Al hablar de ataques DDoS —más tarde que temprano— se menciona al protocolo de datagrama de usuario (UDP, por sus siglas en inglés).
Pero no es el único momento, este forma parte de la estructura de internet que hace posible la compartición de datos entre servidores y dispositivos.
La enorme cantidad de transferencias de información constituye el tráfico de internet. Llevarlo a cabo sucede gracias al protocolo de control de transmisión (TCP) y al UDP.
¿Qué es UDP?
UDP es un protocolo ligero de transporte de datos que funciona sobre protocolo de internet (IP). Dicho de otra manera, permite el envío rápido de datagramas en redes IP, sin necesidad de establecer una conexión previa.
UDP es muy utilizado para aplicaciones donde es más importante la velocidad que la precisión. Posee un mecanismo para la detección de datos corruptos en los paquetes de información, sin embargo, no tiene capacidad para detectar errores como es el caso de la pérdida de paquetes o de su llegada en desorden, características que lo identifican como un protocolo no confiable
UDP en la arquitectura de internet
Más allá de las definiciones técnicas, que eventualmente resultan confusas, es recomendable entender dónde se ubica UDP en el contexto amplio de la arquitectura de internet, a partir de dos elementos: la familia de protocolos y el modelo de capas.
El primero de ellos, la familia, pila o conjunto de protocolos de internet, abarca componentes que permiten la comunicación efectiva y la transmisión de datos entre los dispositivos de una red.
Esta familia suele recibir el nombre de conjunto de protocolos TCP/IP (protocolo de control de transmisión/protocolo de internet), debido a que son los dos integrantes que primero se definieron y son también muy utilizados. Hay más de cien diferentes protocolos en la familia, entre los cuales podemos identificar algunos como HTTP (protocolo de transferencia de hipertexto), SMTP (protocolo para transferencia simple de correo), así como el que nos ocupa, UDP (protocolo de datagrama de usuario).
El segundo elemento, esto es, el modelo de capas o redes TCP/IP, responde a la necesidad de llevar a cabo servicios o funciones muy concretas en beneficio de dos brazos informáticos: las redes y la IT. El modelo se basa en un esquema de mejores prácticas, por lo que hay interpretaciones que plantean ya sea cuatro o bien, cinco capas, ambos enfoques igualmente válidos. Tomando como base cuatro capas, el protocolo UDP trabaja en la tercera, la de transporte.
Historia y evolución del protocolo UDP
Una breve revisión de antecedentes históricos nos lleva al año 1973 y a los trabajos que se desarrollaban en DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) en los Estados Unidos. En aquel momento, se sumaron los esfuerzos de dos importantes equipos para desarrollar modelos de interconexión entre arquitecturas de la incipiente internet. Robert E. Kahn y Vicent Cerf encabezaban a estos equipos, que reformularon desde las bases la cuestión de los protocolos.
Las diferencias entre protocolos de red quedarían subordinadas a un protocolo común entre redes -IP o protocolo de internet-, en tanto que la confiabilidad descansaría sobre el equipamiento. El router o equipo encaminador de red asume un rol importante, con una conexión a cada red, para encargarse de enviar paquetes -de datos- entre ellas.
De esta manera se logró resolver la problemática de interconexión entre las redes de satélites y las de radio que preocupaba a Kahn, en tanto Cerf, en Stanford desarrolló el nuevo modelo, dando origen a la primera especificación de TCP. Para 1978, se publicó la versión estable TCP/IP versión 4 que aún se emplea en internet.
Dos años después, David P. Reed diseñó el protocolo UDP (User Datagram Protocol o Universal Datagram Protocol) para trabajar sobre IP con un esquema de datagramas -no orientado a conexión-. Datagrama es un mensaje autónomo e independiente que puede enviarse a través de una red sin necesidad de conexión dedicada.
TCP/IP fue elegido en 1982 como el protocolo de uso estándar por el departamento de defensa de los Estados Unidos. Desde ese momento hasta la fecha, TCP/IP es el estándar global para las comunicaciones en internet y su utilización no ha parado de crecer, en tanto que UDP mantiene una presencia acotada pero no menos importante.
Principios, características y funcionamiento del protocolo UDP
Este protocolo presenta varias características importantes. Para empezar, trabaja sin conexión, lo cual significa que no usa sincronización alguna entre el origen y el destino.
Trabaja con paquetes o datagramas enteros, es decir que intercambia información en forma de bloques de bytes, en vez de hacerlo con bytes individuales como lo hace TCP.
UDP posibilita una comunicación rápida y sin retardos, ya que no requiere configurar una conexión, además de que, si se pierde un paquete individual de datos, no hay afectación tangible.
Este protocolo no emplea control del flujo ni ordena los paquetes, por lo que se le califica como no fiable. Tampoco garantiza la seguridad e integridad de los datos.
Por último, ya que es sencillo y emplea cabeceras muy simples, genera poca carga adicional en la red.
¿Cómo se estructura la cabecera UDP?
Cada paquete UDP presenta una cabecera o header y los datos reales del usuario. La cabecera UDP tiene la información necesaria para ser identificado como tal y para la transmisión de datos sobre IP. La estructura de la cabecera UDP tiene cuatro campos y está dividida en dos bloques de 32 bits. Los campos son: puerto de origen, puerto de destino, longitud del mensaje y suma de verificación.
Puerto de origen es un campo de 16 bits que identifica el proceso de emisión. Ya que no es necesaria una respuesta del receptor, este campo puede contener cero, por eso se dice que su uso es opcional.
El puerto de destino también tiene 16 bits e identifica el proceso de recepción.
Longitud es el campo donde se indica en bytes el tamaño del datagrama o longitud total del segmento, incluidos los datos del usuario.
Y la suma de comprobación o checksum es un campo con 16 bits que abarca una seudocabecera IP -con las IP origen y destino, el protocolo y la longitud del paquete UDP-, la cabecera UDP, los datos y ceros hasta completar un múltiplo de 16. Permite controlar la integridad del segmento. Este campo es opcional en IPv4 y obligatorio en IPv6.
El papel de UDP en la comunicación de redes
En la parte más tradicional, que corresponde a VPN (Virtual Private Network), en general se utiliza UDP para la interconexión de los clientes con el servidor VPN, ya que es más eficiente, su cabecera es más pequeña y no es necesario comprobar que un paquete ha llegado o no.
Con la mirada puesta en esquemas muy recientes, WireGuard es un nuevo protocolo de VPN que utiliza criptografía renovada y simple, con algoritmos de cifrado simétrico, asimétrico y de hashing – tomar una cantidad arbitraria de datos de entrada, aplicarle algún algoritmo y generar un dato de salida de tamaño fijo llamado hash-. muy seguros y eficientes. Sólo utiliza el protocolo UDP, por su rapidez y por el tamaño pequeño de su cabecera. WireGuard permite por ejemplo realizar el llamado roaming VPN fácil y rápidamente.
Ventajas y beneficios del protocolo UDP
UDP puede parecer un protocolo de poca importancia, pero no es así. Aunque de hecho TCP atrae todos los reflectores, es UDP el indicado para dar soporte a las aplicaciones intensivas en ancho de banda, con tolerancia a la pérdida de paquetes, con poco retraso, que funciona independientemente del sistema operativo y permite las llamadas “pequeñas transacciones” o búsquedas DNS (sistema de nombres de dominio o Domain Name System por sus siglas en inglés).
Transmisión de video y voz
La transmisión de video y voz a través de una red, cuando se hace en tiempo real, privilegia el uso de UDP para ello, debido a que no hay oportunidad para enviar de nuevo paquetes perdidos. Lo mejor del caso es que esos paquetes no afectan la transmisión, ya que ésta continúa hasta el final.
En tales aplicaciones, voz y video en tiempo real, lo que se difunde por medio de UDP pueden ser recibido por un gran número de destinatarios o clientes, sin sobrecarga del lado del servidor.
Comparación entre UDP y TCP. Usos, consideraciones y diferencias.
Tanto UDP como TCP son protocolos, es decir conjuntos de reglas que determinan el formato de los datos y su envío a través de una red. En este caso, ambos, UDP y TCP hacen el mismo trabajo de transferencia de datos a través de internet, pero en forma diferente.
UDP es un protocolo sin conexiones, es rápido, ligero y poco fiable. Los envíos de datos no tienen confirmación de recepción ni se puede comprobar la existencia de errores, así que parte o todo lo enviado puede perderse durante la transmisión.
Por su parte TCP es un protocolo basado en conexiones, es pesado, genera una línea de comunicación segura y fiable que garantiza la transmisión de todos los datos, a un ritmo cuya velocidad depende de la integridad y confirmación de recepción de todos los datos.
El protocolo UDP es la elección para llevar a cabo broadcast y multicast, esto, para el streaming en directo, videochats y juegos en línea.
TCP puede ser usado para configurar y establecer una conexión entre dos equipos de cómputo; soporta varios protocolos de enrutamiento; funciona con independencia de sistemas operativos. Además, forma parte -junto con IP-, de una arquitectura cliente servidor altamente escalable.
Ahora bien, en cuanto a tráfico de red, la consideración es que, si aumenta el tráfico UDP, siendo éste de datos en tiempo real, ocupa la mayor parte del ancho de banda, dejando en segundo término al tráfico de las aplicaciones que usan TCP. Ambos protocolos circulan por la misma red, son igualmente importantes, así que en el diseño de la red deben quedar bien definidos los criterios para su funcionamiento equilibrado.
Implementación de UDP en aplicaciones y dispositivos
Hay un concepto acerca de UDP que considera a este protocolo como una interfaz de aplicación para IP. Tomando este enfoque, hay varias aplicaciones que utilizan UDP, como son los casos de:
- Protocolo de Transferencia de Ficheros Trivial (TFTP)
- Sistema de Nombres de Dominio (DNS) servidor de nombres
- Llamada a Procedimiento Remoto (RPC) usado por el Sistema de Ficheros en Red (NFS)
- Sistema de Computación de Redes (NCS)
- Protocolo de Gestión Simple de Redes (SNMP)
Casos de uso y ejemplos de aplicaciones que utilizan el protocolo UDP
Sorprende que hay elementos frecuentemente utilizados de los que poco sabemos, como es el caso de UDP, un protocolo rápido y eficiente que hace posible el funcionamiento de varios tipos de aplicaciones.
Videoconferencia
Zoom, Meet, Teams, Skype y otras más, son aplicaciones de videoconferencia en tiempo real, no tolerantes al retraso en la recepción de datos, que usan los servicios UDP.
Juegos en línea
La mayoría de los juegos en línea emplean los servicios UDP debido a su rapidez, pero sobre todo debido a que no hay tolerancia para el retraso en la transmisión de datos.
Voz sobre IP (VoIP)
La opción que ofrece WhatsApp para llamadas de voz utiliza UDP. Discord, aplicación muy bien posicionada en el segmento de gamers -permitiéndoles reunirse, coordinar el juego y hablar mientras juegan-, emplea UDP. La muy tradicional aplicación Skype, también usa UDP, así como Viber y Meet.
Perspectivas futuras de UDP
En tanto siga creciendo el uso del streaming en tiempo real, de los juegos en línea y de los videochats, UDP tiene asegurado su lugar como el protocolo de elección debido a que es simple, rápido y eficiente, además de representar menos gasto, necesitar menos espacio y menos recursos.
