Modelo TCP/IP y OSI: capas, protocolos y direccionamiento en redes

Modelo OSI y modelo TCP/IP

El modelo OSI es un modelo de referencia en capas que describe cómo se comunican los sistemas. Sus capas son: física, enlace de datos, red, transporte, sesión, presentación y aplicación. Cada capa se apoya en la inferior y ofrece servicios a la superior. Los nombres de las unidades de datos varían según la capa: trama (enlace), paquete (red), segmento (TCP) o datagrama (UDP) y mensaje (aplicación).

El modelo TCP/IP es el modelo práctico de Internet y agrupa las funciones en cuatro capas: acceso a la red, internet, transporte y aplicación.

Protocolos principales

• IP: direccionamiento y encaminamiento de datagramas.
• TCP: transporte orientado a conexión y fiable.
• UDP: transporte no orientado a conexión, sin garantías, de baja latencia.
• ARP: resuelve la dirección IP en una dirección MAC.
• ICMP: mensajes de control y diagnóstico (por ejemplo, ping).
• DNS: resolución de nombres de dominio en direcciones IP.
• DHCP: asignación automática de configuración IP a los equipos.
• HTTP: protocolo de la web, situado en la capa de aplicación.

Direccionamiento

Direcciones MAC

La dirección MAC es un identificador físico de 48 bits asociado a la interfaz de red y se utiliza en la comunicación dentro de la misma red local (capa de enlace).

Direcciones IP

Una dirección IP identifica un host en una red. IPv4 utiliza 32 bits y IPv6 utiliza 128 bits. La dirección se divide en una parte de identificador de red y otra de identificador de host, separadas mediante la máscara de red o el prefijo.

• Direcciones públicas: enrutables en Internet.
• Direcciones privadas: uso interno de una red, no enrutables en Internet (por ejemplo, 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 y 192.168.0.0/16).
• Dirección de loopback: 127.0.0.1, para el propio equipo.
• Dirección de broadcast: envía tramas a todos los hosts de la red.
• Dirección de multicast: envía a un grupo de destinos.

NAT

NAT (traducción de direcciones de red) permite que los equipos con direcciones privadas accedan a Internet traduciéndolas a direcciones públicas.

Modos de comunicación

• Símplex: la comunicación va en una única dirección.
• Half-duplex: ambos extremos pueden transmitir, pero no a la vez.
• Full-duplex: ambos extremos transmiten y reciben simultáneamente.

Modelos de comunicación en aplicaciones

• Cliente-servidor: el cliente inicia la comunicación y envía peticiones; el servidor responde y ofrece servicios.
• Peer to peer (P2P): todos los nodos son iguales y actúan como cliente y servidor a la vez.
• Híbrido: combina ambos modelos.

Encaminamiento

El encaminamiento es una función de la capa 3 (red). Los encaminadores (routers) reenvían los datagramas que pasan por ellos, consultando sus tablas de encaminamiento. Si el destino está en la misma red, la entrega es directa; si no, se envía a un encaminador por defecto (puerta de enlace).

La tabla de encaminamiento almacena información como la red de destino, la máscara, la dirección del siguiente salto y la interfaz de salida.

Tipos de encaminamiento

• Estático: las rutas se configuran manualmente por el administrador.
• Dinámico: los routers actualizan sus tablas automáticamente mediante protocolos como RIP u OSPF.

Capa de transporte y puertos

La capa de transporte identifica los procesos de aplicación mediante puertos, de 16 bits (0-65535):

• Puertos conocidos: 0-1023 (por ejemplo, HTTP, FTP).
• Puertos registrados: 1024-49151.
• Puertos dinámicos o privados: 49152-65535, asignados normalmente por el cliente.

Los puertos pueden asignarse de forma estática o dinámica.

TCP y UDP

TCP es orientado a conexión y fiable, mientras que UDP no está orientado a conexión, es más rápido y sin garantías de entrega, adecuado para aplicaciones con requisitos de velocidad como el streaming o DHCP.