4.-Modelo OSI. Capa 1 Nivel Físico

Transcripción

1 4.-Modelo OSI Para simplificar la comunicación entre programas (aplicaciones) de distintos equipos, se definió en 1984 el Modelo OSI (Open System Interconnection, Interconexión de Sistemas Abiertos) por la ISO, el cual especifica 7 distintas capas de abstracción. Con ello, cada capa desarrolla una función específica con un alcance definido. Siguiendo el esquema de este modelo se crearon numerosos protocolos. Algunos autores agrupan las capas de Nivel de presentación, nivel de sesión y nivel de transporte en una sola que se denomina como esta última, para el caso concreto de redes TCP/IP (como Internet) Niveles de abstracción o capas: Capa 1 Nivel Físico Se encarga de las conexiones físicas de la computadora hacia la red: En lo que se refiere al medio físico: Medios guiados: cable coaxial, cable de par trenzado, fibra óptica y otros tipos de cables; Medios no guiados: radio, infrarrojos, microondas, láser y otras redes inalámbricas; Características del medio (tipo de cable o calidad del mismo; tipo de conectores normalizados o en su caso tipo de antena; etc.) y Forma en la que se transmite la información: Codificación de señal, Niveles de tensión/intensidad de corriente eléctrica, Modulación de la señal, tasa binaria, etc. Fco. Javier Arteaga Cardineau 1 farc0001@gmail.com

2 Es la encargada de transmitir los bits de información a través del medio utilizado para la transmisión. Sus principales funciones se pueden resumir como: Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados (o no, como en RS232/EIA232), coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica. Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos. Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico). Transmitir el flujo de bits a través del medio. Manejar las señales eléctricas/electromagnéticas Especificar cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de transmisión, polos en un enchufe, etc. Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de ésta). En esta capa e emplean una serie de equipos adicionales: Repetidores, se trata de equipos que amplifican la señal, pudiendo también regenerarla. Concentradores (repetidores en las redes 10Base-2) más conocidos por su nombre en inglés (hubs) son equipos de interconexión que convierten una topología física en estrella en un bus lógico y que actúan exclusivamente a nivel físico, Conmutadores (switches) que actúan no sólo a nivel físico sino también de enlace. Capa 2 Nivel de enlace de datos La capa de enlace de datos se ocupa de: El direccionamiento físico de un emisor a un receptor, La topología de la red, El acceso a la red, La notificación de errores, La distribución ordenada de tramas y del control del flujo. La tarjeta NIC (Network Interface Card, Tarjeta de Interfaz de Red en español o Tarjeta de Red) se encarga que tengamos conexión, posee: Una dirección MAC, control de acceso al medio y La LLC, control de enlace lógico. Los conmutadores o Switches realizan su función en esta capa. Capa 3 Nivel de red El cometido de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Además la capa de red: Lleva un control de la congestión de red, que es el fenómeno que se produce cuando una saturación de un nodo tira abajo toda la red (similar a un atasco en un cruce importante en una ciudad grande). La PDU (Unidad de Datos de Protocolo) de la capa 3 es el paquete. Los firewalls (cortafuegos) actúan sobre esta capa principalmente, para descartar direcciones Fco. Javier Arteaga Cardineau 2 farc0001@gmail.com

3 de maquinas. En este nivel se determina la ruta de los datos (Direccionamiento físico) y su receptor final IP Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan en castellano encaminadores, aunque es más frecuente encontrar el nombre inglés routers y, en ocasiones enrutadores (que también pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados casos). Capa 4 Nivel de transporte Su función básica es aceptar los datos enviados por las capas superiores, dividirlos en pequeñas partes si es necesario, y pasarlos a la capa de red. En el caso del modelo OSI, también: Se asegura que lleguen correctamente al otro lado de la comunicación. Debe aislar a las capas superiores de las distintas posibles implementaciones de tecnologías de red en las capas inferiores, lo que la convierte en el corazón de la comunicación. Se proveen servicios de conexión para la capa de sesión que serán utilizados finalmente por los usuarios de la red al enviar y recibir paquetes. Estos servicios estarán asociados al tipo de comunicación empleada, la cual puede ser diferente según el requerimiento que se le haga a la capa de transporte. Por ejemplo, la comunicación puede ser manejada para que los paquetes sean entregados en el orden exacto en que se enviaron, asegurando una comunicación punto a punto libre de errores, o sin tener en cuenta el orden de envío. Una de las dos modalidades debe establecerse antes de comenzar la comunicación para que una sesión determinada envíe paquetes, y ése será el tipo de servicio brindado por la capa de transporte hasta que la sesión finalice. De la explicación del funcionamiento de esta capa se desprende que no está tan encadenada a capas inferiores como en el caso de las capas 1 a 3, sino que el servicio a prestar se determina cada vez que una sesión desea establecer una comunicación. Todo el servicio que presta la capa está gestionado por las cabeceras que agrega al paquete a transmitir. La PDU (Unidad de Datos de Protocolo) de la capa 4 se llama Segmentos. Capa 5 Nivel de sesión Esta capa establece, gestiona y finaliza las conexiones entre usuarios (procesos o aplicaciones) finales. Ofrece varios servicios que son cruciales para la comunicación, como son: Control de la sesión a establecer entre el emisor y el receptor (quién transmite, quién escucha y seguimiento de ésta). Control de la concurrencia (que dos comunicaciones a la misma operación crítica no se efectúen al mismo tiempo). Mantener puntos de verificación (checkpoints), que sirven para que, ante una interrupción de transmisión por cualquier causa, la misma se pueda reanudar desde el último punto de verificación en lugar de repetirla desde el principio. Los firewalls actúan sobre esta capa, para bloquear los accesos a los puertos de un computador. Fco. Javier Arteaga Cardineau 3 farc0001@gmail.com

4 Capa 6 Nivel de presentación El objetivo de la capa de presentación es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres (ASCII, Unicode, EBCDIC), números (little-endian tipo Intel, big-endian tipo Motorola), sonido o imágenes, los datos lleguen de manera reconocible. Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación que en como se establece la misma. En ella se tratan aspectos tales como la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintas computadoras pueden tener diferentes formas de manejarlas. Por lo tanto, podemos resumir definiendo a esta capa como la encargada de manejar las estructuras de datos abstractas y realizar las conversiones de representación de datos necesarias para la correcta interpretación de los mismos. Esta capa también permite cifrar los datos y comprimirlos. En pocas palabras es un traductor. Capa 7 Nivel de aplicación Ofrece a las aplicaciones (de usuario o no) la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (POP y SMTP), gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP). Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar. Cabe aclarar que el usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la complejidad de los mismos. Así por ejemplo un usuario no manda una petición "HTTP/1.0 GET index.html" para conseguir una página en html, ni lee directamente el código html/xml. Funcionamiento del modelo OSI Si un ordenador (host A) desea enviar datos a otro (host B), en primer término los datos deben empaquetarse a través de un proceso denominado encapsulamiento, es decir, a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI, reciben encabezados, información final y otros tipos de información. Términos que hay que tener en cuenta son: N-PDU (Unidad de datos de protocolo): es la información intercambiada entre entidades pares,es decir, dos entidades pertenecientes a la misma capa pero en dos sistemas (ordenadores) diferentes. Esta compuesta por: N-SDU (Unidad de datos del servicio) Son los datos que se necesitan la entidades para realizar funciones del servicio pedido por una entidad. N-PCI (Información de control del protocolo) Información intercambiada entre entidades utilizando una conexión para coordinar su operación conjunta. N-IDU (Unidad de datos del interface): es la información transferida entre dos niveles adyacentes,es decir, dos capas contiguas. Esta compuesta por: N-ICI (Información de control del interface) Información intercambiada entre una entidad y otra para coordinar su operación conjunta. Datos de Interface-(N) Información transferida entre una entidad y otra entidad y que Fco. Javier Arteaga Cardineau 4 farc0001@gmail.com

5 normalmente coincide con la (N+1)-PDU. La transferencia de información en el modelo OSI sería, a nivel intuitivo como se muestra en el cuadro siguiente. La capa de aplicación recibe el mensaje del usuario y le añade una cabecera constituyendo así la PDU de la capa de aplicación. La PDU se transfiere a la capa de aplicación del nodo destino, este elimina la cabecera y entrega el mensaje al usuario. Para ello ha sido necesario todo este proceso: Fco. Javier Arteaga Cardineau 5 farc0001@gmail.com

6 1. Ahora hay que entregar la PDU a la capa de presentación para ello hay que añadirla la correspondiente cabecera ICI y transformarla así en una IDU, la cual se transmite a dicha capa. 2. La capa de presentación recibe la IDU, le quita la cabecera y extrae la información, es decir, la SDU, a esta le añade su propia cabecera (PCI) constituyendo así la PDU de la capa de presentación. 3. Esta PDU es transferida a su vez a la capa de sesión mediante el mismo proceso, repitiéndose así para todas las capas. 4. Al llegar al nivel físico se envían los datos que son recibidos por la capa física del receptor. 5. Cada capa del receptor se ocupa de extraer la cabecera, que anteriormente había añadido su capa homóloga, interpretarla y entregar la PDU a la capa superior. 6. Finalmente llegará a la capa de aplicación la cual entregará el mensaje al usuario. Formato de los datos Estos datos reciben una serie de nombres y formatos específicos en función de la capa en la que se encuentren, debido a como se describió anteriormente la adhesión de una serie de encabezados e información final. Los formatos de información son los que muestra el gráfico: Donde: APDU: Unidad de datos en la capa de aplicación (Capa 7). PPDU: Unidad de datos en la capa de presentación (Capa 6). SPDU: Unidad de datos en la capa de sesión (Capa 5). TPDU: Segmento Unidad de datos en la capa de transporte (Capa 4). Paquete: Unidad de datos en el nivel de red (Capa 3). Trama: Unidad de datos en la capa de enlace (Capa 2). Bits: Unidad de datos en la capa física (Capa 1). Fco. Javier Arteaga Cardineau 6 farc0001@gmail.com

7 5.-Redes de área corporal BAN y personal PAN y WPAN Las redes de área corporal (BAN, Body Area Network) y las de aérea personal (PAN, Personal Area Network) son unas redes de ordenadores usada para la comunicación entre dispositivos (teléfonos incluyendo las PDA) cerca de una persona. Sus características: Los dispositivos pueden o no pertenecer a la persona en cuestión. El alcance es típicamente algunos metros. Las PAN se pueden utilizar para la comunicación entre los dispositivos personales de ellos mismos (comunicación del intrapersonal, entre iguales), o para conectar con una red de alto nivel e Internet (un up link). Las redes de área personal pueden utilizar l,os siguientes medios físicos de transmisión de señales: Cables a través de buses de la computadora tales como el USB y FireWire. Señales sin hilos (WPAN, Wireless Personal Area Network) ópticas como IrDA, que emplea radiación infrarroja, o con tecnologías de red de radiofrecuencia, tales como Bluetooth o Zigbee Redes BAN y PAN (cableadas): USB: El Universal Serial Bus (bus universal en serie), abreviado comúnmente USB, es un puerto que sirve para conectar periféricos a una computadora o una red de PC entre sí. Fue creado en 1996 por siete empresas: IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation y NEC. El diseño del USB tenía en mente eliminar la necesidad de adquirir tarjetas separadas para poner en los puertos bus ISA o PCI, y mejorar las capacidades plug-andplay 1. Cuando se conecta un nuevo dispositivo, el sistema operativo lo enumera y agrega el software necesario para que pueda funcionar sin necesidad de reiniciar el sistema. El USB es el método de conexión usual de periféricos tales como: ratones, teclados, escáneres, cámaras digitales, teléfonos móviles, reproductores multimedia, impresoras, discos duros externos, tarjetas de sonido, sistemas de adquisición de datos y componentes de red. Características de transmisión. Nivel Físico: Pin Nombre Color del cable Descripción 1 VCC Rojo +5v 2 D Blanco Data 3 D+ Verde Data + 4 GND Negro Tierra Las señales del USB se transmiten en un cable de par trenzado con impedancia de 90 Ω ± 15%, cuyos pares se denominan D+ y D-.[3] Estos, colectivamente, utilizan señalización diferencial en half dúplex para combatir los efectos del ruido electromagnético en enlaces largos. D+ y D- suelen operar en conjunto y no son conexiones simples. Los niveles de transmisión de la señal varían de 0 1 Plug and Play: término que hace referencia a la posibilidad de conectar y desconectar dispositivos, periféricos, sin necesidad de apagar o reiniciar el ordenador cada vez, como ocurre con el conector del monitor o los puertos PS/2 para teclado y ratón. Fco. Javier Arteaga Cardineau 7 farc0001@gmail.com

8 a 0'3 V para bajos (ceros) y de 2'8 a 3'6 V para altos (unos) en las versiones 1.0 y 1.1, y en ±400 mv en alta velocidad (2.0). En las primeras versiones, los alambres de los cables no están conectados a masa, pero en el modo de alta velocidad se tiene una terminación de 45 Ω a tierra o un diferencial de 90 Ω para acoplar la impedancia del cable. Este puerto sólo admite la conexión de dispositivos de bajo consumo, es decir, que tengan un consumo máximo de 100 ma por cada puerto; sin embargo, en caso de que estuviese conectado un dispositivo que permite 4 puertos por cada salida USB (extensiones de máximo 4 puertos), entonces la energía del USB se asignará en unidades de 100 ma hasta un máximo de 500 ma por puerto. (falta foto) USB utiliza arquitectura master-slave 2 Los dispositivos USB se clasifican en cuatro tipos según su velocidad de transferencia de datos: Baja velocidad (1.0): Tasa de transferencia de hasta 1'5 Mbps (192 KB/s). Utilizado en su mayor parte por dispositivos de interfaz humana (Human interface device, en inglés) como los teclados, los ratones y los joysticks. Velocidad completa (1.1): Tasa de transferencia de hasta 12 Mbps (1'5 MB/s). Ésta fue la más rápida antes de la especificación USB 2.0, y muchos dispositivos fabricados en la actualidad trabajan a esta velocidad. Estos dispositivos dividen el ancho de banda de la conexión USB entre ellos, basados en un algoritmo de búferes FIFO. Alta velocidad (2.0): Tasa de transferencia de hasta 480 Mbps (60 MB/s). Super velocidad (3.0): Actualmente en fase experimental y con tasa de transferencia de hasta 4.8 Gbps (600 MB/s). Esta especificación será lanzada a mediados de 2008 por Intel, de acuerdo con información recabada de Internet. La velocidad del bus será diez veces más rápida que la del USB 2.0, debido a la sustitución del enlace tradicional por uno de fibra óptica que trabaja con conectores tradicionales de cobre, para hacerlo compatible con los estándares anteriores. Se espera que los productos fabricados con esta tecnología lleguen al consumidor en 2009 o Master-slave: maestro-esclavo. Modelo de comunicación donde un dispositivo maestro ejerce un control unidireccional sobre otros (esclavo). La designación del dispositivo maestro se realiza entre aquellos que disponen de la tecnología necesaria para realizar el control como por ejemplo PC, PDA, Móviles. Es usual que los periféricos sean, simplemente, esclavos: teclados, ratones, impresoras, antenas GPS... Fco. Javier Arteaga Cardineau 8 farc0001@gmail.com