Capa 1 - Prof. Rodrigo Rodriguez
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Unidad II Modelos de Referencias -- OSI Historia Por mucho tiempo se consideró al diseño de redes un proceso muy complicado de llevar a cabo, esto es debido a que los fabricantes de computadoras tenían su propia arquitectura de red, y esta era muy distinta al resto, y en ningún caso existía compatibilidad entre marcas. La Organización Internacional de Estándares (ISO), creó un subcomité para desarrollar estándares de comunicación de datos que promovieran la accesibilidad universal y una interoperabilidad entre productos de diferentes fabricantes. El Modelo OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) es un lineamiento funcional para tareas de comunicaciones y, por consiguiente, no es un estándar de comunicación para dichas tareas, ya que no especifica el protocolo que debe ser usado en cada capa, sino que suele hablarse de modelo de referencia. El Modelo OSI esta basado en 7 capas que son los siguientes: Transporte; 5 Sesión; 6 Presentación y 7 Aplicación. 1 Físico; 2 Enlace; 3 Red; 4 ¿Porque un modelo de red divido en capas? Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de Datos Física Divide la comunicación de red en partes más pequeñas y sencillas, simplificando así el aprendizaje. aprendizaje Normaliza los componentes de red para permitir el desarrollo y el soporte de los productos de diferentes fabricantes. Permite a los distintos tipos de hardware y software de red comunicarse entre sí. Impide que los cambios en una capa puedan afectar las demás capas, para que se puedan desarrollar con más rapidez. Capas del modelo OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Procesos de red a aplicaciones Representación de datos Comunicación entre hosts Conexiones de extremo a extremo Direccionamiento y mejor ruta Enlace de Datos Acceso a los medios Física Transmisión binaria Encapsulamiento de los datos Física Transmisión binaria Capa 1 La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales La misión principal de esta capa es transmitir bits por un canal de comunicación, de manera que cuanto envíe el emisor llegue sin alteración al receptor. La capa física proporciona sus servicios a la capa de enlace de datos, definiendo las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales “Si desea recordar la Capa 1 en la menor cantidad de palabras posible, piense en señales y medios.” Cisco Systems, Inc. 1999. Física Transmisión binaria Capa 1 PRINCIPALES FUNCIONES DE LA CAPA FISICA Manejar voltajes y pulsos eléctricos Definir las características físicas (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión). Física Transmitir el flujo de bits a través del medio. Especificar cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de transmisión, polos en un enchufe, etc. Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de ésta). Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico). Física Transmisión binaria Capa 1 El nivel físico recibe una trama binaria que debe convertir a una señal eléctrica, de tal forma que a pesar de la degradación que pueda sufrir en el medio de transmisión vuelva a ser interpretable correctamente en el receptor. Física PCM (Pulse Code Modulatión) 5 V para los "unos” 0 V para los "ceros" En el caso de las fibras ópticas se transmiten pulsos de luz. En el caso de las comunicaciones inalámbricas, se pueden dar modulaciones muy sofisticadas, este es el caso de los estándares Wi-Fi, con técnicas de modulación complejas de espectro ensanchado Física Trasporta la corriente eléctrica de bits a través del hardware. Capa 1 Codificación de la señal El nivel físico recibe una trama binaria que debe convertir a una señal eléctrica, electro magnética, óptica u otra dependiendo del medio, de tal forma que a pesar de la degradación que pueda sufrir en el medio de transmisión vuelva a ser interpretable correctamente en el receptor. En el caso más sencillo el medio es directamente digital, como en el caso de las fibras ópticas, dado que por ellas se transmiten pulsos de luz. Cuando el medio no es digital hay que codificar la señal, en los casos más sencillos la codificación puede ser por pulsos de tensión (PCM o Pulse Code Modulatión) (por ejemplo 5 V para los "unos" y 0 V para los "ceros"), es lo que se llaman codificación unipolar RZ. Otros medios se codifican mediante presencia o ausencia de corriente. En general estas codificaciones son muy simples y no usan bien la capacidad de medio. Cuando se quiere sacar más partido al medio se usan técnicas de modulación más complejas, y suelen ser muy dependientes de las características del medio concreto. En los casos más complejos, como suelen ser las comunicaciones inalámbricas, se pueden dar modulaciones muy sofisticadas, este es el caso de los estándares Wi-Fi, con técnicas de modulación complejas de espectro ensanchado Enlace de datos Acceso a los medios Capa 2 La capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico, de la topología de la red, del acceso a la red, de la notificación de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo. La capa de enlace de datos es responsable de proporcionar la comunicación nodo a nodo en una misma red de área local. Debe proporcionar un mecanismo de direcciones que permita entregar los mensajes en los nodos correctos Debe traducir los mensajes de las capas superiores en bits que puedan ser transmitidos por la capa física Indicador de inicio. Cuando la capa de enlace de datos recibe un mensaje, le da formato para transformarlo en una trama de datos (denominada igualmente paquete). Dirección de origen. Dirección de destino. Control. Datos. Control de errores. “Si desea recordar la Capa 2 en la menor cantidad de palabras posible, piense en tramas y control de acceso al medio” . Cisco Systems, Inc. 1999. Enlace de datos Acceso a los medios Capa 2 Indicador de inicio. Un patrón de bits que indica el inicio de una trama de datos. Dirección de origen. La dirección del nodo que realiza el envío se incluye para poder dirigir las respuestas al mensaje. Dirección de destino. Cada nodo queda identificado por una dirección. La capa de enlace de datos del remitente añade la dirección de destino a la trama. La capa de enlace de datos del destinatario examine la dirección de destino para identificar los mensajes que debe recibir. Control. En muchos casos es necesario incluir información adicional de control. Cada protocolo determine la información específica. Datos. Este campo contiene todos los datos enviados a la capa de enlace de datos por las capas superiores del protocolo. Control de errores. Este campo contiene información que permite que el nodo destinatario determine si se ha producido algún error durante la transmisión. El sistema habitual es la verificación de redundancia cíclica (CRC), que consiste en un valor calculado que resume todos los datos de la trama. El nodo destinatario calcula nuevamente el valor y, si coincide con el de la trama, entiende que la trama se ha transmitido sin errores. Enlace de datos Acceso a los medios Capa 2 Red Direccionamiento y mejor ruta Capa 3 La capa de red es una capa compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas de hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas La capa de red se ocupa de la navegación de los datos a través de la red. La función de la capa de red es encontrar la mejor ruta a través de la red. El cometido de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. “Si desea recordar la Capa 3 en la menor cantidad de palabras posible, piense en selección de ruta, direccionamiento y enrutamiento” Cisco Systems, Inc. 1999. Transporte Conexiones de extremo a extremo Capa 4 Es la encargada de efectuar el transporte de los datos de la máquina origen a la destino, independizándolo del tipo de red física que se esté utilizando Su función básica es aceptar los datos enviados por las capas superiores, dividirlos en pequeñas partes si es necesario, y pasarlos a la capa de red. En esta capa se proveen servicios de conexión para la capa de sesión que serán utilizados finalmente por los usuarios de la red al enviar y recibir paquetes. Sus funciones principales son transportar y regular el flujo de información desde el origen hasta el destino de manera confiable y precisa. Nota: En el caso del modelo OSI, también se asegura que lleguen correctamente al otro lado de la comunicación. Transporte Conexiones de extremo a extremo Capa 4 “Calidad del servicio" se usa a menudo para describir el propósito de la Capa 4, la capa de transporte. Sus funciones principales son transportar y regular el flujo de información desde el origen hasta el destino de manera confiable y precisa. Sesión Comunicación entre hosts Capa 5 Establece, administra y finaliza las sesiones entre dos hosts que se están comunicando. Se encarga de mantener el enlace entre los dos computadores que estén trasmitiendo archivos. El servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. “Si desea recordar la Capa 5 en la menor cantidad de palabras posible, piense en diálogos y conversaciones.” Cisco Systems, Inc. 1999. Sesión Comunicación entre hosts Capa 5 Control de la sesión a establecer entre el emisor y el receptor (quién transmite, quién escucha y seguimiento de ésta). Sesión Control de la concurrencia (que dos comunicaciones a la misma operación crítica no se efectúen al mismo tiempo). Mantener puntos de verificación (checkpoints), que sirven para que, ante una interrupción de transmisión por cualquier causa, la misma se pueda reanudar desde el último punto de verificación en lugar de repetirla desde el principio. Sesión Comunicación entre hosts Capa 5 El control de los diálogos entre distintos nodos es competencia de la capa de sesión. Un diálogo es una conversación formal en la que dos nodos acuerdan un intercambio de datos. Simple (Simplex). Un nodo transmite de manera exclusiva mientras otro recibe de manera exclusiva. La comunicación puede producirse en tres modos de diálogo Semidúplex (Half-duplex). Un solo nodo puede transmitir en un momento dado, y los nodos se turnan para transmitir. Dúplex total (Full-duplex). Los nodos pueden transmitir y recibir simultáneamente. La comunicación dúplex total suele requerir un control de flujo que asegure que ninguno de los dispositivos envía datos a mayor velocidad de la que el otro dispositivo puede recibir. Sesión Comunicación entre hosts Capa 5 Las sesiones permiten que los nodos se comuniquen de manera organizada. Cada sesión tiene tres fases: 1.- Establecimiento de la conexión. Los nodos establecen contacto. Negocian las reglas de la comunicación incluyendo los protocolos utilizados y los parámetros de comunicación. 2.- Transferencia de datos. Los nodos inician un diálogo para intercambiar datos. 3.- Liberación de la conexión. Cuando los nodos no necesitan seguir comunicados, inician la liberación ordenada de la sesión. Sesión Comunicación entre hosts Capa 5 Los pasos 1 y 3 representan una carga de trabajo adicional para el proceso de comunicación. Esta carga puede no ser deseable para comunicaciones breves. Por ejemplo, considere la comunicación necesaria para una tarea administrativa de la red. Cuando una red administra varios dispositivos, éstos envían periódicamente un breve informe de estado que suele constar de una sola trama. Si todos estos mensajes se enviaran como parte de una sesión formal, las fases de establecimiento y liberación de la conexión transmitirían más datos que los del propio mensaje. En estas situaciones, se comunica sin conexión. El nodo emisor se limita a transmitir los datos dando por sentado que el receptor está disponible. Una sesión con conexión es aconsejable cuando la comunicación es compleja. Imagine la transmisión de una gran cantidad de datos de un nodo a otro. Si no se utilizaran controles formales, un solo error durante la transferencia obligaría a enviar de nuevo todo el archivo. Una vez establecida la sesión, los nodos implicados pueden pactar un procedimiento de comprobación. Si se produce un error, el nodo emisor sólo debe retransmitir los datos enviados desde la última comprobación. El proceso de gestión de actividades complejas se denomina administración de actividad. Presentación Representación de datos Capa 6 Está a cargo de presentar los datos en una forma que el dispositivo receptor pueda comprender. Formateo de datos (presentación) Cifrado de datos Compresión de datos Después de recibir los datos de la capa de aplicación, la capa de presentación ejecuta una de sus funciones, o todas ellas, con los datos antes de mandarlos a la capa de sesión. En la estación receptora, la capa de presentación toma los datos de la capa de sesión y ejecuta las funciones requeridas antes de pasarlos a la capa de aplicación. Presentación Representación de datos Capa 6 El cifrado de los datos protege la información durante la transmisión. Se utiliza una clave de cifrado, para cifrar los datos en el lugar origen y luego descifrarlos en el lugar destino. MCUptreo COMPUTADOR Clave de cifrado Las transacciones financieras (por Ej., los datos de las tarjetas de crédito) utilizan el cifrado para proteger la información confidencial que se envía a través de Internet. Presentación Representación de datos Capa 6 La compresión funciona mediante el uso de algoritmos (fórmulas matemáticas complejas) para reducir el tamaño de los archivos Sin comprimir Un veloz computador permite una veloz computación Un Compresión dor permite una ción Veloz Computa El algoritmo busca patrones de bits repetidos en el archivo y entonces los reemplaza con un token. Un token es un patrón de BIT mucho más corto que representa el patrón largo. Una analogía sencilla puede ser el nombre Maxi (el apodo), el token, para referirse a alguien cuyo nombre completo sea Maximiliano. Presentación Representación de datos TIFF (Formato de archivo de imagen etiquetado): Un formato para imágenes con asignación de bits de alta resolución PICT TIFF JPEG Capa 6 PICT: Un formato de imagen utilizado para transferir gráficos QuickDraw entre programas del sistema operativo MAC JPEG (Grupo conjunto de expertos fotográficos): Formato gráfico utilizado con frecuencia para comprimir imágenes fijas de ilustraciones o fotografías complejos Presentación Representación de datos MPEG (Grupo de expertos en películas): Estándar para la compresión y codificación de vídeo con movimiento para el almacenamiento en CD y digital. MIDI MPEG QuickTime Capa 6 MIDI: (Interfaz digital para instrumentos musicales) para música digitalizada QuickTime: Estándar para el manejo de audio y vídeo para los programas del sistema operativo MAC Aplicación Procesos de red a aplicaciones Capa 7 La capa de aplicación proporciona los servicios utilizados por las aplicaciones para que los usuarios se comuniquen a través de la red Es responsable de identificar y establecer la disponibilidad de los socios de la comunicación deseada. La capa de aplicación es la capa OSI más cercana al sistema final. Esto determina si existen suficientes recursos para la comunicación entre sistemas No brinda servicios a ninguna otra capa OSI. Sin embargo, brinda servicios a los procesos de aplicación que se encuentran fuera del alcance del modelo OSI. “Si desea recordar a la Capa 7 en la menor cantidad de palabras posible, piense en los navegadores de Web.” Cisco Systems, Inc. 1999. Aplicación Procesos de red a aplicaciones Capa 7 Algunos ejemplos de servicios, son: Transporte de correo electrónico. Gran variedad de aplicaciones pueden utilizar un protocolo para gestionar el correo electrónico. Los diseñadores de aplicaciones que recurren al correo electrónico no necesitan desarrollar sus propios programas para gestionar el correo. Además, las aplicaciones que comparten una misma interfaz de correo pueden intercambiar mensajes utilizando el gestor de correo electrónico. Acceso a archivos remotos. Las aplicaciones locales pueden acceder a los archivos ubicados en los nodos remotos. Ejecución de tareas remotas. Las aplicaciones locales pueden iniciar y controlar procesos en otros nodos. Directorios. La red puede ofrecer un directorio de recursos, incluyendo nombres de nodos lógicos. El directorio permite que las aplicaciones accedan a los recursos de la red utilizando nombres lógicos en lugar de identificaciones numéricas abstractas. Administración de la red. Los protocolos de administración de la red permiten que varias aplicaciones puedan acceder a la información administrativa de la red. Aplicación Procesos de red a aplicaciones Capa 7 Entre los protocolos (refiriéndose a protocolos genéricos, no a protocolos de la capa de aplicación de OSI) más conocidos destacan Telnet HTTP POP FTP SMTP SNMP SSH DNS facilitan el uso y administración de la red Aplicación Procesos de red a aplicaciones La World Wide Web usa el protocolo HTTP WWW.CISCO.COM Capa 7 Aplicación Procesos de red a aplicaciones Capa 7 Los programas de acceso remoto utilizan el protocolo Telnet para la conexión directa a las fuentes remotas. Aplicación Procesos de red a aplicaciones Capa 7 Los programas de correo electrónico soportan el protocolo de la capa de aplicación POP3 (Post Office Protocol) para correo electrónico . Aplicación Procesos de red a aplicaciones Capa 7 Los programas de utilidades de archivo utilizan el protocolo FTP (File Transfer Protocol) para copiar y trasladar archivos entre sitios remotos. Aplicación Procesos de red a aplicaciones Capa 7 Capas del modelo OSI Capas del modelo OSI
