La Capa de Transporte (Capa 4 OSI): Funciones, Protocolos y Mecanismos

La Capa de Transporte (Capa 4) es el corazón de la comunicación de extremo a extremo en el modelo OSI. Se ubica entre la Capa de Red (enrutamiento) y la Capa de Aplicación (programas de usuario), proporcionando comunicación lógica entre procesos (no solo hosts) a través de una red.

Responsabilidades Principales

1. Entrega de Proceso a Proceso (Direccionamiento por Puerto): Usa números de puerto de 16 bits para identificar aplicaciones remitentes/destinatarias (por ejemplo, HTTP=80, HTTPS=443, DNS=53). Permite multiplexación/demultiplexación.
2. Segmentación y Reensamblaje: Divide los datos de la aplicación en segmentos manejables (TCP) o datagramas (UDP) con números de secuencia para el reensamblaje en el destino.
3. Gestión de Conexión: Establece, mantiene y finaliza conexiones lógicas (apretón de manos TCP de 3 vías: SYN, SYN-ACK, ACK).
4. Confiabilidad (Control de Errores): TCP proporciona: sumas de verificación, acuses de recibo (ACK), retransmisión (tiempo de espera/retransmisión rápida), detección de duplicados, almacenamiento fuera de orden.
5. Control de Flujo: El receptor anuncia el tamaño de ventana (ventana deslizante) para evitar el desbordamiento del remitente. TCP usa control de flujo basado en crédito.
6. Control de Congestión: El remitente infiere congestión de la red (pérdida de paquetes, marcas ECN) y reduce la tasa. Algoritmos TCP: Tahoe, Reno, NewReno, CUBIC (predeterminado Linux), BBR (Google).
7. Soporte de Calidad de Servicio (QoS): Marcado DSCP, ECN, colas de prioridad (DiffServ).

Protocolos Clave

Estructura del Segmento TCP (Simplificada)

 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Puerto Origen | Puerto Destino | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Número de Secuencia | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Número de Acuse de Recibo | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Datos | |U|A|P|R|S|F| | | Offset| Reservado |R|C|S|S|Y|I| Ventana | | | |G|K|H|T|N|N| | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Suma de Verificación | Puntero Urgente | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Opciones (MSS, WS, SACK, TS...) | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Datos | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 

Datagrama UDP (Overhead Mínimo)

 0 7 8 15 16 23 24 31 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Puerto Origen | Puerto Destino | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Longitud | Suma de Verificación | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | | | Datos | | | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 

Rangos de Números de Puerto

• 0–1023: Bien conocidos (sistema/privilegiados)
• 1024–49151: Registrados (asignados por IANA)
• 49152–65535: Efímeros (lado del cliente dinámico)

Evolución Moderna

• QUIC/HTTP/3: Mueve la lógica de transporte al espacio de usuario (UDP), integra TLS 1.3, elimina el bloqueo de línea principal, apretón de manos más rápido (0-RTT).
• TCP BBR: Control de congestión basado en modelos (estimación de ancho de banda/RTT) reemplaza a CUBIC basado en pérdidas.
• TCP Multiruta (MPTCP): Usa múltiples rutas (Wi-Fi + LTE) simultáneamente.
• API de Servicios de Transporte (IETF): Abstrae la selección de transporte para las aplicaciones.

La capa de transporte transforma la entrega de paquetes de host a host no confiable en comunicación de proceso a proceso confiable (o intencionalmente no confiable)—habilitando todo el ecosistema de aplicaciones.