Arquitecturas de Red: Definiciones, Protocolos y Estructura de Capas (OSI y TCP/IP)

Fundamentos de Sistemas y Arquitecturas de Comunicación

Definiciones Clave

Definición de Sistema de Comunicación

Es un sistema que transmite la información desde un lugar (emisor) a otro lugar (receptor).

Definición de Arquitectura

Una arquitectura es un conjunto de reglas que gobierna la conexión e interacción de los componentes de un sistema.

Tipos de Componentes en una Arquitectura de Comunicación

• Componentes físicos: Ordenadores, líneas de comunicación, etc.
• Componentes lógicos: Sistemas operativos de red, sistemas de ficheros, etc.

Características Principales de una Arquitectura Estándar

• Han sido especificadas por organizaciones internacionales.
• Están destinadas especialmente a facilitar la interoperabilidad con otros fabricantes.
• No dependen en absoluto de un hardware concreto.

Definición de Protocolo

Acuerdo entre las partes que se comunican sobre cómo va a proceder la comunicación.

Definición de Arquitectura de Red

Es un conjunto de capas y protocolos.

Estándares de Arquitecturas de Red

Modelos de Referencia Más Conocidos

Los estándares de arquitecturas de red más conocidos son:

1. El modelo de referencia OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos).
2. El modelo de referencia TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet).

El Modelo de Referencia OSI

Principios para la Definición de las Capas OSI

Tres de los principios aplicados para definir las capas del modelo OSI son:

• Una capa se debe crear donde se necesite una abstracción diferente.
• Cada capa debe realizar una función bien definida.
• La función de cada capa se debe elegir con la intención de definir protocolos estandarizados internacionalmente.

Capas del Modelo OSI

El modelo OSI consta de siete capas:

1. La capa física.
2. La capa de enlace de datos.
3. La capa de red.
4. La capa de transporte.
5. La capa de sesión.
6. La capa de presentación.
7. La capa de aplicación.

Funcionalidad Específica de las Capas

Capa de Enlace de Datos

La tarea principal de esta capa es transformar un medio de transmisión puro en una línea de comunicación libre de errores para la capa de red.

Tramas ACK y NAK

• ACK: Es un mensaje que se envía para confirmar que un mensaje o un conjunto de mensajes han llegado (confirmación positiva).
• NAK: Es una trama de información negativa, indicando que la recepción fue fallida.

Nivel de Red

Los dos aspectos claves del nivel de red son:

1. Ruteo: La ruta que pueden seguir los paquetes desde su origen a su destino.
2. Direccionamiento: Consiste en designar una dirección única a cada equipo de la red.

Capa de Transporte

La función básica de esta capa es aceptar los datos provenientes de las capas superiores, dividirlos en unidades más pequeñas si es necesario, pasar estas unidades a la capa de red y asegurarse de que todas las piezas lleguen correctamente al otro extremo.

Capa de Sesión

Los principales servicios de la capa de sesión son:

• Control del Diálogo: Dar seguimiento a quién le toca transmitir.
• Administración de Tokens: Impide que las dos partes traten de realizar la misma operación crítica al mismo tiempo.
• Sincronización: La adición de puntos de referencia a transmisiones largas para permitirles continuar desde donde se encontraban después de una caída.

Capa de Presentación

Encargada de la sintaxis y la semántica de la información transmitida.

Capa de Aplicación

Tres protocolos comunes del nivel de aplicación son:

• HTTP (Protocolo de Transferencia de Hipertexto).
• FTP (Protocolo de Transferencia de Archivos).
• SMTP y POP3 (Protocolos de Correo Electrónico).

El Modelo de Referencia TCP/IP

Origen de TCP/IP

TCP/IP surge de ARPANET, una red de investigación respaldada por el DoD (Departamento de Defensa de Estados Unidos). Con el tiempo, ARPANET conectó cientos de universidades e instalaciones gubernamentales mediante líneas telefónicas alquiladas.

Manejo de Paquetes en TCP/IP

¿Los paquetes en TCP/IP siempre llegan ordenados?

Depende del protocolo de transporte utilizado:

• Si se utiliza el protocolo **TCP**, los paquetes llegan de forma segura y en orden, ya que es un protocolo orientado a la conexión.
• Si se utiliza el protocolo **UDP**, los paquetes pueden llegar desordenados y no se garantiza su entrega, ya que es un protocolo no orientado a la conexión.

Protocolos y Características del Nivel de Transporte TCP/IP

En el nivel de transporte se han definido dos protocolos de transporte extremo a extremo:

• TCP: Es un protocolo confiable y orientado a la conexión.
• UDP: Es un protocolo no confiable y no orientado a la conexión.

Capas Inexistentes en TCP/IP

Las capas del modelo OSI que no existen por encima de la capa de transporte en el modelo TCP/IP son la capa de sesión y la capa de presentación.

Comparativa entre el Modelo OSI y TCP/IP

Semejanzas

Ambos modelos comparten las siguientes características:

• Ambos se basan en el concepto de un gran número de protocolos independientes.
• La funcionalidad de las capas es muy similar.

Definición de Interfaz

Define qué operaciones y servicios primitivos ofrece la capa inferior a la superior.

Diferencias Estructurales

Número de Capas

• El modelo OSI tiene 7 capas.
• El modelo TCP/IP tiene 4 capas.

Capas Comunes

Las capas con funcionalidad similar en ambos modelos son la capa de red (o interred), la capa de transporte y la capa de aplicación. Las otras capas son diferentes o están fusionadas.