UNIDAD III: Modelos de referencia Modelos de referencia

UNIDAD III: Modelos de referencia
Introducción
El crecimiento de las redes en las últimas dos décadas ha sido enorme, en
cantidad y tamaño.En un principio diferentes fabricantes de computadoras,
desarrollaron distintas arquitecturas de redes que eran incompatibles entre sí.
Esto originó una fuerte dependencia de los clientes con un único fabricante,así
como una interoperabilidad entre redes que utilizaban distintas especificaciones.
Se realizaron investigaciones acerca de los esquemas de red, con el fin de
desarrollar una arquitectura de diseño que permitiese la interconexión de todos los
computadores entre sí independientemente del fabricante. Es así como surgen
modelos para la interconexión de sistemas abiertos.
Modelos de referencia
El Modelo de referencia OSI
La búsqueda de interoperabilidad entre redes y computadores de diferentes
fabricantes, llevó a la Organización Internacional de Normas, ISO (Internacional
Standards Organization) a desarrollar en 1984 un modelo de referencia para la
Interconexión de sistemas Abiertos, OSI (Open Systems Interconection) así como
protocolos estándar asociados. Este modelo incorporó gran parte del
conocimiento disponible en la comunidad investigadora y desempeña un papel
muy importante en el diseño de redes . Un sistema abierto es “ … un
conjunto de uno a varios computadores, el material lógico asociado (software),
periféricos, terminales, operadores humanos, procesos físicos, medios de
transferencia de información, etc; que forma un todo autónomocapaz de efectuar
procesamiento y/o transferencia de información y que cumple con las normas de
interconexión ISO―. Es decir, un sistema abierto es capaz de comunicarse con
otros sistemas a diferencia de los sistemas propietarios. Propietario significa que
un pequeño grupo de empresas controla el uso total de la tecnología. Abierto
significa que el uso libre de la tecnología está disponible para todos .
El modelo de referencia OSI divide el proceso de comunicación en
funciones de capa. Cada capa comprende un conjunto de funciones de red
que permiten desarrollar uno o más protocolos
que rigen el comportamiento de los procesos o entidades de dicha capa.
El proceso de división de las funciones en capas, tiene las siguientes ventajas :
• Reduce la complejidad del diseño
• Estandariza las interfaces
• Facilita el diseño modular
• Asegura una tecnología interoperable
• Asegura la evolución
• Simplifica la enseñanza y el aprendizaje.
Los principios que determinan el número de capas en que se divide el modelo, se
pueden resumir como sigue:
Una capa se debe crear donde se necesite una abstracción diferente.
•
•
•
Cada capa debe realizar un conjunto de funciones bien definidas.
Las funciones de cada capa se deben elegir con el fin de definir protocolos
estandarizados internacionalmente.
Los límites de las capas se establecen a fin de minimizar el flujo de
•
información a través de las interfaces.
El número de capas debe ser lo suficientemente grande para no agrupar
funciones diferentes en una misma capa, y lo suficientemente pequeño para
que la arquitectura no se vuelva inmanejable.
La capa n de una maquina A, mantiene una “conversación― con la capa n
de otra maquina B.
Las reglas y convenciones que norman esta conversación, definen el protocolo o
protocolos de capa n, y la comunicación entre capas se realiza en un proceso
de comunicación paritario.
La comunicación entre entidades pares (entre capas iguales) es horizontal,
aunque virtual,debido a que no existe un enlace de comunicaciones directo entre
dos capas iguales que están en sistemas diferentes.
El flujo de información en el modelo OSI es vertical, en un proceso
denominado encapsulamiento. Cada capa utiliza los servicios prestados pos
la capa inferior para realizar la comunicación.
Las capas adyacentes se comunican entre sí, mediante el intercambio de
Unidades de Datos de Protocolo PDU (Protocol data Units).
El modelo OSI consta de siete capas: Física, Enlace, Red, Transporte, Sesión,
Presentación y Aplicación; cada una con funciones bien definidas que describen el
proceso de comunicación entre los distintos elementos de una red.
En el proceso de comunicación OSI, la capa N se utiliza los servicios de la capa
N-1 y ofrece servicios a la capa N+1.
Cuando se realiza la comunicación entre dos sistemas abiertos A y B, la capa N
del sistema A recibe la PDU de la capa N+1, la cual contiene los datos
provenientes de las capas superiores así como encabezados de la capa N+1 con
información de control del protocolo de capa N+1. Esta PDU de capa N+1
representan los datos para la capa N, los cuales son encapsulados (se agrega
información del protocolo de capa N en el encabezado) y transmitidos a la capa N1. Así se repite el procedimiento descendente hasta la capa física en donde los
datos fluyen “físicamente― entre los dos sistemas A y B. En el sistema B el
proceso de comunicaciones es ascendente. En la capa N se recibe la PDU de la
capa N-1 y se elimina el encabezado de capa N que contiene la información del
protocolo capa N. Los datos que no forman parte del encabezado se envían a al
capa N+1 y el proceso se repite de forma ascendente.
CAPAS DEL MODELO OSI
A continuación de describen cada una de las siete capas del modelos OSI.
Capa Física
La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento
y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas
finales. Las características tales como niveles de voltaje, temporización de
cambios de voltaje, velocidad de datos físicos, distancias de transmisión máximas,
conectores físicos y otros atributos similares se definen por las especificaciones
de la capa física.
En la capa física, se realiza la transmisión de bits puros a través de un canal de
comunicaciones.
Capa de Enlace de Datos
La capa de enlace de datos proporciona tránsito de datos confiable a través de un
enlace físico.
Al hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico
(comparado con el lógico), la topología de red, el acceso a la red, la notificación
de errores, entrega ordenada de tramas y control de flujo. La transferencia de
Tramas (PDU de la capa enlace) a través de un enlace que conecta directamente
dos nodos de red, se realiza a nivel de la capa Enlace.
Capa de Red
La capa de red proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas
de hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. La capa
red determina la mejor ruta por la cual se enviarán los paquetes (PDU de capa
Red) y reensambla los paquetes en un orden correcto en el destino para transmitir
la información a la capa de transporte. La ruta hacia el destino puede incluir mas
un enlace, así en cada nodo se debe procesar la información que encamine o
enrute los paquetes al destino.
Capa deTransporte
La capa de transporte segmenta los datos originados en el host emisor y los
reensambla en una corriente de datos dentro del sistema del host receptor. La
capa de transporte intenta suministrar un servicio de transporte de datos que aísla
las capas superiores de los detalles de implementación del transporte.
Específicamente, temas como la confiabilidad del transporte entre dos hosts es
responsabilidad de la capa de transporte. Al proporcionar un servicio de
comunicaciones, la capa de transporte establece, mantiene y termina
adecuadamente los circuitos virtuales. Al proporcionar un servicio confiable, se
utilizan dispositivos de detección y recuperación de errores de transporte.
El protocolo de la capa Transporte define la transferencia de Segmentos (PDU de
capa Transporte)y solo se ejecuta el las maquinas terminales de la comunicación.
Ofrece a la capa sesión una cierta calidad de servicio en la transferencia de
mensajes a través de la red.
Capa de Sesión
La capa de sesión establece, administra y finaliza las sesiones entre dos hosts
que se están comunicando. La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa
de presentación. También sincroniza el diálogo entre las capas de presentación
de los dos hosts y administra su intercambio de datos. Además de regular la
sesión, la capa de sesión ofrece disposiciones para una eficiente
transferencia de datos, clase de servicio y un registro de excepciones acerca de
los problemas de la capa de sesión, presentación y aplicación. Con el control de
dialogo se define el tipo de comunicación, duplex o semi-duplex. Con la
sincronización se logra definir puntos de referencia para la recuperación de la
transmisión de un flujo de datos en caso de fallas.
Capa de Presentación
La capa de presentación garantiza que la información que envía la capa de
aplicación de un sistema pueda ser leída por la capa de aplicación de otro. De ser
necesario, la capa de presentación traduce entre varios formatos de datos
utilizando un formato común. Es decir la capa de Presentación define una formato
común así como la sintaxis, para los datos que se van a intercambiar entre dos
aplicaciones que se pueden estar ejecutando en máquinas que utilizan diferente
representación de
los datos.
Capa de Aplicación
La capa de aplicación es la capa del modelo OSI más cercana al usuario;
suministra servicios de red a las aplicaciones del usuario. Difiere de las demás
capas debido a que no proporciona servicios a ninguna otra capa OSI, sino
solamente a aplicaciones que se encuentran fuera del modelo OSI. Algunos
ejemplos de aplicaciones son los programas de hojas de cálculo, de
procesamiento de texto y los de las terminales bancarias. La capa de aplicación
establece la disponibilidad de los potenciales socios
de comunicación, sincroniza y establece acuerdos sobre los procedimientos de
recuperación de errores y control de la integridad de los datos. Los protocolos mas
representativos de la capa aplicación incluyen, transferencia de archivos,
terminales virtuales, navegación web, correo electrónico, etc.
El Modelo de referencia TCP/IP
El modelo TCP/IP es el modelo que se utilizó en la red del Departamento de
Defensa (DoD) de los Estados Unidos, ARPANET. El DoD requería de una red
que no sufriese las consecuencias un perdida de hardware en nodos intermedios
de la red, es decir, que la comunicación se mantuviera mientras los nodos
terminales (origen y destino) estuvieran funcionando, aunque algunas de las
maquinas o líneas de operación intermedias quedarán fuera de servicio
repentinamente. El modelo es usado actualmente en la red de redes Internet
(sucesora de ARPANET).
El modelo TCP/IP contempla muchas de las características de OSI en cuanto a la
división en funciones de capa, sin embargo incluye el hecho de que muchas
funciones de capa no son imprescindibles en una arquitectura determinad y
pueden no estar presentes.
Capas del Modelo TCP/IP
El modelo TCP/IP consta de cuatro capas: Capa de Aplicación, Capa de
Transporte, Capa de Internet y Capa de Acceso a la Red. Cada capa tiene sus
funciones definidas y aunque algunas tienen el mismo nombre que en el modelo
OSI no implican que describan exactamente las mismas funciones.
Capa de Aplicación
Los diseñadores de TCP/IP sintieron que los protocolos de nivel superior deberían
incluir los detalles de las capas de sesión y presentación. Simplemente crearon
una capa de aplicación que
maneja protocolos de alto nivel, aspectos de representación, codificación y control
de diálogo.
El modelo TCP/IP combina todos los aspectos relacionados con las aplicaciones
en una sola capa y garantiza que estos datos estén correctamente empaquetados
para la siguiente capa. Las aplicaciones incluyen FTP, correo, terminal virtual
(TELNET), etc.
Capa de Transporte
La capa de transporte [1,2] se refiere a los aspectos de calidad del servicio con
respecto a la confiabilidad, el control de flujo y la corrección de errores. Uno de
sus protocolos, el protocolo para el control de la transmisión (TCP), ofrece
maneras flexibles y de alta calidad para crear comunicaciones de red confiables,
sin problemas de flujo y con un nivel de error bajo. TCP es un protocolo orientado
a la conexión. Mantiene un diálogo entre el origen y el destino mientras
empaqueta la información de la capa de aplicación en unidades denominadas
segmentos.
Orientado a la conexión no significa que el circuito exista entre los computadores
que se están comunicando (esto sería una conmutación de circuito). Significa que
los segmentos de Capa 4 viajan de un lado a otro entre dos hosts para comprobar
que la conexión exista lógicamente para un determinado período.
Esto se conoce como conmutación de paquetes. El otro protocolo UDP,Protocolo
de Datagrama de Usuario, es un protocolo no confiable y no orientado a conexión;
usado en aplicaciones que no requieren la secuenciación y el control de flujo de
TCP o que desean proporcionar su propio control. Es similar a la capa transporte
de OSI.
Capa de Internet
El propósito de la capa de Internet es enviar paquetes origen desde cualquier red
en la internetwork y que estos paquetes lleguen a su destino independientemente
de la ruta y de las redes que recorrieron para llegar hasta allí. El protocolo
específico que rige esta capa se denomina Protocolo Internet (IP). En esta capa
se produce la determinación de la mejor ruta y la conmutación de paquetes. Esto
se puede comparar con el sistema postal. Cuando envía una carta por correo,
usted no sabe cómo llega a destino (existen varias rutas posibles); lo que le
interesa es que la cartallegue. Es similar en funciones a la capa Red de OSI.
Capa de Acceso a la Red
También se denomina capa de host a red. Es la capa que se ocupa de todos los
aspectos que requiere un paquete IP para realizar realmente un enlace físico y
luego realizar otro enlace físico.
Esta capa incluye los detalles de tecnología LAN y WAN y todos los detalles de
las capas, física y de enlace de datos del modelo OSI.
Comparación de los modelos OSI Y TCP/IP
Los modelos OSI y TCP/IP tienen muchos aspectos en común. Se basan en el
concepto de protocolos independientes, tienen funciones de capa muy parecidas.
Por otra arte tienen diferencias bien definidas que se resumen a continuación:
• Una diferencia obvia, es el número de capas que tiene cada modelo. OSI
posee 7 capas y TCP/IP posee 4. Ambos tienen Modelos de
referencia
Capa de Acceso a la Red
También se denomina capa de host a red. Es la capa que se ocupa de todos los
aspectos que requiere un paquete IP para realizar realmente un enlace físico y
luego realizar otro enlace físico.
Esta capa incluye los detalles de tecnología LAN y WAN y todos los detalles de
las capas, física y de enlace de datos del modelo OSI.
Comparación de los modelos OSI Y TCP/IP
Los modelos OSI y TCP/IP tienen muchos aspectos en común. Se basan en el
concepto de protocolos independientes, tienen funciones de capa muy parecidas.
Por otra arte tienen diferencias bien definidas que se resumen a continuación:
• Una diferencia obvia, es el número de capas que tiene cada modelo. OSI
posee 7 capas y TCP/IP posee 4. Ambos tienen capa Aplicación, Transporte
y Red; pero las demás son diferentes.
•
•
La comunicación orientada a conexión, comparada con la comunicación no
orientada a conexión. OSI soporta ambos tipo de comunicación en la capa
red, pero solo comunicación orientada conexión en la capa Transporte. El
modelo TCP/IP solo admite comunicación no orientada a conexión en la
capa red, pero admite ambos tipos de comunicación en la capa transporte.
El modelo OSI surgió antes de los respectivos protocolos, es decir no
estaba diseñado para un grupo de protocolos específicos. Esto lo hace mas
general y con capacidad de adaptarse a cualquier tipo de red. Por su parte,
con TCP/IP ocurrió lo contrario, primero surgieron los protocolos y luego el
modelo fue una descripción de los protocolos existentes. Los protocolos
encajaban perfectamente en el modelo, sin embargo el modelo el modelo
resulta difícil para describir otras redes que no sean TCP/IP.
En general, los protocolos asociados con OSI ya casi no se usan, aunque el
modelo en si es muy general y aún es válido y útil. Por el contrario TCP/IP como
modelo no se utiliza mucho para describir redes, pero los protocolos asociados a
él son muy utilizados, de hecho son los protocolos en que se soporta la
INTERNET.