els paquets no necessiten seguir la mateixa ruta. La xarxa pot dur cada paquet d'un lloc a un altre i usar la connexió més idònia que estigui disponible en aquest instant. No tots els paquets dels missatges han de viatjar, necessàriament, per la mateixa ruta, ni necessàriament han d'arribar tots al mateix temps. La flexibilitat del sistema fa que sigui molt confiable. Si un enllaç es perd, el sistema usa un altre. Quan s’envia un missatge, el protocol TCP divideix les dades en paquets, ordena aquests en seqüència, agrega certa informació per a control d'errors i després els llança cap a fora, i els distribueix. En l'altre extrem, el TCP rep els paquets, verifica si hi ha errors i els torna a combinar per a convertir-los en les dades originals. En cas de produir-se un error en algun punt, el programa TCP destinació envia un missatge sol•licitant que es tornin a enviar el paquet (o paquets) afectats per l’error.

Alguns protocols de la pila TCP/IP

• FTP (File Transfer Protocol). S'utilitza per a transferència d'arxius.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). És una aplicació per al correu electrònic.
• TELNET: Permet la connexió a una aplicació remota des d'un procés o terminal.
• RPC (Remote Procedure Call). Permet cridades a procediments situats remotament. S'utilitzen les cridades a RPC com si fossin procediments locals.
• SNMP (Simple Network Management Protocol). Es tracta d'una aplicació per al control de la xarxa.

Les adreces IP

Per tal que un equip pugui comunicar-se amb la resta de dispositius d’una xarxa és necessari que se li assigni una adreça IP que l’identifiqui. La IP és un número compost per quatre grups separats per punts, que poden tenir un valor entre 0 i 255. La raó per la qual tenen aquest interval és perquè prové de les combinacions amb vuit bits 2⁸.

L’adreça és un número de 32 bits subdividits en quatre grups de 8 bits, en què cada bit pot prendre el valor 0 o 1. Traduint el valor màxim en binari de 8 bits (11111111) correspondria a 255 en decimal. Part de l’adreça IP es refereix a la identificació de la xarxa en la qual es troba l’equip, i una altra part identifica a cada equip que està en la xarxa, que rep el nom de host.

En funció de quina part de l’adreça s’utilitzi per a cadascú, hi ha diferents tipus d’adreça IP. D’aquesta forma, quants més bits es dediquin a la par que identifica la xarxa, menor serà el nombre d’equips que podran coexistir en ella. A més dins de cada categoria hi ha un ranc d’adreces reservat que es coneixen com a adreces privades. Les adreces públiques són les que utilitzen els quips que estan de cara a internet (per exemple un router) i estan regulades per diferents organismes. Si un equip està en una xarxa local, ha d’utilitzar un adreça del ranc de les IP privades per no entrar en conflicte amb altres equips d’internet.

Un exemple d’adreça IP podria ser 192.168.1.123. Aquest és un exemple típic de IP en xarxa local.

Hi ha tres classes d’adreces IP que una organització pot rebre de part del Registre Nord-americà de Nombres d’Internet (ARIN) (o ISP de l’organització): Classe A, B i C. En l’actualitat, ARIN reserva les adreces de Classe A per als governs de tot el món (encara que en el passat se li hagin atorgat a empreses de gran envergadura com, per exemple, Hewlett Packard ) i les adreces de Classe B per a les mitjanes empreses. S’atorguen adreces de Classe C per a tots els altres sol·licitants.

Cada classe de xarxa permet una quantitat fixa de hostatgers. En una xarxa de Classe A, s’assigna el primer octet, reservant els tres últims octets (24 bits) perquè siguin assignats als hostatgers, de manera que la quantitat màxima de hostatgers és 2^24 (menys 2: les adreces reservades de broadcast i de xarxa, que són la), o 16.777.214 hostatgers.

En una xarxa de Classe B, s’assignen els dos primers octets, reservant els dos octets finals (16 bits) perquè siguin assignats als hostatgers, de manera que la quantitat màxima d’hostatgers és 2^16 (menys 2), o 65.534 hostatgers.

En una xarxa de Classe C, s’assignen els tres primers octets, reservant l’octet final (8 bits) perquè sigui assignat als hostatgers, de manera que la quantitat màxima d’hostatgers és 2^8 (menys 2), o 254 hostatgers. Hi ha certes adreces en cada classe d’adreça IP que no estan assignades. Aquestes adreces es denominen adreces privades. Les adreces privades poden ser utilitzades pels hostatgers que usen traducció d’adreça de xarxa (NAT), o un servidor proxy, per a connectar-se a una xarxa pública o pels hostatgers que no es connecten a Internet.

Moltes aplicacions requereixen connectivitat dintre d’una sola xarxa, i no necessiten connectivitat externa. En les xarxes de gran grandària, sovint s’usa TCP/IP , encara que la connectivitat de capa de xarxa no sigui necessària fora de la xarxa. Els bancs són bons exemples. Poden utilitzar TCP/IP per a connectar els caixers automàtics (ATM). Aquestes màquines no es connecten a la xarxa pública, de manera que les adreces privades són ideals per a elles. Les adreces privades també es poden utilitzar en una xarxa en la qual no hi ha suficients adreces públiques disponibles.

Les adreces privades es poden utilitzar juntament amb un servidor de traducció d’adreces de xarxa (NAT) o servidor proxy per a subministrar connectivitat a tots els hostatgers d’una xarxa que té relativament poques adreces públiques disponibles. Segons l’acordat, qualsevol tràfic que posseeixi una adreça destinació dintre d’un dels intervals d’adreces privades NO s'enrutarà a través d’Internet.

A part de l’adreça, també és important en la configuració d’un equip la màscara de xarxa, que determina amb quins equips pot comunicar-se directament. Si s’utilitza una màscara que proporciona la major part dels assistents de configuració (la que correspon a cada classe), els equips podran veure als que pertanyin a la mateixa xarxa, és a dir, als equips que tinguin la mateixa adreça IP a excepció de la part que designa el host, que és única per a cadascú.

També és important la configuració de la porta d’enllaç o gateway. La porta d’enllaç no és res més que l’adreça d’un dispositiu o equip de la xarxa que serveix de sortida per a totes les adreces que no estiguin a la xarxa en la que correspongui un equip. Per exemple, un equip que estigui en una xarxa amb connexió a internet mitjançant un router, tindrà com a porta d’enllaç l'adreça IP del router, que serà l’encarregat de transmetre cap a l’exterior totes les peticions que no facin referència als equips de la xarxa local.

Per últim, les DNS també són unes adreces que fan referència a equips que, en aquest cas, es troben a internet i compleixen una tasca molt important. El servei de noms de domini (DNS) s’encarrega de transformar en una IP les adreces que normalment es teclegen en els navegadors web. Si no existissin, per accedir a una pàgina web caldria recordar l’adreça IP del servidor on es troba dipositada la pàgina web.

Configuració

Per tal de configurar el protocol TCP/IP d'una xarxa LAN cal situar-se sobre el dispositiu i, amb el botó dret del ratolí seleccionar Propietats en el menú emergent. Seguidament seleccionar les propietats del protocol TCP/IP per passar a introduir les adreces corresponents a la nosta xarxa LAN.