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1.5 Proceso de encapsulamiento / desencapsulamiento

En este tema estudiaremos los procesos de encapsulamiento/ descencapsulamiento en el modelo OSI.

Veremos tambin cmo estarn dispuestas las estructuras bsicas del encabezado de capa 3, de capa 4 y de trama.

1.5.1 Objetivos

Concludo el estudio de este tema Usted debera:

Conocer y ser capaz de describir los procesos de encapsulamiento y desencapsulamiento.

Describir la estructura bsica de un segmento

Describir la estructura bsica de un paquete

Describir la estructura bsica de una trama.

1.5.2 Cuestionario de Iniciacin

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

1.5.3 Proceso de encapsulamiento / desencapsulamiento en el modelo OSI

Como se describi en el punto 1.4.6, al enviarse informacin de un origen a un destino es preciso que el nodo de origen conforme la informacin siguiendo el proceso denominado encapsulamiento, a fin de que el nodo destino pueda revertir este proceso (procedimiento que denominamos desencapsulamiento) y obtener finalmente los datos que originalmente enviara el origen.

Durante el encapsulamiento cada capa del modelo OSI toma la informacin que recibe de la capa superior, la procesa y le agrega la informacin necesaria para que la capa par del nodo destino pueda revertir el proceso.

La informacin que se recibe de la capa superior recibe la denominacin de Unidad de Datos de Protocolo (PDU Protocol Data Unit en ingls). Esta PDU es encapsulada en cada capa con un encabezado, que contiene la informacin correspondiente a esa capa.

En la capa de transporte, los datos se fragmentan y encapsulan para formar segmentos. Dado que operamos utilizando 2 protocolos de capa 4: TCP y UDP, hay 2 tipos de segmentos, segmentos TCP y segmentos UDP.

Los segmentos, son encapsulados en la capa de red con la informacin de direccionamiento correspondiente, formando paquetes o datagramas. Hay diferentes tipos de paquetes de acuerdo al protocolo de capa 3 que se haya implementado, por ejemplo, paquetes IP, paquetes RIP y paquetes IPX.

En la capa de enlace de datos, los paquetes son encapsulados en tramas que responden a los diferentes tipos de red a travs de las cules deben ser enviados los datos. As, por ejemplo, hay tramas Ethernet y tramas Frame Relay, cada una diferente segn la tecnologa que se est implementado.

Finalmente, en la capa fsica la trama es traducida en bits y estos en una seal elctrica que ser transmitida por diferentes medios.

Cuando la informacin es recibida por el receptor, este deber remover en cada capa la informacin adicional que se incorpor durante el encapsulamiento. Es decir, la informacin es desencapsulada a fin de recuperar el formato original.

1.5.4 De datos a segmentos

Cualquiera de los protocolos de capa superior proporciona una cantidad de informacin en formato digital cuya transmisin es necesario asegurar.

Para asegurar la transmisin de la totalidad de esa informacin se implementa el proceso de segmentacin de los datos. Esto implica dividir el volumen total de informacin a transmitir en segmentos ms pequeos de tamao fijo. De esta manera se asegura que si durante el proceso de transmisin un segmento es daado o se pierde, no es preciso reenviar la totalidad de la informacin. Esto conlleva como beneficio una optimizacin en el uso de los recursos y se minimizan los tiempos de reenvo.

Este proceso de segmentacin de la informacin se realiza en la capa de transporte del modelo OSI.

Paralelamente, en la misma capa se pueden asegurar otros procedimientos tales como:

Establecimiento de un circuito virtual entre origen y destino, para lo que se implementa un saludo o intercambio de triple va.

Control de flujo de datos, para permitir regular el envo de datos en funcin de la capacidad de envo y recepcin de ambos extremos de la comunicacin. Esto se hace por la implementacin de la tcnica de ventana deslizante.

Pedido de reenvo de segmentos cuando se produce una prdida o error. Para esto se utiliza un nmero de secuencia que identifica al paquete dentro del flujo.

Sintetizando. Son tareas de la capa de Transporte:

Segmentacin del flujo de datos.

Establecimiento de un circuito virtual.

Control del flujo de datos.

Deteccin y correccin de errores.

1.5.5 Estructura bsica del encabezado de capa 4

Para realizar las 3 ltimas tareas mencionadas en el punto anterior, los protocolos de capa de transporte deben -despus de segmentar el flujo de datos -, incorporar informacin propia del protocolo de capa 4 al encapsular los datos, a fin de que el destino pueda interpretar las opciones del origen.

Esta informacin se agrega en un conjunto de campos que se agregan a los datos, denominado encabezado de capa de transporte.

La estructura definitiva de este encabezado depende de si el protocolo de capa de transporte es TCP o UDP, pero en todos los casos contiene al menos esta informacin:

Puerto de origen: identifica el puerto que el cliente o nodo de origen utiliza para iniciar un dilogo con el nodo destino.

Puerto de destino: identifica el puerto del nodo destino (servidor) hacia el cual el nodo origen (cliente) dirige su peticin.

1.5.6 De segmentos a paquetes

Terminado el proceso de segmentacin que se realiza en la capa de Transporte, el nodo origen pasa la PDU a la capa de red.

Es esta capa se incorpora a los datos la informacin necesaria para localizar los dispositivos de origen y destino dentro de la complejidad de la Internet.

Para esto utiliza una estructura de direccionamiento jerrquico en la que no solo se identifica un nodo, sino tambin una red (este tema se ver con mayor detalle en el captulo siguiente). Esto asegura adems, junto con la implementacin de los procesos de enrutamiento, que se cuente con la informacin necesaria para que los dispositivos que interconectan ambas redes puedan determinar la mejor ruta a utilizar.

Adicionalmente, en la capa de red es necesario identificar cul es el contenido o protocolo de capa de transporte que se ha utilizado, para que el host destino pueda interpretar adecuadamente los datos que recibe.

Sintetizando. Son tareas de la capa de red:

Identificacin del host en la internet

Seleccin de la mejor ruta

Identificacin del contenido de la PDU

1.5.7 Estructura bsica del encabezado de capa 3

Para realizar las tareas mencionadas en el punto anterior, los protocolos de capa de red deben incorporar informacin propia del protocolo de capa 3 al encapsular los datos, a fin de que tanto los dispositivos intermediarios en el trayecto entre origen y destino, como el nodo destino, puedan contar con la informacin necesaria para tomar las decisiones que correspondan.

Esta informacin, como ocurre en la capa de transporte, se agrega en un conjunto de campos que se incorporan a los datos, denominado encabezado de capa de red.

La estructura definitiva de este encabezado depende del protocolo de capa de red que se est implementando, pero en todos los casos contiene al menos esta informacin:

Contenido de la PDU: identifica si el contenido del paquete es informacin de un protocolo de capa 3, o si se trata de un protocolo de capa 4, cul es el protocolo.

Direccin de red del nodo origen: identifica el nodo de origen.

Direccin de red del nodo destino: identifica el nodo de destino.

1.5.8 De paquetes a tramas

Luego de cumplido el proceso que se realiza en la capa de Red, el nodo origen pasa la PDU a la capa de enlace de datos.

Es esta capa se incorpora a los datos la informacin necesaria para asegurar que la informacin circule por el enlace de modo tal que sea comprensible al dispositivo de destino, que es este caso puede ser otro host, o un dispositivo de networking.

Para esto se utilizan un conjunto de protocolos de capa de enlace de datos que responden a los requerimientos tcnicos de transmisin de cada enlace sobre el que se deba trabajar.

Adicionalmente, muchos protocolos de capa de enlace de datos incorporan mecanismos que le permiten al nodo destino verificar la integridad de los datos que recibe, previendo de esta forma posibles errores producidos por interferencias durante la transmisin.

Finalmente, como ocurra en la capa de red, tambin aqu es preciso identificar cul es el contenido o protocolo de capa de red que se ha utilizado, para que el nodo destino pueda interpretar adecuadamente los datos que recibe.

Sintetizando. Son tareas de la capa de enlace de datos:

Identificar el nodo destino

Identificar el contenido de la trama

Agregar un campo que permita la verificacin de la integridad del contenido.

Finalmente, al pasar a la capa fsica, la trama ser traducida en una seal elctrica que ser adecuada finalmente al medio de transmisin a utilizar (cobre, fibra ptica o wireless).

1.5.9 Estructura bsica de una trama

Para completar la estructura de la trama, los protocolos de capa de enlace de datos deben incorporar informacin propia del protocolo o tecnologa de transmisin que se est implementando al encapsular los datos, a fin de que tanto los dispositivos intermediarios en el trayecto entre origen y destino, como el nodo destino puedan interpretar la informacin que reciben y tomar decisiones sobre el destino de los datos, cuando corresponda.

Esta informacin, como ocurre en el resto de las capas, se agrega en un conjunto de campos que se incorporan a los datos, denominado encabezado de capa de enlace de datos.

La estructura definitiva de este encabezado depende, como en todos los casos, del protocolo de capa de enlace de datos que se est implementando, pero en todos siempre contiene al menos la siguiente informacin:

Direccin del nodo destino.

Contenido de la PDU: identifica si el contenido de la trama: si es informacin de un protocolo de capa 2, o si se trata de un protocolo de capa 3, cul es el protocolo.

Una cola de la trama que permite la verificacin de la integridad de los datos.

De esta manera, la estructura final de la informacin, tal como se transmite, comprende:

Encabezado de capa de enlace de datos

Encabezado de capa de red

Encabezado de capa de transporte

Datos

Cola de la trama.

1.5.10 De la trama a los bits Un ejemplo: Ethernet de 10 Mbps

Las redes Ethernet de 10 Mbts, los estndares 10BASE5, 10BASE2 y 10BASE-T, en trminos generales son consideradas como implementaciones relativamente viejas de Ethernet. Las cuatro caractersticas comunes de estos estndares Ethernet son los parmetros de temporizacin, formato de trama, proceso de transmisin y una regla bsica de diseo.

En la figura se muestran los parmetros de operacin para Ethernet de 10 Mbps. Ethernet de 10 Mbps implementa una transmisin de tipo asincrnico. Para lograr la necesaria sincrona entre origen y destino, la estacin receptora usa ocho bytes de informacin de temporizacin para sincronizar sus circuitos receptores con los datos que ingresan. 10BASE5, 10BASE2 y 10BASE-T comparten los mismos parmetros de temporizacin.Por ejemplo, el tiempo de transmisin de1 bit para lograr 10 Mbps es de 100 nanosegundos o 0,1 microsegundos.Esto significa que en una red Ethernet de 10 Mbps, una transmisin de 100 nseg permite representar la transmisin de 1 bit.

As, los datos de la trama de Capa 2 se convierten de nmeros hexadecimales (como estn representados los bytes en capa de enlace de datos) a nmeros binarios (unos y ceros en la capa fsica). A medida que la trama pasa de la subcapa MAC a la capa fsica, se llevan a cabo algunos procesos adicionales que permiten garantizar que a nivel de capa fsica el dispositivo est encondiciones de transmitir.

Todas las formas de Ethernet de 10 Mbps toman octetos recibidos de la subcapa MAC y realizan un proceso denominado codificacin de la lnea. La codificacin de la lnea describe de qu manera los bits se transforman en seal en el cable. Hay diferentes formas de condificacin, las codificaciones ms sencillas tienen una temporizacin y caractersticas elctricas que no son las mejores. La forma de codificacin generalmente utilizada en los sistemas de 10 Mbps se denomina codificacin Manchester (una de las ms conocidas).

La codificacin Manchester toma como base la direccin de la transicin del voltaje de la seal en la mitad de la ventana de temporizacin para determinar el valor binario para dicho perodo de bits. Cuando se trata de una onda descendente, entonces se interpreta como 0. Cuando se trata de una onda ascendente, entonces se interpreta como 1. Cuando es preciso codificar 2 bits consecutivos en 0 o en 1, enconces es preciso que la seal retorne al nivel inicial para descender o ascender segn corresponda. Por este motivo, los niveles de voltaje de la forma de la onda al comienzo o fin de un perodo de bits no codifican ningn valor binario.

1.5.11 Sntesis

En este subtema nos hemos dedicado a estudiar los procesos de encapsulamiento y desencapsulamiento.

Vimos que durante el encapsulamiento cada capa del modelo OSI toma la informacin que recibe de la capa superior, la procesa y le agrega informacin necesaria para que la capa par del host destino pueda revertir el proceso, y entendimos por desencapsulamiento al proceso inverso.