Modelo de Referencia OSI (31 / 7 / 2000) Leonor Rodríguez Borrego

Transcripción

1 Modelo de Referencia OSI (31 / 7 / 2000) Leonor Rodríguez Borrego

2 1.Contenidos. 1. Contenidos. 2. Introducción 3. Normalización 4. El Modelo de Referencia OSI. 5. Servicios según OSI. 6. Comparación entre OSI y otros modelos. 7. Bibliografía y Referencias.

3 2.Introducción Este documento constituye una descripción del Modelo de Referencia OSI. Se van a tratar tanto conceptos generales sobre las redes de comunicaciones que mantienen relación con este modelo, como puede ser la normalización (objeto del primer punto del documento), como características específicas del modelo elaborado por ISO, como pueden ser la estructura del modelo y el modo de transferencia de información(objeto del cuarto punto). Finalmente se dedica un último punto a la comparación del modelo con otro tipo de redes y modelos, lo que puede hacer, quizás, más familiar el modelo de referencia OSI.

4 3. Normalización. En este apartado se va a estudiar tanto la normalización como concepto general aplicable a cualquier tipo de tecnología como la normalización dentro del marco OSI. Los diferentes organismos de normalización también serán sujeto de estudio en este apartado Conceptos generales. Ventajas y desventajas. La normalización es el proceso de definición de una serie de reglas y de normas para la construcción o definición de un sistema de comunicaciones. La normalización comienza a ser necesaria desde el momento en el que comienzan a utilizarse los sistemas abiertos (sistemas cuya arquitectura es conocida). La utilización de sistemas abiertos supone una serie de ventajas e inconvenientes que se relatan a continuación. Ventajas: - Economía: Con los sistemas normalizados el mercado aumenta ya que se incrementa el número de personas y empresas que pueden acceder a él. De ello se benefician tanto el comprador, aumenta la competencia, como les empresas, tienen más mercado y por lo tanto más ventas. - Libertad: De este modo el consumidor no depende únicamente del la persona o casa que le ha vendido un determinado sistema, sino que podrá acudir a cualquier otra casa que la resulte más económica, más fiable,... Desventajas: - Retraso tecnológico: La normalización es un proceso lento ya que no es fácil poner de acuerdo a todos los fabricantes, y debido a esta lentitud muchas veces para cuando se ha terminado el estándar ya se ha desarrollado una tecnología mejor. En telecomunicaciones este es un factor a tener muy en cuenta, ya que las tecnologías cambian y se mejoran cada 6 o 9 meses periodo de tiempo que no es suficiente para normalizar. En general las ventajas compensan a las desventajas por lo cual se opta por la normalización Normalización dentro del marco OSI. La principal motivación para el desarrollo del modelo OSI fue crear un marco para la normalización. El modelo define en términos generales las funciones a realizar en cada una de las capas y facilita el proceso de hacer las normalizaciones en dos formas: - El hecho de que cada capa tenga unas funciones perfectamente definidas supone que las normalizaciones pueden ser desarrolladas de forma independiente en cada capa, lo cual acelera el proceso de hacer las normalizaciones.

5 - El hecho de que los límites entre las capas estén bien definidos supone que los posibles cambios en una de las capas no afectará a las demás capas, de forma que la implementación de nuevas normalizaciones se facilita. En el modelo OSI se emplea lo que podemos denominar como un diseño modular; la función se descompone en una serie de módulos, haciendo las interfaces entre módulos tan sencillas como sea posible. Además, se utiliza el principio de diseño con ocultación de información: las capas inferiores están implicadas con niveles de detalles más grandes; las capas superiores son independientes de esos detalles. Dentro de cada capa se suministra tanto el servicio proporcionado a la capa superior siguiente como el protocolo a la capa paritaria en otro sistema. La naturaleza de la normalización requerida en cada capa contiene tres puntos clave: - Especificación de protocolo: Incluye el formato de la unidad de datos del protocolo, la semántica de todos los campos y la secuencia permitida de PDU s. - Definición del servicio: Es equivalente a una descripción funcional que define qué servicios se están proporcionando, pero no cómo se están proporcionando. - Direccionamiento: Las entidades se referencian por medio de un punto de acceso al servicio, SAP Organismos de normalización. Existen diversos organismos de normalización de los cuales vamos a destacar los siguientes por ser los más relacionados con el ámbito de las telecomunicaciones. - ISO International Standard Organization: Organización internaional dedicada a escribir y distribuir estándares técnicos para la industria y el comercio. Participan en esta organización otras como ITU-T o ANSI. - IEEE Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos: Organización profesional americana que trabaja principalmente en la estandarización de interfaces con equipos de instrumentación y LAN. El proyecto IEEE 802 generó el estándar para LAN y MAN. - ITU Unión Internacional de Telecomunicaciones: Se encuentra bajo la carta de las Naciones Unidas. Es la mayor organización internacional para el desarrollo de acuerdos globales en el uso del espectro de radio. Dos organismos importantes dentro de la ITU son: - ITU-T, antiguo CCITT, genera recomendaciones eléctricas y funcionales para telecomunicaciones y comunicaciones de datos. - ITU-R, antiguo CCIR, organización para el estudio sobre cuestiones técnicas, funcionales u operacionales en radiocomunicaciones. Las recomendaciones de ITU-T e ITU-R se agrupan por series, con nombres de letras. - ETSI Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicación: Fue creada en respuesta a la postura de la UE de reforzar los recursos europeos destinados a la normalización. - -

6 - IRTF Internet Research Task Force: Es el comité para la investigación en Internet, el cual depende del IAB. Todo el trabajo realizado tanto por el IRTF, como por el IETF (Internet Engineering Task Force) se lleva a cabo por grupos de trabajo cuyos integrantes son voluntarios. El proceso de normalización en ISO tiene 6 etapas y se generan 3 tipos de documento: CD (Borrador Comité): Documento que maneja internamente el grupo de trabajo que se encarga del problema. DIS (Draft International Standard): Borrador de estándar internacional. IS (International Standard): Estándar publicado por la ISO. Todo este proceso dura entre 10 meses y un año, por lo que se puede considerar un proceso lento. En el caso de Internet este proceso es más sencillo; cuando un usuario detecta un problema que es capaz de resolver genera un documento gratuito llamado RFC, que consiste en una petición de comentarios. Este documento se envía al comité IETF de forma que durante 6 meses se pone a prueba. Si durante este periodo de tiempo no surgen grandes inconvenientes el documento se convierte en un estándar.

7 4. Modelo de Referencia OSI. En 1977 ISO llegó a la conclusión de que debido a la complejidad de las tareas de comunicaciones no era suficiente una normalización, sino que era necesario dividir las funciones en partes más manejables y organizarlas como una arquitectura de comunicaciones. Esta conclusión llevó a ISO a crear un comité para desarrollar esta arquitectura, el resultado del cual fue el modelo de referencia de Interconexión de sistemas abiertos (OSI Open System Interconection ). El estándar final se publicó en Conceptos básicos de OSI. Se definirán en este subapartado varios conceptos muy estrechamente relacionados con el modelo OSI debido a que se van a emplear en múltiples ocasiones. - Servicio: Es un conjunto de primitivas que una capa proporciona a la capa siguiente superior. El servicio define las operaciones que la capa efectuará en servicio de sus usuarios, pero no dice nada con respecto a cómo se realizan dichas operaciones. Un servicio se refiere a una interfase entre las capas siendo la capa inferior la que provee el servicio y la superior la que lo utiliza. El servicio indica la funcionalidad; qué hace. - Protocolo: A diferencia del servicio es un conjunto de reglas que gobiernan el formato y el significado de las tramas, paquetes o mensajes que son intercambiados por las entidades corresponsales dentro de una capa. Las entidades utilizan el protocolo para realizar sus definiciones de servicio, teniendo libertad para cambiar el protocolo, pero asegurándose de no modificar el servicio visible a los usuarios. Indica cómo lo hace. - Interfaz: La interfaz indica dónde se ofrece el servicio, es decir, a dónde hay que dirigirse para solicitar el servicio. Para cada nivel se definen varios servicios y la forma de implementar los diferentes servicios es mediante los protocolos. El lugar situado entre dos capas al cual se tiene que remitir el usuario para que se le ofrezca el servicio es el punto de acceso al servicio, SAP 4.2. El Modelo. La técnica de estructuración adoptada por ISO es la estructuración en capas o niveles. Las funciones de comunicación se particionan en un conjunto jerárquico de capas. Cada capa realiza un conjunto de funciones para comunicarse con otro sistema. Se apoya en la siguiente capa inferior para realizar funciones más primitivas y para ocultar los detalles de estas funciones. Una capa proporciona servicios a la capa superior siguiente. La tarea de OSI fue definir el conjunto de capas y los servicios realizados por cada una de ellas. El particionamiento debería lógicamente las funciones, y tener capas para hacer el tratamiento de cada capa pequeño, pero no debería tener muchas capas. El modelo de referencia resultante tiene siete capas cuya descripción pasamos a hacer a continuación.

8 4.3.Estructura en niveles. Funcionalidad de cada nivel. En este apartado se discuten brevemente cada una de las capas y, donde es apropiado se dan ejemplos de normalizaciones para los protocolos de estas capas. Capa Física La capa física abarca la interfaz física entre dos dispositivos y las reglas por las cuales se pasan los bits de uno a otro. La capa física tiene cuatro características importantes: Mecánicas: relaciona las propiedades físicas de la interfaz con el medio de transmisión. Eléctricas: relaciona la representación de los bits y la tasa de transmisión de datos. Funcional: especifica las funciones realizadas por los circuitos individuales de la interfaz física entre un sistema y el medio de transmisión. De procedimiento: especifica la secuencia de eventos por los que se intercambia un flujo de bits a través del medio físico. Un ejemplo de estándar de esta capa es la RS 232 C para módem. Capa deenlace Mientras la capa física proporciona solamente un servicio bruto de datos, la capa de enlace hace el enlace físico seguro y proporciona medios para activar, mantener y desactivar el enlace. El principal servicio proporcionado por la capa de enlace a las capas superiores es el de detección de errores y control. Así, con un protocolo de la capa de enlace de datos completamente operacional, la capa adyacente superior puede suponer una transmisión libre de errores en el enlace. Este nivel garantiza todo lo mencionado anteriormente pero únicamente en los extremos del cable, es decir, garantiza una comunicación con un interlocutor adyacente. Algunos ejemplos de estándares de esta capa son HDLC, LAPB, LLC y LAPD. Capa de Red La capa de red ofrece la capacidad de encadenamiento global, para ello se definen dos funciones dentro de esta capa: Direccionamiento. Encaminamiento. El nivel de red proporciona los medios para la transferencia de información entre sistemas finales a través de algún tipo de red de comunicación. Libera a las capas superiores de la necesidad de tener conocimiento sobre la transmisión de datos subyacente y las tecnologías de conmutación utilizadas para conectar los sistemas. Capa de Transporte La capa de transporte proporciona un mecanismo para intercambiar datos entre sistemas finales. Puede estar relacionada con la optimización del uso de los recursos de red y proporcionar una calidad del servicio solicitada. Se puede decir que el nivel de transporte hace sobre el nivel de red lo que el nivel de enlace sobre el nivel físico, proporciona la seguridad de que las aplicaciones de ambas máquinas disponen de aplicaciones lógicas sin errores.

9 Capa de Sesión La capa de sesión proporciona los mecanismos para controlar el diálogo entre aplicaciones en sistemas finales. En muchos casos habrá poca o ninguna necesidad de los servicios de la capa de sesión, pero en algunas aplicaciones, estos sistemas se utilizan. Los servicios clave proporcionados por el nivel de sesión incluyen la disciplina del diálogo (full-duplex, semi-duplex,...), el agrupamiento (para definir grupos de datos) y la recuperación. Capa de Presentación La capa de presentación define el formato de los datos que se van a intercambiar entre las aplicaciones y ofrece a los programas de aplicación un conjunto de servicios de transformación de datos. Este nivel da el significado a la información. Algunos de los servicios que proporciona son los de compresión de datos, encriptación y codificación. Capa de Aplicación Esta capa contiene funciones de administración y generalmente mecanismos útiles para admitir aplicaciones distintas. Se considera que pertenecen a esta capa los servicios de transferencia de ficheros, correo electrónico y acceso terminal a computadores remotos. 4.4.Transferencia de información entre niveles. La transferencia de información entre niveles se hace en modo de trasvase vertical de datos. Esto supone que en la comunicación entre dos máquinas por encima de la capa física cada entidad de protocolo envía los datos hacia abajo a la capa inferior siguiente para que le lleven los datos a su entidad paritaria. La información viaja desde la capa más alta hasta la más baja de una misma máquina. En esta última es donde tenemos el camino de comunicaciones por el cual viajará la información a la capa más baja de la otra máquina, de forma que esta información irá subiendo capa por capa hasta alcanzar la capa más alta de esta máquina. Dentro de la arquitectura OSI destaca el uso de las unidades de protocolo (PDU, protocol data unit ). La PDU de un nivel N está compuesta por el SDU ( service data unit ) de ese mismo nivel, que es la información a enviar, y la cabecera impuesta por la capa N, PCI. Dicha PDU pasa al nivel inferior, N-1, a través de un punto de acceso a servicio, convirtiéndose en la SDU del nivel N-1. En la siguiente figura se ilustra este proceso:

10 MÁQUINA A MÁQUINA B INFO INFO PDU(N) PCI SDU (N) PDU(N) PCI SDU (N) PCI SDU(N) PCI SDU(N) PDU(N-1) PCI SDU (N-1) PDU(N-1) PCI SDU (N-1) La información que viaja por la red son la PCI y la SDU, como se ha comentado las PCI son las cabeceras de control de los protocolos, por lo tanto son necesarias para el sistema remoto. A partir de la introducción de los datos en la SDU de la capa de aplicación de la máquina A se van creando los diferentes PDU con la inserción de cada nivel de su cabecera correspondiente; cuando se llega a la capa física ésta manda su PDU a la capa física de la máquina B, y de este modo comienza de nuevo el trasvase vertical de datos, esta vez en sentido ascendente, hasta llegar a la capa de aplicación de la máquina B. datos Aplicación Aplicación datos A-PDU Presentac. Presentac. A-PDU P-PDU Sesion Sesion P-PDU Transporte Transporte T-PDU T-PDU Red Red R-PDU R-PDU Enlace Enlace N-PDU N-PDU Fisico Fisico DL-PDU DL-PDU

11 Partición y multiplexación en el modelo OSI. Partición: La partición es uno de los servicios que se ofrecen en el nivel de transporte que consiste en que si en algún caso no es suficiente con un enlace existe la posibilidad de poder emplear más. Una conexión entre niveles de transporte supone varias conexiones en el nivel de red, de forma que entre todas van a disponer del enlace que el nivel de transporte requiere. Cada uno de los enlaces que se van a emplear puede utilizar un protocolo diferente. Multiplexación: La multiplexación en OSI se va a ilustrar con un ejemplo; supongamos un enlace con 500 Mbps (alta capacidad), por este enlace se pueden meter múltiples servicios, es decir, puede ser interesante soportar sobre un solo enlace o conexión de red muchos servicios. Por ejemplo en una videoconferencia (2 Mbps) empleo diferentes conexiones; datos, video, audio,..., todos por seperado. En este caso se tienen varias conexiones de nivel de transporte sobre una sola conexión de red. En general la multiplexación y la partición no la pueden hacer todos los niveles, normalmente lo hacen el nivel de transporte y en algunos casos el nivel de red.

12 5. Servicios según OSI Primitivas de servicio y parámetros. En la arquitectura OSI los servicios entre capas adyacentes se expresan en términos de primitivas y parámetros. Una primitiva especifica la función que se va a llevar a cabo y los parámetros se utilizan para datos e información de control. El formato general de una primitiva es el siguiente: Nivel_FUNCIÓN A REALIZAR_tipo primitiva (parámetros) Como se puede observar la primitiva consta de cuatro partes, a saber: Nivel: se corresponde con la inicial de la capa o nivel que requiere la primitiva. Puede ser: A,P,S,T,N,L. Función a realizar: se tienen tres posibilidades: CONNECT(establecer la conexión) DATA(intercambio de datos) DISCONNECT (liberación de conexión). Tipo de servicio: se tienen cuatro posibles servicios: Request(Petición) Indication (Notificación) Response (Respuesta) Confirmation (Confirmación) Parámetros : se indicarán los parámetros que se necesiten. Si se considera la transferencia de datos desde una entidad (N) a su entidad paritaria (N) en el otro sistema ocurren los hechos siguientes: 1. La entidad origen (N) invoca a su entidad (N-1) con una primitiva DATA.request. Asociados a esta primitiva van los parámetros necesarios, tales como los datos que se van a transmitir y la dirección destino. 2. La entidad origen (N-1) prepara una (N-1) PDU para enviársela a su entidad paritaria (N-1). 3. La entidad destino (N-1) entrega los datos al destino apropiado (N) a través de DATA.indication, que incluye como parámetros los datos y la dirección origen. 4. Si se quiere confirmación, la entidad destino (N) emite un DATA.respuesta a su entidad (N-1). 5. La entidad (N-1) convierte la confirmación en una (N-1) PDU 6.. La confirmación se entrega a la entidad (N) como una DATA.confirmación Tipos de servicio. Se clasifican los servicios atendiendo a dos posibilidades. Si se atiende al tipo de primitivas que se intercambian en la comunicación se obtienen servicios confirmados, no confirmados o confirmados por el proveedor. Si se atiende al fundamento de la operación se tienen servicios orientados a la conexión y servicios no orientados a la conexión.

13 Clasificación en función de las primitivas. Servicio confirmado Se puede tener confirmación por parte del usuario o pro parte de proveedor. Confirmado por el usuario. USUARIO PROVEEDOR request t Indic. confirm response Se produce la secuencia de las cuatro primitivas y en ese orden. El usuario remoto es el que acepta o no lo que se le envía. Este tipo de servicio da mayor fiabilidad pero también es más lento. Confirmado por el proveedor USUARIO PROVEEDOR request t Indic. confirm En este caso la confirmación no se da por parte del usuario, sino por parte del proveedor. Este tipo de servicio se emplea en redes locales.

14 No confirmado. USUARIO PROVEEDOR request t Indic. En este tipo de servicios la petición se cursa pero no se da ninguna confirmación de la llegada de esta petición a su destino. Puede ser útil cuando la respuesta no es necesaria quizás por el protocolo empleado. Iniciado por el proveedor USUARIO PROVEEDOR Indic t Indic. Se emplea una sola primitiva que es enviada por el proveedor. Normalmente se emplea para emitir errores; por ejemplo, cuando una entidad detecta un error y ha de indicar al usuario y al proveedor que hay un problema se empleará este tipo de servicio Clasificación en función del modo de operación. Servicio orientado a la conexión. En un servicio orientado a la conexión la red es consciente de la comunicación. A partir del establecimiento de la conexión todos los paquetes viajan por el camino lógico fijado. En los nodos de la red se produce la lectura de la información de conexión de cada paquete y se conmuta hacia donde se indique. Para ello se valen de tablas de rutado y tablas de conexiones.

15 Se producen tres procesos en este tipo de comunicaciones: Establecimiento de conexión. Transferencia de datos Liberación de la conexión La secuencia de primitivas implicadas en cada proceso es la siguiente: Establecimiento de llamada N_CONNECT.request N_CONNECT.indication N_CONNECT.confirm N_CONNECT.response El establecimiento de llamada en general se hace mediante un servicio robusto, confirmado, porque el corresponsal remoto ha de estar de acuerdo con el establecimiento de la conexión. Es en esta fase donde se establece el camino lógico. Transferencia de datos N_DATA.request N_DATA.indication N_DATA.indication N_DATA.request La fase de transferencia de datos es más larga, y por lo tanto no se hace con confirmación. Liberación de la conexión N_DISCONNECT.request N_DISCONNECT.indication

16 No todos los niveles implementan la desconexión de la misma forma, unos la hacen con confirmación y otros sin ella. Servicio no orientado a la conexión En un servicio no orientado a la conexión cada paquete de una comunicación viaja por una ruta diferente. La red no hace distinciones entre comunicaciones. Generalmente sólo se produce una fase, la de transferencia de datos. De este modo sólo hay una primitiva que será UNIDATA. N_UNIDATA.request N_UNIDATAindication Normalmente, como podemos ver en el gráfico, se suele emplear el servicio no confirmado. En este caso no existen las tablas de conexiones, sólo hay tablas de rutado ya que cada datagrama lleva la dirección de destino.

17 6.Comparación entre OSI y otros modelos. 6.1.Comparación IBM SNA / OSI. SNA es un modelo de referencia propio de IBM. Este modelo está desarrollado para sus aplicaciones. También tiene siete capas, pero los límites entre ellas son diferentes a los de OSI. OSI Aplicación IBM Servicios de transaccion Presentación Sesión Transporte Red Servicios de interpretación Control de flujo Control de transacción Control de ruta Enlace Físico Control enlace Control físico Cuando se dice que coinciden dos niveles es en cuanto a las funciones, no a los protocolos. 6.2.Comparación X25 / OSI. X.25 es un protocolo para redes orientadas a la conexión. Es el único que ha ido bien para este tipo de redes. X.25 sólo hace funciones de nivel de red, por lo tanto abarca los tres primeros niveles del modelo OSI, físico, enlace y red. En el nivel de red X.25 emplea un protocolo llamado PLP_X.25, en el nivel de enlace se utiliza LAPB que es un derivado de HDLC, y a nivel físico se emplea la interfaz X.21 o X.21 BIS. Esta Última es igual que la RS-232 de ANSI para transmisión síncrona.

18 6.3.Comparación LAN / OSI. El modelo de redes LAN obligó a OSI a que volviera a definir el nivel de enlace. OSI dividió este nivel en dos subcapas llamadas LLC y la capa MAC. LLC: Implementa los servicios del nivel de enlace de OSI. MAC: Subcapa que sirve para resolver el control de acceso al medio compartido, proporciona las direcciones físicas de las máquinas. 6.4.Comparación TCP/IP / OSI. TCP es un modelo más bien anárquico, no hay un modelo de referencia estructurado como en OSI. Las principales críticas que se le hacen al modelo TCP/IP son las que siguen: Conceptos: No se definen claramente conceptos tan importantes como el protocolo, primitivas,... Grafidad: La falta de conceptos hace que sea un modelo que sólo se puede describir a sí mismo. Con OSI puedo explicar Internet pero no ocurre lo mismo a la inversa. Nivel1/nivel2: TCP no define la relación entre el nivel de red y nivel de enlace y entre el nivel de enlace y el nivel físico. Para el nivel 1 y el 2 habrá lo que sea, pero no está definido explícitamente. Calidad: no se puede decir que en estos momentos esta crítica sea justa pero en su momento lo fue ya que este modelo fue elaborado por universitarios. Conclusión OSI es una referencia teórica ( en vitrina ), pero no válida en la práctica, en la que el modelo más utilizado es TCP/IP. Aún así este modelo es necesario para comprender la teoría de las redes de comunicación.

19 7. Bibliografía y Referencias. Bibliografía Comunicaciones y Redes de Computadores ; Stallings, W. Prentice Hall. Redes de Ordenadores ; Tanenbaum, A. Prentice Hall. Sistemas de telecomunicación I ; Etxebarria, B y Hernáez, I. Escuela Superior de Ingenieros de Bilbao. Referencias ; Modelo de referencia OSI. ; Redes de ordenadores. TCP/IP vs OSI. ;Modelo y niveles de OSI. ;Protocolo TCP/IP.