Arquitectura de Redes Modelo de referencia OSI y

TCP/IP

FUNDAMENTOS DE REDES

Dolly Gómez Santacruzdollygos@univalle.edu.co

Arquitectura de RedesIntroducción

➲ Las comunicaciones en redes son complejas, y comprender detalladamente su funciona-miento como un todo es a menudo abrumador sino imposible.

➲ La estructura de una red se encuentra com-puesta por niveles.

➲ Los niveles interactúan para resolver el pro-blema de las comunicaciones.

Arquitectura de Redes➲ La subdivisión en niveles específica las dife-

rentes funciones y servicios de los diferentes niveles en un stack de PROTOCOLOS.● Los niveles inferiores prestan servicios a los

superiores● Cada nivel provee unos servicios● Los servicios son definidos por los protoco-

los● Los puntos de acceso al servicio (SAP) son

los puntos de conexión entre niveles.

Arquitectura de Redes➲ Diálogo Real

Arquitectura de Redes➲ Diálogo Virtual

Arquitectura de Redes

➲ Objetivos de la estructura por niveles:● Conectividad● Modularidad● Facilidad de implantación● Facilidad de uso● Confiabilidad● Facilidad de modificación

Arquitectura de Redes➲ Protocolo● Representa comunicaciones entre distin-

tos dispositivos lógicos o físicos localiza-dos en la misma capa. (Comunicaciones Horizontales)

➲ Interface● Representa comunicaciones entre capas

adyacentes dentro del mismo dispositivo. (Comunicaciones Verticales)

Arquitectura de Redes➲ Protocolos e Interfaces

Capa 5

Capa 4

Capa 3

Capa 2

Capa 1

Medio Físico

Capa 5

Capa 4

Capa 3

Capa 2

Capa 1

Interface 4/5

Interface 3/4

Interface 2/3

Interface 1/2

|

Protocolo capa 5

Protocolo capa 4

Protocolo capa 3

Protocolo capa 2

Protocolo capa 1

Arquitectura de Redes➲ Arquitectura de red● Un conjunto de capas y protocolos

➲ Pila de protocolos● El conjunto de protocolos utilizados en

una arquitectura de red

MODELO DE REFERENCIA OSIIntroducción

➲ Un modelo de referencia es una visión que de-fine el alcance, estructura, y mecanismos de un sistema.

➲ Una capa se crea donde se requiera de un dife-rente nivel de abstracción.

➲ Se precisa la intercomunicación con otras ca-pas por medio de funciones o servicios.

➲ Cada capa realiza una función bien definida➲ La función de cada capa debe ser elegida te-

niendo en cuenta la definición de protocolos es-tandarizados internacionales.

Modelo de referencia OSIHistoria

➲ En la década de 1970 dos proyectos inicia-ron con la misma meta: “Definir un estándar unificado para la arquitectura de sistemas de redes”.

➲ Uno fue llevado a cabo por la ISO y otro por la CCITT*. Estos documentos fueron unidos en 1983 y publicados en 1984 como “El modelo básico de referencia para la inter-conexión de sistemas abiertos” o “Modelo OSI”.*: International Telegraph and Telephone Consultative Committee

Modelo de referencia OSI➲ “El modelo OSI: Es el modelo de proto-

colos más citado en la industria actual, y aún así, ninguno de los protocolos de redes populares lo siguen directa y completamente”

➲ El modelo OSI describe las funciones y el comportamiento de cada uno de los niveles, pero no su implementación.

Modelo de referencia OSIInterfaces

1. Física

2. Enlace de Datos

3. Red

4.Transporte

5. Sesión

6.Presentación

7. Aplicación

Interface capa 1/2

Interface capa 2/3

Interface capa 3/4

Interface capa 4/5

Interface capa 5/6

Interface capa 6/7

Modelo de referencia OSI➲ Para definir el comportamiento de un nivel

se debe especificar:● Los servicios que ofrece al nivel superior● El protocolo que se lleva a cabo entre en-

tidades (elementos activos en las capas pueden ser software “procesos”, o hard-ware “chips inteligentes de I/O”) de ese nivel para ofrecer sus servicios, implemen-tado gracias a los servicios que ofrece el nivel inmediatamente inferior.

Modelo de referencia OSIEncapsulación

➲ Las comunicaciones horizontales (excepto en capa física) son lógicas.

➲ PDUs (Protocol Data Units)➲ Un PDU capa n es un mensaje completo

que implementa el protocolo capa n.➲ En el proceso de encapsulación, un PDU

capa n es un SDU (Service Data Unit) capa n-1

➲ PDU(n)= Encabezados(n) + PDU(n+1) + Terminal(n)

Encapsulación

Modelo de referencia OSIProtocolos

1. Física

2. Enlace de Datos

3. Red

4.Transporte

5. Sesión

6.Presentación

7. Aplicación

1. Física

2. Enlace de Datos

3. Red

4.Transporte

5. Sesión

6.Presentación

7. AplicaciónProtocolo capa 7

Protocolo capa 6

Protocolo capa 5

Protocolo capa 4

Protocolo capa 3

Protocolo capa 2

Protocolo capa 1

Modelo de referencia OSIPDUs

1. Física

2. Enlace de Datos

3. Red

4.Transporte

5. Sesión

6.Presentación

7. Aplicación

BITS

TRAMAS

PAQUETES - DA-TAGRAMAS

SEGMENTOS

PDU DE SESIÓN

PDU DE PRESEN-TACIÓN

PDU DE APLICA-CIÓN

Modelo de referencia OSI

1. Física

2. Enlace de Datos

3. Red

4.Transporte

5. Sesión

6.Presentación

7. Aplicación

1. Características eléctricas y mecánicas de la red (cables, conectores, señales eléctricas, etc)

2. Método de acceso o estrategia para compartir el me-dio físico de transmisión

3. Direccionamiento y enrutamiento de los paquetes en la red

4. Manejo de errores y transparencia en la transmisión. Detección y corrección de errores

5. Iniciar establecer, mantener y finalizar una sesión

6. Formato de datos. Representación, codificación, compresión y cifrado de datos

7. Funciones de usuario final (Transferencia de archivos e-mail, páginas web, etc)

“Un modelo de referencia para comunicaciones en ca-pas en un ambiente de redes”

Modelo de referencia OSI➲ Capa 1 (Física)● Define especificaciones eléctricas, mecáni-

cas y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas fi-nales.

● Niveles de voltaje, señalización, distancias de transmisión, conectores, cables, diáme-tro de fibras, transceivers, etc

● Implementa un enlace de bits no confiable● Medios guiados y no guiados● Sincronización receptor y transmisor● La unidad de datos son los bits.

Modelo de referencia OSI➲ Capa 2 (Enlace de Datos)● Ensambla los bits de la capa física en grupos

de tramas (protocolos de red) y asegura su co-rrecto envío.

● Proporciona un tráfico de datos libre de errores a través de un enlace físico.

● Direccionamiento físico, topologías lógicas de red, métodos de acceso al medio, notificación de errores, etc

● El transmisor numera los paquetes y les adicio-na los bits necesarios para la detección de error a nivel de enlace (Costoso)

● Intercambia tramas de reconocimiento entre los extremos

Modelo de referencia OSI➲ Capa 3 (Red)● Proporciona conectividad, selección de caminos en-

tre dos sistemas (enrutamiento) dependiente de costo, cantidad y calidad del servicio

● Direccionamiento lógico: El direccionamiento físico de la capa de enlace de datos manipula el problema del direcciones localmente. Pero si un paquete pasa de la frontera de la red, se necesita otro sistema de direccionamiento para ayudar a distinguir los siste-mas fuente y destino

● Enrutamiento a través de tablas estáticas o dinámi-cas, fragmentación, reenvío, etc.

● Resuelve la interconexión entre redes heterogé-neas.

● Unidad de información es el PAQUETE

Modelo de referencia OSI➲ Capa 4 (Transporte)● Es la responsable del envío fuente a destino (extremo-

extremo) del mensaje entero. La capa de red supervisa el envío extremo-extremo de paquetes individuales, no reconoce cualquier relación entre esos paquetes.

● Proporciona servicios de comunicación confiable de ex-tremo a extremo o servicios de comunicación rápida sin garantía de orden ni entrega; servicios orientados a la conexión y no orientados a la conexión; segmenta y or-dena datos; multiplexa conexiones simultáneas de transporte en una única de red

● Fragmenta datos de la capa superior en unidades me-nores si es necesario

● Puertos, sesiones, control de flujo, recuperación de errores, controla el flujo: Previene el desbordamiento del receptor

Modelo de referencia OSI➲ Capa 5 (Sesión)● Establece, administra y finaliza las sesio-

nes entre dos extremos, control de diálo-go, sincronización.

● Administra el control de diálogo en co-nexiones de tráfico alternante.

● Suministra el dialogo entre dos computa-dores.

● Actúa como interfaz entre el usuario y la red, gestionando el establecimiento de la conexión entre procesos remotos

Modelo de referencia OSI

➲ Capa 6 (Presentación)● Asegura que la información enviada a la

capa de presentación del otro sistema pueda ser interpretada correctamente. Ve-rificación de sintaxis y semántica de la in-formación que se transmite. Traducción o conversión de formatos, cifrado, compre-sión, etc.

● JPG, BMP, MIDI, ASCII, Unicode, etc.

Modelo de referencia OSI➲ Capa 7 (Aplicación)● La capa de aplicación es usada por apli-

caciones que usan los usuarios. Define protocolos a nivel de aplicaciones.

● Lleva los servicios de red al usuario final● Los servicios pueden incluir: Comproba-

ción de passwords, bases de datos distri-buidas, transferencia de archivos, co-nexión remota, correo

● HTTP, Telnet, SMTP

Modelo de Referencia TCP/IP➲ Desarrolladores del conjunto de protocolos

TCP/IP crean su propio modelo de arquitec-tura para ayudar a describir los componen-tes y funciones de TCP/IP.

➲ Modelo “TCP/IP”, “DARPA”, “DOD”, etc.

➲ Sin importar que modelo se usa para repre-sentar la arquitectura de una red, las fun-ciones que cada modelo representa son en principio, las mismas.

Modelo de Referencia TCP/IP

1. Acceso a la red

2. Internet

3.Transporte

4. Aplicación

Modelo TCP/IP vs Modelo OSI

1. Física

1. Acceso a la red

2. Internet

4.Transporte

7. Aplicación

2. Enlace de Datos

3. Red

4.Transporte

5. Sesión

6.Presentación

7. Aplicación

Hardware

➲ Se usan 4 capas que se re-lacionan con las 6 capas su-periores del modelo OSI.

➲ El modelo TCP/IP no toma en cuenta las funciones de la capa física del modelo OSI. La capa “Acceso a la red” es considerada el punto de in-terfaz entre el conjunto de protocolos TCP/IP y el hard-ware de red.

Modelo de referencia TCP/IP➲ Capa 1 (Acceso a la red)● Punto de interacción o interfaz entre la red

local y los protocolos TCP/IP.● Responsable de aceptar paquetes IP y

realizar su transmisión sobre una red es-pecífica.

Modelo de referencia TCP/IP➲ Capa 2 (Internet)● Al igual que la capa 3 del modelo OSI, re-

cibe la petición de enviar un segmento de la capa de transporte y una dirección de destino para el paquete.

● Se encarga de direccionamiento lógico, enrutamiento, fragmentación, reenvío, etc.

● Se define un formato de paquete y proto-colo IP (Internet Protocol), definido como de mejor esfuerzo

● IP, RIP, OSPF, ICMP, IPv6

Modelo de referencia TCP/IP➲ Capa 3 (Transporte)● Proporciona servicios de comunicación

confiable de extremo a extremo o servi-cios de comunicación sin garantía de en-trega, segmenta y ordena datos, multi-plexa conexiones simultáneas.

● Define como una pareja de entidades de aplicación realiza una conversación sobre el protocolo IP.

Modelo de referencia TCP/IP➲ Capa 3 (Transporte)● Realiza detección/corrección de errores y

control de flujo. ● Identifica la aplicación específica de origen

y destino.● Define dos protocolos: TCP y UDP● TCP (Transmission Control Protocol) Pro-

tocolo confiable, orientado a la conexión, permite que un flujo de bytes sea entrega-do a la máquina destino sin errores y en correcto orden. Realiza fragmentación de los mensajes y control de flujo.

Modelo de referencia TCP/IP➲ Capa 3 (Transporte)

● UDP:UDP (User datagram protocol): Protocolo no confiable, no orientado a la conexión, permite mejores tiempos de respuesta o el uso de controles diferen-tes a los de TCP

Modelo de referencia TCP/IP➲ Capa 4 (Aplicación)● Representa la capa 5, 6 y 7 del modelo OSI.● Aunque parezca malo abarcar tantos deta-

lles en una sola capa, es conceptualmente bueno pues elimina los límites difusos (y en términos prácticos, arbitrarios) existentes en las capas superiores del modelo OSI.

● Abarca todos los protocolos de alto nivel: HTTP, FTP, SMTP, SNMP, DHCP, DNS,etc

Comparación entre modelo OSI y TCP/IP

➲ Aporte fundamental del modelo OSI● Conceptos● Definen las funciones de una capa● Define como las capas superiores acce-

den a los servicios de las capas inferiores➲ Aporte fundamental del modelo TCP/IP● Una tecnología real● Primero se crearon los protocolos y el

modelo vino después

Comparación entre modelo OSI y TCP/IP➲ OSI● Mala tecnología (7 capas reiteración de

funciones)● Mala implementación

➲ TCP/IP● Faltan conceptos● No se define la capa física● Cuando se estandarizaron los protocolos

de OSI ya hacia tiempo que los protocolos TCP/IP estaban en uso en el mundo aca-démico.