1.5. Introducción a los modelos de red OSI y TCP/IP
Proceso de encapsulación y desencapsulación
Práctica Wireshark modelos de red
Modelos de red OSI y TCP/IP
En esta clase profundizaremos en los modelos de red OSI y TCP/IP, dos modelos fundamentales que han definido la forma en que las redes de computadoras se diseñan y funcionan. Estos modelos no son solo teoría, sino que representan la base para que los dispositivos en cualquier red puedan “hablar el mismo idioma” y comunicarse de manera efectiva y sin errores.
Los modelos de red OSI y TCP/IP, dividen el funcionamiento de una red en capas, donde cada capa tiene una función en particular, e interactúan entre ellas para el cumplimiento de la comunicación (las funciones de las capas son implementadas en los diferentes dispositivos de red).
Imaginen por un momento la importancia de estos modelos cuando ustedes acceden a cualquier servicio en Internet, desde ver videos en YouTube hasta enviar correos electrónicos. Sin un estándar común, esta comunicación sería caótica e ineficiente. Es por eso que todos los dispositivos en Internet, siguen las directivas de un modelo de red en particular.
Entender los modelos de red OSI y TCP/IP es indispensable para cualquier profesional que desee comprender el funcionamiento de una red de computadoras.
Modelo OSI: La base educativa
Comenzaremos la clase con el modelo OSI, conformado por siete capas bien definidas, cada una con funciones específicas que interactúan para garantizar la correcta transmisión de datos:
Nota: probablemente en este punto las descripciones de las capas no tengan mucho sentido para ustedes, pero no se preocupen que en la clase desarrollamos cada una de estas capas con ejemplos reales, y analogías que permitan un aprendizaje sólido y sencillo.
- Aplicación: La más cercana al usuario, provee servicios a las aplicaciones.
- Presentación: Da formato y estructura a los mensajes.
- Sesión: Gestiona el inicio, mantenimiento y cierre de sesiones.
- Transporte: Controla la comunicación lógica entre procesos y asegura la calidad mediante recuperación de errores.
- Red: Responsable de la selección de los caminos que deben seguir los datos para llegar a su destino; además que en esta capa se maneja la definición del direccionamiento lógico.
- Enlace de datos: Prepara los datos para su entrega física.
- Física: Introduce los datos en el medio de transmisión.
Actualmente el modelo OSI ya no es utilizado en las redes de computadoras, pero se sigue utilizando para propósitos educativos, ya que explica mejor las interacciones que deben ocurrir entre las diferentes capas para el cumplimiento de la comunicación.
Modelo TCP/IP: La Arquitectura real de las redes actuales
A continuación en la clase, exploraremos el modelo TCP/IP, que es el estándar dominante en las redes actuales, compuesto por cuatro capas principales:
- Aplicación: Combina las funciones de las capas de Aplicación, Sesión y Presentación del modelo OSI.
- Transporte: Similar a la capa de transporte del OSI, encargada de la comunicación confiable.
- Internet: Responsable del direccionamiento y enrutamiento, equivalente a la capa de Red del modelo OSI.
- Acceso a la red: Equivale a las capas de Enlace de Datos y Física del modelo OSI.
Este modelo refleja cómo funcionan las redes reales y cómo se gestionan las comunicaciones digitales en la práctica.
Procesos de encapsulación: preparar los datos para que viajen por la red
Ya sea que soliciten una página web, un video, manden un correo electrónico, o jueguen en línea, los datos que van generando, se preparan y viajan a través de las múltiples capas de un modelo de red. En la clase explicaremos cómo cada capa añade su propia “información” para garantizar que esos datos lleguen intactos y en orden al destino correcto. Esto es como un sistema de embalaje que envuelve el contenido real.
Interacción de capas y Comunicación eficiente en la red
También abordaremos cómo las capas adyacentes dentro de un mismo dispositivo trabajan conjuntamente y cómo las capas equivalentes en dispositivos diferentes intercambian información para mantener la integridad y facilitar la recuperación de datos. Comprender esta interacción es fundamental para entender la complejidad y eficiencia de las redes actuales.
Introducción a Wireshark
Para hacer esta experiencia aún más tangible, utilizaremos: Wireshark, una herramienta imprescindible para cualquier profesional de redes. Aprenderemos a capturar el tráfico que genera una computadora al solicitar una página web y a visualizar cómo los protocolos y capas del modelo TCP/IP trabajan en conjunto en una comunicación real.
Identificar protocolos y datos en cada capa
Con Wireshark, interpretaremos el tráfico capturado desde el protocolo HTTP en la capa de Aplicación, pasando por TCP, IP, hasta el nivel físico con Ethernet. Esta experiencia práctica es clave para entender la estructura y el recorrido de los datos en una red real, mejorando tanto el aprendizaje como la capacidad de diagnóstico en redes.
Esta es una clase extensa, donde la comprensión de estos conceptos les permitirá tener una visión integral del funcionamiento interno de las redes, indispensable para cualquier profesional del área. Además es una clase que permite conectar la teoría con la práctica, y adquirir habilidades para analizar y resolver problemas reales. ¡Nos vemos en la clase!
PREGUNTAS
Las preguntas que encontraras en esta sección, son similares a las que te encontraras en el examen de certificación.¡PARTICIPEMOS!
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Hola Ever!
Esa es una pregunta muy interesante y que yo también me la hice cuando iniciaba mis estudios… ¿dónde están estos protocolos? ¿Están en el sistema operativo? ¿Cómo interactúan entre sí de manera real?
Tratar de entender donde encaja una tecnología dentro del modelo de red y tratar de entender específicamente que parte de una computadora corresponde a qué capa del modelo de red no es simple… lastimosamente muchas tecnologías en las redes de computadoras han sido diseñadas sin tener en mente a los modelos de red, algunas tecnologías abarcan 2 capas o más capas, algunas otras conceptualmente no encajan en ninguna capa.
De manera general, mientras estamos en las capas más inferiores, lidiamos con más hardware, ahí la cosa todavía tiene un sentido para nosotros, si vemos un cable… sabemos que en nuestras manos está la capa física, si vemos un adaptador de red, sabemos que ahí está la capa de enlace de datos/acceso-a-la-red, ya que a través de ese componente los bits son introducidos y sacados del medio de transmisión… pero a medida que vamos subiendo en las capas… todo se vuelve más abstracto, y ya no lidiamos con una pieza de hardware o con conceptos específicos y puntuales del sistema operativo, ahí ya interactuamos con varios componentes.
No existe un momento en que apagues o enciendas el modelo de red, el modelo de red no está concentrado en un punto de la computadora, diríamos que «comenzamos» a utilizar el modelo cuando hacemos uso de una aplicación de red (software de usuario), las aplicaciones de red son las que están programadas para utilizar un determinado protocolo de las diferentes capas (menos capa física y enlace de datos), entonces todo se da a nivel de programación para utilizar un protocolo de aplicación, transporte y red… cuando tu programas tu aplicación de red (código), ahí defines si utilizaras UDP o TCP para envíar tus datos, también defines con código el protocolo IP que vas a utilizar, y defines todo lo relevante a los protocolos de aplicación. El «cómo» utilizar esos protocolos (UDP/TCP/IP) en tu aplicación ya está definido, ya que la mayoría de los protocolos utilizados son estándares cuyas definiciones son públicas a través de los documentos RFC.
Un componente esencial en la programación de aplicaciones de red son los «sockets», los datos de las aplicaciones «salen» del «dominio» de las aplicaciones al enviar los datos por los «sockets», que también son creados en las aplicaciones al utilizar funciones que ya tienen los diferentes sistemas operativos… los sockets son las puertas de salida de los datos de la aplicación de red para llegar al mundo exterior (sistema operativo y red)…esos datos son almacenados en «lugares de memoria» del SO para que la NIC los agarre y los envíe por el medio físico.
De nuevo, para tener comunicación entre el sistema operativo y la aplicación de red, existen funciones (ya existentes en los SO) que se deben introducir al código de las aplicaciones de red, por ejemplo en Windows (es lo mismo para todos los sistemas operativos) se utiliza la función SOCK_DGRAM en tu programa… para decirle al sistema operativo que utilizaras UDP para el transporte de los datos de tu aplicación; también existe la función SOCK_STREAM para decirle que utilizaras TCP, y también existe (entre muchas otras) la función AF_INET para decirle que utilizaras IPv4, a esas funciones tú ya les das los datos que necesiten para funcionar. Esas funciones ya están programadas en el sistema operativo para realizar las diferentes tareas de los protocolos de transporte y red, y ahí ya tendrías que analizar como están implementadas esas funciones en cada sistema operativo.
En sintesis
Aplicación de red – Cuando ejecutas tu aplicación de red, primero se realiza la creación del socket -> definir IP destino y puerto de destino por la aplicación, y definir IP de origen y puerto de origen por el sistema operativo (Esto puede variar) al utilizar funciones en tu programa de aplicación (funciones definidas en el SO)… una vez se crea el socket recién vienen las líneas de código de la aplicación en sí… acá se generan tus datos que quieres enviar al dispositivo de destino.
Entonces con todo esto ¿qué puedes entender?… puedes ver que los limites no están definidos… no encontramos a todos los protocolos en 1 punto de la computadora. Cada componente de hardware/software es encargado de interactuar con otros componentes de hardware/software. Los protocolos de aplicación sí están presentes en la aplicación de red que tu programas… pero los conceptos de IP TCP UDP ya no queda tan claro, vemos que sí se utilizan dichos conceptos en las aplicaciones de red y también en el sistema operativo general, entonces esos protocolos donde encajan?…puedes ver que es algo abstracto, es una interacción entre el sistema operativo general, la aplicación de red y la NIC.
Si quieres ahondar más en este tema, tienes que introducirte en el concepto de programación de aplicaciones de red y programación de sockets.
Espero que mi respuesta te haya ayudado y no me haya enredado en la explicación.
Atento a tus comentarios.
Efectivamente Ever
La generación de datos se da al utilizar la aplicación de red que se programa, de acuerdo al tipo de aplicación creada se generan diferentes tipos de datos que van a utilizar otros protocolos de las diferentes capas de Transporte y Red para que puedan llegar a su destino. Esos protocolos de Transporte y Red que vas a utilizar también son definidos en el código de la aplicación de red, sin embargo ahí solo defines que vas utilizar cierto protocolo de Red y de Transporte, pero las tareas específicas de esos protocolos de Red y de Transporte ya las realiza el sistema operativo general y no así la aplicación de red que tu creaste.
Estoy atento si tuvieras más consultas sobre este tema. Te recomendaría ver los temas de UDP y TCP y volver a este tema para entenderlo a más detalle.
Atento a tus comentarios.
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