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1.4 Modelo OSI

En este tema estudiaremos al modelo OSI, veremos que es un modelo de red dividido en capas, cules son las funciones de cada una de esas capas, cmo se produce el proceso de comunicacin par a par y de qu trata el proceso de encapsulamiento de datos.

Posteriormente realizaremos la comparacin entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP.

Tambin tendremos en cuenta cules fueron las modificaciones que se introdujeron en el modelo IEEE.

Finalmente revisaremos los temas subcapa de enlace lgico y subcapa de control de acceso al medio.

1.4.1 Objetivos

Concludo el estudio de este tema Usted deber:

Conocer y ser capaz de describir el modelo OSI

Conocer y ser cada una de las capaz del modelo OSI

Ser capaz de describir en qu consiste la comunicacin par a par

Establecer similitudes y diferencias con el modelo TCP/IP

Conocer el proceso de encapsulamiento

Describir las subcapas LLC y MAC de la capa de enlace de datos.

1.4.2 Cuestionario de Iniciacin

Ahora le proponemos que responda las siguientes preguntas para poner a prueba sus conocimientos. Suerte!

1.4.3 Modelo de red dividido en capas

El concepto de capas puede ser usado para describir las comunicaciones entre dispositivos de computacin y resolver los problemas involucrados en este proceso. El mismo concepto puede ser aplicado tambin a cualquier tipo de flujo de informacin, desde la conversacin de dos personas al flujo de datos en una red.

Vamos a analizar la utilidad de este concepto, a travs de un ejemplo, la conversacin entre dos personas que hablan diferentes lenguajes . En esta conversacin, cada persona utiliza un intrprete y cada intrprete un lenguaje en comn que finalmente es transmitido a travs de un fax. De esta forma, lo que dice la persona est originalmente destinado al otro interlocutor pero en realidad el mensaje es tomado por el traductor, quien hace su trabajo y destina el nuevo mensaje a otro traductor a travs de un envo por fax.

En este proceso la capa superior sera el interlocutor, la capa intermedia el traductor y la capa inferior la transmisin por fax (que sirve como transporte de la informacin). Es importante notar que el trabajo de cada una de las capas est destinado y es slo comprendido por la capa similar del otro extremo, esto se conoce como comunicacin par - a - par.

El mismo mtodo de dividir en capas se puede utilizar para describir cmo se enva y recibe la informacin en una computadora a travs de la red. Cuando las computadoras envan informacin, toda las comunicaciones viajan en la red desde un origen a un destino, a esta informacin generalmente se la conoce como paquete o trama, entonces, un paquete es una agrupacin lgica de informacin que se mueve entre computadoras.

Es importante que las entidades de cada capa hablen el mismo lenguaje o protocolo. Un protocolo es un conjunto de reglas que hacen que la comunicacin en una red sea ms eficiente, entonces, la capa n de un computador se comunica con la capa n de otro computador y las normas y convenciones que se utilizan en esta comunicacin se denominan colectivamente protocolo de la capa n.

Los modelos OSI y TCP/IP son dos ejemplos donde se puede observar la funcionalidad del concepto de capas para comprender cmo se realiza el intercambio de informacin entre dispositivos en una red.

1.4.4 Funciones de las capas del modelo OSI

El Modelo OSI est formado por siete capas, cada una se concentra en una tarea especfica. De manera que todas juntas permiten realizar la compleja tarea que involucra la transmisin de informacin entre sistemas de computacin.

Las funciones de cada capa del modelo OSI son las siguientes :

Aplicacin: Permite que las aplicaciones del usuario utilicen los servicios de red para acceder a recursos que no se encuentran accesibles localmente. Por ejemplo la aplicacin navegador web, permite acceder a pginas que se encuentran en servidores en cualquier lugar del mundo.

Presentacin: Se encarga de garantizar que los datos sean legibles por el sistema receptor. Trabaja con la representacin y estructura de los datos. En esta capa se puede realizar la encripcin y compresin de datos. Permite codificar las imgenes, sonidos y videos en diferentes formatos. Los formatos ms utilizados son:

Audio: wav, mp3, midi

Imgenes: jpg, bmp, gif

Video: avi, swf

Sesin: Permite establecer, mantener y finalizar en forma ordenada la comunicacin entre las aplicaciones.

Transporte: Proporciona un servicio de comunicacin de extremo a extremo entre aplicaciones. Puede brindar un servicio orientado a la conexin, confiable, con control de errores y control de flujo, o un servicio no confiable. En el primer caso se encarga de establecer, mantener y terminar adecuadamente los circuitos virtuales que se utilizarn para la comunicacin entre las aplicaciones de los sistemas finales.

Red: Se encarga de encaminar la informacin desde el sistema de computacin origen hasta el destino, a travs de la mejor ruta, utilizando un esquema de Direccionamiento Lgico o de Red. Podemos encontrar un ejemplo de protocolo de capa de red en el Protocolo Internet (IP), definido en el modelo TCP/IP.

Enlace de datos: Se encarga de realizar el traslado confiable de la informacin entre sistemas de computacin fsicamente contiguos, en su camino hacia el destino final. Entre sus funciones debe garantizar el acceso ordenado de los sistemas al medio fsico, control de errores y control de flujo. Para identificar los sistemas utiliza direccionamiento fsico, en las tecnologas de LAN (Local Area Network) se denominan direcciones MAC. Define la topologa lgica de una red. Las dos topologas lgicas utilizadas en redes LAN son redes de difusin y de traspaso de token.

Fsica: Se encarga del transporte fsico de la informacin entre los sistemas de computacin. En esta capa encontramos las definiciones elctricas, mecnicas, funcionales y de procedimientos de los elementos que forman parte de las redes. Aqu encontramos los diferentes medios fsicos, como cable UTP, coaxil, fibra ptica, etc. Define la topologa fsica de la red, las ms utilizadas son estrella, bus, y anillo.

1.4.5 Comunicaciones de par a par

Al momento de llevar los datos de un origen a un destino, cada capa del modelo OSI en el origen debe comunicarse con su capa par en el destino. Esta forma de comunicacin es llamada par - a - par. Durante este proceso, los protocolos de cada capa intercambian informacin llamada unidad de datos de protocolo (PDUs). De esta forma, cada capa en el nodo origen se comunica utilizando una PDU especfica con su capa par en el nodo destino como puede ver en la figura .

Aunque la transmisin lgica de la informacin se realiza entre capas pares, fsicamente la informacin fluye en sentido descendente en las capas del dispositivo origen y en sentido ascendente en las capas del destino.

Despus que las capas 7, 6 y 5 procesan la informacin, envan las PDU resultantes, llamadas "datos", a la capa 4; la capa 4 agrega ms informacin y agrupa los datos en una PDU llamada "segmento".

La capa de red recibe los segmentos de la capa de transporte, le agrega informacin y los transforma en "paquetes". Esta informacin contiene, entre otros elementos, las direcciones de red origen y destino que permitirn realizar el encaminamiento de los datos.

La capa de enlace de datos toma los paquetes y los transforma en "tramas", al agregar informacin necesaria para realizar sus funciones, por ejemplo, control de errores y acceso al medio.

La capa fsica provee un servicio a la capa de enlace de datos codificando las tramas en patrones de 1s y 0s, denominados "bits" para su transmisin en el medio.

1.4.6 Encapsulamiento de datos

Las comunicaciones en una red son flujos de informacin entre un origen y un destino (que podra ser un nodo o un conjunto de nodos). Si un nodo quiere enviar datos a otro, los datos deben ser empaquetados a travs de un proceso llamado encapsulamiento.

En este proceso, cada capa toma la PDU de la capa superior y la procesa, agregando informacin que ser utilizada por la capa par del siguiente dispositivo de red, en el camino hacia el destino final. Bsicamente, la informacin que se agrega ser un encabezado, al comienzo de la PDU y en algunos casos una cola o terminador, al final.

El encabezado contiene, entre otros, informacin de direccionamiento, que permite reconocer la entidad de la capa que enva los datos, y la entidad de la capa par que deber recibirlos. Adems, en los casos que estn implementadas funciones de control de errores y control de flujo, se agrega informacin en el encabezado que permita realizar estas tareas.

La figura muestra el proceso de encapsulacin, desde que la capa aplicacin emite sus datos hasta que la capa fsica los transmite al medio.

1.4.7 Comparacin del modelo OSI con el modelo TCP/IP

El conjunto de protocolos ms utilizado actualmente es TCP/IP. Como vimos en el captulo anterior, la pila de protocolos TCP/IP tiene cuatro capas: la capa de aplicacin, la capa de transporte, la capa de internet y la capa de acceso de red . Algunas de las capas del modelo TCP/IP poseen el mismo nombre que las capas del modelo OSI pero esto no significa que cumplan funciones similares, por ejemplo, la capa de aplicacin tiene diferente definicin en cada modelo.

Las principales funciones de cada capa son :

Capa de aplicacin

El modelo TCP/IP combina todos los aspectos relacionados con las aplicaciones en esta capa, aqu se definen los protocolos de alto nivel, aspectos de representacin y codificacin de los datos y control de dilogo entre procesos.

Capa de transporte

La capa de transporte se encarga de la calidad de servicio, garantizando, cuando la aplicacin lo requiera, confiabilidad, control de flujo, segmentacin y control de errores en la comunicacin. Se basa en dos protocolos, TCP (orientado a la conexin) y UDP (no orientado a la conexin).

Capa de Internet

El propsito de la capa de Internet es encaminar paquetes desde un origen hacia un destino. Se basa fundamentalmente en el Protocolo Internet (IP).

Capa de acceso de red

Esta capa, tambin llamada nodo a red, se ocupa de todos los aspectos que involucran convertir un paquete en una trama y transmitirlo en el medio fsico. Esta capa se encarga de las funciones de las capas fsica y de enlace de datos del modelo OSI.

1.4.8 Modificaciones del modelo IEEE

Si se compara el modelo OSI con el modelo TCP/IP , se pueden ver que existen similitudes y diferencias. Los ejemplos incluyen:

Similitudes

Se dividen en capas.

Poseen una capa de aplicacin, aunque su definicin tiene diferente amplitud.

Las capas de transporte y red de ambos modelos cumplen funciones similares.

Diferencias

TCP/IP combina las funciones de la capa de aplicacin, presentacin y sesin del modelo OSI en la capa de aplicacin.

En el modelo TCP/IP combina la capa de enlace de datos y la capa fsica del modelo OSI en una sola capa.

El modelo OSI se desarroll antes de que se inventaran los protocolos, respecto al modelo TCP/IP, los protocolos existan y el modelo fue una descripcin de los mismos.

El modelo TCP/IP no es general y no resulta apropiado para describir otra pila de protocolos distinta de TCP/IP.

En sntesis, el modelo OSI ha demostrado ser muy til para estudiar las redes de computadoras. En contraste, los protocolos OSI no se han hecho populares. Lo contrario sucede con TCP/IP, donde el modelo prcticamente es inexistente, pero los protocolos se usan mucho, de hecho, la familia de protocolos TCP/IP es el estndar en torno al cual se desarroll Internet.

1.4.9 Subcapa de Control de Enlace Lgico (LLC)

Dado que la subcapa MAC es una capa que vara de acuerdo al tipo de tecnologa de acceso que se est utilizando (802.3, 802.4, 802.11, etc.), y dado que existen diferentes pilas de protocolos de capa 3 y superiores (TCP/IP, IPX/SPX, AppleTalk, etc.), debe existir un punto en comn para que se puedan comunicar.

La IEEE cre la subcapa de control enlace lgico para permitir que la capa de enlace de datos sea independiente de las capas de red y fsica. Esta capa proporciona una interfase estndar hacia los protocolos de capa de red que estn sobre ella, mientras que se comunica de forma efectiva con las diversas tecnologas que estn por debajo (las diferentes subcapas MAC).

1.4.10 Subcapa de Control de Acceso al Medio (MAC)

La subcapa MAC es una capa que depende del medio fsico que se utilizar para realizar la comunicacin. Existen diversos estndares normalizados por la IEEE.

La subcapa MAC es la encargada de ordenar la forma en que los nodos accedern al medio para poder transferir informacin. Como el medio fsico es compartido por todos los nodos, se debe definir algn sistema de control para asegurarse que dos estaciones no transmitan simultneamente, o, en caso de que esto suceda, sea detectado y se retransmitan los datos alterados.

Existen dos tipos de protocolos Control de Acceso al Medio :

No determinsticos: Acceso de tipo "Primero en Llegar, Primero en Transmitir" (FCFS o First Come, First Served)

Determinsticos: Las estaciones se turnan para transmitir.

Un ejemplo de protocolo no determinstico es CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection o acceso mltiple con deteccin de portadora y deteccin de colisiones), utilizado como mtodo de acceso en el estndar 802.3. En CSMA/CD, cuando una estacin quiere transmitir, escucha en el medio. Si el medio est ocupado, la estacin espera hasta que se desocupa; sino, transmite de inmediato. Si dos o ms estaciones comienzan a transmitir simultneamente por un medio desocupado, las tramas se superponen en el medio y la seal resultante se altera, esto se conoce como colisin. Todas las estaciones involucradas en la colisin abortan su transmisin, esperan un tiempo aleatorio y repiten de nuevo todo el proceso.

Por otro lado, Token Ring y FDDI, son ejemplos de protocolos determinsticos. En una red Token Ring, los hosts se organizan en forma de anillo y una trama especial llamada "token" viaja de estacin a estacin. Slo la estacin que tiene en su posesin el token es la estacin que puede transmitir. Como slo existe un token, slo una estacin puede transmitir a la vez y de esta forma se evitan las colisiones.

1.4.11 Sntesis

Con este subtema hemos realizado un recorrido terico por lo que es el modelo OSI.

En primer lugar vimos el concepto modelo de red dividido en capas y tambin las funciones de las capas del modelo OSI. Entendiendo que el Modelo OSI est formado por siete capas, cada una se concentra en una tarea especfica. De manera que todas juntas permiten realizar la compleja tarea que involucra la transmisin de informacin entre sistemas de computacin. Las funciones de cada capa del modelo OSI son las siguientes: aplicacin, presentacin, sesin, transporte, red, enlace de datos y fsica.

Posteriormente aprendimos que dentro de este modelo se da un tipo de comunicacin llamada comunicacin par a par, la misma al momento de llevar los datos de un origen a un destino, cada capa del modelo OSI en el origen debe comunicarse con su capa par en el destino.

A continuacin estudiamos en qu consiste el encapsulamiento de datos, entendiendo por ste al proceso que se encarga de empaquetar datoscuando un host quiere enviar datos a otro.

Siguiendo el desarrollo terico realizamos una breve puntuacin de las modificaciones del modelo IEEE, centradas en las similitudes y diferencias.

Finalmente estudiamos a las subcapas LLC y MAC. Diciendo en breves palabras que la LLC permite que la capa de enlace de datos sea independiente de las capas de red y fsica. Esta capa proporciona una interfase estndar hacia los protocolos de capa de red que estn sobre ella, mientras que se comunica de forma efectiva con las diversas tecnologas que estn por debajo. Y entendiendo por la MAC a la subcapa encargada de ordenar la forma en que los hosts accedern al medio para poder transferir informacin.