Modelo-TCP/IP

Prologo: El modelo TCP/IP es la columna vertebral de Internet. Divide la comunicación de datos en capas, cada una con funciones específicas. TCP garantiza la entrega fiable de paquetes, mientras que IP se encarga del direccionamiento y enrutamiento a nivel de red. Este modelo, flexible y escalable, ha permitido el crecimiento exponencial de la red global y la interconexión de millones de dispositivos.

Modelo-TCP/IP

-. El modelo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) es un conjunto de protocolos de comunicación utilizados para interconectar dispositivos en redes, incluyendo Internet. Este modelo–TCP/IP define cómo los datos deben ser empaquetados, direccionados, transmitidos, enrutados y recibidos en su destino.

• Arquitectura: El modelo-TCP/IP es una estructura de protocolos de red desarrollada en la década de 1970 por Vinton Cerf y Robert E. Kahn. Fue implementado inicialmente en ARPANET, precursora de Internet.
• Funcionalidad: Proporciona conectividad de extremo a extremo, especificando los procesos de formateo, direccionamiento, transmisión, enrutamiento y recepción de datos en una red.
• Estructura en capas: Utiliza un enfoque modular y jerárquico, donde cada capa ofrece servicios específicos a las capas superiores, abstrayendo los detalles de implementación. Esto facilita el desarrollo y mantenimiento del software de comunicaciones.
• Estandarización y mantenimiento: Los protocolos-TCP/IP y relacionados son mantenidos por la Internet Engineering Task Force (IETF), garantizando su evolución y adaptación a las necesidades cambiantes de las redes de comunicación.

-.El protocolo-TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) es una suite de protocolos de comunicación que facilita la interconexión de dispositivos en redes de computadoras. Esta arquitectura de red se compone de dos protocolos principales:

1. TCP (Protocolo de Control de Transmisión): Opera en la capa-Transporte, garantizando la entrega confiable y ordenada de datos entre aplicaciones.
2. IP (Protocolo de Internet): Funciona en la capa-Red, manejando el direccionamiento y enrutamiento de paquetes de datos entre dispositivos en redes interconectadas.

-. Esta suite de protocolos proporciona un marco estandarizado para la comunicación de datos en redes, permitiendo que dispositivos heterogéneos intercambien información de manera eficiente y confiable, independientemente de las diferencias en hardware o sistemas operativos subyacentes.

-. El Protocolo-TCP/IP la Suite-Protocolos y modelo-TCP/IP estamos ablando de lo mismo más o menos, es fundamental para el funcionamiento de Internet. Al dividir los datos en paquetes y utilizar un sistema de enrutamiento eficiente, permite que la información fluya de manera rápida y confiable entre dispositivos de todo el mundo. Su diseño modular y flexible lo ha convertido en el estándar de facto para las comunicaciones de datos.

Nota: El diagrama ilustra las «Transmisiones y recepciones de datos del Modelo-TCP/IP», mostrando la estructura jerárquica de las capas del modelo y el proceso de encapsulación de datos.

• En la parte superior se encuentra el Nivel-Aplicación, que contiene únicamente los datos puros de la aplicación. Este nivel genera un «Mensajeso o flujo-Datos» que se transmite al nivel inferior
• El siguiente es el Nivel-Transporte, que recibe los datos del nivel de aplicación y les añade la Cabecera-TCP. El resultado es un «Paquete de Protocolo-Transporte» que combina la cabecera TCP con los datos originales
• Debajo se ubica el Nivel-Red, que toma el paquete del nivel de transporte y le agrega la Cabecera-IP. Esto forma un «Datagrama del Nivel-Red», que ahora contiene la cabecera IP, la cabecera TCP y los datos originales
• El nivel mas bajo es el Nivel-Interfaz-Red o Nivel-Enlace, que añade la Cabecera-Ethernet al frente del paquete recibido. El resultado es una «Trama-Ethernet» completa, que incluye todas las cabeceras anteriores más la de Ethernet

En la base del diagrama se encuentra la Red-Física, representada por una serie de pulsos que simbolizan la transmisión física de los datos a través del medio de red. El diagrama utiliza flechas azules punteadas para mostrar el flujo de datos desde el nivel superior hasta el inferior, ilustrando cómo cada capa encapsula la información de la capa superior añadiendo su propia cabecera.

Este esquema visual proporciona una clara representación del proceso de encapsulación en el modelo TCP/IP, demostrando cómo los datos se van «envolviendo» con capas adicionales de información de control a medida que descienden por la pila de protocolos, preparándose para su transmisión a través de la red física.

Capa-Acceso–Medio / Nivel-Enlace / Layers-1:

-. En la Capa-Enlace los protocolos actúan como máximo hasta la Red-Local “LAN” ¡a esta están conectado todos los host!. La Capa-Enlace es un Puente entre el Software y el Hardware. es la primera capa del modelo-TCP/IP y la que se encarga de la transmisión de datos a través de un medio físico. Actúa como un puente entre las capas superiores (internet, transporte y aplicación) y la Red-Local “LAN”, proporcionando servicios esenciales para la comunicación de datos a nivel de red.

Funciones principales:

• Encuadre: Divide los datos recibidos de la capa superior en unidades de datos más pequeñas llamadas Tramas o Frames. Añade a cada Trama un encabezado y un tráiler que contienen información necesaria para la sincronización, el control de errores y el direccionamiento a nivel de enlace de datos.
• Control de acceso al medio: Determina cómo múltiples dispositivos conectados a un mismo medio físico (como un cable Ethernet o una red inalámbrica) pueden compartir el medio sin colisiones. Utiliza protocolos como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) o TDMA (Time Division Multiple Access) para coordinar el acceso.
• Control de errores: Detecta y corrige errores que pueden ocurrir durante la transmisión de datos. Utiliza técnicas como la redundancia cíclica (CRC) para detectar errores y solicita retransmisiones si es necesario.
• Dirección MAC: Cada dispositivo en una red tiene una dirección física única llamada dirección MAC (Media Access Control). La Capa-Enlace de datos utiliza las direcciones–MAC para identificar los dispositivos en la misma red.

Protocolos habituales:

• Ethernet: El protocolo más utilizado para Redes-Locales “LAN”, define el formato de las Tramas-Ethernet y los procedimientos de acceso al medio.
• Wi-Fi (IEEE 802.11): Permite la comunicación inalámbrica y define varios estándares para diferentes velocidades y rangos.
• PPP (Point-to-Point Protocol): Se utiliza para establecer conexiones punto a punto, como las conexiones a Internet a través de módems.
• HDLC (High-level Data Link Control): Un protocolo de enlace de datos síncrono utilizado en redes WAN.

Nota: La Capa-Enlace-Datos es fundamental para la comunicación de datos en redes. Al encapsular los datos en tramas, controlar el acceso al medio y detectar errores, garantiza que los datos se transmitan de forma fiable y eficiente entre los dispositivos en una red.

Capa-Internet / Capa-Red / Layers-2:

-. La Capa-Internet, también conocida como Capa-Red, es fundamental para el funcionamiento de Internet. Se encarga de Enrutar Paquetes de datos a través de múltiples redes interconectadas. Su principal objetivo es garantizar que los datos lleguen de forma eficiente y confiable a su destino, independientemente de la complejidad de la topología de la red.

Funciones principales:

• Enrutamiento: Protocolo IP: El Protocolo de Internet–IP es el protocolo principal de esta capa. Define el formato de los paquetes de datos (datagramas) y los mecanismos para enrutarlos a través de la red. / Direcciones IP: Cada dispositivo conectado a una red–IP tiene una dirección–IP única que lo identifica. Los Routers utilizan estas direcciones para determinar la mejor ruta para enviar un paquete a su destino. / Tablas de enrutamiento: Los Routers almacenan tablas de enrutamiento que contienen información sobre las redes conectadas y las rutas óptimas hacia ellas. / Algoritmos de enrutamiento: Se utilizan algoritmos como OSPF, BGP y RIP para calcular y actualizar las tablas de enrutamiento.

Fragmentación y Reensamblado:

• Fragmentación: Si un paquete es demasiado grande para ser transmitido por una determinada red, se divide en fragmentos más pequeños. / Reensamblado: En el destino, los fragmentos se vuelven a ensamblar para formar el paquete original.

Tiempo de vida (TTL):

• Prevención de bucles: Cada paquete tiene un campo TTL que indica el número máximo de saltos que puede realizar. Si un paquete excede su TTL, se descarta para evitar que circule indefinidamente por la red.
• Protocolos habituales: ICMP: El Protocolo de Mensajes de Control de Internet se utiliza para enviar mensajes de error y diagnóstico, como mensajes de «host no encontrado» o «ruta no disponible«. / ARP: El Protocolo de Resolución de Direcciones se utiliza para mapear direcciones-IP a direcciones-MAC (de capa de enlace de datos).

Características:

• Conexiónless: A diferencia de TCP, IP es un protocolo de conexiónless. Esto significa que cada paquete se enruta de forma independiente, sin establecer una conexión previa. / No fiable: IP no garantiza la entrega de los paquetes, ni su orden de llegada. Es responsabilidad de la Capa-Transporte (TCP) proporcionar fiabilidad. /  Menor esfuerzo: IP hace «el menor esfuerzo» para entregar los paquetes, pero no ofrece garantías de entrega.

Nota: La Capa-Internet o Capa-Red es el núcleo de la red, encargado de dirigir el tráfico de datos de un extremo a otro. Su funcionamiento es crucial para la interconexión de redes y la transmisión de información a nivel global.

Capa-Transporte / Layers-3:

-. La Capa-Transporte es fundamental en el modelo-TCP/IP, ya que es la encargada de garantizar la entrega fiable y ordenada de los datos entre los dispositivos de una red. Esta capa actúa como un puente entre las aplicaciones Capa-Aplicación y la red subyacente Capa-Internet). Es capa de la comunicación fiable.

Funciones principales:

• Segmentación: Divide los datos de la Capa-Aplicación en segmentos más pequeños, llamados segmentos-TCP o datagramas-UDP. Estos segmentos tienen un tamaño adecuado para la transmisión a través de la red y contienen información de encabezado que identifica la conexión, la secuencia de los segmentos y otros datos de control.
• Control de flujo: Regula la velocidad a la que los datos se envían entre los dispositivos para evitar que un dispositivo rápido sobrecargue a uno más lento. Esto se logra mediante mecanismos como ventanas deslizantes y acuse de recibo.
• Control de errores: Detecta y corrige errores que puedan ocurrir durante la transmisión de los datos. Utiliza sumas de comprobación para detectar errores en los segmentos y retransmite los segmentos perdidos o dañados.
• Multiplexación: Permite que múltiples aplicaciones compartan una misma conexión. Cada conexión se identifica mediante un número de puerto, lo que permite que un servidor pueda atender múltiples clientes simultáneamente.

Protocolos principales:

• TCP (Transmission Control Protocol): Es un protocolo orientado a la conexión que proporciona una entrega de datos fiable y ordenada. Establece una conexión virtual entre los dispositivos antes de enviar los datos y garantiza que todos los segmentos lleguen al destino en el orden correcto. TCP es ideal para aplicaciones que requieren una alta fiabilidad, como la transferencia de archivos o el acceso a bases de datos.
• UDP (User Datagram Protocol): Es un protocolo sin conexión que ofrece una entrega de datos más rápida pero menos fiable que TCP. Los datagramas UDP se envían de forma independiente, sin establecer una conexión previa. UDP es ideal para aplicaciones que pueden tolerar cierta pérdida de datos y requieren una baja latencia, como la transmisión de audio y video en tiempo real.
• Características clave de TCP: Orientado a la conexión: Establece una conexión virtual antes de enviar datos. /Fiabilidad: Garantiza la entrega de todos los segmentos en el orden correcto. / Control de flujo: Evita la congestión de la red. / Control de errores: Detecta y corrige errores. / Multiplexación: Permite múltiples conexiones en una misma conexión física.
• Características clave de UDP: Sin conexión: No requiere establecer una conexión previa. / Bajo sobrecarga: Tiene menos sobrecarga que TCP, lo que lo hace más eficiente. / Baja latencia: Ofrece una baja latencia, ideal para aplicaciones en tiempo real. / No fiable: No garantiza la entrega de todos los datagramas ni el orden de llegada.

Nota: La Capa-Transporte desempeña un papel crucial en la comunicación de datos a través de redes. Al proporcionar servicios como segmentación, control de flujo y control de errores, garantiza que los datos se entreguen de forma fiable y eficiente entre las aplicaciones. La elección entre TCP y UDP depende de las características de la aplicación y los requisitos de rendimiento.

Capa-Aplicación / Layers-4:

-. La Capa-Aplicación es la interfaz directa entre las aplicaciones que utilizamos a diario (navegadores web, clientes de correo electrónico, etc.) y la red subyacente. Es decir, es la capa que nos permite interactuar con los servicios de red de manera transparente.

Funciones principales:

• Definición de protocolos: Cada aplicación utiliza protocolos específicos para comunicarse. Por ejemplo, el protocolo-HTTP se utiliza para la navegación web, SMTP para el correo electrónico y FTP para la transferencia de archivos. Estos protocolos definen el formato de los mensajes, los comandos y las respuestas.
• Interacción con el usuario: Proporciona una interfaz de usuario amigable para que los usuarios puedan acceder a los servicios de red.
• Traducción de datos: Convierte los datos de la aplicación en un formato adecuado para su transmisión a través de la red.
• Gestión de sesiones: Establece y mantiene sesiones de comunicación entre aplicaciones.

Protocolos comunes de la Capa–Aplicación:

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol): El protocolo fundamental para la World Wide Web. Permite la transferencia de archivos de hipertexto, como páginas web, imágenes y videos.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Se utiliza para enviar y recibir correos electrónicos. Define el formato de los mensajes de correo electrónico y los comandos necesarios para su transferencia.
• FTP (File Transfer Protocol): Permite la transferencia de archivos entre computadoras. Se utiliza para descargar y cargar archivos en servidores.
• DNS (Domain Name System): Traduce nombres de dominio (como www.ejemplo.com) a direcciones-IP numéricas, que son necesarias para localizar dispositivos en la red.
• Telnet: Un protocolo de línea de comandos que permite la conexión remota a otros dispositivos en la red.
• SSH (Secure Shell): Un protocolo seguro para la conexión remota, que proporciona autenticación y cifrado de datos.
• POP3 y IMAP: Protocolos utilizados para recibir correos electrónicos en un cliente de correo electrónico.
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Permite a los dispositivos obtener automáticamente una dirección-IP y otros parámetros de configuración de un servidor-DHCP.

Características:

• Orientada a servicios: Proporciona servicios específicos a las aplicaciones, como la transferencia de archivos, la comunicación en tiempo real, etc.
• Independencia del hardware: Los protocolos de la capa-aplicación son independientes de la tecnología de red subyacente.
• Complejidad: Es la capa más compleja del modelo-TCP/IP, ya que involucra una gran variedad de protocolos y servicios.

Nota: la Capa-Aplicación es la puerta de entrada a la red para las aplicaciones. Al definir los protocolos y las interfaces de usuario, esta capa permite a los usuarios interactuar con los servicios de red de manera sencilla y eficiente.

Recopilando:

-. Veamos los puntos mas importantes de este post:

• El modelo TCP/IP es la base de Internet, dividiendo la comunicación de datos en capas.
• Consta de 4 capas: Acceso al Medio, Internet, Transporte y Aplicación.
• La capa de Acceso al Medio (también llamada Enlace) actúa como puente entre software y hardware.
• Se encarga del encuadre de datos, control de acceso al medio y detección de errores.
• La capa de Internet (o Red) maneja el enrutamiento de paquetes entre redes.
• Utiliza direcciones IP y protocolos como ICMP y ARP.
• La capa de Transporte garantiza la entrega fiable de datos entre dispositivos.
• Sus principales protocolos son TCP (orientado a conexión, fiable) y UDP (sin conexión, rápido).
• La capa de Aplicación es la interfaz entre las aplicaciones y la red.
• Define protocolos específicos como HTTP, SMTP, FTP, DNS, etc.
• TCP/IP permite la interconexión de dispositivos heterogéneos de forma eficiente.
• Es modular y flexible, facilitando su evolución y adaptación.
• El proceso de encapsulación añade cabeceras en cada capa al descender por el modelo.
• IP se encarga del direccionamiento y enrutamiento a nivel de red.
• TCP garantiza la entrega fiable y ordenada de paquetes.
• UDP ofrece una entrega más rápida pero menos fiable que TCP.
• Los routers utilizan tablas y algoritmos de enrutamiento para dirigir el tráfico.
• La fragmentación y reensamblado de paquetes ocurre en la capa de Internet.
• El control de flujo y errores se maneja principalmente en la capa de Transporte.
• La capa de Aplicación proporciona servicios específicos a las aplicaciones de usuario.

 

• Referencias: (Entorno-Moreluz)
• Referencias: Wikipedia