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Bloque 4 Tema 7. El modelo TCP/IP y el modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos OSI de ISO. Protocolos TCP/IP.
Este tema estudia los dos modelos de referencia fundamentales para las redes de comunicaciones: el modelo OSI de la ISO y el modelo TCP/IP, así como los principales protocolos de la familia TCP/IP.
1. El modelo OSI
El modelo OSI, o Open Systems Interconnection, fue desarrollado por la ISO como modelo teórico de referencia que describe cómo se comunican los sistemas en red mediante una arquitectura de siete capas. No define protocolos concretos sino funciones.
Las siete capas del modelo OSI son las siguientes, de la más baja a la más alta.
La capa 1 es la capa física. Se encarga de la transmisión de bits por el medio físico, las señales, los voltajes, los cables y los conectores. Ejemplos son el cable Ethernet y la fibra óptica.
La capa 2 es la capa de enlace de datos. Gestiona la comunicación entre nodos de la misma red, las direcciones MAC y el control de errores. Ejemplos son Ethernet y Wi-Fi.
La capa 3 es la capa de red. Realiza el direccionamiento lógico y el enrutamiento, determinando el camino de los paquetes. El protocolo principal es IP.
La capa 4 es la capa de transporte. Proporciona comunicación extremo a extremo, con control de flujo y errores. Los protocolos son TCP y UDP.
La capa 5 es la capa de sesión. Establece, mantiene y finaliza sesiones entre aplicaciones, controlando el diálogo.
La capa 6 es la capa de presentación. Se ocupa del formato de los datos, la compresión y el cifrado.
La capa 7 es la capa de aplicación. Es la interfaz con el usuario y proporciona los servicios de red. Ejemplos son HTTP, FTP, SMTP y DNS.
2. El modelo TCP/IP
El modelo TCP/IP es un modelo práctico, base de Internet, desarrollado por DARPA. Define tanto la arquitectura como los protocolos reales de comunicación.
El modelo TCP/IP tiene cuatro capas. La capa de acceso a red equivale a las capas física y de enlace del modelo OSI; incluye Ethernet y Wi-Fi. La capa de internet se encarga del direccionamiento y enrutamiento, con los protocolos IP, ICMP y ARP. La capa de transporte proporciona comunicación extremo a extremo mediante TCP y UDP. La capa de aplicación ofrece los servicios de red para el usuario, con protocolos como HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS y SSH.
La correspondencia entre ambos modelos es la siguiente: las capas de aplicación, presentación y sesión del modelo OSI equivalen a la capa de aplicación del modelo TCP/IP. La capa de transporte es equivalente en ambos modelos. La capa de red del modelo OSI equivale a la capa de internet del TCP/IP. Las capas de enlace de datos y física del OSI equivalen a la capa de acceso a red del TCP/IP.
3. Protocolos principales de TCP/IP
El protocolo IP, o Internet Protocol, opera en la capa de internet. Su función es el direccionamiento y el enrutamiento de paquetes. Existe en dos versiones: IPv4, con direcciones de 32 bits, e IPv6, con direcciones de 128 bits. IP no garantiza la entrega de los paquetes.
El protocolo TCP, o Transmission Control Protocol, opera en la capa de transporte. Proporciona una comunicación orientada a conexión, fiable, con control de flujo y de errores. Garantiza que todos los segmentos llegan en orden y sin errores. Se usa para aplicaciones donde la fiabilidad es crítica, como la navegación web con HTTP y HTTPS, el correo electrónico y la transferencia de ficheros con FTP.
El protocolo UDP, o User Datagram Protocol, también opera en la capa de transporte. A diferencia de TCP, es no orientado a conexión y no garantiza la entrega ni el orden de los paquetes. Es más rápido que TCP por eso se usa en aplicaciones donde la velocidad es más importante que la fiabilidad, como el streaming de vídeo, los juegos en red, las consultas DNS y las comunicaciones de voz sobre IP.
El protocolo ICMP, o Internet Control Message Protocol, se usa para el diagnóstico de redes. El comando ping utiliza mensajes ICMP de solicitud y respuesta de eco para comprobar la conectividad con un host. El comando traceroute o tracert usa mensajes ICMP para descubrir la ruta que siguen los paquetes hasta su destino.
El protocolo ARP, o Address Resolution Protocol, resuelve la correspondencia entre direcciones IP y direcciones MAC en una red local. Cuando un dispositivo conoce la IP de destino pero no su MAC, envía un mensaje ARP broadcast preguntando quién tiene esa IP, y el propietario responde con su dirección MAC.
El protocolo DNS, o Domain Name System, traduce los nombres de dominio legibles por las personas, como www.minhap.gob.es, en las direcciones IP numéricas que usan los equipos. Opera por defecto en el puerto 53.
El protocolo DHCP, o Dynamic Host Configuration Protocol, asigna automáticamente configuración de red a los dispositivos cuando se conectan: dirección IP, máscara de subred, puerta de enlace predeterminada y servidor DNS. Opera en los puertos 67 y 68.
El protocolo HTTP, o HyperText Transfer Protocol, es el protocolo de la web, que permite la transferencia de páginas y recursos entre servidores y clientes. Opera en el puerto 80. HTTPS es la versión segura de HTTP sobre TLS y opera en el puerto 443.
El protocolo FTP, o File Transfer Protocol, permite la transferencia de ficheros entre sistemas. Opera en los puertos 21 para el canal de control y 20 para el canal de datos. Su versión segura FTPS usa cifrado TLS.
El protocolo SSH, o Secure Shell, proporciona acceso remoto seguro a la línea de comandos de servidores. Opera en el puerto 22 y utiliza cifrado para proteger las comunicaciones. Sustituye al antiguo Telnet, que transmitía todo en texto claro.
4. Direccionamiento IPv4
Las direcciones IPv4 tienen 32 bits y se representan en notación decimal separada por puntos, como por ejemplo 192.168.1.10. Una dirección IPv4 se divide en dos partes: la parte de red y la parte de host. La máscara de subred indica qué bits pertenecen a la red y cuáles al host.
Las clases de redes en IPv4 son las siguientes. La clase A usa el primer octeto para la red y los tres restantes para los hosts, con rango de 1.0.0.0 a 126.255.255.255. La clase B usa los dos primeros octetos para la red, con rango de 128.0.0.0 a 191.255.255.255. La clase C usa los tres primeros octetos para la red y el último para los hosts, con rango de 192.0.0.0 a 223.255.255.255.
Los rangos de direcciones privadas no enrutables en Internet son 10.0.0.0 a 10.255.255.255, 172.16.0.0 a 172.31.255.255 y 192.168.0.0 a 192.168.255.255.
5. Direccionamiento IPv6
Las direcciones IPv6 tienen 128 bits y se representan en notación hexadecimal separada por dos puntos, como por ejemplo 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001. Los grupos de ceros consecutivos se pueden abreviar con doble dos puntos.
Las ventajas de IPv6 frente a IPv4 son el espacio de direcciones prácticamente ilimitado, la configuración automática sin necesidad de DHCP mediante SLAAC, la eliminación de la necesidad de NAT, mejoras en la seguridad con IPsec integrado y mejor soporte para la movilidad y el multidifusión.
Miniresumen final del tema
El modelo OSI tiene siete capas y es un modelo teórico de referencia. El modelo TCP/IP tiene cuatro capas y es el modelo práctico de Internet. Los protocolos clave son IP para el direccionamiento, TCP para comunicaciones fiables, UDP para comunicaciones rápidas, DNS para la resolución de nombres, DHCP para la asignación automática de configuración, HTTP y HTTPS para la web, y SSH para el acceso remoto seguro. IPv4 usa direcciones de 32 bits e IPv6 de 128 bits.