Protocolos y modelos de red

¿Qué es un protocolo?

Para que dos equipos se comuniquen no alcanza con estar conectados por un cable o por el aire. También hace falta que se pongan de acuerdo en cómo van a hablar. Ese acuerdo es el protocolo: un conjunto de reglas que define de antemano cómo se intercambia la información.

Un protocolo responde siempre las mismas preguntas:

• ¿Cómo se inicia y cómo se termina? Quién habla primero, cómo se saluda y cómo se despide.
• ¿Con qué formato? Cómo se ordenan los datos, cuántos bits tiene cada campo, en qué orden van.
• ¿Quién es quién? Cómo se identifica cada equipo dentro de la red.
• ¿Qué pasa si algo se pierde? Si hay que confirmar la recepción y qué hacer cuando no llega.
• ¿A qué velocidad? Cuánto se puede enviar antes de que el otro se sature.

La comparación clásica es una conversación telefónica. Cuando alguien atiende, espera un "hola"; si el otro empieza a hablar de otra cosa sin saludar, la conversación se vuelve incómoda. Los protocolos de red hacen lo mismo: fijan un guion que los dos lados conocen. Si dos equipos no comparten el protocolo, están conectados pero no se entienden: es como hablar español con alguien que solo habla chino.

¿Por qué se divide en capas?

Comunicar dos equipos es un problema enorme: hay que decidir el formato de los datos, encontrar el destinatario entre millones de equipos, manejar los errores, atravesar distintos medios físicos y adaptarse a la aplicación que sea (un correo, una página web, un video). Si todo eso se resolviera de una sola vez, sería imposible de diseñar.

La solución fue partir el problema en capas, una encima de la otra. Cada capa resuelve una parte del problema y les ofrece sus servicios a la de arriba, sin que esa tenga que saber cómo lo hace por dentro.

Las ventajas de trabajar en capas

• Se puede cambiar una sin tocar las demás. Reemplazar el cable por Wi-Fi no obliga a reescribir el navegador: cambia la capa de abajo, y las de arriba siguen funcionando igual.
• Los problemas se aíslan. Si una página no carga, saber en qué capa está la falla reduce el problema a un pedazo chico: ¿hay señal?, ¿hay dirección IP?, ¿resuelve el nombre?, ¿responde el servidor?
• La hacen entre muchos. Un fabricante puede diseñar una placa de red sin saber nada de cómo se muestra una página web.
• Todo el mundo usa el mismo esquema. Eso es lo que permite que equipos de marcas distintas se conecten: se ponen de acuerdo en los límites entre capas, no en cómo se construye cada una.

Para hablar de esas capas existen dos modelos, y son el tema central de esta página: el modelo OSI, que es el mapa completo y teórico, y el modelo TCP/IP, que es el que Internet usa de verdad.

El modelo OSI

El modelo OSI (por Open Systems Interconnection, "interconexión de sistemas abiertos") fue publicado en 1984 por la ISO, la organización internacional de normalización. Es un modelo de referencia: una descripción ordenada de las funciones que necesita una red, repartidas en 7 capas.

Es importante entender qué es y qué no es. OSI no es un protocolo ni un programa que se instale: es un mapa que sirve para estudiar, comparar y diagnosticar redes. Cuando alguien dice "el problema está en la capa 2", está hablando de este modelo.

Las capas se numeran de abajo hacia arriba, porque así es como viaja la información: empieza en la capa 7 de quien envía y termina en la capa 7 de quien recibe, bajando y subiendo por toda la torre.

El modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP es el que Internet usa realmente. Nació antes que OSI, en los años setenta, cuando el proyecto ARPANET necesitaba conectar redes distintas entre sí. En lugar de describir siete funciones separadas, las agrupó en 4 capas.

Las cuatro capas

1. Aplicación. Agrupa todo lo que en OSI estaba repartido entre la aplicación, la presentación y la sesión: es la que habla con los programas. Acá viven HTTP, DNS, SMTP y compañía.
2. Transporte. Cumple el mismo papel que la capa de transporte de OSI: parte los datos, controla errores y regulan la velocidad. Es la capa de TCP y UDP.
3. Internet. Direcciona los equipos y decide el camino entre redes distintas. Es la capa donde trabaja el protocolo IP, que le da el nombre al modelo.
4. Acceso a la red. También llamada interfaz de red o enlace. Se ocupa de todo lo relacionado con el medio físico y el acceso a él: es donde entran Ethernet y Wi-Fi. En este modelo no se separa lo físico de lo lógico.

OSI y TCP/IP, cara a cara

Los dos modelos describen lo mismo, pero con distinto nivel de detalle. Este es el mapa que los relaciona:

Las diferencias que importan

Encapsulación

Las capas no trabajan una después de la otra en el mismo equipo y listo: cuando un dato baja por la torre, cada capa le agrega su propio encabezado con la información que ella necesita. Ese envolver sucesivo se llama encapsulación.

Del otro lado pasa lo contrario: cada capa lee y quita el encabezado que le corresponde y le pasa el resto a la de arriba. Eso es la desencapsulación.

Cómo se llama el dato en cada capa

Como cada capa lo envuelve distinto, el mismo dato recibe un nombre diferente según dónde esté. Vale la pena aprenderlos, porque en el diagnóstico de redes se usan todo el tiempo:

Protocolos más usados

Estos son los protocolos que aparecen una y otra vez cuando se estudia una red. La columna de la capa indica en qué lugar del modelo trabajan.

TCP y UDP

Dentro de la capa de transporte, los dos protocolos que importan son TCP y UDP. La elección entre uno y otro no es mejor ni peor: depende de qué necesita la aplicación.

La forma de acordarse es simple. Si se cae un paquete de un video en vivo, no tiene sentido esperarlo: cuando llegue, la escena ya pasó. En cambio, si falta un pedazo de un archivo que estás descargando, el archivo queda roto: ahí sí hay que reclamarlo.

Un ejemplo completo

Todo lo anterior se junta en una acción cotidiana: escribir la dirección de un sitio y ver cómo carga la página. Recorriendo el camino paso a paso se ve cada capa haciendo su trabajo.

1. Escribís el nombre del sitio en el navegador. Estás usando una aplicación, así que ya estás trabajando en la capa de aplicación.
2. El nombre hay que traducirlo. Las computadoras no se encuentran por nombre sino por dirección IP, así que el programa pregunta a un servidor DNS: "¿cuál es la IP de este nombre?". Es un pedido dentro de la misma capa de aplicación.
3. Se arma el pedido web. El navegador prepara un pedido HTTP con lo que quiere ("dame la página principal"). Ese pedido son los datos.
4. En la capa de transporte el pedido se parte en segmentos y se les agrega el número de puerto del servidor. Como no se puede perder nada, se usa TCP y se establece la conexión con el saludo de tres pasos.
5. En la capa de red a cada segmento se le agrega la dirección IP de origen (la tuya) y la de destino (la del servidor). Ahora son paquetes, y cada uno puede viajar por un camino distinto.
6. En la capa de enlace cada paquete se envuelve en una trama con la dirección física del equipo vecino: primero tu router, después el del proveedor, y así hasta el servidor. Ahora son tramas.
7. En la capa física todo se convierte en señales: impulsos eléctricos en el cable de tu casa, luz en la fibra óptica, ondas en el tramo de radio. Ahora son bits.
8. Del otro lado se desarma el camino. El servidor recibe los bits, los agrupa en tramas, revisa que las direcciones IP sean suyas, reordena los segmentos y recién ahí entrega el pedido a su aplicación web.
9. El servidor responde con la misma mecánica, con los papeles invertidos: ahora tu equipo es el destino.
10. El navegador arma la página y la muestra. El proceso terminó exactamente donde empezó: en la capa de aplicación.

Resumen

Presentación: Modelo OSI

La presentación que acompaña este tema. Sirve para repasar antes de la evaluación: