Paquete de red

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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; ^[1] 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 secuenciación). Normalmente, la información de control se encuentra en los encabezados y los finales de los paquetes .

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

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

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. ^[3]

El diseño de red puede lograr dos resultados principales mediante el uso de paquetes: detección de errores y direccionamiento de múltiples hosts . ^[4]

Los protocolos de comunicaciones utilizan diversas 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 formatean la información a nivel de bits en lugar de a nivel de bytes . ^[5]

Un paquete puede contener cualquiera de los siguientes componentes:

Direcciones

El enrutamiento de paquetes de red requiere dos direcciones de red : la dirección de origen del host emisor y la dirección de destino del host receptor. ^[6]

Detección y corrección de errores

La detección y corrección de errores se realiza en varias capas de la pila de protocolos . Los paquetes de red pueden contener una suma de comprobación , bits de paridad o comprobaciones de redundancia cíclica para detectar errores que se producen durante la transmisión. ^[6]

En el transmisor, el cálculo se realiza antes de enviar el paquete. Cuando se recibe en el destino, se vuelve a calcular la suma de comprobación y se compara con la del paquete. Si se encuentran discrepancias, el paquete puede corregirse o descartarse. El protocolo de red se encarga de cualquier pérdida de paquetes debido a estos descartes.

En algunos casos, puede ser necesario realizar modificaciones al paquete de red durante el enrutamiento, en cuyo caso se recalculan las sumas de comprobación.

Límite de salto

En condiciones de falla, los paquetes pueden terminar atravesando un circuito cerrado . Si no se hiciera nada, eventualmente la cantidad de paquetes en circulación aumentaría hasta que la red se congestionara hasta el punto de falla. El tiempo de vida es un campo que se reduce en uno cada vez que un paquete pasa por un salto de red . Si el campo llega a cero, el enrutamiento ha fallado y el paquete se descarta. ^[6]

Los paquetes Ethernet no tienen campo de tiempo de vida y, por lo tanto, están sujetos a la radiación de difusión en presencia de un bucle de conmutación .

Longitud

Puede haber un campo para identificar la longitud total del paquete. Sin embargo, en algunos tipos de redes, la longitud está implícita en la duración de la transmisión. ^[6]

Identificador de protocolo

A menudo es conveniente transmitir varios protocolos de comunicación en una red. Un campo de identificador de protocolo especifica el protocolo de un paquete y permite que la pila de protocolos procese muchos tipos de paquetes.

Prioridad

Algunas redes implementan una calidad de servicio que puede priorizar algunos tipos de paquetes por sobre otros. Este campo indica qué cola de paquetes se debe utilizar; una cola de alta prioridad se vacía más rápidamente que las colas de menor prioridad en los puntos de la red donde se produce congestión. ^[6]

Carga útil

En general, la carga útil son los datos que se transportan en nombre de una aplicación. Suele tener una longitud variable, hasta un máximo que establece el protocolo de red y, a veces, el equipo en la ruta. Cuando es necesario, algunas redes pueden dividir un paquete más grande en paquetes más pequeños. ^[6]

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 final. Sin embargo, un paquete IP a menudo se transporta como carga útil dentro de una trama Ethernet, que tiene su propio encabezado y final.

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

La norma 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 de espacio profundo. Según esta norma, una imagen u otros datos enviados desde un instrumento de una nave espacial se transmiten utilizando uno o más paquetes.

El flujo elemental en paquetes (PES) es una especificación asociada con el estándar MPEG-2 que permite dividir un flujo elemental en paquetes. El flujo elemental se paquetiza encapsulando bytes de datos secuenciales del flujo elemental entre los encabezados de los 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 (TS) MPEG o un flujo de programa (PS) MPEG . Los paquetes TS pueden transmitirse luego utilizando técnicas de transmisión, como las que se utilizan en ATSC y DVB .

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 FM o AM normal se deja sola para la recepción por parte de receptores monoaurales. El paquete NICAM (excepto el encabezado) se codifica con un generador de bits pseudoaleatorios de nueve bits antes de la transmisión. Hacer que el flujo de bits NICAM se parezca más a ruido blanco es importante porque esto reduce la formación de patrones de señal en los canales de TV adyacentes.