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6. Las capas del TCP/IP

La Capa de Enlace

Está implementada en el device driver del sistema operativo y en la tarjeta de interfaz que conecta a la computadora con la red. Esta capa tiene a su cargo los detalles de la comunicación en la parte física (hardware) y garantizar su fiabilidad.

La capa de red le entrega a la capa de enlace paquetes de información llamados datagramas. Cada datagrama contiene el número IP, comprendido por un número de 32 bits, correspondiente a su destinatario.

La capa de enlace tiene las funciones principales siguientes:

• Convertir los datagramas en tramas:
  Debido a que las tarjetas de red requiren que la información que éstas envíen estén encapsuladas en forma de tramas.
• Convertir el número IP del destinatario en su dirección real:
  Cuando una computadora desea enviar una trama de una computadora a otra es necesario que conozca la dirección física de la computadora destinatario , esto se debe a que a ese nivel, las direcciones IP no son significativas. La traducción de número IP a dirección física se realiza mediante el Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP Address Resolution Protocol). Mediante ARP se evita que las capas superiores requieran conocer direcciones físicas.
• Enviar la información a esta computadora, utilizando el protocolo que la red local especifique o los protocolos SLIP( Serial Line Internet Protocol, Protocolo Internet de Línea Serial), CSLIP( Compressed SLIP, SLIP Comprimido) o PPP ( Point to Point Protocol, Protocolo de Punto a Punto) si se trata de una línea telefónica.
• Convertir de regreso las tramas recibidas en datagramas para entregarlas a la capa de enlace en el lado del receptor.

La Capa de Red

Su función principal se basa en la entrega de paquetes (datagramas) de una computadora a otra . Implementa algoritmos para ruteo, para evitar congestionamientos y para interconexión de redes ( gateways y ruteadores).

Los servicios que provee son no orientados a conexión. Toda la información que se transmite a través de Internet son datagramas IP. Esta capa no es fiable, es decir, no se encarga de verificar que un datagrama haya sido recibido o de volverlo a mandar en caso de existir algún error.

El protocolo central de esta capa es el IP y realiza las siguientes tareas:

• Recibe de la capa de transporte la información a enviar (en paquetes llamados segmentos) que incluyen la dirección IP del destinatario.
• Encapsula dichos segmentos en datagramas.
• Determina cuál es la ruta que debe seguirse para entregar cada datagrama. IP sólo es capaz de entregar paquetes a computadoras físicamente conectadas en la misma red local. Así, si se desea enviar un datagrama a otra red, será necesario que IP determine cuál es el ruteador o gateway al que deberá enviarle la información. Una vez determinada la dirección de la siguiente computadora a contactar, le entrega a la capa de enlace el datagrama (que incluye la dirección IP de destino).
• Verifica cuando la computara recibe un datagrama, si dicho datagrama está destinado para ella. Si es así, lo reensambla en segmentos y lo pasa a la capa de transporte. Si no está destinado para ella, realiza nuevamente la operación descrita en el punto anterior.
• ICMP:Otro protocolo importante de esta capa es el Protocolo de Mensajes de Control de Internet ( ICMP Internet Control Message Protocol) que se encarga de realizar las siguientes funciones:
• Control de flujo. Evita que una computadora envíe más datagramas de los que el receptor puede procesar.
• Detección de errores en las rutas que siguen los datagramas. En ocasiones, algunas rutas no estarán disponibles, y si IP desea comunicarse con una computadora para la que no haya ruta, ICMP se encarga de notificarle el error.
• Verificación de que una computadora esté conectada y su capa de red funcionando correctamente.

La Capa de Transporte

Su función principal de esta capa es permitir la comunicación directa del remitente a los destinatarios.

Consta de dos protocolos:

• TCP, cuya función principal es permitir comunicación libre de errores tipo orientada a conexión;
• UDP ( User Datagram Protocol, Protocolo de Datagramas de Usuario), cuya función principal es permitir el uso directo de datagramas IP.

Las funciones de TCP son, principalmente:

• Dividir la información que recibe de la capa de aplicación en segmentos que pasarán a la capa de red. Al enviar un segmento inicializa un reloj, en espera de una contraseña (indicando que el mensaje se recibió); si el reloj expira antes que esta última se reciba, reenvía el segmento suponiendo que el segmento se ha perdido. Cuando TCP recibe un mensaje, envía al remitente una contraseña confirmando la recepción.
• Implementa algoritmos para verificar que la información recibida fue la misma que la enviada; en caso de que el segmento llegue dañado a su destino, se indica al remitente del hecho y este último lo reenvía. Puesto que IP no garantiza el orden de llegada de los segmentos que envía, TCP debe reordenarlos si es necesario. Implementa algoritmos de control de flujo. Da la impresión a una aplicación de tener una línea directa en ambos sentidos ( full duplex) a través de la cual se realiza la comunicación.
• TCP otorga a la capa de aplicación una comunicación libre de errores punto a punto (de fuente a destino) que aparenta ser orientada a conexión (aun cuando siempre se implemente mediante servicios no orientados a conexión); a esta conexión se le conoce como conexión TCP.
• TCP define un nivel de direccionamiento, el puerto, que permite distinguir entre diferentes conexiones que se estén realizando simuláneamente. Cada puerto es identificado con un número de 16 bits. Su uso es claramente ejemplificado por el modelo cliente-servidor. Para que el cliente pueda conectarse con el servidor, es necesario que el primero sepa dónde encontrar al segundo; para resolver este problema, varios números de puertos están reservados para algunas aplicaciones (correo electrónico, telnet, ftp, web, etc.)
• Los números de puerto son asignados por IANA ( Internet Assigned Number Authority, Autoridad Asignadora de Números en Internet). Esta agencia reserva números a los servicios que puede ofrecer un servidor. Por ejemplo, el número de puerto del servicio ftp es el 21, el de telnet es 23, el de Web es el 80. En general, los números de puerto entre 1 y 255 los asigna la IANA. Un cliente de Web sabe que para conectarse con un servidor (también de Web), debe establecer una conexión TCP al puerto 80 de la máquina en cuestión.

La Capa de Aplicación

Es donde se encuentran las aplicaciones utilizadas por el usuario. Algunas aplicaciones son tan comunes que se decidió estandarizarlas, entre ellas se encuentran acceso remoto (telnet y rlogin), transferencia de archivos (ftp), correo electrónico (SMTP), Web (HTTP), etc.