FUNDAMENTOS DE REDES Arquitectura de Redes Modelo de referencia OSI y TCP/IP Dolly Gómez Santacruz dollygos@univalle.edu.co Arquitectura de Redes Introducción ➲ ➲ ➲ Las comunicaciones en redes son complejas, y comprender detalladamente su funcionamiento como un todo es a menudo abrumador sino imposible. La estructura de una red se encuentra compuesta por niveles. Los niveles interactúan para resolver el problema de las comunicaciones. Arquitectura de Redes ➲ La subdivisión en niveles específica las diferentes funciones y servicios de los diferentes niveles en un stack de PROTOCOLOS. ● Los niveles inferiores prestan servicios a los superiores ● Cada nivel provee unos servicios ● Los servicios son definidos por los protocolos ● Los puntos de acceso al servicio (SAP) son los puntos de conexión entre niveles. Arquitectura de Redes ➲ Diálogo Real Arquitectura de Redes ➲ Diálogo Virtual Arquitectura de Redes ➲ Objetivos de la estructura por niveles: ● Conectividad ● Modularidad ● Facilidad de implantación ● Facilidad de uso ● Confiabilidad ● Facilidad de modificación Arquitectura de Redes Protocolo ● Representa comunicaciones entre distintos dispositivos lógicos o físicos localizados en la misma capa. (Comunicaciones Horizontales) ➲ Interface ● Representa comunicaciones entre capas adyacentes dentro del mismo dispositivo. (Comunicaciones Verticales) ➲ Arquitectura de Redes ➲ Protocolos e Interfaces Capa 5 Interface | 4/5 Interface 3/4 Capa 4 Capa 3 Interface 2/3 Capa 2 Interface 1/2 Capa 1 Protocolo capa 5 Protocolo capa 4 Protocolo capa 3 Protocolo capa 2 Protocolo capa 1 Medio Físico Capa 5 Capa 4 Capa 3 Capa 2 Capa 1 Arquitectura de Redes ➲ Arquitectura de red ● Un conjunto de capas y protocolos ➲ Pila de protocolos ● El conjunto de protocolos utilizados en una arquitectura de red MODELO DE REFERENCIA OSI Introducción ➲ ➲ ➲ ➲ ➲ Un modelo de referencia es una visión que define el alcance, estructura, y mecanismos de un sistema. Una capa se crea donde se requiera de un diferente nivel de abstracción. Se precisa la intercomunicación con otras capas por medio de funciones o servicios. Cada capa realiza una función bien definida La función de cada capa debe ser elegida teniendo en cuenta la definición de protocolos estandarizados internacionales. Modelo de referencia OSI Historia ➲ ➲ En la década de 1970 dos proyectos iniciaron con la misma meta: “Definir un estándar unificado para la arquitectura de sistemas de redes”. Uno fue llevado a cabo por la ISO y otro por la CCITT*. Estos documentos fueron unidos en 1983 y publicados en 1984 como “El modelo básico de referencia para la interconexión de sistemas abiertos” o “Modelo OSI”. *: International Telegraph and Telephone Consultative Committee Modelo de referencia OSI ➲ “El modelo OSI: Es el modelo de protocolos más citado en la industria actual, y aún así, ninguno de los protocolos de redes populares lo siguen directa y completamente” ➲ El modelo OSI describe las funciones y el comportamiento de cada uno de los niveles, pero no su implementación. 7. Aplicación Interface capa 6/7 Modelo de referencia OSI Interfaces 6.Presentación Interface capa 5/6 5. Sesión Interface capa 4/5 4.Transporte Interface capa 3/4 3. Red Interface capa 2/3 2. Enlace de Datos Interface capa 1/2 1. Física Modelo de referencia OSI ➲ Para definir el comportamiento de un nivel se debe especificar: ● Los servicios que ofrece al nivel superior ● El protocolo que se lleva a cabo entre entidades (elementos activos en las capas pueden ser software “procesos”, o hardware “chips inteligentes de I/O”) de ese nivel para ofrecer sus servicios, implementado gracias a los servicios que ofrece el nivel inmediatamente inferior. Modelo de referencia OSI Encapsulación ➲ ➲ ➲ ➲ ➲ Las comunicaciones horizontales (excepto en capa física) son lógicas. PDUs (Protocol Data Units) Un PDU capa n es un mensaje completo que implementa el protocolo capa n. En el proceso de encapsulación, un PDU capa n es un SDU (Service Data Unit) capa n-1 PDU(n)= Encabezados(n) + PDU(n+1) + Terminal(n) Encapsulación Modelo de referencia OSI Protocolos 7. Aplicación Protocolo capa 7 7. Aplicación 6.Presentación Protocolo capa 6 6.Presentación 5. Sesión Protocolo capa 5 5. Sesión 4.Transporte Protocolo capa 4 4.Transporte 3. Red 2. Enlace de Datos 1. Física Protocolo capa 3 Protocolo capa 2 Protocolo capa 1 3. Red 2. Enlace de Datos 1. Física Modelo de referencia OSI PDUs 7. Aplicación PDU DE APLICACIÓN 6.Presentación PDU DE PRESENTACIÓN 5. Sesión PDU DE SESIÓN 4.Transporte SEGMENTOS 3. Red PAQUETES - DATAGRAMAS 2. Enlace de Datos TRAMAS 1. Física BITS Modelo de referencia OSI “Un modelo de referencia para comunicaciones en capas en un ambiente de redes” 7. Aplicación 7. Funciones de usuario final (Transferencia de archivos e-mail, páginas web, etc) 6.Presentación 6. Formato de datos. Representación, codificación, compresión y cifrado de datos 5. Sesión 5. Iniciar establecer, mantener y finalizar una sesión 4.Transporte 4. Manejo de errores y transparencia en la transmisión. Detección y corrección de errores 3. Red 3. Direccionamiento y enrutamiento de los paquetes en la red 2. Enlace de Datos 2. Método de acceso o estrategia para compartir el medio físico de transmisión 1. Física 1. Características eléctricas y mecánicas de la red (cables, conectores, señales eléctricas, etc) Modelo de referencia OSI ➲ Capa 1 (Física) ● Define especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. ● Niveles de voltaje, señalización, distancias de transmisión, conectores, cables, diámetro de fibras, transceivers, etc ● Implementa un enlace de bits no confiable ● Medios guiados y no guiados ● Sincronización receptor y transmisor ● La unidad de datos son los bits. ➲ Modelo de referencia OSI Capa 2 (Enlace de Datos) ● Ensambla los bits de la capa física en grupos de tramas (protocolos de red) y asegura su correcto envío. ● Proporciona un tráfico de datos libre de errores a través de un enlace físico. ● Direccionamiento físico, topologías lógicas de red, métodos de acceso al medio, notificación de errores, etc ● El transmisor numera los paquetes y les adiciona los bits necesarios para la detección de error a nivel de enlace (Costoso) ● Intercambia tramas de reconocimiento entre los extremos Modelo de referencia OSI ➲ Capa 3 (Red) ● Proporciona conectividad, selección de caminos entre dos sistemas (enrutamiento) dependiente de costo, cantidad y calidad del servicio ● Direccionamiento lógico: El direccionamiento físico de la capa de enlace de datos manipula el problema del direcciones localmente. Pero si un paquete pasa de la frontera de la red, se necesita otro sistema de direccionamiento para ayudar a distinguir los sistemas fuente y destino ● Enrutamiento a través de tablas estáticas o dinámicas, fragmentación, reenvío, etc. ● Resuelve la interconexión entre redes heterogéneas. ● Unidad de información es el PAQUETE ➲ Modelo de referencia OSI Capa 4 (Transporte) ● Es la responsable del envío fuente a destino (extremoextremo) del mensaje entero. La capa de red supervisa el envío extremo-extremo de paquetes individuales, no reconoce cualquier relación entre esos paquetes. ● Proporciona servicios de comunicación confiable de extremo a extremo o servicios de comunicación rápida sin garantía de orden ni entrega; servicios orientados a la conexión y no orientados a la conexión; segmenta y ordena datos; multiplexa conexiones simultáneas de transporte en una única de red ● Fragmenta datos de la capa superior en unidades menores si es necesario ● Puertos, sesiones, control de flujo, recuperación de errores, controla el flujo: Previene el desbordamiento del receptor Modelo de referencia OSI ➲ Capa 5 (Sesión) ● Establece, administra y finaliza las sesiones entre dos extremos, control de diálogo, sincronización. ● Administra el control de diálogo en conexiones de tráfico alternante. ● Suministra el dialogo entre dos computadores. ● Actúa como interfaz entre el usuario y la red, gestionando el establecimiento de la conexión entre procesos remotos Modelo de referencia OSI ➲ Capa 6 (Presentación) ● Asegura que la información enviada a la capa de presentación del otro sistema pueda ser interpretada correctamente. Verificación de sintaxis y semántica de la información que se transmite. Traducción o conversión de formatos, cifrado, compresión, etc. ● JPG, BMP, MIDI, ASCII, Unicode, etc. Modelo de referencia OSI ➲ Capa 7 (Aplicación) ● La capa de aplicación es usada por aplicaciones que usan los usuarios. Define protocolos a nivel de aplicaciones. ● Lleva los servicios de red al usuario final ● Los servicios pueden incluir: Comprobación de passwords, bases de datos distribuidas, transferencia de archivos, conexión remota, correo ● HTTP, Telnet, SMTP Modelo de Referencia TCP/IP ➲ Desarrolladores del conjunto de protocolos TCP/IP crean su propio modelo de arquitectura para ayudar a describir los componentes y funciones de TCP/IP. ➲ Modelo “TCP/IP”, “DARPA”, “DOD”, etc. ➲ Sin importar que modelo se usa para representar la arquitectura de una red, las funciones que cada modelo representa son en principio, las mismas. Modelo de Referencia TCP/IP 4. Aplicación 3.Transporte 2. Internet 1. Acceso a la red Modelo TCP/IP vs Modelo OSI 7. Aplicación 7. Aplicación ➲ Se usan 4 capas que se relacionan con las 6 capas superiores del modelo OSI. ➲ El modelo TCP/IP no toma en cuenta las funciones de la capa física del modelo OSI. La capa “Acceso a la red” es considerada el punto de interfaz entre el conjunto de protocolos TCP/IP y el hardware de red. 6.Presentación 5. Sesión 4.Transporte 4.Transporte 2. Internet 3. Red 1. Acceso a la red 2. Enlace de Datos Hardware 1. Física Modelo de referencia TCP/IP ➲ Capa 1 (Acceso a la red) ● Punto de interacción o interfaz entre la red local y los protocolos TCP/IP. ● Responsable de aceptar paquetes IP y realizar su transmisión sobre una red específica. Modelo de referencia TCP/IP ➲ Capa 2 (Internet) ● Al igual que la capa 3 del modelo OSI, recibe la petición de enviar un segmento de la capa de transporte y una dirección de destino para el paquete. ● Se encarga de direccionamiento lógico, enrutamiento, fragmentación, reenvío, etc. ● Se define un formato de paquete y protocolo IP (Internet Protocol), definido como de mejor esfuerzo ● IP, RIP, OSPF, ICMP, IPv6 Modelo de referencia TCP/IP ➲ Capa 3 (Transporte) ● Proporciona servicios de comunicación confiable de extremo a extremo o servicios de comunicación sin garantía de entrega, segmenta y ordena datos, multiplexa conexiones simultáneas. ● Define como una pareja de entidades de aplicación realiza una conversación sobre el protocolo IP. Modelo de referencia TCP/IP ➲ Capa 3 (Transporte) ● Realiza detección/corrección de errores y control de flujo. ● Identifica la aplicación específica de origen y destino. ● Define dos protocolos: TCP y UDP ● TCP (Transmission Control Protocol) Protocolo confiable, orientado a la conexión, permite que un flujo de bytes sea entregado a la máquina destino sin errores y en correcto orden. Realiza fragmentación de los mensajes y control de flujo. Modelo de referencia TCP/IP ➲ Capa 3 (Transporte) ● UDP:UDP (User datagram protocol): Protocolo no confiable, no orientado a la conexión, permite mejores tiempos de respuesta o el uso de controles diferentes a los de TCP Modelo de referencia TCP/IP ➲ Capa 4 (Aplicación) ● Representa la capa 5, 6 y 7 del modelo OSI. ● Aunque parezca malo abarcar tantos detalles en una sola capa, es conceptualmente bueno pues elimina los límites difusos (y en términos prácticos, arbitrarios) existentes en las capas superiores del modelo OSI. ● Abarca todos los protocolos de alto nivel: HTTP, FTP, SMTP, SNMP, DHCP, DNS,etc Comparación entre modelo OSI y TCP/IP Aporte fundamental del modelo OSI ● Conceptos ● Definen las funciones de una capa ● Define como las capas superiores acceden a los servicios de las capas inferiores ➲ Aporte fundamental del modelo TCP/IP ● Una tecnología real ● Primero se crearon los protocolos y el modelo vino después ➲ Comparación entre modelo OSI y TCP/IP OSI ● Mala tecnología (7 capas reiteración de funciones) ● Mala implementación ➲ TCP/IP ● Faltan conceptos ● No se define la capa física ● Cuando se estandarizaron los protocolos de OSI ya hacia tiempo que los protocolos TCP/IP estaban en uso en el mundo académico. ➲
