Clase: Protocolos de Aplicación - DNS, DHCP, WWW y FTP

Objetivos de la Clase

1. Comprender la función de los protocolos de aplicación en el modelo OSI y TCP/IP.

2. Explicar el funcionamiento de los protocolos DNS, DHCP, WWW y FTP.

3. Analizar la importancia de estos protocolos en redes empresariales e IoT.

4. Realizar configuraciones básicas y pruebas de conectividad.

1. Introducción a los Protocolos de Aplicación

• Capas del Modelo OSI y TCP/IP: Enfocarse en la capa de aplicación.

• Características de los protocolos de aplicación: Interfaz entre el usuario y la red.

• Comparación entre TCP y UDP en protocolos de aplicación.

2. Protocolo DNS (Domain Name System)

• Función: Resolución de nombres de dominio a direcciones IP.

• Estructura jerárquica: Root, TLD, y servidores autoritativos.

• Tipos de registros DNS: A, AAAA, MX, CNAME, PTR.

• Consulta y resolución DNS: Recursiva y iterativa.

• Ejemplo Práctico:

  • Uso de nslookup y dig en Linux/Windows.

  • Análisis de registros DNS en herramientas online.

3. Protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

• Función: Asignación dinámica de direcciones IP a dispositivos.

• Proceso DORA (Discover, Offer, Request, Acknowledge).

• Tipos de asignación: Automática, dinámica y manual.

• Parámetros entregados por DHCP: IP, máscara, gateway, DNS.

• Ejemplo Práctico:

  • Configuración de un servidor DHCP en un router o en Linux (dhcpd.conf).

  • Captura y análisis del tráfico DHCP con Wireshark.

4. Protocolo WWW (World Wide Web - HTTP/HTTPS)

• Función: Protocolo de transferencia de hipertexto.

• Diferencia entre HTTP y HTTPS: Seguridad con TLS/SSL.

• Métodos HTTP: GET, POST, PUT, DELETE.

• Estado de respuestas HTTP (Códigos 1xx - 5xx).

• Ejemplo Práctico:

  • Uso de curl o Postman para probar peticiones HTTP.

  • Configuración básica de un servidor web con Apache/Nginx.

5. Protocolo FTP (File Transfer Protocol)

• Función: Transferencia de archivos en red.

• Modos de operación: Activo vs Pasivo.

• FTP vs SFTP (Secure FTP con SSH).

• Ejemplo Práctico:

  • Uso de ftp en la terminal para conectarse a un servidor.

  • Transferencia de archivos con FileZilla.

  • Configuración de un servidor FTP en Linux con vsftpd.

Actividades Prácticas Sugeridas

1. Ejercicio de resolución de nombres DNS

   • Usar nslookup o dig para consultar direcciones IP de dominios populares.

2. Captura y análisis de tráfico DHCP con Wireshark

   • Identificar paquetes Discover, Offer, Request y Acknowledge.

3. Simulación de tráfico HTTP

   • Enviar peticiones con curl y analizar respuestas del servidor.

4. Prueba de transferencia FTP

   • Subir y descargar archivos en un servidor FTP local.

Evaluación y Discusión

• Preguntas de reflexión: ¿Por qué DNS es crucial en internet? ¿Cómo impacta DHCP en redes IoT?

• Evaluación rápida con preguntas tipo CCNA sobre los protocolos.

Protocolos de Aplicación: DNS, DHCP, WWW y FTP

1. Introducción a los Protocolos de Aplicación

Modelo OSI y TCP/IP

• Los protocolos de aplicación operan en la capa 7 del modelo OSI y en la capa de aplicación del modelo TCP/IP.

• Son responsables de proporcionar servicios a las aplicaciones del usuario final.

Ejemplos de protocolos de aplicación:

• DNS (Domain Name System) → Traduce nombres de dominio a direcciones IP.

• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) → Asigna direcciones IP dinámicas a dispositivos.

• HTTP/HTTPS (Hypertext Transfer Protocol/Secure) → Permite la navegación web.

• FTP (File Transfer Protocol) → Transfiere archivos entre sistemas en red.

2. Protocolo DNS (Domain Name System)

Función de DNS

• Traduce nombres de dominio legibles (ej. www.cisco.com) a direcciones IP (198.51.100.10).

• Facilita la navegación en Internet sin necesidad de recordar direcciones IP.

Estructura Jerárquica del DNS

1. Servidores raíz (Root Servers) → . (dot)

2. Dominios de nivel superior (TLDs - Top-Level Domains) → .com, .org, .net, .edu, etc.

3. Servidores autoritativos → Contienen registros específicos de un dominio.

Tipos de Registros DNS

Consulta y Resolución DNS

• Iterativa → El cliente realiza múltiples solicitudes hasta obtener la respuesta.

• Recursiva → El servidor DNS consulta en nombre del cliente hasta resolver el dominio.

Comandos Prácticos

📌 Consultar un dominio con nslookup (Windows/Linux/Mac):

nslookup www.cisco.com

📌 Consultar detalles de un dominio con dig (Linux/macOS):

dig www.cisco.com

📌 Verificar el registro MX de un dominio:

nslookup -query=mx cisco.com

3. Protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

Función de DHCP

• Automatiza la asignación de direcciones IP en una red.

• Reduce la administración manual de direcciones IP estáticas.

Proceso de DHCP - Ciclo DORA

1. Discover → El cliente envía un mensaje de búsqueda de servidor DHCP.

2. Offer → El servidor responde con una oferta de dirección IP.

3. Request → El cliente solicita la dirección IP ofrecida.

4. Acknowledge → El servidor confirma la asignación de la dirección IP.

Parámetros Configurados por DHCP

• Dirección IP asignada.

• Máscara de subred.

• Puerta de enlace predeterminada.

• Servidores DNS.

• Duración del arrendamiento de la IP.

Comandos Prácticos

📌 Ver información de DHCP en Windows:

ipconfig /all

📌 Liberar y renovar dirección DHCP en Windows:

ipconfig /release
ipconfig /renew

📌 Ver tráfico DHCP en tiempo real con Wireshark:

• Aplicar filtro: dhcp o bootp.

4. Protocolo WWW - HTTP y HTTPS

Funcionamiento de HTTP/HTTPS

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol) se usa para acceder a páginas web.

• HTTPS es la versión segura de HTTP con cifrado TLS/SSL.

Métodos HTTP más usados

Códigos de Estado HTTP

Comandos Prácticos

📌 Obtener el código de estado de una web con curl:

curl -I http://www.cisco.com

📌 Hacer una petición HTTP GET:

curl http://www.cisco.com

5. Protocolo FTP (File Transfer Protocol)

Funcionamiento de FTP

• Se usa para la transferencia de archivos entre servidores y clientes.

• Modos de conexión:

  • Activo → El servidor inicia la conexión con el cliente.

  • Pasivo → El cliente inicia la conexión con el servidor.

Diferencia entre FTP y SFTP

• FTP: No seguro, sin cifrado.

• SFTP (Secure FTP): Transfiere datos cifrados sobre SSH.

Comandos Prácticos

📌 Conectarse a un servidor FTP:

ftp ftp.cisco.com

📌 Subir un archivo con FTP:

put archivo.txt

📌 Descargar un archivo con FTP:

get archivo.txt

📌 Usar SFTP (requiere SSH):

sftp usuario@servidor.com

Resumen de la Clase

✔ DNS: Traduce nombres de dominio a IP.
✔ DHCP: Asigna IPs dinámicamente en la red.
✔ HTTP/HTTPS: Transfiere datos web; HTTPS cifra la conexión.
✔ FTP: Permite transferencias de archivos en red.

Actividades Prácticas

1. Usar nslookup o dig para consultar registros DNS.

2. Capturar tráfico DHCP con Wireshark y analizar el proceso DORA.

3. Hacer solicitudes HTTP con curl y analizar respuestas.

4. Subir y descargar archivos usando FTP y SFTP.

IP Address: 192.168.1.100
Subnet Mask: 255.255.255.0
Gateway: 192.168.1.1
DNS: 8.8.8.8, 8.8.4.4
Lease Time: 24 hours

ipconfig /all

ifconfig
# o
ip addr show

ipconfig /release
ipconfig /renew

sudo dhclient -r
sudo dhclient

bootp || dhcp

Ejemplo Completo del Funcionamiento de DNS a Nivel de Capa de Red (IP)

Escenario

Un usuario en un PC cliente quiere acceder a www.ejemplo.com, pero no conoce su dirección IP. El cliente envía una consulta DNS a un servidor DNS para obtener la dirección IP del dominio.

Paso 1: Cliente Genera una Consulta DNS

Cuando el usuario ingresa www.ejemplo.com en el navegador, el sistema verifica primero su caché local. Si no encuentra la dirección, envía una consulta DNS al servidor DNS configurado (por ejemplo, 8.8.8.8).

📌 Encabezado IP de la consulta DNS:

• IP de origen: 192.168.1.100 (PC Cliente)

• IP de destino: 8.8.8.8 (Servidor DNS de Google)

• Protocolo: UDP

• Puerto de origen: Random (ej. 51000)

• Puerto de destino: 53 (DNS)

📌 Mensaje DNS Query (Capa 7 - Aplicación):

• Tipo de consulta: A (IPv4)

• Dominio solicitado: www.ejemplo.com

📌 Trama Ethernet enviada por el cliente (Capa 2 - Enlace de Datos):

• Destino MAC: XX:XX:XX:XX:XX:XX (Router o switch)

• Origen MAC: 00:1A:2B:3C:4D:5E (PC Cliente)

• Tipo de EtherType: 0x0800 (IPv4)

Paso 2: El Servidor DNS Responde con la Dirección IP

El servidor DNS recibe la consulta, busca la IP correspondiente a www.ejemplo.com y envía la respuesta.

📌 Encabezado IP de la respuesta DNS:

• IP de origen: 8.8.8.8 (Servidor DNS)

• IP de destino: 192.168.1.100 (PC Cliente)

• Protocolo: UDP

• Puerto de origen: 53

• Puerto de destino: 51000 (mismo del cliente)

📌 Mensaje DNS Response:

• Dominio solicitado: www.ejemplo.com

• Dirección IP encontrada: 203.0.113.45

📌 Trama Ethernet enviada por el servidor (Capa 2 - Enlace de Datos):

• Destino MAC: 00:1A:2B:3C:4D:5E (Cliente)

• Origen MAC: YY:YY:YY:YY:YY:YY (Servidor DNS)

Paso 3: Cliente Utiliza la Dirección IP para la Conexión

Ahora que el cliente tiene la IP 203.0.113.45, envía una solicitud HTTP/HTTPS directamente a ese servidor.

📌 Encabezado IP del paquete HTTP/HTTPS:

• IP de origen: 192.168.1.100 (Cliente)

• IP de destino: 203.0.113.45 (Servidor Web)

📌 Mensaje HTTP GET:

GET / HTTP/1.1
Host: www.ejemplo.com
User-Agent: Mozilla/5.0

Resumen del Proceso DNS

Comprobaciones en el Cliente

📌 Consultar un dominio en Windows:

nslookup www.ejemplo.com

📌 Consultar un dominio en Linux/macOS:

dig www.ejemplo.com
# o
host www.ejemplo.com

📌 Capturar tráfico DNS con Wireshark:

dns

Preguntas de Repaso

1. ¿Por qué DNS usa UDP en lugar de TCP?

2. ¿Cuál es la diferencia entre una consulta recursiva y una iterativa?

3. ¿Cómo afecta el tiempo de vida (TTL) de un registro DNS a su resolución?

4. ¿Qué pasa si el servidor DNS no responde?

Ejemplo Completo del Funcionamiento de FTP a Nivel de Capa de Red (IP)

Escenario

Un usuario en un PC cliente quiere descargar un archivo desde un servidor FTP. Se utiliza una conexión activa de FTP en modo no seguro (sin cifrado).

• Cliente FTP: 192.168.1.100

• Servidor FTP: 203.0.113.10

• Puerto de control: 21

• Puerto de datos (modo activo): 20

Paso 1: Cliente Establece la Conexión de Control

El cliente FTP inicia la conexión enviando una solicitud TCP al servidor en el puerto 21.

📌 Encabezado IP del paquete TCP SYN (inicio de conexión TCP - Capa 4):

• IP de origen: 192.168.1.100 (Cliente)

• IP de destino: 203.0.113.10 (Servidor FTP)

• Protocolo: TCP

• Puerto de origen: Random (ej. 50000)

• Puerto de destino: 21

📌 Trama Ethernet enviada por el cliente (Capa 2 - Enlace de Datos):

• Destino MAC: XX:XX:XX:XX:XX:XX (Router/switch)

• Origen MAC: 00:1A:2B:3C:4D:5E (Cliente)

• Tipo de EtherType: 0x0800 (IPv4)

📌 Handshake TCP (Capa 4 - Transporte) - Tres pasos:
1️⃣ Cliente → Servidor: SYN (50000 → 21)
2️⃣ Servidor → Cliente: SYN-ACK (21 → 50000)
3️⃣ Cliente → Servidor: ACK (50000 → 21)

Paso 2: Cliente Inicia la Sesión FTP

Después del handshake TCP, el cliente envía sus credenciales en texto plano.

📌 Mensaje FTP de Autenticación (Capa 7 - Aplicación):

USER usuario123
PASS contraseña123

📌 Encabezado IP:

• IP de origen: 192.168.1.100

• IP de destino: 203.0.113.10

📌 El servidor responde:

230 Login successful.

Paso 3: Cliente Solicita un Archivo

El cliente solicita la descarga de archivo.txt.

📌 Mensaje FTP:

RETR archivo.txt

📌 El servidor responde:

150 Opening ASCII mode data connection for archivo.txt

Paso 4: Establecimiento de la Conexión de Datos (Modo Activo)

📌 Conexión de Datos en FTP Activo:

• El cliente le dice al servidor en qué puerto escuchar con el comando PORT.

• El servidor inicia una nueva conexión desde el puerto 20 hacia el cliente.

📌 Mensaje FTP:

PORT 192,168,1,100,195,45

(195,45 en decimal = puerto 50000 en cliente)

📌 Encabezado IP de la conexión de datos:

• IP de origen: 203.0.113.10 (Servidor FTP)

• IP de destino: 192.168.1.100 (Cliente)

• Protocolo: TCP

• Puerto de origen: 20 (Servidor FTP)

• Puerto de destino: 50000 (Cliente)

📌 Handshake TCP para la conexión de datos:
1️⃣ Servidor → Cliente: SYN (20 → 50000)
2️⃣ Cliente → Servidor: SYN-ACK (50000 → 20)
3️⃣ Servidor → Cliente: ACK (20 → 50000)

Paso 5: Transferencia del Archivo

Ahora que la conexión de datos está establecida, el servidor envía archivo.txt.

📌 Encabezado IP de los paquetes TCP con datos:

• IP de origen: 203.0.113.10

• IP de destino: 192.168.1.100

• Puerto de origen: 20

• Puerto de destino: 50000

📌 Ejemplo de datos en la carga útil TCP:

Contenido del archivo...

📌 Mensaje FTP al finalizar:

226 Transfer complete.

Paso 6: Cliente Cierra la Sesión

Cuando el cliente termina, envía el comando QUIT.

📌 Mensaje FTP:

QUIT

📌 Respuesta del servidor:

221 Goodbye.

📌 Cierre de la conexión TCP (Capa 4 - Transporte) - Cuatro pasos:
1️⃣ Cliente → Servidor: FIN
2️⃣ Servidor → Cliente: ACK
3️⃣ Servidor → Cliente: FIN
4️⃣ Cliente → Servidor: ACK

Resumen del Proceso FTP (Modo Activo)

Comprobaciones en el Cliente

📌 Ver el tráfico FTP en Wireshark:

ftp || tcp.port == 21 || tcp.port == 20

📌 Conectar a un servidor FTP desde Windows (CMD):

ftp 203.0.113.10

📌 Conectar desde Linux/macOS:

ftp 203.0.113.10

📌 Descargar un archivo:

get archivo.txt

Preguntas de Repaso

1. ¿Cuál es la diferencia entre FTP activo y FTP pasivo?

2. ¿Por qué FTP usa dos conexiones TCP en lugar de una?

3. ¿Cómo se protege una conexión FTP con FTPS o SFTP?

4. ¿Qué pasa si el firewall bloquea las conexiones entrantes en el puerto 20?

Conclusión

✔ FTP utiliza dos conexiones TCP: una para control (puerto 21) y otra para datos (puerto 20 en modo activo).
✔ En modo activo, el servidor inicia la conexión de datos hacia el cliente.
✔ FTP envía credenciales en texto plano y no es seguro sin cifrado (se recomienda FTPS o SFTP).

Ejemplo Completo del Funcionamiento de WWW a Nivel de Capa de Red (IP)

Escenario

Un usuario en un PC cliente abre su navegador e ingresa http://www.ejemplo.com. El cliente se comunica con el servidor web para solicitar la página y recibirla en respuesta.

• Cliente: 192.168.1.100

• Servidor Web: 203.0.113.45

• Protocolo: HTTP (sin cifrar) o HTTPS (cifrado con TLS)

• Puerto estándar: 80 (HTTP) o 443 (HTTPS)

Paso 1: Resolución de Nombre de Dominio (DNS)

El cliente necesita conocer la dirección IP del servidor web. Si no la tiene en caché, consulta un servidor DNS.

📌 Encabezado IP del paquete DNS Query:

• IP de origen: 192.168.1.100

• IP de destino: 8.8.8.8 (Servidor DNS de Google)

• Protocolo: UDP

• Puerto de destino: 53

• Consulta: www.ejemplo.com

📌 Respuesta DNS:

• IP de www.ejemplo.com: 203.0.113.45

Paso 2: Establecimiento de Conexión TCP

El cliente inicia una conexión con el servidor web en el puerto 80 para HTTP o 443 para HTTPS.

📌 Encabezado IP del paquete TCP SYN (inicio de conexión TCP - Capa 4):

• IP de origen: 192.168.1.100

• IP de destino: 203.0.113.45

• Protocolo: TCP

• Puerto de origen: Random (ej. 51000)

• Puerto de destino: 80 (para HTTP) o 443 (para HTTPS)

📌 Handshake TCP (Capa 4 - Transporte) - Tres pasos: 1️⃣ Cliente → Servidor: SYN (51000 → 80) 2️⃣ Servidor → Cliente: SYN-ACK (80 → 51000) 3️⃣ Cliente → Servidor: ACK (51000 → 80)

Paso 3: Cliente Envía una Solicitud HTTP

Después del handshake TCP, el cliente envía un mensaje HTTP GET para solicitar la página web.

📌 Encabezado IP del paquete HTTP Request:

• IP de origen: 192.168.1.100

• IP de destino: 203.0.113.45

• Protocolo: TCP

• Puerto de destino: 80 (HTTP)

📌 Encabezado HTTP GET (Capa 7 - Aplicación):

GET / HTTP/1.1
Host: www.ejemplo.com
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html
Connection: keep-alive

Paso 4: Servidor Responde con la Página Web

El servidor procesa la solicitud y responde con la página solicitada.

📌 Encabezado IP del paquete HTTP Response:

• IP de origen: 203.0.113.45

• IP de destino: 192.168.1.100

• Protocolo: TCP

• Puerto de origen: 80

• Puerto de destino: 51000

📌 Encabezado HTTP Response:

HTTP/1.1 200 OK
Date: Wed, 03 Apr 2025 12:00:00 GMT
Server: Apache/2.4.41
Content-Type: text/html
Content-Length: 5120

📌 Carga útil del paquete TCP (Contenido HTML de la página):

<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>Ejemplo</title></head>
<body><h1>Bienvenido a www.ejemplo.com</h1></body>
</html>

Paso 5: Cliente Renderiza la Página y Descarga Recursos

El navegador del cliente procesa el HTML recibido y detecta referencias a otros recursos (imágenes, hojas de estilo, scripts). Inicia nuevas solicitudes HTTP GET para descargar estos elementos.

📌 Ejemplo de solicitud de una imagen:

GET /imagen.jpg HTTP/1.1
Host: www.ejemplo.com

📌 El servidor responde con la imagen en formato binario.

Paso 6: Cierre de la Conexión TCP

Cuando la transferencia de la página y sus recursos ha finalizado, el cliente y el servidor cierran la conexión.

📌 Cierre de conexión TCP - Cuatro pasos: 1️⃣ Cliente → Servidor: FIN 2️⃣ Servidor → Cliente: ACK 3️⃣ Servidor → Cliente: FIN 4️⃣ Cliente → Servidor: ACK

Resumen del Proceso WWW

Comprobaciones en el Cliente

📌 Capturar tráfico HTTP con Wireshark:

http || tcp.port == 80

📌 Ver encabezados HTTP en Linux/macOS:

curl -v http://www.ejemplo.com

📌 Hacer una solicitud HTTP manualmente en Windows (CMD):

Invoke-WebRequest -Uri "http://www.ejemplo.com"

📌 Simular una petición HTTP con Telnet:

telnet www.ejemplo.com 80
GET / HTTP/1.1
Host: www.ejemplo.com

Preguntas de Repaso

1. ¿Cuál es la diferencia entre HTTP y HTTPS?

2. ¿Por qué WWW usa TCP en lugar de UDP?

3. ¿Cómo se mantiene la sesión HTTP sin una conexión persistente?

4. ¿Cuál es la función de la caché en la navegación web?

5. ¿Cómo optimiza un servidor web la entrega de contenido?

Conclusión

✔ WWW funciona sobre HTTP o HTTPS, usando TCP/IP como base de comunicación.
✔ El cliente inicia una conexión TCP, solicita una página con HTTP GET y el servidor responde con el contenido.
✔ La descarga de recursos adicionales como imágenes, CSS y JS se hace en solicitudes HTTP separadas.
✔ HTTPS añade cifrado con TLS para la seguridad de la información.