Tema 24. Modelo OSI y TCP/IP

Conceptos Fundamentales y Comparativa

Puntos fuertes: Diferenciar entre un modelo de referencia (OSI) y uno de protocolo (TCP/IP).

• Palabras clave: Interoperabilidad , Estándar , Encapsulación , PDU (Protocol Data Unit).

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Desglose por Capas (Modelo OSI)

Capa 1: Física

• Cómo se transporta: La información viaja en forma de bits transformados en pulsos eléctricos, luz o radiofrecuencia.
• Aspectos relevantes: Define medios mecánicos, eléctricos y funcionales (voltajes, conectores, tasas de transferencia).
• Dispositivos: Hubs (concentradores), repetidores, transceivers, cables (cobre, fibra) y medios de RF.

Capa 2: Enlace de Datos

• Cómo se transporta: La información se organiza en tramas (frames).
• Aspectos relevantes: Responsable de la transferencia fiable (libre de errores) entre máquinas conectadas directamente. Se divide en dos subcapas: LLC (802.2) y MAC (802.3, 802.11, etc.).
• Dispositivos: Switches (conmutadores), Bridges (puentes) y la NIC (tarjeta de red), que utiliza la dirección MAC de 48 bits.

Capa 3: Red

• Cómo se transporta: La información viaja en paquetes.
• Aspectos relevantes: Se encarga del direccionamiento lógico (IP) y la determinación de la ruta (enrutamiento). Gestiona jerarquías de red y host.
• Dispositivos/Protocolos: Routers. Protocolos enrutables (IP, IPv4/IPv6) y de enrutamiento (RIP, OSPF, BGP).

Capa 4: Transporte

• Cómo se transporta: Los datos se dividen en segmentos.
• Aspectos relevantes: Permite la comunicación extremo a extremo de forma fiable (TCP) o no fiable (UDP). Controla el flujo y la retransmisión de datos perdidos.
• Dispositivos/Aplicaciones: Se utilizan números de puerto (socket) para identificar aplicaciones específicas en el host.

Capa 5: Sesión

• Cómo se transporta: Gestiona el diálogo entre aplicaciones.
• Aspectos relevantes: Establece, mantiene y finaliza sesiones entre usuarios. Incluye puntos de comprobación (checkpoints) para recuperación tras fallos.
• Aplicaciones: Control de diálogos, conexiones de tiempo compartido.

Capa 6: Presentación

• Cómo se transporta: Traduce el formato de los datos.
• Aspectos relevantes: Se encarga de la representación, cifrado (seguridad) y compresión de datos para que sean reconocibles por el receptor.
• Formatos: ASCII, EBCDIC, JPEG, MP3, etc.

Capa 7: Aplicación

• Cómo se transporta: Es el punto de acceso para el usuario y los procesos de red.
• Aspectos relevantes: Proporciona servicios de red a las aplicaciones del usuario final.
• Aplicaciones/Protocolos: HTTP (Web), FTP (Archivos), DNS (Nombres), SMTP/POP3 (Correo), DHCP.

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Modelo TCP/IP: La Realidad Práctica

Puntos fuertes para el examen:

• Ventajas: Es escalable (enroutable), multiplataforma e imprescindible para Internet.
• Estructura: Se reduce a 4 o 5 capas principales (Aplicación, Transporte, Internet y Acceso a Red).
• Proceso Clave: Encapsulación (añadir cabeceras al bajar por la pila) y desencapsulación (al subir).

Resumen de PDUs por Capa

Switch de Capa 2 (Data Link Layer)

Es el switch «estándar» o tradicional. Su función principal es conectar dispositivos dentro de una misma red local (LAN).

• A qué se refiere: Se refiere a que el dispositivo opera exclusivamente en la Capa de Enlace de Datos del modelo OSI.
• Cómo toma decisiones: Utiliza la dirección MAC (dirección física). Tiene una tabla (tabla CAM) donde asocia cada dirección MAC con el puerto físico donde está conectado el equipo.
• Palabra clave para el examen: Conmutación (Switching). No entiende de direcciones IP; solo mueve «tramas» de un punto A a un punto B dentro de la misma subred.
• Limitación: No puede comunicar dos redes diferentes (por ejemplo, la red de «Radiología» con la de «Admisión» si están en subredes distintas).

Switch de Capa 3 (Network Layer)

También llamado Switch Multicapa. Es un híbrido entre un switch y un router.

• A qué se refiere: Se refiere a un dispositivo que, además de realizar las funciones de la Capa 2, tiene la inteligencia para operar en la Capa de Red.
• Cómo toma decisiones: Puede utilizar tanto la dirección MAC como la dirección IP.
• Palabra clave para el examen: Enrutamiento Inter-VLAN. Su gran ventaja es que permite comunicar diferentes redes virtuales (VLANs) a una velocidad de hardware (mucho más rápido que un router tradicional).
• Dispositivos afectados: Se utiliza habitualmente en el «Core» (núcleo) o en la capa de «Distribución» de la red de un hospital o centro administrativo para gestionar el tráfico entre distintos departamentos.

¿La subcapa MAC tiene que ver con la dirección MAC de los dispositivos?

Sí, totalmente. Están directamente relacionadas.

• La subcapa MAC (Media Access Control – Control de Acceso al Medio) es la parte del hardware/software que se encarga de «hablar» con el medio físico (el cable o el aire).
• Para que esta subcapa sepa a quién enviar los datos en una red local donde hay muchos equipos, necesita un «nombre» único para cada tarjeta de red. Ese nombre es la Dirección MAC (dirección física).
• Dato de examen: La dirección MAC tiene 48 bits (6 bytes). Los primeros 3 bytes identifican al fabricante (OUI) y los últimos 3 son el número de serie único.

Diferencias entre las dos subcapas (LLC vs. MAC)

Imagina la Capa 2 como un puente. La parte de arriba del puente mira hacia el software (Capa 3 – IP) y la parte de abajo mira hacia el cable (Capa 1 – Física).

Subcapa LLC (Logical Link Control – IEEE 802.2)

Es la parte «superior» de la Capa 2. Es puramente software.

• Función principal: Actúa como interfaz entre las capas superiores (como IP) y el hardware.
• Qué hace: Identifica qué protocolo de red se está utilizando (¿es IP? ¿es IPX?). También se encarga del control de errores y el control de flujo (para que el emisor no sature al receptor).
• Para recordar: Es la capa «inteligente» que no sabe si estás en WiFi o en cable, solo le importa que los datos lleguen bien.

Subcapa MAC (Media Access Control)

Es la parte «inferior» de la Capa 2. Está muy ligada al hardware.

• Función principal: Controlar quién y cuándo se puede transmitir en el cable o en el aire para evitar colisiones.
• Qué hace: Añade la dirección MAC de origen y destino a la trama. Define el inicio y el fin de la trama (delimitación).
• Para recordar: Es la capa «operativa». Aquí es donde viven los estándares 802.3 (Ethernet) y 802.11 (WiFi).

Concepto de control de flujo

Este concepto aparece tanto en la Capa 2 (Enlace) como en la Capa 4 (Transporte), y distinguirlas es vital para no caer en la trampa del examinador.

Como tu preparador, vamos a diseccionar la diferencia técnica basándonos en el alcance y el objetivo:

Control de flujo en la Capa 2 (Enlace de Datos)

Aquí el control es «Nodo a Nodo» (o salto a salto).

• A qué se refiere: Se encarga de que un emisor no sature a un receptor que está directamente conectado a él (por ejemplo, de tu PC al Switch, o entre dos routers unidos por un cable).
• El escenario: Imagina que tu PC envía datos a 1 Gbps pero el switch al que está conectado solo puede procesar a 100 Mbps. La Capa 2 le dice a tu PC: «¡Frena! Mi buffer está lleno».
• Mecanismos típicos: Parada y espera (Stop-and-wait) o tramas de pausa (IEEE 802.3x).
• Palabra clave para el examen: Adyacente o Enlace local.

Control de flujo en la Capa 4 (Transporte)

Aquí el control es «Extremo a Extremo» (End-to-End).

• A qué se refiere: Se encarga de que el host de origen no sature al host de destino, independientemente de cuántos routers o switches haya en medio. El emisor (Capa 4 de origen) se coordina con el receptor (Capa 4 de destino).
• El escenario: Estás descargando un archivo de un servidor en EE.UU. Tu conexión es rápida, pero la CPU del servidor o su aplicación están muy ocupadas. El protocolo TCP ajusta la velocidad para que los paquetes no se descarten al llegar al destino final.
• Mecanismo estrella: Ventana Deslizante (Sliding Window). El receptor le dice al emisor cuántos bytes está dispuesto a recibir antes de que el emisor tenga que esperar un ACK (confirmación).
• Palabra clave para el examen: Extremo a extremo o Ventana deslizante.