Paquete de red

En telecomunicaciones y redes informáticas, un paquete de red es una unidad de datos formateada transportada por una red de conmutación de paquetes. Un paquete consta de información de control y datos de usuario; este último también se conoce como carga útil. La información de control proporciona datos para entregar la carga útil (por ejemplo, direcciones de red de origen y destino, códigos de detección de errores o información de secuencia). Por lo general, la información de control se encuentra en los encabezados y los tráilers de los paquetes.

En la conmutación de paquetes, el ancho de banda del medio de transmisión se comparte entre varias sesiones de comunicación, a diferencia de la conmutación de circuitos, en la que los circuitos se asignan previamente durante una sesión y los datos se transmiten normalmente como un flujo de bits continuo.

Terminología

En el modelo OSI de siete capas de redes informáticas, paquete se refiere estrictamente a una unidad de datos de protocolo en la capa 3, la capa de red. Una unidad de datos en la capa 2, la capa de enlace de datos, es un marco. En la capa 4, la capa de transporte, las unidades de datos son segmentos y datagramas. Así, en el ejemplo de comunicación TCP/IP sobre Ethernet, un segmento TCP se transporta en uno o más paquetes IP, cada uno de los cuales se transporta en una o más tramas Ethernet.

Arquitectura

La base del concepto de paquete es la carta postal: el encabezado es como el sobre, la carga útil es todo el contenido dentro del sobre y el pie de página sería su firma en la parte inferior.

El diseño de red puede lograr dos resultados importantes mediante el uso de paquetes: detección de errores y direccionamiento de múltiples hosts.

Encuadre

Los protocolos de comunicaciones usan varias convenciones para distinguir los elementos de un paquete y para formatear los datos del usuario. Por ejemplo, en el protocolo punto a punto, el paquete se formatea en bytes de 8 bits y se utilizan caracteres especiales para delimitar los elementos. Otros protocolos, como Ethernet, establecen el inicio del encabezado y los elementos de datos por su ubicación relativa al inicio del paquete. Algunos protocolos dan formato a la información a nivel de bit en lugar de a nivel de byte.

Contenido

Un paquete puede contener cualquiera de los siguientes componentes:

Addresses

El enrutamiento de paquetes de red requiere dos direcciones de red, la dirección fuente del host que envía, y la dirección de destino del anfitrión receptor.

Detección y corrección de errores

La detección y corrección de errores se realiza en varias capas en la pila de protocolo. Los paquetes de red pueden contener un chequesum, bits de paridad o cheques de redundancia cíclica para detectar errores que ocurren durante la transmisión.

En el transmisor, el cálculo se realiza antes de enviar el paquete. Cuando se recibe en el destino, se recalcula la suma de comprobación y se compara con la del paquete. Si se encuentran discrepancias, el paquete puede ser corregido o descartado. Cualquier pérdida de paquetes debido a estos descartes es tratada por el protocolo de red.

En algunos casos, las modificaciones del paquete de red pueden ser necesarias durante el enrutamiento, en los que se recalculan las sumas de comprobación.

Límite de Hop

En condiciones de falla, los paquetes pueden terminar atravesando un circuito cerrado. Si no se hacía nada, el número de paquetes circulando se acumularía hasta que la red se congestionara hasta el punto de fracaso. El tiempo de vivir es un campo que se disminuye cada vez que un paquete pasa a través de un tubo de red. Si el campo alcanza cero, el enrutamiento ha fallado, y el paquete es descartado.

Los paquetes Ethernet no tienen un campo de tiempo a vida y están sujetos a radiación de transmisión en presencia de un bucle de conmutación.

Duración

Puede haber un campo para identificar la longitud total del paquete. Sin embargo, en algunos tipos de redes, la longitud está implícita por la duración de la transmisión.

Protocolo identificador

A menudo es deseable llevar múltiples protocolos de comunicación en una red. Un campo identificador de protocolo especifica el protocolo de un paquete y permite que la pila de protocolo procesar muchos tipos de paquetes.

Prioridad

Algunas redes implementan la calidad del servicio que puede priorizar algunos tipos de paquetes por encima de otros. Este campo indica qué cola de paquetes se debe utilizar; una cola de alta prioridad se vacía más rápidamente que colas de baja prioridad en puntos de la red donde se produce la congestión.

Carga

En general, la carga útil es los datos que se llevan en nombre de una solicitud. Es generalmente de longitud variable, hasta un máximo que se establece por el protocolo de red y a veces el equipo en la ruta. Cuando sea necesario, algunas redes pueden romper un paquete más grande en paquetes más pequeños.

Ejemplos

Protocolo de Internet

Los paquetes IP se componen de un encabezado y una carga útil. El encabezado consta de campos fijos y opcionales. La carga útil aparece inmediatamente después del encabezado. Un paquete IP no tiene tráiler. Sin embargo, un paquete IP a menudo se transporta como carga útil dentro de una trama Ethernet, que tiene su propio encabezado y tráiler.

Según el principio de extremo a extremo, las redes IP no ofrecen garantías de entrega, no duplicación o entrega en orden de los paquetes. Sin embargo, es una práctica común superponer un protocolo de transporte confiable, como el Protocolo de control de transmisión, sobre el servicio de paquetes para brindar dicha protección.

Red del Espacio Profundo de la NASA

El estándar de telemetría de paquetes del Comité Consultivo para Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS) define el protocolo utilizado para la transmisión de datos de instrumentos de naves espaciales a través del canal del espacio profundo. Según este estándar, una imagen u otros datos enviados desde un instrumento de una nave espacial se transmiten mediante uno o más paquetes.

Transmisión paquetizada MPEG

El flujo elemental paquetizado (PES) es una especificación asociada con el estándar MPEG-2 que permite dividir un flujo elemental en paquetes. El flujo elemental se empaqueta encapsulando bytes de datos secuenciales del flujo elemental entre encabezados de paquetes PES.

Un método típico para transmitir datos de flujo elemental desde un codificador de video o audio es crear primero paquetes PES a partir de los datos de flujo elemental y luego encapsular estos paquetes PES dentro de paquetes de flujo de transporte MPEG (TS) o un flujo de programa MPEG (PD). Luego, los paquetes TS se pueden transmitir usando técnicas de transmisión, como las que se usan en un ATSC y DVB.

NICAM

Para proporcionar "compatibilidad" mono, la señal NICAM se transmite en una subportadora junto con la portadora de sonido. Esto significa que la portadora de sonido mono regular de FM o AM se deja sola para la recepción de los receptores monoaurales. El paquete NICAM (excepto el encabezado) se codifica con un generador de bits pseudoaleatorios de nueve bits antes de la transmisión. Es importante hacer que el flujo de bits NICAM se parezca más al ruido blanco porque esto reduce el patrón de la señal en los canales de TV adyacentes.