Elvis Raza A.

Necesidad de las arquitecturas de comunicacionesEntre los requerimientos necesarios para un diseño de una

red de datos están:Proporcionar conectividad general de manera robusta, equitativa y

económica para una gran cantidad de computadores.Ser lo suficientemente flexible para evolucionar y ajustarse a los

cambios tecnológicos y a los requerimientos de las nuevas aplicaciones que aparecen constantemente.

Para afrontar esta complejidad, los diseñadores de redes han creado unos modelos generales –usualmente llamados arquitecturas de comunicaciones- que ayudan en el diseño y la implementación de las redes.

Modelo de capas y los protocolosCuando un sistema se vuelve complejo, el diseñador

del sistema introduce otro nivel de abstracción.La idea de una abstracción es definir un modelo

unificador que capture los aspectos importantes del sistema y oculte los detalles de cómo fue implementado.

El reto es identificar las abstracciones que simultáneamente sean útiles en un amplio número de situaciones y, a la vez, puedan ser implementadas eficientemente.

Modelo de capas y los protocolos

En sistemas en red, la abstracción lleva al concepto del modelo de capas.Se comienza con servicios ofrecidos por la capa física y luego se

adiciona una secuencia de capas, cada una de ellas ofreciendo un nivel de servicios más abstracto.

Un modelo de capas ofrece dos características interesantes:Descompone el problema de construir una red en partes más

manejables (no es necesario construir un sistema monolítico que hace todo)

Proporciona un diseño más modular (si se quiere colocar un nuevo servicio, sólo se debe modificar la funcionalidad de una capa)

Proceso de un viaje aéreo como una serie de pasos

tiquete (compra)

equipaje (entrega)

embarque

despegue

Vuelo

tiquete (recobro)

equipaje (recogida)

desembarque

aterrizaje

Vuelo

Ruta de vuelo

Proceso de un viaje aéreo en capas de servicios

Entrega mostrador a mostrador de [personas y equipaje]

Traslado de equipaje: entrega-recogida

Traslado de personas: embarque-desembarque

Traslado de la aeronave: pista a pista

Ruta de vuelo desde el origen hasta el destino

Capas: cada capa implementa un servicio a través de las acciones internas a la capa y solicitando el servicio proporcionado por una capa inferior

Implementación distribuida de la funcionalidad de las capas

tiquete (compra)

equipaje (entrega)

embarque

despegue

Vuelo

tiquete (recobro)

equipaje (recogida)

desembarque

aterrizaje

Vuelo

ruta de vuelo

Salid

a A

erop

uert

o

Lleg

ada

Aer

opue

rto

tráfico aéreo intermedioruta de vuelo ruta de vuelo

Otra vez: ¿Por qué utilizar capas?Permite trabajar con sistemas complejos

una estructura explícita permite la identificación de las partes del sistema complejo y la interrelación entre ellasmodelo de referencia de capas para discusiones

la modularidad facilita el mantenimiento y la actualización del sistemacambios que se realicen en la implementación de

un servicio de una capa es transparente para el resto del sistema

Arquitectura OSI¿Qué es OSI?

Una sigla: Open Systems InterconnectionConceptualmente: arquitectura general requerida para

establecer comunicación entre computadorasOSI puede verse de dos formas:

como un estándarcomo un modelo de referencia

OSI es un estándarEl desarrollo inicial de las redes de computadores fue

promovido por redes experimentales como ARPANet y CYCLADES, seguidos por los fabricantes de computadores (SNA, DECnet, etcétera).Las redes experimentales se diseñaron para ser

heterogéneas (no importaba la marca del computador). Las redes de los fabricantes de equipos tenían su propio conjunto de convenciones para interconectar sus equipos y lo llamaban su “arquitectura de red”

OSI es un estándarLa necesidad de interconectar equipos de diferentes

fabricantes se hizo evidente.En 1977, la ISO (International Organization for

Standarization) reconoció la necesidad de crear estándares para las redes informáticas y creó el subcomité SC16 (Open Systems Interconnection)

La primera reunión de éste subcomité se llevo a cabo en marzo de 1978. El modelo de referencia OSI fue desarrollado después de cerca de 18 meses de discusión.

OSI es un estándarEl modelo OSI fue adoptado en 1979 por el comité

técnico TC97 (procesamiento de datos), del cual dependía el subcomité SC16

OSI fue adoptado en 1984 oficialmente como un estándar internacional por la ISO (International Organization of Standards).

Ahora es la recomendación X.200 de la ITU (International Telecommunication Union) y la norma ISO/IEC 7498-1

OSI como Modelo de Referencia

OSI es un modelo de referencia que muestra cómo debe transmitirse un mensaje entre nodos en una red de datos

El modelo OSI tiene 7 niveles de funcionesNo todos los productos comerciales se adhieren al

modelo OSISirve para enseñar redes y en discusiones técnicas

(resolución de problemas).

¿En qué se fundamenta OSI? La idea principal en el modelo OSI es que el proceso

de comunicación entre dos usuarios en una red de telecomunicaciones puede dividirse en niveles (capas)

En el proceso de comunicación cada nivel pone su granito de arena: el conjunto de funciones que ese nivel “sabe” hacer.

¿Cómo opera el modelo OSI?Los usuarios que participan en la comunicación

utilizan equipos que tienen “instaladas” las funciones de las 7 capas del modelo OSI (o su equivalente)En el equipo que envía:

El mensaje “baja” a través de las capas del modelo OSI. En el equipo que recibe:

El mensaje “sube” a través de las capas del modelo OSI

En la vida real, las 7 capas de funciones del modelo OSI están normalmente construidas como una combinación de:

1. Sistema Operativo (Windows XP, Win2003, Mac/OS ó Unix)2. Aplicaciones (navegador, cliente de correo, servidor web)3. Protocolos de transporte y de red (TCP/IP, IPX/SPX, SNA)4. Hardware y software que colocan la señal en el cable conectado al computador (tarjeta de red y driver)

Al recibirel mensaje“sube”

Al enviarel mensaje“baja”

El mensaje “viaja” a través de la red

Nodo A Nodo B

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica1

234567

1

234567Al enviar

el mensaje“baja”

Al recibirel mensaje“sube”

REDNodo A Nodo B

Las capas del modelo OSI reciben un nombre de acuerdo a su función.

Implementación de las capas OSILas dos primeras capas (física y enlace) generalmente

se construyen con hardware y software El cable, el conector, la tarjeta de red y el driver de la

tarjeta pertenecen a los niveles 1 y 2Los otros cinco niveles se construyen generalmente

con software

Comunicación entre capasCada capa ofrece un

conjunto de funciones para la capa superior y utiliza funciones de la capa inferior

Cada capa, en un nodo, se comunica con su igual en el otro nodo

Capa A

Capa B

Capa A

Capa B

NODO 1 NODO 2

Servicios, Interfaces y Protocolos

El modelo OSI distingue entre:Servicios (funciones): Qué

hace la capa Interfaces: Cómo las capas

vecinas pueden solicitar/dar servicios

Protocolos: Reglas para que capas “pares” se comuniquen

Capa A

Capa B

Capa A

Capa B

NODO 1 NODO 2

Otra forma de ver los protocolos y las interfacesOtras personas incluyen la “interfaz” y el “protocolo” del modelo OSI

como parte del Protocolo.El protocolo provee un servicio de comunicaciones que elementos

(objetos) con un nivel más alto en el modelo de capas (como los procesos de aplicaciones o protocolos de más alto nivel) utilizan para intercambiar mensajes.

En este caso, cada protocolo define dos interfaces diferentes Una interfaz de servicio hacia otros objetos dentro del mismo computador

que desean utilizar el servicio de comunicaciones del protocolo. Esta interfaz define las operaciones que los objetos locales pueden solicitar al protocolo (es la interfaz de OSI).

Una interfaz entre pares (peer-to-peer). Define la forma y el significado de los mensajes intercambiados entre implementaciones del mismo protocolo pero ejecutándose en diferentes nodos para establecer el servicio de comunicaciones (es el protocolo de OSI).

Otra forma de ver los protocolos y las interfaces

Nodo 1

Protocol

Objeto de alto nivel

Interfaz deServicio

Interfaz Peer-to-peer

Nodo 2

Protocol

Objeto de alto nivel

Más sobre protocolosExcepto en la capa física, la comunicación entre pares es

indirecta.Cada protocolo se comunica con su “par” pasando los mensajes a

otro protocolo de una capa inferior.

Hay que recordar que la palabra protocolo se usa en dos sentidos:Algunas veces hace referencia a la abstracción de las interfaces

(operaciones definidas por la interfaz de servicio y la interfaz entre pares)

Otras veces se refiere al módulo –programa- que implementa en la realidad las dos interfaces.

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

RED

Nodo A Nodo B

DATOS

DATOS

DATOS

DATOSHeader 4

Header 3

Header 2

Unidades de Información

Puede contenerencabezados delas capas 5, 6 y 7

Mensaje

Paquete

Frame

bits

EncapsulaciónCuando un protocolo de una capa superior envía datos a su par en

otro nodo, los entrega al protocolo de la capa inferior. El protocolo de la capa inferior no sabe si el protocolo de nivel

superior envía una imagen, un correo o una secuencia numérica.Luego el protocolo del nivel inferior, para crear su mensaje,

agrega una información de control (header) que es utilizada entre pares para comunicarse entre ellos. Esta información de control generalmente es colocada al iniciar el

mensaje. En algunos casos se anexa información de control al final del mensaje y la llaman trailer.

A los datos entregados por el protocolo de la capa superior, dentro del mensaje, se le llama cuerpo del mensaje o payload.

La operación de “meter” el mensaje del nivel superior detrás de un header o cabecera en el mensaje de nivel inferior se llama encapsulación.

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

Aplicaciones de Red: transferencia de archivosFormatos y representación de los datosEstablece, mantiene y cierra sesiones

Entrega confiable/no confiable de “mensajes”Entrega los “paquetes” y hace enrutamiennto

Transfiere “frames”, chequea erroresTransmite datos binarios sobre un medio

Nivel OSI Función que ofrece

Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver determinados problemas de la comunicación (“divide y vencerás”)

Uno o más nodos dentro de la Red

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Red

Enlace

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Red

Enlace

Física

End system End system

Intermediate systems

Perspectivas del modelo OSIEl modelo OSI permite trabajar con la complejidad de

los sistemas de comunicación de datosLas implementaciones de arquitecturas de red reales

no cumplen (o lo hacen parcialmente) con el Modelo OSI:TCP/IP, SNA, Novell Netware, DECnet, AppleTalk, etc.

Perspectivas del modelo OSISe intentó construir una implementación del modelo OSI

A finales de los 80, el gobierno de EEUU quiso establecer GOSIP (Government Open Systems Interconnect Profile) como algo obligatorio. NO funcionó. Perdió vigencia en 1995

¿Qué sucederá con OSI?Los protocolos de la implementación OSI desarrollada son

demasiado complejos y tienen fallasEstán implementados de manera muy regularSin embargo, TCP/IP sigue mejorando continuamente

El modelo OSI sigue siendo un modelo pedagógico.

¿Qué es TCP/IP?El nombre “TCP/IP” se refiere a una suite de

protocolos de datos.Una colección de protocolos de datos que permite que

los computadores se comuniquen. El nombre viene de dos de los protocolos que lo

conforman:Transmission Control Protocol (TCP)Internet Protocol (IP)

Hay muchos otros protocolos en la suite

TCP/IP e InternetTCP/IP son los protocolos fundamentales de Internet

(Aunque se utilizan para Intranets y Extranets)Stanford University y Bold, Beranek and Newman

(BBN) presentaron TCP/IP a comienzos de los 70 para una red de conmutación de paquetes (ARPANet).

La arquitectura de TCP/IP ahora es definida por la Internet Engineering Task Force (IETF)

¿Por qué es popular TCP/IP?Los estándares de los protocolos son abiertos:

interconecta equipos de diferentes fabricantes sin problema.

Independiente del medio de transmisión físico.Un esquema de direccionamiento amplio y común.Protocolos de alto nivel estandarizados (¡muchos

servicios!)

“Estándares” de TCP/IPPara garantizar que TCP/IP sea un protocolo abierto

los estándares deben ser públicamente conocidos.La mayor parte de la información sobre los protocolos

de TCP/IP está publicada en unos documentos llamados Request for Comments (RFC’s) - Hay otros dos tipos de documentos: Military Standards (MIL STD), Internet Engineering Notes (IEN) -.

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

Aplicación

TransporteInternet

Acceso de Red

Aplicaciones y procesos que usan la red

Servicios de entrega de datos entre nodosDefine el datagrama y maneja el enrutamiento

Rutinas para acceder el medio físico

No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de losprotocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres a cinco).

Encapsulación de datosCada capa de la pila

TCP/IP adiciona información de control (un “header”) para asegurar la entrega correcta de los datos.

Cuando se recibe, la información de control se retira.

Capa de Acceso de Red

Capa Internet

Capa de transporte

Capa de aplicación

DATOSHeader

DATOSHeaderHeader

Header DATOSHeaderHeader

DATOS

Modelo OSI y TCP/IP 2-36

Ubicación de los protocolos de TCP/IP en el Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)

Llegó

Modem

SolicitudDNS Red del

CampusAQUÍ ESTÁ LA

TARJETA DE RED

Y EL DRIVER

ModemEL MODEM ESTÁ

EN LA CAPA 1