UNIDAD III: Modelos de referencia Introducción El crecimiento de las redes en las últimas dos décadas ha sido enorme, en cantidad y tamaño.en un principio diferentes fabricantes de computadoras, desarrollaron distintas arquitecturas de redes que eran incompatibles entre sí. Esto originó una fuerte dependencia de los clientes con un único fabricante,así como una interoperabilidad entre redes que utilizaban distintas especificaciones. Se realizaron investigaciones acerca de los esquemas de red, con el fin de desarrollar una arquitectura de diseño que permitiese la interconexión de todos los computadores entre sí independientemente del fabricante. Es así como surgen modelos para la interconexión de sistemas abiertos. Modelos de referencia
El Modelo de referencia OSI La búsqueda de interoperabilidad entre redes y computadores de diferentes fabricantes, llevó a la Organización Internacional de Normas, ISO (Internacional Standards Organization) a desarrollar en 1984 un modelo de referencia para la Interconexión de sistemas Abiertos, OSI (Open Systems Interconection) así como protocolos estándar asociados. Este modelo incorporó gran parte del conocimiento disponible en la comunidad investigadora y desempeña un papel muy importante en el diseño de redes. Un sistema abierto es â œ â un conjunto de uno a varios computadores, el material lógico asociado (software), periféricos, terminales, operadores humanos, procesos físicos, medios de transferencia de información, etc; que forma un todo autónomocapaz de efectuar procesamiento y/o transferencia de información y que cumple con las normas de interconexión ISOâ. Es decir, un sistema abierto es capaz de comunicarse con otros sistemas a diferencia de los sistemas propietarios. Propietario significa que un pequeño grupo de empresas controla el uso total de la tecnología. Abierto significa que el uso libre de la tecnología está disponible para todos. El modelo de referencia OSI divide el proceso de comunicación en funciones de capa. Cada capa comprende un conjunto de funciones de red que permiten desarrollar uno o más protocolos que rigen el comportamiento de los procesos o entidades de dicha capa. El proceso de división de las funciones en capas, tiene las siguientes ventajas : Reduce la complejidad del diseño Estandariza las interfaces Facilita el diseño modular Asegura una tecnología interoperable Asegura la evolución Simplifica la enseñanza y el aprendizaje. Los principios que determinan el número de capas en que se divide el modelo, se pueden resumir como sigue: Una capa se debe crear donde se necesite una abstracción diferente. Cada capa debe realizar un conjunto de funciones bien definidas. Las funciones de cada capa se deben elegir con el fin de definir protocolos estandarizados internacionalmente. Los límites de las capas se establecen a fin de minimizar el flujo de
información a través de las interfaces. El número de capas debe ser lo suficientemente grande para no agrupar funciones diferentes en una misma capa, y lo suficientemente pequeño para que la arquitectura no se vuelva inmanejable. La capa n de una maquina A, mantiene una â œconversaciónâ con la capa n de otra maquina B. Las reglas y convenciones que norman esta conversación, definen el protocolo o protocolos de capa n, y la comunicación entre capas se realiza en un proceso de comunicación paritario. La comunicación entre entidades pares (entre capas iguales) es horizontal, aunque virtual,debido a que no existe un enlace de comunicaciones directo entre dos capas iguales que están en sistemas diferentes. El flujo de información en el modelo OSI es vertical, en un proceso denominado encapsulamiento. Cada capa utiliza los servicios prestados pos la capa inferior para realizar la comunicación. Las capas adyacentes se comunican entre sí, mediante el intercambio de Unidades de Datos de Protocolo PDU (Protocol data Units). El modelo OSI consta de siete capas: Física, Enlace, Red, Transporte, Sesión, Presentación y Aplicación; cada una con funciones bien definidas que describen el proceso de comunicación entre los distintos elementos de una red. En el proceso de comunicación OSI, la capa N se utiliza los servicios de la capa N-1 y ofrece servicios a la capa N+1.
Cuando se realiza la comunicación entre dos sistemas abiertos A y B, la capa N del sistema A recibe la PDU de la capa N+1, la cual contiene los datos provenientes de las capas superiores así como encabezados de la capa N+1 con información de control del protocolo de capa N+1. Esta PDU de capa N+1 representan los datos para la capa N, los cuales son encapsulados (se agrega información del protocolo de capa N en el encabezado) y transmitidos a la capa N- 1. Así se repite el procedimiento descendente hasta la capa física en donde los datos fluyen â œfísicamenteâ entre los dos sistemas A y B. En el sistema B el proceso de comunicaciones es ascendente. En la capa N se recibe la PDU de la capa N-1 y se elimina el encabezado de capa N que contiene la información del protocolo capa N. Los datos que no forman parte del encabezado se envían a al capa N+1 y el proceso se repite de forma ascendente. CAPAS DEL MODELO OSI A continuación de describen cada una de las siete capas del modelos OSI. Capa Física La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. Las características tales como niveles de voltaje, temporización de cambios de voltaje, velocidad de datos físicos, distancias de transmisión máximas, conectores físicos y otros atributos similares se definen por las especificaciones de la capa física. En la capa física, se realiza la transmisión de bits puros a través de un canal de comunicaciones.
Capa de Enlace de Datos La capa de enlace de datos proporciona tránsito de datos confiable a través de un enlace físico. Al hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (comparado con el lógico), la topología de red, el acceso a la red, la notificación de errores, entrega ordenada de tramas y control de flujo. La transferencia de Tramas (PDU de la capa enlace) a través de un enlace que conecta directamente dos nodos de red, se realiza a nivel de la capa Enlace. Capa de Red La capa de red proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas de hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. La capa red determina la mejor ruta por la cual se enviarán los paquetes (PDU de capa Red) y reensambla los paquetes en un orden correcto en el destino para transmitir la información a la capa de transporte. La ruta hacia el destino puede incluir mas un enlace, así en cada nodo se debe procesar la información que encamine o enrute los paquetes al destino. Capa detransporte La capa de transporte segmenta los datos originados en el host emisor y los reensambla en una corriente de datos dentro del sistema del host receptor. La capa de transporte intenta suministrar un servicio de transporte de datos que aísla las capas superiores de los detalles de implementación del transporte. Específicamente, temas como la confiabilidad del transporte entre dos hosts es responsabilidad de la capa de transporte. Al proporcionar un servicio de comunicaciones, la capa de transporte establece, mantiene y termina adecuadamente los circuitos virtuales. Al proporcionar un servicio confiable, se utilizan dispositivos de detección y recuperación de errores de transporte. El protocolo de la capa Transporte define la transferencia de Segmentos (PDU de capa Transporte)y solo se ejecuta el las maquinas terminales de la comunicación. Ofrece a la capa sesión una cierta calidad de servicio en la transferencia de mensajes a través de la red. Capa de Sesión La capa de sesión establece, administra y finaliza las sesiones entre dos hosts que se están comunicando. La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa de presentación. También sincroniza el diálogo entre las capas de presentación de los dos hosts y administra su intercambio de datos. Además de regular la
sesión, la capa de sesión ofrece disposiciones para una eficiente transferencia de datos, clase de servicio y un registro de excepciones acerca de los problemas de la capa de sesión, presentación y aplicación. Con el control de dialogo se define el tipo de comunicación, duplex o semi-duplex. Con la sincronización se logra definir puntos de referencia para la recuperación de la transmisión de un flujo de datos en caso de fallas. Capa de Presentación La capa de presentación garantiza que la información que envía la capa de aplicación de un sistema pueda ser leída por la capa de aplicación de otro. De ser necesario, la capa de presentación traduce entre varios formatos de datos utilizando un formato común. Es decir la capa de Presentación define una formato común así como la sintaxis, para los datos que se van a intercambiar entre dos aplicaciones que se pueden estar ejecutando en máquinas que utilizan diferente representación de los datos. Capa de Aplicación La capa de aplicación es la capa del modelo OSI más cercana al usuario; suministra servicios de red a las aplicaciones del usuario. Difiere de las demás capas debido a que no proporciona servicios a ninguna otra capa OSI, sino solamente a aplicaciones que se encuentran fuera del modelo OSI. Algunos ejemplos de aplicaciones son los programas de hojas de cálculo, de procesamiento de texto y los de las terminales bancarias. La capa de aplicación establece la disponibilidad de los potenciales socios de comunicación, sincroniza y establece acuerdos sobre los procedimientos de recuperación de errores y control de la integridad de los datos. Los protocolos mas representativos de la capa aplicación incluyen, transferencia de archivos, terminales virtuales, navegación web, correo electrónico, etc.
El Modelo de referencia TCP/IP El modelo TCP/IP es el modelo que se utilizó en la red del Departamento de Defensa (DoD) de los Estados Unidos, ARPANET. El DoD requería de una red que no sufriese las consecuencias un perdida de hardware en nodos intermedios de la red, es decir, que la comunicación se mantuviera mientras los nodos terminales (origen y destino) estuvieran funcionando, aunque algunas de las maquinas o líneas de operación intermedias quedarán fuera de servicio repentinamente. El modelo es usado actualmente en la red de redes Internet (sucesora de ARPANET). El modelo TCP/IP contempla muchas de las características de OSI en cuanto a la división en funciones de capa, sin embargo incluye el hecho de que muchas funciones de capa no son imprescindibles en una arquitectura determinad y pueden no estar presentes. Capas del Modelo TCP/IP El modelo TCP/IP consta de cuatro capas: Capa de Aplicación, Capa de Transporte, Capa de Internet y Capa de Acceso a la Red. Cada capa tiene sus funciones definidas y aunque algunas tienen el mismo nombre que en el modelo OSI no implican que describan exactamente las mismas funciones. Capa de Aplicación Los diseñadores de TCP/IP sintieron que los protocolos de nivel superior deberían incluir los detalles de las capas de sesión y presentación. Simplemente crearon una capa de aplicación que maneja protocolos de alto nivel, aspectos de representación, codificación y control de diálogo. El modelo TCP/IP combina todos los aspectos relacionados con las aplicaciones en una sola capa y garantiza que estos datos estén correctamente empaquetados para la siguiente capa. Las aplicaciones incluyen FTP, correo, terminal virtual (TELNET), etc.
Capa de Transporte La capa de transporte [1,2] se refiere a los aspectos de calidad del servicio con respecto a la confiabilidad, el control de flujo y la corrección de errores. Uno de sus protocolos, el protocolo para el control de la transmisión (TCP), ofrece maneras flexibles y de alta calidad para crear comunicaciones de red confiables, sin problemas de flujo y con un nivel de error bajo. TCP es un protocolo orientado a la conexión. Mantiene un diálogo entre el origen y el destino mientras empaqueta la información de la capa de aplicación en unidades denominadas segmentos. Orientado a la conexión no significa que el circuito exista entre los computadores que se están comunicando (esto sería una conmutación de circuito). Significa que los segmentos de Capa 4 viajan de un lado a otro entre dos hosts para comprobar que la conexión exista lógicamente para un determinado período. Esto se conoce como conmutación de paquetes. El otro protocolo UDP,Protocolo de Datagrama de Usuario, es un protocolo no confiable y no orientado a conexión; usado en aplicaciones que no requieren la secuenciación y el control de flujo de TCP o que desean proporcionar su propio control. Es similar a la capa transporte de OSI. Capa de Internet El propósito de la capa de Internet es enviar paquetes origen desde cualquier red en la internetwork y que estos paquetes lleguen a su destino independientemente de la ruta y de las redes que recorrieron para llegar hasta allí. El protocolo específico que rige esta capa se denomina Protocolo Internet (IP). En esta capa se produce la determinación de la mejor ruta y la conmutación de paquetes. Esto se puede comparar con el sistema postal. Cuando envía una carta por correo, usted no sabe cómo llega a destino (existen varias rutas posibles); lo que le interesa es que la cartallegue. Es similar en funciones a la capa Red de OSI. Capa de Acceso a la Red También se denomina capa de host a red. Es la capa que se ocupa de todos los aspectos que requiere un paquete IP para realizar realmente un enlace físico y luego realizar otro enlace físico. Esta capa incluye los detalles de tecnología LAN y WAN y todos los detalles de las capas, física y de enlace de datos del modelo OSI.
Comparación de los modelos OSI Y TCP/IP Los modelos OSI y TCP/IP tienen muchos aspectos en común. Se basan en el concepto de protocolos independientes, tienen funciones de capa muy parecidas. Por otra arte tienen diferencias bien definidas que se resumen a continuación: Una diferencia obvia, es el número de capas que tiene cada modelo. OSI posee 7 capas y TCP/IP posee 4. Ambos tienen Modelos de referencia Capa de Acceso a la Red También se denomina capa de host a red. Es la capa que se ocupa de todos los aspectos que requiere un paquete IP para realizar realmente un enlace físico y luego realizar otro enlace físico. Esta capa incluye los detalles de tecnología LAN y WAN y todos los detalles de las capas, física y de enlace de datos del modelo OSI. Comparación de los modelos OSI Y TCP/IP Los modelos OSI y TCP/IP tienen muchos aspectos en común. Se basan en el concepto de protocolos independientes, tienen funciones de capa muy parecidas. Por otra arte tienen diferencias bien definidas que se resumen a continuación: Una diferencia obvia, es el número de capas que tiene cada modelo. OSI posee 7 capas y TCP/IP posee 4. Ambos tienen capa Aplicación, Transporte y Red; pero las demás son diferentes. La comunicación orientada a conexión, comparada con la comunicación no orientada a conexión. OSI soporta ambos tipo de comunicación en la capa red, pero solo comunicación orientada conexión en la capa Transporte. El modelo TCP/IP solo admite comunicación no orientada a conexión en la capa red, pero admite ambos tipos de comunicación en la capa transporte. El modelo OSI surgió antes de los respectivos protocolos, es decir no estaba diseñado para un grupo de protocolos específicos. Esto lo hace mas general y con capacidad de adaptarse a cualquier tipo de red. Por su parte, con TCP/IP ocurrió lo contrario, primero surgieron los protocolos y luego el modelo fue una descripción de los protocolos existentes. Los protocolos encajaban perfectamente en el modelo, sin embargo el modelo el modelo resulta difícil para describir otras redes que no sean TCP/IP.
En general, los protocolos asociados con OSI ya casi no se usan, aunque el modelo en si es muy general y aún es válido y útil. Por el contrario TCP/IP como modelo no se utiliza mucho para describir redes, pero los protocolos asociados a él son muy utilizados, de hecho son los protocolos en que se soporta la INTERNET.