Fundamentos del Modelo TCP/IP: Capas, Protocolos y Funcionamiento Esencial

TCP/IP: Fundamentos y Capas Esenciales

La suite de protocolos TCP/IP es la plataforma fundamental que sostiene Internet, permitiendo la comunicación entre diferentes sistemas operativos, ya sea en redes de área local (LAN) o redes de área extensa (WAN).

Capas del Modelo TCP/IP

Capa de Aplicación (Nivel 5)

Este nivel es utilizado por los programas para comunicarse a través de la red. Incluye cualquier protocolo que actúe de manera similar a los niveles de presentación y sesión del modelo OSI. Algunos protocolos clave son:

• DNS (Domain Name System)
• TLS/SSL (Transport Layer Security/Secure Sockets Layer)
• FTP (File Transfer Protocol)
• HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
• POP3 (Post Office Protocol version 3)
• y muchos otros.

Capa de Transporte (Nivel 4)

Provee lo necesario para conectar aplicaciones entre sí a través de puertos. Este nivel se encarga de la fiabilidad de la transmisión de datos, o de la rapidez en el caso de UDP.

Protocolo TCP (Transmission Control Protocol)

TCP es un protocolo orientado a la conexión que resuelve numerosos problemas de transmisión de bytes. Se encarga de que los datos lleguen en orden y sin errores. Una conexión a través de TCP tiene tres fases principales:

1. Establecimiento de la Conexión (Three-Way Handshake)

   Se realiza enviando un paquete SYN (Synchronize) hacia el servidor. En respuesta, el servidor responde con un paquete SYN-ACK (Synchronize-Acknowledge), que es la confirmación de sincronización. Finalmente, el cliente envía un paquete ACK (Acknowledge), que es una confirmación de vuelta hacia el servidor, completando el establecimiento.

2. Transferencia de Datos

   Durante esta fase, TCP asegura:

   • Transmisión libre de errores.
   • Entrega ordenada de los datos.
   • Retransmisión de paquetes perdidos.
   • Ajuste de la congestión de la red.

3. Terminación de la Conexión

   Una interrupción de conexión requiere un par de paquetes FIN (Finish) y ACK desde cada lado de la conexión TCP para asegurar un cierre ordenado.

Estados de Conexión TCP

Los estados de una conexión TCP reflejan su ciclo de vida:

• LISTEN: Representa una conexión en espera de peticiones de cualquier puerto TCP remoto.
• SYN-SENT: Representa la espera del TCP remoto para enviar de regreso el paquete TCP estableciendo las banderas SYN-ACK.
• SYN-RECEIVED: Representa la espera del TCP remoto para enviar de regreso la confirmación después de haber enviado la confirmación de conexión TCP.
• ESTABLISHED: Representa que el puerto está listo para recibir o enviar datos desde y hacia el TCP remoto.
• TIME-WAIT: Representa el tiempo de espera necesario para asegurar que el TCP remoto ha recibido la confirmación de su solicitud de terminación de la conexión.

Protocolo UDP (User Datagram Protocol)

UDP es un protocolo de datagramas sin conexión. Es más rápido y eficiente en tareas ligeras, y a diferencia de TCP, no ofrece mecanismos de corrección de errores o retransmisión a nivel de protocolo, aunque sí incluye un campo de checksum para detectar errores en la cabecera y los datos transmitidos.

Estructura del Encabezado UDP

• Puerto de Origen: Identifica el puerto que envía. Es un campo opcional; si no se utiliza, el valor del campo es cero. (16 bits)
• Puerto de Destino: Obligatorio. Identifica el puerto de destino. (16 bits)
• Longitud: Longitud total del datagrama UDP, incluyendo la cabecera y los datos. (16 bits)
• Checksum: Campo para la detección de errores en la cabecera y los datos. (16 bits)

Protocolo SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

SCTP es un mecanismo de transporte orientado a la conexión y a la transmisión de datos, pero no orientado a bytes como TCP. Puede representar una conexión de múltiples IPs; si una de estas falla, la conexión no se interrumpe, lo que lo hace ideal para aplicaciones que requieren alta disponibilidad y tolerancia a fallos.

Protocolo RTP (Real-time Transport Protocol)

RTP es un protocolo diseñado para datos en tiempo real, como la transmisión de audio y video. Utiliza UDP como base debido a su baja latencia y eficiencia.

Capa de Red (Nivel 3)

Esta capa resuelve el problema de capturar los datos a través de una red única. El protocolo IP (Internet Protocol) realiza esta tarea, encargándose del direccionamiento lógico y el enrutamiento de los paquetes entre diferentes redes.

Capa de Enlace de Datos (Nivel 2)

Aunque no es un nivel directamente definido en el modelo TCP/IP de la misma manera que en OSI, sus funciones son esenciales. Un equipamiento lógico controla estos procesos, que realizan funciones de enlace de datos, como añadir una cabecera de paquete y un tráiler para la detección de errores. En este nivel es donde los paquetes pueden ser interceptados y enviados hacia una VPN (Virtual Private Network). Cuando esto ocurre, los datos del nivel de enlace se consideran como los datos de la aplicación y el proceso desciende nuevamente por la pila del modelo TCP/IP para realizar la verdadera transmisión.

Capa Física (Nivel 1)

Contempla todas las características físicas de comunicación, como la naturaleza del medio (cables de cobre, fibra óptica, ondas de radio), los detalles de los conectores, la potencia de la señal, las distancias máximas de transmisión, y otros aspectos eléctricos y mecánicos.