Crítica al modelo TCP/IP

Al igual que el modelo OSI, TCP/IP y los protocolos también tienen sus fallas. En el cuadro comparativo mostrado anteriormente, se señalaba que el modelo TCP/IP no distingue claramente los conceptos de servicio, interfaz y protocolo, tampoco hace la diferenciación entre especificación e implementación que la ingeniería de software requiere, por lo que TCP/IP no es una guía para el diseño de redes nuevas mediante nueva tecnología.

TCP/IP no es un modelo general, por ejemplo, es imposible utilizar este modelo para describir Bluetooth.

La capa host a red es más bien una interfaz entre la capa de red y la de enlace de datos.

El modelo TCP/IP no distingue las capas física y de enlace de datos, siendo ambas muy diferentes: mientras la capa física tiene que ver con las características de transmisión de comunicación por cable de cobre, por fibra óptica e inalámbrica; la capa de enlace se encarga de  delimitar el inicio y fin de las tramas y captarlas con un grado deseado de confiabilidad.

Resumen

Los equipos y los dispositivos conectados a internet se comunican utilizando un conjunto de reglas denominado Protocolo de control de transmisión (TCP) y el Protocolo de Internet (IP).

Para poder aplicar el modelo TCP/IP en cualquier equipo, es decir, independientemente del sistema operativo, el sistema de protocolos TCP/IP se ha dividido en diversos módulos. Cada uno de éstos realiza una tarea específica. Además, estos módulos realizan sus tareas uno después del otro en un orden específico, es decir que existe un sistema estratificado. Ésta es la razón por la cual se habla de modelo de capas.

El término capa se utiliza para reflejar el hecho de que los datos que viajan por la red atraviesan distintos niveles de protocolos. Por lo tanto, cada capa procesa sucesivamente los datos (paquetes de información) que circulan por la red, les agrega un elemento de información (llamado encabezado) y los envía a la capa siguiente.

El modelo TCP/IP es muy similar al modelo OSI (modelo de 7 capas) que fue desarrollado por la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) para estandarizar las comunicaciones entre equipos.

Evaluando los modelos OSI y TCP/IP se puede observar que:

a) El modelo OSI es útil en la exposición de redes, no así sus protocolos.

b) El modelo TCP/IP es prácticamente inexistente, pero los protocolos tiene amplio uso. [TANE04]

QUÉ SIGNIFICATCP IP

TCP/IP es una denominación que permite identificar al grupo de protocolos de red que respaldan a Internet y que hacen posible la transferencia de datos entre redes de ordenadores. En concreto, puede decirse que TCP/IP hace referencia a los dos protocolos más trascendentes de este grupo: el conocido comoProtocolo de Control de Transmisión (o TCP) y el llamado Protocolo de Internet (presentado con la sigla IP)

En este sentido, es necesario subrayar que el primero de los protocolos citados lo que hace es proporcionar un transporte muy fiable de los datos dentro de lo que es el nivel de transporte de referencia OSI. Y mientras, el segundo, el protocolo IP se identifica y define especialmente por el hecho de que lo que hace, en el nivel de red, es ofrecernos la posibilidad de dirigir los citados a otras máquinas.

Asimismo, hay que subrayar que dentro de lo que es TCP/IP existen varios niveles que es muy importante que sean tenidos en cuenta. En concreto son cuatro:

Nivel de aplicación. Es el más alto dentro del protocolo que nos ocupa y en él se encuentran una serie de aplicaciones que tienen la capacidad de acceder a diversos servicios a los que se puede acceder vía Internet.

Nivel de transporte. Es el encargado de ofrecer una comunicación entre extremos de programas de aplicación.

Nivel de red. Se dedica a realizar una serie de acciones sobre la información que recibe del nivel anterior para luego acometer el envío al nivel que está por debajo de él.

Nivel de enlace. Su misión más clara es transmitir la información que recibe al hardware.

De todas formas, no hay que olvidar que este conjunto alberga a más de 100 protocolos distintos, entre los que se encuentran el HTTP (HyperText Transfer Protocol), necesario para lograr el acceso a cada sitio web; ARP (Address Resolution Protocol), que permite resolver las direcciones; FTP (File Transfer Protocol), imprescindible cuando se necesita transferir archivos; SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) y POP (Post Office Protocol), entre otros.

Capa de red física

La capa de red física especifica las características del hardware que se utilizará para la red. Por ejemplo, la capa de red física especifica las características físicas del medio de comunicaciones. La capa física de TCP/IP describe los estándares de hardware como IEEE 802.3, la especificación del medio de red Ethernet, y RS-232, la especificación para los conectores estándar.

Capa de vínculo de datos

La capa de vínculo de datos identifica el tipo de protocolo de red del paquete, en este caso TCP/IP. La capa de vínculo de datos proporciona también control de errores y estructuras. Algunos ejemplos de protocolos de capa de vínculo de datos son las estructuras Ethernet IEEE 802.2 y Protocolo punto a punto (PPP).

Capa de Internet

La capa de Internet, también conocida como capa de red o capa IP, acepta y transfiere paquetes para la red. Esta capa incluye el potente Protocolo de Internet (IP), el protocolo de resolución de direcciones (ARP) y el protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP).

Protocolo IP

El protocolo IP y sus protocolos de enrutamiento asociados son posiblemente la parte más significativa del conjunto TCP/IP. El protocolo IP se encarga de:

• Direcciones IP: Las convenciones de direcciones IP forman parte del protocolo IP. Cómo diseñar un esquema de direcciones IPv4introduce las direcciones IPv4 y Descripción general de las direcciones IPv6 las direcciones IPv6.
• Comunicaciones de host a host: El protocolo IP determina la ruta que debe utilizar un paquete, basándose en la dirección IP del sistema receptor.
•  Formato de paquetes: el protocolo IP agrupa paquetes en unidades conocidas como datagramas. Puede ver una descripción completa de los datagramas en Capa de Internet: preparación de los paquetes para la entrega.
• Fragmentación: Si un paquete es demasiado grande para su transmisión a través del medio de red, el protocolo IP del sistema de envío divide el paquete en fragmentos de menor tamaño. A continuación, el protocolo IP del sistema receptor reconstruye los fragmentos y crea el paquete original.

Oracle Solaris admite los formatos de direcciones IPv4 e IPv6, que se describen en este manual. Para evitar confusiones con el uso del Protocolo de Internet, se utiliza una de las convenciones siguientes:

• Cuando se utiliza el término "IP" en una descripción, ésta se aplica tanto a IPv4 como a IPv6.
• Cuando se utiliza el término "IPv4" en una descripción, ésta sólo se aplica a IPv4.
• Cuando se utiliza el término "IPv6" en una descripción, ésta sólo se aplica a IPv6.

Protocolo ARP

El protocolo de resolución de direcciones (ARP) se encuentra conceptualmente entre el vínculo de datos y las capas de Internet. ARP ayuda al protocolo IP a dirigir los datagramas al sistema receptor adecuado asignando direcciones Ethernet (de 48 bits de longitud) a direcciones IP conocidas (de 32 bits de longitud).

Protocolo ICMP

El protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP) detecta y registra las condiciones de error de la red. ICMP registra:

• Paquetes soltados: Paquetes que llegan demasiado rápido para poder procesarse.
• Fallo de conectividad: No se puede alcanzar un sistema de destino.
• Redirección: Redirige un sistema de envío para utilizar otro enrutador.

El Capítulo 8Administración de redes TCP/IP (tareas) contiene más información sobre los comandos de Oracle Solaris que utilizan ICMP para la detección de errores.

Capa de transporte

La capa de transporte TCP/IP garantiza que los paquetes lleguen en secuencia y sin errores, al intercambiar la confirmación de la recepción de los datos y retransmitir los paquetes perdidos. Este tipo de comunicación se conoce como transmisión de punto a punto. Los protocolos de capa de transporte de este nivel son el Protocolo de control de transmisión (TCP), el Protocolo de datagramas de usuario (UDP) y el Protocolo de transmisión para el control de flujo (SCTP). Los protocolos TCP y SCTP proporcionan un servicio completo y fiable. UDP proporciona un servicio de datagrama poco fiable.

Protocolo TCP

TCP permite a las aplicaciones comunicarse entre sí como si estuvieran conectadas físicamente. TCP envía los datos en un formato que se transmite carácter por carácter, en lugar de transmitirse por paquetes discretos. Esta transmisión consiste en lo siguiente:

• Punto de partida, que abre la conexión.
• Transmisión completa en orden de bytes.
• Punto de fin, que cierra la conexión.

TCP conecta un encabezado a los datos transmitidos. Este encabezado contiene múltiples parámetros que ayudan a los procesos del sistema transmisor a conectarse a sus procesos correspondientes en el sistema receptor.

TCP confirma que un paquete ha alcanzado su destino estableciendo una conexión de punto a punto entre los hosts de envío y recepción. Por tanto, el protocolo TCP se considera un protocolo fiable orientado a la conexión.

Protocolo SCTP

SCTP es un protocolo de capa de transporte fiable orientado a la conexión que ofrece los mismos servicios a las aplicaciones que TCP. Además, SCTP admite conexiones entre sistema que tienen más de una dirección, o de host múltiple. La conexión SCTP entre el sistema transmisor y receptor se denomina asociación. Los datos de la asociación se organizan en bloques. Dado que el protocolo SCTP admite varios hosts, determinadas aplicaciones, en especial las que se utilizan en el sector de las telecomunicaciones, necesitan ejecutar SCTP en lugar de TCP.

Protocolo UDP

UDP proporciona un servicio de entrega de datagramas. UDP no verifica las conexiones entre los hosts transmisores y receptores. Dado que el protocolo UDP elimina los procesos de establecimiento y verificación de las conexiones, resulta ideal para las aplicaciones que envían pequeñas cantidades de datos.

Capa de aplicación

La capa de aplicación define las aplicaciones de red y los servicios de Internet estándar que puede utilizar un usuario. Estos servicios utilizan la capa de transporte para enviar y recibir datos. Existen varios protocolos de capa de aplicación. En la lista siguiente se incluyen ejemplos de protocolos de capa de aplicación:

• Servicios TCP/IP estándar como los comandos ftp, tftp y telnet.
• Comandos UNIX "r", como rlogin o rsh.
• Servicios de nombres, como NIS o el sistema de nombre de dominio (DNS).
• Servicios de directorio (LDAP).
• Servicios de archivos, como el servicio NFS.
• Protocolo simple de administración de red (SNMP), que permite administrar la red.
• Protocolo RDISC (Router Discovery Server) y protocolos RIP (Routing Information Protocol).

Servicios TCP/IP estándar

• FTP y FTP anónimo: El Protocolo de transferencia de archivos (FTP) transfiere archivos a una red remota y desde ella. El protocolo incluye el comando ftp y el daemon in.ftpd. FTP permite a un usuario especificar el nombre del host remoto y las opciones de comandos de transferencia de archivos en la línea de comandos del host local. El daemon in.ftpd del host remoto administra las solicitudes del host local. A diferencia de rcp, ftp funciona aunque el equipo remoto no ejecute un sistema operativo basado en UNIX. Para realizar una conexión ftp, el usuario debe iniciar sesión en un sistema remoto, aunque éste se haya configurado para permitir FTP anónimo.
  Puede obtener una gran cantidad de material de servidores FTP anónimos conectados a Internet. Las universidades y otras instituciones configuran estos servidores para ofrecer software, trabajos de investigación y otra información al dominio público. Al iniciar sesión en este tipo de servidor, se utiliza el nombre de inicio de sesión anonymous, que da nombre al "servidor FTP anónimo"
  Este manual no describe el uso del FTP anónimo ni la configuración de servidores FTP anónimos. Existen múltiples libros, comoConéctate al mundo de Internet. Guía y catálogo, que describen el protocolo FTP anónimo de manera pormenorizada. Encontrará información sobre el uso de FTP en la System Administration Guide: Network Services. La página del comando man ftp(1) describe todas las opciones del comando ftp que se invocan mediante el intérprete de comandos. La página del comando man ftpd(1M) describe los servicios que proporciona el daemon in.ftpd.

• Telnet: El protocolo Telnet permite la comunicación entre los terminales y los procesos orientados a los terminales de una red que ejecuta TCP/IP. Este protocolo se implementa como programa telnet en los sistemas locales y como daemon in.telnetd en los equipos remotos. Telnet proporciona una interfaz de usuario a través de la cual se pueden comunicar dos hosts carácter por carácter o línea por línea. Telnet incluye un conjunto de comandos que se documentan de forma detallada en la página del comando man telnet(1).

• TFTP: el protocolo de transferencia de archivos trivial (tftp) ofrece funciones similares a ftp, pero no establece la conexión interactiva de ftp. Como consecuencia, los usuarios no pueden ver el contenido de un directorio ni cambiar directorios. Los usuarios deben conocer el nombre completo del archivo que se va a copiar. La página del comando man tftp(1) describe el conjunto de comandostftp.

Comandos UNIX "r"

Los comandos UNIX "r" permiten a los usuarios ejecutar comandos en sus equipos locales que se ejecutan en el host remoto. Estos comandos incluyen:

• rcp
• rlogin
• rsh

Encontrará instrucciones sobre estos comandos en las páginas del comando man rcp(1), rlogin(1) y rsh(1).

Servicios de nombres

Oracle Solaris proporciona los siguientes servicios de nombres:

• DNS: El sistema de nombre de dominio (DNS) es el servicio de nombres que proporciona Internet para las redes TCP/IP. DNS proporciona nombres de host al servicio de direcciones IP. También actúa como base de datos para la administración del correo. Para ver una descripción completa de este servicio, consulte la System Administration Guide: Naming and Directory Services (DNS, NIS, and LDAP). Consulte también la página del comando man resolver(3RESOLV).
• Archivos /etc : El sistema de nombres UNIX basado en host se desarrolló para equipos UNIX autónomos y posteriormente se adaptó para el uso en red. Muchos de los antiguos sistemas operativos y equipos UNIX siguen utilizando este sistema, pero no resulta adecuado para redes complejas de gran tamaño.
• NIS: El Servicio de información de la red (NIS) se desarrolló independientemente de DNS y tiene un enfoque ligeramente distinto. Mientras que DNS trata de facilitar la comunicación con el uso de nombres de equipos en lugar de direcciones IP numéricas, NIS se centra en facilitar la administración de la red al proporcionar control centralizado sobre distintos tipos de información de red. NIS almacena información sobre los nombres de equipo y las direcciones, los usuarios, la red y los servicios de red. La información de espacio de nombres NIS se almacena en asignaciones NIS. Para obtener más información sobre la arquitectura y administración de NIS, consulte laSystem Administration Guide: Naming and Directory Services (DNS, NIS, and LDAP).

Servicio de directorios

Oracle Solaris admite LDAP (Protocolo ligero de acceso a directorios) junto con el servidor de directorios Sun ONE (Sun Open Net Environment), así como otros servidores de directorios LDAP. La diferencia entre un servicio de nombres y un servicio de directorios radica en la extensión de las funciones. Un servicio de directorios proporciona las mismas funciones que un servicio de nombres, pero además cuenta con funciones adicionales. Consulte la System Administration Guide: Naming and Directory Services (DNS, NIS, and LDAP).

Servicios de archivos

El protocolo de capa de aplicación NFS proporciona servicios de archivos para Oracle Solaris. Encontrará información completa sobre el servicio NFS en la System Administration Guide: Network Services.

Administración de la red

El Protocolo simple de administración de red (SNMP) permite ver la distribución de la red y el estado de los equipos clave. SNMP también permite obtener estadísticas de red complejas del software basado en una interfaz gráfica de usuario (GUI). Muchas compañías ofrecen paquetes de administración de red que implementan SNMP.

Protocolos de enrutamiento

Los protocolos RIP y RDISC son dos protocolos de enrutamiento disponibles para las redes TCP/IP. Para ver una lista completa de los protocolos de enrutamiento disponibles para Oracle Solaris 10, consulte la Tabla 5–1 y 

la Tabla 5–2.

Ref. OSI Nº de capa	Equivalente de capa OSI	Capa TCP/IP	Ejemplos de protocolos TCP/IP
5,6,7	Aplicación, sesión, presentación	Aplicación	NFS, NIS, DNS, LDAP, telnet, ftp, rlogin, rsh, rcp, RIP, RDISC, SNMP y otros.
4	Transporte	Transporte	TCP, UDP, SCTP
3	Red	Internet	IPv4, IPv6, ARP, ICMP
2	Vínculo de datos	Vínculo de datos	PPP, IEEE 802.2
1	Física	Red física	Ethernet (IEEE 802.3), Token Ring, RS-232, FDDI y otros.

El modelo TCP/IP describe un conjunto de guías generales de diseño e implementación de protocolos de red específicos para permitir que un equipo pueda comunicarse en una red. TCP/IP provee conectividad de extremo a extremo especificando como los datos deberían ser formateados, direccionados, transmitidos, enrutados y recibidos por el destinatario. El modelo TCP/IP y los protocolos relacionados son mantenidos por la Internet Engineering Task Force (IETF).

Para conseguir un intercambio fiable de datos entre dos equipos, se deben llevar a cabo muchos procedimientos separados. El resultado es que el software de comunicaciones es complejo. Con un modelo en capas o niveles resulta más sencillo agrupar funciones relacionadas e implementar el software modular de comunicaciones.

Las capas están jerarquizadas. Cada capa se construye sobre su predecesora. El número de capas y, en cada una de ellas, sus servicios y funciones son variables con cada tipo de red. Sin embargo, en cualquier red, la misión de cada capa es proveer servicios a las capas superiores haciéndoles transparentes el modo en que esos servicios se llevan a cabo. De esta manera, cada capa debe ocuparse exclusivamente de su nivel inmediatamente inferior, a quien solicita servicios, y del nivel inmediatamente superior, a quien devuelve resultados.

• Capa 4 o capa de aplicación: aplicación, asimilable a las capas: 5 (sesión), 6 (presentación) y 7 (aplicación), del modelo OSI. La capa de aplicación debía incluir los detalles de las capas de sesión y presentación OSI. Crearon una capa de aplicación que maneja aspectos de representación, codificación y control de diálogo.
• Capa 3 o capa de transporte: transporte, asimilable a la capa 4 (transporte) del modelo OSI.
• Capa 2 o capa de internet: Internet, asimilable a la capa 3 (red) del modelo OSI.
• Capa 1 o capa de acceso al medio: acceso al medio, asimilable a la capa 2 (enlace de datos) y a la capa 1 (física) del modelo OSI.

Historia del TCP/IP

Los trabajos en TCP/IP empezaron en la década de los 70, aproximadamente al mismo tiempo que se empezaban a desarrollar las redes de área local. El ejercito americano gracias al proyecto ARPA (Advanced Research Projects Agency) invirtió muchos recursos en investigar el TCP/IP y en la interconexión de redes. Fueron unas de las primeras organizaciones que tuvo varias redes y por lo tanto de las primeras que se encontraron con la necesidad de tener servicios universales. La capacidad de conectar entre sí múltiples redes de manera transparente fue uno de los primeros objetivos de diseño.

Debido a la preocupación del Departamento de Defensa por que alguno de sus costosos nodos de la red pudiera ser objeto de un atentado en cualquier momento, otro de los objetivos principales fue que la red fuera capaz de seguir funcionando sin que las comunicaciones existentes se interrumpieran si algunos de los dispositivos hardware fallaba. La idea era que las comunicaciones permanecieran intactas mientras las máquinas origen y destino estuvieran funcionando, aunque algunas de las máquinas o de las líneas de transmisión en el trayecto dejara de funcionar de forma repentina. Por otra parte, debido a que se estaban pensando en aplicaciones que tuvieran diferentes requerimientos, se necesitaba que la arquitectura fuera flexible.

Características del TCP/IP

Las características principales del protocolo TCP/IP son:

• Para que los ordenadores se puedan interconectar es necesario tener un sistema  para localizar un ordenador determinado dentro de Internet, independientemente    de  donde esté ubicado físicamente y de los enlaces necesarios para alcanzarlo.
  
• Resolver de forma automática los problemas que se puedan dar durante en el intercambio de información: fallos en los enlaces, errores, pérdidas o duplicación de datos,etc.
  
• Intentar resolver las posibles incompatibilidades en la comunicación entre ordenadores.

COMPARACIÓN CON EL MODELO DE REFERENCIA  OSI 

En la siguiente Figura se puede observar la posición que ocupan los protocolos TCP/IP respecto al modelo teórico OSI
Cuatro de las capas en el modelo de referencia TCP/IP corresponden con uno o mas capas.  
A continuación vamos a comparar ambos modelos de referencia, no los protocolos correspondientes en cada uno de los modelos. Una de las contribuciones mas importantes del modelo OSI es la distinción que hace entre servicios, interfaces y protocolos. Originalmente el modelo TCP/IP no distinguía claramente entre estos tres conceptos, aunque posteriormente se ha reajustado para hacerlo mas parecido a OSI.
En el modelo OSI se ocultan mejor los protocolos que en el modelo TCP/IP y se pueden reemplazar con relativa facilidad al cambiar de tecnología. El modelo OSI se definió antes que los protocolos, mientras que en TCP/IP se definieron primero los protocolos y el modelo fue en realidad una descripción de los protocolos existentes, por lo que lo protocolos se ajustaban perfectamente al modelo. El único problema es que el modelo no se ajustaba a ninguna pila de protocolos por lo que no fue de mucha utilidad para describir redes que no fueran del tipo TCP/IP.

Número de capas
Una diferencia obvia entre los dos modelos es el número de capas. El modelo OSI tiene 7 capas y el TCP/IP tiene 5.
Capa Internet
Aunque algunas capas del modelo de referencia TCP/IP se corresponden con capas del modelo de referencia OSI descrito en ,el esquema de capas OSI no tiene ninguna capa que corresponda con la capa internet del modelo TCP/IP. Esto se debe a que el modelo OSI se definió antes de que se inventara el “internetworking” por lo que este modelo no contiene ninguna capa para los protocolos internet.
Capa de Sesión
Además, el modelo OSI dedica una capa completa para los protocolos de sesión, que han perdido mucha importancia a medida que los ordenadores han cambiado desde sistemas de tiempo compartido a estaciones de trabajo. Por este motivo, los investigadores que diseñaron TCP/IP se inventaron un nuevo modelo de capas.
Comunicación no orientada / orientada a la conexión
Otra diferencia está en el área de comunicación no orientada a la conexión frente a la orientada a la conexión. El modelo OSI considera ambos tipos, pero en la capa de transporte donde es mas importante (porque el servicio de transporte es visible al usuario) lo hace únicamente con la comunicación orientada a la conexión. El modelo TCP/IP en la capa de red sólo tiene el modo sin conexión pero considera ambos modos en la capa de transporte, ofreciendo una alternativa a los usuarios. Esta elección es importante sobre todo para los protocolos simples de petición y respuesta.

CAPAS DEL MODELO DE REFERENCIA TCP/IP

Basándonos en los protocolos que se han desarrollado, todas las tareas involucradas en la comunicación se pueden organizar en cinco capas relativamente independientes:

Un modelo de capas es una forma común de dividir un conjunto de protocolos. Ethernet se corresponde con el nivel 1 y parte del nivel 2, siendo independiente de TCP/IP, que es un conjunto de protocolos que también funciona sobre otros tipos de redes.

 
Las capas físicas y de acceso a la red proporcionan la interacción entre el sistema final y la red, mientras que las capas de aplicación y transporte albergan los protocolos denominados “extremo a extremo”, ya que facilitan la interacción entre los dos sistemas finales.

La capa Internet tiene algo de las dos aproximaciones anteriores. En esta capa, los sistemas origen y destino proporcionan a la red la información necesaria para realizar el encaminamiento, pero a la vez, deben proporcionar algunas funciones adicionales de intercambio entre los dos sistemas finales.
 

El modelo de referencia TCP/IP consta principalmente de tres protocolos: IP, UDP y TCP. El protocolo básico es IP y permite enviar mensajes entre dos sistemas de ordenadores. UDP y TCP utilizan los mensajes del nivel IP para construir un diálogo mas complejo entre los ordenadores.

En el modelo TCP/IP el uso de todas las capas no es obligatorio, por ejemplo, hay algunos protocolos de la capa de aplicación que operan directamente sobre IP.