Redes de ordenadores Protocolos - Antonio Salavert Casamor.pdf

Redes de Ordenadores.Redes de Ordenadores. ProtocolosProtocolos

Antonio Salavert Casamor

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NDICE

1.INTRODUCCIN................................................................................................................................................................8

1.1.EL PROCESO DE LA COMUNICACIN........................................................................................................................................84.1.1.Esquema genrico..................................................................................................................................................94.1.2.Protocolos..............................................................................................................................................................9

4.2.REDES LAN / WAN.......................................................................................................................................................104.2.1.LAN......................................................................................................................................................................10

4.3.EJEMPLO DE LAN............................................................................................................................................................114.3.1.WAN.....................................................................................................................................................................114.3.2.Ejemplo de WAN..................................................................................................................................................124.3.3.MAN.....................................................................................................................................................................12

4.4.DISPOSITIVOS DE LAS REDES DE ORDENADORES.....................................................................................................................134.5. HALF-DUPLEX Y FULL-DUPLEX...........................................................................................................................................13

5. JERARQUA DE NIVELES............................................................................................................................................14

5.1.MODELO OSI (OPEN SYSTEM INTERCONNECTION)................................................................................................................145.1.1.Qu es?...............................................................................................................................................................145.1.2.Nivel de aplicacin (7).........................................................................................................................................155.1.3.Nivel de presentacin (6).....................................................................................................................................165.1.4.Nivel de sesin (5)................................................................................................................................................165.1.5.Nivel de transporte (4).........................................................................................................................................175.1.6.Nivel de red (3).....................................................................................................................................................175.1.7.Nivel de enlace (2)...............................................................................................................................................185.1.8.Nivel fsico (1)......................................................................................................................................................19

5.2.NIVELES TCP/IP.............................................................................................................................................................195.2.1.Nivel de aplicacin...............................................................................................................................................205.2.2.Nivel de transporte...............................................................................................................................................205.2.3.Nivel de Internet...................................................................................................................................................215.2.4.Nivel de red..........................................................................................................................................................21

5.3.REDES APPLE...................................................................................................................................................................215.4.TRANSMISIN DE LA INFORMACIN.......................................................................................................................................22

5.4.1.Encapsulacin......................................................................................................................................................235.4.2.Nombres de los mensajes.....................................................................................................................................25

6.DISEO DE UN PROTOCOLO......................................................................................................................................26

6.1.LOS CINCO ELEMENTOS DE UN PROTOCOLO............................................................................................................................266.2.PRINCIPIOS GENERALES DEL DISEO DE UN PROTOCOLO..........................................................................................................266.3.DIEZ REGLAS DE DISEO.....................................................................................................................................................28

7.NIVEL FSICO..................................................................................................................................................................29

8. CONCEPTO DE SEAL.................................................................................................................................................30

8.1.TIPOS DE SEALES : CONTINUAS Y DISCRETAS........................................................................................................................308.2.DOMINIO TEMPORAL Y DOMINIO FRECUENCIAL.......................................................................................................................31

8.2.1.Ancho de banda....................................................................................................................................................328.3.TRANSMISIN ANALGICA Y TRANSMISIN DIGITAL.................................................................................................................33

8.3.1.Transmisin analgica.........................................................................................................................................338.3.2.Transmisin digital..............................................................................................................................................338.3.3.Resumen...............................................................................................................................................................34

8.4.VELOCIDAD DE MODULACIN, VELOCIDAD DE TRANSMISIN Y CRITERIO DE NYQUIST...................................................................348.4.1.Velocidad de propagacin...................................................................................................................................348.4.2.Velocidad de transmisin.....................................................................................................................................358.4.3.Velocidad de modulacin.....................................................................................................................................358.4.4.Relacin entre velocidad de transmisin y de modulacin.................................................................................358.4.5.Relacin entre la velocidad de transmisin y las frecuencias.............................................................................35


8.4.6.Criterio de Nyquist...............................................................................................................................................368.5.CONCEPTO DE DISTORSIN..................................................................................................................................................368.6.CONCEPTO DE ATENUACIN................................................................................................................................................378.7.FUENTES DE RUIDO............................................................................................................................................................39

8.7.1.EMI/RFI (Interferencia electromagntica/interferencia de la radiofrecuencia).................................................398.7.2.Diafona (Crosstalk).............................................................................................................................................418.7.3.Ruido trmico.......................................................................................................................................................41

8.8.REFLEXIN DE LA SEAL....................................................................................................................................................42

9. LNEAS DE TRANSMISIN..........................................................................................................................................44

9.1.CABLE COAXIAL................................................................................................................................................................449.2.PAR TRENZADO.................................................................................................................................................................459.3.FIBRA PTICA...................................................................................................................................................................46

10. MODULACIN..............................................................................................................................................................49

10.1.CONCEPTO DE MODULACIN.............................................................................................................................................4910.2.TIPOS DE MODULACIN....................................................................................................................................................5010.3.SEAL MODULADORA ANALGICA......................................................................................................................................5110.4.SEAL MODULADORA DIGITAL...........................................................................................................................................52

11. CODIFICACIN DE CANAL......................................................................................................................................54

11.1.CODIFICACIN NRZ (NON RETURN TO ZERO)...................................................................................................................5511.1.1.Codificacin NRZ - L ........................................................................................................................................5511.1.2.Codificacin NRZ - I..........................................................................................................................................56

11.2.CODIFICACIN AMI BIPOLAR...........................................................................................................................................5711.3.CODIFICACIN MANCHESTER............................................................................................................................................5811.4.CODIFICACIN MANCHESTER DIFERENCIAL..........................................................................................................................5911.5.CODIFICACIN B8ZS......................................................................................................................................................59

12. MODOS DE TRANSMISIN.......................................................................................................................................61

12.1. TRANSMISIN ASNCRONA................................................................................................................................................6112.1.1.Sincronizacin de bit o de reloj.........................................................................................................................6112.1.2.Sincronizacin de carcter................................................................................................................................6212.1.3.Sincronizacin de trama....................................................................................................................................62

12.2. TRANSMISIN SNCRONA..................................................................................................................................................6312.2.1.Sincronizacin de bit..........................................................................................................................................6312.2.2.Sincronizacin de carcter................................................................................................................................6412.2.3.Orientado al bit..................................................................................................................................................64

13. NIVEL DE ENLACE......................................................................................................................................................65

13.1. DETECCIN DE ERRORES.................................................................................................................................................6513.1.1.Paridad simple...................................................................................................................................................6613.1.2.Cdigo Hamming...............................................................................................................................................6613.1.3.Paridad longitudinal (LRC)...............................................................................................................................6713.1.4.CRC (Cyclic Redundancy Check)......................................................................................................................68

13.2. SERVICIOS CONFIRMADOS Y NO CONFIRMADOS....................................................................................................................7013.3. CONTROL DE ERRORES....................................................................................................................................................71

13.3.1.Control de errores manual.................................................................................................................................7113.3.2.Echo checking....................................................................................................................................................7113.3.3.Control de errores automtico...........................................................................................................................7113.3.4.Stop & Wait (Idle RQ)........................................................................................................................................7213.3.5.Retransmisin continua (Continous-RQ)...........................................................................................................7613.3.6.Repeticin selectiva............................................................................................................................................7813.3.7.Go-back-N..........................................................................................................................................................8113.3.8.Piggy-backing....................................................................................................................................................82

13.4. CONTROL DE FLUJO........................................................................................................................................................8313.4.1.Ventana deslizante (Sliding window).................................................................................................................84

14. REDES LAN (LOCAL AREA NETWORK)................................................................................................................89

14.1.INTRODUCCIN...............................................................................................................................................................89


14.2. TOPOLOGAS.................................................................................................................................................................8914.2.1.Topologa bus.....................................................................................................................................................9014.2.2.Topologa en anillo............................................................................................................................................9014.2.3.Topologa en estrella.........................................................................................................................................9014.2.4.Topologa en estrella extendida.........................................................................................................................9114.2.5.Estrella compartida y estrella conmutada.........................................................................................................91

14.3. IEEE 802.2................................................................................................................................................................9214.4.CONMUTADORES / SWITCHES............................................................................................................................................94

14.4.1. Tipo Cut-Through Switching.............................................................................................................................9514.4.2.Tipo Store-and-Forward Switching...................................................................................................................9514.4.3.Conmutadores hbridos......................................................................................................................................9614.4.4.Conmutacin a nivel 2 y 3.................................................................................................................................96

15. PROTOCOLOS DE ACCESO AL MEDIO (MAC)...................................................................................................97

15.1.TOKEN RING..................................................................................................................................................................9715.2. ETHERNET....................................................................................................................................................................99

15.2.1.Nivel fsico........................................................................................................................................................10015.2.2.Nivel MAC........................................................................................................................................................10215.2.3.Tecnologa CSMA/CD......................................................................................................................................10315.2.4.Dominio de colisin ........................................................................................................................................10615.2.5.Ventana de colisiones......................................................................................................................................107

15.3. PROTOCOLO FAST ETHERNET.........................................................................................................................................10915.3.1.Nivel fsico........................................................................................................................................................10915.3.2.Repetidores.......................................................................................................................................................109

16. REDES INALMBRICAS...........................................................................................................................................111

16.1.PROTOCOLOS................................................................................................................................................................11116.1.1.Protocolo 802.11a............................................................................................................................................11116.1.2.Protocolo 802.11b............................................................................................................................................11116.1.3.Protocolo 802.11g............................................................................................................................................11216.1.4.Protocolo 802.11n............................................................................................................................................112

16.2.CANALES DE TRANSMISIN.............................................................................................................................................11216.3.ARQUITECTURA LAN 802.11 ......................................................................................................................................11316.4.PROTOCOLOS DE ACCESO AL MEDIO 802.11...................................................................................................................114

17.MODELO TCP/IP.........................................................................................................................................................117

17.1.IP V4 - INTERNET PROTOCOL.........................................................................................................................................11717.1.1.Cabecera IPv4..................................................................................................................................................11817.1.2. Fragmentacin y ensamblado.........................................................................................................................12017.1.3.Direccionamiento y clases IPv4.......................................................................................................................12017.1.4.Mscaras..........................................................................................................................................................12117.1.5.Enrutamiento....................................................................................................................................................122

17.2.IPV6 - INTERNET PROTOCOL VERSION 6..........................................................................................................................12417.3.ICMP - INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL...........................................................................................................12717.4.ARP - ADDRESS RESOLUTION PROTOCOL........................................................................................................................12817.5.RARP - REVERSE ADDRESS RESOLUTION PROTOCOL.......................................................................................................13017.6.TCP - TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL.....................................................................................................................13117.7.UDP - USER DATAGRAM PROTOCOL..............................................................................................................................139

18.REDES CLIENTE/SERVIDOR...................................................................................................................................141

18.1.INTRODUCCIN.............................................................................................................................................................14118.2.ACCESO DEL CLIENTE A LA INFORMACIN..........................................................................................................................14218.3.GESTIN DE LAS IDENTIDADES Y DE LOS PERMISOS DE ACCESO.............................................................................................142

18.3.1.Objetivos..........................................................................................................................................................14318.3.2.Ampliacin del Active Directory de Microsoft a entornos ajenos al mismo ..................................................14418.3.3.La fragmentacin de la gestin de las identidades y de los permisos de acceso dentro de un entorno distribudo ..................................................................................................................................................................145

19.REDES P2P (PEER-TO-PEER)...................................................................................................................................150

19.1.ELEMENTOS DE LAS REDES P2P......................................................................................................................................151


19.2.ARQUITECTURA DE LAS REDES P2P.................................................................................................................................15119.2.1.Modelo hbrido o centralizado.........................................................................................................................15119.2.2.Modelo P2P puro o totalmente descentralizado..............................................................................................15219.2.3.Modelo P2P mixto o semicentralizado............................................................................................................152

19.3.COMUNICACIN EN LAS REDES P2P.................................................................................................................................15319.3.1.Bsqueda de pares, contenidos y servicios......................................................................................................15319.3.2.Tablas Hash Distribuidas (DHT).....................................................................................................................154

19.4.SEGURIDAD..................................................................................................................................................................15619.5.INFORMACIN...............................................................................................................................................................15619.6.ANCHO DE BANDA.........................................................................................................................................................15719.7.ALMACENAMIENTO........................................................................................................................................................15819.8.CICLOS DE PROCESADOR................................................................................................................................................15919.9.BITTORRENT................................................................................................................................................................159

19.9.1.Interfaz.............................................................................................................................................................16019.9.2.Implementacin................................................................................................................................................16019.9.3.Publicando el contenido..................................................................................................................................16019.9.4.Distribucin de los usuarios............................................................................................................................16119.9.5.Seleccin del fragmento...................................................................................................................................16119.9.6.Algoritmos de choking.....................................................................................................................................162

19.10.E-MULE...................................................................................................................................................................16319.10.1.Conexin del cliente al servidor....................................................................................................................16419.10.2.Conexin cliente a cliente..............................................................................................................................16419.10.3.Identificacin del cliente................................................................................................................................16519.10.4.Identificacin del usuario..............................................................................................................................16619.10.5.Identificacin del fichero...............................................................................................................................166

19.11.SKYPE.......................................................................................................................................................................16719.11.1.Componentes clave........................................................................................................................................16819.11.2.Funciones.......................................................................................................................................................16919.11.3.Inicio de sesin..............................................................................................................................................16919.11.4.Bsqueda del Usuario....................................................................................................................................17019.11.5.Establecimiento y desconexin de la llamada...............................................................................................170

20. REDES WAN (WIDE AREA NETWORK)...............................................................................................................171

20.1.INTRODUCCIN.............................................................................................................................................................17120.2.CONMUTACIN DE PAQUETES POR CIRCUITO VIRTUAL..........................................................................................................17120.3.TIPOS DE REDES WAN.................................................................................................................................................17322.1.TIPOS DE ENLACES........................................................................................................................................................17422.2.SISTEMAS DE TRANSMISIN DIGITAL..................................................................................................................................17522.3.RDSI (RED DIGITAL DE SERVICIOS INTEGRADOS)...........................................................................................................17522.4.FRAME RELAY.............................................................................................................................................................17922.5.ADSL........................................................................................................................................................................18022.6.MODEMS EN TELEFONA MVIL......................................................................................................................................18422.7.CONMUTACIN DE PAQUETES POR DATAGRAMA..................................................................................................................185

22.7.1.Enrutador.........................................................................................................................................................18622.7.2.Protocolo enrutable.........................................................................................................................................18622.7.3.Protocolos de enrutamiento.............................................................................................................................187

23.ANALIZADORES DE PAQUETES.............................................................................................................................189

23.1.FUNCIONES..................................................................................................................................................................18923.2.FUNCIONAMIENTO.........................................................................................................................................................18923.3.MODO PROMISCUO O NO PROMISCUO................................................................................................................................19023.4.FORMATO DE UN PAQUETE IP.........................................................................................................................................19023.5.FORMATO DE UN PAQUETE TCP.....................................................................................................................................19123.6.FORMATO DE UN PAQUETE HTTP...................................................................................................................................192

24.GESTIN DE REDES...................................................................................................................................................194

24.1.MONITORIZACIN DE LAS REDES......................................................................................................................................19424.2.GESTIN POR NIVELES....................................................................................................................................................19524.3.GESTIN DE ANCHO DE BANDA........................................................................................................................................196

24.3.1.Conocimiento de las lneas de comunicaciones ..............................................................................................197


24.3.2.Monitorizacin Dinmica por Circuito...........................................................................................................197

25.SIMULADORES DE REDES.......................................................................................................................................198

25.1.ELEMENTOS DE UNA SIMULACIN DE REDES.......................................................................................................................19925.2.TIPOS DE SIMULACIONES.................................................................................................................................................20025.3.NS NETWORK SIMULATOR...........................................................................................................................................20025.4.SIMULADOR OMNET++...............................................................................................................................................20125.5.SIMULADOR GNS3......................................................................................................................................................20125.6.SSFNET.....................................................................................................................................................................20225.7.GTNETS....................................................................................................................................................................202

26.PROGRAMANDO EN RED CON PYTHON.............................................................................................................204

26.1.INTRODUCCIN.............................................................................................................................................................20426.2.USO BSICO DEL SOCKET................................................................................................................................................20426.3.CREANDO UN SOCKET....................................................................................................................................................20526.4.CONECTANDO UN SOCKET Y TRANSFIRIENDO DATOS............................................................................................................20626.5.DANDO UN NOMBRE AL SOCKET......................................................................................................................................20626.6.ESCUCHANDO Y ACEPTANDO CONEXIONES........................................................................................................................20726.7.SOCKETS UDP............................................................................................................................................................20726.8.CERRANDO EL SOCKET..................................................................................................................................................20826.9.DISEANDO UN SERVIDOR TCP......................................................................................................................................20826.10.EL CLIENTE TCP.......................................................................................................................................................20926.11.APLICACIN DE TRANSMISIN DE UN FICHERO..................................................................................................................209

26.11.1.Envo de un texto desde un cliente a un servidor..........................................................................................20926.11.2.Envo de un texto desde un cliente a un servidor..........................................................................................21026.11.3.Envo de un fichero del cliente al servidor....................................................................................................212


1. Introduccin

Para ampliar los conocimientos que se exponen en este libro, el autor recomienda los siguientes libros de los que es autor:

Los protocolos en las redes de ordenadores de Edicions UPC y

Almacenamiento de la informacin en los ordenadores en http:www.bubok.es

1.1.El proceso de la comunicacin

La comunicacin es la consecuencia del intercambio de informacin entre distintos agentes. Sin comunicacin, no hay posibilidad de intercambio de informacin. As los elementos bsicos de una comunicacin son:

El emisor, es el elemento que enva la informacin y que genera los mensajes correspondientes que contienen la informacin que se quiere enviar. Tambin al emisor se le conoce como origen de la informacin a enviar.

Un medio de transmisin, es el elemento a travs del cual se envan los mensajes y que es el elemento bsico de comunicacin.

El receptor, es el elemento que debe recibir la informacin. Se le conoce tambin como elemento destino de la informacin.

Hay 2 tipos de comunicaciones:

Un emisor y un receptor.

Un emisor y varios receptores. En este caso cada uno de los receptores recibir la misma informacin procedente del emisor.

Una red de ordenadores nace cuando se dispone de ms de 1 ordenador y es necesario el intercambio de informacin entre ellos. Sin embargo normalmente la mnima composicin de dos ordenadores, se extiende a muchos ordenadores, as en la red de redes, que es Internet, son miles los ordenadores interconectados. Cada ordenador est configurado para funcionar como emisor y como receptor, dependiendo de los programas que se estn ejecutando en ellos.


4.1.1.Esquema genrico

Otra forma de definir las redes es basndose en el llamado sistema cliente/servidor y que consta de los dos elementos siguientes:

- Clientes, que son los ordenadores que emplean los usuarios de una LAN, y que son los que solicitan la informacin almacenada en los servidores.

- Servidores, que son los ordenadores que contienen la informacin o recurso compartido. Estos ordenadores son las que proporcionan los medios para que el cliente obtenga la informacin que necesita.

En este tipo de redes, el fallo de un ordenador cliente no afecta a los dems usuarios. Tambin se conoce a estas redes con el nombre de proceso distribuido.

Las aplicaciones se ejecutan en los ordenadores cliente y en el caso de aplicaciones cliente/servidor, se comunican con la parte de la aplicacin que se ejecuta en el servidor.

Hay 2 tipos de servidores:

- servidor dedicado, que solo da servicios y- servidor no dedicado que hace de intermediario entre dos clientes.

4.1.2.Protocolos

Los protocolos son los lenguajes que se emplean en las comunicaciones entre los dispositivos que forman las redes de ordenadores, es decir, son la base del intercambio de informacin entre dispositivos.

Segn el modelo de referencia OSI, protocolo es aquel conjunto de reglas y formatos que gobiernan las comunicaciones entre entidades que ejecutan funciones a un mismo nivel en diferentes sistemas abiertos. As un protocolo es un conjunto de normas que se usan para componer los mensajes que contienen la informacin a transmitir.


Dado que estamos trabajando con redes digitales, la informacin y estructura de los protocolos siempre es binaria, es decir, est formada por unos y ceros. As se dice que los datos se transmiten de forma empaquetada, y que viajan como mensajes.

4.2.Redes LAN / WAN

Los conceptos de LAN y WAN son esenciales y bsicos para entender como se interaccionan y relacionan los protocolos en las redes de datos.

Por qu se han de tener muy claros la distincin entre LAN y WAN? Porque los protocolos que se emplean son distintos, es decir, si es una WAN, adems de los protocolos de LAN, se utilizan aquellos protocolos de WAN de acuerdo con el tipo de comunicaciones que se emplee.

Las caractersticas bsicas que los distingue son:

la distancia entre dispositivos los protocolos que se emplean las velocidades de transmisin y los costes asociados

4.2.1.LAN

Una LAN (Local Area Network) consiste en una red de ordenadores sin que exista entre ellos ninguna lnea de comunicaciones propiamente dicha. La comunicacin entre LANs sin lneas de comunicaciones emplea solamente los protocolos de LANs.


En cuanto a las velocidades en LAN son de

Ethernet 10 Mbps, 100Mps, 1 Gbps, 10 Gbps Token Ring 4 Mbps, 16 Mbps

Bps = bits por segundo

En cuanto a los costes, una infraestructura de LAN es bastante ms barata que una de WAN, en cuanto no se requiere de ninguna lnea de comunicaciones.

4.3.Ejemplo de LAN

Una LAN puede ser una sala con un servidor, varias estaciones de trabajo y una impresora compartida. En esta caso todos los dispositivos estarn conectados a un concentrador o conmutador.

Esto se puede ampliar en el caso de una empresa que est en un edificio de varias plantas. En este caso, se requiere como mnimo un concentrador o conmutador por planta, y entre ellos se pueden unir mediante cable para que todos los dispositivos de cada planta sean una unidad.

Como se ve no se contempla su acceso a Internet, ya que est conexin se corresponde a una WAN, ya que se requiere la necesidad de la existencia de una lnea de comunicaciones.

4.3.1.WAN

Una WAN (Wide Area Network) consta de 2 o ms LANs conectadas entre si mediante lneas de comunicaciones. Los protocolos de estas lneas de comunicaciones son distintos de los que se utilizan en las LANs.

El dispositivo con interfaces de LAN y WAN que comunica una LAN a otra a travs de una lnea de comunicacin se denomina enrutador (router). En los enrutadores, cuando la informacin entra o sale de una interface LAN, se utilizan protocolos de LAN, pero si son interfaces de WAN, se emplean protocolos de WAN para comunicarse con el otro extremo. Por est razn estos dispositivos han de poder convertir internamente la informacin en base a protocolos de LAN a WAN y viceversa.

En las comunicaciones, 1 kbps son 1000 bps, 1 Mbps son 1000000 bps y 1 Gbps son 109 bps.

En una WAN, las velocidades oscilan entre los 33k bits por segundo en lneas analgicas hasta 2 Mbps en Frame Relay o E1, y ultimamente con ADSL se


alcanzan velocidades de hasta 10 Mbps. En el mundo de las comunicaciones digitales se estn alcanzando velocidades superiores pero la relacin precio/velocidad es muy superior a las LAN.

En WAN el precio del ancho de banda es bastante ms caro que en LAN.

4.3.2.Ejemplo de WAN

Red corporativa con fbricas o distintos edificios de oficinas dispersos en la geografa. En cada fbica se dispone de una LAN, pero para poder intercambiar datos entre ellas, debido a la distancia, su conexin se debe hacer utilizando lneas de comunicaciones, que soportarn alguno de los protocolos WAN.

4.3.3.MAN

Una MAN (Metropolitan Area Network) es un concepto intermedio entre LAN y WAN.

En cuanto a distancias se corresponde a un mbito metropolitano, es decir, de una gran ciudad o de un campus universitario.

En cuanto a protocolos en general se emplean los de LAN o los de WAN dependiendo del tipo de enlace que se utiliza. Si el enlace corresponde a una lnea de comunicaciones se emplean protocolos de WAN, de lo contrario se utilizan protocolos de LAN.

Sin embargo dadas las distancias, siempre acostumbra a haber tramos de cables de fibra ptica y por tanto susceptible de empleo de protocolos asociados a esta tecnologa.


4.4.Dispositivos de las redes de ordenadores

Los dispositivos bsicos son los ordenadores, que funcionan como clientes o servidores, as como las impresoras. Estos dispositivos se conectan a las redes mediante las tarjetas de red (NIC), que funcionan de acuerdo con los protocolos del nivel 2 OSI.

Otros dispositivos son:

- repetidores. Funcionan a nivel de hardware, es decir, el nivel 1 OSI,- concentradores o hubs. Funcionan segn los protocolos del nivel 2 OSI,- conmutadores o switches. Funcionan segn los protocolos del nivel 2 OSI,- puentes o bridges. Funcionan segn los protocolos del nivel 2 OSI y- enrutadores o routers. Funcionan segn los protocolos del nivel 3 OSI.

4.5. Half-duplex y full-duplex

El intercambio de datos a travs de una lnea de transmisin se puede clasificar como simplex, half-duplex o full-duplex.

La transmisin simplex consiste en la transmisin de las seales en una nica direccin. En las redes de ordenadores no se emplea este tipo de transmisin.

En la transmisin half-duplex solo una de las dos estaciones de un enlace punto a punto puede transmitir simultneamente. Equivale a un puente con un solo carril y con circulacin en ambos sentidos.

En la transmisin full-duplex, las dos estaciones pueden enviar y recibir datos simultneamente. Siguiendo el mismo ejemplo anterior, ahora el puente tendra 2 carriles, uno para cada sentido de circulacin.


5. Jerarqua de niveles

En la actualidad todas las funciones necesarias para una transmisin de datos, se distribuyen de acuerdo con varios niveles, jeraquizados entre si. As un protocolo solo pertenece a uno de estos niveles y se comunica con los protocolos de nivel superior y de nivel inferior. De esta manera un ordenador necesita tener instalados tantos protocolos como niveles, y cualquier dispositivo de nivel n, necesita tener instalados n protocolos. As se dice que una pila de protocolos estructurada en base a un conjunto de niveles (con 1 o ms protocolos) permite las comunicaciones entre dos aplicaciones.

Los protocolos son independientes del hardware y del sistema operativo donde estn funcionando, aunque sus controladores si tienen que ver con el sistema operativo donde se estn ejecutando. Las tarjetas de red dependen del hardware donde estn instaladas, y basicamente dependen del tipo de bus de entrada/salida al que estn asociadas.

Las pilas de protocolos ms conocidas son:

- OSI (Open System Interconnection)- TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) y- AppleTalk de Apple

5.1.Modelo OSI (Open System Interconnection)

5.1.1.Qu es?

Este modelo ha sido y sigue siendo la referencia de todos los protocolos de redes de ordenadores incluso muchas veces en el mbito de las comunicaciones. Por esta razn, se recomienda como base para poder organizar y entender los distintos tipos de protocolos y su mbito de actuacin.

Se trata de un modelo dividido en niveles, cada una de los cuales realiza unas funciones determinadas. Las razones de esta divisin de las funciones de una red de ordenadores son las siguientes:

- Los niveles dividen los aspectos de las operaciones de red en elementos menos complejos.

- Los niveles permiten que los ingenieros especialicen sus esfuerzos de diseo y de desarrollo en funciones modulares.

- Los niveles promueven la simetra en las distintas funciones modulares de red para que trabajen de forma conjunta.


- Los niveles evitan que los cambios en un nivel afecten a otros niveles, de manera que cada nivel pueda evolucionar de forma diferente.

- Los niveles dividen la complejidad de la operativa de las redes en operaciones separadas de ms fcil aprendizaje.

Sin embargo, la evolucin de los sistemas informticos y las comunicaciones asociadas a ellas, hace que en algunos casos este modelo no sea aplicable. De todas maneras, como modelo de referencia sigue siendo plenamente vlido.

En 1978, la Organizacin Internacional de Estndares (ISO) public un conjunto de especificaciones que describa un sistema de arquitectura de red para interconectar distintos dispositivos. En 1984, esta misma organizacin public una revisin de este modelo y lo llam modelo de referencia de Interconexin de Sistemas Abiertos (OSI - Open System Interconnection).

Este modelo consta de 7 niveles :

7 Aplicacin Proporciona los servicios de red a las aplicaciones del ordenador.

6 Presentacin Funciones relacionadas con la representacin de los datos. Conversin, codificacin y compresin.

5 Sesin Funciones de control del dilogo entre clientes (sesiones).

4 Transporte Conexiones extremo a extremo. Segmentacin3 Red Direccionamiento y enrutamiento.2 Enlace Acceso al medio.1 Fsico Transmisin de bits.

En cuanto a los niveles 1, 2, 3 y 4 se les llama niveles de medios y a los niveles 5, 6 y 7, niveles de dispositivo. La frontera entre el nivel de transporte(4) y el nivel de sesin(5) es en realidad la frontera entre los protocolos del nivel de aplicacin y los protocolos de los niveles ms bajos. Mientras los niveles de sesin, presentacin y aplicacin tienen que ver con las funciones relativas a la aplicacin, los cuatro niveles ms bajos se refieren a los elementos del transporte de la propia red de datos. A continuacin se describen las principales funcionalidades que deben tener los protocolos que funcionan segn el nivel al que pertenecen.

As en la prctica resulta que el modelo OSI es un modelo terico y no hay ningn protocolo que se ajuste de una forma especfica a un solo nivel. Los protocolos existentes en la actualidad se ajustan al modelo OSI de forma aproximada.

5.1.2.Nivel de aplicacin (7)

Este nivel consta de las funciones que sirven para comunicar los procesos de aplicacin con los servicios de red. Este nivel representa los servicios a disposicin de las aplicaciones del usuario, como por ejemplo los programas para la


transferencia de ficheros (protocolo FTP), para el acceso a base de datos y para el correo electrnico (protocolo SMTP, MIME, POP3 y IMAP) entre otros muchos.

El nivel de aplicacin controla el acceso general a la red, el control de flujo y la recuperacin de errores.

Algunos protocolos de este nivel son: FTP, HTTP, X-Windows, SNMP, SMB, NetBIOS sobre TCP/IP, Telnet.

5.1.3.Nivel de presentacin (6)

El nivel de presentacin consta de las funciones que convierten los datos, el vdeo, el sonido, los grficos, etc. a un formato adecuado para su transmisin, es decir, es la conversin de los distintos formatos de datos a un formato comn.

Este nivel determina el formato utilizado para intercambiar datos entre equipos en red. En emisin, las funciones de este nivel convierten los datos desde un formato enviado por el nivel de aplicacin a otro formato intermedio reconocido. En recepcin, las funciones de este nivel convierten el formato intermedio a un formato til para el nivel de aplicacin de ese equipo. As las funciones de este nivel de presentacin son las responsable de convertir los formatos, traducir los datos, codificar los datos, cambiar o convertir el juego de caracteres y expandir los comandos grficos.

El nivel de presentacin administra tambin la compresin de datos con el fin de reducir el nmero de bits que se necesita transmitir.

Formatos de ficheros grficos: TIFF, BMP, JPEG, GIF

Codificacin de caracteres: ASCII, EBCDIC

Formato de ficheros de vdeo y sonido: MPEG, AVI, WAVE, MIDI, MP3

Es difcil encontrar protocolos que nicamente desarrollen funcionalidades de este nivel. Lo ms habitual es que los protocolos del nivel de aplicacin incorporen estas funcionalidades.

5.1.4.Nivel de sesin (5)

Las funciones del nivel de sesin establecen, administran y finalizan las sesiones entre dos ordenadores que se estn comunicando, es decir, controlan el dilogo entre dispositivos.

Las funciones de este nivel permiten que dos aplicaciones de dos dispositivos distintos establezcan, usen y finalicen una conexin llamada sesin. Estas funciones realizan el reconocimiento de nombres y as como lo relacionado con la seguridad de la comunicacin.


Las funciones del nivel de sesin proporcionan la sincronizacin entre las tareas de los usuarios mediante unos puntos de control en el flujo de datos. De esta forma, si la red falla, slo es preciso retransmitir los datos posteriores al ltimo punto de control. Las funciones de este nivel tambin llevan a cabo el control del dilogo entre los procesos de comunicacin, regulando el flujo de transmisin, cuando, por cuanto tiempo, etc.

Es difcil encontrar protocolos que nicamente desarrollen funcionalidades de este nivel. Lo ms habitual es que los protocolos del nivel de aplicaciones incorporen estas funcionalidades.

Unos protocolos con funcionalidades de nicamente este nivel seran: NFS (Network File System), X-Windows, RPC (Remote Procedure Call) y SQL (Structured Query Language)

5.1.5.Nivel de transporte (4)

Los protocolos de este nivel son los responsables de entregar la informacin entre los extremos, es decir, entre el emisor o nodo origen al receptor o nodo destino.

Las funcionalidades de los protocolos de este nivel son:

- Fragmentar los mensajes largos recibidos de los protocolos de niveles superiores en unidades estructuradas llamadas segmentos. En la recepcin se ensamblan los mensajes, volvindose a obtener los mensajes con el mismo formato en que estaban en el dispositivo origen de este nivel.

- Establecer la comunicacin entre conexiones remotas

- Enviar los segmentos del origen al destino.

- Hay protocolos que incorporar un control de errores como el TCP y que por tanto se dice que estos protocolos son fiables, mientras que otros no es as como el UDP.

Las funciones de este nivel deben proporcionar un control de flujo y un control de errores de la transmisin y participar en la solucin de los problemas relacionados con la transmisin y la recepcin de mensajes.

El protocolo ms extendido de este nivel es el TCP, as como el UDP y el SPX. Tambin el protocolo NetBIOS/NetBeui realiza funciones de este nivel.

5.1.6.Nivel de red (3)

Los protocolos de este nivel son los responsables de las funciones de direccionamiento y de control (p.e. enrutamiento) necesarias para mover los datos a travs de la red. Tambin estos protocolos tienen que establecer, mantener y finalizar las conexiones, incluyendo la conmutacin de mensajes, el enrutamiento,


la congestin de mensajes, el ensamblaje de mensajes y la traduccin de las direcciones lgicas a direcciones fsicas.

Las direcciones lgicas son aquellas que identifican cada una de las interfaces de los dispositivos y que permiten el direccionamiento de los mensajes. Su sintaxis vara segn del protocolo de nivel de red de que se trate.

El protocolo ms extendido de este nivel es el IP (Internet Protocol), as como el IPX (Internetwork Packet Exchange) en las redes de Novell Netware. El protocolo NetBIOS/NetBeui realiza funciones de este nivel y el de transporte.

Tambin corresponden a este nivel los protocolos de enrutamiento como son: RIP, BGP, IGRP y OSPF entre otros.

5.1.7.Nivel de enlace (2)

Los protocolos de este nivel son los responsables de proporcionar el trnsito de informacin sobre un medio de transmisin o sobre una tecnologa de red. Por esta razn este protocolo est relacionado con el tipo de acceso al medio y con la topologa de la red. Esto se consigue empaquetando los bits procedentes del nivel fsico en bloques de datos, y enviando stos con la necesaria sincronizacin y orden. Los protocolos de este nivel efectan la deteccin y la correccin de errores que pueden producirse en el nivel fsico.

Las direcciones fsicas son aquellas que identifican cada una de las interfaces de los dispositivos y que permiten distinguir unas de otras. En el caso de las redes de ordenadores, todas y cada una de las tarjetas de red de cada dispositivo, llevan asociadas un nmero, establecido de forma nica por el propio fabricante. A este identificacin se le conoce como direccin MAC (Media Access Control) y tiene una longitud de 6 octetos (48 bits). Esta direccin MAC consta de 2 partes:

- Los primeros 3 octetos (24 bits), corresponden a un nmero identificativo del fabricante. Por ejemplo IBM es 10005A. La asignacin de esta numeracin est regida por el IEEE.

- Los restantes 3 octetos, es un nmero dado por el propio fabricante y que no lo puede repetir en dos tarjetas o interfaces.

Hay dos formatos para las direcciones MAC: 0000.0c12.3456 y 00-00-0c-12-34-56.

Las funciones de los protocolos de este nivel son :

- Inicializacin. Establecimiento de una conexin activa sobre un camino fsico ya existente.

- Identificacin. Proceso necesario para distinguir un receptor o un transmisor entre todos los que pueden estar presentes.

- Sincronizacin a nivel carcter.- Fragmentacin de los mensajes.


- Control de error. - Recuperacin de condiciones anmalas.- Terminacin.- Control del enlace.

El protocolo ms extendido de este nivel es el 802.3 o Ethernet. Otros protocolos son el 802.5 o Token Ring y el FDDI.

En el mundo de las comunicaciones, los protocolos de este nivel son: HDLC, PPP, SMDS, ATM, xDSL, Frame Relay y RDSI entre otros.

5.1.8.Nivel fsico (1)

A este nivel corresponde la determinacin de las especificaciones correspondientes a las caractersticas mecnicas, elctricas y de procedimiento requeridas para establecer, mantener y desactivar los enlaces fsicos. Por ejemplo, a este nivel se determina las caractersticas fsicas de los conectores y de los cables que se emplean en las rede cableadas.

El nivel fsico relaciona las interfaces elctrica, ptica, mecnica y funcional con el cable o con el medio areo.

Sus funciones son :

- Activacin y desactivacin de la conexin fsica.- Transmisin de unidades de datos del servicio fsico.- Control de nivel fsico.- Sincronizacin a nivel de bit.

Las especificaciones de este nivel sirven para que los fabricantes de hardware hagan que sus dispositivos sean compatibles entre si, ya sean codificaciones, voltajes, conectores, cables, etc.

5.2.Niveles TCP/IP

El Departamento de Defensa de EE.UU. (DoD) cre el modelo TCP/IP porque necesitaba una red que pudiera sobrevivir ante cualquier circunstancia, incluso una guerra nuclear. Supongamos que el mundo est en estado de guerra, atravesado en todas direcciones por distintos tipos de conexiones: cables, microondas, fibras pticas y enlaces via satlite. Imaginemos entonces que se necesita que fluya la informacin o los datos, organizados en forma de mensajes, independientemente de la condicin de cualquier nodo o red. El DoD desea que sus mensajes lleguen a destino siempre, bajo cualquier condicin, desde un punto determinado a cualquier otro punto determinado. Este problema de diseo de difcil solucin fue lo que llev


a la creacin del modelo TCP/IP, que desde entonces se ha transformado en el estndar a partir del cual se ha desarrollado Internet.

El modelo TCP/IP consta de cuatro niveles: el nivel de aplicacin, el nivel de transporte, el nivel de Internet y el nivel de red. Es importante observar que algunas de los niveles del modelo TCP/IP poseen el mismo nombre que los niveles del modelo OSI. El nivel de aplicacin tiene diferentes funciones ya sea en el modelo OSI o en el modelo TCP/IP, aunque se le de el mismo nombre.

Nivel TCP/IP Nivel OSI5 Aplicacin 5, 6, 74 Transporte 43 Internet 32 Red 21 Fsico 1

5.2.1.Nivel de aplicacin

Los diseadores del modelo TCP/IP acordaron que los protocolos de nivel superior deberan incluir las funcionalidades de los niveles de sesin y de presentacin del modelo OSI. As crearon un nivel de aplicacin que maneja los protocolos de alto nivel y por lo tanto incluya los aspectos de representacin, codificacin y control de dilogo. El modelo TCP/IP combina todos los aspectos relacionados con las aplicaciones en un solo nivel y da por sentado que estos datos estn correctamente empaquetados para el nivel siguiente.

5.2.2.Nivel de transporte

El nivel de transporte se refiere a los aspectos de la calidad del servicio con respecto a la confiabilidad, al control de flujo y a la correccin de errores. Uno de sus protocolos, el TCP, ofrece distintas formas de alta calidad para crear comunicaciones de red confiables, sin problemas de flujo y con un nivel de error bajo. TCP es un protocolo orientado a la conexin. Mantiene un dilogo entre el origen y el destino mientras empaqueta la informacin del nivel de aplicacin en unidades denominadas segmentos. Orientado a la conexin no significa que el circuito exista entre los ordenadores que se estn comunicando, significa que los segmentos del nivel 4 viajan de un extremo a otro entre dos dispositivos para comprobar que la conexin existe lgicamente durante un determinado perodo de tiempo.

El otro protocolo bsico en esta nivel es el UDP, que se explica con detalles ms adelante.


5.2.3.Nivel de Internet

La finalidad de las funcionalidades del nivel de Internet es enviar los mensajes desde un origen de cualquier red, de forma a su destino. La ruta que seguirn a estos mensajes depender de las configuraciones de los nodos intermedios que son atravesados por estos mensajes.El protocolo que rige este nivel se denomina Internet Protocol (IP). En este nivel se determina la mejor ruta. Esto se puede comparar con un sistema postal, as cuando se enva una carta por correo, no se sabe cmo llega a su destino, ya que existen varias rutas posibles. Lo que le interesa es que la carta llegue.

De este nivel son los protocolos:

- ARP/RARP: mapeo de direcciones IP y MAC y viceversa- ICMP: control de mensajes de IP

5.2.4.Nivel de red

Es la nivel que se ocupa de todos los aspectos que requiere que un paquete de nivel de Internet IP pase a travs de un enlace fsico. Equivale a las funcionalidades del nivel de enlace y nivel fsico del modelo OSI.

5.3.Redes Apple

AppleTalk es el nombre comercial utilizado para identificar las redes locales que conectan ordenadores Apple Macintosh. Los protocolos que utilizan son propietarios de Apple Computer. Sin embargo a nivel fsico emplean el mismo protocolo especificado por la IEEE y el modelo de referencia OSI.

La estructura de protocolos es la siguiente:

Presentacin AFPSesin ADSP ZIP ASP PAPTransporte RTMP AEP ATP NBPRed DDPEnlace TokenTalk EtherTalk LocalTalk

Protocolos a nivel de enlace

El protocolo EtherTalk cumple las especificaciones del protocolo IEEE 802.3, el protocolo TokenTalk las del protocolo IEEE 802.5, y FDDI Talk las del FDDI.


Sin embargo el LocalTalk es especfico de Apple y funciona en una topologa de bus y con el mtodo de acceso CSMA/CA.

Protocolos a nivel de red

El protocolo fundamental es el DDP. Sin embargo los protocolos NBP, ZIP y RTMP tambin se pueden considerar de nivel de red en cuanto usan los servicios del DDP.

Este protocolo RTMP tambin sirve para intercambiarse la informacin de las tablas de enrutamiento entre enrutadores peridicamente.

Protocolos a nivel de transporte

Bsicamente son dos: el ATP y el ADSP, el primero orientado a conexin y el segundo de tipo stream, es decir, transmisin sin mensajes de reconocimiento.

Los dems protocolos como los ASP, AFP, PAP y AEP se pueden considerar de aplicaciones.

5.4.Transmisin de la informacin

El modelo de referencia OSI describe como fluye la informacin a travs de la red de los programas de aplicacin de un ordenador a otro programa de aplicacin en otro ordenador. Como ejemplo de esta transmisin segn el modelo de referencia OSI, supongamos que el sistema A sea un ordenador, que tiene que enviar informacin al sistema B, que es otro ordenador. El programa de aplicacin del sistema A comunica con el protocolo de nivel 7 del sistema A y le transmite la informacin que debe llegar al sistema B. A continuacin enva esta informacin al protocolo del nivel 6 del mismo sistema A y as sucesivamente hasta alcanzar el protocolo de nivel 1 del sistema A. El nivel 1 es el que pone la informacin en el medio fsico de la red.

A continuacin, esta informacin llega al sistema B porque estn conectados fsicamente. El protocolo del nivel 2 absorbe esta informacin, verifica que es para este sistema y a continuacin transmite la informacin al protocolo de nivel 2 del


sistema B. As asciende a travs de los protocolos de los distintos niveles del sistema B en sentido inverso hasta llegar al programa de aplicacin del propio sistema B.

As se dice que el protocolo de cada nivel del sistema A comunica con el protocolo de los niveles adyacentes del propio sistema A, y a su vez que el protocolo de cada nivel del sistema A se debe corresponder con el protocolo del mismo nivel del sistema B. As el objetivo principal del protocolo de nivel 1 del sistema A es comunicarse con el protocolo de nivel 1 del sistema B; el protocolo de nivel 2 del sistema A comunica con el protocolo de nivel 2 del sistema B y as sucesivamente.

El sistema de niveles del modelo OSI excluye la comunicacin directa entre niveles iguales en distintos sistemas. Cada nivel del sistema A debe sin embargo relacionarse con los servicios de los niveles adyacentes del sistema A, con el fin de alcanzar la comunicacin del mismo nivel del sistema B.

Asumamos que el nivel 4 del sistema A debe comunicar con el nivel 4 del sistema B. Para hacer esto, el protocolo de nivel 4 del sistema A debe usar los servicios del protocolo de nivel 3 del sistema A. El nivel 4 se dice es el usuario del servicio, mientras que el nivel 3 es el proveedor del servicio. Los servicios del nivel 3 suministran al nivel 4 un punto de acceso (SAP), que es simplemente un punto donde se intercambian la informacin.

En el modelo TCP/IP, es exactamente igual, excepto en que hay 5 niveles en vez de 7.

5.4.1.Encapsulacin

Ahora este apartado se centra en el modelo TCP/IP, es decir, un modelo basado en 5 niveles. Cmo es el mensaje que circula por la red a nivel fsico? Su contenido es un conjunto de bits con unos y ceros. Este contenido ha de tener una estructura bien determinada para que cada protocolo lo entienda y acte en funcin de ello.

As todo mensaje de un protocolo consta de cabecera, datos y control de error.

Cabecera Datos Control de errorVolvamos al caso de una aplicacin del sistema A que ha de transmitir informacin a la aplicacin del sistema B. En principio la aplicacin del sistema A prepara un mensaje de acuerdo con el formato del protocolo que se emplea a nivel 7. Por ejemplo, el envo de un fichero con el protocolo FTP.

Esta informacin se transmite al protocolo de nivel 4. Un protocolo de nivel 4 sera por ejemplo el TCP. Ahora el formato del mensaje sera

CabeceraNivel 4 Datos


El protocolo de nivel 4 enva este mensaje al protocolo de nivel 3, por ejemplo, IP. Ahora el formato del mensaje es

CabeceraNivel 3


Esto se repite con el nivel 2, con lo que el mensaje queda preparado para transmitirlo al nivel fsico y que por tanto su estructura es

CabeceraNivel 2

CabeceraNivel 3


Control de error

Este mensaje llegar con este formato o estructura al dispositivo destino y all se deber proceder al proceso inverso.

El protocolo de nivel 2 del sistema B lee su cabecera y de ella extrae el protocolo de nivel 3 al que debe transmitir el mensaje.

El protocolo de nivel 3 del sistema B repite el proceso de leer su cabecera y transmitir su mensaje al protocolo de nivel 4 indicado en su cabecera.

As llega finalmente la informacin a la aplicacin correspondiente del sistema B.

A continuacin se detalla la estructura de un mensaje, obtenida de un analizador de redes, correspondiente a una red Ethernet, con protocolo de nivel 3 IP y de nivel 4 TCP.

SUMARY Abs Time Destination Source Summary 1 15:35:58.5299 Backbone B Score DLC Ethertype=0800, size=60 by IP D=[36.54.0.11] S=[36.53.0.41] TCP D=515 S=1023 SYN SEQ=10139DLC: -------------- DLC Header -------------DLC:DLC: Frame 1 arrived at 15:35:58.5299 ; frame size is 60 (003C hex) bytes.DLC: Destination: Station IntrlnOO2C6O, Backbone BDLC: Source : Station 3Com 063885, ScoreDLC: Ethertype = 0800 (IP)DLC:IP: ---------------- IP Header ------------------IP:IP: Version = 4, header length = 20 bytesIP: Type of service = 00IP: 000. .... = routineIP: ...0 .... = normal delayIP: .... 0... = normal throughputIP: ---- -0.. = normal reliabilityIP: Total length = 44 bytesIP: Identification = 29539IP: Flags = oxIP: .0.. .... = may fragmentIP: ..0. .... = last fragmentIP: Fragment offset = 0 bytesIP: Time to live = 14IP: Protocol = 6 (TCP)IP: Header checksum = F0CA (correct)IP: Source address = [36.53.0.41]IP: Destination address = [36.54.0.11), Lindy


IP: No optionsIP:TCP: --------------- TCP header -------------------------TCP:TCP: Source port = 1023TCP: Destination port = 515 (Remote print)TCP: Initial sequence number = 101396545TCP: Data offset = 24TCP: Flags = 02TCP: ..0. .... = (No urgent pointer)TCP: ...0 .... = (No acknowledgment)TCP: .... 0... = (No push)TCP: .... .0.. = (No reset)TCP: .... ..1. = SYNTCP: .... ...0 = (No FIN)TCP: Window = 2048TCP: Checksum = 0CEE (correct)TCP:TCP: Options followTCP: Haximum segment size = 1024

Se trata de un mensaje sin datos. El inicio de la lnea DLC corresponde al la cabecera de nivel 2 que en este mensaje corresponde al protocolo Ethernet. El indicativo de principio de lnea IP corresponde a la cabecera del protocolo IP de nivel 3 y el resto es la cabecera del protocolo TCP de nivel 3.

La cabecera de un nivel contiene una identificacin del protocolo del nivel superior. En este caso en la cabecera de nivel 2 (DLC), el cdigo 0800 corresponde al protocolo IP de nivel 3. Lo mismo sucede con la cabecera IP, donde se especifica el protocolo n 6, que corresponde al protocolo TCP de nivel 4.

5.4.2.Nombres de los mensajes

Es habitual en redes dar un nombre distintos a los mensajes en funcin del nivel del protocolo de que se trate. Lo ms comn es:

- Mensaje (message) si es de nivel aplicacin- Segmento (segment) si es de nivel 4- Paquete (packet) si es de nivel 3- Trama (frame) si es de nivel 2

El trmino PDU (Protocol Data Unit) es el nombre genrico de los mensajes pertenezca al nivel que sea el protocolo en cuestin.


6. Diseo de un protocolo

6.1.Los cinco elementos de un protocolo

La especificacin de un protocolo se compone de cinco partes bien diferenciadas.

Para ser completa, cada especificacin debe incluir de forma explcita:

1. El servicio a prestar por el protocolo

2. Los supuestos sobre el entorno en el que se ejecuta el protocolo

3. El vocabulario de los mensajes utilizados para implementar el protocolo

4. La codificacin (formato) de cada mensaje en el vocabulario y

5. Las reglas de procedimiento que mantienen la coherencia de los intercambios

de mensajes.

6.2.Principios generales del diseo de un protocolo

Un diseador se adherir a la disciplina slo si a cambio se puede obtener un producto ms fiable, que se pueda demostrar y reproducir. A continuacin se menciona los principios generales de diseo de sonido, que permite entrar en la segunda fase de desarrollo en el campo de la ingeniera de protocolos.

Uno de los principios es la simplicidad, como es el caso de los protocolos ligeros. Un protocolo bien estructurado se puede construir a partir de un nmero pequeo de piezas bien diseadas y bien entendidas. Cada pieza realiza una funcin y la realiza bien. Para entender el funcionamiento del protocolo debera ser suficiente comprender el funcionamiento de las piezas en las que se basa y la forma en que interactan. Los protocolos que estn diseados de esta manera son ms fciles de entender y ms fciles de implementar de manera eficiente, y probablemente son ms propensos a ser verificables y mantenibles. Un protocolo ligero es sencillo, robusto y eficiente. El caso de los protocolos ligeros soporta directamente el argumento de que la eficiencia y la verificabilidad no son ortogonales, sino preocupaciones complementarias.

Otro principio es la modularidad basada en una jerarqua de funciones. Un protocolo que realiza una funcin compleja se puede construir a partir de piezas ms pequeas que se interactan en una forma simple y bien definida. Cada pieza ms pequea es un protocolo ligero que se puede desarrollar, verificar, implementar y mantener por separado. Las funciones ortogonales no se mezclan, ya que se


disean como entidades independientes. Los mdulos individuales no hacen suposiciones acerca del trabajo de los dems, o incluso de su presencia. Por ejemplo el control de errores y el control de flujo son funciones ortogonales. Ellas se resuelven mejor por distintos mdulos ligeros que son completamente conscientes de la existencia de los dems. Ellos no hacen suposiciones acerca de la secuencia de datos, a menos que sea estrictamente necesario llevarlo a cabo en su funcin. Un esquema de correccin de errores no debe hacer suposiciones sobre el sistema operativo, las direcciones fsicas, los mtodos de codificacin de datos, las velocidades de las lneas, o la hora del da. Esas preocupaciones, que deberan existir, se colocan en otros mdulos, especficamente optimizados para ese propsito. La estructura resultante del protocolo es abierta, ampliable y modificable sin afectar el buen funcionamiento de los componentes individuales.

Un protocolo bien construdo no es un protocolo con un exceso de especificaciones, es decir, es un protocolo que no contiene ningn cdigo desmesurado ni imposible de ejecutar. Un protocolo bien construdo no es un protocolo con especificaciones incompletas. As un protocolo incompleto puede provocar recepciones no especificados durante su ejecucin. Una recepcin no especificada se produce si llega un mensaje cuando el receptor no lo espera recibir ni puede responder a l. Un protocolo bien constrdo est acotado: no puede exceder los lmites conocidos del sistema, ni sobrepasar la limitada capacidad de las colas de los mensajes. Un protocolo bien construdo ha de tener una estabilidad automtica. Si un error transitorio y arbitrario cambia el estado del protocolo, el protocolo ha de volver siempre a un estado deseable en un nmero finito de transiciones, y a continuacin reanudar el funcionamiento normal. Del mismo modo, si un protocolo se inicia en un estado arbritario del sistema, siempre debe alcanzar uno de los estados previstos dentro de tiempo finito. Finalmente un protocolo bien construdo ha de tener la capacidad de auto-adaptarse. Por ejemplo, puede adaptar la tasa a la cual enva los datos y la tasa a la cual el receptor puede recibirlos. Por ejemplo un mtodo de control de la tasa se puede utilizar para cambiar la velocidad de una transmisin de datos o su volumen.

Otro principio es la robustez del protocolo. No es difcil disear protocolos que trabajen en circunstancias normales. Es lo inesperado lo que los reta. Esto significa que el protocolo debe estar preparado para desenvolverse adecuadamente en cada accin posible y con cada posible secuencia de acciones en todas las condiciones posibles. El protocolo debe hacer slo un mnimo de suposiciones sobre su entorno para evitar la dependencia respecto de las caractersticas particulares que podran cambiar. Por ejemplo, muchos protocolos de nivel de enlace que fueron diseados en la dcada de 1970 ya no funcionan correctamente si se utilizan en lneas de muy alta velocidad de datos, en el rango de los Gbp. Un diseo robusto funciona automticamente con la nueva tecnologa sin necesidad de cambios importantes. As la mejor forma de robustez no es diseo sobredimensionado, sino que se debe aadir la funcionalidad de las nuevas condiciones previstas.

Otro principio es la consistencia del protocolo. Hay algunas formas en las que los protocolos pueden fallar. Las tres ms importantes son:

Puntos muertos. Los estados en los que no se puede ejecutar el protocolo, por ejemplo porque todos los procesos del protocolo esperan condiciones que no se puedan cumplir.


Bucles. Las secuencias de ejecucin que se pueden repetir indefinidamente.

Finales inadecuados. La finalizacin de la ejecucin de un protocolo sin que se cumplan las condiciones de finalizacin adecuadas.En general, la observancia de estos criterios no se puede verificar mediante una inspeccin manual de la especificacin del protocolo. Herramientas muy potentes son necesarias para prevenir o detectar estos fallos.

6.3.Diez reglas de diseo

Estas diez reglas de diseo son:

1. Asegurarse de que el problema est bien definido. Todos los criterios de diseo, los requisitos y las limitaciones se deben enumerar antes del inicio del diseo.

2. Definir el servicio que se realiza en todos los niveles de abstraccin antes de decidir qu estructuras deben usarse para realizar estos servicios.

3. Disear la funcionalidad externa antes de la funcionalidad interna. Primero considerar la solucin como un caja negra y decidir cmo se debe interactuar con su entorno. A continuacin decidir a cmo se puede organizar la caja negra. Probablemente consta de cajas negras ms pequeas que pueden ser refinadas de una forma similar.

4. Hacerlo sencillo. Los protocolos complejos son ms difcil de verificar su funcionamiento que los simples. Tambin son ms difcil de implementar y son menos eficientes. Ha de haber pocos problemas realmente complejos en el diseo del protocolo. Los problemas que aparecen como complejos, son a menudo varios problemas simples a la vez. El trabajo de los diseadores es el de identificar los problemas ms simples, separarlos y luego resolverlos de forma individual.

5. No conectar lo que es independiente. Separar las preocupaciones ortogonales.

6. No introducir lo que no es material. No restrinjir lo que es irrelevante. Un buen diseo ha de ser fcilmente ampliable. Un buen diseo resuelve una clase de problemas en lugar de una sola instancia.

7. Antes de la implementacin de un diseo, construir un prototipo de alto nivel y verificar que se cumplen los criterios de diseo.

8. Implementar el diseo, medir su rendimiento, y si es necesario, optimizarlo.

9. Comprobar que la implementacin final optimizada es la prevista en el diseo de alto nivel.

10. No saltarse las reglas del 1 a la 7.


7. Nivel fsico

El nivel fsico es el encargado de la transmisin de las cadenas de bits no estructuradas sobre el medio de transmisin o el medio fsico. A este nivel corresponde la determinacin de las especificaciones correspondientes a las caractersticas mecnicas, elctricas y de hardware requeridas para establecer, mantener y desactivar los enlaces fsicos. Por ejemplo, a este nivel se determina las caractersticas fsicas de los conectores y de los cables que se emplean en las redes. El nivel fsico relaciona las interfaces elctrica, ptica, mecnica y funcional con el cable, si se trata de redes cableadas.

Sus funciones son :

Activacin y desactivacin de la conexin fsica. Transmisin de unidades de datos del servicio fsico. Control de nivel fsico. Sincronizacin a nivel de bit.

Las especificaciones de este nivel sirven para que los fabricantes de hardware, hagan que sus dispositivos sean compatibles entre si, ya sean conectores, cables, etc. Por lo tanto las especificaciones de este nivel estn directamente relacionadas con la topologa de la red. As se desarrollan en los captulos siguientes, los temas relacionados con este nivel fsico y que son:

los conceptos de seal los conceptos de transmisin analgica y digital los medios de transmisin y los tipos de codificacin


8. Concepto de seal

El trmino "seal" se refiere a un voltaje elctrico, un patrn luminoso o una onda electromagntica modulada, dependiendo del medio utilizado. Esta seal vara en funcin del medio de transmisin de que se trate y se propaga a travs del mismo medio de transmisin. Se caracteriza por ser un valor en funcin del tiempo s(t), es decir, su valor vara a lo largo del tiempo. Si esta seal es un voltaje o una intensidad de corriente, es fcilmente relacionable con la potencia.

8.1.Tipos de seales : continuas y discretas

Seal continua

Es aquella seal en la que su intensidad vara suavemente con el tiempo, es decir, no presenta discontinuidades. Matemticamente si s(t) es la funcin temporal correspondiente, y a su vez es continua, se cumplir que limt->a s(t) = s(a) para cualquier valor de a. Por ejemplo la funcin s(t)=A sen 2 pi fs t es una funcin continua.

Seal continua

Ejemplo de seales continuas puede ser la voz, las imgenes de TV, etc.

Un tipo especial de seal continua son las seales peridicas.

Seal discreta

Es aquella seal en la que su intensidad se mantiene constante durante un determinado intervalo de tiempo, tras el cual la seal cambia a otro valor constante, es decir, presenta discontinuidades o saltos en el tiempo.


Seal discreta

Otro ejemplo es el caso de una onda cuadrada.

Una seal discreta es la utilizada en la transmisin de datos binarios.

8.2.Dominio temporal y dominio frecuencial

Cualquier seal, ya sea continua o discreta, se expresa como una funcin del tiempo (dominio temporal) o como una funcin de la frecuencia (dominio frecuencial), en tanto en cuanto se puede descomponer como la suma de frecuencias, cada una de ellas con un factor. Por ejemplo la funcin temporal s(t) = A sen 2pifst, tiene su equivalencia en la funcin frecuencial s(f) = A para f =fs y cero para las dems frecuencias.

Mediante la transformada de Fourier, se puede descomponer cualquier seal temporal en una seal constituida por componentes senoidales de distintas frecuencias, por tanto, cualquier funcin temporal tiene su equivalencia en una funcin frecuencial. As si s(t) es una funcin temporal, su funcin frecuencial es


s(f) = s(t) e j 2 pi ft dt

Por tanto, para cada seal se puede decir que hay una funcin en el dominio temporal que determina la amplitud de la seal en cada instante de tiempo. Igualmente, hay una funcin en el dominio frecuencial que especifica las frecuencias constitutivas de la seal.

8.2.1.Ancho de banda

Una transmisin siempre se hace a una frecuencia determinada. Sin embargo en la realidad es imposible transmitir solo con una frecuencia fija. La razn es que siempre hay distorsiones e interferencias, y la descomposicin de la seal en frecuencias (transformada de Fourier) consta de una frecuencia principal y otras frecuencias de menor potencia.

El ancho de banda es el rango de frecuencias alrededor de

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