UPAEP 2014 Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla [DIPLOMADO EN REDES] Guía de Estudios para la Certificación CCENT/CCNA ICND1
Capítulo 2: Los Modelos de Red TCP/IP y OSI En este capítulo se explicará a profundidad media cómo se realiza la división por capas en la arquitectura y funcionamiento de una computadora. Existen diferentes formas de considerar dicha división, pero se estima que TCP/IP y OSI son las más comunes. Podremos hacer la comparación de ambos modelos y percatarnos que el funcionamiento es prácticamente el mismo. Al término del capítulo quedará mucho más claro cómo se entienden entre sí las diferentes partes de una computadora y cómo se dan servicio mutuamente entre partes vecinas. 2
Temas Fundamentales El término modelo de red o arquitectura de red se refiere a un grupo organizado de documentos que individualmente describen una pequeña función requerida para que una red funcione. Una red debe trabajar bajo reglas o protocolos y especificaciones físicas para funcionar correctamente. El TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) es el modelo de red más usado. El modelo de referencia OSI (Open System Interconnection) es menos popular. La Arquitectura del Protocolo TCP/IP En la arquitectura de una computadora, una capa siempre proveerá de un servicio a la capa inmediatamente superior, por lo que la capa superior será quien realice las peticiones a su inferior inmediata. Capa de Aplicación en TCP/IP Provee servicios al software de aplicación que corre en una computadora. No define aplicaciones en sí mismas, sino que define los servicios que éstas utilizan. Ejemplos: HTTP (Hypertext Transfer Protocol) requiere capacidades para transferir un archivo; HTML (Hypertext Markup Language) define cómo se interpreta un archivo recibido a través de la web. El proceso same-layer interaction hace referencia al momento en que una capa específica en una computadora desea comunicarse con la misma capa en otra computadora. Ambas computadoras usan headers (encabezados) para llevar consigo la información que desean comunicar. Capa de Transporte en TCP/IP Consiste en dos opciones principales de protocolo: TCP (Transmission Control Protocol) y UDP (User Datagram Protocol). TCP necesita un mecanismo para garantizar la entrega de datos en una red, por lo que provee el error-recovery o recuperación de datos usando acknowledgments, que son una forma de comunicación bilateral que corrobora el envío y recepción durante la transferencia. Capa de Internet en TCP/IP Definida por el IP (Internet Protocol), quien asigna direcciones únicas a cada computadora para orientar a los routers a entregar los paquetes a su destino correcto. Esta capa se encarga de crear las carreteras en la red para el tránsito de los datos, dependiendo de su destino final. Si una ruta fallara en la entrega de datos, los routers se encargarán de tomar otra ruta alternativa para alcanzar el mismo destino. Un paquete es el que incluye el encabezado de la capa de Internet y sus datos encapsulados. IP define direcciones lógicas llamadas IP addresses (direcciones IP), las cuales permiten a cada dispositivo que hable TCP/IP (llamados IP hosts) que tengan una dirección con la cual han de comunicarse. IP también define el routing, que es el proceso de cómo un router debe reenviar o rutear paquetes de datos. Capa de Acceso a la Red en TCP/IP Define los protocolos y el hardware necesarios para entregar datos a través de una red física; esta capa define cómo conectar físicamente una computadora al medio físico por el que los datos se transmitirán (conectores, cables, niveles de voltaje y protocolos). Ejemplo: el protocolo Ethernet. La capa de acceso a la 3
red incluye todas las variaciones de Ethernet, otros estándares de LAN, los estándares populares WAN: PPP (Point-to-Point Protocol) y Frame Relay. Se les llama frames a los conjuntos de datos generados en esta capa. Terminología de encapsulación de datos Cada capa agrega su propio header o encabezado y a veces un trailer (hace alusión a un remolque, a la parte final o trasera del conjunto de datos). La encapsulación es el método por el que se agregan headers y trailers alrededor de los datos. Ejemplo: HTTP GET (data) TCP HTTP GET (data) IP TCP HTTP GET (data) Eth IP TCP HTTP GET (data) Eth Los 5 pasos para que una computadora TCP/IP envíe datos 1. La capa de aplicación genera la información a enviar y la encapsula, poniéndole un header si es requerido. 2. La capa de transporte encapsula lo que recibió del paso anterior, incluyendo el header y agrega su propio header que típicamente es TCP o UDP. 3. La capa de Internet encapsula lo que recibió del paso anterior, incluyendo el header y agrega su propio header IP. 4. La capa de acceso a la red encapsula lo que recibió del paso anterior, incluyendo el header y agrega su propio header y también su propio trailer. 5. La capa física transmite los bits, codificando una señal dentro del medio para trasmitir el frame. Fig. 3 Los cinco pasos para la encapsulación de datos en el modelo TCP/IP 4
NOTA: LH significa Link Header y LT significa Link Trailer. El Modelo de Referencia OSI OSI es el modelo de referencia Open System Interconnection (Sistema abierto de interconexión) para las comunicaciones. Comparando OSI y TCP/IP El modelo de referencia OSI consiste en 7 capas. A continuación se le compara con los modelos TCP/IP y con NetWare. Fig. 4 El Modelo OSI comparado con TCP/IP y NetWare Las Capas del Modelo OSI y sus Funciones Las capas superiores del modelo OSI (aplicación, presentación y sesión: 7,6 y 5) definen funciones enfocadas a la aplicación. Las capas inferiores del modelo OSI (transporte, red, enlace de datos y física: 4, 3, 2 y 1) definen funciones enfocadas a la entrega de datos punto-a-punto. Capa de Aplicación (7).- Se refiere a servicios de comunicaciones para aplicaciones, como puede ser la opción para transferir un archivo. Ejemplo de protocolos: Telnet, HTTP, FTP, navegadores www, NFS, gateways SMTP, SNMP, mail x.400, FTAM. Equipos: firewall, sistema de detección de intrusos. Capa de Presentación (6).- Su principal propósito es definir los formatos para los datos, tal como texto ASCII, texto EBCDIC, binario, BCD y JPEG. La encriptación también es definida por OSI como un servicio de la capa de presentación. Ejemplo de protocolos: JPEG, ASCII, EBCDIC, TIFF, GIF, PICT, encriptación, MPEG, MIDI. Equipos: firewall, sistema de detección de intrusos. Capa de Sesión (5).- La capa de sesión define cómo comenzar, controlar y terminar conversaciones (llamadas sesiones). Esto incluye el control y administración de múltiples mensajes bidireccionales de modo que la aplicación pueda ser notificada si se completan solamente algunos de una serie de mensajes. La capa de sesión crea maneras de asumir cuáles flujos son parte de la misma sesión y cuáles flujos deben 5
completarse antes de que alguno se considere completado. Ejemplo de protocolos: RPC, SQL, NFS, nombres NetBios, Apple Talk ASP, DECnet, SCP. Equipos: firewall, sistema de detección de intrusos. Capa de Transporte (4).- La capa cuatro incluye protocolos que pueden o no proveer error recovery (recuperación de datos), el cual es efectuado mediante la retransmisión. También en esta capa se ejecuta el multiplexing de datos entrantes, que conmuta diferentes flujos de datos a aplicaciones en el mismo host, como por ejemplo los sockets TCP. Esta capa evita la congestión de datos, ya que provee flow control (control de flujo). Ejemplo de protocolos: TCP, UDP, SPX. Capa de Red (3).- Esta capa define la entrega punto-a-punto de los paquetes. Para lograr esto define el logical addressing, que es una manera de dividir las direcciones de manera lógica, con la finalidad de que cualquier punto destino pueda ser identificado. También define cómo funciona el routing y cómo deben ser aprendidas las rutas para que los paquetes puedan ser entregados. La capa de red también define cómo fragmentar un paquete en paquetes más pequeños para acomodarlos en el medio siendo lo más pequeños posible y así lograr la máxima transmisión. Ejemplo de protocolos: IP, IPX, AppleTalk DDP, ICMP. Equipo: router. Capa de Enlace de Datos (2).- Las especificaciones del enlace de datos deben lograr introducir información a través un enlace o medio particular. Los protocolos de la capa de enlace de datos definen la entrega usando un enlace individual. Estos protocolos necesariamente se refieren al tipo de medio en cuestión. Ejemplo de protocolos: IEEE 802.3/802.2, HDLC, frame relay, PPP, FDDI, ATM, IEEE 802.5/802.2. Equipos: LAN switch, wireless Access point, cable modem, DSL modem. Capa física (1).- Sus especificaciones van de la mano con las características físicas del medio de transmisión. Los conectores, pins, uso de los pins, corrientes eléctricas, encoding (codificado) y la modulación de la luz son parte de diferentes especificaciones de la capa física. Ejemplo de protocolos: EIA/TIA-232, V.35, EIA/TIA- 449, V.24, RJ45, Ethernet, 802.3, 802.5, FDDI, B8ZS. Equipos: LAN hub, repeater. Fig. 5 Modelo OSI 6
Conceptos y Beneficios de la División en Capas de OSI Beneficios de las especificaciones del protocolo en capas: menos complejidad, interfaces estándares, más fácil de aprender, más fácil de desarrollar, interoperabilidad entre marcas, ingeniería modular. Terminología OSI de Encapsulación Un PDU (Protocol Data Unit) representa los bits que incluyen los headers y trailers de esa capa, así como la información encapsulada. Por ejemplo, un paquete IP es un PDU. De hecho, un paquete IP es un PDU de capa 3 debido a que IP es un protocolo de capa 3. Una forma corta de expresarlo sería LnPDU, donde n es el número de la capa a que se desee hacer referencia. 7