Modelos de Red TCP/IP y OSI

Antes de iniciar la revisión de este capítulo se recomienda realizar una prueba para identificar su

los conocimientos con los que se cuentan. Si son adecuados se podría dar una revisión superficial

y pasar al siguiente capítulo, en caso de existir algunos conceptos poco claros pues se debería

trabajar con los puntos faltantes o todo el capítulo.

1. Which of the following protocols are examples of TCP/IP transport layer protocols? (Choose

two answers.) ¿Cuáles de los siguientes protocolos son ejemplos de la capa de transporte del

modelo TCP/IP?

a. Ethernet

b. HTTP

c. IP

d. UDP

e. SMTP

f. TCP

2. Which of the following protocols are examples of TCP/IP data link layer protocols? (Choose

two answers.) ¿Cuáles de los siguientes protocolos son un ejemplo de protocolos en la capa de

enlace TCP/IP?

a. Ethernet

b. HTTP

c. IP

d. UDP

e. SMTP

f. TCP

g. PPP

3. The process of HTTP asking TCP to send some data and making sure that it is received

correctly is an example of what? El proceso de que HTTP pregunte a TCP para enviar algunos

datos y asegurar que este recibió correctamente ¿De qué es ejemplo?

a. Same-layer interaction

b. Adjacent-layer interaction

c. OSI model

d. All of these answers are correct.

4. The process of TCP on one computer marking a TCP segment as segment 1, and the receiving

computer then acknowledging the receipt of TCP segment 1 is an example of what? El proceso

de TCP en una computadora marque un segmento TCP como “segmento 1”, y la computadora

receptora entonces responda el reconocimiento de la recepción del segmento 1 ¿De qué es un

ejemplo?

a. Data encapsulation

b. Same-layer interaction

c. Adjacent-layer interaction

d. OSI model

e. All of these answers are correct.

5. The process of a web server adding a TCP header to the contents of a web page, followed by

adding an IP header and then adding a data link header and trailer is an example of what? El

proceso de que un servidor web agregue un encabezado TCP a el contenido de una página web,

seguido por agregar un encabezado IP y entonces un encabezado de enlace de datos y un “tren de

arraste” ¿De qué es un ejemplo?

a. Data encapsulation

b. Same-layer interaction

c. OSI model

d. All of these answers are correct.

6. Which of the following terms is used specifically to identify the entity created when

encapsulating data inside data link layer headers and trailers? ¿Cuál de los siguientes términos es

usado especialmente para identificar la entidad creada cuando los datos son encapsulados dentro

de los encabezados de la capa de enlace de datos y el “tren de arrastre”?

a. Data

b. Chunk

c. Segment

d. Frame

e. Packet

7. Which OSI layer defines the functions of logical network-wide addressing and routing? ¿Cuál

capa del modelo OSI define las funciones lógicas de una red para el direccionamiento y ruteo?

a. Layer 1

b. Layer 2

c. Layer 3

d. Layer 4

e. Layer 5, 6, or 7

8. Which OSI layer defines the standards for cabling and connectors? ¿Cuál capa de OSI define

los estandares para el cableado y conectores?

a. Layer 1

b. Layer 2

c. Layer 3

d. Layer 4

e. Layer 5, 6, or 7

9. Which of the following terms are not valid terms for the names of the seven OSI layers?

(Choose two answers.) ¿Cuáles de los siguientes términos no es válido para definir los nombres

de las 7 capas de OSI? (Escoge 2)

a. Application

b. Data link

c. Transmission

d. Presentation

e. Internet

f. Session

En este capítulo se verá las bases de TCP/IP, el objetivo es que se entienda qué es un modelo de

red o una arquitectura de red y como trabaja.

Para ayudar a las personas a entender como una un modelo de red trabaja, estos se dividen en

grupos de funciones dentro de un pequeño número de categorías llamadas “Capas”. Cada capa

incluye protocolos y estándares que se relacionan a dicha categoría de funciones.

El modelo más utilizado en la actualidad es TCP/IP. Tener presente que no es el único.

TCP/IP actualmente tiene dos alternativas para ordenar su modelo.

El modelo de la izquierda muestra el modelo TCP/IP original el cual está dividido en 4 capas.

Las dos capas de arriba se enfocan más en las aplicaciones que necesitan enviar y recibir datos.

Las dos capas de abajo se enfocan en cómo se transmiten los bits sobre los enlaces, la capa de

internet se enfoca en la entrega de datos sobre la ruta entera desde el dispositivo emisor hasta el

receptor.

El modelo de la derecha es un modelo comúnmente usado hoy en día para referirse las capas

formadas expandiendo la capa de enlace (Link) de la izquierda en dos capas separadas: Enlace de

Datos y Física (Similar a las dos capas del modelo OSI). Tomar en cuenta que el modelo de la

derecha es el más utilizado hoy en día.

Modelo de Arquitectura TCP/IP y ejemplos de Protocolos

Entendiendo HTTP.

¿Qué sucede cuando se realiza una petición para mostrar una página web?

Se pondrá un ejemplo donde un buscador web realiza una petición hacía un servidor web.

Paso 1. El cliente realiza una petición enviando un mensaje con un encabezado HTTP. Este

encabezado HTTP incluye el requerimiento para obtener “GET” un archivo. Típicamente se

solicita la página de inicio del servidor web.

Paso 2. Muestra la respuesta del servidor. Este mensaje inicia con un encabezado HTTP, con un

código de retorno (200), que significa como un “OK”. HTTP también retorna códigos donde

indica que el servidor está trabajando. O manejando otro ejemplo, si el servidor no estuviera

funcionando se mostraría un código 404, error “not found”.

Paso 3. El servidor envía más información al explorador web, pero este mensaje no contiene

encabezado HTTP. HTTP transfiere los datos para enviar múltiples mensajes, cada uno como

parte de un archivo. De esta forma se evita desperdiciar espacio para enviar repetidamente el

encabezado HTTP que enlistaría la misma información, estos mensajes adicionales simplemente

omiten el encabezado.

Capa de Transporte TCP/IP

La capa de aplicación puede tener muchos protocolos incluidos, pero la capa de transporte

TCP/IP comúnmente utiliza el protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el Protocolo de

Datagrama de Usuario (UDP).

La capa de transporte provee servicios a los protocolos de la capa de aplicación que reside en la

capa superior del modelo TCP/IP. ¿Cómo la capa de transporte provee servicios a la capa

superior? TCP provee el servicio bajo la siguiente funcionalidad: Recuperación de Error (error

recovery).

Bases de la Recuperación de Errores de TCP (Error Recovery)

Como la capa de transporte provee servicios a la capa de aplicación esta generalmente debe

garantizar que el servicio provisto se realice de forma correcta. Para que este servicio se pueda

realizar la capa de transporte realiza la Recuperación de Errores provisto por el protocolo TCP.

En la imagen anterior se explica lo siguiente:

El servidor responde a una petición HTTP enviando algunos mensajes por separado.

1. Se muestra el encabezado HTTP y también el encabezado TCP sección en amarillo, con

secuencia 1 (SEQ=1). El primer mensaje es recibido de forma correcta.

2. El segundo mensaje se envía con más información de la página web (sin encabezado

HTTP) pero si con el encabezado TCP (SEQ=2) el cual se recibe de forma incorrecta.

3. El servidor envía el tercer mensaje incluyendo más información de la página web

(SEQ=3).

4. El cliente envía al servidor una respuesta pidiendo que le sea enviado nuevamente la

secuencia 2, dicha petición de retransmisión se incluye en el encabezado TCP.

Interacciones de la capa adyacente y de las mismas capas.

Existen dos tipos de interacciones que se realizan para establecer comunicaciones en las redes de

datos.

La interacción de la capa adyacente: Son los servicios que realiza la capa inferior, como en el

ejemplo anterior la capa inferior (Transporte) proporciona servicios a la capa superior

(Aplicación) al tomar los paquetes HTTP, agregarles encabezados TCP para enviar la

información, de esta forma realizar una validación de la transferencia de información

(recuperación de errores). Así se garantiza que la entrega de la información de la capa superior se

realizará de forma correcta. Esta interacción se realiza dentro de una misma computadora.

Interacción de la misma capa: Es el servicio realizado entre capas similares (ej. Aplicación con

Aplicación o Transporte con Transporte). Como la validación que se realiza en el dibujo anterior

las 4 acciones que se describen forman parte de la interacción de la misma capa. Las capas de

transporte, del servidor y del cliente, validan la secuencia de los mensajes enviados. Esta

interacción se realiza entre dos computadoras, sobre cada una de las capas.

Capa de Red TCP/IP.

La capa de aplicación incluye muchos protocolos. La capa de transporte contiene algunos menos,

normalmente TCP y UDP. La capa de Red incluye una cantidad aún menor, pero el protocolo

principal es el Protocolo de Internet (IP). IP provee muchas funcionalidades pero principalmente

las de direccionamiento y ruteo.

Se puede considerar una analogía con el servicio de correo postal.

Imaginar que se tienen que mandar dos cartas: una a alguien dentro de la ciudad y la segunda a

otra persona fuera del país. Para quien envía las cartas se realiza casi lo mismo en ambos casos.

Se le pone la información del destinatario, se colocan los timbres postales, se colocan en el

mismo buzón, el servicio postal es quien realiza un tratamiento diferente a cada carta. El servicio

postal trata cada carta de forma separada y toma decisión de a donde enviar cada una. Para la

carta enviada a alguien dentro de la ciudad probablemente el servicio postal envíe a un repartidor

local en un camión a entregarla. Para la carta que tiene que ir fuera del país posiblemente el

servicio postal local envíe la carta a otra oficina postal y esta a su vez a una más hasta que se

salga del país, en cada oficina postal deberán procesar la carta y decidir hacia donde será el

siguiente sitio para enviarla. La oficina postal debe tomar buenas decisiones para elegir la mejor

ruta para entregar las cartas.

Las personas no tienen la obligación de conocer al detalle las rutas que se tomarán para la

entrega de las cartas. Solamente la deposita en el buzón y el resto del servicio lo debe realizar la

oficina postal, de igual forma la oficina postal no sabe el contenido de la carta pero acepta

enviarla.

Las capas de aplicación y transporte de TCP/IP actúan como la persona que envía las cartas, las

capas superiores trabajan de la misma manera independientemente si los mensajes tienen que ser

enviados a otra computadora dentro de la misma LAN o que estén al otro lado del Internet. Las

capas superiores entregan el paquete y las capas inferiores se encargan de la entrega de la

información, actuando como el servicio postal.

Bases del direccionamiento del Protocolo de Internet.

IP define direcciones por importantes razones. Primero cada dispositivo que utiliza TCP/IP

necesita una única dirección IP con la cual se puede identificar en la red. IP también define

grupos de direcciones juntas, como el sistema postal define los códigos postales. Para

comunicarse de un grupo a otro de direcciones IP usualmente se llegan a manejar equipos que

conocen la ubicación de estas rutas los cuales determinan por donde se deberá enviar los

paquetes a entregar.

En el ejemplo de la imagen se muestra una respuesta realizada por un servidor hacia un usuario

donde el servidor tiene un direccionamiento 1.1.1.1 y debe responder a un cliente 2.2.2.2 este

envía el mensaje hacia un equipo que toma la ruta adecuada para entregar el mensaje al llegar a

la capa de red esta incluirá un encabezado IP con la dirección IP origen e IP destino a los

mensajes enviados.

1. El servidor envía el mensaje al equipo que interconecta la red local donde se encuentra

con otras redes.

2. El equipo que interconecta las redes (Router 1) recibe el paquete IP y procesa la decisión.

El Router 1 revisa la dirección destino (2.2.2.2), la compara con las rutas IP conocidas y

elige enviarlo al Router 2. Este proceso de enviar los paquetes IP es llamado Ruteo IP (o

simplemente ruteo).

3. El Router 2 repite la misma lógica realizada por el router 1. Router 2 revisa la dirección

destino (2.2.2.2) para conocer las rutas IP que tiene y elegir enviar el paquete a la derecha

hacia el usuario 2.2.2.2

Capa de Enlace de Datos TCP/IP (Capa de Enlace de Datos más Física).

La capa de Enlace de Datos del modelo original TCP/IP define los protocolos y hardware

requeridos para entregar los datos a través de la red física. El término enlace (link) se refiere a las

conexiones físicas, entre dos dispositivos y los protocolos utilizados para controlar estos enlaces.

Al igual que las demás capas proveen servicios a las capas superiores esta capa da servicio a la

capa de red. El proceso IP del router o host elige enviar los paquetes IP a otro router o host,

entonces este router o host utiliza la capa de enlace para enviar este paquete al siguiente

router/host.

Como cada capa provee servicios a la capa superior, tomar la imagen anterior para explicar el

siguiente ejemplo: El servidor quiere enviar información al router R1. Existe una línea en el

dibujo que representa la conexión Ethernet. La red Ethernet, que implementa los protocolos de la

capa de enlace, debe entonces ser utilizada para entregar el paquete desde el servidor al Router

R1.

En la siguiente figura se muestra los pasos para entregar un paquete desde el servidor hacia el

Router R1.

1. El servidor encapsula el paquete IP entre un Encabezado Ethernet y un Ethernet trailer.

Creando con esto una trama Ethernet (frame)

2. El servidor físicamente transporta los bits de la trama Ethernet por el cable que

interconecta el Router y el Servidor.

3. El router R1 físicamente recibe las señales eléctricas por el cable y re-crea la misma

secuencia de bits, armando de nuevo la trama Ethernet.

4. Router R1 desencapsula el paquete IP desde la trama Ethernet removiendo tanto el

encabezado como el trailer Ethernet.

Al final de este proceso las capas de enlace tanto del servidor como del Router trabajaron juntas

para entregar el paquete IP del servidor al Router R1. (Internacción entre capas).

Nota: Los protocolos crean los encabezados como los trailers por la misma razón, pero los

encabezados existen al principio del mensaje y los trailers se encuentran al final.

La capa de enlace de datos tiene muchos protocolos y estándares tanto para la comunicación

sobre LAN o WAN estos enlaces difieren mucho unos de otros por las distancias que soportan

para transmitir datos. Ethernet, PPP (Protocolo Punto a Punto) y Frame Relay son de los más

comunes.

La capa de Enlace realiza dos funciones principales:

- Función relacionada con la transmisión de datos por un medio físico.

- La gestión de los protocolos y reglas que controlan el uso de los medios físicos.

El modelo TCP/IP separado en 5 capas simplemente divide las funciones de esta capa en dos

capas (Enlace de Datos y Físico) para coincidir con la explicación de las funciones.

Comparación de los Modelos TCP/IP Original y Modelo.

El modelo original define una sola capa - cada de enlace - debajo de la capa de Internet. Se

separan las funciones realizadas por la capa de enlace en dos para que sean más fáciles de

identificar. Las capas superiores son exactamente las mismas a diferencia de que la capa de

Internet cambia su nombre a Network.

Terminología de Encapsulamiento de Datos.

Como ya se mencionó en antes las capas inferiores dan servicio a las capas superiores, esta

funcionalidad de ir agregando encabezados (HTTP, TCP, IP y Ethernet) y tráiler para la capa de

Enlace de Datos se llama Encapsulación.

1. Se crea y encapsula los datos deuna aplicación con algún encabezado de la capa de

aplicación.

2. Se encapsulan los datos entregados por la capa de aplicación dentro de un encabezado

provisto por la capa de transporte.

3. Los datos provistos (y sus encabezados) por la capa anterior son encapsulados por la capa

de red (IP) agregando un encabezado IP.

4. La capa de enlace de datos provee encapsulación al conjunto de información entregado

por la capa de Red, agregando su propio encabezado y tráiler.

5. Se transmiten los bits por un medio físico.

Nombres de los mensajes TCP/IP

A los mensajes que se van encapsulando se les puede identificar con un término que los define y

con esto podremos tener idea de a que capa nos estamos refiriendo. Segmento, Paquete y

Trama (segment, packet y frame) El término segmento se refiere a la capa de transporte,

paquete a la capa de red y trama a la capa de enlace de datos.

Modelo OSI.

El modelo OSI ya no es tan utilizado en las comunicaciones actuales, pero se mencionará en este

documento pues su terminología es muy utilizada aún. La comparación entre el modelo OSI y

TCP/IP muestra muchas similitudes y sirve para tener una perspectiva básica conceptual.

Tiene también capas (siete) y estas están divididas en funciones características.

Muchas veces podemos hacer referencia a las capas del modelo TCP/IP utilizando nombres o la

numeración de capas de OSI. Por ejemplo es común escuchar que alguien haga referencia a un

“Switch LAN” como un “Switch capa 2” refiriéndose a capa 2 a la capa del modelo OSI.

El hecho de ajustar la capa del modelo TCP/IP es más por la comparación constante que se

realiza al referirse a las funciones de TCP/IP basándose en las capas de OSI. Por ejemplo al

protocolo de Internet (IP) se le puede nombrar como protocolo de capa 3.

Capas del Modelo OSI y sus funciones.

Ejemplos de protocolos y estándares por capas.

Encapsulamiento sobre el modelo OSI.

Al igual que en TCP/IP, las capas inferiores del modelo OSI dan servicio a las capas superiores y

de igual forma agregan encabezados. En el modelo OSI no se definen términos para identificar

cada conjunto de encabezados y vincularlos a su capa correspondiente, solamente hace referencia

a un término genérico llamado PDU (Protocol Data Unit) y a este le agrega el número de capa

que está realizando el encabezado Layer # (L#).

Recordatorio de Términos.

Realizar la definición de los siguientes conceptos:

Adjacent-layer interaction

Deencapsulation

Encapsulation

Frame

Networking model

Packet

Protocol Data Unit (PDU)

Same-layer interaction

Segment