Tema 4. Modelos de referencia - BUCOMSEC
Anuncio
Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Andrés Navarro Guillén Índice 1. Modelo de referencia OSI 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Nivel Nivel Nivel Nivel Nivel Nivel Nivel de Aplicación de Presentación de Sesión de Transporte de Red de Enlace Físico 2. Modelo de referencia TCP/IP 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Capa Aplicación Capa Transporte Capa Interred Capa Nodo a Red Ejemplo: TCP/IP sobre Ethernet 3. Comparativa entre modelos Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 1 Modelo de referencia OSI ISO (International Standars Organization) define el modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection) basado en 7 niveles: Comienza en 1977, estándar ISO 7498 publicado en 1984 Versión compatible técnicamente CCITT (ITU-T) X.200 Aplicación, Presentación, Sesión, Transporte, Red, Enlace y Físico Comunicación extremo-extremo se descompone en niveles para segregar funciones distintas: Existe una capa para funciones diferenciadas y definidas Se minimiza el flujo entre capas Se puede normalizar el interfaz entre capas Compromiso entre N grande (diferenciación de funciones) y manejable (simplicidad) de capas Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Modelo de referencia OSI TERMINAL A NIVEL 7 APDU Protocolo de Aplicación NIVEL 6 PPDU Protocolo de presentación NIVEL 5 SPDU Protocolo de Sesión NIVEL 4 TPDU Protocolo de Transporte NIVEL 3 P. Red N3 TERMINAL B NIVEL 7 NIVEL 6 NIVEL 5 NIVEL 4 N3 PAQUETE Protocolo de Red N3 N3 P. Red NIVEL 3 TRAMA Protocolo de Enlace N2 N2 P. Enlace NIVEL 2 N1 N1 P. Físico NIVEL 1 NIVEL 2 P. Enlace N2 N2 NIVEL 1 P. Físico N1 N1 BIT Protocolo Físico nodos SUBRED flujo de datos Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 2 Modelo de referencia OSI Denominación de la PDU en OSI: DATOS A-PDU Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico A-PDU P-PDU S-PDU T-PDU Paquete Trama Tratamiento a nivel de bit CA P-PDU CP S-PDU CS T-PDU CT CR CE DATOS APLICACIÓN DATOS PRESENTACIÓN DATOS SESIÓN DATOS TRANSPORTE DATOS RED DATOS FE BITS ENLACE FÍSICO CA=CABECERA APLICACIÓN CP=CABECERA PRESENTACIÓN CS=CABECERA SESIÓN CT=CABECERA TRANSPORTE CR=CABECERA RED CE=CABECERA ENLACE FE=FIN ENLACE (COLA) Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Ejemplo Hacer transferencia bancaria a una sucursal japonesa a través de Internet: ¿Qué quiero del otro proceso? ¿Cuál es la sintaxis empleada? ¿Requiero seguridad? ¿Puedo hacer más transferencias antes de actualizar la actual? ¿Podemos “hablar” ambos al mismo tiempo? ¿Cómo identifico al otro proceso dentro del ordenador de la sucursal? ¿Qué pasa si alguna parte de la información se pierde? ¿Cómo identifico al ordenador de la sucursal en Internet? ¿Cómo me van a cobrar, tiempo, cantidad información? ¿Cómo atravieso las redes de distintos países hasta llegar a Japón? ¿Cómo utilizo el(los) medio(s) físico(s) para transmitir información? Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 3 Funciones de cada nivel APLICACIÓN PRESENTACIÓN SESIÓN TRANSPORTE RED ENLACE FÍSICO Transferencia de ficheros, terminal virtual, correo electrónico, directorio … Codificación de tipos y variables, cifrado, compresión, … Control del diálogo entre máquinas, sincronización, … Flujos de información correctos, en orden y secuencia, sin errores, multiplexación, tipo de conexión, … Direccionamiento, encaminamiento, control de congestión, contabilidad de recursos, … Corrección de errores de transmisión por ruidos, pérdidas de sincronismo, … Transporte bruto de bits sobre el soporte físico disponible Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Aplicación APLICACIÓN PRESENTACIÓN SESIÓN TRANSPORTE RED OBJETIVO: Proporcionar funcionalidad básica para el intercambio de datos entre aplicaciones de usuario, de manera transparente, y con la parametrización configurada a niveles inferiores Supone que subyace transporte fiable y un protocolo de representación coordinado FUNCIONES: Soporte de comunicaciones para aplicaciones de usuario: ENLACE FÍSICO Seguridad y privacidad Gestión de nombres Gestión de red Aplicaciones básicas de usuario (comunicaciones): FTP, e-mail WWW, ping ... Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 4 Nivel Presentación APLICACIÓN OBJETIVO: Gestión común (normalizada) de la sintaxis y semántica de la información transmitida y recibida PRESENTACIÓN SESIÓN FUNCIONES: TRANSPORTE Reglas de codificación máquina – red – máquina, incluyendo: RED ENLACE FÍSICO Orden de transmisión de bits Alfabeto Tipos y estructuras de datos Tamaño de los datos individuales Otros Compresión y encriptado de datos Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Presentación Sintaxis abstracta (ASN.1): todos los sistemas que trabajen con OSI pasarán sus datos a esta sintaxis DIGITAL IBM EBCDIC ASCII APLICACION ASN.1 PRESENTACION APLICACION ASN.1 PRESENTACION NIVELES NIVELES INFERIORES INFERIORES Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 5 Nivel Sesión APLICACIÓN PRESENTACIÓN SESIÓN TRANSPORTE OBJETIVO: Establecer sesiones (diálogos) de intercambio de datos entre dos o más equipos terminales FUNCIONES: Gestión y control de diálogos Gestión de transacciones atómicas: RED ENLACE FÍSICO Gestión de tokens (cajeros y ATM’s) Sincronización (check points) Gestión de roll-outs Gestión de acceso a bases de datos compartidas Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Sesión Servicios proporcionados: Disciplina del diálogo. Full-dúplex o Semi-dúplex Agrupamiento. Marcar datos del flujo para definir grupos de datos Recuperación. Mecanismo de puntos de comprobación, para conseguir eficiencia en retransmisiones Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 6 Niveles Superiores Los niveles superiores (5 a 7) proporcionan servicios orientados al usuario, para que éste no tenga que implantarlos de nuevo para cada aplicación individual Los servicios integrados en niveles superiores suponen que subyace un canal libre de errores Los niveles inferiores (1 a 4) proporcionan comunicación fiable extremo a extremo Los niveles 1 a 3 forman parte de la subred de comunicaciones (responsabilidad del operador) Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Transporte APLICACIÓN PRESENTACIÓN SESIÓN TRANSPORTE RED ENLACE FÍSICO OBJETIVO: Proporcionar transporte de datos, extremo a extremo (entre las máquinas origen y destino), con fiabilidad y eficiencia FUNCIONES: Transporte extremo a extremo Mejora de la fiabilidad Multiplexación o división Direccionamiento Control de flujo Diferentes tipos de transporte (Orientado a Conexión, No Orientado a Conexión, QoS, etc.) Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 7 Nivel Transporte Recibe datos de Sesión, los divide si es necesario y los pasa a Nivel de Red El otro extremo se asegura de que todos lleguen correctamente y eficientemente Homogeneiza el servicio, con independencia de la(s) subred(es) participante(s) Cumplimiento del objetivo de interconexión de redes heterogéneas Aísla capas superiores de cambios tecnológicos Puede mejorar la QoS de la red subyacente Parámetros negociables en la conexión: Cadencia Retardo Probabilidad de error residual Prioridad Otros Servicios Orientados a Conexión, No Orientados a Conexión y Difusión Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Transporte Puede multiplexar varias conexiones de Sesión en una de Transporte para reducir gastos También puede dividir una conexión de Sesión en varias conexiones de Red para aumentar el caudal de datos SESION SESION TRANPORTE TRANPORTE RED RED MULTIPLEXIÓN DIVISION Debe establecer un control de flujo entre los dos terminales (en Red y Enlace era entre máquinas vecinas), ya que los hosts no tienen porque trabajar a la misma velocidad Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 8 Nivel Transporte Direccionamiento: Direcciones de Nivel de Transporte reciben el nombre de TSAP (Transport Service Access Point) En general, se configuran mediante la dirección a Nivel de Red (NSAP) y el número de puerto de la aplicación a Nivel de Transporte Ejemplo: Internet NSAP dirección IP TSAP dirección IP + puerto local Ejemplo: Internet TCP (Transmission Control Protocol) [OC] UDP (User Datagram Protocol) [NOC] Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Red APLICACIÓN PRESENTACIÓN SESIÓN TRANSPORTE RED ENLACE OBJETIVO: Entregar paquetes en destino, con independencia de la topología de subred, atendiendo a un esquema de direccionamiento unívoco FUNCIONES: FÍSICO Direccionamiento, conmutación y encaminamiento Control de congestión Interconexión de redes heterogéneas Soporte a tareas de gestión administrativa: Contabilidad Tarificación Otros Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 9 Nivel Red Puede proporcionar dos tipos de servicios de Conmutación de Paquetes: Circuitos Virtuales Datagramas Circuitos Virtuales: Servicio Orientado a Conexión Se establece una ruta previa al envío de paquetes Mismo encaminamiento para todos los paquetes de una conexión ruta plasmada en las tablas de encaminamiento Cada paquete sólo lleva el número de circuito virtual No se trata de un camino dedicado (recursos) Circuito virtual, ruta y tablas de encaminamiento borradas en la desconexión Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Red Datagramas: Servicio No Orientado a Conexión Los paquetes de datos se empaquetan en unidades llamadas datagramas Cada datagrama se trata y encamina de forma independiente Algoritmos de encaminamiento se encargan de hacer llegar cada datagrama del origen al destino, adaptándose a congestiones y caídas de la subred Cada datagrama contiene la dirección completa del nodo destinatario Pueden llegar desordenados, duplicados o no llegar Es más seguro frente a congestiones y caídas Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 10 Funcionamiento externo Circuitos virtuales Datagramas Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Funcionamiento interno Circuitos virtuales Datagramas Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 11 Nivel Red Congestión y Control de Congestión ¿Qué ocurre cuando el Tráfico Ofrecido es superior al tráfico máximo que puede transportar la red? La red cursa el tráfico máximo Tráfico Cursado La red se congestiona y se bloquea ¿Qué algoritmo se utiliza para controlar la congestión? ¿Cómo se distribuye el algoritmo entre los diferentes nodos? ¿Valen los mismos algoritmos para servicios orientados a conexión y no orientados a conexión? Direccionamiento Identificar cada máquina de forma unívoca, permitiendo sinónimos Hacer eficiente el encaminamiento Ejemplo: Internet Protocolo IP (NOC), direcciones IP (Internet Protocol) Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Enlace APLICACIÓN PRESENTACIÓN SESIÓN TRANSPORTE RED ENLACE FÍSICO OBJETIVO: Proporcionar un servicio de transmisión fiable (libre de errores) entre dos equipos conectados mediante un enlace (medio físico) FUNCIONES: Establecimiento de un formato de trama Detección y corrección de errores de transmisión en las tramas Regular el flujo de tramas Proporcionar una interfaz normalizada al Nivel de Red, que incluya los mecanismos necesarios para la administración del enlace (activación, mantenimiento y liberación) Acceso a medio compartido (redes de difusión) Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 12 Nivel Enlace Delimitación de tramas: Servicio al Nivel de Red: flujo de bits flujo de tramas (marcos) Direccionamiento (en medio compartido) Servicio del Nivel Físico: flujo NO fiable de bits detección de errores En recepción necesario conocer el principio/fin de cada unidad para poder determinar los campos del marco Mecanismos: Temporizadores Cuenta de caracteres Patrones de inicio/fin Violaciones de codificación de Nivel Físico Gestión de errores: Mecanismos para detectar y/o corregir Preventivos: correctores/detectores Reactivos: detectores + retransmisión Confirmaciones positivas y negativas. ACK, NACK Plazos de retransmisión Números de secuencia Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Enlace Control de flujo: Adaptación de velocidades entre transmisor y receptor Mecanismo: El receptor informa al transmisor de cuánto y cuándo puede transmitir (similar a confirmaciones frente a errores) Muy relacionada con las técnicas de gestión de errores Familia de técnicas ARQ (Automatic Repeat Request) Parada y Espera, Vuelta Atrás N, Repetición Selectiva Servicios proporcionados: Servicio confirmado. Cada marco (trama) es reconocida individualmente (implícita/explícitamente) Servicio Orientado a Conexión. Las tramas pertenecen a una conexión, no son independientes. Existe concepto de conexión previa a la transferencia de datos: inicio, establecimiento transferencia liberación Servicios implementados: No Orientado a Conexión / No confirmado No Orientado a Conexión / Confirmado Orientado a Conexión / Confirmado Lógica de red: LLC Control del enlace de datos (redes punto a punto) MAC Control del acceso al medio (LAN’s, redes radio, etc.) Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 13 Nivel Físico APLICACIÓN PRESENTACIÓN SESIÓN TRANSPORTE RED ENLACE FÍSICO OBJETIVO: Transmitir bits a través de un canal de comunicaciones, teniendo en cuenta aspectos tales como la tensión, velocidad y modulación de la señal eléctrica u óptica, la uni/bidireccionalidad, los parámetros mecánicos y físicos de la conexión, sincronismos y delimitadores a nivel de bit, comienzo y fin de comunicación, etc. El medio físico (cable, fibra, etc.) subyacente NO FORMA PARTE DE ESTE NIVEL FUNCIONES: Transmisión de bits Recepción de bits Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Nivel Físico Abarca interfaz físico entre dispositivos y las reglas por las cuales se pasan bits de uno a otro Características: Mecánicas. Relaciona propiedades físicas de la interfaz con el medio de transmisión Eléctricas. Representación de los bits y tasa de transmisión de datos Funcional. Funciones realizadas por los circuitos individuales de la interfaz física entre un sistema y el medio de transmisión De procedimiento. Secuencia de eventos por los que se intercambia un flujo de bits a través del medio físico Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 14 Medios de transmisión Clasificación: Medios guiados: par trenzado, coaxial, fibra óptica Medios no guiados: microondas, ondas de radio, infrarrojos PAR TRENZADO: B: 250 KHz Vt: de hasta 4Mbps Amplificadores cada 5-6 Km Trenzado para inmunizar frente ruido Pares balanceados o no Telefonía y transporte de datos a poca distancia Apantallado (STP) o sin apantallar (UTP) Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Clasificación CABLE COAXIAL: B: 350 MHz Vt: 500 Mbps Repetidores 1-10 Km Inmune frente a interferencias TV, líneas troncales, LAN FIBRA ÓPTICA: B: 2 GHz Vt: 2 Gbps Repetidores 10-100 Km Mínima atenuación, aislamiento electromagnético Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 15 Clasificación Comparativa Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Clasificación MICROONDAS: Radiación entre 2 y 40 GHz Terrestre o vía satélite Haces altamente direccionales Repetidores 10-100 Km Velocidades de 100 Mbps en el canal Radioenlaces, conexiones entre edificios PaP, circuitos cerrados de TV ONDAS DE RADIO: Radiación de 30 MHz a 1 GHz Se emplea sobre todo para difusión Atenuación menor que microondas Interferencias por multitrayectorias (reflexiones) Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 16 Codificación Motivación: Aprovechar ancho de banda Sincronización. A partir de la señal que mando me gustaría poder recuperar el reloj del emisor Inmunidad ante el ruido e interferencias Abaratar los costes Disminuir la complejidad Codificación en línea: Canal digital en banda base sin ruido Transmitir información digital mediante señales digitales Representación de los símbolos mediante variación del nivel de tensión transmitido Ejemplos: NRZ Binario Multinivel: AMI, Pseudoternario Bifase: Manchester, Manchester diferencial, Miller Multinivel Técnicas de Altibajos: B8ZS, HDB3 Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Modelo de referencia TCP/IP TCP/IP creado en 1974: Empleado en ARPANET, bajo patrocinio de DoD Capacidad de conexión de múltiples redes de una manera sencilla Exigencia de permanencia de la comunicación mientras funcionan los host extremos Triunfo de modelo TCP/IP sobre OSI: Protocolos TCP-IP especificados y empleados antes de la normalización de ISO Necesidad operacional de interconexión inmediata del DoD que impulsó su uso mientras duraba la especificación de OSI Internet está construida sobre TCP/IP, lo que ha cimentado su crecimiento Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 17 Modelo de referencia TCP/IP OSI TCP/IP APLICACIÓN APLICACIÓN PRESENTACIÓN SESIÓN TRANSPORTE TRANSPORTE RED INTERRED ENLACE NODO A RED FÍSICO Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Capa Aplicación Contiene los protocolos de alto nivel TELNET FTP SMTP DNS HTTP Etc. Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 18 Capa Transporte Permitir comunicaciones entre las entidades pares de los nodos origen y destino (extremo a extremo) TCP (Transmission Control Protocol): Protocolo Orientado a Conexión Proporciona transporte fiable, extremo a extremo, sobre red no fiable Definido en RFC’s 793, 1122, 1323 Funciones: Fragmenta corriente de datos de Aplicación en paquetes que pasa a la Capa Interred Reconstruye (reordena y solicita retransmisiones) en destino Control de flujo Gestiona niveles de urgencia UDP (User Datagram Protocol): Protocolo No Orientado a Conexión Proporciona transporte no fiable Funciones: Aplicaciones que no necesitan secuenciación ni control de flujo Consultas de petición-respuesta Aplicaciones RT Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Capa Interred Elección de una red de conmutación de paquetes no orientada a conexión no fiable Nodos inyectan paquetes en cualquier red y son encaminados de forma independiente Pueden llegar desordenados (ordenación, si se precisa, en capas superiores) Define formato de paquete y protocolo IP (Internet Protocol) Gestión de datagramas (PDU’s) Fragmentación y reconstrucción de datagramas Entregar datagramas IP a su destino encaminamiento Control de congestión Direccionamiento Funcionalidad similar a Nivel de Red de OSI Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 19 Capa Nodo a Red No está especificada en el modelo El nodo debe conectarse a la red haciendo uso de algún protocolo que permita enviar los datagramas IP El protocolo varía de un nodo a otro y de red a red Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Modelo referencia TCP/IP Protocolos y redes en el modelo TCP/IP inicial Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 20 Comparativa entre modelos Comparativa desde el punto de vista de modelos, no de pila de protocolos OSI: Distingue claramente entre interfaces, servicios y protocolos Desarrollado modelo antes que protocolo los protocolos podían no cuadrar dentro del modelo Soporta OC y NOC en Red y NOC y OC en Transporte Capas 5 y 6 delgadas, 2 y 3 gruesas TCP/IP: Originalmente no distinguía los 3 conceptos, ahora trata de ajustarse a OSI Desarrollados protocolos antes que modelo el modelo no sirve para explicar otras redes no TCP/IP Soporta NOC en Red y OC y NOC en Transporte No define capas 1 y 2 Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Tema 4. Modelos de referencia Arquitecturas de Redes Andrés Navarro Guillén Andrés Navarro Guillén 21
