Ingeniería Systems: Rol del TCP, Presentación y Rol de UDP, Separación de comunicaciones múltiples - CCNA1 V5

1. Rol del TCP

Una vez que TCP establece una sesión, puede hacer un seguimiento de la conversación dentro de esa sesión. Debido a la capacidad de TCP de hacer un seguimiento de conversaciones reales, se lo considera un protocolo con estado. Un protocolo con estado es un protocolo que realiza el seguimiento del estado de la sesión de comunicación. Por ejemplo, cuando se transmiten datos mediante TCP, el emisor espera que el destino acuse recibo de los datos. TCP hace un seguimiento de la información que se envió y de la que se acusó de recibo. Si no se acusa recibo de los datos, el emisor supone que no llegaron y los vuelve a enviar. La sesión con estado comienza con el establecimiento de sesión y finaliza cuando se cierra la sesión con terminación de sesión.

Nota: el mantenimiento de esta información de estado requiere recursos que no son necesarios para un protocolo sin estado, como UDP.

TCP genera sobrecarga adicional para obtener estas funciones. Como se muestra en la ilustración, cada segmento TCP tiene 20 bytes de sobrecarga en el encabezado que encapsula los datos de la capa de aplicación. Este tipo de segmento es mucho más largo que un segmento UDP, que solo tiene 8 bytes de sobrecarga. La sobrecarga adicional incluye lo siguiente:

Número de secuencia (32 bits): se utiliza para rearmar datos.
Número de acuse de recibo (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 indicadores, que indican el propósito y la función del segmento TCP.
Tamaño de la ventana (16 bits): indica la cantidad de segmentos 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.

Algunos ejemplos de aplicaciones que utilizan TCP son los exploradores Web, el correo electrónico y las transferencias de archivos.

2. Presentación de UDP

Protocolo de datagramas de usuario (UDP)

UDP se considera un protocolo de transporte de máximo esfuerzo, descrito en RFC 768. 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.

Como se muestra en la ilustración, las siguientes características describen a UDP:

Sin conexión: UDP no establece una conexión entre los hosts antes de que se puedan enviar y recibir datos.
Entrega no confiable: UDP no proporciona servicios para asegurar que los datos se entreguen con confianza. UDP no cuenta con procesos que hagan que el emisor vuelva a transmitir los datos que se pierden o se dañan.
Reconstrucción de datos no ordenada: en ocasiones, los datos se reciben en un orden distinto del de envío. UDP no proporciona ningún mecanismo para rearmar los datos en su secuencia original. Los datos simplemente se entregan a la aplicación en el orden en que llegan.
Sin control del flujo: UDP no cuenta con mecanismos para controlar la cantidad de datos que transmite el dispositivo de origen para evitar la saturación del dispositivo de destino. El origen envía los datos. Si los recursos en el host de destino se sobrecargan, es probable que dicho host descarte los datos enviados hasta que los recursos estén disponibles. A diferencia de TCP, en UDP no hay un mecanismo para la retransmisión automática de datos descartados.

3. Rol del UDP

Aunque UDP no incluye la confiabilidad y los mecanismos de control del flujo de TCP, como se muestra en la ilustración, la entrega de datos de baja sobrecarga de UDP lo convierte en un protocolo de transporte ideal para las aplicaciones que pueden tolerar cierta pérdida de datos. Las porciones de comunicación en UDP se llaman datagramas.

El protocolo de la capa de transporte envía estos datagramas como máximo esfuerzo. Algunas aplicaciones que utilizan UDP son el Sistema de nombres de dominios (DNS), el streaming de video y la voz sobre IP (VoIP).

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

UDP es un protocolo sin estado, lo cual significa que ni el cliente ni el servidor están obligados a hacer un seguimiento del estado de la sesión de comunicación. Como se muestra en la ilustración, UDP no se ocupa de la confiabilidad ni del control del flujo. Los datos se pueden perder o recibir fuera de secuencia sin ningún mecanismo de UDP que pueda recuperarlos o reordenarlos. Si se requiere confiabilidad al utilizar UDP como protocolo de transporte, esta la debe administrar la aplicación.

4. Separación de comunicaciones múltiples

La capa de transporte debe poder separar y administrar varias comunicaciones con diferentes necesidades de requisitos de transporte. Tome como ejemplo un usuario conectado a una red en un dispositivo final.

El usuario envía y recibe correo electrónico y mensajes instantáneos, visita sitios Web y realiza una llamada telefónica de voz sobre IP (VoIP) simultáneamente.

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 explorador Web y el texto de un mensaje instantáneo no aparece en un correo electrónico.

Por motivos de confiabilidad, los usuarios necesitan que un correo electrónico o una página Web se reciba y presente por completo para que la información se considere útil. Por lo general, se permiten leves retrasos en la carga de correo electrónico o de páginas Web, siempre y cuando el producto final se muestre en su totalidad y de forma correcta. En este ejemplo, la red administra el reenvío o reemplazo de la información que falta y no muestra el producto final hasta que se hayan recibido y armado todos los datos.

En cambio, la pérdida ocasional de partes pequeñas de una conversación telefónica se puede considerar aceptable. Incluso si se descartan partes pequeñas de algunas palabras, se puede deducir el audio que falta del contexto de la conversación o solicitar que la otra persona repita lo que dijo. Si la red administrara y reenviara segmentos faltantes, se prefiere lo mencionado anteriormente a los retrasos que se producen. En este ejemplo, es el usuario y no la red quien administra el reenvío o reemplazo de la información que falta.

Como se muestra en la ilustración, para que TCP y UDP administren estas conversaciones simultáneas con diversos requisitos, los servicios basados en UDP y TCP deben hacer un seguimiento de las diversas aplicaciones que se comunican. Para diferenciar los segmentos y datagramas para cada aplicación, tanto TCP como UDP cuentan con campos de encabezado que pueden identificar de manera exclusiva estas aplicaciones. Estos identificadores únicos son números de puertos.