Modelos OSI y TCP/IP

1.41.4.11.4.21.4.3

Using Layers to Describe Data Communication

OSI Model

Peer-to-Peer Communication

Modelo OSI: Introducción

• Con el rápido crecimiento del uso de tecnologías de información en la década de los 80’s, las redes de comunicación de datos sufrieron un rápido y caótico crecimiento.

• Diversos fabricantes buscaron imponer sus propios modelos de comunicación (entre los que se encontraban la red de Digital Equipment Corporation (DECnet), la Arquitectura de Sistemas de Red (SNA) de IBM, modelo de Novell y el protocolo TCP/IP), ), mismos que eran totalmente incompatibles con los demás.

Modelo OSI: Introducción

• Con el rápido crecimiento del uso de tecnologías de información en la década de los 80’s, las redes de comunicación de datos sufrieron un rápido y caótico crecimiento.

• Diversos fabricantes buscaron imponer sus propios modelos de comunicación (entre los que se encontraban la red de Digital Equipment Corporation (DECnet), la Arquitectura de Sistemas de Red (SNA) de IBM, modelo de Novell y el protocolo TCP/IP), ), mismos que eran totalmente incompatibles con los demás.

TCP/IP

Incompatibilidad

Modelo OSI: Introducción

• El modelo OSI (International Standard Reference Model of Open Systems Interconnection) fue desarrollado por ISO (International Organization for Standarization).

• Se recopiló, por medio de un estudio realizado a los modelos de red más utilizados, un conjunto de reglas aplicables a todas las redes de comunicación de datos.

• Con base en lo anterior se desarrolló en 1983 un modelo en capas que orientaría a los fabricantes a crear redes que mantengan interoperabilidad con otras sin problemas de compatibilidad unificando el funcionamiento de las mismas.

• Está registrado como la norma ISO 7498.

Modelo OSI: Introducción

• El modelo OSI (International Standard Reference Model of Open Systems Interconnection) fue desarrollado por ISO (International Organization for Standarization).

• Se recopiló, por medio de un estudio realizado a los modelos de red más utilizados, un conjunto de reglas aplicables a todas las redes de comunicación de datos.

• Con base en lo anterior se desarrolló en 1983 un modelo en capas que orientaría a los fabricantes a crear redes que mantengan interoperabilidad con otras sin problemas de compatibilidad unificando el funcionamiento de las mismas.

• Está registrado como la norma ISO 7498.

Fundamentos de un modelo en capas.

• Un modelo en capas tiene la conveniencia de dividir la comunicación de red en partes más pequeñas y fáciles de manejar.

• Se evita que los cambios en una capa afecten las otras capas.

• Cada capa (N) se comunica de manera vertical con la capa superior (N+1), proporcionando un servicio a la misma.

Fundamentos de un modelo en capas.

• Un modelo en capas tiene la conveniencia de dividir la comunicación de red en partes más pequeñas y fáciles de manejar.

• Se evita que los cambios en una capa afecten las otras capas.

• Cada capa (N) se comunica de manera vertical con la capa superior (N+1), proporcionando un servicio a la misma.

N-1

N

N+1

Fundamentos de un modelo en capas.

• Dicho servicio consiste en realizar funciones más primitivas a manera de concretar la comunicación con otro sistema.

• A su vez existe una comunicación horizontal entre dos mismas capas en diferentes sistemas. Dicha comunicación existe gracias a que cada capa añade un bloque de datos de control a la información transmitida llamada PDU (Protocol Data Unit) que será descifrado por su capa homónima.

• Es importante establecer que la conexión entre dos sistemas no sería posible sin un medio físico que los conecte, mismo que conforma la capa más inferior.

• Lo expresado se ve ilustrado en la siguiente animación

Fundamentos de un modelo en capas.

• Dicho servicio consiste en realizar funciones más primitivas a manera de concretar la comunicación con otro sistema.

• A su vez existe una comunicación horizontal entre dos mismas capas en diferentes sistemas. Dicha comunicación existe gracias a que cada capa añade un bloque de datos de control a la información transmitida llamada PDU (Protocol Data Unit) que será descifrado por su capa homónima.

• Es importante establecer que la conexión entre dos sistemas no sería posible sin un medio físico que los conecte, mismo que conforma la capa más inferior.

• Lo expresado se ve ilustrado en la siguiente animación

Funcionamiento de un modelo de capas

Sistema 1 Sistema 2

Funcionamiento de un modelo de capas

1) Física 1) Física

Capa N Capa N

Capa N + 1 Capa N + 1

Sistema 1 Sistema 2

Datos

Modelo OSI: Capas del modelo.

• Para ilustrar funciones de red específicas, consta de 7 capas ordenadas de manera jerárquica.

Modelo OSI: Capas del modelo.

• Para ilustrar funciones de red específicas, consta de 7 capas ordenadas de manera jerárquica.

1) Física2)Enlace de Datos

3) Red4) Transporte

5) Sesión6) Presentación

7) Aplicación

Esquema OSI

Esquema OSI

•Acomodados se organizan de la siguiente manera.

•Es importante a su vez conocer sus nombres en inglés.

Capa 1: Física

• Es la capa que abarca la interfaz física entre dos dispositivos y las reglas mediante las cuales un flujo no estructurado de bits es transmitidos de uno a otro.

• La conforman principalmente los medios físicos de transmisión de datos así como pulsos y voltajes que representan a los bits.

Capa 1: Física

• Es la capa que abarca la interfaz física entre dos dispositivos y las reglas mediante las cuales un flujo no estructurado de bits es transmitidos de uno a otro.

• La conforman principalmente los medios físicos de transmisión de datos así como pulsos y voltajes que representan a los bits.

Capa 1: Física

• Formalmente se le atribuyen 4 principales características:

- Mecánica: Se relaciona con las propiedades físicas del medio. Típicamente se refiere a los conectores y conductores de señales eléctricas en medios guiados. En medios no guiados se limita a los dispositivos de transmisión y recepción como antenas y satélites.

- Eléctrica: Se relaciona con la presentación de bits (niveles de voltaje) y la tasa de transmisión de los mismos.

- Funcional: Especifica las funciones realizadas por circuitos individuales en la interfaz física, entre el sistema y el medio de transmisión.

- Procedural: Especifica la secuencia de eventos por la cual los flujos de bits son intercambiados a través del medio físico.

Capa 1: Física

• Algunos dispositivos que trabajan en la capa 1 son Hubs(1), repetidores(2),módems(3), tarjetas de red e incluso se incorporan en otra escala, dispositivos como satélites y antenas(4).

1) 2)

3) 4)

Capa 1: Física

• Algunos dispositivos que trabajan en la capa 1 son Hubs(1), repetidores(2),módems(3), tarjetas de red e incluso se incorporan en otra escala, dispositivos como satélites y antenas(4).

1) 2)

3) 4)

Capa 2: Enlace de Datos

• La capa de enlace de datos define los estándares que establecen un significado a los bits que se transportan a través de la capa física.

• Se encarga del direccionamiento físico.

• Establece un protocolo confiable para la capa física de modo que la capa de red pueda transmitir información.

• Incluye la capacidad de detección de error y corrección de los mismos para asegurar un flujo de datos confiable.

• Los elementos de información que son transportados por la capa de enlace de datos se denominan tramas.

Capa 2: Enlace de Datos

• La capa de enlace de datos define los estándares que establecen un significado a los bits que se transportan a través de la capa física.

• Se encarga del direccionamiento físico.

• Establece un protocolo confiable para la capa física de modo que la capa de red pueda transmitir información.

• Incluye la capacidad de detección de error y corrección de los mismos para asegurar un flujo de datos confiable.

• Los elementos de información que son transportados por la capa de enlace de datos se denominan tramas.

Trama de Datos

Capa 2: Enlace de Datos

• Comúnmente se divide en dos subcapas conocidas como Control de Enlace Lógico (LLC por sus siglas en inglés) y Control de Acceso a Medios (MAC también siglas en inglés)

-La subcapa de Control de Enlace Lógico se encarga de establecer y terminar una conexión así como de la transferencia de datos.

-La subcapa de Control de acceso a Medios controla la fragmentación de las tramas, la detección y corrección de errores y el direccionamiento. Los protocolos MAC más comunes están incluidos en el 802.3 Ethernet y 802.5 Token Ring.

Capa 2: Enlace de Datos

• Algunos otros protocolos son FDDI, 802.12 100BASEVBG, 802.11 (inalámbrico) y 802.7 (Banda ancha)

• En gran parte de los sistemas, los controladores de las NIC’s realizan el trabajo de la capa de enlace de datos.

• Algunos ejemplos de controladores en capa 2 son ODI (Apple y Novell) y NDIS (Microsoft y 3com)

Capa 2: Enlace de Datos

• Algunos otros protocolos son FDDI, 802.12 100BASEVBG, 802.11 (inalámbrico) y 802.7 (Banda ancha)

• En gran parte de los sistemas, los controladores de las NIC’s realizan el trabajo de la capa de enlace de datos.

• Algunos ejemplos de controladores en capa 2 son ODI (Apple y Novell) y NDIS (Microsoft y 3com)

Ejemplo de conformación de una dirección MAC.

Capa 3: Red

• La capa de red de red se encarga de hacer que los datos lleguen desde el origen al destino.

• Los elementos de información que son transportados por la capa de enlace de red se denominan paquetes.

• Define distintos protocolos de transmisión de paquetes y lo que se incluye en cada paquete.

• Se encarga de encontrar un camino adecuado y atravesando los equipos que sean necesarios. A este proceso se le conoce como enrutamiento de paquetes.

• Se encarga de controlar la congestión de la red.

Capa 3: Red

• Algunos ejemplos de protocolos más comunes son el protocolo de Internet (IP) y el Protocolo de Intercambio de Paquetes entre Redes (IPX).

• A partir de los protocolos de la capa se incluye información de las direcciones fuente y destino.

• Con ello se permite el enrutamiento de la información incluyendo la información del sistema que la originó.

Capa 3: Red

• Algunos ejemplos de protocolos más comunes son el protocolo de Internet (IP) y el Protocolo de Intercambio de Paquetes entre Redes (IPX).

• A partir de los protocolos de la capa se incluye información de las direcciones fuente y destino.

• Con ello se permite el enrutamiento de la información incluyendo la información del sistema que la originó.

D

C

BA

Paquete de: A a B

Paquete de: A a B

Paquete de: A a B

Paquete de: A a B. Recibido

Capa 4: Transporte

• La capa de transporte se encarga de controlar el flujo de información de un nodo de la red a otro.

• Identifica en forma única a cada nodo o sistema en la red.

• Se asegura de la confiabilidad de la comunicación velando por que esta se lleve a cabo libre de errores, en secuencia y sin pérdidas de información o duplicaciones.

• Los elementos de información que son transportados por la capa de transporte se denominan segmentos.

• Se asegura que lleguen correctamente al otro lado de la comunicación. Otra característica a destacar es que aisla a las capas superiores de las distintas posibles implementaciones de tecnologías de red en las capas inferiores, lo que la convierte en el corazón de la comunicación.

Capa 4: Transporte

• Algunos ejemplos de protocolos en la capa de transporte son el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el protocolo de Intercambio Secuenciado de Paquetes (SPX).

• Ambos ejemplos trabajan a la par con los de la capa de red generando lo que conocemos como protocolos unificados TCP/IP e IPX/SPX.

• Otros protocolos de transporte son NetBEUI, DCCP, IL y SCTP.

Capa 5: Sesión

• La capa de Sesión define la conexión de un usuario en un servidor de red, o desde un punto de red hasta otro punto. Esas conexiones virtuales se conocen como sesiones.

• Se encarga de la negociación entre el cliente y el anfitrión.

• Se incluyen los aspectos de procesamiento de transacciones y control de concurrencias.

• Se realiza la transferencia de información del usuario.

• Implementa protocolos de autenticación del usuario.

• Los elementos de información que son transportados por la capa de sesión son datos.

• Un ejemplo de comunicación entre dos capas de sesión para autenticar a un usuario sería el siguiente:

Capa 5: Sesión

• Implementa protocolos de autenticación del usuario.

• Los elementos de información que son transportados por la capa de sesión son datos.

• Un ejemplo de comunicación entre dos capas de sesión para autenticar a un usuario sería el siguiente:

Capa 5: Sesión

Cliente

Datos Autenticación

Autenticación exitosa

Autenticaciónno exitosa

Anfitrión

Sesión

Capa 5: Sesión

-Otros servicios clave de la capa de Sesión son definidos como:

Disciplina del diálogo: Puede ser en Full-Duplex o en Half-Duplex.

-Agrupamiento: El flujo de datos en la comunicación es marcado en varias partes para conformar grupos diferenciables por el sistema receptor.

-Recuperación: Se utiliza un mecanismo de puntos de restauración (Checkpoints) en caso de ser necesario retransmitir la información desde el último punto.

Capa 6: Presentación

• La Capa de Presentación recibe los datos proporcionados por las capas de nivel más bajo y los transforma de manera que puedan ser presentados al sistema.

• Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación que cómo se establece la misma. Los elementos de información que son transportados por la capa de presentación son datos.

• Se realizan funciones de descompresión y compresión de datos así como cifrado y descifrado de los mismos.

Capa 6: Presentación

• Representa la información de una forma entendible aunque sea distinta en los sistemas implicados.

• Por ejemplo toma en cuenta las diferentes codificaciones como ASCII, Unicode o EBCDIC en el caso de texto para realizar la conversión en la forma bajo la cual lo requiera el sistema.

Capa 6: Presentación

• Representa la información de una forma entendible aunque sea distinta en los sistemas implicados.

• Por ejemplo toma en cuenta las diferentes codificaciones como ASCII, Unicode o EBCDIC en el caso de texto para realizar la conversión en la forma bajo la cual lo requiera el sistema.

Capa 7: Aplicación

• La capa de aplicación controla la forma en que el sistema operativo y sus aplicaciones interactúan con la red.

• Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que se utilizan para intercambiar datos, como por ejemplo correo electrónico (POP y SMTP), sistemas de bases de datos, Comunicación entre sistemas por medio de Telnet, navegación en la red (http), transferencias de archivos (FTP), sistema de nombres de dominios (DNS).

• Con lo anterior es evidente que el usuario interactúa con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación. Por ejemplo al navegar por Internet, el usuario no manda una petición "HTTP/1.0 GET index.html", ni lee directamente el código.

• Los elementos de información que son enviados y recibidos por la capa de aplicación son datos.

Capa 7: Aplicación

• Con lo anterior es evidente que el usuario interactúa con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación. Por ejemplo al navegar por Internet, el usuario no manda una petición "HTTP/1.0 GET index.html", ni lee directamente el código.

• Los elementos de información que son enviados y recibidos por la capa de aplicación son datos.

Capa 7: Aplicación

http

TelnetPOP

Encapsulamiento

• Como se ha mencionado, cada capa de OSI trabaja con diversos elementos de información.• Cada capa convierte la información en un formato de datos distinto a manera de proveer información

entendible para la capa siguiente y así garantizar la adecuada comunicación. • A este proceso se le conoce como encapsulamiento.

Encapsulamiento

• Como se ha mencionado, cada capa de OSI trabaja con diversos elementos de información.• Cada capa convierte la información en un formato de datos distinto a manera de proveer información

entendible para la capa siguiente y así garantizar la adecuada comunicación. • A este proceso se le conoce como encapsulamiento.

1) Física

2)Enlace de Datos

3) Red

4) Transporte

5) Sesión

6) Presentación

7) Aplicación

Bits

Tramas

Paquetes

Segmentos

Datos

Medio físico de la transmisión

Animación de comunicación

Medio físico de la transmisión

Animación de comunicación

Comunicación entre dos sistemas con esquema OSI de ISO

Recepción de datos

Des-entramado y Control

de errores

Autenticar destino y armado del paquete

Des-segmentación

Completar mensaje recibido

Descodificar, Descompresión y desencripción

Entregar a la aplicación Datos

TCP/IP

• El modelo TCP/IP surge debido a las necesidades del Departamento de Defensa de EE.UU en 1972.

• Se generó un modelo de referencia confiable y capaz de trabajar bajo una infraestructura mixta.

• Esto implica que debe ser capaz de establecer comunicación bajo diversos medios de transmisión (cobre, microondas, fibras ópticas y enlaces satelitales), situación que era complicada en esa época.

TCP/IP

• El modelo TCP/IP surge debido a las necesidades del Departamento de Defensa de EE.UU en 1972.

• Se generó un modelo de referencia confiable y capaz de trabajar bajo una infraestructura mixta.

• Esto implica que debe ser capaz de establecer comunicación bajo diversos medios de transmisión (cobre, microondas, fibras ópticas y enlaces satelitales), situación que era complicada en esa época.

TCP/IP

• TCP/IP se desarrolló como un estándar abierto, acción que no era común en esos años.

• Esa acción contribuyó a la rápida evolución y perfeccionamiento del modelo.

• Actualmente es el modelo más usado y el que define la comunicación en Internet.

TCP/IP

• TCP/IP se desarrolló como un estándar abierto, acción que no era común en esos años.

• Esa acción contribuyó a la rápida evolución y perfeccionamiento del modelo.

• Actualmente es el modelo más usado y el que define la comunicación en Internet.

Esquema de una parte de la WWW.

Esquema de una parte de la WWW.

Comparación entre el modelo OSI y

• Al igual que el modelo OSI, el modelo TCP/IP es un modelo en capas.

• Las capas que lo conforman son:

Comparación entre el modelo OSI y

• Al igual que el modelo OSI, el modelo TCP/IP es un modelo en capas.

• Las capas que lo conforman son:

4)Aplicación

3)Transporte

2)Red (Internet)

1)Acceso a la red

Comparación entre el Modelo OSI y

• Ambos se dividen en capas. • Ambos tienen capas de aplicación, aunque incluyen

servicios muy distintos. • Ambos tienen capas de transporte y de red similares. • Ambos modelos deben ser conocidos de igual manera

por estudiantes de redes. • Ambos trabajan bajo redes de conmutación de

paquetes..

Comparación entre el modelo OSI y

• TCP/IP combina las funciones de la capa de presentación y de sesión en la capa de aplicación.

• TCP/IP combina la capa de enlace de datos y la capa física del modelo OSI en la capa de acceso de red.

Comparación entre el modelo OSI y

• TCP/IP combina las funciones de la capa de presentación y de sesión en la capa de aplicación.

• TCP/IP combina la capa de enlace de datos y la capa física del modelo OSI en la capa de acceso de red.

4)Aplicación

3)Transporte

2)Red (Internet)

1)Acceso a la red1) Física

2)Enlace de Datos

3) Red

4) Transporte

5) Sesión

6) Presentación

7) Aplicación

Comparación entre el Modelo OSI y

• Los protocolos TCP/IP son los estándares en torno a los cuales se desarrolló la Internet, de manera que los protocolos del mismo son lo más utilizados y populares en la actualidad.

• Por lo tanto las redes no se desarrollan a partir de OSI, sólo se utiliza como guía.

Fuentes de Información

• STALLINGS, William. Networking Standards. A Guide to OSI, ISDN, LAN and MAN Standards. 1a Edición., Addison-Wesley. Estados Unidos, 1993. 651 p.

• BLACK, Uyless. OSI, A Model for Computer Communication Standards, Prentice-Hall. Estados Unidos, 1992. 531 p.

• HALLBERG, Bruce. Fundamentos de Redes. 1a Edición, McGraw Hill Interamericana, México, 2003, 491 p.

• LOSHIN, Pete. TCP/IP Clearly Explained. 3ª Edición, Morgan Kaufmann, Estados Unidos, 1995, 512 p.

• Cisco Networking Academy. “CCNA1: Networking Basics". 23/10/2006. <http://curriculum.netacad.net/>. (23/10/2006)

• GARCIA, Eduardo. “Presentación: Animación OSI”, ITESM-CEM, México,1998