Osi nuevo
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Modelo OSI y TCP/IP
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)
Compra de boletos
Documentar equipaje
Embarque
Despegué
Confirmar retorno
Recoger equipaje
Dembarque
Aterrizaje
Viaje redondo en avión
Ruta de vuelo
Proceso de un viaje aéreo en capas de servicios
Entrega mostrador a mostrador de [personas y equipaje]
Traslado de equipaje: entrega-reclamo
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
Boleto (compra)
equipaje (entrega)
embarque
despegue
Vuelo
Confirmar retorno
equipaje (reclamo)
desembarque
aterrizaje
Vuelo
ruta de vuelo
Salid
a
Aero
puert
o
Llegada
Aero
puert
o
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 ellas• modelo de referencia de capas para discusiones
– la modularidad facilita el mantenimiento y la actualización del sistema• cambios 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 Interconnection– Conceptualmente: arquitectura general requerida
para establecer comunicación entre computadoras
• OSI puede verse de dos formas:– como un estándar– como un modelo de referencia
OSI es un estándar
• El 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 estándar
• La 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 estándar
• El 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 como debe transmitirse un mensaje entre nodos en una red de datos
• El modelo OSI tiene 7 niveles de funciones• No todos los productos comerciales se
adhieren al modelo OSI• Sirve 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
Operación: 1ª aproximación
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
Operación: 2ª aproximación
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7Al enviarel mensaje“baja”
Al recibirel mensaje“sube”
RED
Nodo A Nodo B
Las capas del modelo OSI reciben un nombre de acuerdo a su función.
Implementación de las capas OSI
• Las 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 2
• Los otros cinco niveles se construyen generalmente con software
Comunicación entre capas
• Cada 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 interfaces
• Otras 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 protocolos
• Excepto 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.
Operación: 3ª aproximación
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
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
Encapsulación• Cuando 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.
Multiplexamiento y demultiplexamiento
• En de cada una de las capas de un modelo de comunicaciones se pueden alojar varios procolos.
• Por esto razón, dentro del header que agrega un protocolo al construir el mensaje para su par, ubicado en otro nodo, debe incluir un identificador para indicar a qué protocolo o servicio de la capa superior le pertenece el “payload”.– Este identificador es conocido como llave de multiplexación (demux
key)• Cuando el mensaje llega al nodo destino, el protocolo que lo
recibe debe retirar el header, mirar la llave de multiplexación y entregar (demultiplexar) la carga útil (payload) al protocolo o aplicación correctos en la capa superior.– En los headers, las llaves de multiplexación se implementan de
diferentes maneras: diferentes tamaños (un byte, dos bytes, cuatro bytes) o algunos colocan sólo la identificación de la aplicación destino, otros colocan la aplicación origen y la destino.
Operación: 4ª aproximación (1)
Enlace (2)
Física (1)
Usuario en el Nodo A envía el mensaje “Tengo una idea.”
H4H3
Tengo una idea.
Tengo una idea.
Teng o una idea.H3
H4
H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2
H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2
Tengo una idea.
Tengo una idea.
Red (3)
Transp. (4)
Sesión (5)
Los datos se encapsulan y se registraa qué protocolo de la capa superiorle pertenece la carga útil (payload)
Operación: 4ª aproximación (2)
Física (1)
Usuario en el Nodo B recibe el mensaje “Tengo una idea.”
H4H3
Tengo una idea.
Tengo una idea.
Teng o una idea.H3
H4
H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2
H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2
Tengo una idea.
Tengo una idea.
Enlace (2)
Red (3)
Transp. (4)
Sesión (5)
Para entregar el mensaje al protocolocorrecto, dentro de una capa, se usa
la llave de multiplexación.
Los 7 Niveles del modelo OSI
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Aplicaciones de Red: transferencia de archivos
Formatos y representación de los datos
Establece, mantiene y cierra sesiones
Entrega confiable/no confiable de “mensajes”
Entrega los “paquetes” y hace enrutamiennto
Transfiere “frames”, chequea errores
Transmite 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”)
Nivel de Aplicación (Capa 7)
• La capa de aplicación está cerca al usuario (no ofrece servicios a otras capas del modelo OSI)– Es el nivel más alto en la arquitectura OSI– Define la interfaz entre el software de comunicaciones y
cualquier aplicación que necesite comunicarse a través de la red.
– Las otras capas existen para prestar servicios a esta capa– Las aplicaciones están compuestas por procesos.– Un proceso de aplicación se manifiesta en la capa de
aplicaciones como la ejecución de un protocolo de aplicación.
Nivel de Presentación (Capa 6)
• Define el formato de los datos que se intercambiarán– Asegura que la información enviada por la capa de
aplicación de un nodo sea entendida por la capa de aplicación del otro nodo
– Si es necesario, transforma a un formato de representación común
– Negocia la sintáxis de transferencia de datos para la capa de aplicación (estructura de datos)
– Ejemplo: formato GIF, JPEG ó PNG para imágenes.
Nivel de Sesión (Capa 5)
• Define cómo iniciar, coordinar y terminar las conversaciones entre aplicaciones (llamadas sesiones).– Administra el intercambio de datos y sincroniza el diálogo
entre niveles de presentación (capa 6) de cada sistema– Ofrece las herramientas para que la capa de aplicación, la
de presentación y la de sesión reporten sus problemas y los recursos disponibles para la comunicación (control del diálogo –sesión- entre aplicaciones)
– Lleva control de qué flujos forman parte de la misma sesión y qué flujos deben terminar correctamente
Nivel de Transporte (Capa 4)• Proporciona un número amplio de servicios. Asegura
la entrega de los datos entre procesos que han establecido una sesión y que se ejecutan en diferentes nodos– Evita que las capas superiores se preocupen por los detalles
del transporte de los datos hasta el proceso correcto– Hace multiplexamiento para las aplicaciones
• ¿cuál es la aplicación/servicio destino/origen?– Segmenta bloques grandes de datos antes de transmitirlos
(y los reensambla en le nodo destino)– Asegura la transmisión confiable de los mensajes – No deja que falten ni sobren partes de los mensajes
trasmitidos (si es necesario, hace retransmisión de mensajes)
– hace control de flujo y control de congestión
Nivel de Red (Capa 3)
• Entrega los paquetes de datos a la red correcta, al nodo correcto, buscando el mejor camino (es decir, permite el intercambio de paquetes).– Evita que las capas superiores se preocupen por los
detalles de cómo los paquetes alcanzan el nodo destino correcto
– En esta capa se define la dirección lógica de los nodos – Esta capa es la encargada de hacer el enrutamiento y el
direccionamiento• Enrutamiento: ¿cuál es el mejor camino para llegar a la red
destino? • Direccionamiento: ¿cuál es el nodo destino?
Nivel de Enlace (Capa 2)• Inicia, mantiene y libera los enlaces de datos
entre dos nodos. • Hace transmisión confiable (sin errores) de los
datos sobre un medio físico (un enlace)– Define la dirección física de los nodos– Construye los “frames”– También debe involucrarse con el orden en que
lleguen los frames, notificación de errores físicos, reglas de uso del medio físico y el control del flujo en el medio.
– Es diferente de acuerdo a la topología de red y al medio utilizado.
Nivel Físico (Capa 1)
• Define las características mecánicas, eléctricas y funcionales para establecer, mantener, repetir, amplificar y desactivar conexiones físicas entre nodos– Acepta un “chorro” de bits y los transporta a
través de un medio físico (un enlace)– Nivel de voltaje, sincronización de cambios de
voltaje, frecuencia de transmisión, distancias de los cables, conectores físicos y asuntos similares son especificados en esta capa.
Arquitectura OSI
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 OSI
• El modelo OSI permite trabajar con la complejidad de los sistemas de comunicación de datos
• Las 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 OSI
• Se 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 fallas– Están implementados de manera muy regular– Sin 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 Internet
• TCP/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/IP
• Para 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) -.
Arquitectura de TCP/IP (cuatro capas)
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Aplicación
Transporte
Internet
Acceso de Red
Aplicaciones y procesos que usan la red
Servicios de entrega de datos entre nodos
Define 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).
Pila de protocolos de Internet (cinco capas)• aplicación: soporta las aplicaciones de
la red– FTP, SMTP, HTTP
• transporte: transferencia de datos host to host– TCP, UDP
• red: enrutamiento de datagramas desde la fuente al destino– IP, protocolos de enrutamiento
• enlace: transferencia de datos entre elementos de red vecinos– PPP, Ethernet
• física: bits “en el cable”
aplicación
transporte
red
enlace
física
Capas: comunicación lógicaCada capa:• distribuida• Las “entidades”
implementan las funciones de cada capa en cada nodo
• las entidades realizan acciones, e intercambian mensajes con sus “iguales”
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
redenlacefísica
Capas: comunicación lógicaTransporte• toma datos de la
aplicación• agrega
direccionamiento, agrega información de chequeo de confiabilidad para formar el “datagrama”
• envía el datagrama al otro nodo
• espera el acuse de recibo (ack) del otro nodo
• analogía: la oficina postal
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
redenlacefísica
datos
datos
datos
transporte
transporte
ack
Capas: comunicación físicaaplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
redenlacefísica
datos
datos
Capa de Acceso de Red
Capa Internet
Capa de transporte
Capa de aplicación
Encapsulación de datos
• Cada 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.
DATOSHeader
DATOSHeaderHeader
Header DATOSHeaderHeader
DATOS
Capas de los protoclos y los datosCada capa toma los datos de la capa superior• agrega información de control (header) y crea una nueva
unidad de datos• pasa esta nueva unidad a la capa inferior
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
origen destino
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl
mensaje
segmento
datagrama
frame
Ubicación de los protocolos de TCP/IP en Ubicación de los protocolos de TCP/IP en el Modelo el Modelo
de Referencia OSI (Open Systems de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)Interconnection)
Llegó
Modem
SolicitudDNS Red del
CampusAQUÍ ESTÁ LA
TARJETA DE RED
Y EL DRIVER
ModemEL MODEM ESTÁ
EN LA CAPA 1
Representación alternativa de la Arquitectura de Internet
• Diseño en forma de clepsidra (reloj de arena)• Aplicación vs. Protocolo de Aplicación (FTP, HTTP)
…
FTP HTTP SNMP TFTP
TCP UDP
IP
RED1 RED2 REDn
Otras representaciones de la arquitectura de Internet
Aplicación
Network
IP
TCP UDP
Topología de red
IP
TCP y UDP
AplicacionesbinariasNVTs
AplicacionesASCII