Redes TCP/IP (parte 1)

Vamos a iniciar con un tema muy teórico, el cual, considero es muy necesario para poder revisar otros temas.

En la actualidad, un sistema de información requiere una red de datos que permita el intercambio de información entre aplicaciones dentro de la misma organización y fuera de ésta, además de el usuario requiere el acceso a este desde dispositivos de diversos tipos (equipos de escritorio, móviles, etc).

A partir del surgimiento de Internet en el mundo comercial su protocolo, el TCP/IP (o en su forma correcta IPv4), se convierte en el estándar de comunicación, por lo que en la actualidad todo dispositivo que trabaja en red, desde un smartphone hasta un servidor, ocupan este protocolo.

Modelo OSI

Haciendo un poco de historia, a principios de los años 80's existían varios tipos de redes, tales como: DECnet, AppleTalk, SNA, etc. Por lo que se adoptó un modelo que debería seguir cualquier tipo de red para poder asegurar la interconexión entre éstas, a esto se le llamo el Modelo OSI y está conformado por 7 capas, esto es, desde como se conectan los equipos físicamente hasta el acceso del usuario a la aplicación. Vamos rápidamente a revisar a cada capa y su correspondencia con el protocolo TCP/IP

Capa 1 Nivel Físico

La forma en la cual los dispositivos que conforma una red se conectan se le llama Topología.

 

En la actualidad las topologías que se utilizan son en estrella y en árbol.

En estrella es cuando todos los nodos que forman parte de la red se conectan a un punto común antes llamado hub, ahora switch. Normalmente se utiliza en empresas muy pequeñas y en casas, si ustedes en casa tienen un ruteador para conectarse a Internet ésta es la topología que utilizan.

En árbol es la topología que utilizan prácticamente todas las empresas en la actualidad y consiste en estrellas interconectadas entre sí en forma jerárquica.

La conexión a la red se logra mediante una interfaz (NIC) la cual se conecta al switch por medio de un cable de cobre, fibra óptica o en forma inalámbrica. Aunque ya está de desuso también es posible al conexión mediante una interfaz serial y un convertidor a señal análoga (módem).

Capa 2 Nivel de enlace

Es la encargada de transferir la información entre dispositivos dentro de una red mediante bloques de información llamados tramas.

Estas tramas se encuentran definidas en una norma que, por lo regular, son Ethernet IEEE 802.3 para la comunicación por medio de cable o fibra, y para el caso de las inalámbricas puede ser Wi-Fi 802.11 y WiMAX 802.16 entre otras (incluyendo la telefonía móvil).

La forma en la que se reconoce a qué dispositivo está destinada cada trama es por medio de una dirección única de identificación para cada uno llamada dirección MAC, la cual, es un identificador de 48 bits dividido en 6 números hexadecimales en la forma XX:XX:XX:XX:XX:XX, por ejemplo: 04:00:4F:2C:00:3E

Capa 3 Nivel de red

En esta capa se emplea el protocolo IP y a partir de aquí es posible la comunicación de dispositivos de una red a otra, lo que técnicamente se denomina ruteo.

El intercambio de información en este nivel se realiza mediante paquetes y la forma de identificación entre nodos es por medio de un número único de 32 bits divido en 4 números decimales llamados octetos en la forma XXX.XXX.XXX.XXX, por ejemplo: 192.168.1.10

En entregas posteriores explicaré a más detalle acerca de segmentación y el ruteo, aquí solo diré que en el caso de que el nodo al que se requiere enviar información no se encuentra en la red local se realizará el envío por medio del router definido por default o al que se indique para la ruta específica (ruta estática).

Capa 4 Nivel de transporte

La capa anterior se puede decir que es la que permite la conexión entre nodos, una vez que se logra ésta es necesario enviar y recibir datos por medio del protocolo de transporte.

Para esto, regularmente se utilizan datagramas por medio del protocolo TCP de forma sincronizada, esto es, el primer dato enviado es el primero en recibirse.

También es común el uso de segmentos empleando es protocolo UDP de forma asíncrona, es decir, el protocolo carece de un modo de asegurar que los segmentos serán entregados necesariamente en el orden en el que se enviaron, de hecho, ni siquiera asegura por si mismo que sea recibido (regularmente se utiliza en aplicaciones en donde se requiere hacer el envío de mensajes de una forma simple sin importar si es necesario reenviarlos).

Hasta aquí, podemos deducir que TCP/IP en realidad quiere decir TCP sobre IP, ya que la mayor parte de las aplicaciones se comunican utilizando este par de protocolos.

Capas 5, 6 y 7 Niveles de sesión, presentación y aplicación

Los servicios de las últimas 3 capas del modelo OSI son utilizados en forma total o parcial por los llamados servicios o protocolos de alto nivel según sea el caso.

Entre estos servicios se encuentran: ftp, telnet, smtp, imap, http, etc.

Como se podrá observar, posteriormente aunque es posible accesar directamente a la mayor parte de estos protocolos (el caso más evidente es el del protocolo ftp) por lo regular se utilizan aplicaciones cliente para dicho acceso (tales como browsers, clientes de email, etc)

También quisiera hacer mención que en estas capas es donde se realiza la implementación de "viejos protocolos" para su uso a través de las redes IP. Este es el caso de IPX sobre TCP/IP para NetWare y el caso más interesante es el de NetBIOS sobre TCP/IP para redes Microsoft Windows. Por supuesto que esto es posible gracias al modelo OSI, el cual, ha demostrado que no solo es posible la comunicación entre redes de diverso género, también es posible utilizar los servicios de una para el uso de otra.

Por último, si bien es cierto que, aparentemente, el protocolo IPv4 está por ser desplazado por IPv6, lo único que cambiará será la forma en que se conecten los diferentes dispositivos a través de Internet ya que el cambio sería solamente en la capa 3. De hecho, la idea es que se puedan utilizar las direcciones actuales haciendo solo una "traducción" a las nuevas direcciones IPv6.