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1 FUNDAMENTOS DE REDES Arquitectura de Redes Modelo de referencia OSI y TCP/IP Dolly Gómez Santacruz

2 Arquitectura de Redes Introducción Las comunicaciones en redes son complejas, y comprender detalladamente su funcionamiento como un todo es a menudo abrumador sino imposible. La estructura de una red se encuentra compuesta por niveles. Los niveles interactúan para resolver el problema de las comunicaciones.

3 Arquitectura de Redes La subdivisión en niveles específica las diferentes funciones y servicios de los diferentes niveles en un stack de PROTOCOLOS. Los niveles inferiores prestan servicios a los superiores Cada nivel provee unos servicios Los servicios son definidos por los protocolos Los puntos de acceso al servicio (SAP) son los puntos de conexión entre niveles.

4 Arquitectura de Redes Diálogo Real

5 Arquitectura de Redes Diálogo Virtual

6 Arquitectura de Redes Objetivos de la estructura por niveles: Conectividad Modularidad Facilidad de implantación Facilidad de uso Confiabilidad Facilidad de modificación

7 Arquitectura de Redes Protocolo Representa comunicaciones entre distintos dispositivos lógicos o físicos localizados en la misma capa. (Comunicaciones Horizontales) Interface Representa comunicaciones entre capas adyacentes dentro del mismo dispositivo. (Comunicaciones Verticales)

8 Arquitectura de Redes Protocolos e Interfaces Interface 4/5 Interface 3/4 Capa 5 Capa 4 Capa 3 Protocolo capa 5 Protocolo capa 4 Protocolo capa 3 Capa 5 Capa 4 Capa 3 Interface 2/3 Capa 2 Protocolo capa 2 Capa 2 Interface 1/2 Capa 1 Protocolo capa 1 Capa 1 Medio Físico

9 Arquitectura de Redes Arquitectura de red Un conjunto de capas y protocolos Pila de protocolos El conjunto de protocolos utilizados en una arquitectura de red

10 MODELO DE REFERENCIA OSI Introducción Un modelo de referencia es una visión que define el alcance, estructura, y mecanismos de un sistema. Una capa se crea donde se requiera de un diferente nivel de abstracción. Se precisa la intercomunicación con otras capas por medio de funciones o servicios. Cada capa realiza una función bien definida La función de cada capa debe ser elegida teniendo en cuenta la definición de protocolos estandarizados internacionales.

11 Modelo de referencia OSI Historia En la década de 1970 dos proyectos iniciaron con la misma meta: Definir un estándar unificado para la arquitectura de sistemas de redes. Uno fue llevado a cabo por la ISO y otro por la CCITT*. Estos documentos fueron unidos en 1983 y publicados en 1984 como El modelo básico de referencia para la interconexión de sistemas abiertos o Modelo OSI. *: International Telegraph and Telephone Consultative Committee

12 Modelo de referencia OSI El modelo OSI: Es el modelo de protocolos más citado en la industria actual, y aún así, ninguno de los protocolos de redes populares lo siguen directa y completamente El modelo OSI describe las funciones y el comportamiento de cada uno de los niveles, pero no su implementación.

13 7. Aplicación Interface capa 6/7 Modelo de referencia OSI Interfaces 6.Presentación Interface capa 5/6 5. Sesión Interface capa 4/5 4.Transporte Interface capa 3/4 3. Red Interface capa 2/3 2. Enlace de Datos Interface capa 1/2 1. Física

14 Modelo de referencia OSI Para definir el comportamiento de un nivel se debe especificar: Los servicios que ofrece al nivel superior El protocolo que se lleva a cabo entre entidades (elementos activos en las capas pueden ser software procesos, o hardware chips inteligentes de I/O ) de ese nivel para ofrecer sus servicios, implementado gracias a los servicios que ofrece el nivel inmediatamente inferior.

15 Modelo de referencia OSI Encapsulación Las comunicaciones horizontales (excepto en capa física) son lógicas. PDUs (Protocol Data Units) Un PDU capa n es un mensaje completo que implementa el protocolo capa n. En el proceso de encapsulación, un PDU capa n es un SDU (Service Data Unit) capa n-1 PDU(n)= Encabezados(n) + PDU(n+1) + Terminal(n)

16 Encapsulación

17 Modelo de referencia OSI Protocolos 7. Aplicación 6.Presentación 5. Sesión 4.Transporte 3. Red 2. Enlace de Datos 1. Física Protocolo capa 7 Protocolo capa 6 Protocolo capa 5 Protocolo capa 4 Protocolo capa 3 Protocolo capa 2 Protocolo capa 1 7. Aplicación 6.Presentación 5. Sesión 4.Transporte 3. Red 2. Enlace de Datos 1. Física

18 Modelo de referencia OSI PDUs 7. Aplicación 6.Presentación 5. Sesión 4.Transporte 3. Red 2. Enlace de Datos 1. Física PDU DE APLICA- CIÓN PDU DE PRESEN- TACIÓN PDU DE SESIÓN SEGMENTOS PAQUETES - DA- TAGRAMAS TRAMAS BITS

19 7. Aplicación 6.Presentación 5. Sesión Modelo de referencia OSI Un modelo de referencia para comunicaciones en capas en un ambiente de redes 7. Funciones de usuario final (Transferencia de archivos , páginas web, etc) 6. Formato de datos. Representación, codificación, compresión y cifrado de datos 5. Iniciar establecer, mantener y finalizar una sesión 4.Transporte 3. Red 2. Enlace de Datos 1. Física 4. Manejo de errores y transparencia en la transmisión. Detección y corrección de errores 3. Direccionamiento y enrutamiento de los paquetes en la red 2. Método de acceso o estrategia para compartir el medio físico de transmisión 1. Características eléctricas y mecánicas de la red (cables, conectores, señales eléctricas, etc)

20 Modelo de referencia OSI Capa 1 (Física) Define especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. Niveles de voltaje, señalización, distancias de transmisión, conectores, cables, diámetro de fibras, transceivers, etc Implementa un enlace de bits no confiable Medios guiados y no guiados Sincronización receptor y transmisor La unidad de datos son los bits.

21 Modelo de referencia OSI Capa 2 (Enlace de Datos) Ensambla los bits de la capa física en grupos de tramas (protocolos de red) y asegura su correcto envío. Proporciona un tráfico de datos libre de errores a través de un enlace físico. Direccionamiento físico, topologías lógicas de red, métodos de acceso al medio, notificación de errores, etc El transmisor numera los paquetes y les adiciona los bits necesarios para la detección de error a nivel de enlace (Costoso) Intercambia tramas de reconocimiento entre los extremos

22 Modelo de referencia OSI Capa 3 (Red) Proporciona conectividad, selección de caminos entre dos sistemas (enrutamiento) dependiente de costo, cantidad y calidad del servicio Direccionamiento lógico: El direccionamiento físico de la capa de enlace de datos manipula el problema del direcciones localmente. Pero si un paquete pasa de la frontera de la red, se necesita otro sistema de direccionamiento para ayudar a distinguir los sistemas fuente y destino Enrutamiento a través de tablas estáticas o dinámicas, fragmentación, reenvío, etc. Resuelve la interconexión entre redes heterogéneas. Unidad de información es el PAQUETE

23 Modelo de referencia OSI Capa 4 (Transporte) Es la responsable del envío fuente a destino (extremoextremo) del mensaje entero. La capa de red supervisa el envío extremo-extremo de paquetes individuales, no reconoce cualquier relación entre esos paquetes. Proporciona servicios de comunicación confiable de extremo a extremo o servicios de comunicación rápida sin garantía de orden ni entrega; servicios orientados a la conexión y no orientados a la conexión; segmenta y ordena datos; multiplexa conexiones simultáneas de transporte en una única de red Fragmenta datos de la capa superior en unidades menores si es necesario Puertos, sesiones, control de flujo, recuperación de errores, controla el flujo: Previene el desbordamiento del receptor

24 Modelo de referencia OSI Capa 5 (Sesión) Establece, administra y finaliza las sesiones entre dos extremos, control de diálogo, sincronización. Administra el control de diálogo en conexiones de tráfico alternante. Suministra el dialogo entre dos computadores. Actúa como interfaz entre el usuario y la red, gestionando el establecimiento de la conexión entre procesos remotos

25 Modelo de referencia OSI Capa 6 (Presentación) Asegura que la información enviada a la capa de presentación del otro sistema pueda ser interpretada correctamente. Verificación de sintaxis y semántica de la información que se transmite. Traducción o conversión de formatos, cifrado, compresión, etc. JPG, BMP, MIDI, ASCII, Unicode, etc.

26 Modelo de referencia OSI Capa 7 (Aplicación) La capa de aplicación es usada por aplicaciones que usan los usuarios. Define protocolos a nivel de aplicaciones. Lleva los servicios de red al usuario final Los servicios pueden incluir: Comprobación de passwords, bases de datos distribuidas, transferencia de archivos, conexión remota, correo HTTP, Telnet, SMTP

27 Modelo de Referencia TCP/IP Desarrolladores del conjunto de protocolos TCP/IP crean su propio modelo de arquitectura para ayudar a describir los componentes y funciones de TCP/IP. Modelo TCP/IP, DARPA, DOD, etc. Sin importar que modelo se usa para representar la arquitectura de una red, las funciones que cada modelo representa son en principio, las mismas.

28 Modelo de Referencia TCP/IP 4. Aplicación 3.Transporte 2. Internet 1. Acceso a la red

29 7. Aplicación Modelo TCP/IP vs Modelo OSI 7. Aplicación 6.Presentación Se usan 4 capas que se relacionan con las 6 capas superiores del modelo OSI. 4.Transporte 2. Internet 1. Acceso a la red Hardware 5. Sesión 4.Transporte 3. Red 2. Enlace de Datos 1. Física El modelo TCP/IP no toma en cuenta las funciones de la capa física del modelo OSI. La capa Acceso a la red es considerada el punto de interfaz entre el conjunto de protocolos TCP/IP y el hardware de red.

30 Modelo de referencia TCP/IP Capa 1 (Acceso a la red) Punto de interacción o interfaz entre la red local y los protocolos TCP/IP. Responsable de aceptar paquetes IP y realizar su transmisión sobre una red específica.

31 Modelo de referencia TCP/IP Capa 2 (Internet) Al igual que la capa 3 del modelo OSI, recibe la petición de enviar un segmento de la capa de transporte y una dirección de destino para el paquete. Se encarga de direccionamiento lógico, enrutamiento, fragmentación, reenvío, etc. Se define un formato de paquete y protocolo IP (Internet Protocol), definido como de mejor esfuerzo IP, RIP, OSPF, ICMP, IPv6

32 Modelo de referencia TCP/IP Capa 3 (Transporte) Proporciona servicios de comunicación confiable de extremo a extremo o servicios de comunicación sin garantía de entrega, segmenta y ordena datos, multiplexa conexiones simultáneas. Define como una pareja de entidades de aplicación realiza una conversación sobre el protocolo IP.

33 Modelo de referencia TCP/IP Capa 3 (Transporte) Realiza detección/corrección de errores y control de flujo. Identifica la aplicación específica de origen y destino. Define dos protocolos: TCP y UDP TCP (Transmission Control Protocol) Protocolo confiable, orientado a la conexión, permite que un flujo de bytes sea entregado a la máquina destino sin errores y en correcto orden. Realiza fragmentación de los mensajes y control de flujo.

34 Modelo de referencia TCP/IP Capa 3 (Transporte) UDP:UDP (User datagram protocol): Protocolo no confiable, no orientado a la conexión, permite mejores tiempos de respuesta o el uso de controles diferentes a los de TCP

35 Modelo de referencia TCP/IP Capa 4 (Aplicación) Representa la capa 5, 6 y 7 del modelo OSI. Aunque parezca malo abarcar tantos detalles en una sola capa, es conceptualmente bueno pues elimina los límites difusos (y en términos prácticos, arbitrarios) existentes en las capas superiores del modelo OSI. Abarca todos los protocolos de alto nivel: HTTP, FTP, SMTP, SNMP, DHCP, DNS,etc

36 Comparación entre modelo OSI y TCP/IP Aporte fundamental del modelo OSI Conceptos Definen las funciones de una capa Define como las capas superiores acceden a los servicios de las capas inferiores Aporte fundamental del modelo TCP/IP Una tecnología real Primero se crearon los protocolos y el modelo vino después

37 Comparación entre modelo OSI y TCP/IP OSI Mala tecnología (7 capas reiteración de funciones) Mala implementación TCP/IP Faltan conceptos No se define la capa física Cuando se estandarizaron los protocolos de OSI ya hacia tiempo que los protocolos TCP/IP estaban en uso en el mundo académico.

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