Pues le seguimos a esto de los protocolos, esta vez para explicar el orden de los PDU que son las unidades de datos de los protocolos, protocolos tales como TCP/IP y OSI. Veremos cómo a pesar de la diferencia en la cantidad de capas que manejan terminan haciendo lo mismo.
Modelo TCP/IP
Este modelo (que incluye varios protocolos de red) fue desarrollado por la red ARPANET y estaba financiado por la DARPA o Investigación Avanzada para la Defensa. Ha cumplido con su objetivo de estandarizar los protocolos de red y se ha posicionado como un estándar de Internet. Comúnmente se manejan de 4 a 5 capas en este modelo, pues puede variar de acuerdo al autor, investigador, etc.
Estas capas son:
Aplicación: usada por las aplicaciones del usuario para comunicarse a través de la red con otros programas.
Transporte (TCP): en ésta se realiza el intercambio de datos de forma segura y llegan a un destino en el orden en el que se enviaron.
Internet (IP): protocolo que se implementa en sistemas finales y routers intermedios, los dispositivos pueden estar conectados a diferentes redes
Interface (acceso al red): se proporciona a la red la dirección del destino y se intercambian datos entre ésta y el sistema final.
Física: es la interfaz física entre el computador y el medio de trasmisión.
Modelo OSI
Modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos, creado por la Organización Internacional para la Estandarización en 1984.
Sus capas son 7: Aplicación, Presentación, Sesión, Transporte, Red, Enlace de Datos y Física.
Algunas capas del modelo OSI cumplen con la función de una sola capa en el modelo TCP/IP.
Algunas capas del modelo OSI cumplen con la función de una sola capa en el modelo TCP/IP.
Bien, sabemos que los protocolos se manejan en capas para la comunicación, pues en cada capa se genera o maneja un PDU tal como lo podemos ver en la siguiente tabla.
PDU
TCP/IP
OSI
Mensaje
Aplicación
Aplicación Presentación Sesión
H
O
S
T
Segmentos
Transporte
Transporte
Datagrama (Lógico)
Internet
Red
M
E
T
Trama (física)
Interface
Enlace de Datos
Bits
Física
Física
Como vemos cada capa tiene un PDU específico, pues solo es posible comunicarse del origen al destino mediante capas del mismo tipo siendo esto lo que se conoce como comunicación par-a-par; imaginemos estas capas como un stack vertical, en los que cada capa cumple con una función para lograr la comunicación de igual a igual cumpliendo con un proceso de empaquetado y desempaquetado.
Habrán notado que cada modelo de protocolo maneja diferentes cantidades de capas, sin embargo es posible el entendimiento entre protocolos gracias a los PDU pues éstos son cómo el lenguaje de cada capa, así, la capa de aplicación del modelo TCP/IP se puede comunicar con las capas de aplicación, presentación y sesión del modelo OSI y cumplir con las mismas funciones.
La multiplexación se refiere a la habilidad para transmitir datos que provienen de diversos pares de aparatos (transmisores y receptores) denominados canales de baja velocidad en un medio físico único (denominado canal de alta velocidad).
Un multiplexor es el dispositivo de multiplexado que combina las señales de los transmisores y las envía a través de un canal de alta velocidad. Un demultiplexor es el dispositivo de multiplexado a través del cual los receptores se conectan al canal de alta velocidad.
Multiplexación por división de frecuencia
La multiplexación por división de frecuencia, también denominada FDM, permite compartir la banda de frecuencia disponible en el canal de alta velocidad, al dividirla en una serie de canales de banda más angostos, de manera que se puedan enviar continuamente señales provenientes de diferentes canales de baja velocidad sobre el canal de alta velocidad.
Este proceso se utiliza, en especial, en líneas telefónicas y en conexiones físicas de pares trenzados para incrementar la velocidad de los datos.
Multiplexación por división de tiempo
En la multiplexación por división de tiempo, también denominadaTDM, las señales de los diferentes canales de baja velocidad son probadas y transmitidas sucesivamente en el canal de alta velocidad, al asignarles a cada uno de los canales un ancho de banda, incluso hasta cuando éste no tiene datos para transmitir.
Multiplexación estadística
La multiplexación estadística es similar a la multiplexación por división de tiempo excepto que sólo transmite canales de baja velocidad que poseen, en realidad, datos en el canal de alta velocidad. El nombre de este tipo de multiplexación proviene del hecho de que los multiplexores basan su comportamiento en estadísticas relacionadas con la velocidad de los datos de cada canal de baja velocidad.
Ya que la línea de alta velocidad no transmite los canales vacíos, el rendimiento es mejor que con la multiplexación por división de tiempo
Fue definido antes de implementar los protocolos, por lo que algunas funcionalidades necesarias fallan o no existen. En cambio, TCP/IP se creó después que los protocolos, por lo que se amolda a ellos perfectamente.
El modelo OSI se ocultan mejor los protocolos que en el modelo TCP/IP y se pueden reemplazar con relativa facilidad al cambiar la tecnología. La capacidad de efectuar tales cambios es uno de los principales propósitos de tener protocolos por capas en primer lugar
Modelo OSI combinaban los niveles físico y de vinculación en un controlador inteligente (como una tarjeta de red). La combinación de las dos capas en una sola tenía un beneficio importante: permitía que se diseñara una subred independiente de cualesquiera protocolos de red
DIFERENCIA ENTRE EL MODELO OSI Y EL MODELO TCPIP
Modelo TCP/IP
El modelo TCP/IP parece ser más simple porque tiene menos capas.
TCP/IP combina ambas en una capa de aplicación. El requerimiento de un protocolo sin conexión, también requirió que el TCP/IP incluyera además, las capas de sesión y presentación del modelo OSI en la capa de aplicación del TCP/IP.
TCP/IP está en auge y funcionando y tiene un récord probado.
TCP/IP tiene un cuerpo de administración establecido funcionando.
Miles de aplicaciones usan en la actualidad TCP/IP y sus interfaces de programación de aplicaciones bien documentadas.
Algunas de las capas del modelo TCP/IP poseen el mismo nombre que las capas del modelo OSI. Resulta fundamental no confundir las funciones de las capas de los dos modelos ya que si bien tienen aspectos en común, estas desempeñan diferentes funciones en cada modelo.
Capa de Aplicacíon
La capa de aplicación del modelo TCP/IP maneja protocolos de alto nivel, aspectos de representación, codificación y control de diálogo. El modelo TCP/IP combina todos los aspectos relacionados con las aplicaciones en una sola capa y asegura que estos datos estén correctamente empaquetados antes de que pasen a la capa siguiente. TCP/IP incluye no sólo las especificaciones de Internet y de la capa de transporte, tales como IP y TCP, sino también las especificaciones para aplicaciones comunes. TCP/IP tiene protocolos que soportan la transferencia de archivos, e-mail, y conexión remota, además de los siguientes:
FTP (Protocolo de transferencia de archivos): es un servicio confiable orientado a conexión que utiliza TCP para transferir archivos entre sistemas que admiten la transferencia FTP. Permite las transferencias bidireccionales de archivos binarios y archivos ASCII.
TFTP (Protocolo trivial de transferencia de archivos): es un servicio no orientado a conexión que utiliza el Protocolo de datagrama de usuario (UDP). Es útil en algunas LAN porque opera más rápidamente que FTP en un entorno estable.
NFS (Sistema de archivos de red): es un conjunto de protocolos para un sistema de archivos distribuido, desarrollado por Sun Microsystems que permite acceso a los archivos de un dispositivo de almacenamiento remoto, por ejemplo, un disco rígido a través de una red.
SMTP (Protocolo simple de transferencia de correo): administra la transmisión de correo electrónico a través de las redes informáticas. No admite la transmisión de datos que no sea en forma de texto simple.
TELNET (Emulación de terminal): Telnet tiene la capacidad de acceder de forma remota a otro computador. Permite que el usuario se conecte a un host de Internet y ejecute comandos. El cliente de Telnet recibe el nombre de host local. El servidor de Telnet recibe el nombre de host remoto.
SNMP (Protocolo simple de administración de red): es un protocolo que provee una manera de monitorear y controlar los dispositivos de red y de administrar las configuraciones, la recolección de estadísticas, el desempeño y la seguridad.
DNS (Sistema de denominación de dominio): es un sistema que se utiliza en Internet para convertir los nombres de los dominios y de sus nodos de red publicados abiertamente en direcciones IP.
Capa de Trasnporte
La capa de transporte proporciona servicios de transporte desde el host origen hacia el host destino. En esta capa se forma una conexión lógica entre los puntos finales de la red, el host transmisor y el host receptor. Los protocolos de transporte segmentan y reensamblan los datos mandados por las capas superiores en el mismo flujo de datos, o conexión lógica entre los extremos. La corriente de datos de la capa de transporte brinda transporte de extremo a extremo.
Se suele decir que internet es una nube. La capa de transporte envía los paquetes de datos desde la fuente transmisora hacia el destino receptor a través de la nube. El control de punta a punta, que se proporciona con las ventanas deslizantes y la confiabilidad de los números de secuencia y acuses de recibo, es el deber básico de la capa de transporte cuando utiliza TCP. La capa de transporte también define la conectividad de extremo a extremo entre las aplicaciones de los hosts. Los servicios de transporte incluyen los siguientes servicios:
Protocolos TCP Y UDP
Segmentación de los datos de capa superior
Envío de los segmentos desde un dispositivo en un extremo a otro dispositivo en otro extremo.
Caracteristicas del protocolo TCP
Establecimiento de operaciones de punta a punta.
Control de flujo proporcionado por ventanas deslizantes.
Confiabilidad proporcionada por los números de secuencia y los acuses de recibo.
Se dice que internet es una nube, por que los paquetes pueden tomar multiples rutas para llegar a su destino, generalmente los saltos entre routers se representan con una nube que representa las distintas posibles rutas. La capa de transporte envía los paquetes de datos desde la fuente transmisora hacia el destino receptor a través de la nube. La nube maneja los aspectos tales como la determinación de la mejor ruta, balanceo de cargas, etc.
Capa de Internet
Esta capa tiene como proposito seleccionar la mejor ruta para enviar paquetes por la red. El protocolo principal que funciona en esta capa es el Protocolo de Internet (IP). La determinación de la mejor ruta y la conmutación de los paquetes ocurre en esta capa.
Protocolos que operan en la capa de internet:
IP proporciona un enrutamiento de paquetes no orientado a conexión de máximo esfuerzo. El IP no se ve afectado por el contenido de los paquetes, sino que busca una ruta de hacia el destino.
ICMP, Protocolo de mensajes de control en Internet suministra capacidades de control y envío de mensajes.
ARP, Protocolo de resolución de direcciones determina la dirección de la capa de enlace de datos, la dirección MAC, para las direcciones IP conocidas.
RARP, Protocolo de resolución inversa de direcciones determina las direcciones IP cuando se conoce la dirección MAC.
Funciones del Protocolo IP
• Define un paquete y un esquema de direccionamiento.
• Transfiere los datos entre la capa Internet y las capas de acceso de red.
• Enruta los paquetes hacia los hosts remotos.
A veces, se considera a IP como protocolo poco confiable. Esto no significa que IP no enviará correctamente los datos a través de la red. Llamar al IP, protocolo poco confiable simplemente signfica que IP no realiza la verificación y la corrección de los errores. De esta función se encarga TCP, es decir el protocolo de la capa superior ya sea desde las capas de transporte o aplicación.
Capa de Acceso de Red
Tambien denominada capa de host de red. Esta es la capa que maneja todos los aspectos que un paquete IP requiere para efectuar un enlace físico real con los medios de la red. Esta capa incluye los detalles de la tecnología LAN y WAN y todos los detalles de las capas física y de enlace de datos del modelo OSI.
Los controladores para las aplicaciones de software, las tarjetas de módem y otros dispositivos operan en la capa de acceso de red. La capa de acceso de red define los procedimientos para realizar la interfaz con el hardware de la red y para tener acceso al medio de transmisión. Los estándares del protocolo de los módem tales como el Protocolo Internet de enlace serial (SLIP) y el Protocolo de punta a punta (PPP) brindan acceso a la red a través de una conexión por módem. Debido a un intrincado juego entre las especificaciones del hardware, el software y los medios de transmisión, existen muchos protocolos que operan en esta capa. Esto puede generar confusión en los usuarios. La mayoría de los protocolos reconocibles operan en las capas de transporte y de Internet del modelo TCP/IP.
Son funciones de esta capa: la asignación de direcciones IP a las direcciones físicas, el encapsulamiento de los paquetes IP en tramas. Basándose en el tipo de hardware y la interfaz de la red, la capa de acceso de red definirá la conexión con los medios físicos de la misma.
CAPAS DEL MODELO OSI
El modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) tiene siete capas. Este artículo las describe y explica sus funciones, empezando por la más baja en la jerarquía (la física) y siguiendo hacia la más alta (la aplicación). Las capas se apilan de esta forma:
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Vínculo de datos
Física
CAPA FÍSICA
La capa física, la más baja del modelo OSI, se encarga de la transmisión y recepción de una secuencia no estructurada de bits sin procesar a través de un medio físico. Describe las interfaces eléctrica/óptica, mecánica y funcional al medio físico, y lleva las señales hacia el resto de capas superiores. Proporciona:
Codificación de datos: modifica el modelo de señal digital sencillo (1 y 0) que utiliza el equipo para acomodar mejor las características del medio físico y para ayudar a la sincronización entre bits y trama. Determina:
Qué estado de la señal representa un binario 1
Como sabe la estación receptora cuándo empieza un "momento bit"
Cómo delimita la estación receptora una trama
Anexo al medio físico, con capacidad para varias posibilidades en el medio:
¿Se utilizará un transceptor externo (MAU) para conectar con el medio?
¿Cuántas patillas tienen los conectores y para qué se utiliza cada una de ellas?
Técnica de la transmisión: determina si se van a transmitir los bits codificados por señalización de banda base (digital) o de banda ancha (analógica).
Transmisión de medio físico: transmite bits como señales eléctricas u ópticas adecuadas para el medio físico y determina:
Qué opciones de medios físicos pueden utilizarse
Cuántos voltios/db se deben utilizar para representar un estado de señal en particular mediante un medio físico determinado
CAPA DE VÍNCULO DE DATOS
La capa de vínculo de datos ofrece una transferencia sin errores de tramas de datos desde un nodo a otro a través de la capa física, permitiendo a las capas por encima asumir virtualmente la transmisión sin errores a través del vínculo. Para ello, la capa de vínculo de datos proporciona:
Establecimiento y finalización de vínculos: establece y finaliza el vínculo lógico entre dos nodos.
Control del tráfico de tramas: indica al nodo de transmisión que "dé marcha atrás" cuando no haya ningún búfer de trama disponible.
Secuenciación de tramas: transmite y recibe tramas secuencialmente.
Confirmación de trama: proporciona/espera confirmaciones de trama. Detecta errores y se recupera de ellos cuando se producen en la capa física mediante la retransmisión de tramas no confirmadas y el control de la recepción de tramas duplicadas.
Delimitación de trama: crea y reconoce los límites de la trama.
Comprobación de errores de trama: comprueba la integridad de las tramas recibidas.
Administración de acceso al medio: determina si el nodo "tiene derecho" a utilizar el medio físico.
CAPA DE RED
La capa de red controla el funcionamiento de la subred, decidiendo qué ruta de acceso física deberían tomar los datos en función de las condiciones de la red, la prioridad de servicio y otros factores. Proporciona:
Enrutamiento: enruta tramas entre redes.
Control de tráfico de subred: los enrutadores (sistemas intermedios de capa de red) pueden indicar a una estación emisora que "reduzca" su transmisión de tramas cuando el búfer del enrutador se llene.
Fragmentación de trama: si determina que el tamaño de la unidad de transmisión máxima (MTU) que sigue en el enrutador es inferior al tamaño de la trama, un enrutador puede fragmentar una trama para la transmisión y volver a ensamblarla en la estación de destino.
Asignación de direcciones lógico-físicas: traduce direcciones lógicas, o nombres, en direcciones físicas.
Cuentas de uso de subred: dispone de funciones de contabilidad para realizar un seguimiento de las tramas reenviadas por sistemas intermedios de subred con el fin de producir información de facturación.
Subred de comunicaciones
El software de capa de red debe generar encabezados para que el software de capa de red que reside en los sistemas intermedios de subred pueda reconocerlos y utilizarlos para enrutar datos a la dirección de destino.
Esta capa libera a las capas superiores de la necesidad de tener conocimientos sobre la transmisión de datos y las tecnologías de conmutación intermedias que se utilizan para conectar los sistemas de conmutación. Establece, mantiene y finaliza las conexiones entre las instalaciones de comunicación que intervienen (uno o varios sistemas intermedios en la subred de comunicación).
En la capa de red y las capas inferiores, existen protocolos entre pares entre un nodo y su vecino inmediato, pero es posible que el vecino sea un nodo a través del cual se enrutan datos, no la estación de destino. Las estaciones de origen y de destino pueden estar separadas por muchos sistemas intermedios.
CAPA DE TRANSPORTE
La capa de transporte garantiza que los mensajes se entregan sin errores, en secuencia y sin pérdidas o duplicaciones. Libera a los protocolos de capas superiores de cualquier cuestión relacionada con la transferencia de datos entre ellos y sus pares.
El tamaño y la complejidad de un protocolo de transporte depende del tipo de servicio que pueda obtener de la capa de transporte. Para tener una capa de transporte confiable con una capacidad de circuito virtual, se requiere una mínima capa de transporte. Si la capa de red no es confiable o solo admite datagramas, el protocolo de transporte debería incluir detección y recuperación de errores extensivos.
La capa de transporte proporciona:
Segmentación de mensajes: acepta un mensaje de la capa (de sesión) que tiene por encima, lo divide en unidades más pequeñas (si no es aún lo suficientemente pequeño) y transmite las unidades más pequeñas a la capa de red. La capa de transporte en la estación de destino vuelve a ensamblar el mensaje.
Confirmación de mensaje: proporciona una entrega de mensajes confiable de extremo a extremo con confirmaciones.
Control del tráfico de mensajes: indica a la estación de transmisión que "dé marcha atrás" cuando no haya ningún búfer de mensaje disponible.
Multiplexación de sesión: multiplexa varias secuencias de mensajes, o sesiones, en un vínculo lógico y realiza un seguimiento de qué mensajes pertenecen a qué sesiones (consulte la capa de sesiones).
Normalmente, la capa de transporte puede aceptar mensajes relativamente grandes, pero existen estrictas limitaciones de tamaño para los mensajes impuestas por la capa de red (o inferior). Como consecuencia, la capa de transporte debe dividir los mensajes en unidades más pequeñas, o tramas, anteponiendo un encabezado a cada una de ellas.
Así pues, la información del encabezado de la capa de transporte debe incluir información de control, como marcadores de inicio y fin de mensajes, para permitir a la capa de transporte del otro extremo reconocer los límites del mensaje. Además, si las capas inferiores no mantienen la secuencia, el encabezado de transporte debe contener información de secuencias para permitir a la capa de transporte en el extremo receptor recolocar las piezas en el orden correcto antes de enviar el mensaje recibido a la capa superior.
Capas de un extremo a otro
A diferencia de las capas inferiores de "subred" cuyo protocolo se encuentra entre nodos inmediatamente adyacentes, la capa de transporte y las capas superiores son verdaderas capas de "origen a destino" o de un extremo a otro, y no les atañen los detalles de la instalación de comunicaciones subyacente. El software de capa de transporte (y el software superior) en la estación de origen lleva una conversación con software similar en la estación de destino utilizando encabezados de mensajes y mensajes de control.
CAPA DE SESIÓN
La capa de sesión permite el establecimiento de sesiones entre procesos que se ejecutan en diferentes estaciones. Proporciona:
Establecimiento, mantenimiento y finalización de sesiones: permite que dos procesos de aplicación en diferentes equipos establezcan, utilicen y finalicen una conexión, que se denomina sesión.
Soporte de sesión: realiza las funciones que permiten a estos procesos comunicarse a través de una red, ejecutando la seguridad, el reconocimiento de nombres, el registro, etc.
CAPA DE PRESENTACIÓN
La capa de presentación da formato a los datos que deberán presentarse en la capa de aplicación. Se puede decir que es el traductor de la red. Esta capa puede traducir datos de un formato utilizado por la capa de la aplicación a un formato común en la estación emisora y, a continuación, traducir el formato común a un formato conocido por la capa de la aplicación en la estación receptora.
La capa de presentación proporciona:
Conversión de código de caracteres: por ejemplo, de ASCII a EBCDIC.
Conversión de datos: orden de bits, CR-CR/LF, punto flotante entre enteros, etc.
Compresión de datos: reduce el número de bits que es necesario transmitir en la red.
Cifrado de datos: cifra los datos por motivos de seguridad. Por ejemplo, cifrado de contraseñas.
CAPA DE APLICACIÓN
El nivel de aplicación actúa como ventana para los usuarios y los procesos de aplicaciones para tener acceso a servicios de red. Esta capa contiene varias funciones que se utilizan con frecuencia:
Uso compartido de recursos y redirección de dispositivos
