REDES DE COMPUTADORES I

FACULTAD DE INGENIERÍA

Ing. de Sistemas y Computación

Docente:

Ing. Angel Palomino Crespo

OBJETIVOS

• Conocer el modelo OSI y aprender la función de sus capas.

• Identificar los protocolos pertenecientes a las capas del modelo OSI.

• Conocer el modelo TCP/IP

• Identificar los protocolos pertenecientes a las capas del modelo TCP/IP.

CONTENIDO

• Modelo OSI

• Modelo TCP/IP

Necesidad de las arquitecturas de comunicaciones• Entre los requerimientos necesarios para un diseño de

una red de datos están:• Proporcionar conectividad general de manera robusta,

equitativa y económica para una gran cantidad de computadores.

• Ser lo suficientemente flexible para evolucionar y ajustarse a los cambios tecnológicos y a los requerimientos de las nuevas aplicaciones que aparecen constantemente.

• Para afrontar esta complejidad, los diseñadores de redes han creado unos modelos generales –usualmente llamados arquitecturas de comunicaciones- que ayudan en el diseño y la implementación de las redes.

Modelo de capas y los protocolos• Cuando un sistema se vuelve complejo, el diseñador del

sistema introduce otro nivel de abstracción.• La idea de una abstracción es definir un modelo

unificador que capture los aspectos importantes del sistema y oculte los detalles de cómo fue implementado.

• El reto es identificar las abstracciones que simultáneamente sean útiles en un amplio número de situaciones y, a la vez, puedan ser implementadas eficientemente.

Modelo de capas y los protocolos• En sistemas en red, la abstracción lleva al concepto del

modelo de capas.• Se comienza con servicios ofrecidos por la capa física y

luego se adiciona una secuencia de capas, cada una de ellas ofreciendo un nivel de servicios más abstracto.

• Un modelo de capas ofrece dos características interesantes:• Descompone el problema de construir una red en partes

más manejables (no es necesario construir un sistema monolítico que hace todo)

• Proporciona un diseño más modular (si se quiere colocar un nuevo servicio, sólo se debe modificar la funcionalidad de una capa)

Proceso de un viaje aéreo como una serie de pasos

tiquete (compra)

equipaje (entrega)

embarque

despegue

Vuelo

tiquete (recobro)

equipaje (recogida)

desembarque

aterrizaje

Vuelo

Ruta de vuelo

Proceso de un viaje aéreo en capas de servicios

Entrega mostrador a mostrador de [personas y equipaje]

Traslado de equipaje: entrega-recogida

Traslado de personas: embarque-desembarque

Traslado de la aeronave: pista a pista

Ruta de vuelo desde el origen hasta el destino

Capas: cada capa implementa un servicio a través de las acciones internas a la capa y solicitando el servicio proporcionado por una capa inferior

Implementación distribuida de la funcionalidad de las capas

tiquete (compra)

equipaje (entrega)

embarque

despegue

Vuelo

tiquete (recobro)

equipaje (recogida)

desembarque

aterrizaje

Vuelo

ruta de vuelo

Salid

a

Aero

puert

o

Llegada

Aero

puert

o

tráfico aéreo intermedioruta de vuelo ruta de vuelo

Otra vez: ¿Por qué utilizar capas?• Permite trabajar con sistemas complejos

• Una estructura explícita permite la identificación de las partes del sistema complejo y la interrelación entre ellas• Modelo de referencia de capas para discusiones

• La modularidad facilita el mantenimiento y la actualización del sistema• Cambios que se realicen en la implementación de

un servicio de una capa es transparente para el resto del sistema

Arquitectura OSI

• ¿Qué es OSI?• Una sigla: Open Systems Interconnection• Conceptualmente: arquitectura general requerida para establecer comunicación entre computadoras

• OSI puede verse de dos formas:• como un estándar• como un modelo de referencia

OSI es un estándar

• El desarrollo inicial de las redes de computadores fue promovido por redes experimentales como ARPANet y CYCLADES, seguidos por los fabricantes de computadores (SNA, DECnet, etcétera).

• Las redes experimentales se diseñaron para ser heterogéneas (no importaba la marca del computador). Las redes de los fabricantes de equipos tenían su propio conjunto de convenciones para interconectar sus equipos y lo llamaban su “arquitectura de red”.

OSI es un estándar• La necesidad de interconectar equipos de diferentes fabricantes se hizo evidente.

• En 1977, la ISO (International Organization for Standarization) reconoció la necesidad de crear estándares para las redes informáticas y creó el subcomité SC16 (Open Systems Interconnection)

• La primera reunión de éste subcomité se llevo a cabo en marzo de 1978. El modelo de referencia OSI fue desarrollado después de cerca de 18 meses de discusión.

OSI es un estándar

• El modelo OSI fue adoptado en 1979 por el comité técnico TC97 (procesamiento de datos), del cual dependía el subcomité SC16

• OSI fue adoptado en 1984 como la norma ISO/IEC 7498. En 1994 fue reemplazado por la versión 2, con algunas correcciones adicionales. La ISO/IEC 7498 tiene 4 partes• Parte 1: Modelo básico• Parte 2: Arquitectura de seguridad• Parte 3: Asignación de nombres y direcciones• Parte 4: Farmework de gestión de red

OSI es un estándar

• El modelo fue desarrollado en colaboración con la ITU-T (International Telecommunication Union-Telecom sector) y también se presentó como la recomendación X.200 de la ITU.

• Especificaciones más detalladas están descritas en las recomendaciones X.211-X.217bis. Estos documentos adicionales son similares a los RFCs para protocolos individuales.

OSI como Modelo de Referencia

• OSI es un modelo de referencia que muestra como debe transmitirse un mensaje entre nodos en una red de datos

• El modelo OSI tiene 7 niveles de funciones• No todos los productos comerciales se adhieren al modelo OSI

• Sirve para enseñar redes y en discusiones técnicas (resolución de problemas).

¿En qué se fundamenta OSI?

• La idea principal en el modelo OSI es que el proceso de comunicación entre dos usuarios en una red de telecomunicaciones puede dividirse en niveles (capas)

• En el proceso de comunicación cada nivel pone su granito de arena: el conjunto de funciones que ese nivel “sabe” hacer.

¿Cómo opera el modelo OSI?• Los usuarios que participan en la comunicación utilizan

equipos que tienen “instaladas” las funciones de las 7 capas del modelo OSI (o su equivalente)• En el equipo que envía:

• El mensaje “baja” a través de las capas del modelo OSI.

• En el equipo que recibe:• El mensaje “sube” a través de las capas del modelo

OSI

Operación: 1ª aproximación

En la vida real, las 7 capas de funciones del modelo OSI están normalmente construidas como una combinación de:

1. Sistema Operativo (Windows XP, Win2003, Mac/OS ó Unix)2. Aplicaciones (navegador, cliente de correo, servidor web)3. Protocolos de transporte y de red (TCP/IP, IPX/SPX, SNA)4. Hardware y software que colocan la señal en el cable conectado al computador (tarjeta de red y driver)

Al recibirel mensaje“sube”

Al enviarel mensaje“baja”

El mensaje “viaja” a través de la red

Nodo A Nodo B

Operación: 2ª aproximación

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7Al enviarel mensaje“baja”

Al recibirel mensaje“sube”

RED

Nodo A Nodo B

Las capas del modelo OSI reciben un nombre de acuerdo a su función.

Implementación de las capas OSI• Las dos primeras capas (física y enlace) generalmente se

construyen con hardware y software • El cable, el conector, la tarjeta de red y el driver de la

tarjeta pertenecen a los niveles 1 y 2• Los otros cinco niveles se construyen generalmente con

software

Comunicación entre capas

• Cada capa ofrece un conjunto de funciones para la capa superior y utiliza funciones de la capa inferior

• Cada capa, en un nodo, se comunica con su igual en el otro nodo

Capa A

Capa B

Capa A

Capa B

NODO 1 NODO 2

Servicios, Interfaces y Protocolos

• El modelo OSI distingue entre:• Servicios (funciones): Qué

hace la capa• Interfaces: Cómo las capas

vecinas pueden solicitar/dar servicios

• Protocolos: Reglas para que capas “pares” se comuniquen

Capa A

Capa B

Capa A

Capa B

NODO 1 NODO 2

Otra forma de ver los protocolos y las interfaces

Nodo 1

Protocol

Objeto de alto nivel

Interfaz deServicio

Interfaz Peer-to-peer

Nodo 2

Protocol

Objeto de alto nivel

Operación: 3ª aproximación

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

RED

Nodo A Nodo B

DATOS

DATOS

DATOS

DATOSHeader 4

Header 3

Header 2

Unidades de Información

Puede contenerencabezados delas capas 5, 6 y 7

Mensaje

Paquete

Frame

bits

Encapsulación• Cuando un protocolo de una capa superior envía datos a su par

en otro nodo, los entrega al protocolo de la capa inferior.• El protocolo de la capa inferior no sabe si el protocolo de nivel

superior envía una imagen, un correo o una secuencia numérica.• Luego el protocolo del nivel inferior, para crear su mensaje,

agrega una información de control (header) que es utilizada entre pares para comunicarse entre ellos.• Esta información de control generalmente es colocada al iniciar el

mensaje. En algunos casos se anexa información de control al final del mensaje y la llaman trailer.

• A los datos entregados por el protocolo de la capa superior, dentro del mensaje, se le llama cuerpo del mensaje o payload.

• La operación de “meter” el mensaje del nivel superior detrás de un header o cabecera en el mensaje de nivel inferior se llama encapsulación.

Los 7 Niveles del modelo OSI

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicaciones de Red: transferencia de archivos

Formatos y representación de los datos

Establece, mantiene y cierra sesiones

Entrega confiable/no confiable de “mensajes”

Entrega los “paquetes” y hace enrutamiennto

Transfiere “frames”, chequea errores

Transmite datos binarios sobre un medio

Nivel OSI Función que ofrece

Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver determinados problemas de la comunicación (“divide y vencerás”)

Nivel Físico (Capa 1)• Define las características mecánicas, eléctricas y

funcionales para establecer, mantener, repetir, amplificar y desactivar conexiones físicas entre nodos• Acepta un “chorro” de bits y los transporta a través de un medio

físico (un enlace)• Nivel de voltaje, sincronización de cambios de voltaje, frecuencia

de transmisión, distancias de los cables, conectores físicos y asuntos similares son especificados en esta capa.

Nivel de Enlace (Capa 2)• Inicia, mantiene y libera los enlaces de datos entre dos

nodos. • Hace transmisión confiable (sin errores) de los datos

sobre un medio físico (un enlace)• Define la dirección física de los nodos• Construye los “frames”• También debe involucrarse con el orden en que lleguen los

frames, notificación de errores físicos, reglas de uso del medio físico y el control del flujo en el medio.

• Es diferente de acuerdo a la topología de red y al medio utilizado.

Nivel de Red (Capa 3)• Entrega los paquetes de datos a la red correcta, al nodo

correcto, buscando el mejor camino (es decir, permite el intercambio de paquetes).• Evita que las capas superiores se preocupen por los detalles de

cómo los paquetes alcanzan el nodo destino correcto• En esta capa se define la dirección lógica de los nodos • Esta capa es la encargada de hacer el enrutamiento y el

direccionamiento• Enrutamiento: ¿cuál es el mejor camino para llegar a la red destino? • Direccionamiento: ¿cuál es el nodo destino?

Nivel de Transporte (Capa 4)• Proporciona un número amplio de servicios. Asegura

la entrega de los datos entre procesos que han establecido una sesión y que se ejecutan en diferentes nodos• Evita que las capas superiores se preocupen por los detalles

del transporte de los datos hasta el proceso correcto• Hace multiplexamiento para las aplicaciones

• ¿cuál es la aplicación/servicio destino/origen?• Segmenta bloques grandes de datos antes de transmitirlos (y

los reensambla en le nodo destino)• Asegura la transmisión confiable de los mensajes • No deja que falten ni sobren partes de los mensajes

trasmitidos (si es necesario, hace retransmisión de mensajes)• hace control de flujo y control de congestión

Nivel de Sesión (Capa 5)• Define cómo iniciar, coordinar y terminar las

conversaciones entre aplicaciones (llamadas sesiones).• Administra el intercambio de datos y sincroniza el diálogo entre

niveles de presentación (capa 6) de cada sistema• Ofrece las herramientas para que la capa de aplicación, la de

presentación y la de sesión reporten sus problemas y los recursos disponibles para la comunicación (control del diálogo –sesión- entre aplicaciones)

• Lleva control de qué flujos forman parte de la misma sesión y qué flujos deben terminar correctamente

Nivel de Presentación (Capa 6)• Define el formato de los datos que se intercambiarán

• Asegura que la información enviada por la capa de aplicación de un nodo sea entendida por la capa de aplicación del otro nodo

• Si es necesario, transforma a un formato de representación común • Negocia la sintáxis de transferencia de datos para la capa de

aplicación (estructura de datos)• Ejemplo: formato GIF, JPEG ó PNG para imágenes.

Nivel de Aplicación (Capa 7)• La capa de aplicación está cerca al usuario (no ofrece

servicios a otras capas del modelo OSI)• Es el nivel más alto en la arquitectura OSI• Define la interfaz entre el software de comunicaciones y cualquier

aplicación que necesite comunicarse a través de la red.• Las otras capas existen para prestar servicios a esta capa• Las aplicaciones están compuestas por procesos.• Un proceso de aplicación se manifiesta en la capa de aplicaciones

como la ejecución de un protocolo de aplicación.

Arquitectura OSI

Uno o más nodos dentro de la Red

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Red

Enlace

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Red

Enlace

Física

End system End system

Intermediate systems

Perspectivas del modelo OSI• El modelo OSI permite trabajar con la complejidad de los

sistemas de comunicación de datos• Las implementaciones de arquitecturas de red reales no

cumplen (o lo hacen parcialmente) con el Modelo OSI:• TCP/IP, SNA, Novell Netware, DECnet, AppleTalk, etc.

Perspectivas del modelo OSI• Se intentó construir una implementación del modelo

OSI• A finales de los 80, el gobierno de EEUU quiso establecer

GOSIP (Government Open Systems Interconnect Profile) como algo obligatorio. NO funcionó. Perdió vigencia en 1995

• ¿Qué sucederá con OSI?• Los protocolos para OSI se ven muy poco (algunas

tecnologías WAN los usan)• TCP/IP sigue mejorando continuamente• Una parte de las recomendaciones de la ITU-T que sobrevive,

son las utilizadas en VoIP (H.323, H.225, Q.931, G.711, entre otras)

• El modelo OSI sigue siendo un modelo pedagógico.

¿Qué es TCP/IP?• El nombre “TCP/IP” se refiere a una suite de protocolos

de datos.• Una colección de protocolos de datos que permite que los

computadores se comuniquen.

• El nombre viene de dos de los protocolos que lo conforman:• Transmission Control Protocol (TCP)• Internet Protocol (IP)

• Hay muchos otros protocolos en la suite

TCP/IP e Internet• TCP/IP son los protocolos fundamentales de Internet

(Aunque se utilizan para Intranets y Extranets)• Stanford University y Bold, Beranek and Newman (BBN)

presentaron TCP/IP a comienzos de los 70 para una red de conmutación de paquetes (ARPANet).

• La arquitectura de TCP/IP ahora es definida por la Internet Engineering Task Force (IETF)

¿Por qué es popular TCP/IP?• Los estándares de los protocolos son abiertos:

interconecta equipos de diferentes fabricantes sin problema.

• Independiente del medio de transmisión físico.• Un esquema de direccionamiento amplio y común.• Protocolos de alto nivel estandarizados (¡muchos

servicios!)

“Estándares” de TCP/IP• Para garantizar que TCP/IP sea un protocolo abierto los

estándares deben ser públicamente conocidos.• La mayor parte de la información sobre los protocolos de

TCP/IP está publicada en unos documentos llamados Request for Comments (RFC’s) - Hay otros dos tipos de documentos: Military Standards (MIL STD), Internet Engineering Notes (IEN) -.

Arquitectura de TCP/IP (cuatro capas)

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicación

Transporte

Internet

Acceso de Red

Aplicaciones y procesos que usan la red

Servicios de entrega de datos entre nodos

Define el datagrama y maneja el enrutamiento

Rutinas para acceder el medio físico

No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de losprotocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres a cinco).

Pila de protocolos de Internet (cinco capas)• aplicación: soporta las aplicaciones de la

red• FTP, SMTP, HTTP

• transporte: transferencia de datos host to host• TCP, UDP

• red: enrutamiento de datagramas desde la fuente al destino• IP, protocolos de enrutamiento

• enlace: transferencia de datos entre elementos de red vecinos• PPP, Ethernet

• física: bits “en el cable”

aplicación

transporte

red

enlace

física

Capas: comunicación lógicaCada capa:• distribuida• Las “entidades”

implementan las funciones de cada capa en cada nodo

• las entidades realizan acciones, e intercambian mensajes con sus “iguales”

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

redenlacefísica

Capas: comunicación lógica

Transporte• toma datos de la

aplicación• agrega

direccionamiento, agrega información de chequeo de confiabilidad para formar el “datagrama”

• envía el datagrama al otro nodo

• espera el acuse de recibo (ack) del otro nodo

• analogía: la oficina postal

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

redenlacefísica

datos

datos

datos

transporte

transporte

ack

Capas: comunicación física

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

aplicacióntransporte

redenlacefísica

redenlacefísica

datos

datos

Encapsulación de datos

• Cada capa de la pila TCP/IP adiciona información de control (un “header”) para asegurar la entrega correcta de los datos.

• Cuando se recibe, la información de control se retira.

Capa de Acceso de Red

Capa Internet

Capa de transporte

Capa de aplicación

DATOSHeader

DATOSHeaderHeader

Header DATOSHeaderHeader

DATOS

Ubicación de los protocolos de TCP/IP en el Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)

Llegó

Modem

SolicitudDNS Red del

CampusAQUÍ ESTÁ LA

TARJETA DE RED

Y EL DRIVER

ModemEL MODEM ESTÁ

EN LA CAPA 1

Repetidor (hub)

Nodo A Nodo BEl repetidor conecta redes de área local en la CAPA 1

(física) del modelo de referencia OSI

¿Qué hace un repetidor?• El repetidor es el responsable de

• Amplificar la señal para asegurar que la amplitud sea la correcta• Asegurar la fase de la señal (jitter)• Repetir las señales de un segmento a los otros segmentos

conectados al repetidor

Switch (bridge)

Nodo A Nodo BEl switch/bridge conecta segmentos físicos de red de área local en la capa 2para formar una red más

grande

¿Qué hace un switch (bridge)?• Los bridges y switches:

• Analizan los frames que llegan, de acuerdo a la información que traiga el frame toman la decisión de cómo re-enviarlo (generalmente con base en la MAC address) y envían el frame a su destino

• No analizan la información de las capas superiores (pueden pasar rápidamente el tráfico de diferentes protocolos).

• Extienden la red (más distancia) y separan dominios de colisión.

Router (enrutador, encaminador)

Nodo A Nodo BEl enrutador conecta redes

lógicamente (capa 3). Determina la siguiente red

para envíar un paquete a sudestino final.

Gracias