Protocolos y Servicios de Capa de Aplicación

Protocolos Capa Aplicación
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    Protocolos web y de correo electrónico - 10/10
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    Protocolos de asignación de direcciones IP - 10/10
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    Protocolos de transferencia de archivos - 10/10
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Resumen

Se explica la forma en que funcionan los protocolos web y de correo electrónico, los protocolos de asignación de direcciones IP y los protocolos de transferencia de archivos.

Aprende sobre los protocolos y servicios de capa de aplicación. Veremos cómo es el funcionamiento de cada uno de ellos.

¡Bienvenido!: Este tema forma parte del Capítulo 15 del curso de Cisco CCNA 1, para un mejor seguimiento del curso puede ir a la sección CCNA 1 para guiarte del índice.

1. Protocolo de Transferencia de Hipertexto  y Lenguaje de Marcado de Hipertextos

Existen protocolos específicos de la capa de aplicación que están diseñados para usos comunes, como la navegación web y el correo electrónico. El primer tema le dio una visión general de estos protocolos. Este tema entra en más detalles.

Cuando una dirección web o un Uniform Resource Locator (URL) se escribe en un navegador web, el navegador web establece una conexión con el servicio web. El servicio web se ejecuta en el servidor que utiliza el protocolo HTTP. Las URL y los Uniform Resource Identifiers (URIs) son los nombres que la mayoría de las personas asocian con las direcciones web.

Para comprender mejor cómo interactúan el navegador web y el servidor web, examine cómo se abre una página web en un navegador. Para este ejemplo, utiliza la URL http://www.cisco.com/index.html

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El navegador interpreta las tres partes de la URL:

  • http (el protocolo o esquema)
  • www.cisco.com (el nombre del servidor)
  • index.html (el nombre de archivo específico solicitado)

Navegador interpreta URL

Navegador interpreta URL

Luego, el navegador verifica con un servidor de nombres para convertir www.cisco.com en una dirección IP numérica, que utiliza para conectarse al servidor. El cliente inicia una solicitud HTTP a un servidor enviando una solicitud GET al servidor y solicita el archivo index.html.

Solicitud GET

Solicitud GET

En respuesta a la solicitud, el servidor envía el código HTML de esta página web al navegador.

Entrega solicitud navegador

Entrega solicitud navegador

El navegador descifra el código HTML y formatea la página para la ventana del navegador.

Mostrar sitio Web HTTP

Mostrar sitio Web HTTP

1.1. HTTP y HTTPS

HTTP es un protocolo de solicitud/respuesta. Cuando un cliente, generalmente un navegador web, envía una solicitud a un servidor web, HTTP especifica los tipos de mensajes utilizados para esa comunicación. Los tres tipos de mensajes comunes son GET (ver imagen), POST y PUT:

  • GET: esta es una solicitud de datos del cliente. Un cliente (navegador web) envía el mensaje GET al servidor web para solicitar páginas HTML.
  • POST: carga archivos de datos en el servidor web, como los datos de formulario.
  • PUT: esto carga recursos o contenido al servidor web, como una imagen.
Protocolo HTTP

Protocolo HTTP

Aunque HTTP es notablemente flexible, no es un protocolo seguro. Los mensajes de solicitud envían información al servidor en texto sin formato que puede ser interceptada y leída. Las respuestas del servidor, generalmente páginas HTML, tampoco están encriptadas.

Para una comunicación segura a través de Internet, se utiliza el protocolo HTTP Secure (HTTPS). HTTPS usa autenticación y encriptación para asegurar los datos mientras viajan entre el cliente y el servidor. HTTPS utiliza el mismo proceso de respuesta del servidor de solicitud del cliente que HTTP, pero el flujo de datos se cifra con Secure Socket Layer (SSL) antes de ser transportado a través de la red.


2. Protocolos de correo electrónico

Uno de los principales servicios ofrecidos por un ISP es el alojamiento de correo electrónico. Para ejecutarse en una computadora u otro dispositivo final, el correo electrónico requiere varias aplicaciones y servicios, como se muestra en la imagen. El correo electrónico es un método de almacenamiento y reenvío para enviar, almacenar y recuperar mensajes electrónicos a través de una red. Los mensajes de correo electrónico se almacenan en bases de datos en servidores de correo.

Protocolos de correo electrónico

Protocolos de correo electrónico

Los clientes de correo electrónico se comunican con los servidores de correo para enviar y recibir correos electrónicos. Los servidores de correo se comunican con otros servidores de correo para transportar mensajes de un dominio a otro. Un cliente de correo electrónico no se comunica directamente con otro cliente de correo electrónico cuando envía un correo electrónico. En cambio, ambos clientes confían en el servidor de correo para transportar mensajes.

El correo electrónico admite tres protocolos separados para la operación: Protocolo simple de transferencia de correo (SMTP), Protocolo de oficina postal (POP) e IMAP. El proceso de la capa de aplicación que envía correo usa SMTP. Un cliente recupera el correo electrónico utilizando uno de los dos protocolos de capa de aplicación: POP o IMAP.

2.1. SMTP, POP e IMAP

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Los formatos de mensaje SMTP requieren un encabezado de mensaje y un cuerpo de mensaje. Aunque el cuerpo del mensaje puede contener cualquier cantidad de texto, el encabezado del mensaje debe tener una dirección de correo electrónico del destinatario con el formato correcto y una dirección del remitente.

Cuando un cliente envía un correo electrónico, el proceso SMTP del cliente se conecta con un proceso SMTP del servidor en el conocido puerto 25. Después de realizar la conexión, el cliente intenta enviar el correo electrónico al servidor a través de la conexión. Cuando el servidor recibe el mensaje, lo coloca en una cuenta local, si el destinatario es local, o reenvía el mensaje a otro servidor de correo para su entrega.

El servidor de correo electrónico de destino puede no estar en línea o puede estar ocupado cuando se envían mensajes de correo electrónico. Por lo tanto, SMTP pone en cola los mensajes que se enviarán más adelante. Periódicamente, el servidor verifica la cola en busca de mensajes e intenta enviarlos nuevamente. Si el mensaje aún no se entrega después de un tiempo de vencimiento predeterminado, se devuelve al remitente como no entregado.

Protocolo SMTP

Protocolo SMTP

POP es utilizado por una aplicación para recuperar correo de un servidor de correo. Con POP, el correo se descarga del servidor al cliente y luego se elimina en el servidor. Esta es la operación predeterminada de POP.

El servidor inicia el servicio POP escuchando pasivamente las solicitudes de conexión del cliente en el puerto TCP 110. Cuando un cliente quiere hacer uso del servicio, envía una solicitud para establecer una conexión TCP con el servidor, como se muestra en la imagen. Cuando se establece la conexión, el servidor POP envía un saludo. El cliente y el servidor POP luego intercambian comandos y respuestas hasta que la conexión se cierra o se cancela.

Con POP, los mensajes de correo electrónico se descargan al cliente y se eliminan del servidor, por lo que no hay una ubicación centralizada donde se guarden los mensajes de correo electrónico. Debido a que POP no almacena mensajes, no se recomienda para una pequeña empresa que necesita una solución de respaldo centralizada.

POP3 es la versión más utilizada.

Protocolo POP

Protocolo POP

IMAP es otro protocolo que describe un método para recuperar mensajes de correo electrónico. A diferencia de POP, cuando el usuario se conecta a un servidor compatible con IMAP, las copias de los mensajes se descargan a la aplicación cliente, como se muestra en la imagen. Los mensajes originales se mantienen en el servidor hasta que se eliminan manualmente. Los usuarios ven copias de los mensajes en su software de cliente de correo electrónico.

Los usuarios pueden crear una jerarquía de archivos en el servidor para organizar y almacenar el correo. Esa estructura de archivos también está duplicada en el cliente de correo electrónico. Cuando un usuario decide eliminar un mensaje, el servidor sincroniza esa acción y elimina el mensaje del servidor.

Protocolo IMAP

Protocolo IMAP

3. Servicio de nombres de dominios (DNS)

En las redes de datos, los dispositivos están etiquetados con direcciones IP numéricas para enviar y recibir datos a través de redes. Los nombres de dominio se crearon para convertir la dirección numérica en un nombre simple y reconocible.

En Internet, los nombres de dominio totalmente cualificado (FQDN), como http://www.cisco.com, son mucho más fácil que la gente recuerde que 198.133.219.25, que es la dirección numérica real para este servidor. Si Cisco decide cambiar la dirección numérica de  www.cisco.com, es transparente para el usuario porque el nombre de dominio sigue siendo el mismo. La nueva dirección simplemente está vinculada al nombre de dominio existente y se mantiene la conectividad.

El protocolo DNS define un servicio automatizado que hace coincidir los nombres de los recursos con la dirección de red numérica requerida. Incluye el formato para consultas, respuestas y datos. Las comunicaciones del protocolo DNS utilizan un único formato llamado mensaje. Este formato de mensaje se utiliza para todo tipo de consultas de clientes y respuestas de servidores, mensajes de error y la transferencia de información de registros de recursos entre servidores.

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El usuario escribe un FQDN en el campo Dirección de la aplicación del navegador.

Se envía una consulta DNS al servidor DNS designado para la computadora cliente.

El servidor DNS coincide con el FQDN con su dirección IP.

La respuesta de la consulta DNS se envía de vuelta al cliente con la dirección IP para el FQDN.

Respuesta consulta DNS

Respuesta consulta DNS

La computadora cliente utiliza la dirección IP para realizar solicitudes al servidor.

Ejemplo Servicio de nombres de dominios

Ejemplo Servicio de nombres de dominios

3.1. Formato de mensaje DNS

El servidor DNS almacena diferentes tipos de registros de recursos que se utilizan para resolver nombres. Estos registros contienen el nombre, la dirección y el tipo de registro. Algunos de estos tipos de registros son los siguientes:

  • A: una dirección IPv4 del dispositivo final
  • NS: un servidor de nombres autorizado
  • AAAA: una dirección IPv6 del dispositivo final (pronunciado quad-A)
  • MX: Un registro de intercambio de correo

Cuando un cliente realiza una consulta, el proceso DNS del servidor primero mira sus propios registros para resolver el nombre. Si no puede resolver el nombre utilizando sus registros almacenados, se pone en contacto con otros servidores para resolver el nombre. Una vez que se encuentra una coincidencia y se devuelve al servidor solicitante original, el servidor almacena temporalmente la dirección numerada en caso de que se vuelva a solicitar el mismo nombre.

El servicio DNS cient en PC con Windows también almacena nombres resueltos previamente en la memoria. El comando ipconfig/displaydns muestra todas las entradas DNS almacenadas en caché.

Como se muestra en la tabla, DNS utiliza el mismo formato de mensaje entre servidores, que consiste en una pregunta, respuesta, autoridad e información adicional para todo tipo de consultas de clientes y respuestas de servidores, mensajes de error y transferencia de información de registro de recursos.

Sección de mensajes DNSDescripción
QuestionLa pregunta para el servidor de nombres
AnswerRegistros de recursos respondiendo la pregunta
AuthorityRegistros de recursos que apuntan hacia una autoridad
AdditionalRegistros de recursos que contienen información adicional

3.2. Jerarquía de DNS

El protocolo DNS utiliza un sistema jerárquico para crear una base de datos para proporcionar una resolución de nombre, como se muestra en la imagen. DNS utiliza nombres de dominio para formar la jerarquía.

La estructura de nombres se divide en zonas pequeñas y manejables. Cada servidor DNS mantiene un archivo de base de datos específico y solo es responsable de administrar las asignaciones de nombre a IP para esa pequeña porción de toda la estructura DNS. Cuando un servidor DNS recibe una solicitud de traducción de un nombre que no está dentro de su zona DNS, el servidor DNS reenvía la solicitud a otro servidor DNS dentro de la zona adecuada para la traducción. DNS es escalable porque la resolución del nombre de host se extiende a través de múltiples servidores.

Los diferentes dominios de nivel superior representan el tipo de organización o el país de origen. Los ejemplos de dominios de nivel superior son los siguientes:

  • .com: un negocio o industria
  • .org: una organización sin fines de lucro
  • .au: Australia
  • .es: España (por ejemplo, https://ccnadesdecero.es/)
Jerarquía de DNS

Jerarquía de DNS

Un ejemplo de Dominio de segundo nivel sería nuestra APP: app.ccnadesdecero.es

3.3. Comando nslookup

Al configurar un dispositivo de red, se proporcionan una o más direcciones del servidor DNS que el cliente DNS puede usar para la resolución de nombres. Por lo general, el ISP proporciona las direcciones para usar en los servidores DNS. Cuando una aplicación de usuario solicita conectarse a un dispositivo remoto por nombre, el cliente DNS solicitante consulta al servidor de nombres para resolver el nombre a una dirección numérica.

Los sistemas operativos de las computadoras también tienen una utilidad llamada Nslookup que permite al usuario consultar manualmente los servidores de nombres para resolver un nombre de host dado. Esta utilidad también se puede utilizar para solucionar problemas de resolución de nombres y para verificar el estado actual de los servidores de nombres.

En este ejemplo, cuando se emite el comando nslookup, se muestra el servidor DNS predeterminado configurado para su host. El nombre de un host o dominio se puede ingresar en el indicador nslookup. La utilidad Nslookup tiene muchas opciones disponibles para pruebas y verificaciones extensas del proceso de DNS.

C:\Users> nslookup
Default Server: dns-sj.cisco.com
Address: 171.70.168.183
> www.cisco.com
Server: dns-sj.cisco.com
Address: 171.70.168.183
Name: origin-www.cisco.com
Addresses: 2001:420:1101:1::a
173.37.145.84
Aliases: www.cisco.com
> cisco.netacad.net
Server: dns-sj.cisco.com
Address: 171.70.168.183
Name: cisco.netacad.net
Address: 72.163.6.223
>

4. Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP)

El Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP) para el servicio IPv4 automatiza la asignación de direcciones IPv4, máscaras de subred, puertas de enlace y otros parámetros de red IPv4. Esto se conoce como direccionamiento dinámico. La alternativa al direccionamiento dinámico es el direccionamiento estático. Cuando se utiliza el direccionamiento estático, el administrador de la red ingresa manualmente la información de la dirección IP en los hosts.

Cuando un host se conecta a la red, se contacta con el servidor DHCP y se solicita una dirección. El servidor DHCP elige una dirección de un rango configurado de direcciones llamado grupo y la asigna (alquila) al host.

En redes más grandes, o donde la población de usuarios cambia con frecuencia, se prefiere DHCP para la asignación de direcciones. Pueden llegar nuevos usuarios y necesitar conexiones; otros pueden tener computadoras nuevas que deben estar conectadas. En lugar de utilizar el direccionamiento estático para cada conexión, es más eficiente tener direcciones IPv4 asignadas automáticamente mediante DHCP.

DHCP puede asignar direcciones IP por un período de tiempo configurable, llamado período de arrendamiento. El período de arrendamiento es una configuración importante de DHCP. Cuando expira el período de arrendamiento o el servidor DHCP recibe un mensaje DHCPRELEASE, la dirección se devuelve al grupo DHCP para su reutilización. Los usuarios pueden moverse libremente de un lugar a otro y restablecer fácilmente las conexiones de red a través de DHCP.

Como muestra la figura, varios tipos de dispositivos pueden ser servidores DHCP. El servidor DHCP en la mayoría de las redes medianas a grandes suele ser un servidor local dedicado para PC. Con las redes domésticas, el servidor DHCP generalmente se encuentra en el Router local que conecta la red doméstica al ISP.

Protocolo de configuración dinámica de host DHCP

Protocolo de configuración dinámica de host DHCP

Muchas redes usan tanto DHCP como direccionamiento estático. DHCP se utiliza para hosts de uso general, como dispositivos de usuario final. El direccionamiento estático se utiliza para dispositivos de red, como routers de puerta de enlace, switches, servidores e impresoras.

DHCP para IPv6 (DHCPv6) proporciona servicios similares para clientes IPv6. Una diferencia importante es que DHCPv6 no proporciona una dirección de puerta de enlace predeterminada. Esto solo se puede obtener dinámicamente del mensaje de anuncio de Router del Router.

4.1. Funcionamiento de DHCP

Como se muestra en la imagen, cuando un dispositivo IPv4 configurado con DHCP se inicia o se conecta a la red, el cliente emite un mensaje de descubrimiento de DHCP (DHCPDISCOVER) para identificar los servidores DHCP disponibles en la red. Un servidor DHCP responde con un mensaje de oferta de DHCP (DHCPOFFER), que ofrece una concesión al cliente. El mensaje de oferta contiene la dirección IPv4 y la máscara de subred que se asignará, la dirección IPv4 del servidor DNS y la dirección IPv4 de la puerta de enlace predeterminada. La oferta de arrendamiento también incluye la duración del arrendamiento.

Funcionamiento de DHCP

Funcionamiento de DHCP

El cliente puede recibir múltiples mensajes DHCPOFFER si hay más de un servidor DHCP en la red local. Por lo tanto, debe elegir entre ellos y envía un mensaje de solicitud DHCP (DHCPREQUEST) que identifica el servidor explícito y la oferta de arrendamiento que el cliente está aceptando. Un cliente también puede optar por solicitar una dirección que el servidor le haya asignado previamente.

Suponiendo que la dirección IPv4 solicitada por el cliente, u ofrecida por el servidor, todavía está disponible, el servidor devuelve un mensaje de confirmación de DHCP (DHCPACK) que reconoce al cliente que el arrendamiento se ha finalizado. Si la oferta ya no es válida, el servidor seleccionado responde con un mensaje de reconocimiento negativo de DHCP (DHCPNAK). Si se devuelve un mensaje DHCPNAK, el proceso de selección debe comenzar nuevamente con un nuevo mensaje DHCPDISCOVER que se transmite. Una vez que el cliente tiene el contrato de arrendamiento, debe renovarse antes del vencimiento del contrato de arrendamiento a través de otro mensaje DHCPREQUEST.

El servidor DHCP garantiza que todas las direcciones IP sean únicas (no se puede asignar la misma dirección IP a dos dispositivos de red diferentes simultáneamente). La mayoría de los ISP usan DHCP para asignar direcciones a sus clientes.

DHCPv6 tiene un conjunto de mensajes similar a los de DHCPv4. Los mensajes DHCPv6 son SOLICITAR, ANUNCIAR, SOLICITAR INFORMACIÓN y RESPONDER.

5. Laboratorio: observar la resolución de DNS

En este laboratorio, completarás los siguientes objetivos:

  • Parte 1: observar la conversión de DNS de una URL a una dirección IP
  • Parte 2: observar la búsqueda de DNS utilizando el comando nslookup en un sitio web
  • Parte 3: observar la búsqueda de DNS utilizando el comando nslookup en servidores de correo

6. Protocolo de transferencia de archivos (FTP)

FTP fue desarrollado para permitir transferencias de datos entre un cliente y un servidor. Un cliente FTP es una aplicación que se ejecuta en una computadora que se utiliza para enviar y extraer datos de un servidor FTP.

Protocolo de transferencia de archivos FTP

Según los comandos enviados a través de la conexión de control, los datos se pueden descargar desde el servidor o cargar desde el cliente.

  • El cliente establece la primera conexión al servidor para controlar el tráfico utilizando el puerto TCP 21. El tráfico consiste en comandos del cliente y respuestas del servidor.
  • El cliente establece la segunda conexión al servidor para la transferencia de datos real utilizando el puerto TCP 20. Esta conexión se crea cada vez que hay datos para transferir.
  • La transferencia de datos puede ocurrir en cualquier dirección. El cliente puede descargar (extraer) datos del servidor, o el cliente puede cargar (enviar) datos al servidor.

7. Bloque de mensajes del servidor (SMB)

El bloque de mensajes del servidor (SMB) es un protocolo de intercambio de archivos cliente/servidor que describe la estructura de los recursos de red compartidos, como directorios, archivos, impresoras y puertos seriales. Es un protocolo de solicitud-respuesta. Todos los mensajes SMB comparten un formato común. Este formato utiliza un encabezado de tamaño fijo, seguido de un parámetro de tamaño variable y un componente de datos.

Aquí hay tres funciones de mensajes SMB:

  • Iniciar, autenticar y finalizar sesiones.
  • Control de acceso a archivos e impresoras.
  • Permitir que una aplicación envíe o reciba mensajes hacia o desde otro dispositivo.

Los servicios de impresión y uso compartido de archivos SMB se han convertido en el pilar de las redes de Microsoft. Con la introducción de la serie de software de Windows 2000, Microsoft cambió la estructura subyacente para usar SMB. En versiones anteriores de productos de Microsoft, los servicios SMB usaban un protocolo que no era TCP/IP para implementar la resolución de nombres. A partir de Windows 2000, todos los productos posteriores de Microsoft usan nombres DNS, lo que permite que los protocolos TCP/IP admitan directamente el intercambio de recursos SMB, como se muestra en la imagen.

Bloque de mensajes del servidor o SMB

SMB es un protocolo cliente/servidor, solicitud-respuesta. Los servidores pueden poner sus propios recursos a disposición de los clientes en la red.

El proceso de intercambio de archivos SMB entre PC con Windows se muestra en la siguiente imagen.

Intercambio de archivos SMB entre PC

Se puede copiar un archivo de PC a PC con Windows Explorer utilizando el protocolo SMB.

A diferencia del uso compartido de archivos compatible con FTP, los clientes establecen una conexión a largo plazo con los servidores. Una vez establecida la conexión, el usuario del cliente puede acceder a los recursos en el servidor como si el recurso fuera local para el host del cliente.

Los sistemas operativos LINUX y UNIX también proporcionan un método para compartir recursos con redes Microsoft mediante el uso de una versión de SMB llamada SAMBA. Los sistemas operativos Apple Macintosh también admiten el intercambio de recursos mediante el uso del protocolo SMB.

Glosario: Si tienes dudas con algún término especial, puedes consultar este diccionario de redes informáticas.

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