Protocolo de Internet

El Protocolo de Internet (IP) es el protocolo de comunicaciones de la capa de red en el conjunto de protocolos de Internet para transmitir datagramas a través de los límites de la red. Su función de enrutamiento permite la interconexión de redes y esencialmente establece Internet.

IP tiene la tarea de entregar paquetes desde el host de origen al host de destino basándose únicamente en las direcciones IP en los encabezados de los paquetes. Para este propósito, IP define estructuras de paquetes que encapsulan los datos a entregar. También define los métodos de direccionamiento que se utilizan para etiquetar el datagrama con información de origen y destino.

IP era el servicio de datagramas sin conexión en el Programa de control de transmisión original presentado por Vint Cerf y Bob Kahn en 1974, que se complementó con un servicio orientado a la conexión que se convirtió en la base del Protocolo de control de transmisión. (TCP). Por lo tanto, el conjunto de protocolos de Internet suele denominarse TCP/IP.

La primera versión importante de IP, el Protocolo de Internet Versión 4 (IPv4), es el protocolo dominante de Internet. Su sucesor es el Protocolo de Internet Versión 6 (IPv6), que se ha implementado cada vez más en la Internet pública desde c. 2006.

Función

Encapsulación de los datos de aplicación llevados por UDP a un marco de protocolo de enlace

El Protocolo de Internet es responsable de abordar las interfaces de host, encapsular datos en datagramas (incluida la fragmentación y el reensamblaje) y enrutar datagramas desde una interfaz de host de origen a una interfaz de host de destino a través de una o más redes IP. Para estos fines, el Protocolo de Internet define el formato de los paquetes y proporciona un sistema de direccionamiento.

Cada datagrama tiene dos componentes: un encabezado y una carga útil. El encabezado IP incluye la dirección IP de origen, la dirección IP de destino y otros metadatos necesarios para enrutar y entregar el datagrama. La carga útil son los datos que se transportan. Este método de anidar la carga útil de datos en un paquete con un encabezado se denomina encapsulación.

El direccionamiento IP implica la asignación de direcciones IP y parámetros asociados a las interfaces del host. El espacio de direcciones se divide en subredes, lo que implica la designación de prefijos de red. El enrutamiento IP lo realizan todos los hosts, así como los enrutadores, cuya función principal es transportar paquetes a través de los límites de la red. Los enrutadores se comunican entre sí a través de protocolos de enrutamiento especialmente diseñados, ya sean protocolos de puerta de enlace interior o protocolos de puerta de enlace exterior, según sea necesario para la topología de la red.

Historial de versiones

Un cronograma para el desarrollo del protocolo de control de transmisión TCP y IP del Protocolo de Internet.

Primera demostración de Internet, vinculando ARPANET, PRNET y SATNET el 22 de noviembre de 1977

En mayo de 1974, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) publicó un documento titulado "Un protocolo para la intercomunicación de red de paquetes". Los autores del artículo, Vint Cerf y Bob Kahn, describieron un protocolo de interconexión de redes para compartir recursos mediante la conmutación de paquetes entre los nodos de la red. Un componente de control central de este modelo fue el "Programa de control de transmisión" que incorporó tanto enlaces orientados a la conexión como servicios de datagramas entre hosts. El Programa de control de transmisión monolítico se dividió más tarde en una arquitectura modular que consiste en el Protocolo de control de transmisión y el Protocolo de datagramas de usuario en la capa de transporte y el Protocolo de Internet en la capa de Internet. El modelo se conoció como Modelo de Internet del Departamento de Defensa (DoD) y conjunto de protocolos de Internet, e informalmente como TCP/IP.

Las versiones 1 a 3 de IP fueron versiones experimentales, diseñadas entre 1973 y 1978. Los siguientes documentos de Internet Experiment Note (IEN) describen la versión 3 del Protocolo de Internet, anterior a la versión moderna de IPv4:

• IEN 2Comentarios sobre el Protocolo de Internet y TCP), de fecha agosto de 1977 describe la necesidad de separar las funcionalidades TCP y el Protocolo de Internet (que anteriormente se combinaron). Propone la primera versión del encabezado IP, utilizando 0 para el campo de versión.
• IEN 26Un nuevo formato de encabezado de Internet propuesto), fechada febrero de 1978 describe una versión del encabezado IP que utiliza un campo de versión de 1 bit.
• IEN 28 (IEN 28)Proyecto de protocolo de Internet Descripción Versión 2), fechada febrero de 1978 describe IPv2.
• IEN 41 (IEN 41)Versión 4 del Protocolo de Internet), fechada junio de 1978 describe el primer protocolo a llamar IPv4. El encabezado IP es diferente del encabezado IPv4 moderno.
• IEN 44Formatos de encabezado más recientes), fechada junio de 1978 describe otra versión de IPv4, también con un encabezado diferente del moderno encabezado IPv4.
• IEN 54Versión 4 del Protocolo de Internet), fechada septiembre de 1978 es la primera descripción de IPv4 utilizando el encabezado que sería estandarizado en RFC 760.

El protocolo de interconexión de redes dominante en la capa de Internet en uso es IPv4; el número 4 identifica la versión del protocolo, transportada en cada datagrama IP. IPv4 se describe en RFC 791 (1981).

Las versiones 2 y 3, y un borrador de la versión 4, permitían una longitud de dirección de hasta 128 bits, pero se redujo por error a 32 bits en la versión final de IPv4.

La versión número 5 fue utilizada por Internet Stream Protocol, un protocolo de transmisión experimental que no se adoptó.

El sucesor de IPv4 es IPv6. IPv6 fue el resultado de varios años de experimentación y diálogo durante los cuales se propusieron varios modelos de protocolo, como TP/IX (RFC 1475), PIP (RFC 1621) y TUBA (TCP y UDP con direcciones más grandes, RFC 1347). Su diferencia más destacada con la versión 4 es el tamaño de las direcciones. Mientras que IPv4 usa 32 bits para el direccionamiento, lo que produce c. 4300 millones (4,3 ×10⁹), IPv6 utiliza direcciones de 128 bits que proporcionan c. 3.4×10³⁸ direcciones. Aunque la adopción de IPv6 ha sido lenta, a partir de septiembre de 2021, la mayoría de los países del mundo muestran una adopción significativa de IPv6, con más del 35% del tráfico de Google transfiriéndose a través de conexiones IPv6.

La asignación del nuevo protocolo como IPv6 era incierta hasta que la diligencia debida aseguró que IPv6 no se había utilizado anteriormente. A otros protocolos de la capa de Internet se les han asignado números de versión, como 7 (IP/TX), 8 y 9 (histórico). En particular, el 1 de abril de 1994, el IETF publicó un April Fools' Jornada de broma sobre IPv9. IPv9 también se usó en una expansión de espacio de direcciones alternativa propuesta llamada TUBA. Una propuesta china de 2004 para un "IPv9" El protocolo parece no estar relacionado con todos estos y no está respaldado por el IETF.

Confiabilidad

El diseño del conjunto de protocolos de Internet se adhiere al principio de extremo a extremo, un concepto adaptado del proyecto CYCLADES. Según el principio de extremo a extremo, la infraestructura de red se considera intrínsecamente poco fiable en cualquier elemento de red o medio de transmisión individual y es dinámica en términos de disponibilidad de enlaces y nodos. No existe una instalación central de monitoreo o medición del rendimiento que rastree o mantenga el estado de la red. En beneficio de reducir la complejidad de la red, la inteligencia en la red se ubica deliberadamente en los nodos finales.

Como consecuencia de este diseño, el Protocolo de Internet solo proporciona la entrega del mejor esfuerzo y su servicio se caracteriza por ser poco confiable. En el lenguaje de la arquitectura de red, es un protocolo sin conexión, en contraste con la comunicación orientada a la conexión. Pueden ocurrir varias condiciones de falla, como corrupción de datos, pérdida de paquetes y duplicación. Debido a que el enrutamiento es dinámico, lo que significa que cada paquete se trata de forma independiente, y debido a que la red no mantiene un estado basado en la ruta de los paquetes anteriores, diferentes paquetes pueden enrutarse al mismo destino a través de diferentes rutas, lo que resulta en una entrega desordenada al receptor.

Todas las condiciones de falla en la red deben ser detectadas y compensadas por los nodos finales participantes. Los protocolos de capa superior del conjunto de protocolos de Internet son responsables de resolver los problemas de confiabilidad. Por ejemplo, un host puede almacenar en búfer los datos de la red para garantizar el orden correcto antes de que los datos se entreguen a una aplicación.

IPv4 proporciona medidas de seguridad para garantizar que el encabezado de un paquete IP esté libre de errores. Un nodo de enrutamiento descarta los paquetes que fallan en una prueba de suma de verificación de encabezado. Aunque el Protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP) notifica los errores, no se requiere un nodo de enrutamiento para notificar los errores a ninguno de los nodos finales. IPv6, por el contrario, funciona sin sumas de verificación de encabezado, ya que se supone que la tecnología de capa de enlace actual proporciona suficiente detección de errores.

Capacidad y capacidad del enlace

La naturaleza dinámica de Internet y la diversidad de sus componentes no garantizan que una ruta en particular sea realmente capaz o adecuada para realizar la transmisión de datos solicitada. Una de las limitaciones técnicas es el tamaño de los paquetes de datos posibles en un enlace dado. Existen instalaciones para examinar el tamaño de la unidad de transmisión máxima (MTU) del enlace local y Path MTU Discovery se puede utilizar para toda la ruta prevista hasta el destino.

La capa de interconexión de redes IPv4 fragmenta automáticamente un datagrama en unidades más pequeñas para su transmisión cuando se supera la MTU del enlace. IP proporciona el reordenamiento de fragmentos recibidos fuera de orden. Una red IPv6 no fragmenta los elementos de la red, pero requiere hosts finales y protocolos de capa superior para evitar exceder la MTU de la ruta.

El Protocolo de control de transmisión (TCP) es un ejemplo de un protocolo que ajusta el tamaño de su segmento para que sea más pequeño que la MTU. El Protocolo de datagramas de usuario (UDP) e ICMP ignoran el tamaño de MTU, lo que obliga a IP a fragmentar datagramas de gran tamaño.

Seguridad

Durante la fase de diseño de ARPANET y de los inicios de Internet, los aspectos de seguridad y las necesidades de una red internacional pública no podían anticiparse adecuadamente. En consecuencia, muchos protocolos de Internet exhibieron vulnerabilidades resaltadas por ataques a la red y evaluaciones de seguridad posteriores. En 2008, se publicó una evaluación de seguridad exhaustiva y una propuesta de mitigación de problemas. El IETF ha estado realizando más estudios.