El modelo TCP/IP capa a capa

Todo funciona gracias a algo. En este caso, si hablamos del envío de mensajes entre máquinas computacionales le debemos las gracias al modelo TCP/IP. Actualmente, la arquitectura TCP/IP es el estandarte del mundo de las redes de computadores y el que especifica los diferentes protocolos asignados a cada capa.

Qué es el protocolo TCP/IP

Si te preguntas…

¿Qué es el protocolo TCP/IP? ¿Para qué sirve?

Tengo que decirte que empiezas mal. El modelo TCP/IP no es un protocolo en sí, sino un modelo (valga la redundancia).

El modelo TCP/IP es una aplicación a Internet del modelo OSI de ISO. Comprende un seguido de protocolos distribuidos en diferentes capas o niveles. La unión de todos estos protocolos y capas posibilita el envío de mensajes y señales entre diferentes redes de ordenadores.

Cuando se creó Internet habían muchos más modelos de redes. Eso originaba muchos problemas, ya que cada una tenía sus propias reglas de estandarización. Sin embargo, a mediados de los 80 el modelo OSI de ISO estandarizó los diferentes protocolos, que más tarde se transformó en TCP/IP. Hoy en día es la más usada por mucho.

En la anterior imagen podemos observar que los mensajes salen del nivel aplicación de un host, pasan al de transporte, viajan por Internet a través de cables y routers, switches y hubs para acceder a la red y después volver a subir a la capa de Internet, transporte y aplicación del host destino.

Encapsulamiento IP

Cada nivel proporciona una cabecera que ejecuta funciones y proporciona servicios al nivel superior. Por eso, los mensajes TCP/IP se encapsulan de la siguiente manera:

Cada vez que pasan por una capa esta añade su cabecera al mensaje original (Data) como si de matrioshkas se tratara (se encapsulan uno dentro de otro). Cuando llega a su máquina destino, esta lo va desenvolviendo poco a poco quedándose con la información que le proporciona cada cabecera.

Primero simplemente tenemos datos. Cuando la capa aplicación crea su mensaje se lo envía a la capa de transporte, allí al añadirle la cabecera encapsula los datos en un Segmento. Posteriormente pasa a la capa IP y una vez añadida la cabecera correspondiente tenemos un datagrama o paquete. Finalmente, la capa física o de acceso a la red lo transforma en una Trama (Frame), su forma final y más extensa.

¿Qué significa el modelo TCP/IP?

Su nombre proviene de sus dos protocolos más importantes, que a la vez dan nombre a su capa. El Internet Protocol o IP, que da nombre a la capa de red, y el Transmission Control Protocol o TCP, que da nombre a la capa de Transporte.

La comunicación entre los diferentes niveles se realiza de forma horizontal (ver imagen 2) o lo que es lo mismo, host to host. Es decir, que el contenido del nivel 4, el de transporte, solamente lo leerá el nivel 4 de la máquina receptora del mensaje. Todos los routers, switches, hubs, etc que se encuentren entre medio trabajarán a niveles inferiores y NO LEERÁN NI TOCARÁN dicha cabecera.

Capas de modelo TCP/IP

El hecho de que el TCP/IP provenga del OSI de ISO determina en gran medida cuantas capas tiene dicho modelo, como veremos más adelante cuando los comparemos.

Son 4 y su arquitectura tcp/ip queda determinada de la siguiente forma:

• La capa física o de enlace con la red
• La capa de Internet o IP
• La capa de transporte o TCP
• La capa de aplicación

Capa Física o de acceso a la red

Especifica qué características hardware se usará para la red y como deben enrutarse los datos.

Es donde se determina la topografía de la web a través de routers, hubs y switches. En función de cómo usemos estos aparatos podremos tener redes de área local o LAN, redes de área extendida y redes de área extendida sin cables (WAN/WLAN) y o redes de área metropolitana o MAN.

Protocolos de la capa física del modelo:

• CSMA/CD: Se ocupa de gestionar la velocidad de transmisión de datos.
• Ethernet: Enlaza el mensaje para poderlo conectar con la capa de red.

Capa de Internet del modelo TCP/IP

La función de la capa de acceso a red del modelo tcp/ip o capa IP es proporcionar el paquete de datos (datagrama)

Sus protocolos asociados más importantes son los siguientes:

• IP (Internet Protocol): Es el núcleo de todo el modelo. Usado para especificar la dirección IP, determinando así la ruta que tiene que seguir el paquete. Y lo fragmenta y reensambla para que se pueda transmitir sin perder información.
• ICMP (Internet Control Message Protocol): Proporciona mensajes de diagnóstico y notificación de errores cuando fallan los datagramas IP.
• ARP (Adress Resolution Protocol): Ayuda al protocolo IP a dirigir los datos. resolviendo la dirección hardware o MAC.
• RARP (Reverse Adress Resolution Protocol): Lo mismo que el ARP pero al revés, es decir, dada la MAC te devuelve la IP.
• NAT (Network Adress Translation): Traduce la dirección Ip privada a una pública.
• RIP (Rounting Information Protocol): Usado por los routers para intercambiar información de las distintas redes y encaminar con mayor eficiencia los paquetes.

Capa de Transporte (TCP)

La función de la capa de transporte del modelo tcp/ip es garantizar que los paquetes lleguen sin errores y en secuencia, uno después de otro (si llegan 2 o más paquetes a la vez se produce una colisión, gracias a esta capa evitamos que esto pase. A eso se le llama multiplexación de datagramas)

• UDP (User Datagram Protocol): Implementa una transmisión no fiable, es decir, que no está libre de errores. Usada en aplicaciones de streaming y con actualizaciones en tiempo real donde no importa tanto que el mensaje llegue sí o sí en su totalidad: vídeos, peliculas, streamings, conferencias, etc. (si no llegan todos los mensajes se perderá calidad de imagen).
• TCP (Transmission Control Protocol): Implementa una transmisión fiable de datos. Es mucho más complejo ya que incluye detección de errores y formas de recuperar los datos perdidos.

Capa de Aplicación

La función depende de la aplicación que se use, pero se podría resumir en proporcionar servicios de red que proporcionan la interfaz con el sistema operativo para que el usuario pueda interactuar acorde con la máquina ya sea enviando correos y datos o descargando información.

• FTP (File Transfer Protocol): Transferencia interactiva de archivos.
• TELNET: Iniciación de la sesión de forma remota en máquinas de la red.
• HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Transferir archivos que forman las páginas web de la World Wide Web.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Transferencia de mensajes de correo electrónico y archivos adjuntos.
• DNS (Domain Name System): Resolución del nombre de un host a la dirección IP.

Ejemplo de TCP IP

Un ordenador, el PC A, se quiere conectar a un servidor web a través de HTTP, PC B. Veamos desde el punto de vista del modelo TCP IP cómo ejemplificaríamos dicha conexión:

Los círculos morados indican el principio y el final de la conexión. Como vemos, El mensaje va pasando por las diferentes capas del PC A hasta llegar a la capa física. Lo mismo con el switch ethernet, pero este solamente trabaja en el nivel más bajo. El router en cambio sí que trabaja en la capa IP, por lo que el mensaje se desencapsula hasta dicho nivel.

Se sigue este patrón hasta que el PC B retira todas las cabeceras y lee el contenido de este.

Hay muchos más ejemplos de TCP IP que te podría mostrar. Sin embargo lo importante es captar la esencia de este: La independencia entre niveles y la comunicación horizontal entre estos.

Comparación entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP

La diferencia consiste en cómo presentan sus capas. Mientras El modelo OSI de ISO tiene 7, el modelo TCP/IP las agrupa en solamente 4. De esta forma:

• Las capas TCP e IP se quedan igual
• La capa aplicación de TCP/IP agrupa las capas de Sesión, Presentación y Aplicación de OSI.
• La capa de acceso a la red de TCP/IP comprende las capas física y de enlace del modelo ISO de OSI.

¿Quién fue el creador del protocolo TCP/IP? ¿Cómo nació el protocolo TCP/IP?

Dicho modelo fue creado por Vint Cerf y su equipo durante el 1974 en Stanford.