Los protocolos son las normativas y criterios que fijan cómo deben comunicarse los diversos componentes de una red.

Objetivos de los protocolos:

• Proporcionar una descomposición lógica de una red compleja en partes más pequeñas con funciones independientes, pero muy relacionadas (los niveles).
• Proporcionar interfaces estándares entre las funciones de red.
• Crear una visión de la comunicación entre los niveles par a par.
• Proporcionar un lenguaje estándar para clarificar cuando se diseñan las funciones de la red.

3.2 Comunicación entre los niveles

En una arquitectura, un nivel consta de varias funciones que ofrecen sus servicios a los niveles superiores. Una función es un subsistema de un nivel. Cada subsistema puede estar compuesto, a su vez, de entidades. Una entidad es un módulo especializado de un nivel o subsistema.

En la parte más alta de cualquier arquitectura se encuentra el nivel que interactúa directamente con el usuario, el nivel de las aplicaciones.

Cuatro transacciones, llamadas primitivas, pueden ser invocadas a y desde el nivel a través de los identificadores de la interfaz, que son llamados puntos de acceso al servicio (en inglés, Service Access Point o SAP). Las primitivas normalmente se implementan como procedimientos de llamada de software.

• Request. Utilizada por el usuario del servicio para invocar una función.
• Indication. Utilizada por el proveedor del servicio para invocar una función o indicar que una función determinada ha sido invocada en un SAP.
• Response. Utilizada por el usuario del servicio para completar una función previamente llamada por la primitiva Indication en ese SAP.
• Confirm. Utilizada por el proveedor del servicio para completar una función previamente llamada por la primitiva Request en ese SAP.

Los componentes involucrados en la comunicación entre los niveles son los siguientes:

• SDU (Service Data Unit). Son los datos transmitidos transparentemente por el nivel N+1 al nivel N y, posteriormente, al N-1.
• PCI (Protocol Control Information). Es la información intercambiada por entidades pares (las mismas) en diferentes lugares de la red para indicar a una entidad para realizar una función de servicio. PCI es el nombre que se le da a la cabecera.
• PDU (Protocol Data Unit). Es la combinación del SDU y el PCI.
• ICI (Interface Control Information). Un parámetro temporal que se pasa entre N y N-1 para invocar las funciones de servicio. Son los argumentos de los procedimientos de llamada.
• IDU (Interface Data Unit). La unidad total de información transferida a través de los SAP. Incluye el PCI, el SDU y el ICI.

En el nivel físico, se sitúan las funciones responsables de activar, gestionar y desactivar un camino físico entre los nodos de la red.

El nivel de enlace de datos es el responsable de la transferencia de la información a través del camino activado por el nivel físico. Para conseguir esto empaqueta la información, en el sistema de origen, en unidades llamadas tramas y la desempaqueta en el sistema de destino para pasarla al nivel superior.

El nivel de red es el responsable de la transmisión de la información a través de la red, independientemente del medio físico. El nivel de red ofrece este servicio de encaminamiento.

Cada nivel (especialmente el 2 y 3) puede operar en uno de los dos modos siguientes:

Modo orientado a conexión (CO): la comunicación se establece de una forma análoga a una llamada de teléfono: primero se realiza la llamada y, una vez establecida la conexión, se envía la información; cuando se ha terminado la transmisión, se inicia el proceso de desconexión. Este modo garantiza que ningún paquete se pierda y todos llegan en el mismo orden en el cual se han enviado.

Modo no orientado a conexión (CL): Cada paquete de datos se envía a la red con la dirección de destino completa y la red se encarga de hacerla llegar a esa dirección a través de un camino que puede ser distinto del camino seguido por los demás. Este modo no garantiza que los paquetes (llamados en este caso datagramas) lleguen en el mismo orden con el que se enviaron. Cuando se utiliza este modo, es necesario que los niveles más altos realicen funciones de reordenación y de retransmisión de paquetes perdidos.

El nivel de transporte proporciona la interfaz entre la red de comunicaciones de datos y los 3 niveles más altos, que están orientados al usuario.

El nivel de sesión proporciona una manera organizada de intercambiar datos entre los usuarios. Establece, maneja y termina las conexiones (sesiones) entre aplicaciones cooperantes.

El nivel de presentación define la sintaxis de los datos, es decir, la representación de la información a transmitir o la recibida.

El nivel de aplicación ofrece los servicios específicos a cada aplicación de usuario. Define la semántica de los datos.

El nivel IP (Internet Protocol) realiza funciones parecidas al nivel 3 del modelo OSI. Ofrece servicios no orientados a conexión y es el encargado de llevar los datos a través de la red al nodo de destino. Para ello debe de conocer la dirección de red del nodo de destino y ser capaz de encaminar estos datos que pueden pasar por varias redes físicas.

TCP (Transport Control Protocol) realiza funciones comparables con el nivel 4 de OSI. Es el responsable de romper los mensajes en paquetes de un tamaño específico y mandarlo a través de la red. En el nodo de destino toma los paquetes de datos que le da el nivel IP, los agrupa y los pasa al nivel superior, al protocolo de aplicación apropiado. Existe otra opción para el nivel de transporte distinta al protocolo TCP y es el protocolo UDP (User Datagram Protocol). Este último es más rápido que el primero, pero es menos seguro y no garantiza que lleguen los datos a su destino; por ese motivo sólo es utilizado en redes fiables (redes locales) y sólo por algunas aplicaciones.

• TELNET para conexión de terminal remoto
• FTP (File Transfer Protocol), para transferencia de ficheros
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), para correo electrónico.