Modelo TCP/IP

Modelo TCP/IP

Modelo TCP/IP. Aproximación a la teoría del diseño de redes.

Hola de nuevo, voy a continuar machancando con conceptos abstractos a mi sobrina, en el post anterior hablé sobre el modelo teórico de referencia OSI y hoy continuamos con otro modelo que tiene implementación práctica y no se queda en el marco teórico de referencia.

Introducción

El modelo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol por sus siglas en inglés) es el resultado del desarrollo de una red de comunicaciones conmutadas dentro del Departamento de Defensa de Estados Unidos que ofrecía comunicaciones punto a punto. El conjunto de protocolos TCP/IP ofrecía las especificaciones de direccionamiento y cómo debía empaquetarse la información para garantizar servicios mínimos de comunicaciones y para que cualquier fabricante pudiera diseñar sus productos con estas bases comunes. Este protocolo empezó como proyecto militar aunque, posteriormente se abrió al público general. En esa misma época la ISO publicó su modelo OSI para las redes de comunicaciones, por lo que también se procedió a definir de un modelo TCP/IP.

El modelo TCP/IP es un modelo de cuatro capas jerarquizadas, cada capa se construye sobre su predecesora y sus servicios y funciones son variables con cada tipo de red.

  • La capa de acceso a red incluye todas las conversiones físicas para el envío de información por un canal y la identificación de equipos locales mediante las direcciones Mac.
  • La capa de Internet ofrece conectividad con cualquier equipo que utilice dicho protocolo. Su forma de identificación son las direcciones IP.
  • La capa de transporte es la responsable de establecer los canales de conexión equipo a equipo.
  • La capa de aplicación define aquellos protocolos con un objetivo específico que hace uso de los servicios de las capas inferiores.

Modelo TCP/IP – Capa 1 – Acceso de red

La primera capa del modelo TCP/IP incorpora todos los sistemas de conversión y codificación de señales oportunos para trabajar según el medio físico utilizado, similar a la capa física del modelo OSI. Dentro de la capa de acceso de red se incluyen también todas las definiciones y protocolos necesarios para la comunicación. Para identificar los equipos de la red, se utilizan las direcciones MAC, “Media Access Control”. Estas direcciones están compuestas por un identificador de 48 bits de longitud ques se reparten en dos bloques, los primeros 24 identifican al fabricante de la tarjeta y los otros 24 identifican a la propia tarjeta. La dirección MAC viene incorporada en cualquier equipo que tenga acceso a red y a priori es única (aunque exactamente no es así y eso te lo contaré en otro momento).

En resumen, la capa de acceso a red del modelo TCP/IP cubre las mismas necesidades que las dos primeras capas del modelo OSI, aunque en el modelo TCP/IP se incluyen algunos protocolos que se solapan con la tercera capa del modelo OSI, por ejemplo, los protocolos ARP (Address Resolution Protocol) y RARP (Reverse Address Resolution Protocol) permiten la conversión de direcciones IP (capa de red OSI), con direcciones MAC, (capa de enlace de datos OSI).

Modelo TCP/IP – Capa 2 – Internet

La capa de Internet nos permite tener una conectividad global y acceder a recursos que están fuera de nuestro entorno cercano. El nombre de Internet viene de la capacidad de esta capa para comunicarse a través de redes diferentes y distantes. En esta capa, al igual que en la capa de red del modelo OSI, encontramos métodos, protocolos y especificaciones para enviar información desde un “host” hasta otro a través de puntos intermedios si es el caso. Esta capa incorpora sistemas de detección de errores y conocimiento del estado de red. A diferencia del modelo OSI, en la capa de Internet no se establecen mecanismos de mantenimiento de enlaces entre nodos, TCP/IP deja esta funcionalidad para la capa inferior de acceso a la red. El protocolo más conocido usado en la capa 3 es el “Internet Protocol” o IP, también está el protocolo IPsec que permite el envío de información cifrada. Actualmente se trabaja con la versión 4 del protocolo IP, aunque ya se ha estandarizado la versión 6.

IPv4:

Este protocolo identifica los equipos conectados de forma unívoca mediante las direcciones IP. Este direccionamiento está a su vez dividido en una identificación de red, que corresponde a los primeros bits de la dirección y el identificador del equipo dentro de esa red, que corresponde a los últimos bits de la dirección. El protocolo IP gestiona la fragmentación de la información enviada por los diferentes canales de comunicaciones de tal forma que divide la información en los bloques de mayor capacidad posible para ser enviados por un canal concreto. Mediante un campo específico, permite la detección de fallos en la transferencia de información, y se asegura de que la información sea correcta antes de entregarla a las capas superiores. Hay que remarcar que el protocolo IP no asegura la recepción de la información enviada, pero sí que la información que entrega a las capas superiores sea correcta.

IPv6:

Es la evolución del sistema IPv4 cuyo límite en el número de direcciones de red admisibles está empezando a restringir el crecimiento de Internet y su uso. El nuevo estándar mejora el servicio y prevé la conexión mundial de trillones de equipos de forma continua y simultánea. Sobre este tema escribiré un post especial.

Modelo TCP/IP – Capa 3 – Transporte

La capa de transporte del modelo TCP/IP equivale a la capa 4 del mismo nombre en el modelo OSI cuyo objetivo básico es transferir información libre de errores al conjunto de elementos de las capas superiores. Aquí encontramos los protocolos con los siguientes servicios:

  • Comunicaciones orientadas a conexión, el protocolo más conocido es TCP (“Transmission Control Protocol”).
  • Comunicaciones sin conexión, el protocolo más conocido es UDP (“User Datagram Protocol”).

La fiabilidad de las comunicaciones se consigue usando diferentes estrategias, reenviando información o simplemente descartando la información no válida. Se asegura la entrega en el mismo orden de envío gracias a los identificadores de paquetes enviados. El control del flujo de información intenta evitar saturaciones puntuales y congestión en la red. El concepto de puerto permite el envío y gestión de múltiples comunicaciones entre “hosts”, de forma que se consigue una multiplexación del canal de comunicaciones. De esta forma no nos limitamos a un único flujo de tráfico entre dos equipos concretos. Aunque los protocolos más conocidos en esta capa son TCP y UDP, existen otros como Stream Control Transmission Protocol (SCTP), IL Transport Protocol, o Structured Stream Transport SST.

Modelo TCP/IP – Capa 4 – Aplicación

La capa de aplicación es aquella que utiliza los recursos de conectividad ofrecidos por la capa de transporte. A diferencia del modelo OSI, que establece dos capas más, el modelo TCP/IP delega dichas funciones a los propios protocolos de aplicación, es decir cada protocolo decide cómo debe gestionar sus sesiones y el tipo de codificación y presentación de los datos. Esto es así por que el modelo TCP/IP se basa en protocolos existentes (DARPANET) y sobre esta estructura se fueron desarrollando protocolos de aplicación específicos para cubrir nuevas necesidades.

Al igual que en la capa de aplicación del modelo OSI, se usa el término “aplicación” para definir al protocolo que utiliza la pila TCP/IP, por lo que no se debe confundir con las aplicaciones que utilitza el usuario final.

Algunos ejemplos de protocolos de capa de aplicación pueden ser:

  • FTP (File Transfer Protocol), que incorpora un sistema propio de presentación para enviar información en formato binario o en formato ASCII.
  • SSH (Secure Shell), que utiliza los sistemas de seguridad ofrecidos por las capas inferiores.
  • RSTP (Real Time Streaming Protocol), que utiliza protocolos sin establecimiento de conexión para el envío de vídeo a través de la red.

Actualmente, el modelo TCP/IP es el que más se usa, tiene un grado muy elevado de fiabilidad, es adecuado para redes medianas y grandes así como empresariales. Se utiliza a nivel mundial para conectarse a Internet y a los servidores web. Y hablando de servidores, en los post siguientes hablaré sobre el equipo físico para empezar a entender mejor los objetos usados para gestionar las capas y sobre la arquitectura de red. Creo que es conveniente acabar este artículo ahora mismo.

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YTB
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