Fundamentos de Capas de Aplicación y Red: Protocolos y Modelos de Comunicación

Capa de Aplicación

La capa de aplicación es el primer nivel por el que pasan todos los mensajes que quieren ser transmitidos a través de la red. Esta capa proporciona la interfaz entre las aplicaciones que el usuario utiliza y la red a la que se está conectado. En esta capa, de acuerdo con el modelo TCP/IP, los protocolos que más se utilizan son aquellos que tienen que ver con el intercambio de información del usuario, como HTTP, DNS, SMTP y FTP.

El modelo OSI, en comparación con el TCP/IP, tiene dos capas adicionales a la de aplicación de este último: la capa de sesión y la capa de presentación.

Existe un modelo llamado Cliente-Servidor, el cual contiene procesos que tienen que ver con la capa de aplicación. En este modelo, un cliente es aquel que solicita información, y el servidor es quien responde a esa solicitud y envía la información que tiene almacenada. El flujo de datos dentro de este modelo puede variar: al realizar una solicitud al servidor se dice que se está descargando, y al guardar información en este se dice que se está subiendo. Por lo tanto, un servidor es cualquier dispositivo capaz de responder a una solicitud de cualquier aplicación. En ocasiones, para tener acceso a un servidor y poder descargar información, se requiere autenticación por parte del usuario para verificar si realmente tiene permitido acceder a la información contenida.

Aparte del modelo Cliente-Servidor, existe un modelo llamado Punto a Punto (P2P) en el cual ya no hay servidores dedicados como en el primero. En este modelo, cualquier equipo conectado a la red hace las veces de cliente y de servidor, de acuerdo con la operación que se esté realizando. Asimismo, dentro de este modelo están las aplicaciones punto a punto (P2P), las cuales permiten la comunicación entre clientes con servidores del modelo punto a punto, requiriendo una interfaz que permita la comunicación entre los dispositivos.

El DNS es un protocolo dentro de la capa de aplicación que permite acceder a un dispositivo sin la necesidad de recordar su dirección IP numérica. Los dominios son más fáciles de recordar. El servidor DNS, una vez que el cliente escribe el dominio y se lo envía, le regresa al cliente la dirección IP del servidor donde se encuentra cargada la información solicitada.

En el protocolo HTTP, el cliente realiza una solicitud al servidor HTTP escribiendo el dominio; este ubica la información solicitada y se la envía al cliente en código HTML, el cual es interpretado por el explorador, mostrando así la página solicitada.

Los protocolos SMTP/POP sirven para el envío y recepción de correo electrónico, respectivamente, interviniendo el agente de entrega de correo (MDA) y el agente de transferencia de correo (MTA).

El protocolo de transferencia de archivos (FTP) se utiliza, como su nombre lo indica, para poder transferir archivos entre cliente y servidor. FTP requiere dos conexiones entre cliente-servidor: una para comandos y respuestas, y la otra para la transferencia real.

Por otro lado, el DHCP es un protocolo muy útil, ya que se encarga de asignar direcciones IP a cualquier nuevo cliente que se integra a la red, lo cual permite un acceso más rápido sin depender de que una persona lo realice manualmente.

El protocolo SMB permite la compartición de archivos de manera similar al FTP, con la diferencia de que SMB realiza una conexión a largo plazo, por lo que el cliente puede acceder a los recursos del servidor como si estos pertenecieran al propio cliente.

Otro protocolo que permite compartir archivos es Gnutella, en el cual los usuarios pueden compartir archivos contenidos en su disco duro. Este protocolo es muy útil en la actualidad para poder compartir archivos en internet mediante aplicaciones P2P.

Capa de Red

Para realizar el transporte de datos de un extremo a otro de la red, la capa 3 utiliza cuatro procesos básicos:

• Direccionamiento: Se agrega la dirección física del dispositivo final al que se le están enviando los datos.
• Encapsulación: Dado que los datos son separados por partes, la capa de red debe proporcionarles una dirección a cada una de estas secciones, haciéndolas paquetes, los cuales deben llevar en su encabezado la dirección del host de origen y de destino.
• Enrutamiento: Intervienen los dispositivos intermediarios conocidos como routers, los cuales se dedican a dirigir la información a su destino a través de la ruta más óptima.
• Desencapsulación: Una vez que el paquete llega a la capa tres del host de destino, este lo desencapsula para convertirlo nuevamente en un segmento de la capa 4.

Los protocolos básicos de esta capa son: IPv4, IPv6, IPX de Novell, AppleTalk y CLNS/DECNet.

Las características del IPv4 son:

• Sin conexión: no establece conexión antes de enviar los paquetes de datos.
• Máximo esfuerzo (no confiable): no se usan encabezados para garantizar la entrega de paquetes.
• Independiente de los medios: funciona sin importar los medios que transportan los datos.

Entre otras cosas, el IPv4 agrega al encabezado la dirección física, la dirección de origen, el tiempo de vida (TTL), el tipo de servicio (ToS), el protocolo y el desplazamiento de fragmentos.

Uno de los servicios que ofrece esta capa es la división o separación de las redes para facilitar su identificación y uso. Estas pueden dividirse en:

• Geográfica: De acuerdo con la ubicación geográfica de los distintos hosts.
• Propósito: De acuerdo con las necesidades de cada equipo, dependiendo de lo que se va a hacer en él o quién lo va a utilizar.
• Propiedad: De esta manera, pueden agruparse dependiendo de quién es dueño de qué información. Ayuda a la seguridad, pues no cualquiera puede tener acceso a ciertos datos.

Cuando un host desea comunicarse con otro que está dentro de su misma red, no requiere de dispositivos intermediarios fuera de esta. Sin embargo, cuando quiere comunicarse con un host perteneciente a otra red, requiere de un router, el cual actúa como gateway hacia la otra red.

El gateway es una interfaz que tienen los routers, la cual se encuentra conectada a la red local. Este es necesario cuando se requiere conectar o enviar datos a un host que se encuentra fuera de la red local. Ningún paquete puede enviarse si no cuenta con una ruta; si se tratara de hacer esto, simplemente no se sabría hacia dónde dirigir el paquete. La ruta es definida por cada host, y en esta debe estar definido el host de origen, el gateway, el host de destino y el número de saltos que se realizan (la métrica).

Una vez que se envían los paquetes, el proceso que realiza el router es el siguiente:

1. Desencapsula
2. Extrae la IP
3. Verifica que la IP exista
4. Identifica la IP
5. Reencapsula
6. Envía hacia la IP identificada