12 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
En el siguiente capítulo se presentan aspectos relacionados a investigaciones previas sobre el tema planteado, de igual manera, se exponen los antecedentes, bases teóricas, conjunto coordinado, coherente de conceptos, proposiciones y sistemas de variables que representan el fundamento inicial al trabajo de investigación.
1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
En ésta sección del trabajo, se presentarán los estudios que tienen correlación y al mismo tiempo los que sirvieron como aportes para la presente, en este sentido, es pertinente resaltar que Al Safadi (2008) en su trabajo de investigación tuvo como propósito evaluar el retardo producido por el volumen de tráfico en el intercambio de datos entre los protocolos IEEE 802.3ab y 802.11b.
La investigación se caracterizó por ser explicativa, experimental y de campo, puesto que el autor observó los hechos más importantes e intervino en los mismos y manipula ndo la variable independiente, a través de los cuales se generó un volumen de tráfico mediante un servidor de
transferencia de archivos (FTP), el cual fue capturado por aplicacionesEthereal para medir el retardo en la red hibrida diseñada, Gigabith Ethernet-WLan.
La metodología utilizada, fue basada en el método de análisis numérico de interpolación cúbica a la curva final generada, demostrando de esta manera el efecto del volumen de tráfico sobre el retardo por bit, aportando así documentación estandarizada e innovadora que puede ser utilizada por cualquier organización al momento de determinar el retardo por bit o por paquete, sujeto a la utilización del canal y transferencias de archivos dentro de la red.
La investigación anterior representa un aporte para este estudio en cuanto la evaluación del retardo producido en el protocolo IEEE 802.3ab, producto del volumen de tráfico en el intercambio de datos, así como también la implementación del escenario de prueba y constitución del volumen de trama, transmisiones a carga completa.
Por otro lado Fuenmayor (2008) realizó una investigación que tuvo como propósito general, evaluar el efecto del volumen de tráfico sobre el retardo producido por el intercambio de datos entre los protocolos IEEE 802.3ab y IEEE 802.11g, siendo una investigación de tipo explicativa y su diseño experimental de campo.
La metodología utilizada fue propia del autor la cual, constó de cinco (5) fases; Primeramente se realizó una comparación entre las tramas que conforman los protocolos 802.3ab y 802.11g, posteriormente se diseñaron
los escenarios de prueba donde se utilizó un servidor FTP en una computadora y un cliente FTP en otra, conjuntamente con un programa de análisis del tráfico en la red (Ethereal), se generó paquetes de diversos tamaños para analizar su envío y recepción en los escenarios de pruebas.
Se extrajeron los datos arrojados por el analizador de protocolos, y se le aplicó el método matemático de interpolación cúbica, obteniendo como resultado la observación de un comportamiento ascendente a medida que aumentaba la utilización de la capacidad del canal. En cuanto al aporte generado a la investigación, se destacan algunas fases para la metodología empleada, así como también, referencias de conexiones físicas en escenarios de pruebas y la generación de paquetes que permita la transmisión a carga completa.
Otra investigación que se revisó fue tomada de Mindiola (2008), titulada influencia de la Distancia y Número de Host en el comportamiento de UDP/IP/802.11G. Modo Infraestructura, tuvo como propósito evaluar la influencia de la distancia y el número de equipos (host) conectados a una red inalámbrica IE EE estándar 802.11b, la investigación se define como tipo explicativa y su diseño es considerado como experimental de campo.
La metodología utilizada se basó en 5 fases que permitieron generar las curvas de comportamiento de la red, primeramente se diseño la red a utilizar, luego se estableció el escenario para manipular las variables independientes, se procedió a realizar las pruebas para tomar la data de los experimentos, mediante un modelo matemático, posteriormente se analizaron y se
explicaron los datos. El trabajo tiene relevancia para este estudio sustentado en el análisis y evaluación del comportamiento del protocolo TCP/IP en redes IEEE 802.11g, a medida que se incrementa el número de host hasta llegar al total de las maquina a interconectar, así como también una perspectiva sobre los diferentes escenarios donde se realizaron las pruebas.
Para finalizar, el trabajo investigativo, expuesto por Ramírez (2008), titulado Influencia de la Distancia y el Número de Host en el Rendimiento del Protocolo TCP/IP en las redes IEEE 802.11B Modo Ad Hoc, tuvo como propósito fundamental generar curvas de comportamientos que permiten evaluar la distancia en relación al número de host en redes IEEE 802.11B de modo infraestructura, la investigación se define como tipo explicativa , y su diseño es considerado como experimental de campo.
En la metodología utilizada, para cumplir con las exigencias de la investigación se establecieron diferentes escenarios de pruebas, utilizando un software analizador de protocolos (Ethereal), el cual permitió revisar los paquetes de datos en la red, desde un archivo de captura previamente generado, en cuanto a la transferencia de archivos se utilizó un software FTP con el puerto 69 como protocolo de transporte.
Se obtuvieron tablas de recolección de datos en las cuales se utilizó el método de interpolación cúbica, que permitió obtener datos reales en intervalos dentro del mismo rango, generando curvas más suavizadas, observando que el rendimiento es menor e incluso se pierde en su totalidad a medida en que avanza la distancia y aumenta el número de host.
En cuanto al aporte generado, resalta el diseño de los diferentes escenarios donde se realizaron las pruebas, así como la recolección de datos para el análisis y evaluación del comportamiento del protocolo TCP/IP en redes IEEE 802.11B, a medida que se incrementa el número de host, método de generación de curvas suavizadas de la influencia de la cantidad de host, en el protocolo TCP/IP, lo cuales son de interés en este estudio.
2 BASES TEORICAS
A continuación se exponen las principales teorías realizadas por algunos autores relacionados con el ámbito investigado, destacándose lo referente a Retardo, Cantidad de Host, Redes Alambricas, Redes Ethernet de 1Gb/s, Protocolo de Interconexión TCP/IP , Estándar IEEE 802.3ab, entre otros.
2.1 RETARDO
En líneas generales, el retardo puedo ser expresado como el tiempo que tarda un mensaje en viajar desde el origen a su destino, en efecto Barcelo (2009) lo expresa, como el tiempo que los mensajes tardan en atravesar la red, incluyendo los tiempos de procesamientos dentro de los nodos y los tiempos de espera dentro de las colas, este último no tiene el por qué ser iguales durante toda la conexión. Asimismo es relevante señalar que el retardo es variable, porque las condiciones de la red influyen en todos los paquetes que circulan.
Por otra parte, España (2003) expresa que el tiempo retardo mide la demora extremo a extremo que sufre la información, es decir, refiere al tiempo total que tarda cada elemento del flujo en ir desde la fuente hasta el destino. Vinculado al concepto, se trata que los objetos deben recibirse dentro de unos límites de tiempo para que sean de utilidad al receptor.
Partiendo de las ideas anteriores, Forouzan (2007), lo define como el tiempo que tarda un mensaje completo en llegar a su destino, desde el momento en que el primer bit es enviado por el origen. Se puede decir, que el retardo tiene tres componentes importantes: tiempo de propagación, tiempo de transmisión y tiempo de encolamiento.
• Tiempo de propagación: mide el tiempo necesario para que un bit viaje del origen al destino.
• Tiempo de Transmisión: mide el tiempo necesario para la
transmisión de un mensaje y este depende del tamaño del mismo y el ancho de banda del canal.
• Tiempo de encolamiento: es el tiempo necesario para que cada
dispositivo intermedio o terminal mantenga el mensaje en espera antes de que pueda ser procesado, este no es un factor fijo, cambia con la carga impuesta sobre la red.
En relación con las implicaciones anteriores, y dentro de la perspectiva del mismo autor, retardo puede precisarse como el tiempo total que tarda un mensaje o cada elemento del flujo en viajar desde un host origen a un
destino, teniendo en cuenta el tiempo de propagación, transmisión y encolamiento.
2.2 HOST
Tratando de profundizar y basado en revisiones de fuentes bibliográficas, un host puede ser descrito como un punto conectado a una red, que envía y recibe información, que puede ser utilizado por un usuario, en otras palabras Riera (1992) denomina a un host como los computadores de la red de usuario.
Sobre la base de las ideas expuestas, Garzón (2003) afirma que un host puede ser definido de dos formas; en principio como un ordenador que se usa en una red, es decir, un ordenador con el que un usuario se comunica, pudiendo ser local o remoto. Otra interpretación lo describe como un sistema terminal, una maquina dedicada a ejecutar programas de usuario (aplicaciones).
De igual manera, Cobo (2009) enuncia que un host es un elemento conectado a la red: computadora, o cualquier tipo de dispositivos, que pueden ser identificados unívocamente con una dirección IP, donde cada dirección se representan como cuatro enteros decimales separados por puntos.
A este respecto Oxford University Press (2002) indica que host es el nombre utilizado para describir a un ordenador que se conecta a una red, donde todos conectados a la red poseen una dirección de Protocolo de
Internet (dirección IP), por lo general, en ocasiones se utiliza el nombre de sistema final.
2.3 REDES
Visto de las perspectiva de Atelin (2006), las redes constituyen un medio que permite a personas, grupos, ordenadores o host compartir información y servicios, están constituidas por equipos denominados nodos, donde se categorizan en función de su amplitud, ámbito de aplicación, estos nodos utilizan protocolos o lenguajes comprensibles para la comunicación entre ellos.
Asimismo, Tenenbaum (2003), expresa que la fusión de las computadoras y las comunicaciones ha tenido una influencia profunda en la manera en que están organizados los sistemas computacionales, de un modelo antiguo de una sola computadora que realiza todas las tareas computacionales de una empresa, reemplazado por otro en el que un gran número de de computadoras separadas pero interconectadas hacen el trabajo, estos sistemas son denominados redes de computadoras.
Las redes son interconexiones de computadoras y equipo de computación de un edificio, país o mundo para hacer posible la comunicación electrónica, en palabras de Stair (1999), enlazar equipos de computación, con la finalidad de establecer comunicaciones electrónicas, haciendo posible que personas se comuniquen entre sí.
Desde la perspectiva de Herrera (2003), el éxito de las redes de comunicación de datos o de teleinformática, dependen del buen manejo de la gran cantidad de información que generan, la exactitud y rapidez del transporte de información. Computadoras interconectadas en las distintas redes existentes de una organización completa, diseñadas para cubrir todas las necesidades de comunicación, constituyen el concepto de red empresarial, teniendo como objetivo suministrar las facilidades de comunicación para que los usuarios pertenecientes a la organización puedan intercambiar información.
2.4 HARDWARE DE LAS REDES DE COMUNICACIONES
En líneas generales, Fouruzan (2006), expone que un sistema de redes de comunicación debe estar formado o constituido por cinco (05) componentes; Menaje, información (datos) a comunicar, estos incluyen textos, números, gráficos, audio y video, Emisor, dispositivo que envía el mensaje, Receptor, dispositivo que recibe el mensaje, estos pueden ser una computadora o host, estación de trabajo , entre otros, Medio, es el camino físico por el cual viaja el mensaje del emisor a receptor, puede estar formado por un cable de par trenzado, coaxial fibra óptica u ondas de radios, y por último se tiene protocolo. Conjunto de normas que gobierna la transmisión de datos.
En otras palabras Figueiras (2002), expone que, la mayoría de las redes existentes actualmente se configuran entorno a unos elementos o
dispositivos comunes, desde el punto de vista técnico, se pueden distinguir tres componentes básicos; el terminal, dispositivos que permite a un usuario conectarse al canal de comunicaciones; la red de comunicación, transporte o núcleo de la red (core network), que realiza que las conexiones necesarias para que dos terminales remotos se comuniquen entre sí; la red de acceso que comunica al terminal de usuario con la red de conmutación y transporte.
De acuerdo con lo expuesto anteriormente, Herrera (2003) expone que los elementos que integran la red, representativos de los elementos que se emplean para integrar cualquier tipo de red son: servidor, estaciones de trabajo (host), tarjetas de interfaz de red, cableado, sistema operativo de la red, entre otros, que pueden aumentar su cobertura y su capacidad.
CONMUTADOR (SWITCH).
Según Stalling (2004), un conmutador es un dispositivo electrónico de interconexión de redes de ordenadores que opera en la capa nivel de enlace de datos del modelo OSI. Su función es Interconectar dos o más segmentos de red, funcionando de manera similar a los puentes (bridges), pasando datos de un segmento a otro, de acuerdo con la dirección MAC de destino de los datagramas en la red.
Los conmutadores poseen la capacidad de aprender y almacenar las direcciones de red de nivel 2 (direcciones MAC) de los dispositivos alcanzables a través de cada uno de sus puertos, permitiendo que, al dirigir
la información a un dispositivo desde el puerto origen al puerto que permite alcanzar el dispositivo destino.
En el siguiente gráfico se muestra una imagen del dispositivo LAN Switch.
Gráfico 1. Switch 16 Pue rtos.
Fuente: Stalling (2004)
TARJETA DE RED (NIC)
Permite la comunicación con aparatos conectados entre si y también permite compartir recursos entre dos o más computadoras (discos duros, CD-ROM, impresoras, etc). A las tarjetas de red también se les llama adaptador de red o NIC (Network Interface Card, Tarjeta de interfaz de red en español). Hay diversos tipos de adaptadores en función del tipo de cableado o arquitectura que se utilice en la red (coaxial fino, coaxial grueso, Token Ring, etc.), pero actualmente el más común es del tipo Ethernet utilizando una interfaz o conector RJ-45.
Cada tarjeta de red tiene un número de identificación único de 48 bits, en hexadecimal llamado dirección MAC (no confundir con Apple Macintosh).
Estas direcciones hardware únicas son administradas por el instituto de
Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE). Los tres primeros octetos del número MAC son conocidos como OUI e identifican a proveedores específicos y son designados por la IEEE. En el gráfico 2 se puede observar una fotografía de una tarjeta de interfaz de red (NIC).
Gráfico 2. Tarjeta de Interfaz de Red Fuente: Stanlling (2004)
2.5 PROTOCOLOS
En líneas generales Salavert (2003), los protocolos son la base de las comunicaciones entre los dispositivos que forman las redes de datos, es decir, son la base del intercambio de información entre dispositivos. En otras palabras, para el mencionado autor los protocolos son el lenguaje o conjunto de normas que se usan para componer los mensajes que contiene la información a transmitir.
Dentro de este marco, Atelin (2007), expone que basado en el modelo OSI las funciones propias de la comunicación se divide a través de siete capas, donde la descomposición del modelo en funciones se organizó en formas de protocolos, constituyéndose un conjunto de estándares de
comunicación que precisan el formato siguiente correspondiente a los datos que se transmiten a través de la red.
Sobre las bases expuestas el ideal teórico sobre las funcionalidades del modelo OSI, es un protocolo por capa, sin embrago, algunos protocolos operan sobre varias capas, otros sobre una capa y algunos sobre una parte de algunas capas, tal como las define el modelo antes mencionados y se presentan en la sección siguiente de esta investigación.
PORTOCOLO DE TRANSFERENCIA DE ARCHIVOS (FTP)
Según RFC 959 (1985), es un protocolo de red para la transferencia de archivos entre sistemas conectados a una red TCP (Protocolo de Control de Transmisión) basado en la arquitectura Cliente -Servidor, en otras palabras, independientemente del sistema operativo utilizado en cada equipo, un host cliente puede conectarse a un servidor FTP para descargar ó generarle transferencia de archivos. El servicio FTP es ofrecido por la capa de aplicación del modelo de capas de red TCP/IP al usuario, utilizando normalmente el puerto 20 y 21. Tal como se muestra en el siguiente cuadro.
Cuadro 1. Protocolo de Transferencia de Archivos
PROTOCOLO DE TRANSFERENCIAS DE ARCHIVOS (FTP) Familia
Función Protocolos de Internet
Protocolo de Transferencia de Archivos
Puertos 20/TCP DATA Port
21/TCP Control Port
Estándares RFC 959 (1985)
Extensiones de FTP para IPV6 y NATs: RFC (1998)
Fuente. Rodríguez (2011)
Atendiendo estas consideraciones FTP maneja dos tamaño de byte de interés, el byte lógico tamaño del archivo y el byte de transferencia utilizados para la transmisión de datos, este último es siempre de 8 bits. Asimismo maneja campos opcionales, que pueden ser utilizados para suministrar información de control. Todos los campos son un byte lógico de longitud.
En relación con las implicaciones antes expuestas RFC 959 (1985), expone que el archivo se transmite como una serie de bloques de datos precedidos por uno o más bytes de cabecera, Los bytes de la cabecera contienen un campo recuento y el código del descriptor, el campo de recuento indica la longitud total del bloque de datos en bytes, marcando así el comienzo del siguiente bloque .
El código del descriptor define, el último bloque en el archivo (EOF) es decir, el pasado bloque en el registro (EOR).En otras palabras, La cabecera se compone de tres bytes. De los 24 bits de información de cabeceras, los 16 bits de orden inferior, al byte de recuento, y los 8 bits de orden superior representará el campo código descriptor, tal como se muestra en el siguiente gráfico.
Grafico 3. Cabecera FTP.
Fuente. RFC 959 (1985)
Por otra parte, es importante mencionar cómo se hará el transporte de la información a lo largo de la red. Es por ello, que al ejecuta la aplicación
FTP, se debe utilizar los comando adecuados para evitar pérdidas o destrucción de datos en el momento de envío. Por esta razón se presenta a continuación los comandos utilizados en esta investigación, el resto de los mismos se presentan de manera completa en el anexo B:
• Cd: Cambia el directorio de trabajo en el servidor.
• Put: Envía un archivo al directorio activo del servidor.
• Quit: Finaliza una conexión FTP y la sesión de trabajo con el
programa cliente.
ACCESO MÚLTIPLE POR DETECCIÓN DE PORTADORA Y COLISIONES (CSMA/CD)
En líneas generales el protocolo CDMA/CD, es un método desarrollado para reducir las colisiones, tal como lo afirma Forouzan (2006), cada estación comprueba el estado del medio antes de transmitir, esto se basa en el principio de detectar antes de enviar. En otras palabras, en este método se amplía el algoritmo para gestionar las colisiones, donde una estación monitoriza el medio después de enviar una trama para comprobar si la transacción se realizo con éxito. Sí es así la estación termina, sino, si se detecta una colisión en un tiempo t, muy pequeño, aun que se asume que inmediatamente, la estación aborta la transmisión.
Visto desde la perspectiva de Tenenbaum (2003), el protocolo CSMA/CD es necesario en el modo de operación semiduplex, es decir, cuando dos o más computadoras están conectadas a un concentrador en
lugar de un conmutador, ya que el concentrador no almacena en el búfer las tramas entrantes, en su lugar conecta de forma eléctrica todas la líneas internamente, simulando el cable con múltiples derivaciones, es por tanto que en este modo las colisiones son posibles.
Según Forouzan (2006), según los métodos de persistencia se busca dar respuesta a las Interrogantes ¿Qué debería hacer una estación si el canal está ocupado? ¿Qué debería hacer una estación si el canal está libre?, es por ello, que a continuación se explican dichos métodos:
Método de Persistencia 1: en éste método la estación envía la trama inmediatamente (con probabilidad 1), después que encuentra la línea libre.
En este método posee la posibilidad más alta de colisión.
Método de no Persistencia: una estación que posee una trama para enviar comprueba la línea, sí esta inactiva, envía inmediatamente, sí la línea no está libre, espera una cantidad de tiempo aleatorio y vuelve a comprobar de nuevo el medio. Esté método reduce la posibilidad de colisión debido a que es improbable que dos o más estaciones esperen la misma cantidad de tiempo y reintente el envío simultáneamente.
Método de Persistencia p: se utiliza si el canal tiene ranuras de tiempo con una duración de la ranura igual o mayor que el máximo tiempo de propagación. Este enfoque de persistencia p reduce la posibilidad de colisión y mejora la eficacia, es decir, después que una estación encuentra el método libre sigue estas etapas:
1. Con probabilidad p, la estación envía su trama.
2. Con probabilidad 1= 1 – p, la estación espera el comienzo de la siguiente ranura de tiempo y comprueba la línea de nuevo.
3. Sí la línea está libre, vuelve a la etapa 1.
4. Sí la línea está ocupada, se produce como si hubiera ocurrido una colisión y se utiliza un procedimiento de espera aleatoria.
ANALIZADOR DE PROTOCOLOS
Visto de las perspectiva Verón (2009) son herramientas también llamados snnifers, fundamentalmente para la administración de redes, ya que permite monitorizar el tráfico que circula por ellas. Asimismo Baydal (2005) expresa que este tipo de herramientas consienten el análisis detallado de muchos factores de comportamiento de las redes. Estas aplicaciones permiten capturar una copia de los paquetes que circulan por la red para su posterior análisis.
Dentro de este marco, Huidobro (2006), expone que al proceso por el cual se capturan todos los mensajes que van sobre la red se le conoce como snnifing, o como proceso de olfateo de la red. Los equipos que realizan esta labor por ejemplo, en una LAN, se le llaman generalmente Snnifers. Los Snnifers o analizadores de protocolos se encargan de olfatear el tráfico de paquetes de información a nivel de enlace (nivel 2 de OSI) que circulan de un tramo o toda la red. Además cuentan con la capacidad de entender las múltiples tramas de protocolos (TCP, IPX, NetBeui, etc) que circulan en la
red y traducirlos para que el usuario pueda ver de una manera sencilla el contenido o información de los paquetes.
MODELO TCP/IP
TCP/IP significan Protocolo de Control de Transmisión / Protocolo de Internet, tal como lo especifica Laporta (2005), TCP/IP representa el esquema mediante el cual dos dispositivos (ambos con direcciones IP) se comunican entre sí, es decir, TCP gestiona el flujo de paquetes y IP garantiza que los paquetes lleguen correctamente a su destino, libres de errores.
De igual manera Flynn (2001), expresa que es un protocolo, que proporciona una transmisión razonablemente eficiente y libre de errores entre sistemas diferentes, dado que se trata de un protocolo de transferencia de archivos, que permite enviar grandes volúmenes de información a través de redes, a veces no confiables con altas probabilidades que lleguen sin error.
En palabras de Laporta (2005), la arquitectura TCP/IP, organiza un sistema de comunicaciones en cuatro capas flexibles que permiten adaptarse a los diversos requerimientos de las distintas aplicaciones: La capa de acceso a la red, capa de Internet, capa de transporte, y la de aplicación.
En el siguiente gráfico se muestran las diferentes capas del modelo TCP/IP , en comparación con el modelo OSI, donde se puede apreciar, el aparejamiento de las capas en función de los dos modelos respectivamente:
Gráfico 4. Modelo de referencia TCP/IP – Modelo OSI.
Fuente: Rodríguez (2011)
El modelo Protocolo de Control de Transmisión TCP/IP Protocolo Internet, según la perspectiva de Laudon (2003), fue desarrollado con la finalidad de ayudar a los científicos a enlazar computadoras separadas, es decir, dos computadoras que utilice TCP/IP, podrían comunicarse incluso si tuvieran diferentes plataformas de hardware y software.
Para el citado autor, TCP/IP tiene un modelo de referencia de cinco capas: Aplicación, proporciona funcionalidad al usuario final traduciendo los mensajes al software del usuario o del host para su presentación en la pantalla.
Protocolo de Control de Transmisión (TCP), realiza el transporte, dividiendo los datos de la aplicación del usuario final en paquetes TCP llamados datagramas. Cada paquete consta de un encabezado con la dirección de la computadora host remitente, información para reensamblar
los datos e información para asegurarse que los paquetes no lleguen alterados.
Protocolo Internet (IP), recibe datagramas del TCP, a su vez los divide en paquetes. Un paquete IP contiene un encabezado con la dirección origen destino, información que transporta del TCP como también los datos que se envían, el IP enruta los datagramas individuales del emisor al receptor.
Interfaz de Red, maneja aspecto de dirección, por lo común en el sistema operativo, así como la interfaz entre el emisor y la red. Red física, define las características básicas de transmisión eléctrica para enviar la señal real a través de las redes de comunicaciones.
En relación con las implicaciones anteriores, Salavert (2003) explica, que el modelo TCP/IP consta fundamentalmente de los protocolos IP, ICMP, ARP y RAP, que funcionan a nivel de red, según el modelo referencial OSI, mientras que los protocolos TCP y UDP funcionan a nivel de Transporte, es decir, se interrelaciona con los protocolos que funcionan a nivel de enlace y a nivel de transporte.
Los protocolos de nivel de enlace son cualesquiera que soporte el estándar IEEE 802 e incluso cualquier otro que habitualmente se emplean en los sistemas de comunicaciones. En cuanto a los protocolos de nivel de transporte, el protocolo IP solo se entiende con el TCP y UDP, que a su vez enlazan con los protocolos de aplicaciones.
Desde la misma perspectiva, IP posee dos características básicas; es un protocolo no fiable, es decir, no realiza un control de mensajes perdidos o
duplicados y es no orientado a conexión, esto significa que los mensajes pueden llegar desordenados e incluso duplicados si la red es mallada. Una de las razones porque las que este protocolo es no orientado a conexión, es porque minimiza la dependencia de otras redes que utilizan redes jerárquicas orientadas a conexión.
Según Mañas (2003) IP se encarga de homogenizar los diferentes medios de transmisión para dar una base única de trabajo a TCP, IP se encarga de llevar pequeños paquetes de datos hasta el destino, es por ello, que para llegar, IP busca caminos por la red, llegando al extremo de fragmentar los datagramas en paquetes más pequeños, si el medio de enlace tiene una alta tasa de fallos, o incluso enviándolos por varias rutas poco fiables, con la perspectiva de que lleguen al destino deseado.
Cabe destacar que IP es un protocolo que antepone una cabecera a cada paquete de datos que acarrea, la cabecera es de tamaño variable (entre 20 y 60 bytes) y es necesario para que los nodos de la red sepan rápidamente encaminar los paquetes hacia su destino, es decir, cuando un dispositivo o host envía un mensaje IP, Inserta en el mismo, la dirección origen y la dirección destino en su cabecera.
Tratando de profundizar la complejidad introducida en la cabecera, como consecuencia de la posibilidad que tienen los nodos intermedios de fragmentar un paquete en partes más pequeñas, Mañas (2003) enuncia que es necesario permitir o inhibir la posibilidad de fragmentar (bit DF), de identificar cada conjunto de fragmentos que componen un datagrama
(Campo de Identificación), orden relativo de cada datagrama (Campo Offset) y marca del último fragmento (bit MF), tal como se muestra en la Gráfico 5.
Gráfico 5. Cabecera IP.
Fuente: Mañas (2003).
La situación descrita conlleva a la descripción detallada, identificando cada elemento de la cabecera:
• Versión: Normalmente V4, aun que también se usa v6 .
• IHL: Internet Header Length; Longitud de Cabecera.
• Type of service: Tipo de servicio.
• Total length: Longitud total del datagrama transportado.
• Identificación: Cada datagrama tiene una identificación única para permitir la reconstrucción si fuera fragmentado en tránsito.
• DF: Do not fragment, Este bit se active cuando no es admisible que el paquete se fragmente: o se transmite integro o se rechaza.
• MF: More fragment coming along. Este bit se active en todos y cada uno de los fragmentos en que se trocea un datagrama IP, excepto en el último, que indica que ya están todos.
• Fragment Offset: Para cada fragmento a qué posición corresponde.
• TTL Time to live: número máximo de saltos que puede dar. Permite
detectar paquetes que están dando demasiadas vueltas, incluso que tengamos un problema de encaminamiento que provoque un bucle.
• Protocol: Típicamente TCP o UDP pudiendo también ser ICMP, IP
• Header checksum: Comprobación de integridad de la cabecera frente a posibles errores de transmisión.
• Source address: Dirección IP origen.
• Destination Address: Dirección IP destino.
• Options: Hasta 40 Bytes con diferentes opciones.
Retornando hacía al modelo TCP/IP, Mañas (2003) expone que TCP es un protocolo superior a IP que se encarga de tapar los fallos de éste, se dice que TCP proporciona un servicio de transporte fiable entre extremos, es decir, reordena lo que le llegue, descarta repetidos, recompone fragmentos y pide la retransmisión de lo que le falte, sospechando que se han perdido en el camino.
En relación a lo expuesto, TCP establece una sesión entre los extremos, diferenciando una fase de establecimiento de la sesión, de transferencia efectiva de datos y una fase de cierre, así mismo introduce su propia cabecera, que también es de tamaño variable, al menos en 20 bytes, que
incluye diversas notificaciones entre los extremos de una conexión. (Gráfico 6)
Gráfico 6. Cabecera TCP.
Fuente: Mañas (2003).
La situación descrita conlleva a la descripción detallada, identificando cada elemento de la cabecera:
• Source port: Puerto origen.
• Destination Port: Puerto destino.
• Sequence Number: Número de secuencia.
• Acknowledge number: Acuse de recibo.
• Offset: Indicación del Tamaño de la cabecera.
• URG: Hay datos Urgentes
• ACK: Es un paquete de acuse de recibo.
• PSH: Este paquete debe ser entregado inmediatamente.
• RST: Apaga y volvemos a empezar.
• SYN: Vamos a sincronizarnos (al principio).
• FIN: No tengo más que transmitir.
• Windows : Control de flujo.
• Checksum: Control para detectar errores de transmisión.
• Urgent pointer: Datos urgentes.
• Options: Información Complementaria.
Dentro de este marco, Mañas (2003), indica que TCP debe distinguir dentro de una dirección IP que servicio es el que usa la sesión, es por ello que se habla de puertos (ports) y así una sesión TCP se caracteriza por 4 datos: IP origen, puerto origen, IP destino, puerto destino, algunos puertos estándar han sido registrado en IANA facilitando la localización de servicios.
Sobre lo expuesto, Mañas (2003) enuncia que cada paquete TCP, lleva un número correlativo de secuencia que permite detectar duplicados y faltas, los números de secuencia también aparecen en el campo de reconocimiento (acknowledge) para que el destino sepa que el paquete ha llegado correctamente.
Atendiendo a estas consideraciones teóricas, se tienen otros fundamentos importantes para ésta investigación; estándares Ethernet y Gigabit Ethernet, los cuales, basados en el proyecto 802 implementados por la IEEE, buscan especificar funciones de nivel físico como de enlace para los principales protocolos en redes LAN.
2.6 ESTÁNDAR ETHERNET
Visto desde la perspectiva de la RFC 894 (1984), el Ethernet es un estándar de redes de computadores de área local, define las características
de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de tramas de datos de nivel de enlace de datos del modelo OSI, es decir; es un estándar con acceso al medio por contienda CSMA/CD. De igual manera Forouzan (2006), expone que fue creada en 1976 en el Xerox’s Palo Alto Research Center (PARC), desde entonces, se ha tomado como base para la redacción del estándar internacional IEEE 802.3, y ha pasado por cuatro generaciones:
Ethernet 10 Mbps, Fast Ethernet 100 Mbps, Ethernet Gigabit 1Gbps y Ethernet 10 Gigabit. En palabras del mismo autor, Ethernet contiene siete (7) campos en su trama:
Preámbulo: el primer campo de la trama 802.3 contiene 7 bytes (56 bits) de 1 y 0 alternos que alertan al sistema receptor de la llegada de una trama y le permite sincronizar su entrada. El patrón sólo proporciona una alerta y un pulso de sincronización. El preámbulo se añade realmente en el nivel físico y no es formalmente parte de la trama.
Delimitador de comienzo de Trama (FSD): el segundo campo (un byte 10101011) indica el comienzo de la trama. El FSD avisa a la estación o estaciones de que ésta es la última oportunidad para sincronización. Los últimos dos bits son 11 y alerta al receptor de que el siguiente campo es la dirección destino.
Dirección destino (DA): el campo DA tiene seis (6) bytes y contienen la dirección física de la estación o estaciones de destino que reciben el paquete.
Dirección origen (SA): este campo también posee 6 bytes y contiene la dirección física del emisor del paquete.
Longitud o tipo: en este campo se define como un campo de tipo o longitud. La Ethernet original usaba este campo como el campo tipo para definir el protocolo de nivel superior usando la trama MAC. El Estándar IEEE lo usa como un campo de longitud para definir el número de bytes en el campo de datos.
Datos: este campo transporta los datos encapsulados por los protocolos de nivel superior, tiene un mínimo de 46 y un máximo de 1500 bytes.
CRC: es el último campo de la trama y contiene información de detección de errores, este campo posee 4 bytes.
En palabras del mismo autor, la trama de Gigabit Ethernet presenta el mismo formato que se utiliza en Ethernet de 10 – 100 Mbps, Según su implementación éste puede hacer uso de distintos procesos para convertir las tramas a bits en el cable.
El Grafico 3 muestra los formatos de trama para Ethernet.
Gráfico 7. Trama para Ethernet Fuente: Forouzan (2006)
2.7 GIGABIT ETHERNET
Para Mauri (2008) Gigabit Ethernet, también es conocida como GigE, es una ampliación del estándar Ethernet (concretamente la versión 802.3ab y 802.3z del IEEE) que consigue una capacidad de transmisión de 1 Gigabit por segundo, correspondiente a unos 1000 megabits por segundo de rendimiento.
De igual manera, Dembowski (2003), explica que Gigabit Ethernet está diseñado para proporcionar un máximo de 1000 Mbits/s, basado en el procedimiento CSMA/CD, por lo que pueden ser compatibles entre sí, asimismo, la tasa de transferencia no se multiplica por diez o por cien automáticamente, fundamentada en el mismo protocolo CSMA/CD, sino que dependen de cuantos host están conectados en la red y que tipos de datos (pocos archivos grandes o muchos archivos pequeños) transmiten.
CISCO (2005) expresa por otra parte, que los estándares para Ethernet de 1000-Mbps o Gigabit Ethernet representan la transmisión a través de medios ópticos y de cobre. El estándar para 1000 BASE-X, IEEE 802.3z, especifica una conexión full dúplex de 1 Gbps en fibra óptica. El estándar para 1000 BASE –T, IEEE 802.3ab, especifica el uso de cable de cobre balanceado de Categoría 5 o mejor.
Dentro de este marco, Laporta (2005) expresa que Gigabit Ethernet está basado en una topología en estrella, lo cual, se distinguen cuatro implementaciones físicas diferentes en función del medio de transmisión empleado para la conexión:
• 1000 BASE SX: Utiliza Fibra óptica multimodo con láseres de onda
corta de 850 nanómetros como fuente de luz, la longitud máxima de alcance es de 300 metros.
• 1000 BASE LX: Puede emplear fibra óptica monomodo o multimodo,
con un láser de onda larga de 1300 nanómetros. La longitud máxima de los enlaces es de 550 metros con fibra multimodo, y de 300 metros con fibras monomodo.
• 1000 BASE CX: Utiliza par trenzado apantallado STP, y la longitud de
los enlaces está limitada a tan sólo 25 metros.
• 1000 BASE T: Empela par trenzado sin apantallar UTP, de categoría 5, con longitudes máximas de los enlaces de 100 metros, debido a la posibilidad de este cableado en el estándar, es posible migrar y compatibilizar Gigabit con redes existentes.
2.8 MS-DOS PROGRAMA DEBUG
Desde la perspectiva de Clemente (1993), es una herramienta para prueba y edición. Asimismo Abel (1996), expone que Debug es un programa intrínseco del MS-DOS, que es utilizado para probar o depurar programas ejecutables. Esta herramienta despliega todo el código del programa en formato hexadecimal, como también permite ejecutar en modo un paso a la vez, donde se puede observar el efecto de cada instrucción sobre las localidades y registros. Para este estudio el procedimiento para la creación
de Archivo a través de esta herramienta se presenta en detalles en la sección de Anexos.
En palabras del mismo autor, esta herramienta proporciona un conjunto de comandos que permite realizar diferentes operaciones útiles:
• A: Ensamblar instrucciones simbólicas y pasarlas a código de máquina.
• D: Mostrar el contenido de un área de memoria.
• E: Introducir datos de memoria, iniciando en una localidad especifica.
• G: Correr el programa ejecutable que se encuentra en memoria.
• N: Nombrar un programa.
• P: Procede a ejecutar un conjunto de instrucciones relacionadas.
• Q: Salir de la sesión de Debug.
• R: Mostrar el contenido de uno o más registro.
• T: Rastrea la ejecución de una instrucción.
• U: “Desamblasar” código de máquina y pasarlo a código simbólico.
• W: Escribir o grabar un programa en disco.
En relación con las Implicaciones anteriores, se mostraron diferentes teorías que soportan la unidad de análisis de esta investigación, asimismo se presenta el método mínimos cuadrados para ecuaciones no lineales, que consienten el ajuste adecuado de la tendencia o comportamiento general de los datos.
2.9 AJUSTE DE CURVAS MÉTODOS DE MINIMOS CUADRADOS
En palabras de Hernández (1997), Uno de los objetivos más importantes de muchas investigaciones es hacer predicciones, de preferencias empleando ecuaciones matemáticas. Generalmente, tales predicciones requieren que se obtengan una fórmula que relacione la variable dependiente (cuyo valor sea de predecir) con una o más variables independientes.
El método de los mínimos cuadrados es una técnica de análisis numérico encuadrada dentro de la optimización matemática, en la que, dados un conjunto de pares (o ternas, etc), se intenta encontrar la función que mejor se aproxime a los datos, de acuerdo con el criterio de mínimo error cuadrático. Una de las fuentes habituales de problemas de mínimos cuadrados son los problemas de ajustes de curvas, En la ciencia y la ingeniería los experimentos producen un conjunto de datos (X1, Y1),…,(Xn, Yn), con las abscisas {Xk} diferentes, y el problema que se plantea es determinar una función y = f(x) que relacione los datos, lo mejor posible en algún sentido.
Evidentemente, el resultado dependerá del tipo de función que se elija, por ejemplo, En la regresión f(x) = ax + b es una recta, y para ajustar los parámetros libres se pueden minimizar uno de los siguientes tres valores:
El error máximo:
El error medio:
(0)
El error medio cuadrático:
Análogamente, si se quiere ajustar los datos (X1, Y1),…,( Xn, Yn ) usando una curva exponencial
donde a y c son ahora parámetros a elegir. El valor que se minimiza es:
Igualando a cero las dos derivadas parciales de E(a, c), se llega al sistema de las dos ecuaciones normales.
3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS
Cliente FTP: computadora que hace peticiones de información a un servidor FTP. Tal como lo expresa Arroyo (2008).
Datagrama: consiste cuando en cada paquete se trata de forma independiente de los otros. Incluso si un paquete es parte de una transmisión multipaquete, la red lo trata como si fuera único. Forouzan (2006)
Paquetes: corresponde a cada uno de los bloques en que se divide, en el nivel de red, la información a enviar. Según Huidobro (2006).
(1)
(2)
(3)
(4)
Servidor FTP: son las computadoras que están configuradas para recibir peticiones FTP, estas almacenan una gran cantidad de información y estas también se denomina n huésped o computadora remota. Arroyo (2008).
4 SISTEMA DE VARIABLES
Visto desde la perspectiva de Arias (2006), los científicos se ocupan de estudiar fenómenos o cambios que ocurren en la naturaleza, en la sociedad y en el conocimiento, de manera más específica, indagan sobre ciertas propiedades que se modifican a las que se les denomina variables;
características o cualidad, magnitud o cantidad, que pueden sufrir cambios, y que es objeto de análisis, medición, manipulación o control en una investigación.
4.1 DEFINICIÓN CONCEPTUAL DE LAS VARIABLES
Según Naghi (2006) en un diseño experimental el investigador manipula, controla una o más variables independiente, observa en la o en las variables dependientes la tendencia resultante. Es por ello, que en esta fase de la investigación se tiene por objeto establecer conceptual y operacionalmente las variables de estudios, dentro de este marco se toman como variable independiente “Número de Host”, como variable dependiente “Retardo” en redes IEEE 802.3ab.
4.1.1 VARIABLE INDEPENDIENTE: NÚMERO DE HOST
Siguiendo la idea de España (2003), se expresa como la cantidad de puntos, elementos, maquina dedicada a ejecutar programas de usuario, ordenador o dispositivos conectados a una red, donde todos y cada uno de ellos poseen una dirección única de protocolo IP , que los identifica dentro de la red.
4.1.2 VARIABLE DEPENDIENTE: RETARDO
El retardo puede conceptualizarse como el tiempo total que tarda un mensaje en viajar desde un host origen a un host destino, en otras palabras, mide la demora de extremo a extremo que sufre la información, teniendo en cuenta el tiempo de propagación de la señal de nodo a nodo, tiempo que tarda el host emisor en transmitir los datos y el tiempo encolamiento necesario para que cada host mantenga el mensaje antes de ser procesado.
4.2 DEFINICIÓN OPERACIONAL DE LAS VARIABLES
Según Stracuzzi (2006), la definición operacional pretende identificar los elementos, datos empíricos que expresen y especifiquen el fenómeno en cuestión. La variable se define en términos de las acciones que sirven para medirla e indica qué hacer para que cualquier investigador pueda observar el fenómeno , es decir, asigna significado a una variable, describiéndola en términos observables y comprobables para poder identificarla.
4.2.1 VARIABLE INDEPENDIENTE: NÚMERO DE HOST
Operacionalmente, el número de host es una variable, que contabiliza el incremento de uno en uno, de la cantidad de maquinas o elementos que se conectan a la red, afectando esta a la variable dependiente.
4.2.2 VARIABLE DEPENDIENTE: RETARDO
El autor de la presente investigación, expresa que la variable retardo contabiliza en segundos el tiempo total de demora, que sufre la información en viajar desde un host origen a un host destino , siendo ésta modificada o alterada por la variable independiente.
5 HIPÓTESIS
En palabras de Hernández (1997), las hipótesis son guías precisas hacia al problema de investigación o fenómeno que se estudia, indican lo que se está buscando o tratando de probar, en otra palabras pueden precisarse como explicaciones tentativas del fenómeno estudiado, formuladas de forma de proposiciones. Sobre las ideas expuestas, se presenta en esta fase de la presente investigación la formulación de hipótesis que guiará hacia el problema planteado:
5.1 HIPÓTESIS NULA (H0)
El incremento del número de Host, no influye en el retardo de redes TCP/IP/IEEE 802. 3ab, a carga Completa.
5.2 HIPÓTESIS ALTERNATIVA (H1)
El incremento del número de Host, sí influye en el retardo de redes TCP/IP/IEEE 802.3ab, a carga completa.
