Introducción detallada a los modelos de capas de red OSI y TCP/IP (Conceptos básicos de redes informáticas)

Modelo OSI de siete capas

El modelo OSI de siete capas es un modelo de red en capas propuesto por la Organización Internacional de Normalización, su estructura general y las funciones proporcionadas por cada capa se muestran en la siguiente figura:

Cada capa se enfoca en hacer una cosa, y cada capa necesita usar las funciones proporcionadas por la siguiente capa. Por ejemplo, la capa de transporte necesita usar las funciones de enrutamiento y direccionamiento proporcionadas por la capa de red, para que la capa de transporte sepa dónde transmitir los datos. 

La imagen de arriba puede ser abstracta, pero aquí hay una imagen más vívida.

 Diagrama resumido del modelo OSI de siete capas

Como se muestra abajo:

 Modelo TCP/IP de cuatro capas

El modelo TCP/IP de cuatro capas  es un modelo muy utilizado actualmente, podemos pensar en el modelo TCP/IP como una versión simplificada del modelo OSI de siete capas, que consta de las siguientes 4 capas:

1. Capa de aplicación
2. capa de transporte
3. Capa de red
4. capa de interfaz de red

Cabe señalar que no podemos hacer coincidir de manera completa y precisa el modelo de cuatro capas TCP/IP y el modelo de siete capas OSI, pero podemos simplemente corresponder a los dos, como se muestra en la siguiente figura:

 Capa de aplicación

La capa de aplicación está ubicada por encima de la capa de transporte y proporciona principalmente servicios de intercambio de información entre aplicaciones en dos dispositivos terminales. Define el formato del intercambio de información y los mensajes se entregarán a la siguiente capa de la capa de transporte para su transmisión.  A la unidad de datos de interacción de la capa de aplicación la llamamos mensaje.

 

 Los protocolos de capa de aplicación definen las reglas de comunicación de la red y se requieren diferentes protocolos de capa de aplicación para diferentes aplicaciones de red. Existen muchos protocolos de capa de aplicación en Internet, como el protocolo HTTP que admite aplicaciones web, el protocolo SMTP que admite correo electrónico, etc.

 

Capa de transporte

La tarea principal de la capa de transporte es proporcionar servicios generales de transmisión de datos para la comunicación entre dos procesos de dispositivos terminales. El proceso de aplicación utiliza este servicio para transmitir mensajes de la capa de aplicación. "Universal" significa que no está dirigido a una aplicación de red específica, sino que varias aplicaciones pueden utilizar el mismo servicio de capa de transporte.

La capa de transporte utiliza principalmente los dos protocolos siguientes:

1. Protocolo de control de transmisión TCP (Protocolo de control de transmisión): proporciona servicios de transmisión de datos confiables y orientados a la conexión .
2. Protocolo de datos de usuario UDP (Protocolo de datagramas de usuario): proporciona servicios de transmisión de datos sin conexión y con el mejor esfuerzo (no se garantiza la confiabilidad de la transmisión de datos).

Capa de red

La capa de red es responsable de proporcionar servicios de comunicación a diferentes hosts en la red de conmutación de paquetes. Al enviar datos, la capa de red encapsula los segmentos de mensajes o datagramas de usuario generados por la capa de transporte en paquetes y paquetes para su transmisión. En la arquitectura TCP/IP, dado que la capa de red utiliza el protocolo IP, el paquete también se denomina datagrama IP, o datagrama para abreviar.

⚠️Nota: No confunda el "Datagrama de usuario UDP" de la capa de transporte con el "Datagrama IP" de la capa de red .

Otra tarea de la capa de red es seleccionar la ruta adecuada para que los paquetes transmitidos por la capa de transporte del host de origen puedan encontrar el host de destino a través del enrutador en la capa de red.

Aquí se enfatiza que la palabra "red" en la capa de red ya no es la red específica de la que generalmente hablamos, sino que se refiere al nombre de la tercera capa en el modelo de arquitectura de red de computadoras.

Internet está compuesto por una gran cantidad de redes heterogéneas conectadas entre sí a través de enrutadores. Los protocolos de capa de red utilizados por Internet son el protocolo de Internet sin conexión y muchos protocolos de enrutamiento, por lo que la capa de red de Internet también se denomina capa de Internet o capa IP .

Protocolos comunes en la capa de red :

• IP: Protocolo de Internet : Protocolo de Internet IP es uno de los protocolos más importantes del protocolo TCP/IP y uno de los protocolos más importantes de la capa de red. Las funciones del protocolo IP incluyen protocolos de direccionamiento, definición del formato de los paquetes de datos, etc. Es la red El protocolo principal para la transmisión de información de capa. En la actualidad, los protocolos IP se dividen principalmente en dos tipos, uno es el IPv4 anterior y el otro es el IPv6 más nuevo. Ambos protocolos se utilizan actualmente, pero se ha propuesto que el último reemplace al primero.
• Protocolo ARP : Protocolo ARP, nombre completo Protocolo de resolución de direcciones, resuelve el problema de la conversión entre direcciones de capa de red y direcciones de capa de enlace. Porque durante la transmisión física de un datagrama IP, siempre necesita saber dónde debe ir el siguiente salto (próximo destino físico), pero la dirección IP es una dirección lógica y la dirección MAC es la dirección física. El protocolo ARP resuelve algunos problemas de conversión de direcciones IP a direcciones MAC.
• NAT: Protocolo de traducción de direcciones de red : El escenario de aplicación del protocolo NAT (Traducción de direcciones de red) es como su nombre: Traducción de direcciones de red, que se utiliza en el proceso de traducción de direcciones de la red interna a la red externa. Específicamente, dentro de una pequeña subred (red de área local, LAN), cada host usa la dirección IP bajo la misma LAN, pero fuera de la LAN, en la red de área amplia (WAN), se necesita una dirección IP unificada. esta LAN en todo Internet.
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#Capa de interfaz de red

Podemos pensar en la capa de interfaz de red como una combinación de la capa de enlace de datos y la capa física.

1. La capa de enlace de datos generalmente se denomina capa de enlace (la transmisión de datos entre dos hosts siempre se transmite a través de un enlace). La función de la capa de enlace de datos es ensamblar los datagramas IP entregados por la capa de red en tramas y transmitir las tramas en el enlace entre dos nodos adyacentes. Cada trama incluye datos e información de control necesaria (como información de sincronización, información de dirección, control de errores, etc.).
2. La función de la capa física es realizar la transmisión transparente de flujos de bits entre nodos informáticos adyacentes y proteger al máximo las diferencias entre medios de transmisión específicos y dispositivos físicos.

#resumen_ _

Un breve resumen de los protocolos y tecnologías centrales incluidas en cada capa:

Protocolo de capa de aplicación :

• Protocolo HTTP (Protocolo de transferencia de hipertexto, un protocolo comúnmente utilizado para la navegación web)
• Protocolo DHCP (Configuración dinámica de host)
• Principios del sistema DNS (sistema de nombres de dominio)
• Protocolo FTP (Protocolo de transferencia de archivos)
• Protocolo Telnet (protocolo de inicio de sesión remoto)
• Protocolos de correo electrónico, etc. (SMTP, POP3, IMAP)
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Protocolo de capa de transporte :

• protocolo TCP
  • Estructura del segmento de mensaje
  • Transferencia de datos confiable
  • control de flujo
  • control de congestión
• protocolo UDP
  • Estructura del segmento de mensaje
  • RDT (Protocolo de transferencia de datos confiable)

Protocolo de capa de red :

• Protocolo IP (la base del protocolo TCP/IP, dividido en IPv4 e IPv6)
• Protocolo ARP (Protocolo de resolución de direcciones, utilizado para resolver el mapeo entre direcciones IP y direcciones MAC)
• Protocolo ICMP (Protocolo de mensajes de control, utilizado para enviar mensajes de control)
• Protocolo NAT (Protocolo de traducción de direcciones de red)
• Protocolo RIP, protocolo OSPF, protocolo BGP (protocolo de enrutamiento)
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Capa de interfaz de red :

• tecnología de detección de errores
• Protocolo de acceso múltiple (tecnología de multiplexación de canales)
• Protocolo CSMA/CD
• protocolo MAC
• tecnología ethernet
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#Causas de las capas de red

¿Por qué es necesario superponer las redes?

Hablando de capas, comencemos con el hecho de que generalmente usamos un marco para desarrollar un programa en segundo plano. A menudo dividimos el sistema en tres capas según el principio de que cada capa hace cosas diferentes (los sistemas complejos tendrán más capas):

1. Repositorio (operaciones de base de datos)
2. Servicio (operación comercial)
3. Controlador (interacción de datos front-end y back-end)

Los sistemas complejos requieren capas porque cada capa debe centrarse en un tipo de cosa. El motivo de la creación de capas de red es el mismo: cada capa solo se centra en hacer un tipo de cosas.

1. Cada capa es independiente entre sí : Cada capa es independiente entre sí. Cada capa no necesita preocuparse por cómo se implementan otras capas. Solo necesita saber cómo llamar a las buenas funciones proporcionadas por la capa inferior (puede ser simplemente entendido como una llamada de interfaz) . Esto es lo mismo que cuando colocamos el sistema en capas durante el desarrollo.
2. Flexibilidad general mejorada : cada capa se puede implementar utilizando la tecnología más adecuada. Solo necesita asegurarse de que las funciones que proporciona y las reglas de las interfaces expuestas no hayan cambiado. Esto también puede corresponder a los principios de alta cohesión y bajo acoplamiento que normalmente requerimos al desarrollar sistemas.
3. Reduzca los problemas grandes en pequeños : la estratificación puede descomponer problemas de red complejos en muchos problemas más pequeños con límites claros y simples para procesar y resolver. Esto hace que los sistemas de redes informáticas complejos sean fáciles de diseñar, implementar y estandarizar. Esto corresponde a cuando normalmente desarrollamos, generalmente descomponemos las funciones del sistema y luego descomponemos los problemas complejos en problemas más pequeños que son fáciles de entender. Estos problemas más pequeños tienen mejores definiciones de límites (objetivo e interfaz).