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Mc. Marcos Ortega Hernandez

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)

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Compra de boletos

Documentar equipaje

Embarque

Despegué

Confirmar retorno

Recoger equipaje

Dembarque

Aterrizaje

Viaje redondo en avión

Ruta de vuelo 27/04/23 3

Proceso de un viaje aéreo en capas de servicios

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Entrega mostrador a mostrador de [personas y equipaje]

Traslado de equipaje: entrega-reclamo

Traslado de personas: embarque-desembarque

Traslado de la aeronave: pista a pistaRuta 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

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Boleto (compra)

equipaje (entrega)

embarque

despegue

Vuelo

Confirmar retorno

equipaje (reclamo)

desembarque

aterrizaje

Vuelo

ruta de vuelo

Salid

a Ae

ropu

erto

Llega

da

Aero

puer

to

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

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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

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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”

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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.

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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 oficialmente como un estándar internacional por la ISO (International Organization of Standards).

Ahora es la recomendación X.200 de la ITU (International Telecommunication Union) y la norma ISO/IEC 7498-1

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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).

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¿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.

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¿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 OSI27/04/23 13

Operación: 1ª aproximación

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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

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AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica1

234567

1234567Al enviar

el mensaje“baja”

Al recibirel mensaje“sube”

REDNodo 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

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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

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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

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Capa A

Capa B

Capa A

Capa B

NODO 1 NODO 2

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).

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Otra forma de ver los protocolos y las interfaces

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Nodo 1

Protocol

Objeto de alto nivel

Interfaz deServicio

Interfaz Peer-to-peer

Nodo 2

Protocol

Objeto de alto nivel

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.

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Operación: 3ª aproximación

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AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

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.

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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.

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Operación: 4ª aproximación (1)

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Enlace (2)

Física (1)

Usuario en el Nodo A envía el mensaje “Tengo una idea.”

H4H3

Tengo una idea.

Tengo una idea.

Teng o una idea.H3

H4

H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2

H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2

Tengo una idea.

Tengo una idea.

Red (3)Transp. (4)Sesión (5)

Los datos se encapsulan y se registraa qué protocolo de la capa superiorle pertenece la carga útil (payload)

Operación: 4ª aproximación (2)

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Física (1)

Usuario en el Nodo B recibe el mensaje “Tengo una idea.”

H4H3

Tengo una idea.

Tengo una idea.

Teng o una idea.H3

H4

H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2

H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2

Tengo una idea.

Tengo una idea.

Enlace (2)Red (3)

Transp. (4)Sesión (5)

Para entregar el mensaje al protocolocorrecto, dentro de una capa, se usala llave de multiplexación.

Los 7 Niveles del modelo OSI

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AplicaciónPresentación

SesiónTransporte

RedEnlaceFísica

Aplicaciones de Red: transferencia de archivosFormatos y representación de los datosEstablece, mantiene y cierra sesiones

Entrega confiable/no confiable de “mensajes”Entrega los “paquetes” y hace enrutamiennto

Transfiere “frames”, chequea erroresTransmite 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 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.

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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.

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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

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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 congestión27/04/23 31

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?

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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.

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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.

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Arquitectura OSI

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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.

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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 de la implementación OSI

desarrollada son demasiado complejos y tienen fallas Están implementados de manera muy regular Sin embargo, TCP/IP sigue mejorando continuamente

El modelo OSI sigue siendo un modelo pedagógico.

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