Objetivos

Qué veremos aquí

• Modelo OSI
• Modelo TCP/IP
• Concepto de protocolo
• Proceso de comunicación extremo a extremo

Introducción al Modelo OSI

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) es un marco conceptual (es la base para la construcción y definición de redes), que define cómo las aplicaciones en una red pueden comunicarse entre sí.

Fue desarrollado por la ISO (Organización Internacional de Normalización) en 1984 para estandarizar las funciones de comunicación de los sistemas de red.

El modelo OSI se divide en siete capas, cada una de las cuales describe una parte específica del proceso de comunicación.

Estas capas van desde el nivel físico, donde se produce la transferencia física de bits a través de señales eléctricas o inalámbricas, hasta las aplicaciones de usuario, facilitando la comunicación entre distintos sistemas y aplicaciones de red.

Las siete capas son:

1. Capa Física
2. Capa de Enlace de Datos
3. Capa de Red
4. Capa de Transporte
5. Capa de Sesión
6. Capa de Presentación
7. Capa de Aplicación

El modelo OSI es fundamental para entender cómo las redes organizan y gestionan las comunicaciones entre dispositivos.

La idea es que cada capa de diferentes dispositivos se comuniquen de forma directa a través de lo que es el protocolo.

El modelo OSI es una especificación formal y en él se basan la construcción de redes reales como conjunto de protocolos que permiten la comunicación.

Una red real, que todos conocemos, es la red TCP/IP o red de internet.

Modelo OSI y dispositivos de red por capa

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La siguiente imagen muestra la responsabilidad de capas agrupadas, que constituirán una sola capa en el modelo real de la red de internet o TCP/IP.

Capas en los protocolos

De forma ilustrativa, la siguiente imagen muestra la relación de capa/s OSI con las capas de la red de tipo TCP/IP.

Protocolos

¿Qué es un protocolo?

Un protocolo es un conjunto de reglas que permite que dos dispositivos diferentes puedan intercambiar datos, no información, de manera que ambos dispositivos se entiendan. Estas reglas aseguran que la comunicación entre los dispositivos sea lógica y de extremo a extremo, es decir, desde el origen hasta el destino sin perder coherencia en el proceso.

Protocolo como software

Un protocolo no es un concepto abstracto, se materializa en un software o programa que implementa estas reglas, permitiendo que la comunicación se lleve a cabo.

Los protocolos de nivel superior (como los de la capa de aplicación) se materializan en programas que el usuario o el administrador pueden instalar y configurar como un servicio o servidor en un equipo, que generalmente se denomina servidor y suele ser más potente que un equipo normal.

Protocolos y el sistema operativo

Los protocolos de nivel inferior (capa de sesión, red, enlace-físico) forman parte del sistema operativo y se instalan automáticamente con él. Esto sucedió por primera vez en una distribución de Unix desarrollada por la Universidad de Berkeley, que integró de manera nativa estos protocolos en el sistema.

El Unix de Berkeley (BSD) integró los protocolos TCP/IP de forma nativa en 1983, lo que contribuyó de manera significativa a la expansión de las redes de computadoras y, eventualmente, de Internet.

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La siguiente imagen muestra las capas de nivel de una red de internet de tipo TCP/IP.

Proceso de comunicación

Analiza la siguiente imagen para concretar cómo se produce una comunicación lógica de información a nivel de capas y la comunicación física o intercambio de datos a nivel lógico.

Proceso de comunicación en redes

Para que se produzca una comunicación lógica de extremo a extremo en los diferentes niveles o capas, cada protocolo incluye (cuando se encapsula en el emisor) o extrae y analiza (cuando desencapsula en recepción o destino), añadiendo a los datos una cabecera o información correspondiente al nivel en el que se encuentra.

Proceso de comunicación

El proceso de encapsulación y desencapsulación sigue una serie de pasos que involucran diferentes capas del modelo OSI y TCP/IP.

En el emisor

1. Nivel de Aplicación: En la capa de aplicación, los datos que el usuario quiere enviar se procesan según el protocolo de la aplicación (HTTP, FTP, SMTP, etc.). Aquí, se trocea la información (habitualmente llamada datos o mensaje), que se pasa al nivel de transporte.

2. Nivel de Transporte: En esta capa, el protocolo de transporte (TCP o UDP) añade una cabecera a cada trozo de datos, que se denomina segmento (en el caso de TCP) o datagrama (en el caso de UDP). Esta cabecera incluye, entre otras cosas, el número de puerto, que es un identificador único que permite saber qué aplicación en el dispositivo de destino debe recibir los datos.

   • TCP es un protocolo orientado a la conexión que asegura la entrega fiable de los datos.
   • UDP es un protocolo no orientado a la conexión, que ofrece una entrega más rápida pero sin garantías de fiabilidad.

3. Nivel de Red: El nivel de red utiliza el protocolo IP para realizar el enrutamiento de los datos. En este nivel, los segmentos de la capa de transporte se encapsulan en paquetes IP. La cabecera de IP contiene información clave, como la dirección IP de origen y destino, lo que permite a los routers dirigir el paquete al dispositivo correcto.

   Es importante destacar que para IP, todo lo que recibe de la capa de transporte, incluidos los datos y las cabeceras de TCP o UDP, es tratado como una unidad de datos. Cada nivel del modelo nunca accede al contenido interno de los datos, solo manipula y analiza su propia cabecera.

4. Nivel de Enlace: En el nivel de enlace, los paquetes de IP se encapsulan en tramas. La cabecera de una trama contiene información como las direcciones MAC (que identifican de forma única a los dispositivos dentro de la red local). Además, la trama incluye mecanismos de control de errores, como bits de redundancia para detectar y corregir errores. Un protocolo como Hamming puede ser utilizado para este propósito, permitiendo detectar y corregir un porcentaje de errores en la transmisión.

5. Nivel Físico: Finalmente, la capa física se encarga de transmitir las señales eléctricas, ondas electromagnéticas (en redes inalámbricas), señales luminosas (si usamos medios de fibra óptica) o de otra naturaleza, en función del medio que usemos para la transmisión. Estas señales representan los bits que viajan a través del medio de transmisión (como cables de cobre, fibra óptica, o aire en redes inalámbricas). En este nivel, se lleva a cabo la conversión de los datos en señales físicas que pueden viajar por el medio de comunicación.

Proceso inverso (receptor)

En el receptor, ocurre el proceso inverso, conocido como desencapsulación. Los datos recibidos en la capa física son convertidos de señales a bits, que pasan a la capa de enlace, donde se analizan las tramas y se verifica la integridad de los datos. Después, el paquete IP es enviado a la capa de red, donde se lee la cabecera IP y se entrega el segmento al nivel de transporte, que finalmente entrega los datos a la aplicación correspondiente según el número de puerto.

Términos clave

• Segmento: unidad de datos en el nivel de transporte (TCP).
• Datagrama: unidad de datos en el nivel de transporte (UDP).
• Paquete: unidad de datos en el nivel de red (IP).
• Trama: unidad de datos en el nivel de enlace.
• Señal: representación física de los datos en el nivel físico.