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Modelo OSI y TCP/IP

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Modelo OSI y TCP/IP. 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.

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Presentation Transcript
modelo de capas y los protocolos
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)
slide3

Viaje redondo en avión

Compra de boletos

Confirmar

retorno

Documentar

equipaje

Recoger equipaje

Embarque

Dembarque

Despegué

Aterrizaje

Ruta de vuelo

proceso de un viaje a reo en capas de servicios
Proceso de un viaje aéreo en capas de servicios

Entrega mostrador a mostrador de [personas y equipaje]

Traslado de equipaje: entrega-reclamo

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

implementaci n distribuida de la funcionalidad de las capas

ruta de vuelo

ruta de vuelo

ruta de vuelo

Implementación distribuida de la funcionalidad de las capas

Confirmar retorno

equipaje (reclamo)

desembarque

aterrizaje

Vuelo

Boleto (compra)

equipaje (entrega)

embarque

despegue

Vuelo

Llegada Aeropuerto

Salida Aeropuerto

tráfico aéreo intermedio

otra vez por qu utilizar capas
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
arquitectura osi
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
osi es un est ndar
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”
osi es un est ndar1
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.
osi es un est ndar2
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
osi como modelo de referencia
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).
en qu se fundamenta osi
¿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.
c mo opera el modelo osi
¿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 (o su equivalente)
    • 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
operaci n 1 aproximaci n
Operación: 1ª aproximación

Nodo A

Nodo B

Al enviar

el mensaje

“baja”

Al recibir

el mensaje

“sube”

El mensaje “viaja” a

través de la red

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)

operaci n 2 aproximaci n
Operación: 2ª aproximación

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

función.

7

Aplicación

7

Aplicación

Al enviar

el mensaje

“baja”

Al recibir

el mensaje

“sube”

6

Presentación

6

Presentación

5

Sesión

5

Sesión

4

Transporte

4

Transporte

3

Red

3

Red

2

Enlace

2

Enlace

Física

1

Física

1

Nodo A

Nodo B

RED

implementaci n de las capas osi
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
comunicaci n entre capas
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 A

Capa B

Capa B

NODO 1

NODO 2

servicios interfaces y protocolos
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 A

Capa B

Capa B

NODO 1

NODO 2

otra forma de ver los protocolos y las interfaces
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).
otra forma de ver los protocolos y las interfaces1
Otra forma de ver los protocolos y las interfaces

Nodo 1

Nodo 2

Interfaz de

Servicio

Objeto de

alto nivel

Objeto de

alto nivel

Protocol

Interfaz Peer-to-peer

Protocol

m s sobre protocolos
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.
operaci n 3 aproximaci n
Operación: 3ª aproximación

Puede contener

encabezados de

las capas 5, 6 y 7

Nodo A

Nodo B

Aplicación

Unidades de Información

Aplicación

Presentación

Presentación

Mensaje

Sesión

Sesión

Paquete

Transporte

Transporte

Header 4

DATOS

Frame

Red

Red

Header 3

DATOS

Enlace

Enlace

Header 2

DATOS

Física

Física

DATOS

bits

RED

encapsulaci n
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.
multiplexamiento y demultiplexamiento
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.
operaci n 4 aproximaci n 1
Operación: 4ª aproximación (1)

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

Los datos se encapsulan y se registra

a qué protocolo de la capa superior

le pertenece la carga útil (payload)

Tengo una idea.

Tengo una idea.

Sesión (5)

Tengo una idea.

Transp. (4)

H4

Tengo una idea.

Red (3)

H3

H4

Teng

H3

o una idea.

Enlace (2)

H2

H3

H4

Teng

T2

H2

H3

o una idea.

T2

H2

H3

H4

Teng

T2

H2

H3

o una idea.

T2

Física (1)

operaci n 4 aproximaci n 2
Operación: 4ª aproximación (2)

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

Para entregar el mensaje al protocolo

correcto, dentro de una capa, se usa

la llave de multiplexación.

Tengo una idea.

Tengo una idea.

Sesión (5)

Tengo una idea.

Transp. (4)

H4

Tengo una idea.

Red (3)

H3

H4

Teng

H3

o una idea.

Enlace (2)

H2

H3

H4

Teng

T2

H2

H3

o una idea.

T2

H2

H3

H4

Teng

T2

H2

H3

o una idea.

T2

Física (1)

los 7 niveles del modelo osi
Los 7 Niveles del modelo OSI

Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver

determinados problemas de la comunicación (“divide y vencerás”)

Nivel OSI

Función que ofrece

Aplicación

Aplicaciones de Red: transferencia de archivos

Presentación

Formatos y representación de los datos

Sesión

Establece, mantiene y cierra sesiones

Transporte

Entrega confiable/no confiable de “mensajes”

Red

Entrega los “paquetes” y hace enrutamiennto

Enlace

Transfiere “frames”, chequea errores

Física

Transmite datos binarios sobre un medio

nivel de aplicaci n capa 7
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.
nivel de presentaci n capa 6
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.
nivel de sesi n capa 5
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
nivel de transporte capa 4
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
nivel de red capa 3
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?
nivel de enlace capa 2
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.
    • Es diferente de acuerdo a la topología de red y al medio utilizado.
nivel f sico capa 1
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.
arquitectura osi1
Arquitectura OSI

End system

End system

Aplicación

Aplicación

Presentación

Presentación

Intermediate systems

Sesión

Sesión

Transporte

Transporte

Red

Red

Red

Red

Enlace

Enlace

Enlace

Enlace

Física

Física

Física

Física

Uno o más nodos

dentro de la Red

perspectivas del modelo osi
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.
perspectivas del modelo osi1
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.
qu es tcp ip
¿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
tcp ip e internet
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)
por qu es popular tcp ip
¿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!)
est ndares de tcp ip
“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) -.
arquitectura de tcp ip cuatro capas

Aplicación

Aplicación

Presentación

Transporte

Sesión

Internet

Transporte

Acceso de

Red

Red

Enlace

Física

Arquitectura de TCP/IP (cuatro capas)

No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de los

protocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres

a cinco).

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

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

Pila de protocolos de Internet (cinco capas)
capas comunicaci n l gica
Cada capa:

distribuida

Las “entidades” implementan las funciones de cada capa en cada nodo

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

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

Capas: comunicación lógica
capas comunicaci n l gica1
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

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

datos

datos

datos

ack

Capas: comunicación lógica

transporte

transporte

capas comunicaci n f sica

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

datos

datos

Capas: comunicación física
encapsulaci n de datos

Capa de aplicación

Capa de transporte

Header

DATOS

Capa Internet

Header

Header

DATOS

Header

Header

Header

DATOS

Capa de Acceso de Red

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.

DATOS

capas de los protoclos y los datos

M

M

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

t

t

t

t

l

n

l

t

n

n

t

n

M

M

M

M

aplicación

transporte

red

enlace

física

aplicación

transporte

red

enlace

física

M

M

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

mensaje

segmento

datagrama

frame

slide49

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

EL MODEM ESTÁ

EN LA CAPA 1

Modem

Modem

Llegó

Solicitud

DNS

Red del

Campus

AQUÍ ESTÁ LA

TARJETA DE RED

Y EL DRIVER

representaci n alternativa de la arquitectura de internet
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

UDP

TCP

IP

RED

RED

RED

2

1

n

otras representaciones de la arquitectura de internet

Aplicaciones

ASCII

Aplicaciones

binarias

Aplicación

NVTs

TCP

UDP

TCP y UDP

IP

IP

Network

Topología de red

Otras representaciones de la arquitectura de Internet
ad