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9. Fundamentos de redes y modelos de referencia
Propósito del apartado Ofrecer una base teórica sólida sobre los modelos de referencia de redes (OSI y TCP/IP), la encapsulación de datos, funciones y servicios que presta cada capa, y conceptos transversales imprescindibles para comprender y diseñar redes.
Modelos de referencia
- Modelo OSI (Open Systems Interconnection): modelo teórico en siete capas (Física, Enlace, Red, Transporte, Sesión, Presentación y Aplicación). Cada capa proporciona servicios a la superior y utiliza los de la inferior; es útil para conceptualizar funciones y problemas.
- Modelo TCP/IP (Internet Protocol Suite): modelo práctico de cuatro capas (Enlace, Internet, Transporte, Aplicación). Es el modelo en el que se implementan hoy las redes IP y la pila TCP/UDP.
Comparación práctica
- OSI es didáctico y detallado; TCP/IP es pragmático y adoptado mundialmente. Para ingeniería diaria, se suele usar TCP/IP, pero OSI ayuda a separar responsabilidades conceptuales.
Encapsulación y formato de datos
- Encapsulación: proceso por el cual cada capa añade su cabecera (y, a veces, cola) al PDU (unidad de datos de protocolo) recibido de la capa superior.
- En la transmisión desde una aplicación A a otra B se produce encapsulación en el emisor y desencapsulación en el receptor.
Funciones y servicios por capa (resumen operativo)
- Capa Física: transmisión de bits por medio físico; características eléctricas/ópticas, codificación, sincronización y medios (UTP, fibra, radio).
- Capa de Enlace: entrega de tramas entre nodos vecinos; direccionamiento MAC, detección/corrección de errores, control de acceso al medio (Ethernet, PPP, 802.11).
- Capa de Red/Internet: encaminamiento lógico entre redes; direccionamiento IP, fragmentación, ICMP y protocolos de enrutamiento funcionan en este nivel.
- Capa de Transporte: comunicación de extremo a extremo; TCP (orientado a conexión, fiable) y UDP (sin conexión, bajo overhead) con sus mecanismos (handshake, control de flujo, retransmisiones).
- Capas de Aplicación/Sesión/Presentación: servicios específicos (HTTP, SMTP, DNS), representación de datos, compresión y mecanismos de sesión.
Conceptos transversales importantes
- Direccionamiento lógico vs. físico; resolución de direcciones (ARP).
- MTU y fragmentación; impacto sobre rendimiento y seguridad.
- Latencia, jitter, throughput y pérdida como métricas de rendimiento.
Buenas prácticas de diseño inicial
- Diseñar redes jerárquicas y segmentadas: núcleo-distribución-acceso.
- Separación de dominios de broadcast y uso de VLANs para segmentación lógica.
Puntos de estudio (autocontenido)
- Ser capaz de explicar la función principal de cada capa con ejemplos de protocolos.
- Entender y describir el proceso de encapsulación completo desde la aplicación hasta el medio físico.
- Identificar cómo la elección del medio físico y la capa de enlace afectan a MTU, latencia y posibles errores.
Vocabulario básico
- PDU: unidad de datos a nivel de protocolo (paquete, segmento, trama, bit).
- Encapsulación/desencapsulación, MTU, ARP, trama, paquete, segmento.
Lecturas internas recomendadas
- Repasar RFCs y documentos introductorios, y practicar análisis de capturas para visualizar encapsulación.