Cómo comprender el funcionamiento de TCP/IP y el modelo OSI: todas las capas y sus diferencias

El protocolo TCP/IP y el modelo OSI son dos de las tecnologías más importantes en lo que a redes informáticas se refiere. TCP/IP es el protocolo que define cómo se envían y reciben los datos a través de la red, mientras que el modelo OSI define cómo funcionan las capas de la red. Juntos, estos dos conceptos ayudan a comprender cómo funciona Internet.

De sus orígenes sabemos que TCP/IP fue creado en 1974 por Vint Cerf y Bob Kahn, dos ingenieros de la firma de consultoría Bolt Beranek y Newman. Por otra parte, el modelo OSI fue creado por la International Organization for Standardization (ISO) en 1980 y se publicaría como estándar cuatro años después.

Para empezar, nos adentraremos en el modelo OSI, que define cómo funcionan las capas de una red de equipos informáticos. El modelo está compuesto por siete capas, que se describen a continuación.

Capa 1: Física

La capa física es la primera de las siete capas del modelo OSI y se encarga de establecer y mantener la conexión física entre los dispositivos de red. En otras palabras, es la encargada de transmitir los bits (unidades básicas de información) entre los equipos de red.

Para ello, utiliza una serie de componentes hardware como son los cables, las tarjetas de red, los módems, etc. Todos ellos están estrictamente regulados por un conjunto de normas y protocolos internacionales que garantizan su interoperabilidad.

Además, se encarga de codificar y decodificar la información que va a ser transmitida. De esta forma, se asegura que los datos lleguen intactos a su destino. Para ello, utiliza una serie de técnicas de modulación y multiplexación.

La capa física es la única capa del modelo OSI que está completamente regulada por normas y protocolos internacionales. Esto es necesario para garantizar la interoperabilidad de los dispositivos de red.

Capa 2: Enlace de datos

La capa de enlace de datos del modelo OSI se encarga de establecer y mantener las conexiones lógicas entre los dos extremos de una red. También se ocupa de la gestión de los errores y de la control de acceso a la red.

Para establecer una conexión, la capa de enlace de datos necesita saber la dirección física de los dispositivos que están conectados a la red. Estas direcciones se almacenan en una tabla de direcciones, que se actualiza cada vez que se establece o se rompe una conexión.

Una vez que se ha establecido la conexión, la capa de enlace de datos se encarga de dividir los datos en paquetes y asegurarse de que lleguen a su destino. Si algún paquete se pierde o se daña en el camino, lo reenvía.

Cuando los datos llegan a su destino, la capa de enlace de datos comprueba que no hayan sufrido ningún error y, si es así, los entrega a la capa superior.

Capa 3: Red

La capa de red es responsable de enrutar los paquetes de datos a través de la red. Esto significa seleccionar el camino correcto para que los paquetes lleguen a su destino final. Para hacerlo, la capa de red debe tener una visión general de la topología de la red y el estado de cada enlace y nodo.

Existen diferentes algoritmos de enrutamiento que se pueden usar para encontrar el camino óptimo a través de la red. Algunos de estos algoritmos son más simples y se basan en el número de saltos (o hops) que un paquete de datos debe hacer para llegar a su destino. Otros algoritmos de enrutamiento son más complejos y pueden tener en cuenta otros factores, como el ancho de banda disponible en cada enlace o el retraso que se experimenta en cada nodo.

La capa de red se encarga también de controlar el acceso a los recursos compartidos en la red, como los enlaces y los nodos. Esto se hace mediante el uso de protocolos de control de acceso, que permiten que solo un paquete de datos pase por un enlace en un momento dado. De esta forma, se evita que los paquetes se pierdan o se sobrescriban unos a otros.

Capa 4: Transporte

La capa de transporte se encarga de establecer y mantener comunicaciones entre aplicaciones que están ejecutándose en diferentes sistemas. Proporciona un servicio fiable en el que los datos son entregados sin errores y en el orden correcto.

Una variedad de técnicas son utilizadas para lograr esto, incluyendo el control de flujo y el control de errores. El control de flujo se encarga de evitar que una aplicación envíe más datos de los que la otra puede manejar, mientras que el control de errores detecta y corrige errores en los datos durante el envío.

Existen dos protocolos principales utilizados por la capa de transporte: Transmission Control Protocol (TCP) y User Datagram Protocol (UDP). TCP proporciona un servicio fiable, lo que significa que los datos siempre son entregados sin errores y en el orden correcto. UDP no proporciona un servicio fiable, pero es más rápido y generalmente se utiliza para aplicaciones en las que la exactitud de los datos no es crítica, como el streaming de video o audio.

Capa 5: Sesión

La capa de sesión del modelo OSI es responsable de establecer, mantener y terminar las sesiones entre las aplicaciones en los extremos de la conexión. Esto significa que se encarga de coordinar el intercambio de datos entre las aplicaciones y de controlar el flujo de datos para evitar que se produzcan errores.

Las sesiones permiten que las aplicaciones en los extremos de una conexión se comuniquen entre sí. Una sesión puede estar compuesta por uno o varios intercambios de datos, y cada uno de estos intercambios se denomina "transacción".

Esta capa establece una sesión mediante el establecimiento de un "controlador de sesión" en cada extremo de las aplicaciones que participan en la misma. Una vez establecida la sesión, las aplicaciones pueden comenzar a intercambiar datos.

Cuando las aplicaciones han terminado de intercambiar datos, la sesión se cierra mediante el envío de un mensaje de "fin de sesión" (FIN) por parte del controlador de sesión.

Capa 6: Presentación

La capa de presentación es la primera capa del modelo OSI que se encarga de los datos en el lado del servidor. Cuando un paquete de datos llega a la capa de presentación, su primera tarea es desenmascarar los datos para revelar su verdadero contenido. A continuación, la capa de presentación codifica los datos en un formato que pueda ser leído y comprendido por la máquina receptora.

Una vez que los datos han sido codificados, comprime los datos si es necesario. La compresión se utiliza para reducir su tamaño, lo que hace que la transmisión de datos sea más eficiente. Finalmente, envía los datos codificados y comprimidos a la siguiente capa del modelo OSI, la capa de sesión.

Capa 7: Aplicación

La capa aplicación es la capa más alta del modelo OSI y se encarga de la interacción directa con el usuario. En esta capa se encuentran todas las aplicaciones que utilizamos para acceder a los servicios de red, como por ejemplo, el navegador web o el cliente de correo electrónico.

La capa aplicación también se encarga de hacer las llamadas a los servicios de la capa de presentación, como por ejemplo, la codificación y decodificación de datos. Así, cuando solicitamos una página web, la capa aplicación llama a la capa de presentación para que codifique los datos y los envíe a la capa de sesión.

La capa aplicación también se encarga de gestionar los errores, de modo que si hay algún problema en la transmisión de datos, ella será la encargada de notificarlo al usuario.

¿En qué se diferencia el modelo OSI y el protocolo TCP/IP?

El protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) se refiere a un conjunto de protocolos de red desarrollados por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de EE.UU. (ARPA, por sus siglas en inglés) para conectar ordenadores en una red de comunicaciones. En la actualidad, el TCP/IP se ha estandarizado y se utiliza en la mayoría de las redes, incluidas las redes locales (LAN) y las redes de área amplia (WAN).

El modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection) fue desarrollado por la International Organization for Standardization (ISO) y se basa en una arquitectura en capas. El modelo OSI establece, como acabamos de ver, siete capas: capa física, capa de enlace de datos, capa de red, capa de transporte, capa de sesión, capa de presentación y capa de aplicación. Cada una de estas capas realiza un conjunto específico de funciones que, en conjunto, y resumiendo todos los apartados anteriores, permiten que las computadoras se comuniquen a través de una red.

Aunque el modelo OSI fue desarrollado antes que el TCP/IP, el TCP/IP no se basa en el modelo OSI. De hecho, el TCP/IP no tiene una arquitectura en capas. En su lugar, se compone de cuatro protocolos principales: el Protocolo de Internet (IP), el Transmission Control Protocol (TCP), el User Datagram Protocol (UDP) y el Simple Mail Transfer Protocol (SMTP).

• IP se encarga de las conexiones físicas y lógicas entre los ordenadores en una red. Por ejemplo, el IP asigna direcciones IP a cada ordenador y controla el envío y la recepción de datos a través de la red.
• TCP se encarga del control de errores y del flujo de datos en una conexión entre dos ordenadores. El TCP garantiza que los datos lleguen a su destino sin errores y en el orden correcto.
• UDP es similar al TCP, pero no realiza un seguimiento del flujo o del control de errores de los datos. En lugar de ello, confía en la aplicación para manejar estos aspectos.
• SMTP se encarga del envío y la recepción de correo electrónico a través de una red.

Conclusión

Cuando conocemos el funcionamiento del protocolo TCP y el modelo OSI, tenemos una mejor comprensión de cómo funciona Internet. En caso de avería, podemos diagnosticar y solucionar problemas de red de manera más eficiente. También podemos diseñar mejores aplicaciones y servicios para que funcionen de manera óptima en una red.

Un gran porcentaje de los puestos de trabajo en la industria de la informática requieren un buen conocimiento de TCP/IP y el modelo OSI. Tanto si te gustan estos temas por afición como si estás buscando trabajo en la industria, es importante que tomes el tiempo necesario para aprender estos conceptos.

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