11
febrero
2019

Modelo TCP/IP para la transmisión de datos

La suit de protocolos más extensamente usada en la actualidad para la transmisión de datos y el trabajo en Internet es el denominado protocolo TCT/IP, que ha llegado a establecer un modelo de arquitectura más simple que el modelo de referencia OSI, para la comunicación entre dispositivos conectados en red.

La arquitectura de protocolos TCP/IP está basada en un modelo conceptual de cuatro capas, desarrollada inicialmente por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa: DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), entidad del Departamento de Defensa de Estados Unidos.

Cada capa de la arquitectura de protocolos TCP/IP tiene una equivalencia correspondiente a una o más capas del modelo de referencia OSI; en este sentido, las cuatro capas del modelo TCP/IP son:

  • Capa 4 o de Aplicación: equivalente a las capas: 5 (sesión), 6 (presentación) y 7 (aplicación), del modelo OSI. Maneja aspectos de representación, codificación y control de la información.
  • Capa 3 o de Transporte: similar a la capa 4 (transporte) del modelo OSI. Proporciona fundamentalmente una conexión lógica entre el emisor y el receptor, segmentando y reensamblando los datos, junto con mecanismos que permiten conocer el estado de la transmisión.
  • Capa 2 o de Internet: asimilable a la capa 3 (red) del modelo OSI. Se encarga de seleccionar la mejor ruta para enviar paquetes a través de la red; es responsable de proporcionar el paquete de datos (datagrama).
  • Capa 1 o de Interfaz de Red: equivalente a las capas 2 (enlace de datos) y 1 (física) del modelo OSI. Responsable de la colocación de los paquetes de datos en la red y de la recepción de los mismos.

Durante una transmisión en el equipo remitente, los datos cruzan cada una de las capas desde la de Aplicación hasta la de Interfaz de Red. En cada una, se le agrega nueva información al paquete de datos para garantizar su transmisión, lo que se conoce como encabezamiento. En el equipo receptor, cuando se atraviesa cada capa en orden inverso, el encabezamiento respectivo se procesa y desecha, hasta quedar solo el mensaje original.

En cada capa del modelo TCP/IP, el paquete de datos cambia su aspecto pues se le agrega un encabezamiento diferente, por lo que su designación en cada una tiene diferentes denominaciones:

  • El paquete de datos se denomina mensaje en el nivel de la capa de aplicación.
  • El mensaje después se encapsula en forma de segmento en la capa de transporte.
  • Una vez que se encapsula el segmento en la capa de Internet, toma el nombre de datagrama.
  • Finalmente, se habla de trama en el nivel de capa de interfaz a la red.

Capas y Protocolos del Modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP simplifica en alguna manera el marco de referencia OSI, donde cada capa se ocupa exclusivamente de proveer servicios a las capas superiores, haciéndoles transparentes al modo en que esos servicios se llevan a cabo.

Capa de Aplicación:

Ofrece a las aplicaciones la capacidad de acceder a los servicios de las otras capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos. Los protocolos de la capa de aplicación más conocidos son:

  • HTTP (Hypertext Transfer Protocol): se utiliza para transferir archivos que componen las páginas Web de la World Wide Web.
  • FTP (File Transfer Protocol): se utiliza para la transferencia interactiva de archivos.
  • SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): se utiliza para la transferencia de mensajes de correo electrónico y archivos adjuntos.
  • Telnet: es un protocolo de emulación de terminal, se utiliza para iniciar la sesión de forma remota en máquinas de la red.
  • DNS (Domain Name System): se utiliza para resolver un nombre de host a una dirección IP.
  • RIP (Routing Information Protocol): es un protocolo de enrutamiento que los enrutadores utilizan para intercambiar información en una red IP.

Algunos ejemplos de interfaces de capa de aplicación para el modelo TCP/IP son los sockets de Windows (WinSock) y NetBIOS (Network Basic Input/Output System). El primero constituye una biblioteca dinámica de funciones para Windows, que proporcionan una API o interfaz de programación de aplicaciones; el segundo representa una funcionalidad estándar de acceso a una red, para enlazar un sistema operativo con hardware específico.

Capa de Transporte:

La capa de transporte se encarga de establecer una conexión lógica entre el dispositivo transmisor y el receptor. Los protocolos de transporte segmentan los datos en el origen para que las capas inferiores realicen el envío, y una vez que llegan a su destino, son ensamblados para recuperar el mensaje original, brindando de esta manera un transporte de extremo a extremo. Otra tarea que le compete consiste en la asignación de números de puerto a los procesos que se ejecutan en las aplicaciones.

Los protocolos principales de esta capa son:

  • TCP (Transmission Control Protocol): proporciona un servicio de comunicaciones fiable orientado a la conexión punto a punto. El protocolo es responsable del establecimiento de una conexión TCP, la secuencia y el acuse de recibo de los paquetes enviados, así como la recuperación de los perdidos durante la transmisión. Constituye uno de los protocolos más importantes y empleados de la arquitectura TCP/IP.
  • UDP (User Datagram Protocol): proporciona una conexión, punto a punto, o uno a muchos poco fiable, aunque rápido y con poca carga adicional en la red, por lo que es usado con frecuencia en la transmisión de video y voz fundamentalmente en tiempo real, donde la recuperación de los paquetes perdidos no tiene mucho sentido. La forma de corregir los errores es por medio de la petición de reenvío del mensaje, por parte de las aplicaciones de la capa superior.

Capa de Internet:

La capa de Internet es responsable de las funciones de direccionamiento, empaquetado y enrutamiento. Tiene como finalidad seleccionar la mejor ruta para transmitir los paquetes de datos por la red, de tal manera que atraviesen la menor cantidad de routers en el menor tiempo posible. Los protocolos básicos de la capa de Internet son:

  • IP (Internet Protocol): es el protocolo responsable del direccionamiento IP, enrutamiento, fragmentación, y reensamblado de los paquetes de datos entre los dispositivos conectados a una red. Junto al protocolo TCP de la capa de transporte, constituye uno de los más importantes y empleados de la arquitectura TCP/IP.
  • ARP (Address Resolution Protocol): es responsable de la resolución de la dirección de la capa de Internet a la dirección de la capa de interfaz de red, tales como una dirección de hardware.
  • ICMP (Internet Control Message Protocol): es responsable de proporcionar funciones de diagnóstico y notificación de errores debidos a la entrega sin éxito de paquetes IP.

Capa de Interfaz a Red

La capa de interfaz de red, también conocida como de acceso de red, es responsable de la colocación y recepción de paquetes en la red, además de crear una interfaz entre el dispositivo terminal y el hardware de la red, de tal manera que se logre tener acceso al medio de transmisión sobre el cual viajarán los datos. Esta capa se encarga de garantizar la conexión entre diferentes tipos de redes LAN, como Ethernet y Token Ring, o WAN, tales como X.25 y Frame Relay; de igual manera, permite el acceso a tecnologías inalámbricas (WiFi) y en modo de transferencia asíncrona (ATM).

Comparación entre el Modelo de Referencia OSI y el Modelo TCP/IP

Los protocolos que forman la suite TCP/IP pueden describirse en términos del modelo de referencia OSI, sin embargo, existen diferencias entre ellos, así como ventajas y desventajas de ambas partes, que han permitido que perduren como referentes para explicar y entender la comunicación entre dispositivos empleando redes de datos.

Similitudes:

  • Ambos constituyen modelos de comunicación entre dispositivos a través de una red, y se estructuran en capas.
  • Cada arquitectura incluye una capa de aplicación, aunque con servicios distintos.
  • Ambos modelos incluyen capas de transporte y de red (o Internet) muy similares.
  • Son ampliamente conocidos y referenciados indistintamente, para comprender el comportamiento de las comunicaciones en red.

Diferencias:

  • El modelo OSI constituye un referente teórico, mientras que el TCP/IP se instituye como un modelo práctico a partir del cual se desarrolló Internet.
  • El modelo OSI está constituido por siete capas, mientras que el TCP/IP lo forman solo cuatro.
  • En el modelo OSI las capas de sesión, presentación y aplicación son niveles independientes, mientras que en el TCP/IP se agrupan como una sola capa de aplicación.
  • En el modelo OSI las capas de enlace y física son niveles independientes, mientras que en el TCP/IP ambas se combinan en la capa de interfaz de red.
  • El modelo OSI es conocido como una arquitectura genérica de red, mientras que la suit de protocolos TCP/IP lo es como una solución práctica real.
  • El modelo OSI se utiliza principalmente para describir, discutir y comprender funciones de red individuales; sin embargo, TCP/IP está diseñado para resolver un conjunto específico de problemas y no para funcionar como una descripción generalizada para todas las comunicaciones de red.
  • El modelo OSI es genérico e independiente del protocolo, aunque la mayoría de los protocolos y sistemas se adaptan a él; mientras que el modelo TCP/IP se basa en protocolos estándar desarrollados por Internet.

De forma general, ambos modelos son manejados indistintamente para explicar las comunicaciones entre dispositivos conectados en red, por lo que el conocimiento de sus especificaciones constituye un referente obligado para la seguridad de la infraestructura de redes.