CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES DE ÁREA LOCAL (LAN) ARQUITECTURA TCP/IP •

CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES DE ÁREA LOCAL (LAN)
• EL MODELO OSI: FUNCIONES DE LAS CAPAS OSI
• ARQUITECTURA TCP/IP
• ARQUITECTURAS IEEE 802.X. ETHERNET Y TOKEN RING
• ELEMENTOS DE UNA RED LOCAL
• MEDIOS DE TRANSMISIÓN: TIPOS Y CARACTERÍSTICAS
• TIPOS DE CABLES
• SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES
• CODIFICACIÓN DE DATOS
• LA FAMILIA DE PROTOCOLOS TCP/IP
• PROTOCOLO PPP
• PROTOCOLO IP
• PROTOCOLO ICMP
• PROTOCOLO TCP Y UDP
• PROTOCOLOS DE APLICACIÓN. TELNET, FTP, SMTP, SNMP
• INTRODUCCIÓN
Las LAN conectan las estaciones de trabajo, los dispositivos periféricos, las terminales y otros dispositivos
Las LAN están diseñadas para:
• Operar dentro de un área geográfica limitada
• Permitir que varios usuarios accedan a medios de ancho de banda elevado
• Proporcionar conectividad continua con los servicios locales
• Conectar dispositivos adyacentes.
• ARQUITECTURA DE REDES
Cuando se diseña una red de ordenadores, es necesario resolver una gran cantidad de problemas que
aparecen:
♦ ¿Se produce gran cantidad de errores que hay que corregir? ;
♦ ¿Hay que compartir un único medio de transmisión? ;
♦ ¿Cómo distinguimos unos ordenadores de otros? ;
♦ ¿Qué tipo de información se va a transmitir? ;
♦ ¿Se manejará información confidencial?
Es evidente que una persona no debe enfrentarse directamente a todas estas cuestiones, sino que
siempre es preferible tratarlas una a una y de forma aislada.
En una red de comunicaciones entran en juego dos aspectos fundamentales: el hardware, que tiene
que ver con los dispositivos físicos y el software, que son los programas informáticos dedicados a
controlar las comunicaciones.
• Introducción
El software de red es el conjunto de programas encargado de gestionar la red, controlar su uso,
realizar detección y corrección de errores, etc. Al igual que un sistema operativo realiza una gestión
eficiente de los recursos de una máquina de cara a su utilización por los usuarios y las aplicaciones, el
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software de red realiza esta misma tarea de cara a los recursos físicos de la red (hardware de red)
La arquitectura de una red viene definida por tres características fundamentales: su topología, el
método de acceso a la red y los protocolos de comunicación. Cada tipo de red tiene definido un
método de acceso al cable que evita o reduce los conflictos de comunicaciones y controla el modo en
que la información es enviada de una estación a otra. Veamos más a fondo estas tres características:
♦ Topología: La topología de una red es la organización de su cableado, ya que define la
configuración básica de la interconexión de estaciones y, en algunos casos, el camino de una
transmisión de datos sobre el cable.
♦ Método de acceso al cable: Todas las redes que poseen un medio compartido para transmitir
la información necesitan ponerse de acuerdo a la hora de enviar información, ya que no
pueden hacerlo a la vez. En este caso, si dos estaciones transmiten a la vez en la misma
frecuencia, la señal recogida en los receptores será una mezcla de las dos. Para las redes que
no posean un medio compartido, el método de acceso al cable es trivial y no es necesario
llevar a cabo ningún control para transmitir.
♦ Protocolos de comunicaciones: Son las reglas y procedimientos utilizados en una red para
realizar la comunicación. Esas reglas tienen en cuenta el método utilizado para corregir
errores, establecer una comunicación, etc.
Existen diferentes niveles de protocolos. Los protocolos de alto nivel definen cómo se comunican las
aplicaciones (programas de ordenador) y los protocolos de bajo nivel definen cómo se transmiten las
señales por el cable. Entre los protocolos de alto y bajo nivel, hay protocolos intermedios que
realizan otras funciones, como establecer y mantener sesiones de comunicaciones y controlar las
transmisiones para detectar errores. Observa que los protocolos de bajo nivel son específicos del tipo
de cableado utilizado para la red.
• PROBLEMAS EN EL DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DE LA RED
Aunque a primera vista parezca que el diseño de un sistema de comunicación parece simple, cuando
se aborda el problema resulta mucho más complejo, ya que es necesario resolver una serie de
problemas. Algunos de los problemas más importantes a los que se enfrentan los diseñadores de redes
de comunicaciones son los siguientes:
♦ Encaminamiento: Cuando existen diferentes rutas posibles entre el origen y el destino (si la
red tiene una topología de malla o irregular), se debe elegir una de ellas (normalmente, la más
corta o la que tenga un tráfico menor).
♦ Direccionamiento: Puesto que una red normalmente tiene muchos ordenadores conectados,
algunos de los cuales tienen múltiples procesos (programas), se requiere un mecanismo para
que un proceso en una máquina especifique con quién quiere comunicarse. Como
consecuencia de tener varios destinos, se necesita alguna forma de direccionamiento que
permita determinar un destino específico. Suele ser normal que un equipo tenga asignado
varias direcciones diferentes, relacionadas con niveles diferentes de la arquitectura. En este
caso, también habrá que establecer alguna correspondencia entre esas direcciones.
♦ Acceso al medio: En las redes donde existe un medio de comunicación de difusión, debe
existir algún mecanismo que controle el orden de transmisión de los interlocutores. De no ser
así, todas las transmisiones se interfieren y no es posible llevar a cabo una comunicación en
óptimas condiciones.
♦ Saturación del receptor: Esta cuestión suele plantearse en todos los niveles de la
arquitectura, y consiste en que un emisor rápido pueda saturar a un receptor lento. En
determinadas condiciones, el proceso de una determinada capa en el otro extremo necesita un
tiempo para procesar la información que le llega de su capa inferior y enviarla a la superior.
Si ese tiempo es demasiado grande en comparación con la velocidad con la que le llega la
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información, será posible que se pierdan datos. Una posible solución a este problema consiste
en que el receptor envíe un mensaje al emisor indicándole que está listo para recibir más
datos.
♦ Mantenimiento del orden: Algunas redes de transmisión de datos desordenan los mensajes
que envían, de forma que, si los mensajes se envían en una secuencia determinada, no se
asegura que lleguen en esa misma secuencia. Para solucionar esto, el protocolo debe
incorporar un mecanismo que le permita volver a ordenar los mensajes en el destino. Este
mecanismo puede ser la numeración de los fragmentos, por ejemplo.
♦ Control de errores: Todas las redes de comunicación de datos transmiten la información con
una pequeña tasa de error, que en ningún caso es nula. Esto se debe a que los medios de
transmisión son imperfectos. Tanto emisor como receptor deben ponerse de acuerdo a la hora
de establecer qué mecanismos se van a utilizar para detectar y corregir errores, y si se va a
notificar al emisor que los mensajes llegan correctamente.
♦ Multiplexación: En determinadas condiciones, la red puede tener tramos en los que existe un
único medio de transmisión que, por cuestiones económicas, debe ser compartido por
diferentes comunicaciones que no tienen relación entre sí. Aunque esta técnica se emplea en
capas inferiores para compartir un único canal, también se aplica en niveles superiores de la
arquitectura para compartir una misma conexión entre dos estaciones.
♦ CARACTERISTICAS DE LAS ARQUITECTURAS POR NIVELES
El diseño de un sistema de comunicación requiere de la resolución de muchos y complejos
problemas. Por este motivo, las redes se organizan en capas o niveles para reducir la
complejidad de su diseño. Cada una de estas capas se construye sobre su predecesor, es decir,
utiliza los servicios o funciones diseñados en él, y cada nivel es responsable de ofrecer
servicios a los niveles superiores
Dentro de cada nivel coexisten diferentes servicios. Los servicios de los niveles superiores
pueden elegir cualquiera de los ofrecidos por las capas inferiores, dependiendo de la función
que se quiera realizar.
A una arquitectura por niveles también se le llama jerarquía de protocolos. Si los fabricantes
quieren desarrollar productos compatibles, deberán ajustarse a los protocolos definidos por
esa red.
En una arquitectura de capas se tienen que cumplir con las siguientes reglas:
◊ Cada nivel dispone de un conjunto de servicios
◊ Los servicios están definidos mediante protocolos estándares
◊ Cada nivel se comunica solamente con el nivel inmediatamente superior y con el
inferior
◊ Cada uno de los niveles inferiores proporciona servicios a su nivel superior
Por lo tanto, cada una de estas capas se construye sobre su predecesor, es decir, utiliza los
servicios o funciones diseñados en él, y cada nivel es responsable de ofrecer servicios a los
niveles superiores.
Cuando se comunican dos ordenadores que utilizan la misma arquitectura de red, los
protocolos que se encuentren al mismo nivel de jerarquía deben coordinar el proceso de
comunicación. Por ejemplo, el nivel 2 de un equipo (transmitiendo) coordina sus actividades
con el nivel 2 del otro extremo (que se encarga de recibir). Esto requiere que ambos deben
ponerse de acuerdo y utilizar las mismas reglas de transmisión, es decir el mismo protocolo
ORIGEN
DESTINO
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NIVEL 5
NIVEL 4
NIVEL 3
NIVEL 2
NIVEL 1
Protocolo de nivel 5
Protocolo de nivel 4
Protocolo de nivel 3
Protocolo de nivel 2
Protocolo de nivel 1
NIVEL 5
NIVEL 4
NIVEL 3
NIVEL 2
NIVEL 1
Medio de transmisión
En general, el nivel n de una máquina se comunica de forma indirecta con el nivel n
homónimo de otra máquina. Las reglas y convenciones usadas en esa comunicación se
conocen como protocolo de nivel n. A los elementos activos de cada capa se les llama
entidades o procesos y son éstos los que se comunican mediante el uso del protocolo. Al
conjunto formado por las entidades o procesos en máquinas diferentes que están al mismo
nivel se les llama entidades pares o procesos pares.
El modelo de arquitectura por niveles necesita de información adicional para que los procesos
pares puedan comunicarse a un nivel determinado. Estos datos adicionales dependen del
protocolo utilizado y solo se conoce su verdadero significado a ese nivel; normalmente, los
niveles inferiores los tratan como si fuera información propiamente dicha. A ese añadido se le
llama generalmente cabecera o información de control, y suele ir al principio del mensaje,
aunque también puede ir al final o en ambos extremos.
CAPAS
TRAMAS DE DATOS
Información de
control
Datos puros
NIVEL 4
NIVEL 5
NIVEL 3
NIVEL 2
NIVEL 1
110000101...
Trama enviada como secuencia de
bits
Todas las capas añaden cabeceras de control para la comunicación y todas ellas dependen del
protocolo utilizado en ese nivel. La última capa no suele añadir información adicional ya que
se encarga de enviar dígitos binarios por el cable.
Aunque a primera vista parece que la transmisión de un mensaje necesita el envío de gran
cantidad de información de control (hay veces que se envía más cantidad que datos), este
desperdicio no es muy superior al que sucede en una arquitectura diseñada sin niveles. La
razón fundamentas es que, cada capa se encarga de realizar una función diferente y necesita
de una cabecera diferente.
♦ LA NECESIDAD DE ESTABLECER ESTÁNDARES
Durante las últimas décadas se ha producido una enorme expansión de las WAN. Como
consecuencia, se desarrollaron muchas redes que utilizaban distintas versiones de hardware y
de software. Como resultado, en muchas ocasiones estas redes resultaban incompatibles entre
sí y resultaba difícil que las redes que utilizaban distintas especificaciones pudieran
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comunicarse.
Para solucionar el problema de la incompatibilidad de las redes que no podían comunicarse
entre sí, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) analizó los diversos
diseños de redes. La ISO reconoció que existía la necesidad de crear un modelo de red que
ayudara a los fabricantes a crear implementaciones de red interoperativas.
En 1984, la ISO sacó el modelo de referencia OSI
El modelo de referencia OSI se transformó muy pronto en el modelo arquitectónico principal
para las comunicaciones entre equipos.
♦ EL MODELO DE REFERENCIA OSI
El modelo de referencia OSSI es un esquema de red descriptivo. Sus estándares aseguran una
mayor compatibilidad e interoperabilidad entre distintos tipos de tecnologías de red. Describe
la forma en que la información fluye a través de las redes
Es una estructura conceptual que especifica las funciones de red que se producen en cada
capa.
El modelo OSI describe la forma en que la información o los datos se trasladan desde
programas de aplicación (como por ejemplo, hojas de cálculo) a través de un medio de red
(como por ejemplo, cables) hasta otro programa de aplicación ubicado en otro equipo de la
red. A medida que la información que se debe enviar desciende a través de las capas de un
determinado sistema, el lenguaje utilizado se parece cada vez menos al lenguaje humano y
cada vez más a los códigos de unos y ceros que son comprensibles para los equipos
informáticos.
El modelo de referencia OSI divide el complejo problema del traslado de la información entre
equipos a través de un medio de red en siete problemas más simples. Estos siete problemas
simples fueron elegidos debido a que son razonablemente independientes y, por lo tanto, más
sencillos de resolver sin necesidad de depender demasiado de la información externa. La
división de estos siete problemas simples en funciones de networking se denomina división
en capas. Cada capa del modelo resuelve cada una de las siete áreas problemáticas.
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace de datos
Física
Procesos de red hacia las
aplicaciones
Representación de los datos
Comunicación entre host
Conexiones de extremo a extremo
Direcciones y mejor ruta
Acceso a los medios
Transmisión binaria
Debido a que las capas inferiores (de la 1 a la 3) del modelo de referencia OSI controlan la
transmisión física de mensajes a través de la red, a menudo se las denomina capas de medios.
Por otro lado, las capas superiores (de la 4 a la 7) del modelo de referencia OSI se encargan
de la transmisión precisa de datos entre equipos de la red, por lo cual se las denomina capas
host. La mayoría de los dispositivos de red implementan las siete capas.
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Sin embargo, para organizar las operaciones, algunas implementaciones de red incorporan
funciones de varias capas a la vez.
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Capas de host:
Proporcionan entrega Capas de medios:
de datos precisa entre controlan la entrega
equipos
física de mensajes a
través de una red
Enlace de
datos
Física
♦ ¿Por qué un modelo de red dividido en capas?
Los principios teóricos en los que se basaron para la realización de OSI se pueden resumir:
◊ Cada capa de la arquitectura está pensada para realizar una función bien definida
◊ El número de niveles debe ser suficiente para que no se agrupen funciones distintas,
pero no tan grandes que haga la arquitectura inmanejable
◊ Debe crearse una nueva capa siempre que se necesite realizar una función bien
diferenciada del resto.
◊ Las divisiones en las capas deben establecerse de forma que se minimice el flujo de
información entre ellas
◊ Permitir que las modificaciones de funciones o protocolos que se realicen en una capa
no afecten a los niveles contiguos
◊ Utilizar la experiencia de protocolos anteriores. Las fronteras entre los niveles debe
situarse donde la experiencia ha demostrado que son convenientes
◊ Cada nivel debe interactuar únicamente con los niveles contiguos a él
◊ La función de cada capa se debe elegir pensando en la definición de protocolos
estandarizados internacionalmente.
Si la red se divide en estas siete capas, se obtienen las siguientes ventajas:
◊ Se dividen los aspectos interrelacionados del funcionamiento de la red en elementos
menos complejos
◊ Se definen las interfaces estándar para la compatibilidad plug and play y la
integración de varios fabricantes
◊ Permite que los ingenieros especialicen el diseño y promuevan la simetría en las
distintas funciones modulares de internetworking de redes de modo que interoperen
entre sí
◊ Impide que los cambios que se producen en un área afecten a las demás, para que
cada área pueda evolucionar más rápidamente.
◊ Divide la complejidad de internetworking en subconjuntos de operación separados,
de aprendizaje más sencillo
OSI está definido como MODELO y no como arquitectura, ya que ISO definió sólo la
función general que debe realizar cada capa pero no mencionó en absoluto los servicios y los
protocolos que se deben usar en cada una de ellas (se definió antes de que se diseñaran los
protocolos).
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♦ Las siete capas del modelo de referencia OSI
Ahora que hemos descrito las características básicas del modelo de división en capas OSI, se
puede describir cada capa individual del OSI y sus funciones. Cada capa posee un conjunto
predeterminado de funciones que debe ejecutar para que se produzca la comunicación.
En el modelo OSI, hay siete capas numeradas que indican las distintas funciones de red.
Las funciones se describen a continuación:
Capa 7: Capa de aplicación
La capa de aplicación es la capa OSI más cercana al usuario; está en contacto directo con los
programas o aplicaciones informáticas de las estaciones. Esta capa brinda servicios de red a
las aplicaciones del usuario. Esta capa es distinta de las demás en el sentido de que no brinda
servicios a ninguna otra capa OSI, sino a procesos de aplicación que se ejecutan fuera del
alcance del modelo OSI. Algunos ejemplos de dichos procesos de aplicación son los
programas de hojas de cálculo, los procesadores de texto y los de las terminales bancarias.
La capa de aplicación identifica y establece la disponibilidad de los diversos elementos que
deben participar en la comunicación, sincroniza las aplicaciones que cooperan entre sí y
establece los procedimientos para la recuperación de errores y control de la integridad de los
datos. También determina si existen suficientes recursos para la comunicación planificada.
Como ejemplos de servicios de este nivel se puede mencionar la transferencia de archivos, el
correo electrónico, etc.
Capa 6: Capa de presentación
La capa de presentación asegura que la capa de aplicación de un sistema pueda leer la
información, enviada por la capa de aplicación de otro sistema. De ser necesario, la capa de
presentación realiza una traducción entre varios formatos de representación de datos
utilizando un formato de representación de datos común. Por lo tanto, se controla el
significado de la información que se transmite, lo que permite la traducción de los datos entre
las estaciones. Por ejemplo, si una estación trabaja con un código concreto y la estación del
otro extremo maneja uno diferente, el nivel de presentación es el encargado de realizar esta
conversión. Para conversaciones confidenciales, este nivel también codifica y encripta los
datos para hacerlos incomprensibles a posibles escuchas ilegales.
Capa 5: Capa de sesión
Tal como su nombre indica, la capa de sesión establece, administra y pone fin a las sesiones
entre aplicaciones. Las sesiones son diálogos entre dos o más entidades de presentación. A
este nivel se establecen las conexiones de comunicación entre los dos extremos para el
transporte ordinario de datos.
La capa de sesión brinda sus servicios a la capa de presentación. Además, la capa de sesión
sincroniza el diálogo entre las entidades de la capa de presentación y administra el
intercambio de datos. Además de la regulación básica de las conversiones (sesiones), la capa
de sesión proporciona los recursos para la sincronización de unidades de diálogo, clase de
servicio e informes de excepciones relacionados con problemas de las capas de sesión, de
presentación y de aplicación. Por lo tanto, proporciona servicios mejorados, como la
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reanudación de la conversación después de un fallo de red o una interrupción
Capa 4: Capa de transporte
Es el nivel más bajo que tiene independencia total del tipo de red utilizada, y su función
básica es tomar los datos procedentes del nivel de sesión y pasarlos a la capa de red,
asegurando que lleguen correctamente al nivel de sesión del otro extremo. A este nivel, la
conexión es realmente de extremo a extremo, ya que no se establece ninguna conversación
con los niveles de transporte de todas las maquinas intermedias.
La capa de transporte segmenta y reensambla los datos en un flujo de datos. Mientras que las
capas de aplicación, presentación y sesión están relacionadas con asuntos de aplicación, las
cuatro capas inferiores se encargan del transporte de datos.
La capa de transporte intenta suministrar un servicio de transporte de datos que proteja las
capas superiores de los detalles de implementación de transporte. Específicamente, la capa de
transporte se ocupa de temas tales como la confiabilidad del transporte a través de una
internetworking de redes. Al suministrar un servicio confiable, la capa de transporte
proporciona mecanismos para el establecimiento, mantenimiento y finalización ordenada de
los circuitos virtuales, la detección y recuperación de fallos de transporte y el control del flujo
de información (para evitar que un sistema desborde a otro con datos). La unidad mínima de
datos que se transfiere entre entidades pares a este nivel se llama segmento.
Capa 3: Capa de red
La capa de red es una capa compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre
dos sistemas finales que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. Se ocupa
de determinar cuál es la mejor ruta por la que enviar la información. Esta decisión tiene que
ver con el camino más corto, el más rápido, el que tenga menor tráfico, etc. Por esto la capa
de red debe controlar también la congestión de la red, intentando repartir la carga lo más
equilibrada posible entre las distintas rutas. También a este nivel se realiza gran parte del
trabajo de convertir y adaptar los mensajes que circulan entre redes heterogéneas. La unidad
mínima de información que se transfiere a este nivel se llama paquete.
Capa 2: Capa de enlace de datos
La capa de enlace de datos ofrece un tránsito confiable de datos a través de un enlace físico.
Para hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (que es diferente
del de red, o lógico), la topología de la red, la disciplina de línea (la forma en que los sistemas
finales utilizan el enlace de red), la notificación de errores, la entrega ordenada de tramas y el
control de flujo.
Se ocupa de detectar y corregir todos los errores que se produzcan en la línea de
comunicación. También se encarga de controlar que un emisor rápido no sature a un receptor
lento, ni se pierdan datos innecesariamente. Finalmente, en redes en donde existe un unido
medio compartido por el que circula la información, este nivel se encarga de repartir su
utilización entre las estaciones. La unidad mínima de datos que se transfiere entre entidades
pares a este nivel se llama trama o marco.
Capa 1: Capa física
Tiene que ver con la transmisión de dígitos binarios por un canal de comunicación. Las
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consideraciones de diseño tienen que ver con el propósito de asegurarse de que, cuando un
lado envíen un 1 en el otro lado se reciba un 1 y no un 0. Por lo tanto, la capa física define las
especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener
y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. Las características tales como niveles de
tensión, sincronización de cambios de tensión, velocidad de datos físicos, distancias de
transmisión máximas, conectores físicos y otros atributos similares se definen a través de las
especificaciones de la capa física.
♦ Comunicación de igual a igual
La división en capas del modelo OSI no admite la posibilidad de una comunicación directa
entre capas iguales de distintos sistemas. Para ejecutar estas tareas, una capa debe
comunicarse con su capa igual del otro sistema. El protocolo de cada capa intercambia
información, denominada unidades de datos de protocolo (PDU) entre capas iguales. Cada
capa utiliza un nombre más específico para su PDU
Para comunicarse con su capa igual en el otro sistema, cada capa utiliza su propio protocolo
de capa.
Host A
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace de datos
Física
DATOS
SEGMENTOS
PAQUETES o
DATAGRAMAS
TRAMAS
BITS
Host B
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace de datos
Física
Esta comunicación del protocolo de capas iguales se obtiene utilizando los servicios de las
capas que se encuentran por debajo de la capa que está realizando la comunicación. La capa
que se encuentra debajo de cualquier capa actual brinda sus servicios a dicha capa. Cada
servicio de capa inferior recibe la información de las capas superiores como parte de las PDU
de las capas inferiores que intercambia con su capa igual.
La comunicación entre niveles de la arquitectura de dos estaciones (nombradas A y D) es tal y
como figura en el siguiente esquema:
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Los tres primeros niveles: físico, enlace de datos y red, dependen de la red sobre la que
funciona, por lo que pueden existir estaciones intermedias en la conversación (nombradas B y
C) que sólo se encargarán de encaminar la información.
Los niveles superiores: Transporte, sesión, presentación y aplicación, realizan las
conversaciones extremo a extremo, es decir, solamente se comunican con las capas de la
estación del extremo.
♦ Encapsulación de datos
Para comprender la estructura de las redes y su funcionamiento, se debe tener en cuenta que
todas las comunicaciones en una red se originan en una fuente y se envían a un destino.
La información que se envía a través de una red se denomina datos o paquetes de datos. Si un
equipo (fuente) desea enviar datos a otro equipo (destino), en primer lugar los datos se deben
colocar en paquetes mediante un proceso denominado encapsulación, que envuelve los datos
en un encabezado de protocolo particular antes del tránsito en la red. Este proceso se puede
comparar al proceso de preparación de un paquete para su envío: envolverlo, colocarlo en una
caja, colocar las direcciones de fuente y de destino, colocar las estampillas y colocar el
paquete en un buzón.
Cada capa depende de la función de servicio de la capa OSI inferior. Para brindar este
servicio, la capa inferior utiliza la encapsulación para colocar la PDU de la capa superior en
su campo de datos, luego le puede agregar cualquier encabezado e información final que
utiliza la capa para ejecutar su función. Posteriormente, a medida que los datos se desplazan
hacia abajo a través de las capas del modelo OSI, se agregan los encabezados y la
información final.
A medida que las redes ejecutan servicios para usuarios, el flujo y la organización de los
paquetes de información varían. En el siguiente ejemplo de encapsulación se llevan a cabo
cinco pasos de conversión:
1. Crear los datos: Cuando un usuario envía un mensaje de correo electrónico, los caracteres
alfanuméricos del mensaje se convierten en datos que pueden trasladarse a través de la
internetwork.
2. Empaquetar los datos para transportarlos de punta a punta: Al utilizar segmentos, la
función de transporte asegura que los hosts del mensaje en ambos extremos del sistema de
correo electrónico se puedan comunicar de forma confiable.
3. Añadir la dirección de red en el encabezado: Los datos se colocan en un paquete o
datagrama que contiene un encabezado de red con direcciones lógicas de fuente y de destino.
Estas direcciones ayudan a los dispositivos de red a enviar los paquetes a través de la red por
una ruta seleccionada.
4. Añadir la dirección local en un encabezado de enlace de datos: Cada dispositivo de red
debe colocar el paquete en una trama. La trama le permite conectarse al próximo dispositivo
de red conectado directamente en el enlace. Cada dispositivo en la ruta de red seleccionada
requiere un entramado para conectarse al próximo dispositivo.
5. Convertir en bits para la transmisión: La trama debe convertirse en un patrón de unos y
ceros para la transmisión en el medio (generalmente un cable). Una función de temporización
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permite que los dispositivos distingan estos bits a medida que se trasladan por el medio. El
medio físico puede variar a lo largo de la ruta utilizada. Por ejemplo, el mensaje de correo
electrónico puede originarse en una LAN, cruzar el backbone de una red de campus y salir
por un enlace de WAN hasta llegar a su destino en otra LAN remota.
Los encabezados y la información final se agregan a medida que los datos se desplazan a
través de las capas del modelo OSI.
SESION
Datos
DATOS
Encabezado
Datos
TRANSPORTE
SEGMENTO
Segmento
Encabezado Encabezado
Datos
RED
Red
PAQUETE
Segmento
Encabezado Encabezado Encabezado
ENLACE
Datos
Trama
FISICO
Inf. Fin
Red
Segmento
TRAMA
Trama
100111010101011001010101000000101010110011010100101011
BITS
♦ LA ARQUITECTURA TCP/IP
TCP/IP se suele confundir con un protocolo concreto de comunicaciones cuando, en realidad,
es una compleja arquitectura de red que incluye varios protocolos, apilados por capas. Es la
más utilizada en el mundo, ya que es la base de comunicación de Internet y también se utiliza
ampliamente en las distintas versiones de los sistemas operativos Unix y Linux, aunque
debido a su gran utilización ha sido implantado en otros sistemas como Windows.
En el año 1973, el DoD (Departamento de Defensa de Estados Unidos) inició un programa de
investigación para el desarrollo de tecnologías de comunicación de redes de transmisión de
datos. El objetivo fundamental era desarrollar una red de comunicación que cumpliera las
siguientes características:
◊ Permita interconectar redes diferentes. Esto quiere decir que la red en general puede
estar formada por tramos que usan tecnología de transmisión diferente.
◊ Sea tolerante a fallos. El DoD deseaba una red que fuera capaz de soportar ataques
terroristas o incluso alguna guerra nuclear sin perderse datos y manteniendo las
comunicaciones establecidas.
◊ Permita el uso de aplicaciones diferentes: transferencia de archivos, comunicación en
tiempo real, etc.
Todos estos objetivos implicaron el diseño de una red con topología irregular donde la
información se fragmentaba para seguir rutas diferentes hacia el destinatario. Si alguna de
esas rutas fallaba repentinamente, la información podría seguir rutas alternativas. Así,
surgieron dos redes distintas: una dedicada a la investigación, ARPANET, y otra de uso
exclusivamente militar, MILNET.
El DoD permitió a varias universidades que colaboraran en el proyecto, y ARPANET se
expandió gracias a la interconexión de esas universidades e instalaciones del Gobierno. Este
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modelo se nombró después como arquitectura TCP/IP, por las iniciales de sus dos protocolos
más importantes. En 1980, TCP/IP se incluyó en Unix 4.2 de Berkeley, y fue el protocolo
militar estándar en 1983. En ese mismo año nació la red global Internet, que utiliza también
esta arquitectura de comunicación. ARPANET dejó de funcionar oficialmente en 1990.
Algunos de los motivos de la popularidad alcanzada por esta arquitectura son:
◊ Es independiente de los fabricantes y las marcas comerciales.
◊ Soporta múltiples tecnologías de redes.
◊ Es capaz de interconectar redes de diferentes tecnologías y fabricantes.
◊ Puede funcionar en máquinas de cualquier tamaño, desde ordenadores personales a
grandes supercomputadores.
◊ Se ha convertido en estándar de comunicación en EE.UU. desde 1983.
La arquitectura de TCP /IP se construyó diseñando inicialmente los protocolos para,
posteriormente, integrarlos por capas en la arquitectura. Por esta razón, a TCP/IP muchas
veces se la califica como pila de protocolos. Su modelo por niveles es algo diferente a OSI de
ISO.
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6
5
4
3
2
1
OSI
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace de datos
Físico
TCP/IP
Aplicación
Transporte
Interred
Subred
Obsérvese que TCP/IP sólo tiene definida cuatro capas, mientras que OSI tiene siete. Las
funciones que realizan cada una de ellas son las siguientes:
Capa de subred: El modelo no da mucha información de esta capa, y solamente se especifica
que debe existir algún protocolo que conecte la estación con la red. La razón fundamental es
que, como TCP/IP se diseñó para su funcionamiento sobre redes diferentes, esta capa depende
de la tecnología utilizada y no se especifica de antemano.
Capa de interred: Esta capa es la más importante de la arquitectura y su misión consiste en
permitir que las estaciones envíen información (paquetes) a la red y los hagan viajar de forma
independiente hacia su destino. Durante ese viaje, los paquetes pueden atravesar redes
diferentes y llegar desordenados. Esta capa no se responsabiliza de la tarea de ordenar de
nuevo los mensajes en el destino. El protocolo más importante de esta capa se llama IP
(Internet Protocol o Protocolo de Interred), aunque también existen otros protocolos.
Capa de transporte: Ésta cumple la función de establecer una conversación entre el origen y
el destino, de igual forma que hace la capa de transporte en el modelo OS!. Puesto que las
capas inferiores no se responsabilizan del control de errores ni de la ordenación de los
mensajes, ésta debe realizar todo ese trabajo. Aquí también se han definido varios protocolos,
entre los que destacan TCP (Transmission Control Protocol o Protocolo de Control de la
Transmisión), orientado a la conexión y fiable, y UDP (User Datagram Protocol o Protocolo
de Datagrama de Usuario), no orientado a la conexión y no fiable.
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Capa de aplicación: Esta capa contiene, al igual que la capa de aplicación de OSI, todos los
protocolos de alto nivel que utilizan los programas para comunicarse. Aquí se encuentra el
protocolo de terminal virtual (TELNET), el de transferencia de archivos (FTP), el protocolo
HTTP que usan los navegadores para recuperar páginas en la World Wide Web, los
protocolos de gestión del correo electrónico, etc.
Las capas de sesión y presentación no existen en la arquitectura TCP/IP, ya que los
diseñadores pensaron que no se necesitaban. La experiencia obtenida con los trabajos
realizados en el modelo OSI ha comprobado que esta visión fue correcta: se utilizan muy
poco en la mayoría de las aplicaciones de comunicación. En caso de que alguna aplicación
desee utilizar un servicio de encriptación de datos o recuperación ante caídas, será necesario
incluirlos dentro del propio programa de aplicación.
Algunos de los Protocolos de la arquitectura TCP/IP más importantes son los que aparecen a
continuación:
El modelo TCP/IP original no distinguía los conceptos de capa, servicio, interfaz y protocolo,
aunque revisiones posteriores han incluido parte de esta nomenclatura. Por esta razón, el
modelo OSI es más flexible a los cambios, ya que la interacción y encapsulación entre capas
es más estricta.
Otro problema que tiene TCP/IP es que en sus capas inferiores no se distingue entre nivel
físico y nivel de enlace, funciones que resultan completamente diferentes. Como resultado, se
incluye una sola capa de subred en la que coexiste una amalgama de protocolos y estándares
de redes que poco se comprende.
♦ NOVELL NETWARE
La arquitectura de red Novell se caracteriza porque es propietaria de una marca comercial y
no puede ser utilizada por el resto de la comunidad de usuarios sin permiso. Está diseñada con
el propósito de conectar un conjunto de ordenadores PC y proveerles de todos los servicios de
red que necesiten. Puede funcionar bajo cualquier estándar de red local, aunque es necesario
que en la red exista al menos un equipo que provea de servicios al resto de las estaciones y
que lleve instalado el sistema operativo NetWare (también propietario). Éstas, a su vez,
pueden funcionar con cualquier otro sistema operativo de diferente fabricante, que es el que
realiza las peticiones al servidor (o servidores), por lo que se le suele denominar equipos
cliente.
Aunque una red Novell está pensada como entorno LAN, sus sucesivas versiones han dado
soporte WAN, ofrecido por su propia pila de protocolos o accediendo a los servicios de
TCP/IP (incluido también en la red). Por esta razón, una red Novell se puede comunicar con
otras estaciones TCP/IP.
Para la arquitectura Novell existen tres tipos de máquinas en una red:
◊ Servidores de ficheros: Son los responsables de proveer todos los servicios a las
estaciones de trabajo que los solicitan, además de controlar todas las operaciones de
comunicación de la red.
◊ Estaciones de trabajo: Realizan solicitudes a los servidores para ejecutar tareas de
usuario.
◊ Encaminadores: Son los dispositivos encargados de comunicar las redes con
diferentes W AN y a través de ellos entra y sale la información del exterior de la
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LAN. Muchas veces son los propios servidores de ficheros los que realizan esta
función adicional.
Novell usa una arquitectura de protocolos patentada como se ilustra en la figura y que nació
con anterioridad al modelo OSI. Se parece más a TCP/IP que al resto de arquitecturas,
fundamentalmente porque el protocolo de red IPX (Internetwork Packet Exchange o
Intercambio de Paquetes Interred) es el más importante de todos ellos y es similar a IP con
algunas modificaciones (también es un protocolo no orientado a la conexión y no fiable).
Además, no se diferencia el nivel de enlace del nivel físico, y en esta capa más baja se
encuentran todos los estándares de LAN.
OSI
SERVICIOS Y PROTOCOLOS NETWARE
Aplicación Aplicaciones
Aplicaciones
NetWare
NetBIOS
Presentación
SAP
Sesión
NCP
NetBIOS
Transporte
SPX
Red
Enlace de
datos
Físico
IPX
Protocolos MAC
de LAN
(Redes Ethernet, Token Ring. ARCnet,
etc.)
Pila de protocolos de la arquitectura Novell. Comparación con el modelo OSI. A veces
también se le llama arquitectura IPX/SPX.
Por su parte, el protocolo SAP (Service Advertising Protocol o Protocolo de publicidad del
Servicio) es utilizado por los servidores para difundir por la red información acerca de los
servicios que ofrecen. Las estaciones de trabajo utilizan esta información para enviar sus
peticiones. Estas peticiones son como anuncios publicitarios en la red: "Soy el servidor
Lucecita y tengo disponibles el disco duro y la impresora láser para que los utilicéis". Estas
notificaciones se efectúan cada vez que un servidor comienza a funcionar, y también cuando
quedan fuera de servicio, para indicar que ya no están disponibles.
Las estaciones se pueden comunicar por la red utilizando dos tipos diferentes de servicios: los
servicios NetBIOS y los servicios propios de Novell. El protocolo NetBIOS (Network Basic
Input/Output System) ofrece servicios a nivel de transporte y sesión y se ha convertido en un
estándar desde que fue introducido en 1984 por IBM (que utilizan ampliamente los sistemas
operativo s de Microsoft, aunque en las últimas versiones se está empezando a sustituir por
TCP/IP).
Por su parte, el protocolo NCP (Network Core Protocol o Protocolo Central de la Red) es el
que le permite a las estaciones comunicarse con los servidores para acceder a los servicios de
la red (recuperar o enviar un archivo, acceder a una impresora, etc.).
♦ RED MICROSOFT
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La arquitectura de red patentada por Microsoft está diseñada con el objetivo de permitir la
coexistencia e integración con otras arquitecturas de red como TCP/IP o Novell. Por esta
razón, en el modelo de redes Microsoft se pueden añadir los distintos protocolos existentes
para que realicen el transporte de la información.
OSI
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