Prologo: En este post su funcionalidad es tener muy claros los conceptos de Trama, Datagrama, Paquetes, datos y cabecera para la comprensión de este modelo conceptual el “modelo-TCP/IP .
Cabecera–Datos–Paquetes–Datagrama–Trama (Modelo-TCP/IP).
-. Cada una de estas entidades juega un papel crucial en la transmisión de datos a través de una red, y ademas están relacionadas entre sí:
- Paquete: Es un término general que puede referirse a un datagrama o a una unidad de datos en otras capas. Sin embargo, a menudo se utiliza como sinónimo de datagrama.
- Datagrama: Es la unidad de datos en la capa de internet. Encapsula la información de la capa de transporte (como el puerto de origen y destino) y la dirección–IP de origen y destino.
- Trama: Es la unidad de datos más básica en la capa-enlace-datos. Contiene información para el hardware de la red, como la dirección-MAC de origen y destino.
- Cabecera: Es una sección al inicio de un paquete, datagrama o trama que contiene información de control, como la dirección, el tipo de protocolo y los datos de verificación de errores.
Nota: Los Datos de una aplicación son encapsulados en un Paquete-segmento-TCP (si se utiliza TCP). El Paquete-segmento-TCP es encapsulado en un Datagrama-IP. El Datagrama-IP es encapsulado en una Trama en la Capa-Enlace-Datos. La Trama es enviada a través del medio-físico. Ethernet o Wi-Fi.
Descripción: El diagrama muestra la estructura del modelo TCP/IP en capas, ilustrando cómo los datos se encapsulan a medida que pasan por las diferentes capas de la red:
- Capa de Aplicación: Datos y flujo de datos
- Capa de Transporte: Cabeceras TCP, datos y paquetes
- Capa de Internet: Cabeceras IP, cabeceras TCP, datos y datagrama
- Capa de Acceso: Cabeceras Ethernet, IP, TCP, datos y trama
El diagrama también incluye definiciones breves de tramas, datagramas, paquetes y cabeceras en la parte inferior.
Esta representación visual ayuda a entender cómo la información se estructura y encapsula en cada nivel del modelo TCP/IP, desde la capa de aplicación hasta la capa de acceso a la red.
Datos:
-. Los Datos son la información original que se desea transmitir a través de la red. Pueden ser texto, imágenes, audio, video o cualquier otro tipo de información digital. En el modelo-TCP/IP, los datos son procesados y encapsulados en diferentes unidades a medida que pasan por las capas-modelo-TCP/IP.
Paquetes: “o segmentos en protocolo-TCP”
-. En el modelo-TCP/IP, los Paquetes son unidades fundamentales de datos creadas en la capa-transporte, específicamente cuando se utiliza el protocolo-TCP (Transmission Control Protocol). Los paquetes representan una forma eficiente de dividir grandes cantidades de información en segmentos más manejables para su transmisión a través de la red
-. La estructura de un paquete-TCP típicamente consiste en dos partes principales: la cabecera y la carga útil (payload) los Datos. La cabecera contiene información crucial para el control y la gestión de la transmisión, mientras que la carga útil lleva una porción de los datos originales que se están transmitiendo.
Nota: Nos situamos en la Capa-Trasporte del Modelo-TCP/IP, la unidad de datos se compone de Paquetes, estos Paquetes se componen de “Datos mas Cabecera”. Los Datos son una porción de los datos originales y la Cabecera que usamos en este ejemplo, es una Cabecera-TCP, podríamos usar una cabecera-UDP ¡es mas representativa! La Cabecera-TCP.
Nota: La cabecera de un paquete-TCP incluye varios campos importantes:
Descripción: El diagrama ilustra la estructura de la cabecera TCP en el protocolo TCP/IP. Incluye:
- Puerto de origen y destino (16 bits cada uno)
- Número de secuencia (32 bits)
- Número de acuse de recibo (ACK) (32 bits)
- Longitud de la cabecera (4 bits)
- Flags de control (6 bits)
- Tamaño de la ventana (16 bits)
- Campo reservado (6 bits)
- Checksum (16 bits) para verificar la integridad del paquete
- Puntero urgente (16 bits)
- Opciones (longitud variable)
- Datos (porción de los datos originales)
. La cabecera TCP típicamente tiene una longitud de 20 bytes. Esta estructura facilita el control de flujo, secuenciación y confirmación de datos en las comunicaciones TCP.
-. El tamaño de los paquetes-TCP puede variar, pero generalmente se limita por la Unidad Máxima de Transmisión (MTU) de la red. El uso de paquetes permite implementar características importantes del protocolo-TCP, como el control de flujo, la detección y corrección de errores, y la retransmisión de datos perdidos.
-. En resumen los paquetes en el modelo-TCP/IP, específicamente en el contexto del protocolo-TCP, son esenciales para lograr una transmisión de datos confiable, ordenada y eficiente a través de redes complejas y heterogéneas.
Datagrama:
-. Los Datagramas son las unidades de datos utilizadas en la Capa-Internet o Red del modelo-TCP/IP. Cuando se usa el protocolo-IP (Internet Protocol), los paquetes de la capa-transporte se encapsulan en datagramas. Un Datagrama-IP contiene: Una cabecera-IP con información como direcciones-IP de origen y destino, identificación del datagrama, tiempo de vida (TTL), etc, y los Datos del paquete de la capa-superior.
-. Los datagramas son unidades fundamentales de información en la Capa-Internet o Red del modelo-TCP/IP, específicamente cuando se utiliza el protocolo-IP (Internet Protocol). Esta unidad de datos encapsula los paquetes provenientes de la capa-transporte y se prepara para su transmisión a través de la red
-. Un datagrama-IP consta de dos partes principales: la cabecera y los datos La cabecera contiene información crucial para el enrutamiento y la gestión del datagrama, mientras que la sección de datos alberga la información real que se está transmitiendo.
-. La Cabecera-IP es una parte crucial del datagrama-IP en el modelo TCP/IP, específicamente en la Capa-Internet o Red. Esta estructura contiene información esencial para el enrutamiento y la gestión de los datagramas a través de la red
-. En el caso de IPv4, la cabecera-IP tiene una longitud mínima de 20-bytes y puede extenderse hasta 60-bytes si se incluyen opciones adicionales Los campos principales de la cabecera IPv4 son:
Explicación: El diagrama muestra la estructura de la cabecera IP de los protocolos TCP/IP. Incluye los siguientes campos principales:
- Versión (4 bits): Indica la versión del protocolo IP, en este caso 4 para IPv4
- Longitud de la cabecera (4 bits): Especifica la longitud de la cabecera en palabras de 32 bits El valor mínimo es 5 para una cabecera sin opciones
- Tipo de Servicio (8 bits): También conocido como Differentiated Services Code Point (DSCP) en implementaciones modernas, permite marcar el tráfico para diferentes niveles de servicio
- Longitud Total (16 bits): Indica la longitud total del datagrama, incluyendo la cabecera y los datos
- Identificación (16 bits): Se utiliza para identificar los fragmentos de un datagrama original
- Banderas (3 bits): Controlan y gestionan la fragmentación del datagrama
- Desplazamiento de Fragmento (13 bits): Indica la posición relativa de este fragmento en el datagrama original
- Tiempo de Vida (TTL) (8 bits): Limita el número máximo de saltos que puede dar el datagrama en la red
- Protocolo (8 bits): Identifica el protocolo de capa superior contenido en la porción de datos del datagrama
- Suma de Comprobación de la Cabecera (16 bits): Se utiliza para detectar errores en la cabecera
- Dirección IP de Origen (32 bits): Especifica la dirección IP del dispositivo que envía el datagrama
- Dirección IP de Destino (32 bits): Especifica la dirección IP del dispositivo al que se dirige el datagrama
- Opciones (variable): Campo opcional que puede incluir información adicional como medidas de seguridad, registro de ruta, marca de tiempo, entre otros.
Cada campo tiene un tamaño específico en bits, indicado al lado. El diagrama también menciona que para IPv4, la cabecera IP tiene una longitud mínima de 20 bytes y puede extenderse hasta 60 bytes.
-. La cabecera-IP juega un papel fundamental en el enrutamiento de los datagramas a través de Internet. Los Routers examinan principalmente los campos de dirección–IP de destino para determinar cómo reenviar el datagrama.
-. En IPv6, la cabecera tiene un formato diferente y es más simple, con una longitud fija de 40-bytes. Elimina algunos campos presentes en IPv4 y modifica otros para mejorar la eficiencia y soportar características avanzadas.
-. Podemos decir que la comprensión detallada de la cabecera-IP es esencial para los profesionales de redes, ya que permite el diagnóstico de problemas, la optimización del tráfico y la implementación de políticas de red efectivas.
Tramas: “o” Frame:
-. Las Tramas son las unidades de datos en la capa-enlace-datos del modelo-TCP/IP. Cuando los datagramas pasan a la capa-enlace, se encapsulan en Tramas para su transmisión física. Las Tramas son específicas del protocolo de enlace-datos utilizado ( Ethernet, WiFi, PPP) y se adaptan al medio físico de transmisión.
-. Los componentes específicos de la cabecera pueden variar según el protocolo de enlace de datos utilizado siendo Ethernet uno de los más comunes. Por lo tanto describiré la cabecera de una trama-Ethernet como ejemplo representativo. En redes-inalámbricas como WiFi la cabecera-trama incluye campos adicionales para manejar las complejidades del medio inalámbrico.
-. La Cabecera-Trama se procesa en la capa-enlace-datos del modelo-TCP/IP. Los dispositivos de red como switches utilizan la información de la cabecera para tomar decisiones de reenvío sin necesidad de examinar el contenido de los datos encapsulados.
-. La cabecera-Ethernet es un componente fundamental de las Tramas utilizadas en redes-Ethernet que operan en la capa-enlace-datos del modelo-TCP/IP. Diseñada para facilitar la comunicación eficiente entre dispositivos en una red-local esta cabecera-Ethernet contiene información crucial para el direccionamiento y la identificación del contenido de la Trama.
-. En el contexto más amplio del modelo-TCP/IP, la cabecera-Ethernet encapsula los datagramas-IP, proporcionando el mecanismo para su transmisión a través del medio físico de la red-local. Esta encapsulación permite que los datos de las capas-superiores (como IP, TCP o UDP) sean transmitidos de manera eficiente a través de la red física.
Nota: En este diagrama disponemos: La unidad de datos utilizada, que es la Trama, contiene una Cabecera-Ethernet clásica y los Datos “ carga-útil y CRC y los campos principales de la cabecera Ethernet.
Descripción: El diagrama muestra los campos que conforman la cabecera 802.3-Ethernet / Trama / Capa-Enlace-Datos / Modelo-TCP/IP. Estos campos son:
- Preámbulo:Este campo su función principal es permitir que los dispositivos receptores se sincronicen con la señal de la trama entrante. Es esencial para la sincronización de relojes en la comunicación de red.
- Delimitador de Inicio de Trama SFD (Start Frame Delimiter): El SFD marca el final del preámbulo y el inicio de la información de la trama propiamente dicha. Tiene un patrón fijo de 10101011, que señala al receptor que la información importante de la trama está a punto de comenzar.
- Dirección MAC de Destino: Este campo identifica el dispositivo o dispositivos a los que se dirige la trama. Puede ser Unicast: dirigida a un dispositivo específico. / Multicast: dirigida a un grupo de dispositivos. / Broadcast: dirigida a todos los dispositivos en la red. / Las direcciones MAC son únicas para cada interfaz de red y constan de 48 bits.
- Dirección MAC de Origen: Identifica el dispositivo que envía la trama. Al igual que la dirección de destino, es única para cada interfaz de red y consta de 48 bits.
- Tipo/Longitud: Este campo tiene una doble función, dependiendo de su valor. Si es mayor que 1500, indica el tipo de protocolo encapsulado en la trama. Si es menor o igual a 1500, indica la longitud en bytes de los datos contenidos en la trama.
- Campo de datos: Este campo se ubica después del encabezado y es donde se almacenan los datos reales que se van a transmitir. Es decir, los datos que provienen de una capa superior, capa-red IP. Es importante distinguir entre el encabezado, que contiene información de control, y el campo de datos, que contiene la carga útil.
- El CRC (Cyclic Redundancy Check) o Secuencia de Verificación de Trama: es un mecanismo fundamental en las comunicaciones de datos, incluido Ethernet, diseñado para detectar errores durante la transmisión. El campo CRC no se encuentra dentro del encabezado de una trama Ethernet en sentido estricto. Se ubica al final de la trama, justo después del campo de datos. Sin embargo, su cálculo se basa en todo el contenido de la trama, incluyendo el encabezado.
El diagrama representa la estructura de la trama Ethernet, con los diferentes campos que la componen y sus respectivas longitudes en bytes.
-. La cabecera-Ethernet con etiqueta-VLAN es una extensión del formato estándar de Ethernet que incorpora información adicional para soportar redes virtuales (VLANs). Esta modificación se define en el estándar IEEE 802.1Q y juega un papel crucial en la segmentación lógica de redes físicas.
-. Etiqueta VLAN: Este es el campo adicional que diferencia una trama 802.1Q de una trama-Ethernet estándar. Se inserta entre la dirección-MAC de origen y el campo Tipo/Longitud. Permite la implementación de redes virtuales (VLANs). Este campo incluye información sobre la pertenencia a una VLAN y la prioridad de la trama, facilitando la segmentación lógica de la red.
Nota: La flexibilidad de la cabecera Ethernet ha permitido su adaptación a lo largo del tiempo, incorporando nuevas funcionalidades como las VLANs y soportando velocidades de transmisión cada vez más altas, desde los 10 Mbps originales hasta los 400 Gbps actuales y más allá.
Recopilando:
-. Veamos los puntos mas importantes de este post:
- El modelo TCP/IP se compone de varias capas que encapsulan datos.
- Los datos originales son la información que se desea transmitir.
- Los paquetes (o segmentos en TCP) se crean en la capa de transporte.
- La cabecera TCP contiene información de control como puertos y números de secuencia.
- Los datagramas son unidades de datos en la capa de Internet/Red.
- La cabecera IP incluye direcciones IP de origen y destino, entre otros campos.
- Las tramas son unidades de datos en la capa de enlace de datos.
- La cabecera Ethernet contiene direcciones MAC y tipo/longitud de datos.
- El proceso de encapsulación: datos → paquete → datagrama → trama.
- Los paquetes TCP tienen una estructura de cabecera + carga útil (payload).
- El tamaño de los paquetes está limitado por la MTU de la red.
- Los datagramas IP encapsulan los paquetes de la capa superior.
- La cabecera IPv4 tiene una longitud mínima de 20 bytes, máxima de 60 bytes.
- IPv6 tiene una cabecera más simple de 40 bytes fijos.
- Las tramas se adaptan al medio físico de transmisión (Ethernet, WiFi, etc.).
- La cabecera Ethernet facilita la comunicación en redes locales.
- El campo CRC en las tramas Ethernet sirve para detectar errores.
- Las tramas 802.1Q incluyen una etiqueta VLAN para segmentación lógica.
- La cabecera Ethernet ha evolucionado para soportar nuevas funcionalidades.
- Comprender estas estructuras es crucial para profesionales de redes.
- Referencias: (Entorno-Moreluz)
- Referencias: Wikipedia
