ARQUITECTURA DE RED. MODELO OSI Y TCP/IP

Redes. Arquitectura de Red. Modelo OSI Y TCP/IP

Dentro del presente articulo, se van a describir varios puntos relacionados al tema de redes, específicamente arquitecturas o modelos de red y sus protocolos mas importantes. En el se explicara detalladamente los modelos OSI y TCP/IP, abarcando sus conceptos , funcionalidad , el porque fueron creados,características y las diferentes capas que los componen. Así como también , el lector podrá apreciar las semejanzas y diferencias entre ambos modelos, plasmados en un cuadro comparativo. Ademas se ha anexado un mapa conceptual explicando todo lo referente al tema de redes conforme a su estructura, topo logias, tipos y clasificación. Finalmente se define la Pila de Protocolos,en que consiste en encapsulamiento de datos ( definición y pasos para llevar a cabo el proceso), conclusión referente al tema y las fuentes o referencias utilizadas para la realización de este articulo

Palabras Clave: Red, Protocolos, Modelos, Capas, Encapsulamiento 

Arquitectura de Red

Las redes se organizan en una serie de capas o niveles con objeto de reducir la complejidad de sus diseños. Como se había dicho anteriormente , es un conjunto de capas y protocolos , que constituyen un sistema de comunicaciones, abarcando tanto la red como los sistema empleados. Estas capas están jerarquizadas de modo que cada una de ellas, se construye sobre su predecesora, es decir, la misión de cada capa, es la de proveer servicios a las capas superiores de manera transparente e igualmente de solicitar dicho servicio a sus capas inferiores. En una red, cada dispositivo implementa un cierto numero de capas. Generalmente los sistemas completos ,abarcan todas las capas mientras, que los sistemas intermedios , implementan un determinado numero de las mismas A continuación una imagen representativa de una red de computadoras:

Figura (A) "Redes de Computadoras" Fuente: https://www.caracteristicas.co/redes-de-computadoras/ (2013)

Modelo OSI

Llamado así por si siglas en ingles "Open Systems Internconnections" , traducido como "Interconexion de Sistemas Abiertos", es un modelo de referencia para protocolos de comunicaciones de redes informáticas o de computadores. Fue creado en la década 1980 por la Organización Internacional de Normalizacion (ISO). Durante este tiempo su función fue estandarizar las comunicaciones de Internet. Al ser un modelo normativo , no abarca mas de hacer un intento por generalizar las diversas áreas tecnológicas, dado que existen numerosos fabricantes, compañías y tecnologías en el mundo de las telecomunicaciones. 


De igual manera, el modelo de referencia OSI,se ha convertido en el modelo principal para la comunicaciones por red, proporcionando para sus usuarios un conjunto de estándares que aseguraran mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnología de red, producidas por las empresas a nivel mundial .Actualmente existen otros modelos , la mayoría de los fabricantes de redes relacionan sus productos con este sistema. Esto es en particular cuando lo que buscan es enseñar a los usuarios a utilizar sus productos y se considera la mejor herramienta disponible para enseñar como enviar y recibir datos a través de la red.

Por otra parte, este modelo actualmente ofrece siete capas distintas , con las que se pueden definir las fases en las que atraviesa la información, en su viaje desde un dispositivo electrónico a otro, conectado a una red, sin importar el tipo de tecnología que se utlize ni la ubicación geográfica. Su funcionamiento depende directamente de estas siete capas , en la que se descompone, el proceso de comunicación digital, asignando a cada capa funciones muy especificas, dentro de una estructura jerárquica, garantizando que la comunicación entre las redes sea eficaz.

Capas del Modelo OSI

El Modelo OSI, es un marco que se puede utilizar para comprender como viaja la información a través de una red. Este explica de que manera los paquetes de datos viajan a través de varias capas a otro dispositivo de una red, aun cuando el remitente y el destinatario poseen diferentes tipos de medios.

Las siete capas o niveles del modelo OSI son los siguientes: 

1) Capa Física: La capa más baja del modelo, se encarga de la topología de red y las  conexiones globales entre la computadora y la red, refiriéndose tanto al medio físico como a la manera en que la información se transmite y cumple con las funciones de especificar la información sobre el medio físico

2) Capa de Enlace de Datos: Se ocupa del redireccionamiento físico, detección de errores, acceso al medio y control del flujo durante la comunicación, siendo parte de la creación de protocolos básicos para regular la conexión entre los sistemas informáticos

3) Capa de Red: Es la capa que se encarga de la identificación del enrutamiento existente entre las redes involucradas, así, las unidades de datos pasan a denominarse “paquetes” y pueden clasificarse conforme al protocolo de enrutamiento  que utilizan. El objetivo de esta capa es garantizar que los datos lleguen a su destino, incluso si ello implica utilizar dispositivos externos, como enrutadores.

4) Capa de Transporte: Aquí es donde se realiza el transporte de los datos que se hallan dentro de cada paquete, de la computadora de origen a la de destino, independientemente del medio físico que se emplee para ello. Su trabajo se da mediante puertos lógicos y da forma a los llamados Sockets IP: Puerto.

5) Capa de Sesión: Se encarga de controlar y mantener el vínculo entre las computadoras que intercambian datos, asegurándose de que, una vez establecida la comunicación entre ambos sistemas, el canal de transmisión de datos pueda retomarse en caso de interrumpirse. Estos servicios pueden llegar a ser prescindibles parcial o totalmente, dependiendo del caso.

6) Capa de Presentación: Esta capa se ocupa de la representación de la información, o sea, de su traducción, garantizando que los datos recibidos en cualquier extremo de la red sean del todo reconocibles, sin importar el tipo de sistema empleado. Es la primera capa que se ocupa del contenido de la transmisión. Además, permite el cifrado, la codificación, compresión de los datos, y su adecuación a la máquina que los recibe, puede ser una computadora, tableta o celular.

7) Capa de Aplicación: Dado que continuamente se desarrollan nuevos protocolos de comunicación, a medida que surgen nuevas aplicaciones, esta última capa define los protocolos que emplean las aplicaciones para el intercambio de datos y les permite acceder a los servicios de cualquiera de las demás capas. 

A continuación se visualizara la jerarquía conformada por las capas del Modelo Osi.

Figura (B) "¿Que es OSI?" Fuente: https://www.definicionabc.com/tecnologia/osi.php (2015)

    Modelo TCP/IP

Actualmente los ordenadores , están conectados a un a red y  la mayoría lo hacen utilizando el modelo TCP/IP . Este es un protocolo para comunicación en redes que permite que un equipo pueda comunicarse dentro de una red. Estaba basado en modelo teórico de OSI con el que comparte 4 capas del mismo, sin embargo, ofrece mas opciones y un modelo mas practico. El Departamento de Defensa de los EE.UU. (DoD) creo el modelo TCP/IP, con la finalidad diseñar una red, que pudiera sobrevivir ante cualquier circunstancia. En un mundo conectado por diversos medios de comunicación ( cobre, microondas, fibras ópticas, enlaces satélites, etc), este modelo fue implementado para que la transmisión de paquetes se realizara de forma exitosa y ante cualquier inconveniente. 

Del mismo modo,  la definición de TCP/IP, es la identificación del grupo de protocolos de red que hacen posible la transferencia de datos en redes, entre equipos informáticos y la red. Las siglas TCP/IP hacen referencia a este grupo de protocolos.

• TCP: Es el protocolo del nivel de transmisión que permite establecer una conexión y un intercambio de datos entre los anfitriones, proporcionando un transporte fiable de datos

• IP: o también llamado protocolo de internet: utiliza direcciones series de cuatro octetos con formato de punto decimal como por ejemplo 75.4.160.25. Este protocolo lleva los datos a otras maquinas de red   

El modelo TCP/IP permite un intercambio fiable de datos dentro de una red, definiendo los pasos a seguir, desde que se envían los datos por paquetes hasta que son recibidos. Para lograrlo utiliza un sistema de capas con un orden establecido, que se comunican con su capa superior la cual envía los resultados y las capas inferiores, a las cuales se les solicita el servicio. Ente ellas se pueden encontrar:

• Nivel de Enlace o Acceso de Red: Es la primera capa del modelo y ofrece la posibilidad del acceso físico a la red, especificando el modo en que los datos deben enrutarse independientemente del tipo de red utilizado

• Nivel de Red o Internet: Proporciona el paquete de datos y administra las direcciones IP. Esta capa es considerada la mas importante y engloba protocolos como IP, ARP, ICMP, IGMP y RARP.

• Nivel de Transporte: Permiten conocer el estado de transmisión, así como los datos de enrutamiento y utilizan los puertos para asociar un tipo de aplicación con un tipo de dato.

• Nivel de Aplicación: Es la parte superior del protocolo TCP/IP y suministra las aplicaciones de red conocidas como: Telnet, FTP o SMTP, que se comunican con las capas anteriores.

Dicho esto la importancia del Protoco TCP/IP radica en que este permite que los datos enviados lleguen a su destino sin errores y bajo la misma forma en la que fueron enviados. A continuación se anexera una imagen correspondiente a las capas comprendidas por este protocolo. 

Figura (C): "¿Que es el TCP/IP?" Fuente: https://www.adslzone.net/2016/06/23/que-es-el-tcpip/ (2019)

Comparación entre el Modelo OSI y TCP/IP

A continuación se presentara una tabla, en donde se representara la comparación entre el Modelo OSI y el Modelo TCP/IP

   Figura (D): "Comparación modelo OSI y TCP/IP" Fuente: Morantes (2020)

Pila de Protocolos

Es una colección de procesos organizados en capas, que se componen unas encima de otras, donde cada protocolo implementa una función especifica. Los protocolos encuadrados en la capa inferior proporcionan sus servicios a las capas superiores para que estas puedan ejercer su funcionalidad.

Figura (E) "Modelo TCP/IP" Fuente:Cisco CNNA 1 and 2 (2005)

La Figura (E), ilustra alguno de los protocolos comunes especificados por las capas del modelo de referencia TCP/IP. Entre ellos se encuentran :

- De la capa Aplicación

•  FTP: Protocolo de Transferencia de archivos
• HTTP: Protocolo de Transferencia de Hipertexto
• SMTP: Protocolo simple de Transferencia de correo
• DNS: Sistema de denominación de dominios
• TFTP: Protocolo Trivial de Transferencia de Archivos

- De la capa Transporte

• TCP: Protocolo para el Control de Transporte
• UDP: Protocolo de Datagrama de Usuario

- De la capa Internet

• IP: Protocolo Internet

Encapsulamiento de Datos

Todas las comunicaciones de una red parten de un origen y se envían a su destino. La información que se envía a través de una red , se denomina paquetes de datos.Si un equipo (A), desee enviar datos a un equipo (B), estos datos deben empaquetarse a través de un proceso conocido como encapsulamiento. Estos rodean los datos con la información de protocolo necesaria antes de que sea enviado a la red.  Por lo tanto, a medida de que los datos se desplazan a través de las capas del Modelo OSI, reciben encabezados , información final y otros tipos de encabezado. En la siguiente imagen se pueden observar los cincos pasos , para el encapsulamiento de datos.

Figura (F) "Proceso detallado de encapsulamiento" Fuente: Cisco CNNA 1 and 2 (2005) 

1) Creación de datos: Cuando un usuario envía un mensaje e correo electrónico, sus caracteres alfanuméricos se convierten en datos que pueden recorren la internerwork   

2) Empaquetar los datos para ser transportados de extremo a extremo: Los datos son empaquetados para ser transportados por la internetwork. Al utilizar segmentos , la función de transporte aseguran que los host del mensaje en ambos extremos del sistema de correo electrónico se puedan comunicar de forma confiable

3) Agregar dirección IP al encabezado: los datos se colocan en un datagrama que contiene un encabezado de paquete con las direcciones lógicas de origen y destino. Estas direcciones ayudan a los dispositivos de red a enviar los paquetes a traves de la red por una ruta seleccionada.

4) Agregar el encabezado y la información final de la capa de enlace de datos: Cada dispositivo de la red debe poner el paquete dentro de una trama. La trama permite conectarse al próximo dispositivo de red conectado directamente en el enlace.

5) Realizar la conversión de bits para su transmisión: La trama debe convertirse en un patrón de 0 y 1 ( bits) para su transmisión a través del medio. Estos bits son distinguidos a los largo de la transmisión mediante una función de temporizador y el medio de la internetwork puede variar durante la ruta realizada.

Conclusiones

Se puede afirmar que las arquitecturas o modelos de red, comprenden un sistema funcional, compuesto por equipos de transmisión, programas y protocolos de comunicación y de una infraestructura alambrica y radioeléctrica, que permite la transmisión de datos de los diferentes componentes. Dentro los protocolos o arquitecturas mas destacables cabe renombrar los modelos OSI y TCP/IP

De tal manera, el Modelo OSI, es un sistema, que fue publicado con el objeto de estandarizar o normalizar los sistemas de comunicación entre dispositivos. Cabe destacar que este sistema no aplica ningún protocolo, ya que esta indicado mas como modelo de referencia que como una arquitectura en general. Del mismo modo se encuentra el Modelo TCP/IP, el cual es el sistema base, para las comunicaciones del Internet, permitiendo la interconexion de redes de diferente índole y proporcionar el uso de diferentes aplicaciones ,su exito reside en que permite interconectar redes de diferentes, tecnologías y fabricantes  

Finalmente , para concluir el Modelo OSI y el Modelo TCP/IP, son modelos conceptualizados , utilizados para la descripción de todas las comunicaciones de la red.Sin embargo estos presentar ciertas diferencias, haciendo énfasis en que, el Modelo OSI es utilizado,como se habia dicho anteriormente como un sistema de referencias, mientras que el TCP/IP es una serie de protocolos o reglas para llevar a cabo la interconexion de equipos y redes, cuya finalidad común es la proporcionar que las transmisión y el recibimiento de información se lleve a cabo de la mejor manera.

Referencias Bibliográficas

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