Modelos OSI y TCP

Redes de Computadores I
Modelo de Referencia OSI y TCP
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2. EL MODELO DE REFERENCIA OSI
La Organización Estándares Internacionales (ISO por sus iniciales en Inglés) emitió
un modelo de referencia para la interconexión de sistemas abiertos (Open Systems
Interconnection OSI) el cual formaliza el modelo prototipo explicado en secciones
anteriores.
2.1 Capas del modelo de referencia
2.1.1 Capa Física
La capa física tiene que ver con el envío de bits en un medio físico de transmisión y
se asegura de que si de un lado del medio se envía un 1 del otro lado se reciba ese 1.
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También tiene que ver con la impedancia, resistencia y otras medidas eléctricas o
electrónicas del medio y de qué forma tiene (tamaño, número de patas) en conector del
medio y cuáles son los tiempos aprobados para enviar o recibir una señal. También se toma
en cuenta si el medio permite la comunicación simplex, half duplex o full duplex.
2.1.2 Capa de Ligado
En esta capa se toman los bits que entrega la capa física y los agrupa en algunos
cientos o miles de bits para formar marcos de bits. Se puede hacer en este nivel un chequeo
de errores y si no los hay enviar un marco de acuse de recibo (acknowledge). Para detectar
los límites de un marco se predefinen secuencias de bits de control. Si un marco se pierde o
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A partir de la capa de transporte (inclusive) las capas ofrecen servicios de
interlocutor a interlocutor, esto es, que un programa de red en un nodo platica con otro
programa similar en otro nodo de la red. En las capas inferiores esto no es posible ni
requerido.
La última labor importante de la capa de transporte es ofrecer un mecanismo de
nombrado que sirva para identificar y diferenciar las múltiples conexiones existentes, así
como determinar en qué momento se inician y se terminan las conversaciones; es decir, en
esta capa hay un mecanismo de control de flujo. Por ejemplo, si el usuario "operador" en el
nodo "A" quiere iniciar una sesión de trabajo remoto (telnet) en un nodo "B", existirá una
conexión que debe ser diferenciada de la conexión que el usuario "luis" necesita para
transferir un archivo (ftp) del nodo "B" al nodo "A".
2.1.5 Capa de Sesión
Esta capa ofrece el servicio de establecer sesiones de trabajo entre nodos diferentes
de una red. Permite el transporte de datos (spoprtado por la capa de transporte) y añade
algunas facilidades para el establecimiento del flujo de datos.
Esta capa decide a quien se le hace caso para transmitir datos entre las múltiples
conexiones, una manera de hacerlo es proveer de fichas a los participantes de una conexión,
de manera que aquél que tenga la ficha es el que puede transmitir (lo cual es útil en un
medio half duplex). Otro servicio de esta capa es la sincronización y el establecimiento de
puntos de chequeo. Por ejemplo, si se hace necesario transferir un archivo muy grande entre
dos nodos que tienen una alta probabilidad de sufrir una caída, es lógico pensar que una
transmisión ordinaria nunca terminaría porque algún interlocutor se caerá y se perderá la
conexión. La solución es que se establezcan cada pocos minutos un punto de chequeo de
manera que si la conexión se rompe más tarde se pueda reiniciar a partir del punto de
chequeo, lo cual ahorrará tiempo y permitirá tarde o temprano la terminación de la
transferencia.
2.1.6 Capa de Presentación
La capa de presentación nos provee de facilidades para que podamos transmitir datos con
alguna sintaxis propia para nuestras aplicaciones o para nuestro nodo. Existen
computadoras que interpretan sus bytes de una manera diferente que otras (Big Endian
versus Little Endian). En esta capa es posible convertir los datos a un formato
independiente de los nodos que intervienen en la transmisión.
2.1.7 Capa de Aplicación
En esta capa se encuentran aplicaciones de red que nos permiten explotar los
recursos de otros nodos. Dicha explotación se hace, por ejemplo, a través de una emulación
de una terminal que trabaja en un nodo remoto, interpretando una gran variedad de
secuencias de caracteres de control que nos permiten desplegar en la terminal local los
resultados, aún cuando éstos sean gráficos. Otra forma de explotación se da cuando
transmitimos un archivo de una computadora que almacena sus archivos en un formato
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dado a una computadora de formato distinto. Es posible que el programa de transferencia
realice las conversiones necesarias de manera que el archivo puede usarse inmediatamente
bajo alguna aplicación.
2.1.8 Transmisión de datos en el modelo OSI
Un envío de datos típico bajo el modelo de referencia OSI comienza con una
aplicación P en un nodo cualquiera de la red. P genera los datos D que quiere enviar a su
contraparte en otro nodo. Le pasa los datos D a la capa de aplicación.
La capa de aplicación toma los datos y los encapsula añadiendo un encabezado que
contiene información de control o que puede estar vacío. El paquete completo resultante se
lo pasa a la capa de presentación.
La capa de presentación lo recibe y no intenta siquiera decodificar o separar los
componentes del paquete, sino que lo toma como datos y le añade un encabezado con
información de control de esta capa y el paquete resultante se lo envía a la capa de sesión.
La capa de sesión recibe el paquete, que también son sólo datos para ella y le añade
un encabezado de control. El resultado se lo envía a la capa de transporte.
La capa de transporte recibe todo el paquete como datos y le añade su propio
encabezado de control creando otro paquete que envía a la capa de red, la cual se encargará
de enrutarlo a su destino apropiado, entre otras actividades que realiza. Las capas de red,
ligado de datos y física toman, respectivamente, el paquete que les envía la capa superior y
añaden a éste un encabezado definido por el protocolo que corresponde a cada capa y pasan
el resultada a la capa inferior. La capa física traducirá el último paquete a las señales
apropiadas para que viajen por el medio físico hasta el nodo destino.
En el nodo destino, la capa física toma los paquetes y les quita el encabezado de la
capa física, pasando el paquete resultante a la capa de ligado de datos. La capa de ligado lo
recibe y le quita el encabezado de esta capa, pasando el resultado a la capa de red, quien lo
toma y le quita el encabezado de red, pasando el paquete a la capa de transporte que elimina
el encabezado de transporte y pasa el resultado a la capa de sesión, quien también le quita el
encabezado respectivo y pasa el paquete a la capa de presentación, que a su vez le quita el
encabezado de presentación y le pasa el paquete a la capa de aplicación que, finalmente, le
quita el último encabezado y le entrega el paquete de datos reales a la aplicación en el nodo
destino.
De manera virtual, se establecen conexiones directas entre las capas del mismo
nombre de los dos diferentes nodos. Por ejemplo, el paquete que envía la capa de red es
interpretado por la capa de red en el destino y no por otra capa. Para las capas inferiores de
la de red, dicho paquete fue interpretado como datos, y para las capas superiores
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(transporte, sesión, presentación y aplicación) como un paquete compuesto de datos y
encabezado.
Por otro lado, todas las capas, excepto la de aplicación, procesan los paquetes
realizando operaciones que sólo sirven para verificar que el paquete de datos real esté
íntegro o para que éste llegue a su destino, sin que los datos por sí mismos sufran algún
cambio.
2.2. EL MODELO DE REFERENCIA TCP/IP
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Defensa de los
Estados Unidos de Norteamérica definieron un conjunto de reglas que establecieron cómo
conectar computadoras entre sí para lograr el intercambio de información, soportando
incluso desastres mayores en la subred. Fue así como se definió el conjunto de protocolos
de TCP/IP ( TCP/IP Internet Suite of Protocols). Para los años 80 una gran cantidad de
instituciones estaban interesados en conectarse a esta red que se expandió por todo EEUU.
La Suite de TCP/IP consta de 4 capas principales que se han convertido en un estándar a
nivel mundial.
2.2.1 Las capas del modelo TCP/IP
Las capas de la suite de TCP/IP son menos que las del modelo de referencia OSI,
sin embargo son tan robustas que actualmente une a más de 3 millones de nodos en todo el
mundo.
La capa inferior, que podemos nombrar como física respecto al modelo OSI,
contiene varios estándares del Instituto de Ingenieros Electrónicos y Eléctricos (IEEE en
inglés) como son el 802.3 llamado Ethernet que establece las reglas para enviar datos por
cable coaxial delgado (10Base2), cable coaxial grueso (10Base5), par trenzado (10Base-T),
fibra óptica (10Base-F) y su propio método de acceso, el 802.4 llamado Token Bus que
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puede usar estos mismos medios pero con un método de acceso diferente, el X.25 y otros
estándares denominados genéricamente como 802.X.
La siguiente capa cumple, junto con la anteriormente descrita, los niveles del
modelo de referencia 1,2 y 3 que es el de red. En esta capa se definió el protocolo IP
también conocido como "capa de internet". La responsabilidad de este protocolo es entregar
paquetes en los destinos indicados, realizando las operaciones de enrutado apropiadas y la
resolución de congestionamientos o caídas de rutas.
La capa de transporte es la siguiente y está implantada por dos protocolos: el
Transmission Control Protocol y el User datagram Protocol. El primero es un protocolo
confiable (reliable) y orientado a conexiones, lo cual significa que nos ofrece un medio
libre de errores para enviar paquetes. El segundo es un protocolo no orientado a conexiones
(connectionless) y no es confiable (unreliable). El TCP se prefiere para la transmisión de
datos a nivel red de área amplia y el otro para redes de área local.
La última capa definida en la suite de TCP/IP es la de aplicación y en ella se
encuentran decenas de aplicaciones ampliamente conocidas actualmente. Las más
populares son el protocolo de transferencia de archivos (FTP), el emulador de terminales
remotas (Telnet), el servicio de resolución de nombres (Domain Name Service DNS), el
WWW, el servicio de correo electrónico (Simple Mail Transfer Protocol SMTP), el servicio
de tiempo en la red (Network Time Protocol NTP), el protocolo de transferencia de noticias
(Network News Transfer Protocol NNTP) y muchos más.
2.2.2 Comparación con el modelo OSI
El model TCP/IP no tiene bieen divididas las capas de ligado de datos, presentación
y sesión y la experiencia ha demostrado que en la mayoría de los casos son de poca utilidad
[Tan96].
Los estándares 802.X junto con el protocolo IP realizan todas las funciones
propuestas en el modelo OSI hasta la capa de red. Los protocolos TCP y UDP cumplen con
la capa de transporte. Finalmente, las aplicaiones ya mencionadas son ejemplos prácticos y
reales de la funcionalidad de la capa de aplicación.
2.2.2.1 Tipos de Comunicaciones
El modelo OSI propone tener comunicaciones orientadas y no orientadas a conexión
en la capa de red, mientras que TCP/IP sólo ofrece no orientadas a conexión, mientras que
OSI propone en el nivel de transporte comunicaciones orinetadas a conexión mientras que
TCP/IP ofrece orientadas y no orientadas a conexión en dicha capa. [Tan96].
2.2.2.2 Críticas al modelo OSI
El modelo OSI tiene siete niveles que fueron propuestos debido a que IBM tenía su
protocolo de siete capas SNA (Systems Network Architecture) y el comité no quiso ir
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contra la corriente peleando contra la preponderancia de IBM en esos días [Tan96]. Por
otro lado, mientras se planeaba y discutía el modelo OSI, ya se estaba trabajando y creando
redes usando TCP/IP, de manera que al estar disponible el trabajo del modelo OSI la
mayoría de las compañías ya no quiso hacer el esfuerzo de migrar sus productos. En
general, las críticas más importantes al modelo OSI y sus implantaciones se pueden resumir
en los siguientes puntos [Tan96]:
El conjunto total de la pila de protocolos resultó sere demasiada compleja para
entender e implantar. Las capas contienen demasiadas actividades redundantes, por
ejemplo, el control de errores se integra en casi todas las capas siendo que tener un único
control en la capa de aplicación o presentación sería suficiente.
La enormidad de código que fue necesario para implantar el modelo OSI y su
consecuente lentitud hizo que la palabra OSI se asociara a "calidad pobre", lo cual contrastó
con TCP/IP que se implantó exitosamente en el sistema operativo UNIX y era gratis. OSI
tuvo poca aceptación en EEUU porque la mayoría de la gente pensó que era un estándar
implantado por la comunidad europea, y todos sabemos que la tecnología o deporte que no
es inventado en EEUU es discriminada rápidamente.
2.2.2.3 Críticas al modelo TCP/IP
El modelo TCP/IP primero fue llevado a la práctica y luego fue descrita su
funcionalidad, por lo cual se acepta que no puede usarse para describir otros modelos. Las
críticas en general se resumen a continuación:
El modelo no distingue bien entre servicios, interfaces y protocolos, lo cual afecta el diseño
de nuevas tecnologías en base a TCP/IP. Las capas que le faltan con respecto al modelo
OSI ni siquiera se mencionan y eso es lógico porque TCP/IP fue un predecesor de OSI.
No se puede hablar propiamente de un modelo TCP/IP, pero se tiene que discutir
acerca de él forzados por su uso en todo el mundo. Algunos de los protocolos de TCP/IP
fueron creados por estudiantes y para solucionar problemas viejos y las necesidades
modernas requieren de otros protocolos.
Concluyendo, el modelo OSI es muy bueno como marco teórico para describir la
funcionalidad de los dispositivos y protocolos que hacen funcionar una red, pero se acepta
que las capas de sesión y presentación no son muy útiles [Tan96], por lo cual generalmente
se usa un modelo reducido con las capas física, ligado de datos, red, transporte y aplicación.
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