TCP/IP frente a OSI: ¿cuál es la diferencia?

Los switches Ethernet desempeñan un papel crucial en la transferencia de datos entre dispositivos en redes informáticas, operando en diferentes capas del modelo Open Source Interconnect (OSI), que se refiere a la capa de un protocolo genérico. El modelo de protocolo genérico especifica reglas comunes para enviar y recibir paquetes entre diferentes capas de red. Switches de capa 2 reenvían paquetes utilizando direcciones MAC dentro de la misma red, mientras que Switches Layer 3 utilizan direcciones IP para transferir datos entre diferentes redes. Aparte del modelo OSI, el modelo de Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y Protocolo de Internet (IP) es otro modelo conceptual utilizado para describir la comunicación de red, que consta de cuatro capas. El OSI tiene siete capas y TCP/IP tiene cuatro. Comprender estos modelos es vital para un diseño e implementación de redes eficientes y seguros.

Capas del modelo de referencia OSI

El modelo OSI consta de siete capas como marco conceptual que estandariza la división del trabajo y la interacción entre diversos componentes de software y hardware involucrados en la comunicación de red.

Capa 7: Capa de aplicación

La capa de aplicación del modelo OSI se encarga de proporcionar funciones de comunicación a las aplicaciones de software según sea necesario, lo que la convierte en la capa más cercana a los usuarios finales. Sus funciones principales incluyen confirmar la disponibilidad de los recursos de comunicación y de los interlocutores para facilitar la transferencia de datos. Además, esta capa define protocolos para las aplicaciones finales, como DNS, FTP, HTTP, IMAP, POP, SMTP, SNMP, y Telnet (que emula un terminal).

Capa 6: Capa de presentación

La compatibilidad de los datos con los recursos de comunicación es comprobada por la capa de presentación, que puede convertirlos a un formato aceptable tanto para la capa de aplicación como para las capas inferiores. Garantiza que los datos se transmitan con precisión al formatearlos de una manera que la aplicación receptora pueda entender. Esta capa es responsable de la compresión, el cifrado y el descifrado de datos, y también gestiona la conversión de datos entre diferentes esquemas de codificación de caracteres. El objetivo principal de la capa de presentación es garantizar que los datos recibidos por la capa de aplicación se presenten en un formato que la aplicación pueda entender, independientemente de los protocolos de red subyacentes utilizados para la transmisión. La capa de presentación es responsable de salvaguardar la integridad de la transmisión de datos y garantizar la precisión y la seguridad durante la transferencia de datos.

Capa 5: Capa de sesión

La capa de sesión gestiona los enlaces de comunicación entre ordenadores. Sus funciones principales son crear, gestionar, mantener y finalizar las conexiones entre las aplicaciones locales y remotas. Además, el software de la capa 5 gestiona los procesos de autenticación y autorización y garantiza la entrega correcta de los datos.

Capa 4: Capa de transporte

La capa de transporte es responsable de transmitir secuencias de datos desde el host de origen hasta el host de destino. Garantiza que los datos transferidos sean de alta calidad e integridad mediante la corrección de errores y funciones similares. Una de las funciones principales de la capa de transporte es proporcionar un control de flujo explícito, que ayuda a gestionar la velocidad a la que se envían y reciben los datos para evitar la congestión de la red. Aunque los protocolos TCP y User Datagram Protocols (UDP) no se ajustan estrictamente al modelo OSI, se consideran protocolos esenciales en la capa 4 debido a su capacidad para gestionar la transmisión de datos en diferentes escenarios. La capa de transporte puede garantizar que la transmisión de datos sea más eficiente y fiable.

Capa 3: Capa de red

La capa de red gestiona el enrutamiento de paquetes mediante direccionamiento lógico y funciones de conmutación. Una red conecta varios nodos, y cada nodo tiene una dirección. Cuando se transmite un nuevo mensaje de un nodo a otro, proporciona el contenido del mensaje y la dirección del nodo de destino, y la red entrega el mensaje al nodo de destino. La red podría dividir un mensaje extenso en varios segmentos y transmitirlos individualmente, posiblemente redirigiéndolos a través de otros nodos, reensamblando los fragmentos en otro nodo.

Capa 2: Capa de enlace de datos

La capa de enlace de datos sirve como medio para transferir datos de nodo a nodo, encargándose del empaquetado y desempaquetado de la información en tramas. Además, define protocolos para establecer y finalizar conexiones entre dispositivos conectados físicamente, como el Protocolo Punto a Punto (PPP). La capa de enlace de datos suele estar compuesta por dos subcapas: una llamada capa de control de acceso al medio (MAC) y la otra, capa de control de enlace lógico (LLC). La capa MAC es responsable de gestionar cómo los dispositivos de una red acceden al medio y obtienen permiso para transmitir datos, mientras que la capa de control de enlace lógico puede identificar y encapsular protocolos de la capa de red, así como supervisar la comprobación de errores y la sincronización de tramas.

Capa 1: capa física

La capa física define el medio por el que se transmiten los datos y define todas las especificaciones eléctricas y físicas de todos los enlaces de transmisión de datos, como los niveles de voltaje, la corriente y la velocidad de señalización del medio de transmisión, y las características del medio de transmisión, como el tipo de fibra, el ancho de banda y la longitud de onda de funcionamiento. Además, garantiza la transmisión y recepción precisas de los datos mediante la codificación, modulación y detección de errores en las señales. En última instancia, la capa física es responsable de convertir los datos digitales en señales que puedan transmitirse a través del medio de comunicación.

Capas del modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP, que también se conoce como la suite de protocolos de Internet, es un modelo de referencia en capas que consta de cuatro capas. Aunque TCP e IP son los protocolos fundamentales y dan nombre al modelo, no solo existen protocolos TCP/IP, sino también otros protocolos utilizados dentro de este marco.

Capa de aplicación

En el modelo TCP/IP, la capa de aplicación permite que las aplicaciones accedan a servicios de otras capas y establece los protocolos utilizados por las aplicaciones para intercambiar datos. Algunos protocolos conocidos en la capa de aplicación son HTTP, FTP, SMTP, Telnet, DNS, SNMP y el Protocolo de información de enrutamiento (RIP).

Capa de transporte

La capa de transporte de host a host, también denominada capa de transporte, se encarga de proporcionar a la capa de aplicación servicios de comunicación de sesión y datagramas. Los protocolos principales empleados por esta capa incluyen TCP y UDP. TCP ofrece un servicio de comunicación fiable, orientado a la conexión y de uno a uno. Asume la responsabilidad de ordenar y confirmar los paquetes transmitidos, así como de recuperar cualquier paquete perdido durante la transmisión. Por otro lado, UDP ofrece un servicio de comunicación sin conexión, de uno a uno o de uno a muchos, no fiable. Se utiliza comúnmente al transferir pequeñas cantidades de datos que pueden caber en un solo paquete.

Capa de Internet

La capa de Internet tiene la responsabilidad de ejecutar tareas de direccionamiento de hosts, empaquetado y enrutamiento. Sus protocolos principales incluyen IP, ARP, ICMP e IGMP. IP, un protocolo enrutable, gestiona el direccionamiento IP, el enrutamiento, la fragmentación de paquetes y el reensamblaje. ARP, por otro lado, descubre la dirección de la capa de acceso a la red, que puede referirse a una dirección de hardware asociada con un acceso específico de la capa de Internet. ICMP proporciona funcionalidades de diagnóstico e informes de errores en caso de que falle la entrega de paquetes IP. IGMP gestiona grupos de multidifusión IP. El encabezado IP, que contiene la dirección IP, se añade a los paquetes en esta capa. Actualmente, se utilizan tanto direcciones IPv4 de 32 bits como direcciones IPv6 de 128 bits.

Capa de acceso a la red

La capa de acceso a la red, también llamada capa de enlace, es responsable de colocar paquetes TCP/IP en el medio de red y de recuperar paquetes TCP/IP del medio de red. TCP/IP está diseñado intencionadamente para ser independiente del método de acceso a la red, el formato de trama y el medio, lo que significa que no está vinculado a ninguna tecnología de red en particular. En consecuencia, TCP/IP puede facilitar la comunicación entre varios tipos de redes.

¿Cuál es el proceso de transmisión de datos y cómo se procesan los datos durante él?

Una unidad de datos de protocolo (PDU) es el formato en el que se intercambian datos entre diferentes capas en un sistema en capas. La tabla siguiente muestra varios tipos de PDU utilizados en dichos sistemas.

Cuando el usuario realiza una operación de navegación web en su dispositivo, el software del servidor remoto inicia el proceso proporcionando los datos solicitados a la capa de aplicación. A partir de ahí, los datos se procesan secuencialmente a través de cada capa. Las capas individuales del protocolo de red tienen funciones distintas, y los datos fluyen a través de la capa física de la red. A medida que ascienden por las capas, se garantiza que los datos lleguen a su destino previsto, ya sea un servidor de destino u otro dispositivo. Cada capa realiza sus operaciones asignadas hasta que finalmente es utilizada por el software receptor.

La encapsulación es el proceso en el que cada capa, durante la transmisión, añade un encabezado o un pie de página, o ambos, a la Unidad de Datos de Protocolo (PDU) recibida de la capa superior. Esta información añadida dirige e identifica el paquete. El encabezado (y el pie de página) y los datos originales de la PDU para la siguiente capa inferior. Este proceso se repite hasta que se alcanza la capa de nivel más bajo (capa física o capa de acceso a la red), desde donde los datos se transmiten al dispositivo receptor.

Al recibir los datos, el dispositivo receptor desencapsula los datos en cada capa extrayendo la información de encabezado y pie de página, que dirige el proceso de desencapsulación. Finalmente, la aplicación utiliza los datos extraídos. Todo el proceso acompañará a todo el proceso de transferencia de datos, incluyendo la transmisión y la recepción.

Solución de problemas mediante los modelos TCP/IP y OSI

Con una comprensión de las capas de red, es posible diagnosticar la causa de un fallo de conexión. Por lo general, es recomendable comenzar la resolución de problemas desde la capa más baja de la red y avanzar hacia arriba, en lugar de empezar desde la capa más alta. Esto se debe a que cada capa está diseñada para servir a la capa superior, lo que facilita abordar cualquier problema que surja en la siguiente capa.

En caso de un problema de red, el primer paso debe ser comprobar la capa física. Esto incluye asegurarse de que el cable de red esté correctamente conectado, comprobar que el punto de acceso inalámbrico (WAP) esté conectado al switch, y verificar que los pines RJ45 estén en buen estado.

Modelo TCP/IP vs. modelo OSI

Existen muchas diferencias entre el modelo TCP/IP y el modelo OSI, como se mostró anteriormente. El siguiente ejemplo muestra la relación correspondiente entre ellos.

Al comparar las capas del modelo TCP/IP con las del modelo OSI, se puede observar que la capa de aplicación del modelo TCP/IP corresponde a las capas 5, 6 y 7 del modelo OSI. Sin embargo, el modelo TCP/IP no tiene capas separadas para representar las capas de presentación y sesión. La capa de transporte en TCP/IP asume las funciones de la capa de transporte OSI y algunos aspectos de la capa de sesión OSI. Mientras tanto, la capa de acceso a la red en TCP/IP abarca las capas física y de enlace de datos en el modelo OSI. Por otro lado, los servicios de secuenciación y acuse de recibo disponibles en la capa de enlace de datos del modelo OSI no son utilizados por la capa de Internet del modelo TCP/IP.

El modelo OSI y el modelo TCP/IP son dos modelos de red que definen cómo debe estructurarse la comunicación entre dispositivos en una red. Ambos modelos tienen capas similares que realizan funciones similares, pero el modelo OSI es más teórico y proporciona un marco estandarizado para las redes, mientras que el modelo TCP/IP se utiliza en la práctica para las redes en Internet. El desarrollo del modelo OSI tuvo como objetivo crear un marco universal que facilitara la comunicación entre distintos dispositivos. En cambio, el modelo TCP/IP se desarrolló específicamente para ARPANET, el predecesor del Internet moderno, con el fin de proporcionar una comunicación fiable a través de una red de ordenadores interconectados. A pesar de sus diferencias, ambos modelos se siguen utilizando hoy en día, y sus conceptos y principios se incorporan a los protocolos y estándares de redes modernos.

Conclusión

En este artículo, hemos proporcionado una descripción general completa tanto del modelo TCP/IP como del modelo OSI, que son marcos abstractos diseñados para explicar todas las formas de comunicación de red. TCP/IP, en particular, desempeña un papel importante en facilitar las operaciones de internet. Al hablar de las capas 2, 3 y 7 de los equipos de red, normalmente hacemos referencia al modelo OSI. Mientras tanto, el modelo TCP/IP sirve como modelo para la infraestructura contemporánea de internet y establece un conjunto estándar de normas que rigen todas las transmisiones de red.