10. Modelo TCP/IP: concepto y estructura

El conjunto de protocolos TCP/IP es la columna vertebral operativa de Internet: describe cómo se encapsulan los datos, cómo se enrutan y cómo las aplicaciones acceden a la red sin importar la plataforma o el fabricante del equipo.

Aunque hoy parezca inseparable del uso cotidiano de la red, su diseño respondió a un problema muy concreto: conseguir que computadoras heterogéneas sobrevivieran a los cortes de comunicación y se recuperaran sin intervención humana. Entenderlo en profundidad permite comprender por qué cada capa es estricta con sus funciones y cómo dialoga con el modelo OSI.

10.1 Origen militar y adopción en Internet

A finales de los años sesenta, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) patrocinó la creación de ARPANET, una red experimental que debía resistir fallas parciales. Los enlaces satelitales, telefónicos y de radio se entrelazaban de forma impredecible, por lo que era necesario un protocolo capaz de fragmentar mensajes, enviarlos por rutas alternativas y reensamblarlos en destino.

La agencia que lideró la investigación, DARPA, reunió a científicos como Vint Cerf y Bob Kahn para definir una arquitectura orientada a la resiliencia. El resultado inicial fue una pareja de protocolos: TCP se encargaba del control de extremo a extremo e IP resolvía el direccionamiento de paquetes.

  • 1969: ARPANET inicia sus pruebas con el protocolo NCP; las limitaciones de este diseño impulsan la búsqueda de una alternativa.
  • 1974: Cerf y Kahn publican el paper "A Protocol for Packet Network Intercommunication", base conceptual de TCP/IP.
  • 1983: Se produce el "flag day": todas las máquinas de ARPANET cambian simultáneamente de NCP a TCP/IP, marcando su adopción oficial.
  • Finales de los 80: Universidades y organismos civiles conectan sus redes regionales al backbone respaldado por la IETF, consolidando Internet como infraestructura global.

Desde entonces, la suite se amplió con protocolos auxiliares (routing dinámico, seguridad, gestión), pero se mantuvo fiel a la idea de modularidad: cada capa resuelve tareas específicas y expone interfaces claras a las superiores.

10.2 Las 4 capas del modelo TCP/IP

El modelo simplifica las siete capas teóricas de OSI en cuatro bloques funcionales. Cada bloque agrupa protocolos con responsabilidades afines, define unidades de datos propias (PDU) y ofrece servicios bien delimitados a la capa inmediata superior.

Capa de Enlace

Opera dentro del dominio local (LAN, WAN física o enlaces punto a punto). Se ocupa de trasladar tramas entre nodos vecinos, identificar direcciones físicas (MAC) y negociar aspectos eléctricos o de radio. Tecnologías como Ethernet, Wi-Fi, PPP, enlaces satelitales o redes celulares encapsulan los paquetes IP dentro de sus propias tramas y añaden controles de error.

  • Provee detección de colisiones o retransmisiones de corto alcance.
  • Define los drivers y estándares eléctricos necesarios para que las interfaces funcionen.
  • Traduce los requisitos del medio (fibra, cobre, radio) para que el resto de la pila permanezca inalterada.

Capa de Internet

Figura como el corazón de la suite: asigna direcciones lógicas, decide la ruta de los paquetes y mantiene la independencia entre redes físicas. El protocolo IP versión 4 quedó definido formalmente en el documento RFC 791, mientras que IPv6 actualiza el espacio de direcciones y mecanismos auxiliares como ICMP, ARP o los protocolos de enrutamiento (RIP, OSPF, BGP).

  • Su PDU es el paquete IP, compuesto por cabeceras con direcciones, TTL, indicadores de fragmentación y datos.
  • Permite que routers heterogéneos compartan topología e intercambien decisiones de encaminamiento.
  • Introduce el concepto de red sin estado: cada paquete puede tomar un camino distinto, lo que incrementa la tolerancia a fallas.

Capa de Transporte

Conecta procesos finales a través de puertos lógicos y entrega los datos de forma confiable (TCP) o rápida y liviana (UDP). La confiabilidad de TCP quedó documentada en RFC 793: números de secuencia, acuses de recibo, control de flujo y mecanismos de congestión. UDP sacrifica estos controles para ofrecer latencias reducidas.

  • Multiplexa conexiones: múltiples aplicaciones comparten una misma IP gracias a los puertos.
  • Se coordina con la capa de Internet para fragmentar segmentos en paquetes y reensamblarlos.
  • Expone APIs como sockets, que facilitan a los desarrolladores enviar y recibir datos sin manejar detalles de bajo nivel.

Capa de Aplicación

Agrupa los protocolos que interactúan directamente con el software de usuario o con servicios automatizados: HTTP, SMTP, DNS, SSH, MQTT, entre muchos otros. Define cómo se representan los datos, cómo se negocian versiones o formatos y qué comandos o respuestas admite cada servicio.

  • Incluye protocolos orientados a documentos, mensajería, streaming y administración.
  • Puede apoyarse en servicios de seguridad adicionales (TLS, autenticación fuerte, cifrados específicos).
  • Entrega a los desarrolladores un lenguaje común para publicar APIs, sitios web, servicios industriales o sensores IoT.

10.3 Correspondencia con las 7 capas del modelo OSI

TCP/IP nació como un modelo pragmático y experimental, mientras que OSI surgió como un estándar exhaustivo. Aun así, ambos describen funciones complementarias: lo que en OSI aparece dividido con mayor granularidad, en TCP/IP se fusiona buscando reducir complejidad e implementar rápidamente la tecnología.

La siguiente tabla resume la equivalencia conceptual:

Capa TCP/IP Capas OSI relacionadas Comentarios
Aplicación Aplicación (7), Presentación (6), Sesión (5) Los protocolos de alto nivel integran formatos, seguridad y control de sesiones en un mismo bloque.
Transporte Transporte (4) TCP y UDP proporcionan multiplexación y confiabilidad, sin separar explícitamente control de flujo o recuperación.
Internet Red (3) IP adopta direccionamiento lógico, fragmentación y enrutamiento, mientras que los protocolos auxiliares cumplen la función de control.
Enlace Enlace de datos (2) y Física (1) La implementación concreta depende del medio; TCP/IP delega el detalle eléctrico o de radio al estándar disponible.

Esta equivalencia demuestra que ambos modelos se complementan: OSI aporta vocabulario y reglas para analizar nuevos protocolos, mientras que TCP/IP muestra cómo implementarlos en entornos reales con priorización de interoperabilidad.

  1. Cuando se diseña un protocolo nuevo (por ejemplo, QUIC), se evalúa en qué capa TCP/IP encaja y qué reglas OSI debe respetar.
  2. Las certificaciones y manuales técnicos suelen describir diagnósticos usando la visión OSI, aunque las herramientas (Wireshark, firewalls, routers) trabajen sobre TCP/IP.
  3. Durante la resolución de problemas, es habitual descender capa por capa en OSI pero aplicar pruebas concretas de TCP/IP (ping, traceroute, captura de paquetes, revisión de puertos).

Dominar la estructura completa del modelo permite planificar redes más robustas, documentar integraciones complejas y comunicar hallazgos con el mismo lenguaje que usan ingenieros, auditores y proveedores. Además, prepara el terreno para comparar formalmente ambas arquitecturas en el siguiente tema del curso.

Retornar