Modulo 01 - Investigación

AREA DE TRANSFERENCIA DE CONOCIMIENTOS

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POSTGRADO A DISTANCIA: REDES DE COMUNICACIÓN DE DATOS

ARQUITECTURA DE REDES


OBJETIVOS GENERALES

• Definir y describir los protocolos fundamentales de las arquitecturas de redes (OSI y

TCP/IP)

• Identificar cada una de las capas que contienen los protocolos OSI y TCP/IP

• Comparar los protocolos OSI y TCP/IP

SUMARIO

Módulo 1. Introducción a la Arquitectura de Redes

Módulo 2. La Capa Física

Módulo 3. La Capa de Enlace

Módulo 4. La Capa de Red

Módulo 5. La Capa de Transporte

Módulo 6. La Capa de Aplicación

INTRODUCCIÓN AL CURSO

Sólo hasta hace dos décadas el término “redes de computadoras” constituía un tópico de interés

únicamente para un puñado de profesionales quienes integraban, por aquel entonces, una

exclusiva élite en el incipiente mundo de lo que hoy se conoce como “Tecnologías de la

Información”. Años después, a mediados de la década de 1990 y con el advenimiento de la

globalización y las doctrinas neoliberales en todo el mundo, se pusieron en boga expresiones tales

como “Internet”, “Autopista de la Información” y “Aldea Global”.

Hoy en día, se plantea la necesidad de crear una nueva Internet, lo que está movilizando a

equipos de investigación en todo el mundo en pos de una necesaria reestructuración.

El primer paso se dio en diciembre de 1998 con el establecimiento del Ipv6 como nuevo protocolo

de Internet y prosigue con investigaciones referidas a nuevas arquitecturas como MPLS. En este

punto es necesario reflexionar sobre el mecanismo que impele a las redes existentes a seguir un

ciclo vital de nacimiento, apogeo y ocaso. La respuesta es muy simple: las aplicaciones. Por

ejemplo, cuando el ser humano tuvo la necesidad de comunicarse con lugares distantes mediante

la voz humana surgió una red que hoy se conoce como Red de Telefonía, la cual sigue


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evolucionando para satisfacer las necesidades de comunicación tanto en el ámbito nacional como

en el mundial. Otro ejemplo nos lo brinda la Guerra Fría, la cual obligó a los investigadores

estadounidenses a crear un sistema que permitiera a los militares continuar comunicándose aun

después de un ataque nuclear. De este modo, a comienzos de la década de 1970, se probó

exitosamente ARPANET, una red de computadoras con fines de defensa, cuyo impacto se

trasladó primero al mundo académico y posteriormente al comercial. La incipiente Internet

requería reglamentarse, así que en septiembre de 1981 se publican las RFC para dos protocolos

en ciernes: el TCP y el IP. Internet, tal como se conoce hoy en día, está basada íntegramente en

dichos protocolos. Por aquel entonces las únicas aplicaciones existentes consistían en envío de

textos, e-mail, empleo de terminal virtual (TELNET) y la transferencia de archivos (FTP) Cuando

surgió la necesidad de enviar no solo texto, sino también imágenes, se concibió en noviembre de

1990 el proyecto “World Wide Web: Proposal for a HyperText Project” lo que significó el

nacimiento de la página Web. Con el pasar de los años, aplicaciones como multimedia y la voz

buscaron y consiguieron migrar de sus respectivas redes a Internet: en lenguaje llano,

aplicaciones que requerían banda ancha y que ostentaban orgullosas pertenecer al Siglo XXI

debían ser soportadas por los protocolos TCP/IP, diseñados en el siglo pasado. Y todo ello por

puro afán comercial.

Entonces surge la interrogante: las aplicaciones y necesidades de los usuarios evolucionan, pero,

¿han evolucionado los protocolos? Respuesta negativa. Por ello, es necesaria una urgente

reestructuración de Internet, implementando nuevas arquitecturas y nuevos protocolos, pero con

una premisa: TCP/IP debe permanecer inmutable ante los cambios. En pocas palabras, debe

llevarse a cabo una evolución, mas no una revolución. Los cambios evolutivos son un derrotero

con una pendiente suave hacia el destino final; implican traer a los nuevos tiempos lo mejor de los

viejos y mejorar lo más posible los aspectos negativos de éstos. Si de la noche a la mañana se

decidiera dejar a un lado los protocolos TCP/IP, habría que arrojar a la basura una multimillonaria

inversión hecha en equipos que ningún usuario o compañía estaría dispuesto a realizar.


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MÓDULO 1

INTRODUCCIÓN A LA ARQUITECTURA DE REDES

OBJETIVOS DEL MÓDULO

• Compilar la terminología empleada en las redes de computadoras y telecomunicaciones.

• Enumerar las diferentes funciones de las capas de los modelos OSI y DNA estableciendo

criterios de comparación entre ambos (similitudes y diferencias)

• Explicar el funcionamiento de los principales tipos de redes haciendo uso de ejemplos

reales.

SUMARIO

1.1 Sistemas de Comunicación de Datos

1.2 Tipos de Redes de Comunicación de Datos

1.2.1 Generalidades

1.2.2 Redes de Conmutación

1.2.3 Redes de Difusión Amplia

1.3 Arquitectura de Redes

1.3.1 Modelo de tres capas

1.3.2 Modelo de capas

1.4 Interfaces y Servicios

1.5 Servicios Orientados y No Orientados a la Conexión

1.6 Modelos de Referencia

1.6.1 Modelo OSI

1.6.2 Modelo de Referencia TCP/IP

1.6.3 Comparación de los modelos OSI y TCP/IP

INTRODUCCIÓN

El estudio del modelo OSI empezará con una descripción de las funciones principales de cada una

de sus capas, definiéndose a continuación términos como conmutación de circuitos, conmutación

de paquetes, línea dedicada, línea conmutada, interfase, entidad, servicio, protocolo, jerarquía de

protocolo, Redes LAN, Redes WAN, entre otros.


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El modelo TCP/IP consta de cuatro capas. Se realizará una descripción de cada una de éstas, así

como una comparación con el Modelo OSI.

Por otro lado, este primer módulo expondrá el uso y el impacto de las redes de computadoras en

lo que respecta a los requerimientos planteados por las compañías y usuarios que emplean los

servicios brindados por los ISP y por las redes privadas.


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DESARROLLO DEL MÓDULO

1.1 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DE DATOS

El propósito de un sistema de comunicación de datos es intercambiar información entre dos

agentes.

El sistema de datos está conformado por tres bloques:

• Sistema fuente conformado por el dispositivo de entrada y transmisor (TX)

• Sistema destino conformado por el receptor (RX) y dispositivo de salida.

• Medio de telecomunicación.

Por ejemplo (ver Fig. 1.1), se tiene el mensaje m en el dispositivo de entrada , el cual procesa la

información original entregando al transmisor la señal digital g(t) Ésta es convertida en la señal

analógica s(t) , la que, para efectos de transmisión, debe estar adaptada a las características del

medio de telecomunicación .

En el otro extremo, llega al receptor la señal analógica r(t) , la cual podría diferir de la señal s(t)

proveniente del sistema fuente debido al paso de ésta a través del medio de telecomunicación .

La señal r(t) es convertida en la señal digital g’(t) por el dispositivo receptor ya mencionado.

Finalmente, el dispositivo de salida entrega el mensaje m’ al usuario final.

Fig. 1.1 Sistema de Comunicación de Datos (Simples)

Como ejemplo práctico se tendría por mensaje de entrada la expresión “Bienvenido” (mensaje m)

a ser enviado mediante correo electrónico; el dispositivo de entrada en este caso específico es

el computador desde el cual se desea establecer comunicación con el destinatario remoto. La PC

genera como señal de salida una secuencia de bits (señal digital g(t) ), que es enviada a un

módem (dispositivo TX) que deberá convertir estos bits en una señal analógica (s(t) ), la cual

deberá estar adaptada al medio de transmisión . En el extremo receptor otro módem (dispositivo

RX) procesará la señal analógica entrante, convirtiéndola en un “tren” de bits (señal g’(t) ), los

cuales ingresarán a un servidor de correo. Así, este último enviará el mensaje al usuario final,


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exhibiéndose el mensaje “Bienvenido” (mensaje m’ ) en el computador del destinatario

(dispositivo de salida )

1.2 TIPOS DE REDES DE COMUNICACIÓN DE DATOS

1.2.1 Generalidades 1

En su manera más simple, la comunicación de datos ocurre entre dos dispositivos directamente

conectados, punto a punto, por algún medio de transmisión. Sin embargo, no es práctico conectar

dos dispositivos de esta forma, debido a las siguientes causas:

• Los dispositivos pueden estar alejados uno del otro. Por ejemplo, sería muy costoso tener un

enlace dedicado entre dos equipos que situados a miles de kilómetros uno del otro.

• El hecho que un conjunto de dispositivos deseen comunicarse uno con el otro en distintos

momentos. Tal es el caso de los teléfonos de una red pública o las computadoras y

terminales de una empresa.

La solución a esta situación, es conectar a los dispositivos vía una red de comunicaciones .

En la Fig. 1.2 se tiene una colección de dispositivos que desean comunicarse; a los cuales nos

referiremos de manera genérica como estaciones de red o simplemente estaciones . Estas pueden

ser computadoras, terminales, teléfonos ú otros dispositivos de comunicaciones. Cada estación se

conecta a un nodo de red . Los nodos a los que se conectan las estaciones son la frontera de la red

de comunicaciones, que transfiere datos entre ellas.

Fig. 1.2 Red de Comunicaciones

1 Extraído de Carlos Alcócer “Redes de Computadoras” Segunda Edición INFOLINK S.R.L.


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Las redes de comunicaciones se clasifican sobre la base de su arquitectura y las técnicas usadas

para transferir datos. En este contexto trataremos los siguientes tipos de redes:

a) Redes por conmutación

Redes por conmutación de circuitos

Redes por conmutación de paquetes

b) Redes de difusión amplia (broadcasting)

Redes de área local (LANs)

Redes de paquetes por radio

Redes satelitales

1.2.2 Redes por conmutación

En una red por conmutación (Fig. 1.3), los datos se transfieren de una fuente a un destino por una

serie de nodos intermedios. Éstos (incluyendo los nodos de frontera) no analizan el contenido de los

datos; su propósito es proporcionar una facilidad de conmutación que moverá los datos de un nodo

a otro hasta que alcancen su destino.

Fig. 1.3 Red de Conmutación

1.2.2.1 Conmutación de circuitos

En una red por conmutación de circuitos (Fig. 1.4), los enlaces de comunicaciones entre dos

estaciones se establecen a través de los nodos de la red. Cada enlace es una secuencia de enlaces

físicos entre los nodos. Sobre cada enlace, un canal lógico se dedica a la conexión. Los datos

generados por una estación fuente se transmiten por el enlace dedicado tan rápido como es posible.

En cada nodo, los datos entrantes se enrutan o conmutan al canal de salida apropiado sin retardo.

La red de telefonía básica es un ejemplo común de red de conmutación de circuitos.


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Las redes de conmutación de circuitos contemplan la existencia de un camino dedicado entre el

transmisor y el receptor de datos.

Se establecen tres fases: Inicio de la conexión, Transferencia de datos y Liberación de la

conexión.

Cuando el usuario desea establecer una comunicación con su par remoto (proceso End-to-End o

E2E) el primero inicia el proceso brindando información a los órganos de conmutación, los que

llevarán a cabo un proceso de señalización para configurar el mejor camino posible hasta el

receptor. Establecida la conexión, todos los recursos del canal son utilizados exclusivamente por

la comunicación en curso.

Fig. 1.4 Conmutación de Circuitos

Esta última característica permite a este tipo de redes brindar Calidad de Servicio (QoS) y buen

rendimiento. Por cierto, se garantiza la llegada de la información al otro extremo. La red telefónica

existente está basada en la conmutación de circuitos, lo que implica que las inversiones

desarrolladas en esta tecnología suman hasta el momento cantidades millonarias.

1.2.2.2 Conmutación de paquetes

En una red por conmutación de paquetes el enfoque es totalmente distinto. En este caso, no se

dedica un enlace por una trayectoria a través de la red, sino que los datos se envían en una

secuencia de pequeños paquetes. Cada paquete pasa de nodo en nodo por la red en una

trayectoria que lo lleva de la estación fuente a la estación destino. En cada nodo, el paquete entero

se recibe, se almacena brevemente y luego se transmite al siguiente nodo. Las redes de

conmutación de paquetes se usan para las comunicaciones entre terminales y computadoras o


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entre computadoras.

Las redes de conmutación de paquetes presentan tres características principales:

- La información viaja en paquetes.

- Cada paquete viaja de manera independiente de otro.

- No existe conexión dedicada entre dos puntos de la red.

El comportamiento de este tipo de redes es fácilmente explicable con esta analogía: supóngase

que en un aula universitaria el docente da intempestivamente la orden a los alumnos para que

éstos se dirijan al laboratorio de redes de computadoras, ubicado a algunos kilómetros de allí.

Además, les indica que deberán ir separados uno de otro, empleando el medio de transporte que

cada uno considere conveniente.

En efecto, cada uno de los alumnos emprende independientemente el viaje. Unos elegirán

caminar hasta el laboratorio siguiendo diversos caminos a través de la universidad. Otros lo harán

en bicicleta o en moto. Algunos poseen auto. Algunos intentarán llegar al laboratorio pero se les

presentarán inconvenientes en el camino, por lo que jamás llegarán.

Bajo este esquema, los alumnos irán llegando uno tras otro al laboratorio. Tal vez un alumno que

optó por caminar estuvo entre los primeros en salir, pero el estudiante que dispone de auto, pese

a haber salido minutos después que él, llega primero al destino.

Fig. 1.5 Conmutación de paquetes

Las redes de conmutación de paquetes poseen un comportamiento similar. La información es


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dividida en paquetes (“paquetizada” ) antes de ser enviada, no existiendo un camino predefinido

hasta el receptor. Cada uno de los paquetes es independiente de los demás y elegirá de acuerdo

a ciertos algoritmos de enrutamiento el mejor camino para llegar al destino. Por lo tanto, los

paquetes deberán llevar consigo cierta información que deberá ser “leída” por los dispositivos de

enrutamiento con los que se topen en el camino (routers ) para poder ser encaminados a través

de la red (ver Fig. 1.5)

Este último punto pone en evidencia una de las razones por las que Internet es una red en

extremo insegura: no importan qué tan complicados sean los algoritmos de encriptación con los

que se intente proteger la privacidad de la información, en un momento determinado los routers

deberán tener acceso a toda la información oculta, lo que incrementa la vulnerabilidad de la red de

conmutación de paquetes, y por ende, de Internet. Por ello, las redes de conmutación de paquetes

ofrecen un pobre QoS y bajo rendimiento , a pesar de lo cual, todas las aplicaciones de

vanguardia están migrando o han migrado ya Internet. Voz sobre IP, envío de contenidos

multimedia a través de Internet y la telefonía 3G con sus avanzados servicios de localización que

reposan en la red de redes son algunos ejemplos.

A pesar de que las nuevas aplicaciones pugnan desesperadamente por anidarse en Internet, hay

que tener muy en cuenta que los protocolos TCP/IP fueron presentados en sociedad a comienzos

de la década de 1980, cuando no existían las aplicaciones de banda ancha de hoy en día. Lo que

es peor, la red de conmutación de paquetes ofrece bajo QoS y bajo rendimiento, bajo la política

del Best Effort , vale decir, de hacer el mejor esfuerzo posible para que la información llegue a su

destino: si llegó, bien; si no llegó, se hizo lo posible.

Paradójicamente, cuando todas las aplicaciones se empecinan en migrar a Internet, las redes de

conmutación de paquetes vuelven la mirada para aprender algo de las redes de conmutación de

circuitos. Puesto que no existen caminos en las redes de conmutación de paquetes, ¿sería posible

implementar en ellas caminos, aunque sea virtualmente? La respuesta es afirmativa, y ha

conducido al desarrollo de los circuitos virtuales y al MPLS.

1.2.3 Redes de difusión amplia 2

En las redes de difusión amplia (broadcasting) (ver Fig. 1.6) no hay nodos de conmutación

intermedios. En cada estación, un transmisor / receptor se comunica por un medio compartido por

otras estaciones. Una transmisión de una estación se difunde y recibe en todas las otras

estaciones. Un ejemplo simple es un sistema de comunicación de voz vía radio ciudadana, en la

2 Extraído de Carlos Alcocer “Redes de Computadoras” Segunda Edición INFOLINK S.R.L


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que todos los usuarios que sintonicen la frecuencia de cierto canal podrían comunicarse. En este

caso, nos atañe una comunicación entre computadoras y terminales, en donde los datos se

transmiten a menudo en paquetes. Ya que el medio se comparte, sólo una estación puede

transmitir a la vez.

Fig. 1.6 Redes de difusión amplia ( broadcasting)

Las redes de transmisión de paquetes por radio y redes satelitales son redes similares de

redes de difusión amplia (Fig. 1.6a y Fig. 1.6b). En ambos casos, las estaciones transmiten y

reciben por sus antenas, y todas las estaciones comparten el mismo canal o radiofrecuencia. En

una red de transmisión de paquetes por radio , las estaciones están dentro del rango de

transmisión una de la otra y difunden directamente una hacia la otra. En la red satelital , los datos

no pasan directo de transmisor a receptor sino que se retransmiten vía satélite; cada estación

transmite hacia el satélite y recibe desde el satélite.

Las redes de área local (Local Area Networks -LAN) y las redes de área metropolitana

(Metropolitan Area Networks - MAN) son dos redes típicas que trabajan en difusión amplia. Una

LAN es una red de comunicaciones confinada a una área pequeña, tal como un solo edificio, local

o una pequeña agrupación de edificios. Una MAN abarca un área mayor, tal como un complejo de

edificios o una ciudad completa. Los dos casos más comunes de LAN y MAN se ven en las Fig.

1.6c y Fig. 1.6d. En una red de topología tipo bus, todas las estaciones se conectan a un hilo o

cable común. La transmisión de cualquiera de las estaciones se propaga por ese medio en ambas

direcciones y la reciben todas las estaciones. La red de anillo consiste en un lazo cerrado, donde


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cada estación está conectada a un elemento repetidor. La transmisión de una determinada

estación circula por el anillo, pasando a través de las otras para ser recibida por la estación

destino.

1.3 ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES ENTRE REDES 3

Habiendo introducido el concepto de protocolo, ahora presentaremos el concepto de arquitectura

de comunicaciones entre computadoras . Para tal efecto establecemos las siguientes premisas:

La tarea para comunicarse entre dos entidades de sistemas diferentes es demasiado complicada

para ser manejada por un solo proceso o un solo módulo. Debe haber un alto grado de

cooperación entre las dos computadoras. La tarea puede ser dividida en varias tareas menores,

cada una de las cuales pues ser implementada por separado.

Retornemos a nuestro ejemplo de la aplicación de transferencia de archivos que requiere efectuar

cuatro tareas, que ya hemos enumerado en la Tabla 1.1. De las cuatro tareas, la 3 y la 4 pueden

ser llevadas a cabo por un protocolo de nivel de aplicación orientado a la comunicación

implementada en el paquete de transferencia de archivos. Los respectivos módulos en los dos

sistemas intercambian archivos y comandos. Luego, para que estos paquetes de transferencia de

archivos intercambien datos, cada uno invocará al módulo de servicio de comunicaciones

respectivo. Estos módulos son responsables de asegurar que los comandos y datos que realicen

la transferencia de archivos sean confiablemente intercambiados entre los sistemas. Es decir que,

entre otras tareas, los módulos de servicios de comunicaciones ejecutarán la tarea 2 usando un

protocolo “de sistema a sistema”.

Finalmente se procede a transferir los datos a la red. Para tal efecto, debe notarse en este punto

que la naturaleza del intercambio de datos entre los sistemas es independiente de la naturaleza

de la red con que ambos se interconecten. Por ello, en vez de implementar la interface con la red

en el módulo de servicios de comunicaciones, es preferible hacer un tercer módulo: uno de acceso

a la red, que se encargue de realizar la tarea 1 para interactuar con la red.

TAREA

1 El sistema origen debe activar tanto la trayectoria directa de transmisión de datos como

informar a la red de comunicaciones de la identidad del sistema destino

2 El sistema origen o fuente debe asegurarse que el destino esté preparado para recibir datos

3 Extraído de Carlos Alcocer “Redes de Computadoras” Segunda Edición INFOLINK S.R.L


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3 La aplicación de transferencia de archivos del sistema fuente debe confirmar que el programa

de administración de archivos del sistema destino esté listo para aceptar y almacenar el

archivo que se le va a enviar

4 Si los formatos de los archivos utilizados en los dos sistemas son incompatibles, uno de los

sistemas debe realizar la traducción de formatos

Tabla 1.1 Tareas para la transferencia de archivos entre dos sistemas

Así, observamos que, en vez de un solo protocolo, hay un conjunto estructurado de protocolos

que implementan la función de comunicaciones, estructura que se conoce como una arquitectura

de comunicaciones de computadoras .

1.3.1 Un modelo de tres capas

De acuerdo al ejemplo y en términos generales las comunicaciones de datos involucran a tres

agentes tales como: aplicaciones, computadoras y redes. Por lo cual, parece natural organizar la

tarea de comunicaciones en tres capas relativamente independientes, tales como:

• Capa de acceso a la red.

• Capa de transporte.

• Capa de aplicación.

Estas capas se ilustran en la Fig. 1.7

Fig. 1.7 Capas del modelo de arquitectura de comuni cación entre computadoras


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• Capa de acceso a la red

Esta capa incluye el intercambio de datos entre la computadora y la red a que se conecte.

La computadora que llama o computadora origen, la cual envía información, debe

proporcionar a la red la dirección de la computadora a la que está llamando o computadora

destino, de tal manera que la red pueda enrutar los datos a la dirección apropiada. Además

podría invocar ciertos servicios a la red tal como prioridad que podría ser proporcionados

por la red.

El software específico usado en esta capa depende del tipo de red; para lo cual se han

desarrollado diferentes normas para conmutación de circuitos, conmutación de paquetes,

redes de área local y otros. Por esta razón, tiene sentido separar estas funciones que

tienen que ver con el acceso a la red. De esta manera, el software restante que se

encuentra sobre esta capa de acceso a la red no tiene que estar involucrado en los

aspectos específicos de la red que han de utilizarse. Es decir, el mismo software de alto

nivel debería funcionar apropiadamente sin tener en cuenta el tipo de red a la que se

conecte la computadora.

• Capa de transporte

Esta capa es la encargada de que los datos sean intercambiados confiablemente. Esto es,

nos gustaría que nos aseguren que todos los datos lleguen a la aplicación destino y que

ellos lleguen en el mismo orden en el que fueron enviados. Para este efecto es necesario

tener mecanismos que nos proporcionen confiabilidad, los cuales, conforme veremos

posteriormente son esencialmente independientes de la naturaleza de las aplicaciones.

• Capa de aplicación

Esta capa contiene toda la lógica necesaria para soportar diversas aplicaciones de usuario.

Para cada tipo diferente de aplicación, es necesario un módulo separado, pertinente para

ella.

1.3.2 Modelo de capas

Las primeras redes de computadoras tuvieron inicios muy similares a los primeros computadores:

las primeras redes y protocolos se diseñaron pensando en el hardware sin tener en cuenta el

software ni la evolución tecnológica que se aproximaba. Tampoco se consideraron la

interconexión y compatibilidad entre equipos provenientes de distintos fabricantes. A medida que

la tecnología avanzaba y se mejoraban las redes se vivieron experiencias parecidas a las de los


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primeros computadores: los programas de comunicaciones, que habían costado enormes

esfuerzos de desarrollo, tenían que ser reescritos para utilizarlos con el nuevo hardware, y debido

a la poca modularidad el código no era aprovechable en lo absoluto.

El problema se resolvió de forma análoga a lo que se había hecho con los computadores.

Cada fabricante elaboró su propia arquitectura de red, que permitía independizar las funciones y el

software del hardware concreto utilizado. De esta forma cuando se quería cambiar algún

componente sólo la función o el módulo afectado tenía que ser sustituido. La primera arquitectura

de redes fue anunciada por IBM en 1974, justo diez años después de anunciar la arquitectura

S/360 que se denominó SNA (Systems Network Architecture) La arquitectura SNA se basa en la

definición de siete niveles o capas, cada una de las cuales ofrece una serie de servicios a la

siguiente, la cual se apoya en ésta para implementar los suyos y así sucesivamente. Cada capa

puede implementarse en hardware, software o una combinación de ambos. El módulo (hardware

y/o software) que implementa una capa en un determinado elemento de la red debe poder

sustituirse sin afectar al resto de la misma, siempre y cuando el protocolo utilizado se mantenga

sin cambios. Dicho en otras palabras, SNA es una arquitectura altamente modular y estructurada.

No se hará un alto innecesario para detallar la arquitectura SNA, ya que cae fuera de los objetivos

del presente curso, sin embargo, es conveniente resaltar que el modelo de capas utilizado por el

SNA ha sido la base de todas las arquitecturas de redes actualmente en uso, incluidas las

basadas en el modelo OSI (Open Systems Interconnection) y el TCP/IP (Transmission Control

Protocol/Internet Protocol) que se verá en detalle más adelante.

Las ideas básicas del modelo de capas son las siguientes:

• La capa n ofrece una serie de servicios a la capa n+1.

• La capa n solo “ve” y emplea los servicios que le ofrece la capa n-1.

• La capa n en un determinado sistema solo se comunica con su homóloga en el sistema

remoto comunicación de igual a igual o “peer-to-peer”. Esa “conversación” se efectúa de

acuerdo con una serie de reglas conocidas como protocolo de la capa n.

La comunicación entre dos capas adyacentes en un mismo sistema se realiza de acuerdo con una

interfaz. La interfaz es una forma concreta de implementar un servicio y no forma parte de la

arquitectura de la red.

La arquitectura de una red queda perfectamente especificada cuando se describen las capas que

la componen, su funcionalidad, los servicios que implementan dichas capas y los protocolos que

utilizan para hablar con sus “iguales”. El conjunto de protocolos que utiliza una determinada


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arquitectura en todas sus capas se denomina pila de protocolos (“protocol stack” en inglés); de

este modo, es frecuente oír hablar de la pila de protocolos OSI, SNA, TCP/IP o DECNET, por

ejemplo.

Para comprender mejor cómo funciona el modelo de arquitectura de redes basado en capas es

conveniente esbozar una analogía: un ejecutivo de la empresa A desea enviar de forma urgente

un importante informe a un colega suyo en la empresa B. Para esto hablará con aquél

notificándole el envío y a continuación pasará a su secretaria el informe con las instrucciones

correspondientes. La secretaria llamará a la secretaria de B para averiguar la dirección exacta,

pondrá el informe en un sobre y llamará a un servicio de mensajería, que enviará a un motorista

para que recoja el paquete y lo lleve al aeropuerto. Cuando el paquete llega al aeropuerto de

destino es recogido allí por otro motorista que lo lleva a la oficina de la empresa B y lo entrega a la

secretaria; ésta se ocupará de los trámites administrativos (pagar al mensajero, abrir el paquete,

comprobar su contenido, acusar recibo a la secretaria de A, etc.) y lo pasará después a su jefe,

quien una vez que haya recibido y analizado el informe llamará al ejecutivo de A.

Obsérvese que en el proceso anterior existen diferentes niveles claramente diferenciados: los

ejecutivos, las secretarias, los motoristas, y por último la empresa de líneas aéreas que se ocupa

del transporte físico de la mercancía. En todos los niveles (menos probablemente el más bajo) hay

dos entidades, la transmisora (A) y la receptora (B) Si todo ocurre según lo previsto cada entidad

sólo hablará con su homóloga en el otro lado y con sus entidades vecinas, es decir, el jefe de A

sólo habla con el jefe de B y con su secretaria, la secretaria habla con su jefe, con el motorista y

con la otra secretaria para confirmar el envío, etc. (ver Fig. 1.8)

En ningún caso se contempla que la secretaria de A hable con el ejecutivo de B. Si por ejemplo la

secretaria de A es sustituida por enfermedad por otra persona los procedimientos seguirán

funcionando, siempre y cuando la secretaria suplente desarrolle la exactamente, o mejor, la

misma función. Las variaciones de carácter interno sólo han de ser conocidas por las entidades

contiguas, por ejemplo, el motorista de B podría ser reemplazado por una furgoneta de reparto y

este hecho solo ha de ser conocido por la secretaria de B y por la persona que entrega los

paquetes en el aeropuerto. Esto es lo que se denomina una interfaz. Obsérvese que el modelo de

capas simplifica considerablemente la tarea de cada una de las entidades, que sólo tiene que

preocuparse de una pequeña parte de todo el mecanismo. En esencia se trata de aplicar a la

resolución de problemas la vieja fórmula de divide y vencerás.


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Fig. 1.8 Analogía del funcionamiento de un modelo de arquitectura de red

Cuando un sistema desea enviar un mensaje a un sistema remoto normalmente la información se

genera en el nivel más alto; conforme va descendiendo se producen diversas transformaciones,

por ejemplo adición de cabeceras, de colas, de información de control, la fragmentación en

paquetes más pequeños si el paquete original es muy grande (o más raramente la fusión con

otros si es demasiado pequeño), etc. Todas estas operaciones se invierten en el sistema remoto

en las capas correspondientes, llegando en cada caso a la capa correspondiente en el destino un

mensaje igual al original.

1.4 Interfaces y servicios

Debido a su importancia se estudiará con más detalle que es un servicio. A continuación, algunas

definiciones:

Se conoce como entidad a los elementos activos en cada capa. Una entidad puede ser un

proceso, un componente hardware, o una combinación de ambos. Un computador puede tener

una o varias entidades en cada capa (por ejemplo un computador con dos tarjetas de conexión a

LAN).

Se denominarán entidades iguales o entidades pares (“peer entities” en inglés) a dos entidades

homólogas, es decir, entidades diferentes de la misma capa (generalmente estarán en diferentes

máquinas, pero podrían estar en la misma). Las entidades de la capa n implementan los servicios


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que utilizará la capa n+1. En este caso la capa n actúa como el proveedor del servicio y la capa

n+1 es el usuario del servicio. El uso que la capa n haga de los servicios de la capa n-1 es algo

que no afecta ni incumbe a la capa n+1.

Los servicios están disponibles en los SAPs (Service Access Points) Los SAPs de la capa n son

los puntos donde la capa n+1 puede acceder a los servicios ofertados. Cada SAP de cada entidad

de la capa n tiene una dirección que le identifica de forma única en toda la red.

Se conoce como interfaz al conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de información entre

capas. En una comunicación la entidad de la capa n+1 intercambia una IDU (Interface Data Unit)

con la entidad de la capa n a través del SAP (ver Fig. 1.9) La IDU está formada por una SDU

(Service Data Unit) e información de control. La SDU es la información que se transmite a la

entidad equivalente (peer) en el lado contrario y de allí a la capa n+1 a través de su SAP. La

información de control es necesaria como su nombre lo indica para que la capa n haga

correctamente su trabajo, pero no es parte de los datos mismos. En la especificación de una

arquitectura solo es necesario describir la estructura de la SDU, pero no la de la IDU, ésta se

describe en la interfaz, que puede ser distinta para cada implementación.

Para transferir la SDU (Service Data Unit) la entidad de la capa n puede tener que fragmentarla en

varias PDUs (Protocol Data Units) Cada PDU llevará una cabecera que permitirá a la entidad de la

capa n en el otro lado ensamblar de nuevo la SDU correctamente.

Figura 1.9 Interfaces y servicios entre capas (IDU = Unidad de Datos de la Interfaz; SDU = Unidad de

datos de servicio; PDU =Unidad de datos de protocol o; ICI = Interface de control de Interfaz)


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1.5 SERVICIOS ORIENTADOS Y NO ORIENTADOS A CONEXIÓN

En una arquitectura de redes cada capa utiliza los servicios de la capa inmediatamente inferior

para comunicarse con su capa homóloga en el otro extremo. En función de cómo se establezca

esa comunicación suelen distinguirse dos tipos de servicios: orientados a conexión y no

orientados a conexión.

En el servicio orientado a conexión, primero se establece el canal de comunicación, después se

transmiten los datos, y por último se termina la conexión. Dicha “conexión” se denomina circuito

virtual (VC, Virtual Circuit) Una vez establecido el VC el camino físico que van a seguir los datos

está determinado; los paquetes deben ir todos por él desde el origen al destino y llegar en el

mismo orden con el que han salido. Dado que el VC establece de forma clara el destino, los

paquetes no necesitan especificar su dirección. Generalmente se distinguen dos tipos de circuitos

virtuales: conmutados, también llamados SVCs (Switched Virtual Circuits), y permanentes,

conocidos también como PVCs (Permanent Virtual Circuits) Los SVCs se establecen y terminan a

petición del usuario, normalmente cuando hay paquetes que se quieren transmitir. Los PVCs

están establecidos todo el tiempo que la red está operativa (o al menos eso es lo que se pretende)

En el servicio no orientado a conexión, la comunicación se establece de manera menos formal.

Cuando una entidad tiene información que transmitir sencillamente la envía en forma de paquetes,

confiando que éstos llegarán a su destino. No se establece previamente un VC ni otro tipo de

canal de comunicación extremo a extremo. Los paquetes pueden ir por caminos físicos diversos,

por lo que cada uno debe incluir la dirección de destino. Los paquetes pueden ser almacenados

por nodos intermedios de la red, y reenviados más tarde. Aunque lo normal es que lleguen en el

mismo orden con que han salido, esto no está garantizado como ocurría en el servicio orientado a

conexión debido al almacenamiento en nodos intermedios y a la diversidad de caminos físicos

posibles. A los paquetes enviados en un servicio no orientado a conexión se les denomina

datagramas, ya que cada paquete viaja hacia su destino de forma independiente de los demás

como si fuera un telegrama.

1.6 MODELOS DE REFERENCIA

Hasta aquí hemos hablado del modelo de capas en un sentido genérico. Vamos a hablar ahora

con cierto detalle de las dos arquitecturas de redes más importantes en la actualidad,

correspondientes a los protocolos OSI (Open Systems Interconnection) y TCP/IP (Transmission

Control Protocol/Internet Protocol). Conviene destacar que la arquitectura es una entidad

abstracta, mas general que los protocolos o las implementaciones concretas en que luego se


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materializan éstos. Típicamente para cada capa de una arquitectura existirán uno o varios

protocolos, y para cada protocolo habrá múltiples implementaciones. Las implementaciones

cambian continuamente; los protocolos ocasionalmente se modifican o aparecen otros nuevos que

coexisten con los anteriores o los dejan anticuados; sin embargo una vez definida una arquitectura

ésta permanece esencialmente intacta y raramente se modifica.

1.6.1 El modelo de referencia OSI

En 1977 la ISO (International Organization for Standardization) consideró que esta situación no

era la más conveniente, por lo que entre 1977 y 1983 definió la arquitectura de redes OSI con el

fin de promover la creación de una serie de estándares que especificaran un conjunto de

protocolos independientes de cualquier fabricante. Se pretendía con ello no favorecer a ninguno a

la hora de desarrollar implementaciones de los protocolos correspondientes, cosa que

inevitablemente habría ocurrido si se hubiera adoptado alguna de las arquitecturas existentes,

como la SNA de IBM o la DNA (Digital Network Architecture) de Digital. Se esperaba llegar a

convertir los protocolos OSI en el auténtico Esperanto4 de las redes telemáticas. Por diversas

razones que veremos luego el éxito de los protocolos OSI en la práctica ha sido mucho menor de

lo inicialmente previsto.

Seguramente la aportación más importante de la iniciativa OSI ha sido precisamente su

arquitectura. Ésta ha servido como marco de referencia para describir multitud de redes

correspondientes a diversas arquitecturas, ya que la arquitectura OSI es bien conocida en

entornos de redes, y su generalidad y no-dependencia de ningún fabricante en particular le hacen

especialmente adecuada para estos fines. Por este motivo generalmente a la arquitectura OSI se

la denomina Modelo de Referencia OSI.

4 Lengua inventada que se creo para que la aprendiera todo el mundo. Así todos podrían hablar uno con otro.


21



Fig. 1.10 Modelo de Referencia OSI

El modelo OSI define siete capas, curiosamente como en la arquitectura SNA si bien la

funcionalidad es diferente. Las capas son las siguientes: Física, Enlace, Red, Transporte, Sesión,

Presentación y Aplicación.

La ISO ha especificado protocolos para todas las capas, aunque algunos son poco utilizados. En

función del tipo de necesidades del usuario no siempre se utilizan todas ellas. Pasaremos a

describir brevemente las funciones desarrolladas por cada una de las capas.

El propósito de este modelo de referencia internacional de normas de interconexión de sistemas

abiertos es proporcionar una base común para la coordinación de normas relacionadas con el

propósito de interconectar sistemas, a la vez que se permite que las normas existentes sean

colocadas en una perspectiva dentro del modelo de referencia general.

El término interconexión de sistemas abiertos (OSI – Open System Interconnection) califica

normas para el intercambio de información entre sistemas que son abiertos uno al otro en virtud

del uso mutuo de las normas aplicables. Que un sistema sea abierto no implica ninguna

implementación particular de sistemas, tecnología, o medios de interconexión, sino se refiere al

mutuo reconocimiento y soporte de normas aplicables. También es propósito de esta norma

internacional identificar áreas para desarrollar o mejorar las normas, y dar una referencia común

para mantener la consistencia de todas las normas relacionadas. Estas normas internacionales no

intentan servir como una especificación de implementación, o servir de base para la aprobación de

las implementaciones actuales, o proveer el suficiente nivel de detalle para definir con precisión

los servicios y protocolos de la arquitectura de interconexión; en vez de esto, brindan una


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estructura conceptual y funcional que permite a los grupos de expertos internacionales trabajar

productiva e independientemente para desarrollar normas para cada capa del modelo de

referencia de la OSI.

1.6.1.1 Principios de estructuras de capas

Una técnica estructural ampliamente aceptada y elegida por la ISO es la de estructura de capas o

de niveles (layering). Las funciones de comunicaciones son particionadas en un conjunto vertical

de capas. Cada capa lleva a cabo un subconjunto de funciones requeridas para comunicarse con

otro sistema. Ésta se basa en la capa próxima de más bajo nivel para llevar a cabo funciones más

primitivas y para coordinar los detalles de estas funciones. Esta capa provee servicios a la

próxima capa más alta. Idealmente, las capas deberían estar definidas de tal manera que los

cambios en una capa no requieran cambios en otra capa. De esta manera, se divide un problema

en un mayor número de problemas más pequeños y, por ende, más manejables.

Los principios usados en definir las capas OSI son las siguientes:

- No crear más capas de las que sean estrictamente necesarias.

- Crear una frontera en un punto donde la descripción de servicios puede ser pequeña y el

número de interacciones a través de la frontera sea minimizada.

- Crear capas separadas para manejar funciones que son manifiestamente diferentes en el

proceso llevado a cabo o en la terminología involucrada.

- Aglutinar funciones similares dentro de la misma capa.

- Seleccionar barreras en un punto donde la experiencia pasada haya demostrado que sean

exitosas.

- Crear una capa que tenga funciones localizadas fácilmente, de tal manera que la capa

pueda ser totalmente rediseñada y sus protocolos cambiados en una mayor manera para

tomar ventaja de los nuevos avances en la tecnología arquitectural, de hardware y de

software sin cambiar los servicios esperados desde y provistos por las capas adyacentes.

- Crear una frontera donde pueda ser útil algún punto en el tiempo, para tener una interface

correspondiente normalizada.

- Crear una capa donde haya la necesidad de diferentes niveles de abstracción en el manejo

de los datos, tal como por ejemplo: morfología, sintaxis, semántica, etc.

- Permitir cambios de las funciones de los protocolos que han de hacerse dentro de la capa

sin afectar a otras capas.

- Crear fronteras para cada capa, para su capa superior y su capa inferior solamente.


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Similares principios han sido aplicados a las subcapas.

- Crear más subgrupos y organizaciones o funciones para formar subcapas dentro de una

capa en casos donde servicios de comunicaciones distintivos lo requieran.

- Crear, cuando sea necesario, dos o más capas con una funcionalidad, aunque sea mínima,

para permitir una operación de interface con las capas adyacentes.

- Permitir el by-pass de las subcapas.

El atractivo del enfoque del modelo OSI es su promesa de resolver el problema de

comunicaciones entre computadoras heterogéneas. Dos sistemas, no importantes cuan diferentes

sean, pueden comunicarse efectivamente si ellos tienen en común lo siguiente:

- Que ellos implementen el mismo conjunto de funciones de comunicaciones.

- Que estas funciones estén organizadas en el mismo conjunto de capas. Capas pares deben

proveer la misma función, pero nótese que no necesariamente ellas deben proveerlas en la

misma manera. Las capas pares deben compartir un protocolo común.

Descripción de las capas de OSI

A continuación la descripción de las funciones que cumple cada una de las siete capas: Física,

enlace, Red, Transporte, Sesión, Presentación y Aplicación.

LA CAPA FÍSICA : Esta capa transmite los bits entre dos entidades (nodos) directamente

conectadas. Puede tratarse de un enlace punto a punto o de una conexión multipunto (una red

broadcast, por ejemplo Ethernet). La comunicación puede ser dúplex, semi-dúplex o simplex. Si la

información se transmite por señales eléctricas se especifican los voltajes permitidos y su

significado (1 ó 0) y análogamente para el caso de fibra óptica. Se especifican las características

mecánicas del conector, la señalización básica, etc.

Como ejemplos de la capa física podemos mencionar las norma EIA RS-232-C, utilizada por las

puertas COM de los computadores personales, la EIA-RS-449, CCITT X.21/X.21bis, CCITT V.35.

Las normas de redes locales incluyen en sus especificaciones la capa física (IEEE 802.3 o

Ethernet, IEEE 802.5 o Token Ring, ISO 9314 o FDDI, etc.)

Muchas de las normas que existen en la capa física se refieren a la interfaz utilizada para conectar

un computador con un módem o dispositivo equivalente, que a través de una línea telefónica

conecta con otro módem y computador en el extremo opuesto. Este es el caso por ejemplo de las

normas EIA RS-232-C, EIA-RS-449, CCITT X.21/X.21bis y CCITT V.35 antes mencionadas. En

estos el conector del computador y el módem son de diferente ‘sexo’ (macho o hembra). En este

contexto se suele utilizar la denominación DTE (Data Terminal Equipment) para referirse al


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computador y DCE (Data Circuit-Terminating Equipment) para referirse al módem. El ‘módem’ en

ocasiones no es más que un adaptador, ya que por ejemplo la norma X.21 se utiliza para líneas

digitales. En sentido general al equipo que actúa como adaptador entre el computador y el medio

de transmisión se le denomina CSU/DSU (Channel Service Unit/ Data Service Unit).

LA CAPA DE ENLACE (DATA LINK) : La principal función de la capa de enlace es ofrecer un

servicio de comunicación fiable a partir de los servicios que recibe de la capa física, también entre

dos entidades contiguas de la red. Esto supone que se realice detección y posiblemente

corrección de errores. A diferencia de la capa física, que transmitía los bits de manera continua, la

capa de enlace transmite los bits en grupos denominados tramas (frames en inglés) cuyo tamaño

es típicamente de unos pocos cientos a unos pocos miles de bytes. Si el paquete recibido de la

capa superior es mayor que el tamaño máximo de trama la capa de enlace debe encargarse de

fragmentarlo, enviarlo y recomponerlo en el lado opuesto. En caso de que una trama no haya sido

transmitida correctamente se deberá enviar de nuevo; también debe haber mecanismos para

reconocer cuando una trama se recibe duplicada. Generalmente se utiliza algún mecanismo de

control de flujo, para evitar que un transmisor rápido pueda ‘abrumar’ a un receptor lento.

Las redes broadcast utilizan funciones especiales de la capa de enlace para controlar el acceso al

medio de transmisión, ya que éste es compartido por todos los nodos de la red. Esto añade una

complejidad a la capa de enlace que no está presente en las redes basadas en líneas punto a

punto, razón por la cual en las redes broadcast la capa de enlace se subdivide en dos subcapas:

la inferior, denominada subcapa MAC (Media Access Control) se ocupa de resolver el problema

de acceso al medio, y la superior, subcapa LLC (Logical Link Control) cumple una función

equivalente a la capa de enlace en las líneas punto a punto.

LA CAPA DE RED : La capa de red se ocupa del control de la subred. Esta es la capa que

tiene ‘conciencia’ de la topología de la red, y se ocupa de decidir por que ruta va a ser enviada la

información; la decisión de la ruta a seguir puede hacerse de forma estática, o de forma dinámica

sobre la base de información obtenida de otros nodos sobre el estado de la red.

De forma análoga a la capa de enlace la capa de red maneja los bits en grupos discretos que aquí

reciben el nombre de paquetes; motivo por el cual a veces se la llama la capa de paquete. Los

paquetes tienen tamaños variables, pudiendo llegar a ser muy elevados, sobre todo en protocolos

recientes, para poder aprovechar eficientemente la elevada velocidad de los nuevos medios de

transmisión (fibra óptica, ATM, etc.). Por ejemplo en TCP/IP el tamaño máximo de paquete es de

64 KBytes, pero en el nuevo estándar, llamado IPv6, el tamaño máximo puede llegar a ser de 4

GBytes (4.294.967.296 Bytes)

Entre las funciones de la capa de red cabe destacar, aparte de la ya mencionada de elegir la ruta

a seguir, el control del tráfico para evitar situaciones de congestión o 'atascos'. En el caso de


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ofrecer servicios con QoS el nivel de red debe ocuparse de reservar los recursos necesarios para

poder ofrecer el servicio prometido con garantías. También debe ser capaz de efectuar labores de

contabilidad del tráfico en caso necesario (por ejemplo si el servicio se factura sobre la base de la

cantidad de datos transmitidos)

La capa de red es la más importante en redes de conmutación de paquetes (tales como X.25 o

TCP/IP). Algunos ejemplos de protocolos utilizados en la capa de red son los protocolos de nivel

de paquete y nivel de pasarela CCITT X.25 y X.75, el IP (Internet Protocol), CCITT/ITU-T Q.931,

Q.933, Q.2931, y el OSI CLNP (ConnectionLess Network Protocol).

LA CAPA DE TRANPORTE : La capa de transporte es la primera que se ocupa de comunicar

directamente nodos terminales, utilizando la subred como un medio de transporte transparente

gracias a los servicios obtenidos de la capa de red. Por esta razón se la ha llamado históricamente

la capa host-host. También se suele decir que es la primera capa extremo a extremo.

La principal función de la capa de transporte es fragmentar de forma adecuada los datos recibidos

de la capa superior (sesión) para transferirlos a la capa de red, y asegurar que los fragmentos

llegan y son recompuestos correctamente en su destino.

En condiciones normales la capa de transporte solicita a la capa de red una conexión diferente por

cada solicitud recibida de la capa de sesión, pero puede haber razones de costo que aconsejen

multiplexar diferentes conexiones en la capa de sesión sobre una sola conexión en la capa de red

o, inversamente, razones de rendimiento pueden requerir que una conexión solicitada por la capa

de sesión sea atendida por varias conexiones en la capa de red; en ambos casos la capa de

transporte se ocupará de hacer la multiplexación mas adecuada de forma transparente a la capa

de sesión.

La capa de transporte establece el tipo de servicio que recibe la capa de sesión, y en último

extremo los usuarios. Éste podría ser por ejemplo un servicio libre de errores que entrega los

mensajes en el mismo orden en que se envían; también podría ser un servicio de datagramas, es

decir, mensajes independientes sin garantía en cuanto al orden de entrega ni confirmación de la

misma, o un servicio broadcast o multicast en que los paquetes se distribuyen a múltiples destinos

simultáneamente.

El control de flujo, que ha aparecido en capas anteriores, es necesario también en la capa de

transporte para asegurar que un host rápido no satura a uno lento. La capa de transporte realiza

también su propio control de errores, que resulta ahora esencial pues algunos protocolos

modernos como Frame Relay o ATM han reducido o suprimido totalmente el control de errores de

las capas inferiores, ya que con las mejoras en la tecnología de transmisión de datos éstos son

menos frecuentes y se considera más adecuado realizar esta tarea en el nivel de transporte.

Ejemplos de protocolos de transporte incluyen el CCITT X.224, también llamado protocolo de

transporte OSI TP4 (Transport Protocol 4). En Internet existen dos protocolos de transporte: TCP y


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UDP.

LA CAPA DE SESIÓN : La capa de sesión es la primera que es accesible al usuario, y es su

interfaz más básica con la red. Por ejemplo, mediante los servicios de la capa de sesión un

usuario podría establecer una conexión como terminal remoto de otro computador. En un sistema

multiusuario la capa de sesión se ocupa de ofrecer un SAP a cada usuario para acceder al nivel

de transporte.

LA CAPA DE PRESENTACIÓN : Hasta aquí nos hemos preocupado únicamente de

intercambiar bits (o bytes) entre dos usuarios ubicados en dos computadores diferentes. Lo hemos

hecho de manera fiable y entregando los datos a la sesión, es decir al usuario, pero sin tomar en

cuenta el significado de los bits transportados. La capa de presentación se ocupa de realizar las

conversiones necesarias para asegurar que dichos bits se presentan al usuario de la forma

esperada. Por ejemplo, si se envía información alfanumérica de un computador ASCII a uno

EBCDIC será preciso efectuar una conversión, o de lo contrario los datos no serán interpretados

correctamente. Lo mismo podríamos decir de la transferencia de datos enteros, flotantes, etc.

cuando la representación de los datos difiere en los computadores utilizados.

LA CAPA DE APLICACIÓN: La capa de aplicación comprende los servicios que el usuario

final está acostumbrado a utilizar en una red telemática, por lo que a menudo los protocolos de la

capa de aplicación se denominan servicios. Dado que se crean continuamente nuevos servicios,

existen muchos protocolos para la capa de aplicación, uno o más por cada tipo de servicio.

Ejemplos de protocolos estándar de la capa de aplicación son el CCITT X.400, X.420, X.500,

FTAM. SMTP, FTP, HTTP, etc.

1.6.2 El modelo de referencia TCP/IP

En 1969 la agencia ARPA (Advanced Research Projects Agency) del Departamento de Defensa

(DoD, Department of Defense) de los Estados Unidos inició un proyecto de interconexión de

computadores mediante redes telefónicas. Al ser un proyecto desarrollado por militares en plena

guerra fría un principio básico de diseño era que la red debía poder resistir la destrucción de parte

de su infraestructura (por ejemplo a causa de un ataque nuclear), de forma que dos nodos

cualesquiera pudieran seguir comunicados siempre que hubiera alguna ruta que los uniera. Esto

se consiguió en 1972 creando una red de conmutación de paquetes denominada ARPAnet, la

primera de este tipo que operó en el mundo. La conmutación de paquetes unida al uso de

topologías malladas mediante múltiples líneas punto a punto dio como resultado una red

altamente fiable y robusta. Esta red se basó en el modelo de referencia TCP/IP (DoD Network


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Architecture).

La ARPAnet fue creciendo paulatinamente, y pronto se hicieron experimentos utilizando otros

medios de transmisión de datos, en particular enlaces por radio y vía satélite; los protocolos

existentes tuvieron problemas para interoperar con estas redes, por lo que se diseñó un nuevo

conjunto o pila de protocolos, y con ellos una arquitectura. Este nuevo conjunto se denominó

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) nombre que provenía de los dos

protocolos más importantes que componían la pila; la nueva arquitectura se llamó sencillamente

modelo TCP/IP, los nuevos protocolos fueron especificados por vez primera por Cerf y Kahn en un

artículo publicado en 1974. A la nueva red, que se creó como consecuencia de la fusión de

ARPAnet con las redes basadas en otras tecnologías de transmisión, se la denominó Internet.

La aproximación adoptada por los diseñadores del TCP/IP fue mucho más pragmática que la de

los autores del modelo OSI. Mientras que en el caso de OSI se emplearon varios años en definir

con sumo cuidado una arquitectura de capas donde la función y servicios de cada una estaban

perfectamente definidas, y solo después se planteó desarrollar los protocolos para cada una de

ellas, en el caso de TCP/IP la operación fue a la inversa; primero se especificaron los protocolos, y

luego se definió el modelo como una simple descripción de los protocolos ya existentes. Por este

motivo el modelo TCP/IP es mucho más simple que el OSI. También por este motivo el modelo

OSI se utiliza a menudo para describir otras arquitecturas, como por ejemplo la TCP/IP, mientras

que el modelo TCP/IP nunca suele emplearse para describir otras arquitecturas que no sean la

suya propia.

Fig. 1.11 Modelo de referencia TCP/IP


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En el modelo TCP/IP se pueden distinguir cuatro capas: La capa host-red; La capa Internet; La

capa de transporte y La capa de aplicación (Fig. 1.11)

LA CAPA HOST-RED : Esta capa engloba realmente las funciones de la capa física y la capa

de enlace del modelo OSI. El modelo TCP/IP no dice gran cosa respecto a ella, salvo que debe

ser capaz de conectar el host a la red por medio de algún protocolo que permita enviar paquetes

IP. Podríamos decir que para el modelo TCP/IP esta capa se comporta como una ‘caja negra’.

Cuando surge una nueva tecnología de red (por ejemplo ATM) una de las primeras cosas que

aparece es un estándar que especifica de que forma se pueden enviar sobre ella paquetes IP; A

partir de ahí la capa Internet ya puede utilizar esa tecnología de manera transparente.

LA CAPA INTERNET: Esta capa es el ‘corazón’ de la red. Su papel equivale al desempeñado

por la capa de red en el modelo OSI, es decir, se ocupa de encaminar los paquetes de la forma

más conveniente para que lleguen a su destino, y de evitar que se produzcan situaciones de

congestión en los nodos intermedios. Debido a los requisitos de robustez impuestos en el diseño,

la capa Internet da únicamente un servicio de conmutación de paquetes no orientado a conexión.

Los paquetes pueden llegar desordenados a su destino, en cuyo caso es responsabilidad de las

capas superiores en el nodo receptor la reordenación para que sean presentados al usuario de

forma adecuada.

A diferencia de lo que ocurre en el modelo OSI, donde los protocolos para nada intervienen en la

descripción del modelo, la capa Internet define aquí un formato de paquete y un protocolo,

llamado IP (Internet Protocol), que se considera el protocolo 'oficial' de la arquitectura.

LA CAPA DE TRANSPORTE: Esta capa recibe el mismo nombre y desarrolla la misma función

que la cuarta capa del modelo OSI, consistente en permitir la comunicación extremo a extremo

(host a host) en la red. Aquí se definen dos protocolos: el TCP (Transmission Control Protocol)

ofrece un servicio CONS fiable, con lo que los paquetes (aquí llamados mensajes) llegan

ordenados y sin errores. TCP se ocupa también del control de flujo extremo a extremo, para evitar

que por ejemplo un host rápido sature a un receptor mas lento. Ejemplos de protocolos de

aplicación que utilizan TCP son el SMTP (Simple Mail Transfer Program, correo electrónico) y el

FTP (File Transfer Program).

El otro protocolo de transporte es UDP (User Datagram Protocol) que da un servicio CLNS, no

fiable. UDP no realiza control de errores ni de flujo. Una aplicación típica donde se utiliza UDP es

la transmisión de voz y vídeo en tiempo real; aquí el retardo que introduciría el control de errores

produciría mas daño que beneficio: es preferible perder algún paquete que retransmitirlo fuera de

tiempo. Otro ejemplo de aplicación que utiliza UDP es el NFS (Network File System); aquí el


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control de errores y de flujo se realiza en la capa de aplicación.

LA CAPA DE APLICACIÓN: Esta capa desarrolla las funciones de las capas de sesión,

presentación y aplicación del modelo OSI. La experiencia ha demostrado que las capas de sesión

y presentación son de poca utilidad, debido a su escaso contenido, por lo que la aproximación

adoptada por el modelo TCP/IP parece mas acertada.

La capa de aplicación contiene todos los protocolos de alto nivel que se utilizan para ofrecer

servicios a los usuarios. Entre estos podemos mencionar tanto los ‘tradicionales’, que existen

desde que se creó el TCP/IP: terminal virtual (TelNet), transferencia de ficheros (FTP), correo

electrónico (SMTP) y servidor de nombres (DNS), como los mas recientes, como el servicio de

news (NNTP), el Web (HTTP), el Gopher, etc.

1.6.3 Comparación de los modelos OSI y TCP/IP

Como ya hemos comentado, la génesis del modelo OSI y DNA fue muy diferente (véase Fig. 1.12).

En el caso de OSI primero fue el modelo y después los protocolos, mientras que en DNA el orden

fue inverso. Como consecuencia el modelo OSI es más elegante y esta menos condicionado por

algún protocolo en particular, y se utiliza profusamente como modelo de referencia para explicar

todo tipo de redes. El modelo OSI hace una distinción clara entre servicios, interfaces y protocolos,

conceptos que a menudo se confunden en el modelo DNA. Se puede decir que la arquitectura (o el

modelo) OSI es mas modular y académico que el DNA.

Pero este mayor nivel de abstracción también tiene sus inconvenientes. Los diseñadores del

modelo OSI no tenían experiencia práctica aplicando su modelo para desarrollar protocolos y

olvidaron algunas funcionalidades importantes. Por ejemplo, las redes broadcast no fueron

previstas inicialmente en la capa de enlace, por lo que se tuvo que insertar a la fuerza la subcapa

MAC para incluirlas. Otro problema era que no se había previsto la interconexión de redes

diferentes, cosa que fue como ya hemos visto el alma mater del modelo TCP/IP.

El modelo OSI tiene siete capas, mientras que el modelo DNA sólo tiene cuatro. Aunque es

desafortunada la fusión de la capa física y la de enlace en una oscura capa host-red, la fusión de

las capas de sesión, presentación y aplicación en una sola en el modelo DNA es claramente mas

lógica que la del modelo OSI.

Otra diferencia fundamental estriba en los servicios orientados a conexión (C-O) o no orientados a

conexión (C-L). El modelo OSI soporta ambos modos en la capa de red, pero sólo el modo CONS

en la capa de transporte, que es la que percibe el usuario. El modelo TCP/IP en cambio soporta solo


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CLNS en la capa de red, pero ambos en la de transporte. Quizá un sutil detalle pueda explicar esta

diferencia: el servicio C-O en el ámbito de red hace mucho más sencillo facturar por tiempo de

conexión, cosa a la que están muy acostumbradas las compañías telefónicas, que son las que han

participado activamente en los comités técnicos de ISO que diseñaron el modelo OSI.

Fig. 1.12 Modelos OSI y TCP/IP

En la práctica los protocolos basados en las normas estándar OSI definidas por la ISO nunca

llegaron a tener gran relevancia en el ámbito mundial, a pesar de que la mayoría de los grandes

fabricantes de computadores y compañías telefónicas impulsaron su utilización ofreciendo

productos y servicios basados en ellos. Las razones principales que motivaron este fenómeno las

podemos resumir en los siguientes puntos:

• Momento inadecuado : Para cuando estaban disponibles productos comerciales basados

en protocolos OSI (finales de los ochenta) ya estaban ampliamente difundidos los

productos basados en los protocolos TCP/IP; Esto era especialmente cierto en entornos

académicos (universidades y centros de investigación), que aunque económicamente no

eran los mejor dotados sí tenían las mayores redes a nivel mundial.

• Tecnología inapropiada : como ya hemos comentado la elección del modelo de siete

capas para el protocolo OSI era algo forzada. Una de las razones que llevaron a elegir este

número de capas era que coincidía con el del modelo SNA de IBM, que dominaba el

mercado de la informática por aquel entonces; los autores del modelo OSI creían que

aproximándose a SNA tenían mayores posibilidades de éxito. La complejidad de la

arquitectura OSI (análogamente a la SNA) es considerable, y en muchos aspectos difícil de

traducir en programas.

• Implementaciones inadecuadas : en parte como consecuencia de su complejidad, los


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productos comerciales que aparecían basados en los protocolos OSI eran muy caros y

poco fiables. Esto creó un círculo vicioso, ya que al ser caros los usuarios no los

compraban, y al no usarse en condiciones reales los nuevos productos no se depuraban;

además, las empresas fabricantes tenían que mantener un alto precio del software OSI

para compensar los elevados costos de desarrollo y mantenimiento. Como contraste una

de las primeras implementaciones de TCP/IP formaba parte del UNIX de Berkeley, era

muy buena y además se distribuía gratuitamente. No es extraño pues que rápidamente se

asociara OSI con baja calidad, complejidad y costos elevados.

• Mala política : el desarrollo de OSI era patrocinado principalmente por la ISO, las PTTs

europeas, la Comunidad Europea y los gobiernos de sus países miembros; las decisiones

eran fruto de multitud de reuniones de los diversos comités y grupos de trabajo, y en

ocasiones se tomaban en consideración no sólo aspectos técnicos sino también políticos,

buscando el compromiso entre sus miembros. Por el contrario el desarrollo de TCP/IP

seguía un curso mucho más improvisado e informal, cualquier persona podía (y puede)

proponer un nuevo protocolo para su estandarización independientemente de su

nacionalidad, prestigio o situación laboral. Haciendo una simplificación podríamos decir

que OSI funcionaba como una 'democracia parlamentaria' (similar a un gobierno moderno),

mientras que TCP/IP era más similar a una ONG, o a un movimiento alternativo; esto se

reflejaba incluso en la indumentaria utilizada por uno y otro colectivo. No es de extrañar

que en entornos académicos (de nuevo recordemos los más avanzados en redes globales)

se viera con mucha más simpatía el mecanismo de estandarización del TCP/IP que el de

OSI.


32



ENLACES DE INTERÉS.

• PROTOCOLO TCP/IP:

Español:

http://www.uca.edu.sv/investigacion/tutoriales/tcp-ip.html

http://epuntonet.com/tu/estu_reti3.htm

http://www.loftware.com/webhelp_qs_spanish/htm/interfazdesockettcp.ip.htm

http://www.prodigyweb.net.mx/sftmoran/impage2.htm

Inglés:

http://www.tcpip-networking.org/

http://www.ii.uib.no/~magnus/TCP.html

http://www.cisco.com/warp/public/535/4.html

• MODELO DE REFERENCIA OSI

Español

http://www.drts-pr.com/Cedu5240/contenido/ModeloOSI.html

http://web.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/modelo_osi.html

Inglés

http://www.inetdaemon.com/tutorials/theory/osi/

http://www.isi.salford.ac.uk//books/osi/osi.html

http://gocertify.com/quizzes/osi/

Documents

Modulo 01 - Investigación