CAPITULO II PROTOCOLOS, ARQUITECTURA DE REDES Y MODELO OSI/ISO.

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1 CAPITULO II PROTOCOLOS, ARQUITECTURA DE REDES Y MODELO OSI/ISO. Competencias a desarrollar: Conocer la importancia de la estandarización en redes de datos. Identificar los estándares. Saber los tipos de estándares que rigen la comunicación de datos. Identificar y ubicar los organismos de estandarización más importantes. Describir arquitecturas de protocolos. Ejes temáticos: 2.1 Importancia de la estandarización en el desarrollo de la comunicación de datos. 2.2 Tipos de estándares y Organismos de estandarización. 2.3 Definición de Arquitectura de Redes. Elementos de una arquitectura de red. Definición de Protocolo, características de un protocolo. Elementos de un protocolo. 2.4 Arquitectura de niveles. Modelo OSI. Ing. John Toasa Espinoza 11

2 IMPORTANCIA DE LA ESTANDARIZACIÓN EN EL DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN DE DATOS. La estandarización de las redes permite la interconectividad, la variedad de fabricantes y la diversidad tecnologías. TIPOS DE ESTÁNDARES Con la existencia de tantos factores a sincronizar, es necesaria la coordinación entre los nodos de una red si se quiere que haya algún tipo de comunicación. Los estándares son esenciales para crear y mantener un mercado abierto y competitivo entre los fabricantes de los equipos y para garantizar la interoperabilidad nacional e internacional de los datos y la tecnología y los procesos de telecomunicaciones. Proporcionan guías a los fabricantes, vendedores, agencias de gobierno y otros proveedores de servicios, para asegurar el tipo de interconectividad necesario en los mercados actuales y en las comunicaciones internacionales. Los estándares son modelos generales y de acuerdo global claramente definidos, donde no hay estándares surgen dificultades. Los estándares de transmisión de datos se pueden clasificar en tres categorías: de facto ( de hecho o por convención ), de jure ( por ley o por regulación ) y de acuerdo. Los estándares de facto se pueden subdividir en dos clases: propietario y no propietario. Los estándares de propietario son aquellos originalmente inventados por una organización comercial como base para el funcionamiento de sus productos. Se llama de propietario porque son propiedad de la compañía que los inventó. Estos estándares también se llaman estándares cerrados, porque cierran o entorpecen las comunicaciones entre sistemas producidos por distintos vendedores. Los estándares no propietarios son aquellos originalmente desarrollados por grupos o comités que los han transferido al dominio público; también se llaman estándares abiertos porque abren las comunicaciones entre distintos sistemas. Los estándares de jure son aquellos que han sido legislados por un organismo oficialmente reconocido. Los estándares que no han sido aprobados por una organización reconocida pero han sido adoptados como estándares por su amplio uso son estándares de facto. Los estándares de facto suelen ser establecidos a menudo Ing. John Toasa Espinoza 12

3 por fabricantes que quieren definir la funcionalidad de un nuevo producto de tecnología. Los estándares de acuerdo son aquellos que son definidos por convenio, alianza o pacto entre proveedores, usuarios, manufactureros entre otros. ORGANISMOS DE ESTANDARIZACIÓN Los estándares son desarrollados mediante la cooperación entre comités de creación de estándares, foros y agencias reguladoras de los gobiernos. Comités de creación de estándares Aunque hay muchas organizaciones que se dedican a la definición y establecimiento de estándares par datos y comunicaciones, en Norteamérica se confía fundamentalmente en aquellos publicados por los siguientes: [18] The International Standards Organization (OSI): Organización Internacional para la Estandarización. El OSI es una organización dedicada a acuerdos mundiales sobre estándares internacionales en una amplia variedad de campos. [19] The International Telecommunications Union-Telecommunication Standards Sector (ITU-T anteriormente el CCITT): Unión Internacional de Telecomunicaciones Sector de Estándares de Telecomunicaciones. La ITU-T es una organización de estandarización internacional relacionada con las Naciones Unidas que desarrolla estándares para telecomunicaciones. [20] The American National Standards Institute (ANSI): Instituto Nacional Americano para la estandarización. La ANSI es una organización sin ánimo de lucro, es el representante con derecho a voto de los Estados Unidos tanto en ISO como en ITU-T. [21] The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. El IEEE es el grupo profesional más grande a nivel nacional involucrado en el desarrollo de estándares para la computación, comunicación, ingeniería eléctrica y electrónica."[22] The Electronic Industries Association (EIA): Asociación de Industrias Electrónicas. EIA es una asociación de fabricantes de electrónica de los Estados Unidos." DEFINICIÓN DE ARQUITECTURA DE REDES Conjunto de protocolos y niveles que dan una solución completa a sistemas de Telecomunicaciones o Teleinformática. Las arquitecturas de red se caracterizan porque definen protocolos, estándares y formatos especiales, establecen reglas para el desarrollo de productos y además están sometidas a evolución y cambios continuos. Ing. John Toasa Espinoza 13

4 ELEMENTOS DE UNA ARQUITECTURA DE RED Algunos de los elementos que componen una red son: tarjetas de red, cables, conectores, concentradores, servidores, estaciones de trabajo, sistemas operativos entre otros. DEFINICIÓN DE PROTOCOLO Toda comunicación, independiente del medio en que se dé está regida por reglas. Un protocolo es un conjunto de reglas que gobiernan la comunicación de datos, además, se encarga de definir qué se comunica, cómo se comunica y cuándo lo hace. Para que las comunicaciones entre computadores en red sean exitosas se requiere la interacción de diferentes protocolos que se implementan en el software y hardware tanto en el computador como en los dispositivos de red. Un conjunto de protocolos de red describen procesos como los siguientes: Formato o estructura del mensaje Método por el que los dispositivos de red comparten información sobre las rutas con otras redes. Manejo de mensajes de error. Inicio, configuración, terminación y finalización de las sesiones de transferencia de datos. Los protocolos pueden ser específicos de un fabricante o de propiedad exclusiva. Propietario, en este contexto, significa que una compañía o proveedor controla la definición del protocolo y cómo funciona. Algunos protocolos propietarios pueden ser utilizados por distintas organizaciones con permiso del propietario. Otros, sólo se pueden implementar en equipos fabricados por el proveedor propietario. CARACTERISTICAS DE UN PROTOCOLO A continuación se muestran algunas de las características de los protocolos: Permitir ubicar un computador de forma inequívoca. Permitir efectuar una conexión con otro computador. Permitir intercambiar información entre computadores de forma segura. Separar a los usuarios de los enlaces telefónicos, satelitales y otros para el intercambio de información. Permitir liberar la conexión organizadamente. ELEMENTOS DE UN PROTOCOLO Los elementos primordiales de un protocolo son: Sintaxis: se refiere al orden en el cual se presentan los datos (estructura del formato de los datos). Por ejemplo, en un protocolo sencillo los ocho primeros bits representan la dirección del emisor, los segundos ocho bits, la dirección del receptor y el resto es el mensaje. Semántica: se refiere al significado de cada conjunto de bits. Ing. John Toasa Espinoza 14

5 Temporización: define dos características: cuándo se deberían enviar los datos y con qué rapidez. Por ejemplo, si un emisor produce datos a una velocidad mayor a la del receptor, la transmisión sobrecargará al receptor y se perderá gran cantidad de datos. ARQUITECTURA DE NIVELES Los servicios que ofrece la comunicación entre computadores, están divididos en capas, estas poseen diferentes funcionalidades y dependen del tipo de red a la que pertenezcan. Las capas están superpuestas, una encima de otra, cada una desempeña una función propia. Las capas o niveles se encuentran jerarquizados pero son independientes entre sí, cada capa proporciona datos a la capa superior y solicita a la capa inferior. Además las capas del mismo nivel pueden compartir información entre ellas. Las diversas arquitecturas presentan límites en el tamaño de los mensajes dependiendo del nivel o capa. Algunas de las funciones y características de las capas o niveles son: Facilitar las compatibilidades de software y de hardware entre los diversos ordenadores conectados. Ofrecer determinados servicios a las capas superiores. Cada capa se construye sobre su antecesora proporcionándole la información que requiera, pero el procesamiento es propio de la capa. Las arquitecturas o estructuras de capas poseen flexibilidad de modificación. Ing. John Toasa Espinoza 15

6 MODELO OSI Inicialmente, el modelo OSI fue diseñado por la Organización Internacional para la Estandarización ISO, para proporcionar un marco sobre el cual crear una suite de protocolos de sistemas abiertos. La visión era que este conjunto de protocolos se utilizara para desarrollar una red internacional que no dependiera de sistemas propietarios. La velocidad a la que se adaptó Internet basado en TCP/IP y la forma veloz en que se expandió hizo que la aceptación de OSI quedara atrás, aunque éste ha realizado aportes importantes para el desarrollo de otros protocolos y productos para nuevos tipos de redes. A continuación se describen brevemente las siete capas del modelo OSI y algunos de sus aspectos más relevantes. Nivel físico: En este nivel se describen los medios mecánicos, eléctricos, funcionales y de procedimiento para activar, mantener y desactivar conexiones físicas para la transmisión de bits hacia y desde un dispositivo de red. Es la que se encarga de la topología de la red y de las conexiones globales de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico como a la forma en la que se transmite la información. Sus principales funciones se pueden resumir como: Ing. John Toasa Espinoza 16

7 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 del medio de transmisión, polos en un enchufe, etc. Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de dicha conexión) Nivel de enlace. Los protocolos de este nivel describen los métodos para intercambiar tramas de datos entre dispositivos en un medio común. Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, del acceso al medio, de la detección de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo. Es uno de los aspectos más importantes a revisar en el momento de conectar dos ordenadores, ya que está entre la capa 1 y 3 como parte esencial para la creación de sus protocolos básicos (MAC, IP), para regular la forma de la conexión entre computadoras así determinando el paso de tramas (trama = unidad de medida de la información en esta capa, que no es más que la segmentación de los datos trasladándolos por medio de paquetes), verificando su integridad, y corrigiendo errores, por lo cual es importante mantener una excelente adecuación al medio físico (los más usados son el cable UTP, par trenzado o de 8 hilos), con el medio de red que redirecciona las conexiones mediante un router. Dadas estas situaciones cabe recalcar que el dispositivo que usa la capa de enlace es el Switch que se encarga de recibir los datos del router y enviar cada uno de estos a sus respectivos destinatarios (servidor -> computador cliente o algún otro dispositivo que reciba información como celulares, tabletas y diferentes dispositivos con acceso a la red, etc.), dada esta situación se determina como el medio que se encarga de la corrección de errores, manejo de tramas, protocolización de datos (se llaman protocolos a las reglas que debe seguir cualquier capa del modelo OSI). Nivel de red. Este nivel proporciona servicios para intercambiar datos en la red entre dispositivos. Los protocolos del nivel de red especifican el direccionamiento y los procesos que permiten que los datos sean empaquetados y transportados. Al igual que los otros niveles, el nivel de red también utiliza dispositivos para llevar a cabo sus funciones. A continuación se describe este dispositivo. Enrutadores o router: Estos pueden conectar redes similares y diferentes. Poseen al igual que las estaciones de trabajo dirección de red. El router analiza el contenido de los paquetes entrantes a éste y los reenvía a la dirección correspondiente, también puede determinar la ruta más corta con la cual los paquetes alcanzan su destino y decidir según los protocolos que soporte por donde enviarlos. Para que puedan funcionar según lo esperado se deben configurar ya sea por consola o si lo admite gráficamente o con interfaz web según el router. Ing. John Toasa Espinoza 17

8 Nivel de transporte. Este nivel define los servicios para segmentar, transferir y reensamblar los datos para las comunicaciones entre dispositivos finales. El nivel de transporte tiene unas funciones básicas como son: permitir múltiples aplicaciones para comunicarse a través de la red al mismo tiempo en un solo dispositivo; asegurar que, si se requiere, todos los datos sean recibidos de manera confiable y en orden por la aplicación correcta; y emplear mecanismos de manejo de error. También tiene responsabilidades que debe cumplir como son: seguimiento de la comunicación individual entre aplicaciones en los hosts origen y destino, segmentación de datos y gestión de cada porción, reensamble de segmentos en flujos de datos de aplicación, e identificación de las diferentes aplicaciones. Nivel de sesión. El nivel de sesión es el quinto nivel del modelo OSI y es el controlador de dialogo de la red; es decir, el que establece, mantiene y sincroniza la interacción entre sistemas de comunicación. Éste es considerado como un nivel de usuario, ya que gestiona problemas a nivel de usuario como el inadecuado espacio en disco o la falta de papel en la impresora. La figura que se muestra a continuación permite visualizar fácilmente lo que permite el nivel de sesión. El nivel de sesión provee unos servicios como son: coordinar la conexión y desconexión de los diálogos entre las aplicaciones; proporcionar puntos de sincronización para el intercambio de datos; coordinar quién envía y cuándo; asegurar que los datos se intercambian en forma completa antes de cerrar la sesión. Nivel de presentación. El nivel de presentación es el sexto nivel del modelo OSI, está relacionado con la sintaxis y la semántica de la información intercambiada entre dos sistemas, además proporciona una presentación estándar de los datos transferidos entre los servicios del nivel de aplicaciones. Tiene tres funciones fundamentales: codificación y conversión de datos de la capa de aplicación; compresión de los datos de forma que puedan ser descomprimidos por el dispositivo de destino; y encriptación de los datos para transmisión y descifre de los datos cuando se reciben en el destino. Ing. John Toasa Espinoza 18

9 Módulo de Redes Nivel de aplicación. El nivel de aplicación es el séptimo y último nivel del modelo OSI, éste permite al usuario (humano o software) acceder a la red y proporciona los medios para la conectividad de extremo a extremo con la interfaz entre las aplicaciones y la red en que se transmiten los mensajes. Ing. John Toasa Espinoza 19