Protocolos de Red Esenciales: TCP/IP, IPv4 y Modelo OSI Explicados

Protocolos de Red Fundamentales

• TCP (Transmission Control Protocol): Orientado a la conexión. Garantiza la entrega de datos sin errores y en orden.
• UDP (User Datagram Protocol): No orientado a la conexión. No garantiza la entrega ni el orden, ni controla errores. Es más rápido que TCP.
• IP (Internet Protocol): No orientado a la conexión. Ubicado en la capa de Red. Su PDU (Protocol Data Unit) es el datagrama. Se encarga del direccionamiento y enrutamiento de paquetes.
• ICMP (Internet Control Message Protocol): Protocolo de control y notificación de errores del protocolo IP. Utilizado por herramientas como ping y traceroute.
• ARP (Address Resolution Protocol): Protocolo de resolución de direcciones. Traduce direcciones IP a direcciones MAC (físicas) en redes locales.
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Protocolo de configuración dinámica del host. Asigna automáticamente direcciones IP y otros parámetros de red a los dispositivos.

Direccionamiento IPv4

El sistema de direccionamiento IPv4 utiliza un número de 32 bits para identificar de forma única a un dispositivo en una red. Se representa comúnmente como 4 grupos de 8 bits (octetos), separados por puntos (xxx.xxx.xxx.xxx). Cada grupo puede variar entre 0 y 255.

Direccionamiento con Clases (Histórico)

Originalmente, las direcciones IPv4 se dividían en clases para facilitar la asignación:

• Clase A: El primer bit es 0. Los primeros 8 bits identifican la red (NetID), los restantes 24 bits identifican al host (HostID). Rango: 0.0.0.0 a 127.255.255.255. Permite 2⁷ (128) redes y 2²⁴-2 hosts por red.
• Clase B: Los primeros dos bits son 10. Los primeros 16 bits identifican la red, los restantes 16 bits identifican al host. Rango: 128.0.0.0 a 191.255.255.255. Permite 2¹⁴ (16,384) redes y 2¹⁶-2 hosts por red.
• Clase C: Los primeros tres bits son 110. Los primeros 24 bits identifican la red, los restantes 8 bits identifican al host. Rango: 192.0.0.0 a 223.255.255.255. Permite 2²¹ (2,097,152) redes y 2⁸-2 hosts por red.
• Clase D y E: Reservadas. Clase D (1110...) para multicast (224.0.0.0 a 239.255.255.255) y Clase E (1111...) para uso experimental (240.0.0.0 a 255.255.255.255).

Máscara de Subred

La máscara de subred es una secuencia de 32 bits utilizada para identificar qué parte de la dirección IP corresponde al identificador de red (NetID - bits a 1) y qué parte al identificador de host (HostID - bits a 0). Las máscaras por defecto para las clases tradicionales son:

• Clase A: 255.0.0.0 (notación CIDR: /8)
• Clase B: 255.255.0.0 (notación CIDR: /16)
• Clase C: 255.255.255.0 (notación CIDR: /24)

El direccionamiento sin clases (CIDR) permite máscaras de longitud variable, ofreciendo mayor flexibilidad.

Ejemplos de Subnetting

Ejemplo 1 (Subnetting Clase B)

Consideremos una red Clase B como 128.0.0.0/16. Por defecto, tiene 2¹⁶-2 = 65,534 hosts posibles y la máscara es 255.255.0.0. Si queremos crear subredes, podemos tomar prestados bits del HostID. Por ejemplo, si tomamos prestados 6 bits para subredes (dejando 10 bits para hosts), la nueva máscara tendría 16 + 6 = 22 bits a 1. Esto da 2⁶ = 64 subredes. Cada subred tendría 2¹⁰-2 = 1022 hosts. La máscara sería 255.255.252.0 (/22).

Ejemplo 2 (Subnetting Clase A con CIDR)

Tenemos la dirección 84.124.4.176/28. Queremos saber cuántos equipos (hosts) permite esta subred. La máscara /28 significa que los primeros 28 bits identifican la red/subred, dejando 32 - 28 = 4 bits para hosts. El número de hosts posibles es 2⁴ - 2 = 14 hosts (se restan la dirección de red y la de broadcast). Aunque la dirección 84.x.x.x pertenece originalmente a una Clase A (máscara por defecto /8), la máscara /28 indica que se ha aplicado subnetting. El ID de esta subred específica es 84.124.4.176.

Modelo OSI: Las 7 Capas de Red

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) es un marco conceptual que estandariza las funciones de un sistema de telecomunicaciones o de computación en siete capas de abstracción.

• Capa 1: Física

  Se encarga de la transmisión y recepción de bits sin procesar a través de un medio físico. Define las características mecánicas, eléctricas y funcionales para establecer, mantener y liberar la conexión física. PDU: Bits.

• Capa 2: Enlace de Datos

  Proporciona una transferencia de datos fiable a través del medio físico. Se encarga del direccionamiento físico (MAC), el control de acceso al medio, la detección de errores (no necesariamente corrección) y la fragmentación de datos en tramas. Permite la comunicación entre equipos directamente conectados. Modelos de fragmentación incluyen redes de difusión (ej. CSMA/CD en Ethernet) y redes no basadas en difusión (ej. HDLC). PDU: Tramas (Frames).

• Capa 3: Red

  Responsable del direccionamiento lógico (IP) y el enrutamiento de paquetes a través de diferentes redes. Determina la mejor ruta para que los datos viajen desde el origen hasta el destino. Se encarga del transporte de tráfico entre redes que no pertenecen al mismo dominio de difusión. Incorpora los sistemas de enrutamiento basados en direcciones lógicas. PDU: Paquete (Datagrama).

• Capa 4: Transporte

  Proporciona una transferencia de datos transparente y fiable (o no fiable, como UDP) entre los puntos finales (extremo a extremo). Aísla los niveles superiores de los detalles de la comunicación de red. Realiza tareas como la segmentación de datos, el control de flujo, la multiplexación de conexiones y la detección/corrección de errores (en protocolos como TCP). Es la capa origen/destino. PDU: Segmento (TCP) o Datagrama (UDP), también llamado TPDU.

• Capa 5: Sesión

  Establece, gestiona y finaliza las sesiones (conexiones) entre aplicaciones. Controla el diálogo entre entidades de la capa superior, gestionando el intercambio de datos y la sincronización.

• Capa 6: Presentación

  Se asegura de que la información enviada por la capa de aplicación de un sistema sea legible por la capa de aplicación de otro. Se encarga de la sintaxis y semántica de los datos transmitidos, incluyendo la conversión de códigos (ej. ASCII a EBCDIC), la compresión de datos y el cifrado/descifrado.

• Capa 7: Aplicación

  Es la capa más cercana al usuario final. Proporciona la interfaz entre las aplicaciones de usuario y los servicios de red subyacentes. Controla y coordina las funciones que realizan los programas de usuario para comunicarse a través de la red (ej. HTTP, FTP, SMTP, DNS).