clase 2 - modelo osi y tcpip
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REDES DE COMPUTADORES I
FACULTAD DE INGENIERÍA
Ing. de Sistemas y Computación
Docente:
Ing. Angel Palomino Crespo
OBJETIVOS
• Conocer el modelo OSI y aprender la función de sus capas.
• Identificar los protocolos pertenecientes a las capas del modelo OSI.
• Conocer el modelo TCP/IP
• Identificar los protocolos pertenecientes a las capas del modelo TCP/IP.
CONTENIDO
• Modelo OSI
• Modelo TCP/IP
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.
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.
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)
Proceso de un viaje aéreo como una serie de pasos
tiquete (compra)
equipaje (entrega)
embarque
despegue
Vuelo
tiquete (recobro)
equipaje (recogida)
desembarque
aterrizaje
Vuelo
Ruta de vuelo
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
Implementación distribuida de la funcionalidad de las capas
tiquete (compra)
equipaje (entrega)
embarque
despegue
Vuelo
tiquete (recobro)
equipaje (recogida)
desembarque
aterrizaje
Vuelo
ruta de vuelo
Salid
a
Aero
puert
o
Llegada
Aero
puert
o
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
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
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”.
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.
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
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.211-X.217bis. Estos documentos adicionales son similares a los RFCs para protocolos individuales.
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).
¿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.
¿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
Operación: 1ª aproximación
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
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7Al enviarel mensaje“baja”
Al recibirel mensaje“sube”
RED
Nodo 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
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 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
Capa A
Capa B
Capa A
Capa B
NODO 1 NODO 2
Otra forma de ver los protocolos y las interfaces
Nodo 1
Protocol
Objeto de alto nivel
Interfaz deServicio
Interfaz Peer-to-peer
Nodo 2
Protocol
Objeto de alto nivel
Operación: 3ª aproximación
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
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.
Los 7 Niveles del modelo OSI
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
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
Nivel OSI Función que ofrece
Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver determinados problemas de la comunicación (“divide y vencerás”)
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.
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.
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?
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
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
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.
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.
Arquitectura OSI
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.
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.
¿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
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)
¿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!)
“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) -.
Arquitectura de TCP/IP (cuatro capas)
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Aplicación
Transporte
Internet
Acceso de Red
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
No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de losprotocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres a cinco).
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• PPP, Ethernet
• física: bits “en el cable”
aplicación
transporte
red
enlace
física
Capas: comunicación lógicaCada capa:• distribuida• Las “entidades”
implementan las funciones de cada capa en cada nodo
• las entidades realizan acciones, e intercambian mensajes con sus “iguales”
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
redenlacefísica
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
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
redenlacefísica
datos
datos
datos
transporte
transporte
ack
Capas: comunicación física
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
aplicacióntransporte
redenlacefísica
redenlacefísica
datos
datos
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 Acceso de Red
Capa Internet
Capa de transporte
Capa de aplicación
DATOSHeader
DATOSHeaderHeader
Header DATOSHeaderHeader
DATOS
Ubicación de los protocolos de TCP/IP en el Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)
Llegó
Modem
SolicitudDNS Red del
CampusAQUÍ ESTÁ LA
TARJETA DE RED
Y EL DRIVER
ModemEL MODEM ESTÁ
EN LA CAPA 1
Repetidor (hub)
Nodo A Nodo BEl repetidor conecta redes de área local en la CAPA 1
(física) del modelo de referencia OSI
¿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
Switch (bridge)
Nodo A Nodo BEl switch/bridge conecta segmentos físicos de red de área local en la capa 2para formar una red más
grande
¿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.
Router (enrutador, encaminador)
Nodo A Nodo BEl enrutador conecta redes
lógicamente (capa 3). Determina la siguiente red
para envíar un paquete a sudestino final.
Gracias
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