Arquitectura de
Comunicaciones
Modelo OSI y TCP/IP

Introducción

2-1
Necesidad de las arquitecturas de
comunicaciones
 Entre los requerimientos necesarios para un diseño

de una red de datos...
Modelo de capas y los protocolos
 Cuando un sistema se vuelve complejo, el

diseñador del sistema introduce otro nivel
de...
Modelo de capas y los protocolos
 En sistemas en red, la abstracción lleva al

concepto del modelo de capas.

Se comienza...
Proceso de un viaje aéreo como una
serie de pasos
tiquete (compra)

tiquete (recobro)

equipaje (entrega)

equipaje (recog...
Proceso de un viaje aéreo en capas
de servicios
Entrega mostrador a mostrador de [personas y equipaje]
Traslado de equipaj...
tiquete (compra)

tiquete (recobro)

equipaje (entrega)

equipaje (recogida)

embarque

desembarque

despegue

aterrizaje
...
Otra vez: ¿Por qué utilizar capas?
 Permite trabajar con sistemas complejos
una estructura explícita permite la
identific...
Arquitectura OSI
 ¿Qué es OSI?
Una sigla: Open Systems Interconnection
Conceptualmente: arquitectura general
requerida pa...
OSI es un estándar
 El desarrollo inicial de las redes de

computadores fue promovido por redes
experimentales como ARPAN...
OSI es un estándar
 La necesidad de interconectar equipos de

diferentes fabricantes se hizo evidente.
 En 1977, la ISO ...
OSI es un estándar
 El modelo OSI fue adoptado en 1979 por el comité

técnico TC97 (procesamiento de datos), del cual
dep...
OSI es un estándar
 El modelo fue desarrollado en colaboración

con la ITU-T (International
Telecommunication Union-Telec...
OSI como Modelo de Referencia
 OSI es un modelo de referencia que

muestra como debe transmitirse un
mensaje entre nodos ...
¿En qué se fundamenta OSI?
el
proceso de comunicación entre dos usuarios
en una red de telecomunicaciones puede
dividirse ...
¿Cómo opera el modelo OSI?
 Los usuarios que participan en la

comunicación utilizan equipos que tienen
“instaladas” las ...
Operación: 1ª aproximación
Nodo A

Nodo B
Al enviar
el mensaje
“baja”

Al recibir
el mensaje
“sube”
El mensaje “viaja” a
t...
Operación: 2ª aproximación
Las capas del modelo OSI reciben un nombre de acuerdo a su
función.
Aplicación
Presentación
Ses...
Implementación de las capas OSI
 Las dos primeras capas (física y enlace)

generalmente se construyen con hardware
y soft...
Comunicación entre capas
 Cada capa ofrece un

conjunto de funciones
para la capa superior y
utiliza funciones de la
capa...
Servicios, Interfaces y Protocolos
 El modelo OSI

distingue entre:
Servicios (funciones):
Qué hace la capa
Interfaces: C...
Otra forma de ver los protocolos y las
interfaces
 Otras personas incluyen la “interfaz” y el “protocolo” del

modelo OSI...
Otra forma de ver los protocolos y las
interfaces
Nodo 1

Objeto de
alto nivel

Protocol

Nodo 2
Interfaz de
Servicio

Int...
Más sobre protocolos
 Excepto en la capa física, la comunicación entre

pares es indirecta.

Cada protocolo se comunica c...
Operación: 3ª aproximación
Puede contener
encabezados de
las capas 5, 6 y 7

Nodo A

Nodo B

Aplicación
Presentación
Sesió...
Encapsulación
 Cuando un protocolo de una capa superior envía datos a su

par en otro nodo, los entrega al protocolo de l...
Multiplexamiento y demultiplexamiento
 En de cada una de las capas de un modelo de comunicaciones

se pueden alojar vario...
Operación: 4ª aproximación (1)
Usuario en el Nodo A envía el mensaje “Tengo una idea.”
Los datos se encapsulan y se regist...
Operación: 4ª aproximación (2)
Usuario en el Nodo B recibe el mensaje “Tengo una idea.”
Para entregar el mensaje al protoc...
Los 7 Niveles del modelo OSI
Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver
determinados problemas de la ...
Nivel de Aplicación (Capa 7)
 La capa de aplicación está cerca al usuario (no

ofrece servicios a otras capas del modelo ...
Nivel de Presentación (Capa 6)
 Define el formato de los datos que se

intercambiarán

Asegura que la información enviada...
Nivel de Sesión (Capa 5)
 Define cómo iniciar, coordinar y terminar las

conversaciones entre aplicaciones (llamadas
sesi...
Nivel de Transporte (Capa 4)
 Proporciona un número amplio de servicios.

Asegura la entrega de los datos entre procesos
...
Nivel de Red (Capa 3)
 Entrega los paquetes de datos a la red correcta, al

nodo correcto, buscando el mejor camino (es d...
Nivel de Enlace (Capa 2)
 Inicia, mantiene y libera los enlaces de

datos entre dos nodos.
 Hace transmisión confiable (...
Nivel Físico (Capa 1)
 Define las características mecánicas,

eléctricas y funcionales para establecer,
mantener, repetir...
Arquitectura OSI
End system

End system
Aplicación

Aplicación
Presentación

Intermediate systems

Presentación

Sesión

S...
Perspectivas del modelo OSI
 El modelo OSI permite trabajar con la

complejidad de los sistemas de
comunicación de datos
...
Perspectivas del modelo OSI
 Se intentó construir una implementación del

modelo OSI

A finales de los 80, el gobierno de...
¿Qué es TCP/IP?
 El nombre “TCP/IP” se refiere a una suite

de protocolos de datos.

Una colección de protocolos de datos...
TCP/IP e Internet
 TCP/IP son los protocolos fundamentales

de Internet (Aunque se utilizan para
Intranets y Extranets)
...
¿Por qué es popular TCP/IP?
 Los estándares de los protocolos son

abiertos: interconecta equipos de
diferentes fabricant...
“Estándares” de TCP/IP
 Para garantizar que TCP/IP sea un

protocolo abierto los estándares deben ser
públicamente conoci...
Arquitectura de TCP/IP (cuatro capas)
No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de los
protocolos de TCP/IP co...
Pila de protocolos de Internet (cinco capas)
 aplicación: soporta las aplicaciones

de la red

FTP, SMTP, HTTP

 transpo...
Capas: comunicación lógica
Cada capa:
 distribuida
 Las “entidades”
implementan
las funciones
de cada capa
en cada nodo
...
Capas: comunicación lógica
Transporte
 toma datos de la







aplicación
agrega
direccionamiento,
agrega información...
Capas: comunicación física
datos
aplicación
transporte
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física

red
enla...
Encapsulación de datos
 Cada capa de la pila

TCP/IP adiciona
información de control
(un “header”) para
asegurar la entre...
Capas de los protoclos y los datos
Cada capa toma los datos de la capa superior
 agrega información de control (header) y...
Ubicación de los protocolos de TCP/IP en el Modelo
de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)

EL MODEM ESTÁ
Modem
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Representación alternativa de la
Arquitectura de Internet
 Diseño en forma de clepsidra (reloj de arena)
 Aplicación vs....
Otras representaciones de la
arquitectura de Internet
Aplicaciones
ASCII

Aplicaciones
binarias

NVTs

TCP y UDP
IP
Topolo...
Equipos de interconexión y el
modelo de capas
 El modelo de capas permite ver las

responsabilidades de los diferentes eq...
Equipos de interconexión, modelo de capas y esquema
de direccionamiento/multiplexamiento utilizado
Capa
Aplicación
Present...
Repetidor (hub)
Nodo A

El repetidor conecta redes
de área local en la CAPA 1
(física) del modelo de
referencia OSI

Nodo ...
¿Qué hace un repetidor?
 El repetidor es el responsable de
Amplificar la señal para asegurar que la
amplitud sea la corre...
Switch (bridge)
Nodo A

El switch/bridge conecta
segmentos físicos de red
de área local en la capa 2
para formar una red m...
¿Qué hace un switch (bridge)?
 Los bridges y switches:
Analizan los frames que llegan, de acuerdo a la
información que tr...
Router (enrutador, encaminador)
Nodo A

El enrutador conecta redes
lógicamente (capa 3).
Determina la siguiente red
para e...
¿Qué hace un enrutador?
Conecta al menos dos redes y decide de que
manera envíar cada paquete de información
basado en el ...
Gateway
Nodo A

Nodo B

El gateway mueve datos entre protocolos (capa 4 a la 7)

Introducción

2-63
¿Qué es un gateway?
 Un gateway es un punto de red que actua

como entrada a otra red. Está en varios
contextos.

Nodos H...
Referencias
 ZIMMERMANN, Hubert. “OSI Reference Model,








The ISO model of Architecture for Open Systems
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  1. 1. Arquitectura de Comunicaciones Modelo OSI y TCP/IP Introducción 2-1
  2. 2. 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. Introducción 2-2
  3. 3. 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. Introducción 2-3
  4. 4. 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) Introducción 2-4
  5. 5. Proceso de un viaje aéreo como una serie de pasos tiquete (compra) tiquete (recobro) equipaje (entrega) equipaje (recogida) embarque desembarque despegue aterrizaje Vuelo Vuelo Ruta de vuelo Introducción 2-5
  6. 6. 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 Introducción 2-6
  7. 7. tiquete (compra) tiquete (recobro) equipaje (entrega) equipaje (recogida) embarque desembarque despegue aterrizaje Vuelo Vuelo Llegada Aeropuerto Salida Aeropuerto Implementación distribuida de la funcionalidad de las capas tráfico aéreo intermedio ruta de vuelo ruta de vuelo ruta de vuelo Introducción 2-7
  8. 8. 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 Introducción 2-8
  9. 9. 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 Introducción 2-9
  10. 10. 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” Introducción 2-10
  11. 11. 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. Introducción 2-11
  12. 12. 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 Introducción 2-12
  13. 13. 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.211X.217bis. Estos documentos adicionales son similares a los RFCs para protocolos individuales. Introducción 2-13
  14. 14. 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). Introducción 2-14
  15. 15. ¿En qué se fundamenta OSI? 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.  La idea principal en el modelo OSI es que Introducción 2-15
  16. 16. ¿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 Introducción 2-16
  17. 17. Operación: 1ª aproximación Nodo A Nodo B Al enviar el mensaje “baja” Al recibir el mensaje “sube” El mensaje “viaja” a través de la red 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) Introducción 2-17
  18. 18. Operación: 2ª aproximación Las capas del modelo OSI reciben un nombre de acuerdo a su función. Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física 7 6 5 4 3 2 Al enviar el mensaje “baja” 1 7 Aplicación 6 Presentación 5 Sesión 4 Transporte 3 Red 2 Enlace 1 Nodo A Al recibir el mensaje “sube” Física Nodo B RED Introducción 2-18
  19. 19. 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 Introducción 2-19
  20. 20. 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 A Capa B Capa B NODO 1 NODO 2 Introducción 2-20
  21. 21. 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 A Capa B Capa B NODO 1 NODO 2 Introducción 2-21
  22. 22. Otra forma de ver los protocolos y las interfaces  Otras personas incluyen la “interfaz” y el “protocolo” del modelo OSI como parte del Protocolo.  El protocolo provee un servicio de comunicaciones que elementos (objetos) con un nivel más alto en el modelo de capas (como los procesos de aplicaciones o protocolos de más alto nivel) utilizan para intercambiar mensajes.  En este caso, cada protocolo define dos interfaces diferentes Una interfaz de servicio hacia otros objetos dentro del mismo computador que desean utilizar el servicio de comunicaciones del protocolo. Esta interfaz define las operaciones que los objetos locales pueden solicitar al protocolo (es la interfaz de OSI). Una interfaz entre pares (peer-to-peer). Define la forma y el significado de los mensajes intercambiados entre implementaciones del mismo protocolo pero ejecutándose en diferentes nodos para establecer el servicio de comunicaciones (es el protocolo de OSI). Introducción 2-22
  23. 23. Otra forma de ver los protocolos y las interfaces Nodo 1 Objeto de alto nivel Protocol Nodo 2 Interfaz de Servicio Interfaz Peer-to-peer Objeto de alto nivel Protocol Introducción 2-23
  24. 24. Más sobre protocolos  Excepto en la capa física, la comunicación entre pares es indirecta. Cada protocolo se comunica con su “par” pasando los mensajes a otro protocolo de una capa inferior.  Hay que recordar que la palabra protocolo se usa en dos sentidos: Algunas veces hace referencia a la abstracción de las interfaces (operaciones definidas por la interfaz de servicio y la interfaz entre pares) Otras veces se refiere al módulo –programa- que implementa en la realidad las dos interfaces. Introducción 2-24
  25. 25. Operación: 3ª aproximación Puede contener encabezados de las capas 5, 6 y 7 Nodo A Nodo B Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Unidades de Información Mensaje Paquete Frame Header 2 Header 4 Header 3 DATOS DATOS DATOS DATOS Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física bits RED Introducción 2-25
  26. 26. 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. Introducción 2-26
  27. 27. Multiplexamiento y demultiplexamiento  En de cada una de las capas de un modelo de comunicaciones se pueden alojar varios procolos.  Por esto razón, dentro del header que agrega un protocolo al construir el mensaje para su par, ubicado en otro nodo, debe incluir un identificador para indicar a qué protocolo o servicio de la capa superior le pertenece el “payload”. Este identificador es conocido como llave de multiplexación (demux key)  Cuando el mensaje llega al nodo destino, el protocolo que lo recibe debe retirar el header, mirar la llave de multiplexación y entregar (demultiplexar) la carga útil (payload) al protocolo o aplicación correctos en la capa superior. En los headers, las llaves de multiplexación se implementan de diferentes maneras: diferentes tamaños (un byte, dos bytes, cuatro bytes) o algunos colocan sólo la identificación de la aplicación destino, otros colocan la aplicación origen y la destino. Introducción 2-27
  28. 28. Operación: 4ª aproximación (1) Usuario en el Nodo A envía el mensaje “Tengo una idea.” Los datos se encapsulan y se registra a qué protocolo de la capa superior le pertenece la carga útil (payload) Tengo una idea. Tengo una idea. Tengo una idea. H4 Tengo una idea. H3 H4 Teng H2 H3 H2 H3 H3 o una idea. H4 Teng T2 H4 Teng T2 H2 H2 H3 o una idea. T2 Sesión (5) Transp. (4) Red (3) Enlace (2) H3 o una idea. T2 Física (1) Introducción 2-28
  29. 29. Operación: 4ª aproximación (2) Usuario en el Nodo B recibe el mensaje “Tengo una idea.” Para entregar el mensaje al protocolo correcto, dentro de una capa, se usa Tengo una idea. la llave de multiplexación. Tengo una idea. Sesión (5) Transp. (4) Red (3) Enlace (2) Tengo una idea. H4 H3 H2 H3 H2 H4 Teng H4 Teng T2 H3 Tengo una idea. H4 Teng T2 H2 H2 H3 o una idea. H3 o una idea. T2 H3 o una idea. T2 Física (1) Introducción 2-29
  30. 30. Los 7 Niveles del modelo OSI Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver determinados problemas de la comunicación (“divide y vencerás”) Nivel OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Función que ofrece 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 Introducción 2-30
  31. 31. 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. Introducción 2-31
  32. 32. 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. Introducción 2-32
  33. 33. 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 Introducción 2-33
  34. 34. 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 Introducción 2-34
  35. 35. 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? Introducción 2-35
  36. 36. 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. Introducción 2-36
  37. 37. 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. Introducción 2-37
  38. 38. Arquitectura OSI End system End system Aplicación Aplicación Presentación Intermediate systems Presentación Sesión Sesión Transporte Transporte Red Red Red Red Enlace Enlace Enlace Enlace Física Física Física Física Uno o más nodos dentro de la Red Introducción 2-38
  39. 39. 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. Introducción 2-39
  40. 40. 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. Introducción 2-40
  41. 41. ¿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 Introducción 2-41
  42. 42. 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) Introducción 2-42
  43. 43. ¿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!) Introducción 2-43
  44. 44. “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) -. Introducción 2-44
  45. 45. Arquitectura de TCP/IP (cuatro capas) No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de los protocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres a cinco). Aplicación Presentación Aplicación Sesión Transporte Internet Red Enlace Acceso de Red Física 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 Introducción 2-45
  46. 46. 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 aplicación transporte red enlace física PPP, Ethernet  física: bits “en el cable” Introducción 2-46
  47. 47. Capas: comunicación lógica Cada capa:  distribuida  Las “entidades” implementan las funciones de cada capa en cada nodo  las entidades realizan acciones, e intercambian mensajes con sus “iguales” aplicación transporte red enlace física aplicación transporte red enlace física red enlace física aplicación transporte red enlace física aplicación transporte red enlace física Introducción 2-47
  48. 48. 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 datos aplicación transporte transporte red enlace física aplicación transporte red enlace física ack datos red enlace física aplicación transporte red enlace física datos aplicación transporte transporte red enlace física Introducción 2-48
  49. 49. Capas: comunicación física datos aplicación transporte red enlace física aplicación transporte red enlace física red enlace física aplicación transporte red enlace física datos aplicación transporte red enlace física Introducción 2-49
  50. 50. 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 aplicación DATOS Capa de transporte Header DATOS Header DATOS Header DATOS Capa Internet Header Capa de Acceso de Red Header Header Introducción 2-50
  51. 51. Capas de los protoclos y los datos Cada capa toma los datos de la capa superior  agrega información de control (header) y crea una nueva unidad de datos  pasa esta nueva unidad a la capa inferior origen destino M Ht M Hn Ht M Hl Hn Ht M aplicación transporte red enlace física aplicación Ht transporte Hn Ht red Hl Hn Ht enlace física M mensaje M segmento M M datagrama frame Introducción 2-51
  52. 52. Ubicación de los protocolos de TCP/IP en el Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection) EL MODEM ESTÁ Modem EN LA CAPA 1 Llegó Solicitud DNS A Red del Á L ED T Campus Í ES D E R QU TA R A IVE JE R R TA EL D Y Introducción 2-52
  53. 53. Representación alternativa de la Arquitectura de Internet  Diseño en forma de clepsidra (reloj de arena)  Aplicación vs. Protocolo de Aplicación (FTP, HTTP) FTP HTTP SNMP TFTP UDP TCP IP RED1 RED2 … REDn Introducción 2-53
  54. 54. Otras representaciones de la arquitectura de Internet Aplicaciones ASCII Aplicaciones binarias NVTs TCP y UDP IP Topología de red Aplicación TCP UDP IP Network Introducción 2-54
  55. 55. Equipos de interconexión y el modelo de capas  El modelo de capas permite ver las responsabilidades de los diferentes equipos utilizados para interconectar redes de datos (routers, switches, hubs y gateways). Cada dispositivo de red se diseña para para una tarea específica. Tienen diferentes niveles de “inteligencia” y procesan el tráfico de forma diferente. Utilizar las capas aplicadas a las tareas de cada tipo de dispositivo facilita entender lo que cada uno de ellos hace. Introducción 2-55
  56. 56. Equipos de interconexión, modelo de capas y esquema de direccionamiento/multiplexamiento utilizado Capa Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Física Dispositivo Direccionamiento/ Multiplexamiento Gateway Router Switch Número de Puerto Direccióm IP Dirección MAC Hub Bits Introducción 2-56
  57. 57. Repetidor (hub) Nodo A El repetidor conecta redes de área local en la CAPA 1 (física) del modelo de referencia OSI Nodo B Introducción 2-57
  58. 58. ¿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 Introducción 2-58
  59. 59. Switch (bridge) Nodo A El switch/bridge conecta segmentos físicos de red de área local en la capa 2 para formar una red más grande Nodo B Introducción 2-59
  60. 60. ¿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. Introducción 2-60
  61. 61. Router (enrutador, encaminador) Nodo A El enrutador conecta redes lógicamente (capa 3). Determina la siguiente red para envíar un paquete a su destino final. Nodo B Introducción 2-61
  62. 62. ¿Qué hace un enrutador? Conecta al menos dos redes y decide de que manera envíar cada paquete de información basado en el conocimiento del estado de las redes que interconecta y la dirección lógica. Crea y/o mantiene una tabla de rutas disponibles junto con sus condiciones para determinar la mejor ruta para que un paquete alcance su destino Puede filtrar paquetes por dirección lógica, número de protocolo y número de puerto Separa dominios de broadcast (subredes, VLAN’s,) Interconecta redes WAN y LAN Introducción 2-62
  63. 63. Gateway Nodo A Nodo B El gateway mueve datos entre protocolos (capa 4 a la 7) Introducción 2-63
  64. 64. ¿Qué es un gateway?  Un gateway es un punto de red que actua como entrada a otra red. Está en varios contextos. Nodos Host (clientes ó servidores) vs. Nodos gateway (routers: controla tráfico)  Los proxy server, los firewall y los servicios que permiten pasar correo de un sistema a otro (Internet -> Compuserve) son gateways en el sentido definido aquí. Introducción 2-64
  65. 65. Referencias  ZIMMERMANN, Hubert. “OSI Reference Model,     The ISO model of Architecture for Open Systems Interconnection”, abril de 1980. PETERSON, Larry; DAVIE, Bruce, Computer Networks, A system approach, Morgan Kaufmann Publishers. 2003. KUROSE, Jim; ROSS, Keith, Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 2 edición. Addison-Wesley. 2003 HALL, Eric. , Internet Core Protocols, the definitive guide, O'Reilly & Associates, Inc. 2000  HARTPENCE, Bruce. “Packet Guide to Core Network Protocols”. O'Reilly & Associates, Inc. primera edición. Junio de 2011 Introducción 2-65
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