Tema 3.- Arquitectura res, niveles, interfaces y protocolos. En el tema anterior se habló algunos conceptos básicos comunicación datos, básicamente relacionados con transmisión los datos. Sin embargo, antes realizar la transmisión o cuando llegan los datos a los ornadores éstos son procesados (tratados). El objetivo este tema es dar una visión general l proceso comunicación completo, o dicho otra manera, proporcionar una visión general la estructura las res ornadores. El diseño las arquitecturas res es complicado (los procesos implementación y testeo son complejos y difíciles realizar), es por ello que éstas se diseñan en capas o niveles. El molo referencia OSI es utilizado como base para nuestra discusión. En la última parte se scribe la arquitectura TCP/IP, una las más importantes en el mundo las res ornadores. Las primeras arquitecturas ornadores no tenían en cuenta un aspecto básico y muy importante para las res ornadores: su gestión. Con el crecimiento éstas tanto en extensión, como en complejidad y en importancia, se ha visto la necesidad incluir también los protocolos gestión red en las arquitecturas. Al final l tema también se le dica un apartado a este tema. 3.1 Introducción. Las res ornadores se han diseñado bajo el concepto los protocolos o funciones repartidas en varios niveles o capas. Los protocolos finen una serie reglas y convenciones utilizadas por estos niveles para comunicarse con un nivel (nivel par) similar situado en un sistema remoto. Cada nivel proporciona un conjunto servicios bien finidos al inmediatamente superior a él y utiliza los servicios los inferiores para transportar las unidas l mensaje asociadas con el protocolo al nivel equivalente l sistema remoto. Estas técnicas se han sarrollado con los siguientes objetivos en mente: - proporcionar una scomposición lógica una red compleja en partes más pequeñas con funciones inpendientes, pero muy relacionadas (los niveles). Ellos permiten diseñar un proceso comunicación ornado una forma más sencilla y comprensible. - proporcionar interfaces estándares entre las funciones red como, por ejemplo, interfaces estándares entre módulos programas software. Ello ofrece, junto con el objetivo anterior, una gran flexibilidad a los diseñadores ya que el cambio alguna estas partes no obliga a cambios en los otros niveles. - proporcionar una simetría las funciones realizadas en cada nodo la red. Cada nivel realiza las mismas funciones en los otros ornadores la red. Des el punto vista lógico, esto crea un a visión la comunicación entre los niveles par a par. - proporcionar un lenguaje estándar para clarificar las comunicaciones entre los diseñadores red, gestores, fabricantes y los usuarios cuando discuten las funciones la red. 3.2 Comunicación entre los niveles. En una arquitectura, un nivel consta varias funciones que ofrecen sus servicios a los niveles superiores. Una función es un subsistema un nivel (una subrutina software en un programa, por ejemplo). Cada subsistema pue estar compuesto, a su vez, entidas. Una entidas un módulo especializado un nivel o subsistema. En la parte más alta cualquier arquitectura se encuentra el nivel que interactúa directamente con el usuario, el nivel las aplicaciones. Este nivel pue ofrecer sus servicios gracias a que utiliza todo el rango servicios ofrecidos por todos los niveles inferiores. Según sus necesidas este nivel y los siguientes en el proceso comunicación utilizarán unas funciones u otras. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 1 Profesor : Sebastià Ginard Julià
En la figura 3.la se pue visualizar la terminología utilizada en la interacción un nivel con el nivel adyacente que le ofrece sus servicios. Cuatro transacciones, llamadas primitivas, puen ser invocadas a y s el nivel a través los intificadores la interfaz, que son llamados puntos acceso al servicio (en inglés, Service Access Point o SAP): - Request. Es utilizada por el usuario l servicio para invocar una función. - Indication. Utilizada por el proveedor l servicio para invocar una función o indicar que una función terminada ha sido invocada en un SAP. - Response. Utilizada por el usuario l servicio para completar una función previamente llamada por la primitiva Indication en ese SAP. - Confirm. Utilizada por el proveedor l servicio para completar una función previamente llamada por la primitiva Request en ese SAP. A B Request Confirm Response Indication (a) SAP SAP Proveedor Servicios (a) Request Confirm Indication Response figura 3.1. Un ejemplo comunicación a través los niveles: (a) visión normal y (b) visión temporal l proceso. Las primitivas normalmente se implementan como procedimientos llamada software. Como se muestra en la figura 3.la, una función un nivel realiza una llamada a una función que ofrece sus servicios enviando una primitiva Request al nivel inmediatamente inferior. Esta llamada es afirmada por el proveedor servicios volviendo un Confirm. Si el servicio está dirigido a proporcionar una función para otro usuario (en este caso el usuario B), el proveedor l servicio be enviar una Indication a B, spués la cual B es requerido para proporcionar una Response. Asumiendo que el proveedor l servicio es un nivel, éste se conecta a los usuarios A y B a través los SAP l nivel. A y B ben conocer el SAP asociado para recibir el servicio especifico l proveedor l servicio. El SAP contiene la dirección o el intificador la función servicio especifica. La figura 3.lb ofrece otro punto vista l proceso. El proveedor servicio está situado en el centro l diagrama, con el usuario A en un extremo y el usuario B en el otro. El proceso proporciona una técnica común a los niveles para que se comuniquen entre ellos, aunque los niveles están implementados por diferentes programadores o están situados en sistemas otros fabricantes. La terminología estándar utilizada para que los niveles red realicen las peticiones servicio se pue observar en la figura 3.2. En esta ilustración, se representan 3 niveles en el proceso comunicación: niveles N+1, N y N-l. Los componentes involucrados en la comunicación entre los niveles son los siguientes: - SDU (Service Data Unit). Son los datos transmitidos transparentemente por el nivel N+l al nivel N y, posteriormente, al N-1. - PCI (Protocol Control Information). Es la información intercambiada por entidas pares (las mismas) en diferentes lugares la red para indicar a una entidad para realizar una función servicio. PCI es el nombre que se le da a la cabecera. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 2 Profesor : Sebastià Ginard Julià
- PDU (Protocol Data Unit). Es la combinación l SDU y el PCI. - ICI (Interface Control Information). Un parámetro temporal que se pasa entren y N-l para invocar las funciones servicio. Son los argumentos los procedimientos llamada. - IDU (Interface Data Unit). La unidad total información transferida a través los SAP. Incluye el PCI, el SDU y el ICI. N+1 IDU N ICI SDU PCI ICI PDU IDU N-1 ICI SDU Figura 3.2 Comunicación entre los niveles. Cuando el IDU l nivel N+1 pasa al nivel N, éste se convierte en el SDU este nivel. El ICI es separado en el nivel N, realiza sus funciones y, posteriormente, se scarta. Al SDU en el nivel N se le asocia un PCI, también con otro ICI, que conjuntamente se convierte en el IDU para el nivel N- 1. Entonces, una unidad protocolo completa es pasada a través cada nivel. Este proceso se va repitiendo en cada nivel. El SDU tiene un PCI asociado en cada nivel. En efecto, esto es añadir una cabecera en cada nivel. La cabecera es utilizada por la entidad l nivel par en otro nodo la red para invocar un a función. En figura 3.2 se podría hablar cabeceras y datos usuario, en vez SDU y PCI. Cada vez que una unidad atraviesa un nivel, se le aña una cabecera nueva. Y éste se convierte en la unidad datos l nivel inmediatamente inferior. Finalmente, el PDU es pasado por el camino comunicaciones al sistema stino, don sube a través los niveles equivalentes o pares al l sistema origen. Sin embargo, el proceso que se realiza es el inverso. Todavía se pue profundizar más en este proceso, viendo algunas las funciones que se puen realizar (figura 3.3). Se han puesto en las cabeceras algunas instrucciones para invocar funciones en las entidas pares en el nodo la red remoto. Se supone que los niveles involucrados en el proceso realizan las siguientes funciones: El nivel N+l llama a una entidad servicio que genera un campo chequeo en el origen. El nivel N+1 l sistema receptor chequea los en la transmisión mediante este campo. -La entidad servicio en el nivel N aña un campo chequeo en la forma una cabecera para ser utilizada en el stino como una prueba que llega sin. -Finalmente, una entidad l nivel N-l comprime el código. En el stino, esta cabecera es utilizada para realizar la conversión inversa. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 3 Profesor : Sebastià Ginard Julià
Sistema A N+1 Sistema B N+1 N N N-1 N-1 Codificación los bits Codificación los bits Codificación los bits Codificación los bits Camino Comunicación Figura 3.3 visión más tallada l proceso comunicación entre niveles. 3.3 El molo referencia OSI. Open Systems Interconnection (OSI) ISO es un molo referencia abstracto que fine los conceptos scritos anteriormente. Se genera con el propósito proporcionar unos estándares para la comunicación entre sistemas con inpenncia l fabricante. Aunque no es una arquitectura red muy popular en cuanto a su implementación y su utilización, sí lo es, en cambio, como una arquitectura referencia académica. OSI divi el proceso la comunicación en 7 niveles (figura 3.4). La ITU-T también ha adoptado la arquitectura OSI como molo referencia para sus recomendaciones. Programas usuario Programas usuario Nivel aplicación Nivel presentación Nivel sesión Nivel transporte Nivel red Nivel enlace Nivel físico Funciones orientadas a las aplicaciones usuario. (p.e.: transferencia ficheros ) Códigos / Representación / Sintaxis los datos Control l dialogo, recuperaciones conexión y datos Controla el transporte los datos end to end Dirige los bloques datos hacia una ruta hasta su distino final Responsable la transferencia los bloques datos entre nodos ( tección y corrección,... ) Control transferencia los bits Nivel aplicación Nivel presentación Nivel sesión Nivel transporte Nivel red Nivel enlace Nivel físico Transferencia señales eléctricas, ópticas,... Medio Transmisión Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 4 Profesor : Sebastià Ginard Julià
Figura 3.4. Arquitectura OSI. En el nivel más bajo, el nivel físico, se sitúan las funciones responsables activar, gestionar y sactivar un camino físico entre los nodos la red. Proporciona el servicio transporte los bits un extremo l medio físico al otro. Incluye la especificación l medio, los conectores, las técnicas modulación, etc. Por ejemplo, las interfaces RS-232 y V.24/V.28 scritas en el tema 2 corresponn a este nivel. El nivel enlace datos es el responsable la transferencia la información a través l camino activado por el nivel físico. Para conseguir esto empaqueta la información, en el sistema origen, en unidas llamadas tramas y la sempaqueta en el sistema stino para pasarla al nivel superior. Realiza funciones sincronización los datos para limitar el flujo los bits l nivel físico (sincronización bloque). También se preocupa la intidad los bits, que los datos lleguen sin novedad a su stino y realiza el control acceso al medio. Una sus más importantes funciones es la chequear los que se hayan producido en la transmisión y proporcionar mecanismos para recuperarse pérdidas, duplicidas o datos. La técnica chequeo CRC scrita en el tema anterior se aplica en este nivel. Los protocolos nivel enlace más comunes son los siguientes: DDCMP (Digital Data Communications Message Protocol) DEC, y HDLC (High-level Data Link Control) introducido por ISO. Otros también muy importantes son SDLC (Synchronous Data-Link Control) IBM, LAPB (Link Access Procedure Balanced) y LIC, aunque estos son subconjuntos l HDLC. Todos estos protocolos se conocen como protocolos nivel enlace orientados a bit. Se llaman así puesto que el principio y el fin las tramas (sincronismo bloque) está fijado por la aparición una combinación bits irrebatible ntro la trama. Existe otro tipo protocolo, llamado protocolo orientado al carácter, en los que el principio y el fin está fijado por la aparición caracteres especiales. Estos caracteres especiales penn l sistema codificación que se emplea (ASCII, EBCDIC,...). El nivel red el responsable la transmisión la información a través la red, inpendientemente l medio físico. Es muy normal el que dos ornadores o sistemas que quieran comunicarse no estén directamente conectados. En este caso, se necesita realizar un encaminamiento la información a través los sistemas intermedios hasta llegar al nodo stino. El nivel red es el que ofrece este servicio encaminamiento. Visto s una forma simple, el nivel enlace se encarga establecer multitud conexiones (una por cada conexión intermedia), mientras que el nivel red se encarga proporcionar un único y transparente enlace entre el origen y el stino. Así pues, este nivel be conocer la topología la red y escoger el camino apropiado a través ella. Las rutas ben escogerse tal manera que se evite la saturación unas líneas mientras otras están libres. En el momento que un nodo, en una comunicación, no pueda procesar la información tan rápidamente como le llega, el nivel red también be poner en marcha un mecanismo para corregir esta situación. Esto se realiza a través las funciones control congestión. Cada nivel (especialmente el 2 y 3) pue operar en uno los dos modos siguientes: en el modo orientado a conexión (CO) o en el modo no orientado a conexión (CL). En el primero, la comunicación se establece una forma análoga a una llamada teléfono: primero se realiza la llamada y, una vez establecida la conexión, se envía la información; cuando se ha terminado la transmisión, se inicia el proceso sconexión. Este modo garantiza que ningún paquete se pierda y todos llegan en el mismo orn en el cual se han enviado. Por contra, el modo CL proporciona un servicio análogo, en su funcionamiento, al servicio correos. Cada paquete datos se envía a la red con la dirección stino completa y la red se encarga hacerla llegar a esa dirección a través un camino que pue ser distinto l camino seguido por los más. Este modo no garantiza que los paquetes (llamados en este caso datagramas) lleguen en el mismo orn con el que se enviaron. Cuando se utiliza este modo, es necesario que los niveles más altos realicen funciones reornación y retransmisión paquetes perdidos. Una red CL es menos compleja y necesita menos recursos red que una red CO. Si en los extremos no se necesita un servicio CO, el tiempo respuesta una red CL también es menor. Por otro lado, una red CO permite realizar las tarificaciones una forma más sencilla y, puesto que no hace falta que estén en la cabecera las direcciones completas, se pue aprovechar mejor forma la capacidad la linea. La red X.25 y la RDSI, que se verán en el tema 5, son ejemplos Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 5 Profesor : Sebastià Ginard Julià
res CO. El nivel transporte proporciona la interfaz entre la red comunicaciones datos y los 3 niveles más altos, que están orientados al usuario. Se ha diseñado para mantener al usuario al margen los aspectos funcionales los niveles físico y red. En el caso que se utilice una red que ofrezca servicios no orientados a conexión (CLNS), la corrección completa y el control flujo se ha realizar en este nivel. Cuando se utiliza una red que ofrece servicios orientados a conexión (CONS), se encarga negociar el tamaño máximo paquetes, la calidad l servicio y también, en el caso que los niveles bajos no lo realicen, el chequeo y la corrección. El nivel sesión proporciona una manera organizada intercambiar datos entre los usuarios. Establece, maneja y termina las conexiones (sesiones) entre aplicaciones cooperantes. Sin embargo, este nivel no es muy fácil entenr, puesto que muchas las funciones que realiza como, por ejemplo, la recuperación a problemas imprevistos, son más apropiadas realizarlas por las propias aplicaciones. El nivel presentación fine la sintaxis los datos, es cir, la representación la información a transmitir o la recibida. El nivel aplicación ofrece los servicios específicos a cada aplicación usuario. Define la semántica los datos. Estándares como X.400 para el correo electrónico, x.500 o directorio, FTAM para transmisión ficheros y EDI para la transmisión documentos se sitúan en este nivel. Los protocolos OSI, como ya se ha indicado al principio, no han tenido mucho éxito y se han integrado muy poco en las comunidas que no se han visto forzadas a utilizarlas por alguna regulación. En realidad, OSI se ha visto obligada a introducir protocolos (no propietarios) generados por otras organizaciones. Otras arquitecturas, tales como TCP/IP, SNA, DECnet y Novell, son más populares y están más extendidas que OSI. A continuación se explica la arquitectura TCP/IP, la más utilizada bido a la extensión Internet. 3.4 Arquitectura TCP/IP. Esta arquitectura se sarrolló en el marco l programa DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) l Departamento Defensa (DoD) los EE.UU. con el objetivo conseguir una tecnología para interconectar ornadores a través múltiples y variadas res físicas. Las primeras implementaciones estos protocolos (conocidas sólo por TCP) se remontan a los años 1974 y 1975. En los sucesivos años se van modificando hasta llegar a la versión final, ya conocida como TCP/IP, en 1980. En 1982 son clarados estándares l DoD. Estos protocolos se puen encontrar talladamente scritos en los documentos RFC79l y RFC793. Los documentos RFC (Requests For Comments) son la vía discusión y, finalmente, normalización los protocolos Internet y se puen conseguir gratuitamente. La arquitectura res una las más extendidas y populares en todo el mundo. Los motivos principales por los que TCP/IP ha sufrido una expansión tan gran son bidos, en primer lugar, a que es un conjunto especificaciones no propietario. También a que ha sido clarado estándar por la extensa comunidad militar US y está incorporado en todas las implementaciones l sistema operativo UNIX. Amás, en la actualidad la mayoría los fabricantes ofrecen el software TCP/IP para sus propios 5.0., aunque no sea UNIX o una variante éste (ULTRIX, UNICOS, SCO,...). Debido a esto, TCP/IP se ha convertido en la solución más implantada, factible y económica para integrar sistemas cualquier tipo. TCP/IP es una arquitectura red finida en 4 capas o niveles (figura3.5). Aunque éstos son sólo dos protocolos la arquitectura, suele nombrarse todo el conjunto como TCP/IP bido a que forman la base ésta. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 6 Profesor : Sebastià Ginard Julià
Aplicaciones : TELNET TCP FTP SMTP Otras.: tftp, bind, nfs, yp, comandos r,... UDP IP +ICPM +ARP Nivel acceso a red ( ej.: X.25,Ethernet ) Figura 3.5. Capas y protocolos TCP/IP. El nivel IP (Internet Protocol) realiza funciones parecidas al nivel 3 l molo OSI. Ofrece servicios no orientados a conexión y es el encargado llevar los datos a través la red al nodo stino. Para ello be conocer la dirección red l nodo stino y ser capaz encaminar estos datos que puen pasar por varias res físicas (Ethernet, FDDI, X.25...). Una dirección IP es un número 32 bits que se suele escribir, separado en cuatro campos números cimales, como en el ejemplo siguiente: 130.206.230.95 Cuando se envían los datos por una red física especifica, esta dirección IP se traslada a la dirección física l medio transmisión. Quien realiza estas conversiones en el caso, por ejemplo, Ethernet es el protocolo ARP (Address Resolution Protocol). El protocolo que realiza la operación inversa al ARP se llama RARP (Reverse ARP). El encaminamiento para llevar los datos a su stino pue ser dos tipos en Internet. Uno es el que se produce en una misma red, en la que ella misma se consira que es capaz hacer llegar a su stino los datos. Un ejemplo seria cuando se produce tráfico datos entre 2 ornadores una misma red local en el cual caso se difun la información por toda la red. El otro tipo es cuando la información está dirigida a un sistema situado en otra red distinta la l sistema origen. En este caso, se utilizan unas tablas que se mantienen en los encaminadores IP que, en la nomenclatura TCP/IP, se conocen con el nombre gateways. Estas tablas contienen información tal como: red stino, gateway más cercano que pue accer a esta red, etc. El protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) es utilizado para transmitir IP y mensajes control. TCP (Transport Control Protocol) realiza funciones comparables con el nivel 4 OSI. Es el responsable romper los mensajes en paquetes un tamaño específico y mandarlo a través la red. En el nodo stino toma los paquetes datos que le da el nivel IP, los agrupa y los pasa al nivel superior, al protocolo aplicación apropiado. Existe otra opción para el nivel transporte distinta al protocolo TCP y es el protocolo UDP (User Datagram Protocol). Este último es más rápido que el primero, pero es menos seguro y no garantiza que lleguen los datos a su stino; por ese motivo sólo es utilizado en res fiables (res locales) y sólo por algunas aplicaciones. Las aplicaciones básicas, y que el molo incluyen s el principio, son: TELNET, para conexión terminal remoto FTP (File Transfer Protocol), para transferencia ficheros SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), para correo electrónico. Después se han ido añadiendo otras facilidas: los comandos R Berkeley (rlogin, rcp,...), NFS y YP por SUN, DNS/BIND, Gopher, WWW, etc. 3.5 Familias protocolos internet. Con objetivo proporcionar una documentación más completa la familia protocolos TCP-IP utilizados en internet se muestra una enumeración los mismos en función l nivel en el que se encuentran ubicados cada uno ellos. Nivel aplicación. DNS : (Domain Name System) Sistema Nombres Dominio, para la resolución nombres con direcciones IP. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 7 Profesor : Sebastià Ginard Julià
FTP : (File Transfer Protocol) Protocolo transferencia ficheros. HTTP : (Hypertext Transfer Protocol) Protocolo transferencia páginas web. HTTPS : Es la versión segura l protocolo HTTP. Se utiliza para accer a lugares que se requiere intificación la persona que acce al sitio. IMAP : (Internet Message Access Protocol) Protocolo intercambio mensajes control a través la red. IRC : (Internet Relay Chat) Protocolo comunicación a través internet usado en chat. NFS : (Network File Transfer) Protocolo exportación directorios a través la red. NNTP : (Network News Transport Protocol) Protocolo transporte noticias a través la red. NTP : (Network Time Protocol) Protocolo sincronización servidores a través la red. POP3 : (Post Office Protocol) Protocolo mensajería correo electrónico. SMB/CIFS : (Server Message Block) Protocolo para compartir impresoras y directorios utilizado por windows a través la red. SMTP : (Simple Mail Transfer Protocol) Protocolo transferencia mensajes correo electrónico a través la red. SNMP : (Simple Network Management Protocol) Protocolo gestión la red. SSH : (Secure Shell) Protocolo Shell segura. Telnet : Protocolo conexión entre terminales telnet. SIP : (Session Initiation Protocol) Protocolo utilizado en comunicaciones voz a través la red. Jabber : Es un protocolo mensajería instantánea, basado en el estándar XML. Bittorrent : Es un protocolo diseñado para el intercambio archivos entre iguales (Peer to peer o P2P). Nivel Presentación. ASN.1 : (Abstract Syntax Notation One) Notación sintáctica abstracta, es una norma para representar datos inpendientemente la máquina que se está usando y sus formas representación internas. MIME : (Multipurpose Internet Mail Extensions) Extensiones correo internet multipropósito, son una serie convenciones o especificaciones dirigidas a que se puedan intercambiar a través internet todo tipo archivos (texto, audio, vío, etc) forma transparente para el usuario. SSL/TLS : (Secure Socket Layer / Transport Layer Security) Seguridad la capa transporte. Son protocolos criptográficos que proporcionan comunicaciones seguras en internet. XDR : (Externar Data Representation) Es un protocolo representación datos. Permite la transferencia datos entre máquinas diferentes arquitecturas y sistemas operativos. XML : (Extensible Markup Language) Lenguaje marcas extensible, es una tecnología sencilla que tiene a su alredor otras que la complementan y la hacen mucho más gran y con unas posibilidas mucho mayores. Tiene un papel muy importante en la actualidad ya que permite la compatibilidad entre sistemas para compartir la información una manera segura, fiable y fácil. VML : (Vector Markup Language) Se utiliza para producir gráficos orientados a objetos (vectores) junto con la información como se han mostrar y como editar esta información. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 8 Profesor : Sebastià Ginard Julià
Nivel sesión. NetBIOS : (Network Basic Input/Output System) Es en sentido estricto una especificación interfaz para acceso a servicios red, es cir, una capa software sarrollado para enlazar un sistema operativo red con hardware específico. ONC RPC : (Open Network Computing Remote Procedure Call) Es un protocolo llamada a procedimiento remoto (RPC). DCE RPC : (DCE Remote Procedure Call) Es un sistema llamada a procedimiento remoto l conjunto software OSF DCE (Open Software Foundation DCE). SDP : (Session Description Protocol) Es un protocolo para scribir los parámetros inicialización los flujos multimedia. Nivel transporte. SCTP : (Stream Control Transmission Protocol) Es un protocolo comunicación capa transporte. Es una alternativa a los protocolos TCP y UDP pues provee confiabilidad, control flujo y ción como TCP. Sin embargo, SCTP opcionalmente permite el envío mensajes fuera orn y a diferencia TCP, SCTP es un protocolo orientado a mensaje (similar al envío datagramas UDP). SPX : (Sequenced Packet Exchange) Es un antiguo protocolo red Novell usado para majenar Novel Internetwork Packet Exchange (IPX) que permitía a los servidores y clientes comunicarse mediante LANs o WANs. TCP : (Transmission Control Protocol) Es un protocolo control transmisión fundamental para el funcionamiento internet. El protocolo garantiza que los datos sean entregados a su stino sin y en el mismo orn en que se transmitieron. También proporciona un mecanismo para distinguir distintas aplicaciones ntro una misma máquina, a través l concepto puerto. UDP : (User Datagram Protocol) Es un protocolo basado en el intercambio datagramas. Permite el envío datagramas a través la red sin que se haya establecido previamente una conexión, ya que el propio datagrama incorpora suficiente información direccionamiento en su cabecera. Tampoco tiene confirmación ni control flujo, por lo que los paquetes pues alantarse unos a otros, y tampoco se sabe si ha llegado correctamente ya que no hay confirmación entrega o recepción. DCCP : (Datagram Congestion Control Protocol) Es un protocolo control congestión datagramas. GRE : (Generic Routing Encapsulation) Es un protocolo que pue encapsular una amplia variedad tipos protocolos diferentes ntro túneles IP, creando una red punto a punto entre dos máquinas que estén comunicándose por este protocolo. Su uso principal es crear túneles VPN. SRTP : (Secure Real-time Transport Protocol) Define un perfil RTP con la intención proporcionar cifrado, autenticación l mensaje e integridad y protección contra reenvíos datos RTP en aplicaciones unicast y multicast. Nivel red. AppleTalk : Es un conjunto protocolos utilizados para la conexión res. Actualmente esta en suso en favor las res TCP/IP. IP : (Internet Protocol) Es un protocolo no orientado a conexión usado tanto por el origen como por el stino para la comunicación datos a través una red paquetes conmutados. IP no provee ningún mecanismo para terminar si un paquete alcanza o no su stino y únicamente proporciona seguridad. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 9 Profesor : Sebastià Ginard Julià
IPX : (Internetwork Packet Exchange) Es un protocolo intercambio paquetes interres que se utiliza para encaminar mensajes un nodo a otro. NetBEUI : (NetBIOS Extend User Interface) Interfaz extendida usuario NetBIOS, es un protocolo sin encaminamiento y bastante sencillo utilizado como una las capas en las primeras res Microsoft. Norma X.25 : es un estándar UIT-T para res área amplia conmutación paquete. Su protocolo enlace LAPB, está basado en el protocolo HDLC proveniente IBM. Establece mecanismos direccionamiento entre usuarios, negociación características comunicación, técnicas recuperación. ARP : (Address Resolution Protocol) Es un protocolo resolución direcciones. Se encarga encontrar la dirección MAC una terminada dirección IP. RARP : (Reverse Address Resolution Protocol) Realiza la operación inversa. DLCI : (Data Link Connection Intifier) Es el intificador canal l circuito establecido en Frame Relay. Este intificador se aloja en la trama e indica el camino a seguir por los datos, es cir, el circuito virtual establecido. DHCP : (Dinamic Host Configuration Protocol) Es un protocolo que permite a los nodos una red IP obtener sus parámetros configuración automáticamente. Se trata un protocolo tipo cliente/servidor en el que generalmente un servidor posee una lista direcciones IP dinámicas y las va asignando a los clientes conforme éstas van estando libres, sabiendo en todo momento quien ha estado en posesión esa IP, cuanto tiempo la la tenido y a quién la ha asignado spués. RIP (Protocolo) : (Routing Information Protocol) Es un protocolo información Nivel enlace datos. ATM : (Asynchronous Transfer Mo) Es un modo transferencia datos asíncrono. Tiene velocidas estándar 155 y 622 Mbps. Ethernet : Es el nombre la tecnología conmutación res área local (LANs) basada en tramas datos y conocida también como IEEE802.3 que fine el protocolo CDMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Colision Detection). Actualmente existen res ethernet varias velocidas : Ethernet : 10 Mbps. Fast Ethernet : 100 Mbps. Gibabit Ethernet : 1000 Mbps. 10 Gigabit Ethernet : 10 Gbps. Frame Relay : Es una técnica comunicación mediante la retransmisión tramas. Consiste en una forma simplificada la tecnología conmutación paquetes que transmite una variedad tamaños o marcos ( frames ) para datos, perfecto para la transmisión grans cantidas datos. Permite ofrecer un servicio transmisión voz y datos a gran velocidad en res área local separadas geográficamente. HDLC : (High-level Data Link Control) Es un protocolo comunicaciones punto a punto entre dos elementos. Proporciona recuperación en caso pérdida paquetes datos, fallos y otros. Mediante una red conmutadores paquetes conectados con líneas punto a punto entre ellos y con los usuarios se constituye la base las res comunicaciones X25. PPP : (Point-to-Point Protocol) Es un protocolo punto a punto utilizado para la conexión dos computadoras mediante mom, así como utilizado por ADSL (PPPoE o PPPoA). Amás simple facilita dos funciones muy importantes que son : Autenticación : Generalmente es una clave acceso. Asignación dinámica IP : Permite a los proveedores acceso a internet asignar una dirección IP a los usuarios para navegar a través la red. Token Ring : Es una tecnología red basada en topología en anillo y técnica acceso al medio Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 10 Profesor : Sebastià Ginard Julià
paso testigo. Actualmente se encuentra en suso, sin embargo, en terminados escenarios se sigue utilizando. Está basado en la especificación IEEE 802.5. WIFI : Es un conjunto estándares para res inalámbricas basado en la especificación IEEE 802.11. Creado para ser utilizado en res locales inalámbricas, y utilizado actualmente para accer a internet también. STP : (Spanning tree) Es un protocolo red, basado en una serie algoritmos encaminamiento. Su función es gestionar la presencia bucles en topologías red bido a la existencia enlaces redundantes (necesarios en muchos casos para garantizar la disponibilidad las conexiones). El protocolo permite a los dispositivos interconexión activar o sactivar automáticamente los enlaces conexión, forma que se garantice que la topología está libre lazos. FDDI : (Fiber Distributed Data Interface) Es un conjunto estándares ISO y ANSI para la transmisión datos en res computadoras área extendida o local (LAN) mediante cable fibra óptica. Se trata la arquitectura Token Ring y permite una comunicación tipo full duplex. Dado que pue abastecer a miles usuarios, una LAN FDDI suele ser empleada como blackbone (conexiones troncales internet) para una red área amplia (WAN). LCP : (Link Control Protocol) Es un protocolo nivel enlace que ofrece diferentes opciones encapsulación para ppp. Algunas ellas son : Autenticación. Permite enviar información para intificar usuarios. Los dos métodos para ello son PAP y CHAP. Compresión. Usado para incrementar el rendimiento (throughput), comprimiendo los datos y el payload antes la transmisión. El extremo que recibe la trama la scomprime y recupera. Detección Errores. Para asegurar un enlace datos confiable. Multilink : Es soportado por algunos routers (cpe), permite tener separados canales capa física y que se ven como un sólo canal lógico en la capa red. Ej.: Dos canales E1 2 Mbps puen aparecer como un único canal 4 Mbps. PPP Callback. Retorno llamada. Nivel físico. Cable coaxial : Es un cable constituido por un conductor central, un dieléctrico, una pantalla y un aislante. Según el material, tipo dieléctrico y geometría se obtienen unas características l conductor. Cable fibra óptica : Es un conductor ondas en forma filamento, generalmente vidrio, aunque también pue ser materiales plásticos. Cable par trenzado : Es un cable formado por cables trenzados dos a dos. Constan 4 pares trenzados dos a dos, conformando un total 8 hilos. Existen varios tipos en función su recubrimiento : UTP : (Unshield Twisted Pair) Sin ningún tipo apantallamiento. FTP : (Foiled Twisted Pair) Recubrimiento metálico alredor todo el conjunto pares trenzados. STP : (Shield Twisted Pair) Recubrimiento metálico alredor cada par trenzado. S/STP : (Screened STP) Recubrimiento metálico alredor cada par trenzado y l cable completo. Microondas : Utiliza microondas como medio transmisión a frecuencias 2,4 GHz y también en el rango 5,4 a 5,7 GHz. Existen una serie bandas para distintos usos, por ejemplo, para internet en España se utilizan frecuencias a 3,5 o 26 GHz. Red por Radio : Es aquella que emplea la radiofrecuencia como medio unión las diversas estaciones la red. Usada en aquellos casos don resulta difícil la instalación res cableadas. RS-232 : Es una interfaz que signa la norma entre un DTE (Data Terminal Equipment) y un DCE (Data Communication Equipment) y que se correspon con el puerto serie los ornadores. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 11 Profesor : Sebastià Ginard Julià
IEEE 1284 : Es la interfaz l puerto paralelo que llevaban los ornadores 25 pines. Actualmente se encuentra en suso bido a la proliferación l puerto USB. IEEE 1394 : Más conocido como Firewire, y que proporciona un estándar multiplataforma para entrada/salida datos en serie a gran velocidad. Muy utilizado para cámaras y viocámaras. USB : (Universal Serial Bus) Es un bus universal que actualmente se está utilizando para conexión datos y conexión cualquier dispositivo, ya que proporciona un método universal, rápido y efectivo intercambio datos entre periféricos y ornador. 3.6 Interconexión. Para que se pueda enviar información una red a otra, es necesario interconectar estas res. Cada arquitectura red fine sus métodos interconexión. Sin embargo, todos suelen finir unos dispositivos entre las res que, aunque forma distinta, realizan funciones parecidas. Algunos estos dispositivos, en general llamados sistemas intermedios o nodos relay", son los siguientes: - Repetidores: Estos dispositivos trabajan a nivel bajo y únicamente amplifican las señales eléctricas. Se suelen utilizar para extenr las longitus los cables. - Puentes (en inglés, bridges): Trabajan en el nivel 2 OSI. Acepta una trama entera, la pasa al nivel enlace don se realiza el chequeo y se reenvía a través l nivel físico a otra salida. Esta salida pue estar conectada a una red l mismo tipo o a una red que utiliza un método control acceso distinto. En el segundo caso, el puente be realizar, amás, una conversión las tramas. Un puente es un dispositivo inteligente que pue realizar también funciones filtraje muy importantes, como se ver en el tema 4, para las res área local. El filtraje pue realizarse sobre direcciones nivel 2 individuales, grupo o sobre el tipo tráfico o protocolo. - Encaminadores o routers: Son dispositivos similares a los puentes que trabajan en el nivel 3 l molo OSI. Es necesario para reenviar o encaminar paquetes ntro una misma red o una red a otra. Las res conectadas a través un router puen tener diferencias mucho más significativas que las res conectadas a través los puentes. Estos dispositivos toman cisiones encaminamiento en base a la dirección red y también se puen utilizar para filtrar tráfico en la red. - Brouters: Es un dispositivo que trabaja en los niveles 2 y 3 l molo OSI y, por tanto, incluye funciones puente y encaminador. Por ejemplo, pue realizar puente para tráfico Appletalk y encaminador para tráfico TCP/IP. - Pasarelas o gateways: Este tipo dispositivo pue trabajar en cualquier nivel, aunque, normalmente se le llama como tal cuando trabaja con niveles superiores al nivel red. Típicamente, trabajan a nivel aplicación y ben realizar la conversión una torre protocolos a otra. Por ejemplo, se necesita una pasarela para por intercambiar mensajes correo electrónico entre una red OSI que utiliza X.400 y una red TCP/IP que utiliza otra estructura y otro formato direcciones para los mensajes. 3.7. Gestión la red. Conforme ha ido aumentando la importancia las res ornadores y su utilización, también ha aumentado la necesidad gestionarlas. Esta tarea no es fácil sarrollar y requiere un gran esfuerzo por parte los responsables las res. Una buena gestión incluye las siguientes funciones: - Gestión fallos: Incluye la tección los fallos o averías, su aislamiento y, posteriormente, su corrección. No existe ninguna regla general para realizar estas tareas. Nos puen ser utilidad, pendiendo l origen l problema, un comprobador cableado, un osciloscopio, un tester, un analizador protocolos o, simplemente, un fichero sucesos. - Configuración: Siempre es necesario realizar cambios en una red por otros motivos Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 12 Profesor : Sebastià Ginard Julià
distintos al mal funcionamiento o la avería un componente. Continuamente se van integrando nuevos componentes y se van quitando los viejos, aparecen nuevas necesidas, etc. Es importante tener un inventario todo lo que se conecta a la red (tanto a nivel hardware como software). Una tarea muy importante relacionada con esta función es la asignar y gestionar las direcciones y los nombres los equipos. Una base datos fácil manejar y flexible es un elemento ayuda esencial. - Gestión l rendimiento: Permite evaluar el servicio y el aprovechamiento la red. Para ello es importante realizar estadísticas, tanto l rendimiento los sistemas la red como l tráfico que circula por ella. Un programa visualización tráfico es imprescindible. Seguridad. Siempre es necesario, en mayor o en menor grado, tener una política seguridad finida. El acceso no autorizado a una información confincial o a un usuario con los privilegios para realizar cualquier función gestión, por ejemplo, pue crear grans quebraros cabeza. - Contabilidad o Accounting: muy importante si se tiene que facturar. - Planificación: Las necesidas cambian continuamente y los componentes la red, o la red en sí pue quedar obsoleta. Una buena planificación hace que la red o los componentes elegidos para ésta tengan una mayor vigencia. Aunque, se ha ser realista, las necesidas, la tecnología y las capacidas los componentes la red evolucionan tan rápidamente que es difícil hacer planificaciones más allá 1 año (o incluso menos) en según que entornos. Para ayudar a realizar todas las funciones anteriores también se han sarrollado unos protocolos gestión que se han ido integrando en las arquitecuras red. SNMP (Simple Network Management Protocol) es uno los primeros que se crearon. Aunque inicialmente se creó para gestionar res TCP/IP también se ha introducido en otros entornos. ISO también ha creado un protocolo parecido al anterior, pero más potente, que se ejecuta por encima la torre protocolos OSI: CMIP (Common Management Information Protocol). Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 13 Profesor : Sebastià Ginard Julià
Ejercicios. 1. Cómo se realiza la comunicación entre los niveles pares? 2. Nombrar los niveles l molo OSI. 3. Distinguir entre los servicios orientados a conexión y los no orientados a conexión. 4. Nombrar los niveles la arquitectura TCP/IP. 5. Indicar como se llaman, en que nivel se encuentran y que función tienen los siguientes protocolos internet. HTTP FTP DNS POP3 SMB/CIFS SSL RPC TCP UDP IP ATM Ethernet Wifi 6. Nombrar y explicar los dispositivos necesarios para la interconexión res. 7. Porqué consiras que es importante la gestión una red? 8. Nombrar las principales tareas para gestionar una red. Módulo Comunicaciones Industriales (RCA2) Página 14 Profesor : Sebastià Ginard Julià