arquitectura de comunicaciones

Introducción 2-1

Arquitectura de Comunicaciones

Modelo OSI y TCP/IP

Introducción 2-2

Concepto de Red:Conexión de cualquier conjunto de computadoras, impresoras, routers, switches, y otros dispositivos, con el fin de enviar comunicación por un medio de transmisiónLa red permite la comunicación entre diferentes tipos de computadoras, independientemente de la plataforma, ya sea Macintosh, una PC de escritorio o un mainframe. Lo más importante en una red es que todos los dispositivos que intervienen dialoguen en el mismo idioma, es decir, con el mismo protocolo.

Tipos de redes:LAN - Red de área local: Red de datos de alta velocidad y bajo nivel de error que cubre un área geográfica relativamente pequeña. Las LANs conectan estaciones de trabajo, periféricos, terminales y otros dispositivos en un único edificio u otra área geográficamente limitada. Los estándares de LAN especifican el cableado y señalización en las capas física y de enlace datos del modelo OSI. El acceso al medio (cable) puede ser Ethernet, FDDI y Token Ring , tecnologías LAN ampliamente utilizadas.

MAN - Red de área metropolitana: Red que abarca un área metropolitana. En general, una MAN abarca un área geográfica más vasta que una LAN, pero cubre un área geográfica más pequeña que una WAN.

WAN - Red de área amplia: Red de comunicación de datos que conecta a usuarios ubicados a través de una amplia zona geográfica.

Topologías:La topología de una red es el diseño y disposición física de los componentes de la red (computadoras, cableado, hubs, switchs, routers).

Introducción 2-3

Tipos de cables

Tipo CableAncho de banda

(Bits por segundo)

Longitud máxima(metros)

Topología

10 Base 5 Coaxil Grueso 10 Mb 500 Bus

10 Base-T UTP Cat 5 10 Mb 100 Estrella

10 Base-FLFibra óptica multimodo

10 Mb 2000 Estrella

100 Base –Tx UTP Cat 5 100 Mb 100 Estrella

100 Base – Fx

Fibra óptica multimodo 100 Mb 2000 Estrella

100 Base-T UTP Cat 5 1000 Mb 100 Estrella

Introducción 2-4

Necesidad de las arquitecturas de comunicaciones

• Entre los requerimientos necesarios para un diseño de una red de datos están:– Proporcionar conectividad general de manera robusta, equitativa y

económica para una gran cantidad de computadores.– Ser lo suficientemente flexible para evolucionar y ajustarse a los

cambios tecnológicos y a los requerimientos de las nuevas aplicaciones que aparecen constantemente.

• Para afrontar esta complejidad, los diseñadores de redes han creado unos modelos generales –usualmente llamados arquitecturas de comunicaciones- que ayudan en el diseño y la implementación de las redes.

Introducción 2-5

Modelo de capas y los protocolos

• Cuando un sistema se vuelve complejo, el diseñador del sistema introduce otro nivel de abstracción.– La idea de una abstracción es definir un modelo

unificador que capture los aspectos importantes del sistema y oculte los detalles de cómo fue implementado.

• El reto es identificar las abstracciones que simultáneamente sean útiles en un amplio número de situaciones y, a la vez, puedan ser implementadas eficientemente.

Introducción 2-6

Modelo de capas y los protocolos

• En sistemas en red, la abstracción lleva al concepto del modelo de capas.– Se comienza con servicios ofrecidos por la capa física y luego se

adiciona una secuencia de capas, cada una de ellas ofreciendo un nivel de servicios más abstracto.

• Un modelo de capas ofrece dos características interesantes:– Descompone el problema de construir una red en partes más

manejables (no es necesario construir un sistema monolítico que hace todo)

– Proporciona un diseño más modular (si se quiere colocar un nuevo servicio, sólo se debe modificar la funcionalidad de una capa)

Introducción 2-7

Proceso de un viaje aéreo como una serie de pasos

tiquete (compra)

equipaje (entrega)

embarque

despegue

Vuelo

tiquete (recobro)

equipaje (recogida)

desembarque

aterrizaje

Vuelo

Ruta de vuelo

Introducción 2-8

Proceso de un viaje aéreo en capas de servicios

Entrega mostrador a mostrador de [personas y equipaje]

Traslado de equipaje: entrega-recogida

Traslado de personas: embarque-desembarque

Traslado de la aeronave: pista a pista

Ruta de vuelo desde el origen hasta el destino

Capas: cada capa implementa un servicio a través de las acciones internas a la capa y solicitando el servicio proporcionado por una capa inferior

Introducción 2-9

Implementación distribuida de la funcionalidad de las capas

tiquete (compra)

equipaje (entrega)

embarque

despegue

Vuelo

tiquete (recobro)

equipaje (recogida)

desembarque

aterrizaje

Vuelo

ruta de vuelo

Salid

a

Aero

puert

o

Llegada

Aero

puert

o

tráfico aéreo intermedio

ruta de vuelo ruta de vuelo

Introducción 2-10

Otra vez: ¿Por qué utilizar capas?• Permite trabajar con sistemas complejos

– una estructura explícita permite la identificación de las partes del sistema complejo y la interrelación entre ellas

• modelo de referencia de capas para discusiones

– la modularidad facilita el mantenimiento y la actualización del sistema

• cambios que se realicen en la implementación de un servicio de una capa es transparente para el resto del sistema

Introducción 2-11

Arquitectura OSI

• ¿Qué es OSI?– Una sigla: Open Systems Interconnection– Conceptualmente: arquitectura general requerida

para establecer comunicación entre computadoras• OSI puede verse de dos formas:

– como un estándar– como un modelo de referencia

Introducción 2-12

OSI es un estándar

• El desarrollo inicial de las redes de computadores fue promovido por redes experimentales como ARPANet y CYCLADES, seguidos por los fabricantes de computadores (SNA, DECnet, etcétera).– Las redes experimentales se diseñaron para ser

heterogéneas (no importaba la marca del computador). Las redes de los fabricantes de equipos tenían su propio conjunto de convenciones para interconectar sus equipos y lo llamaban su “arquitectura de red”

Introducción 2-13

OSI es un estándar

• La necesidad de interconectar equipos de diferentes fabricantes se hizo evidente.

• En 1977, la ISO (International Organization for Standarization) reconoció la necesidad de crear estándares para las redes informáticas y creó el subcomité SC16 (Open Systems Interconnection)

• La primera reunión de éste subcomité se llevo a cabo en marzo de 1978. El modelo de referencia OSI fue desarrollado después de cerca de 18 meses de discusión.

Introducción 2-14

OSI es un estándar

• El modelo OSI fue adoptado en 1979 por el comité técnico TC97 (procesamiento de datos), del cual dependía el subcomité SC16

• OSI fue adoptado en 1984 oficialmente como un estándar internacional por la ISO (International Organization of Standards).

• Ahora es la recomendación X.200 de la ITU (International Telecommunication Union) y la norma ISO/IEC 7498-1

Introducción 2-15

OSI como Modelo de Referencia

• OSI es un modelo de referencia que muestra como debe transmitirse un mensaje entre nodos en una red de datos

• El modelo OSI tiene 7 niveles de funciones• No todos los productos comerciales se

adhieren al modelo OSI• Sirve para enseñar redes y en discusiones

técnicas (resolución de problemas).

Introducción 2-16

¿En qué se fundamenta OSI?

• La idea principal en el modelo OSI es que el proceso de comunicación entre dos usuarios en una red de telecomunicaciones puede dividirse en niveles (capas)

• En el proceso de comunicación cada nivel pone su granito de arena: el conjunto de funciones que ese nivel “sabe” hacer.

Introducción 2-17

¿Cómo opera el modelo OSI?

• Los usuarios que participan en la comunicación utilizan equipos que tienen “instaladas” las funciones de las 7 capas del modelo OSI

• En el equipo que envía:• El mensaje “baja” a través de las capas del modelo OSI.

– En el equipo que recibe:• El mensaje “sube” a través de las capas del modelo OSI

Introducción 2-18

Operación: 1ª aproximación

En la vida real, las 7 capas de funciones del modelo OSI están normalmente construidas como una combinación de:

1. Sistema Operativo (Windows XP, Win2003, Mac/OS ó Unix)2. Aplicaciones (navegador, cliente de correo, servidor web)3. Protocolos de transporte y de red (TCP/IP, IPX/SPX, SNA)4. Hardware y software que colocan la señal en el cable conectado al computador (tarjeta de red y driver)

Al recibirel mensaje“sube”

Al enviarel mensaje“baja”

El mensaje “viaja” a través de la red

Nodo A Nodo B

Introducción 2-19


Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7Al enviarel mensaje“baja”

Al recibirel mensaje“sube”

RED

Nodo A Nodo B

Las capas del modelo OSI reciben un nombre de acuerdo a su función.

Introducción 2-20

Implementación de las capas OSI

• Las dos primeras capas (física y enlace) generalmente se construyen con hardware y software – El cable, el conector, la tarjeta de red y el driver de

la tarjeta pertenecen a los niveles 1 y 2• Los otros cinco niveles se construyen

generalmente con software

Introducción 2-21

Comunicación entre capas

• Cada capa ofrece un conjunto de funciones para la capa superior y utiliza funciones de la capa inferior

• Cada capa, en un nodo, se comunica con su igual en el otro nodo

Capa A

Capa B

Capa A

Capa B

NODO 1 NODO 2

Introducción 2-22

Servicios, Interfaces y Protocolos

• El modelo OSI distingue entre:– Servicios (funciones): Qué

hace la capa– Interfaces: Cómo las capas

vecinas pueden solicitar/dar servicios

– Protocolos: Reglas para que capas “pares” se comuniquen

Capa A

Capa B

Capa A

Capa B

NODO 1 NODO 2

Introducción 2-23

5. Sesión Sesión

4. Transporte Transporte

3. Red Red

2. Enlace de datos LLC MAC Enlace de datos

1. Física Física

7. Aplicación Aplicación

6. Presentación Presentación

A B

Protocolo de Aplicación

Protocolo de Presentación

Protocolo de Sesión

Protocolo de Transporte

Coaxil – UTP – Fibra Optica

APDU

PPDU

SPDU

TPDU

SEGMENTO

Unidad deIntercambio

Capas

Repetidor Hub

Puente Switch

Router

SMTP-FTP-SNMP-HTTP-TELNET

Compresión-Cifrado-Formato de datosPICT-JPEG-TIFF—MPEG-MIDI-ASCII-EBCDIC

NFS-SQL-RPC-DNA-ASP

TCP-UDP

Repetidor Hub

IP-IPX

Protocolos

NICEthernetIEEE 802.3IEEE 802.5

NICEthernetIEEE 802.2

PAQUETE

TRAMA

BIT

Introducción 2-24

Otra forma de ver los protocolos y las interfaces

• Otras personas incluyen la “interfaz” y el “protocolo” del modelo OSI como parte del Protocolo.

• El protocolo provee un servicio de comunicaciones que elementos (objetos) con un nivel más alto en el modelo de capas (como los procesos de aplicaciones o protocolos de más alto nivel) utilizan para intercambiar mensajes.

• En este caso, cada protocolo define dos interfaces diferentes– Una interfaz de servicio hacia otros objetos dentro del mismo computador que

desean utilizar el servicio de comunicaciones del protocolo. Esta interfaz define las operaciones que los objetos locales pueden solicitar al protocolo (es la interfaz de OSI).

– Una interfaz entre pares (peer-to-peer). Define la forma y el significado de los mensajes intercambiados entre implementaciones del mismo protocolo pero ejecutándose en diferentes nodos para establecer el servicio de comunicaciones (es el protocolo de OSI).

Introducción 2-25

Otra forma de ver los protocolos y las interfaces

Nodo 1

Protocol

Objeto de alto nivel

Interfaz deServicio

Interfaz Peer-to-peer

Nodo 2

Protocol

Objeto de alto nivel

Introducción 2-26

Más sobre protocolos

• Excepto en la capa física, la comunicación entre pares es indirecta.– Cada protocolo se comunica con su “par” pasando los mensajes a otro

protocolo de una capa inferior.

• Hay que recordar que la palabra protocolo se usa en dos sentidos:– Algunas veces hace referencia a la abstracción de las interfaces

(operaciones definidas por la interfaz de servicio y la interfaz entre pares)

– Otras veces se refiere al módulo –programa- que implementa en la realidad las dos interfaces.

Introducción 2-27


Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

RED

Nodo A Nodo B

DATOS

DATOS

DATOS

DATOSHeader 4

Header 3

Header 2

Unidades de Información

Puede contenerencabezados delas capas 5, 6 y 7

Mensaje

Paquete

Frame

bits

Introducción 2-28

Encapsulación• Cuando un protocolo de una capa superior envía datos a su par en

otro nodo, los entrega al protocolo de la capa inferior.– El protocolo de la capa inferior no sabe si el protocolo de nivel superior

envía una imagen, un correo o una secuencia numérica.• Luego el protocolo del nivel inferior, para crear su mensaje, agrega

una información de control (header) que es utilizada entre pares para comunicarse entre ellos.– Esta información de control generalmente es colocada al iniciar el

mensaje. En algunos casos se anexa información de control al final del mensaje y la llaman trailer.

• A los datos entregados por el protocolo de la capa superior, dentro del mensaje, se le llama cuerpo del mensaje o payload.

• La operación de “meter” el mensaje del nivel superior detrás de un header o cabecera en el mensaje de nivel inferior se llama encapsulación.

Introducción 2-29

Multiplexamiento y demultiplexamiento

• En de cada una de las capas de un modelo de comunicaciones se pueden alojar varios procolos.

• Por esto razón, dentro del header que agrega un protocolo al construir el mensaje para su par, ubicado en otro nodo, debe incluir un identificador para indicar a qué protocolo o servicio de la capa superior le pertenece el “payload”.– Este identificador es conocido como llave de multiplexación (demux key)

• Cuando el mensaje llega al nodo destino, el protocolo que lo recibe debe retirar el header, mirar la llave de multiplexación y entregar (demultiplexar) la carga útil (payload) al protocolo o aplicación correctos en la capa superior.– En los headers, las llaves de multiplexación se implementan de diferentes

maneras: diferentes tamaños (un byte, dos bytes, cuatro bytes) o algunos colocan sólo la identificación de la aplicación destino, otros colocan la aplicación origen y la destino.

Introducción 2-30

Operación: 4ª aproximación (1)

Enlace (2)

Física (1)

Usuario en el Nodo A envía el mensaje “Tengo una idea.”

H4H3

Tengo una idea.

Tengo una idea.

Teng o una idea.H3

H4

H2 H4H3 Teng T2 o una idea.H3H2 T2


Tengo una idea.

Tengo una idea.

Red (3)

Transp. (4)

Sesión (5)

Los datos se encapsulan y se registraa qué protocolo de la capa superiorle pertenece la carga útil (payload)

Introducción 2-31

Operación: 4ª aproximación (2)

Física (1)

Usuario en el Nodo B recibe el mensaje “Tengo una idea.”

H4H3

Tengo una idea.

Tengo una idea.

Teng o una idea.H3

H4



Tengo una idea.

Tengo una idea.

Enlace (2)

Red (3)

Transp. (4)

Sesión (5)

Para entregar el mensaje al protocolocorrecto, dentro de una capa, se usala llave de multiplexación.

Introducción 2-32

Los 7 Niveles del modelo OSI

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicaciones de Red: transferencia de archivos

Formatos y representación de los datos

Establece, mantiene y cierra sesiones

Entrega confiable/no confiable de “mensajes”

Entrega los “paquetes” y hace enrutamiennto

Transfiere “frames”, chequea errores

Transmite datos binarios sobre un medio

Nivel OSI Función que ofrece

Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver determinados problemas de la comunicación (“divide y vencerás”)

Introducción 2-33

Introducción 2-34

Nivel Físico (Capa 1)

• Define las características mecánicas, eléctricas y funcionales para establecer, mantener, repetir, amplificar y desactivar conexiones físicas entre nodos– Acepta un “chorro” de bits y los transporta a través

de un medio físico (un enlace)– Nivel de voltaje, sincronización de cambios de

voltaje, frecuencia de transmisión, distancias de los cables, conectores físicos y asuntos similares son especificados en esta capa.

Introducción 2-35

• Sus principales funciones se pueden resumir como:• Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la

comunicación: cable de pares trenzados (o no, como en RS232/EIA232), coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica.

• Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos.

• Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico).

• Transmitir el flujo de bits a través del medio.• Manejar las señales eléctricas/electromagnéticas• Especificar cables, conectores y componentes de interfaz con el

medio de transmisión, polos en un enchufe, etc.

http://es.wikipedia.org/wiki/Enchufe

MEDIOS DE TRANSMISION DE DATOS

CLASES DE MEDIOS DE TRANSMISION

• MEDIOS GUIADOS.Son aquellos que proporcionan un conductor de un dispositivo al otro e

incluyen, cables de pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra óptica.

• MEDIOS NO GUIADOS.Transportan ondas electromagnéticas sin usar un conductor físico. En su lugar

las señales se radian a través del aire.

CLASES DE MEDIOS GUIADOS

CABLE DE PAR TRENZADO• El cable de par trenzado se presenta de dos formas: sin blindaje y

blindado.• CABLE DE PAR TRENZADO SIN BLINDAJE (UTP). Es el tipo mas frecuente de medio de comunicación que se usa

actualmente. Esta formado por dos conductores (cobre), cada uno con su

aislamiento de plástico de color, tiene un color asignado a cada banda para su identificación. Los colores se usan tanto como para identificar los hilos específicos de un cable como parta indicar que cables pertenecen a un par.

Un cable trenzado esta formado por dos hilos, cada uno de los cuales esta recubierto de material aislante.

RANGO DE FRECUENCIAS PARA UN CABLE DE PAR TENZADO

EFECTO DEL RUIDO SOBRE LAS LINEAS PARALELAS.

EFECTO DEL RUIDO EN LINEAS DE PAR TRENZADO

CABLE CON CINCO PARES DE HILOS TRENZADOS SIN BLINDAJE

• Las ventajas del UTP son sus costos y su facilidad de uso. El UTP es barato, flexible y fácil de instalar. En muchas tecnologías de LAN, incluyendo Ethernet y anillo, se usa UTP de gama alta.

• CATEGORIAS DE LA EIA UTP.Categoría 1.Categoría 2.Categoría 3.Categoría 4Categoría 5.

CONEXIÓN UTP

CABLE DE PAR TRENZADO BLINDADO (STP)

• Tiene una funda de metal o un recubrimiento de malla

entrelazada que rodea cada par de conductores aislados.

Tiene las mismas consideraciones de calidad y se usan los mismos conectores que el UTP, pero es necesario conectar el blindaje a tierra. Los materiales y los requisitos de fabricación del STP son mas caros que los del UTP, pero dan como resultado cables menos susceptibles al ruido.

CABLE COAXIAL• Transporta señales con rangos de frecuencias mas altos que los cables

de pares trenzados, en parte debido a que ambos medios están construidos de forma bastante distinta.

En lugar de tener dos hilos, el cable coaxial tiene un núcleo conductor central formado por un hilo solidó o enfilado (cobre) recubierto por un material aislante de material dialéctico.

ESTANDARES DE CABLE COAXIAL

• Los distintos diseños del cable coaxial se pueden categorizar según sus clasificaciones de radio del Gobierno.

RG-8 Usado en Ethernet de cable grueso.RG-9 Usado en Ethernet de cable grueso.RG-11 Usado en Ethernet de cable grueso.RG-58 Usado en Ethernet de cable fino.RG-59 Usado para TV.

FIBRA OPTICA

• Esta hecha de plástico o de cristal y transmite las señales en forma de luz.

TAMAÑO DE LA FIBRA

• Las fibras ópticas se definen por la relación entre el diámetro de su núcleo y el diámetro de la cubierta, ambas expresadas en micras.

CONECTORES PARA FIBRA OPTICA.

• Los conectores para el cable deben ser tan precisos como el cable en si mismo. Con medios metálicos, las conexiones no necesitan ser tan exactas siempre en que en ambos conductores estén en contacto físico.

VENTAJAS DE LA FIBRA OPTICA

• INMUNIDAD AL RUIDO.• MENOR ATENUACION DE LA SEÑAL• ANCHO DE BANDA MAYOR.

DESVENTAJAS DE LA FIBRA OPTICAS.• COSTO.• INSTALACION/MATENIMIENTO.• FRAGILIDAD.

MEDIOS NO GUIADOS

• Transportan ondas electromagnéticos sin usar un conductor físico. En su lugar, las señales se radian a través del aire, y, por tanto, están disponibles para cualquier que tengan un dispositivo capaz de aceptarlas.

• ASIGNACION DE RADIO FRECUENCIA.

PROPAGACION DE LAS ONDAS DE RADIO

PROPAGACION EN SUPERFICIE.

PROPAGACION TROPOSFERICA.

PROPAGACION IONSFERICA.

PROPAGACION POR VISION DIRECTA.

PROPAGACION POR EL ESPACIO.

PROPAGACION DE SEÑALES ESPECIFICAS.

PROPAGACION DE SEÑALES ESPECIFICAS

MICROONDAS TERRESTRES

COMUNICACIÓN VIA SATELITE

TELEFONIA CELULAR

Cableado telefónico

Informática - Redes Locales

Cableado NO Estructurado

Cableado Estructurado

Edificios Inteligentes

SOLUCIONES DE CABLEADOSOLUCIONES DE CABLEADO

EVOLUCIONEVOLUCION

Topología de red en estrella

Arquitectura abierta

Fácil administración y mantenimiento

Crecimiento modular

Integración de servicios

Inversión

Comodidad y eficiencia

SISTEMAS DE CABLEADO ESTRUCTURADOSISTEMAS DE CABLEADO ESTRUCTURADO

VENTAJASVENTAJAS


DESCRIPCIONDE LOSSUBSISTEMAS

DESCRIPCIONDE LOSSUBSISTEMAS


SUBSISTEMA DEAREAS DE TRABAJO


Está conformado por los

componentes que van desde la

salida de comunicaciones hasta los

equipos ubicados en cada puesto de

trabajo.


Patch cords

Salidas decomunicaciones

Puesto de trabajo


Patch cords


Salidas decomunicaciones


SUBSISTEMA DECABLEADO HORIZONTAL


Está conformado físicamente por el

cable de par trenzado que va desde

la salida de comunicaciones hasta el

centro de cableado.


Cable UTPCategoría 5

Centro decableado


Cable UTPCategoría 5

Pares trenzados


SUBSISTEMA DEADMINISTRACION


Son uno o varios centros de

cableado que albergan los equipos

de concentración, tanto pasivos

como activos, y que permiten la

apropiada distribución y

administración de los servicios

requeridos.


Gabinetes

PatchPanels

Concentradores


PatchPanels

Patchcords


Concentradores

Patchcords321 4 5 6 7 8 9 1110 12 13 14 15 16

E the rSw itch P ro16

E P P 373 X M ITR C V

LN K /F D X

E P P 373 X M ITR C V

LN K /F D X


SUBSISTEMA DECONEXION VERTICAL - BACKBONE


Permite la interconexión y

comunicación entre los diferentes

centros de cableado que pueden

existir dentro de un edificio.


Fibraóptica

Cablesmultipares


SUBSISTEMA DE CONEXION ENTRE EDIFICIOS - CAMPUS


Permite la interconexión y

comunicación entre los centros de

cableado principales de diferentes

edificios ubicados en un área común

denominada “Campus”.


Fibraópticaycablesmultipares


RELACION BENEFICIO / COSTORELACION BENEFICIO / COSTO

Años

Inversión($)

CableadoConvencional

CableadoEstructurado

1 año


TENDENCIAS YNUEVAS TECNOLOGIAS

SERVICIOS DE TECNOLOGIAEdificios Inteligentes

CentralTelefónica

Centro deTecnologíaPlanta

EléctricaNodo deDatos

Empresa“CARRIER”prestadora deservicios

Servicio de TV(DTH)

TFC

PATCH PANEL

HUB

24 PTOS

.

.

.20 TERMINALES

FIBRA OPTICA CABLE UTP

CABLE UTP

PLANTA DE CONCENTRADOS

Introducción 2-87

Nivel de Enlace (Capa 2)

• Inicia, mantiene y libera los enlaces de datos entre dos nodos.

• Hace transmisión confiable (sin errores) de los datos sobre un medio físico (un enlace)– Define la dirección física de los nodos– Construye los “frames”– También debe involucrarse con el orden en que

lleguen los frames, notificación de errores físicos, reglas de uso del medio físico y el control del flujo en el medio.

Introducción 2-88

• El objetivo del nivel de enlace es conseguir que la información fluya, libre de errores, entre dos máquinas que estén conectadas directamente (servicio orientado a conexión).

• Para lograr este objetivo tiene que montar bloques de información (llamados tramas en este nivel), dotarles de una dirección de nivel de enlace, gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del control de flujo entre equipos (para evitar que un equipo más rápido desborde a uno más lento).

• Cuando el medio de comunicación está compartido entre más de dos equipos es necesario arbitrar el uso del mismo. Esta tarea se realiza en el subnivel de acceso al medio.

http://es.wikipedia.org/wiki/Trama_de_red

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Control_de_flujo&action=edit

Introducción 2-89

• Dentro del grupo de normas IEEE 802, el subnivel de enlace lógico se recoge en la norma IEEE 802.2 y es común para todos los demás tipos de redes (Ethernet o IEEE 802.3, IEEE 802.11 o Wi-Fi, IEEE 802.16 o WiMAX, etc.); todas ellas especifican un subnivel de acceso al medio así como un nivel físico distintos.

• Otro tipo de protocolos de nivel de enlace serían PPP(Point to point protocol o protocolo punto a punto), HDLC (High level data link control o protocolo de enlace de alto nivel).

• En la práctica el subnivel de acceso al medio suele formar parte de la propia tarjeta de comunicaciones, mientras que el subnivel de enlace lógico estaría en el programa adaptador de la tarjeta (driver en inglés).

http://es.wikipedia.org/wiki/IEEE_802

http://es.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.2

http://es.wikipedia.org/wiki/Ethernet



http://es.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi


http://es.wikipedia.org/wiki/WiMAX

http://es.wikipedia.org/wiki/PPP

http://es.wikipedia.org/wiki/HDLC

Introducción 2-90

Tramas• En la capa de enlace, los datos se organizan en unidades

llamadas tramas. Cada trama tiene una cabecera que incluye una dirección e información de control y una cola que se usa para la detección de errores.

• La cabecera de una trama de red de área local (LAN) contiene las direcciones físicas del origen y el destino de la LAN. La cabecera de una trama que se transmite por una red de área extensa (WAN) contiene un identificador de circuito en su campo de dirección.

• Recuerde que un enlace es una red de área local, una línea punto a punto o alguna otra facilidad de área extensa por la que se pueden comunicar los sistemas mediante un protocolo de la capa de enlace de datos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_%C3%A1rea_local

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Red_de_%C3%A1rea_extensa&action=edit

Introducción 2-91

Nivel de Red (Capa 3)

• Entrega los paquetes de datos a la red correcta, al nodo correcto, buscando el mejor camino (es decir, permite el intercambio de paquetes).– Evita que las capas superiores se preocupen por los detalles de cómo

los paquetes alcanzan el nodo destino correcto– En esta capa se define la dirección lógica de los nodos – Esta capa es la encargada de hacer el enrutamiento y el

direccionamiento• Enrutamiento: ¿cuál es el mejor camino para llegar a la red destino? • Direccionamiento: ¿cuál es el nodo destino?

Introducción 2-92

Para conseguir este objetivo tiene que realizar ciertas tareas:• Asignación de direcciones de red únicas• Interconexión de subredes distintas• Encaminamiento de paquetes• Control de congestión

Orientado a conexión o no

• Hay dos formas en las que el nivel de red puede funcionar internamente, mediante datagramas o por circuitos virtuales. En una red de datagramas cada paquete se encamina independientemente, sin que el origen y el destino tengan que pasar por un establecimiento de comunicación previo. En una red de circuitos virtuales dos equipos que quieran comunicarse tienen que empezar por establecer una conexión, durante este estableciemiento de conexión, todos los encaminadores (o routers) que haya por el camino elegido reservarán recursos para ese circuito virtual específico.

• Independientemente de que la red funcione internamente con datagramas o con circuitos virtuales puede dar hacia el nivel de transporte un servicio orientado a conexión o no.

http://es.wikipedia.org/wiki/Encaminador

Introducción 2-93

Encaminamiento

• El problema del encaminamiento consiste en encontrar un camino óptimo entre un origen y un destino. La bondad de este camino puede tener diferentes criterios: velocidad, retardo, seguridad, regularidad, distancia, longitud media de las colas, costos de comunicación, etc.

• Los equipos encargados de esta labor se denominan encaminadores (router en inglés), aunque también realizan labores de encaminamiento los conmutadores (switcher en inglés) "multicapa" o "de nivel 3", si bien estos últimos realizan también labores de nivel de enlace.

Control de congestión

• Cuando en una red un nodo recibe más tráfico del que puede cursar se puede dar una congestión. El problema es que una vez que se da congestión en un nodo el problema tiende a extenderse por el resto de la red. Por ello hay técnicas de prevención y control que se pueden y deben aplicar en el nivel de red.

Introducción 2-94

Nivel de Transporte (Capa 4)• Proporciona un número amplio de servicios. Asegura la

entrega de los datos entre procesos que han establecido una sesión y que se ejecutan en diferentes nodos– Evita que las capas superiores se preocupen por los detalles del

transporte de los datos hasta el proceso correcto– Hace multiplexamiento para las aplicaciones

• ¿cuál es la aplicación/servicio destino/origen?– Segmenta bloques grandes de datos antes de transmitirlos (y los

reensambla en le nodo destino)– Asegura la transmisión confiable de los mensajes – No deja que falten ni sobren partes de los mensajes trasmitidos (si

es necesario, hace retransmisión de mensajes)– hace control de flujo y control de congestión

Introducción 2-95

Nivel de Sesión (Capa 5)

• Define cómo iniciar, coordinar y terminar las conversaciones entre aplicaciones (llamadas sesiones).– Administra el intercambio de datos y sincroniza el diálogo entre

niveles de presentación (capa 6) de cada sistema– Ofrece las herramientas para que la capa de aplicación, la de

presentación y la de sesión reporten sus problemas y los recursos disponibles para la comunicación (control del diálogo –sesión- entre aplicaciones)

– Lleva control de qué flujos forman parte de la misma sesión y qué flujos deben terminar correctamente

Introducción 2-96

Nivel de Presentación (Capa 6)

• Define el formato de los datos que se intercambiarán– Asegura que la información enviada por la capa de

aplicación de un nodo sea entendida por la capa de aplicación del otro nodo

– Si es necesario, transforma a un formato de representación común

– Negocia la sintáxis de transferencia de datos para la capa de aplicación (estructura de datos)

– Ejemplo: formato GIF, JPEG ó PNG para imágenes.

Introducción 2-97

Nivel de Aplicación (Capa 7)

• La capa de aplicación está cerca al usuario (no ofrece servicios a otras capas del modelo OSI)– Es el nivel más alto en la arquitectura OSI– Define la interfaz entre el software de comunicaciones y cualquier

aplicación que necesite comunicarse a través de la red.– Las otras capas existen para prestar servicios a esta capa– Las aplicaciones están compuestas por procesos.– Un proceso de aplicación se manifiesta en la capa de aplicaciones

como la ejecución de un protocolo de aplicación.

Introducción 2-98

Arquitectura OSI

Uno o más nodos dentro de la Red

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Red

Enlace

Física

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Red

Enlace

Física

Intermediate systems

Introducción 2-99

Perspectivas del modelo OSI

• El modelo OSI permite trabajar con la complejidad de los sistemas de comunicación de datos

• Las implementaciones de arquitecturas de red reales no cumplen (o lo hacen parcialmente) con el Modelo OSI:– TCP/IP, SNA, Novell Netware, DECnet, AppleTalk,

etc.

Introducción 2-100

Perspectivas del modelo OSI

• Se intentó construir una implementación del modelo OSI– A finales de los 80, el gobierno de EEUU quiso establecer GOSIP

(Government Open Systems Interconnect Profile) como algo obligatorio. NO funcionó. Perdió vigencia en 1995

• ¿Qué sucederá con OSI?– Los protocolos de la implementación OSI desarrollada son demasiado

complejos y tienen fallas– Están implementados de manera muy regular– Sin embargo, TCP/IP sigue mejorando continuamente

• El modelo OSI sigue siendo un modelo pedagógico.

Introducción 2-101

¿Qué es TCP/IP?

• El nombre “TCP/IP” se refiere a una suite de protocolos de datos.– Una colección de protocolos de datos que permite

que los computadores se comuniquen. • El nombre viene de dos de los protocolos que

lo conforman:– Transmission Control Protocol (TCP)– Internet Protocol (IP)

• Hay muchos otros protocolos en la suite

Introducción 2-102

TCP/IP e Internet

• TCP/IP son los protocolos fundamentales de Internet (Aunque se utilizan para Intranets y Extranets)

• Stanford University y Bold, Beranek and Newman (BBN) presentaron TCP/IP a comienzos de los 70 para una red de conmutación de paquetes (ARPANet).

• La arquitectura de TCP/IP ahora es definida por la Internet Engineering Task Force (IETF)

Introducción 2-103

¿Por qué es popular TCP/IP?

• Los estándares de los protocolos son abiertos: interconecta equipos de diferentes fabricantes sin problema.

• Independiente del medio de transmisión físico.• Un esquema de direccionamiento amplio y

común.• Protocolos de alto nivel estandarizados

(¡muchos servicios!)

Introducción 2-104

“Estándares” de TCP/IP

• Para garantizar que TCP/IP sea un protocolo abierto los estándares deben ser públicamente conocidos.

• La mayor parte de la información sobre los protocolos de TCP/IP está publicada en unos documentos llamados Request for Comments (RFC’s) - Hay otros dos tipos de documentos: Military Standards (MIL STD), Internet Engineering Notes (IEN) -.

Introducción 2-105

Arquitectura de TCP/IP (cuatro capas)

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Aplicación

Transporte

Internet

Acceso de Red

Aplicaciones y procesos que usan la red

Servicios de entrega de datos entre nodos

Define el datagrama y maneja el enrutamiento

Rutinas para acceder el medio físico

No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de losprotocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres a cinco).

Introducción 2-106

Pila de protocolos de Internet (cinco capas)• aplicación: soporta las aplicaciones de la red

– FTP, SMTP, HTTP

• transporte: transferencia de datos host to host– TCP, UDP

• red: enrutamiento de datagramas desde la fuente al destino– IP, protocolos de enrutamiento

• enlace: transferencia de datos entre elementos de red vecinos– PPP, Ethernet

• física: bits “en el cable”

aplicación

transporte

red

enlace

física

Introducción 2-107

Capas: comunicación lógicaaplicacióntransporteredenlacefísica

aplicacióntransporteredenlacefísica



redenlacefísica

Cada capa:• distribuida• Las “entidades”

implementan las funciones de cada capa en cada nodo

• las entidades realizan acciones, e intercambian mensajes con sus “iguales”

Introducción 2-108

Capas: comunicación lógicaaplicacióntransporteredenlacefísica




redenlacefísica

datos

datos

Transporte• toma datos de la

aplicación• agrega

direccionamiento, agrega información de chequeo de confiabilidad para formar el “datagrama”

• envía el datagrama al otro nodo

• espera el acuse de recibo (ack) del otro nodo

• analogía: la oficina postal

datos

transporte

transporte

ack

Introducción 2-109

Capas: comunicación físicaaplicacióntransporteredenlacefísica




redenlacefísica

datos

datos

Introducción 2-110

Capa de Acceso de Red

Capa Internet

Capa de transporte

Capa de aplicación

Encapsulación de datos

• Cada capa de la pila TCP/IP adiciona información de control (un “header”) para asegurar la entrega correcta de los datos.

• Cuando se recibe, la información de control se retira.

DATOSHeader

DATOSHeaderHeader

Header DATOSHeaderHeader

DATOS

Introducción 2-111

Capas de los protoclos y los datos

Cada capa toma los datos de la capa superior• agrega información de control (header) y crea una nueva

unidad de datos• pasa esta nueva unidad a la capa inferior



origen destino

M

M

M

M

Ht

HtHn

HtHnHl

M

M

M

M

Ht

HtHn

HtHnHl

mensaje

segmento

datagrama

frame

Introducción 2-112

Ubicación de los protocolos de TCP/IP en el Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)

Llegó

Modem

SolicitudDNS Red del

CampusAQUÍ ESTÁ LA

TARJETA DE RED

Y EL DRIVER

ModemEL MODEM ESTÁEN LA CAPA 1

Introducción 2-113

Representación alternativa de la Arquitectura de Internet

• Diseño en forma de clepsidra (reloj de arena)• Aplicación vs. Protocolo de Aplicación (FTP, HTTP)

…

FTP HTTP SNMP TFTP

TCP UDP

IP

RED1 RED2 REDn

Introducción 2-114

Otras representaciones de la arquitectura de Internet

Aplicación

Network

IP

TCP UDP

Topología de red

IP

TCP y UDP

AplicacionesbinariasNVTs

AplicacionesASCII

Introducción 2-115

Referencias• ZIMMERMANN, Hubert. “OSI Reference Model, The ISO

model of Architecture for Open Systems Interconnection”, abril de 1980.

• PETERSON, Larry; DAVIE, Bruce, Computer Networks, A system approach, Morgan Kaufmann Publishers. 2003.

• KUROSE, Jim; ROSS, Keith, Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 2 edición. Addison-Wesley. 2003

• HALL, Eric. , Internet Core Protocols, the definitive guide, O'Reilly & Associates, Inc. 2000

arquitectura de comunicaciones

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