Fundamentos de Redes: Arquitectura de Capas OSI y Protocolos TCP/IP Esenciales
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Arquitectura de Redes y Protocolos Fundamentales
Modelo OSI: Intercambio de Información entre Sistemas Abiertos (7 Capas)
El Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) es una arquitectura de referencia que describe cómo la información se mueve a través de una red. Consta de siete capas:
Capa Física
Define las características físicas y materiales de la red (hardware).
Capa de Enlace de Datos
Proporciona el servicio de envío de datos a través del enlace físico, gestionando el acceso al medio.
Capa de Red
Gestiona las conexiones a través de la red para las capas superiores, incluyendo el encaminamiento (routing).
Capa de Transporte
Proporciona servicios de detección y corrección de errores, asegurando la entrega de datos de extremo a extremo.
Capa de Sesión
Gestiona la conexión y el diálogo entre aplicaciones cooperativas.
Capa de Presentación
Estandariza la forma en que se presentan los datos de las aplicaciones (formato y codificación).
Capa de Aplicación
Contiene los programas de aplicación que utilizan la red para comunicarse.
Modelo TCP/IP: Arquitectura de 4 Niveles
El modelo TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet) es el estándar de facto para la comunicación en Internet. Está orientado a la conexión (TCP) y facilita la interconexión entre redes WAN y LAN. Se estructura en cuatro niveles, que se mapean a las capas del modelo OSI:
- Nivel 1: Acceso a Red (Equivalente a las capas OSI 1 y 2: Física y Enlace de Datos).
- Nivel 2: Internet (Equivalente a la capa OSI 3: Red).
- Nivel 3: Transporte (Equivalente a la capa OSI 4: Transporte).
- Nivel 4: Aplicación (Equivalente a las capas OSI 5, 6 y 7: Sesión, Presentación y Aplicación).
Protocolos Fundamentales de la Capa de Internet
Protocolo IP (Internet Protocol)
- No orientado a conexión.
- Permite el direccionamiento y el encaminamiento de paquetes.
- Los paquetes de IP se denominan datagramas IP.
- Es el protocolo base para la transmisión de datos.
- Acepta bloques de transporte de hasta 64 KB.
Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol)
- Protocolo de supervisión y control.
- Usado por los protocolos IP y superiores para reportar errores.
- Todos los hosts deben ser capaces de procesar mensajes ICMP.
- Codifica mensajes como parámetros erróneos o redireccionamientos.
- Los mensajes ICMP incluyen tres campos principales: Tipo, Código y Suma de Control.
- Los mensajes de error incluyen los 8 primeros bytes del datagrama original.
Protocolo ARP (Address Resolution Protocol)
- Se encarga de la resolución de direcciones: convierte una dirección IP lógica a una dirección MAC física.
- Si un dispositivo no tiene la dirección MAC en su caché, difunde un paquete ARP en la red.
- El dispositivo cuya IP coincide responde con su dirección MAC, y esta información se guarda en la caché.
Direccionamiento IP y Clases
Estructura del Direccionamiento IP (IPv4)
- Longitud de 4 bytes (32 bits).
- Se escribe utilizando cuatro números decimales separados por puntos (octetos).
- Contiene un campo de Red y un campo de Host.
- La dirección 127.x.x.x (comúnmente 127.0.0.1) está reservada para localhost (bucle de retorno).
Clases de Direcciones IP
- Clase A: Rangos de 1 a 126.
- Clase B: Rangos de 128 a 191.
- Clase C: Rangos de 192 a 223.
Protocolos de la Capa de Transporte
Protocolo TCP (Transmission Control Protocol)
- Orientado a conexión: Establece una conexión fiable entre dos máquinas antes de la transmisión de datos.
- Acepta bloques de datos de cualquier tamaño y los transforma en segmentos, con un tamaño máximo de 64 KB para el transporte.
- Garantiza la entrega y ordena los datagramas que llegan desordenados.
- Fases de la comunicación TCP: Establecer conexión, Conexión fiable y Desconexión.
Protocolo UDP (User Datagram Protocol)
- No orientado a conexión.
- No garantiza la entrega ni el orden de los datagramas.
- Actúa como intermediario entre la capa de red y la capa de aplicación.
- Ofrece más rendimiento a costa de menos seguridad y fiabilidad.
Protocolos de la Capa de Aplicación y Servicios
DNS (Domain Name System)
- Sistema de búsqueda de direcciones que traduce nombres de dominio a direcciones IP.
- Utiliza una estructura de nombres jerárquica y bases de datos distribuidas.
- El resolvedor (resolver) es el componente encargado de consultar estas bases de datos.
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
- Protocolo que configura automáticamente parámetros de red en los hosts.
- Configura la dirección IP, la máscara de subred y los tiempos de concesión.
- También configura la puerta de enlace (gateway), los servidores DNS y los nombres de dominio.
HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
- Protocolo sin estado (stateless).
- Encuentra el documento HTML solicitado y lo envía; si no lo encuentra, devuelve un código de error.
- Utiliza cookies para mantener información de estado entre peticiones.
FTP (File Transfer Protocol)
- Estándar para la transferencia de archivos basado en TCP/IP.
- Requiere una cuenta (usuario y contraseña). Importante: Por defecto, no cifra la información de la sesión.
- Funciona bajo un modelo cliente/servidor utilizando dos canales de comunicación:
- Puerto 21: Canal de control (órdenes y comandos).
- Puerto 20: Canal de datos (transferencia de archivos).
SSH (Secure Shell)
- Protocolo enfocado en la seguridad, la confidencialidad y la integridad de la comunicación.
- Utiliza el puerto 22.
- Emplea criptografía para codificar los datos transmitidos, siendo uno de los protocolos de acceso remoto más seguros y utilizados.
Seguridad e Infraestructura de Red
Proxy
Servidor intermediario que actúa entre el usuario y la red, gestionando y filtrando el tráfico de Internet.
Firewall (Cortafuegos)
- Dispositivo o software que protege los puertos de la red.
- Acepta solo los paquetes permitidos según reglas predefinidas.
- Registra las direcciones IP y el tráfico.
- Nota: El puerto 20 es comúnmente asociado al canal de datos de FTP, no a la red interna en general.