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ELECTROPEDIA |
INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE DATOS |
COMUNICACIONES |
Autor:
1-Introducción
El desarrollo
del hombre desde el nivel físico de su evolución, pasando por su crecimiento
en en las áreas sociales y científicas hasta llegar a la era moderna se ha
visto apoyado por herramientas que extendieron su funcionalidad y poder como ser
viviente.
Durante la época prehistórica, el hombre se valió de la piedra, la madera y
el metal para construir extensiones de su cuerpo: Un martillo o punta de lanza
de piedra, obsidiana, madera endurecida al fuego para tener un alcance mayor de
sus brazos y dominar a las bestias para conseguir el sustento diario.
Después domesticó a los animales y construyó artefactos cada vez más
complejos: Un arco para enviar sus "brazos" (flechas) en la distancia
y subyugar a animales más peligrosos. Y así como extendió sus brazos, pronto
encontró la forma de extender sus piernas para alcanzar lugares más lejanos:
fabricó navíos para cruzar ríos, lagos y mares; carretas que los llevaban a
lugares distantes más rápido que sus pies y con cargas mayores y hasta refinó
las artes que le permitieron tener en el hogar paisajes y monumentos de la
naturaleza para darse la sensación de tenerlos a su alcance en todo momento.
Finalmente, y sintiéndose conciente de su habilidad creativa, metódicamente
elaboró procedimientos para organizar su conocimiento, sus recursos y manipular
su entorno para su comodidad, impulsando las ciencias y mejorando su nivel de
vida a costa de sacrificar el desarrollo natural de su ambiente, produciendo así
todos los adelantos a los que un gran sector de la población conocemos: automóviles,
aeroplanos, trasatlánticos, teléfonos, computadoras, televisiones, etc.
1.1.1 El cómputo electrónico
En el transcurso de todo este desarrollo, lo que nos interesa revisar es la
evolución de un sector tecnológico: El cómputo electrónico. Este nació con
las primeras computadoras en la década de los 40's con los tubos al vacío y
los tableros de control enchufables. Y fue así porque la necesidad del momento
era extender la rapidez del cerebro humano para realizar de algunos cálculos
aritméticos y procedimientos repetitivos.
1.1.2 Las generaciones de computadoras
El esfuerzo en el cómputo electrónico se reflejó en crear unidades de
procesamiento cada vez más veloces conforme la tecnología en la electrónica
avanzaba. Así tenemos cuatro generaciones bien definidas: la primera con tubos
al vacío, la segunda con transistores, la tercera con circuitos integrados y la
cuarta con circuitos integrados que permitieron el uso de computadoras
personales y el desarrollo de las redes de datos.
1.1.3 Las redes de datos
Una vez resuelto el problema de extender el poder de cálculo del cerebro
humano nació o se comenzó a atacar el problema de compartir los datos y la
información que ese poder de cálculo produjo, lo cual nos llevó a inventar la
forma de compartir recursos (impresoras, graficadores, archivos, etc) a través
de algún medio de transmisión usando una serie de reglas (protocolos) para
accesar y manipular dichos recursos.
1.1.4 Los sistemas distribuidos
Las redes de computadoras nos permitieron reunir esfuerzos aislados en
esfuerzos conjuntos que producían bienes mayores (sinergia). Sin embargo, en
una red la forma de accesar dichos recursos va de la mano con conocer la manera
de llegar a esos recursos y saber cómo manipularlos, es decir, no hay
transparencia. El siguiente salto tecnológico-filosófico es extender las redes
de cómputo (extensiones del poder de cómputo de cerebros humanos aislados)
hacia los sistemas distribuidos (una entidad vista como un todo y conformado por
múltiples cerebros ubicados en localidades alejadas unas de otras que nos
ofrecen servicios y recursos sin importar su ubicación).
Y si Carl Jung está en lo correcto respecto a su teoría del conciente
colectivo, parece ser que los adelantos tecnológicos se van agrupando y
homogeneizando hacia un conciente colectivo tecnológico. Más información
acerca de sistemas distribuidos vea [COL94]
1.2 Redes para las compañías
Cuando una persona física o moral establece una empresa siempre piensa en
obtener beneficios y para esto, en muchas ocasiones se requiere de compartir
recursos (impresoras, digitalizadores, computadoras, discos duros, archivos, el
conocimiento de personas, etc.) y una solución es tener una red que puede ser
local, metropolitana, nacional, amplia o global, dependiendo su amplitud de la
dispersión geográfica de los recursos que queremos compartir. Esos recursos
deben están disponibles en el momento adecuado y que los datos o información
que produzcan sean altamente confiables, esto es, que no sufran deterioro
durante su transmisión. En ocasiones, será vital que contemos con réplicas de
algunos recursos para que, dado el caso de un desastre en algún punto de la
red, podamos consultar o accesar un recurso similar o de respaldo.
Las compañías también se han dado cuenta que resulta más barato tener una
red de computadoras en donde reparten sus procesos productivos que tener una
sola supercomputadora en donde concentren todo. Las ventajas de la red son:
economía, capacidad de crecimiento más granular, capacidad de soportar fallas,
capacidad de tener réplicas más económicas y otras.
1.3 Redes para las personas
El desarrollo tecnológico ha permitido que las computadoras sean accesibles
cada vez a mayor número de personas en sus oficinas y en sus hogares, lo cual
también implica que se puedan crear micro negocios de alta competitividad y con
gastos mínimos. Este tipo de negocios ya no tienen el problema de contar con
enormes capitales, ahora su problema es el saber en dónde accesar los recursos
que necesitan para proveer bienes y servicios.
Por otro lado, cada vez es más común el usar diversos servicios (correo electrónico,
fax, operaciones de compra-venta, reservaciones en hoteles y líneas aéreas, pláticas
interactivas persona a persona, acceso al diario en formato electrónico, WWW y
videoconferencia) desde una computadora personal en el hogar.
1.4 Aspectos sociales
Desde el momento en que un monitor en casa permite el acceso a tan variados
recursos, se corre el riesgo de ver cosas indeseables. Existen en Internet
diversos bancos de información accesibles desde Foros de Información
(newsgroups), Boletines de Información (Bulletin Board Systems), Páginas de
Web, etc.
Muchos de los bancos de datos requieren de algún tipo de permiso (proveer un
nombre de usuario y clave de acceso) para accesarlos. Otros permiten el acceso
abierto y aquí reside el problema principal. Podemos darnos cuenta de temas que
algunos sectores de la población apoyan y que van contra nuestros principios
(por ejemplo el tema del aborto, la pornografía, el racismo, etc.) y en algunos
casos junto a los datos podemos ver imágenes que ofenden nuestro gusto o que
pueden ser traumáticas para nuestros hijos.
Y entonces enfrentamos el problema de que este vasto terreno de información
puede estar fuera de control y accesible, tal vez, a personas no aptas o no
preparadas para digerirlo. Este problema es similar a controlar las emisiones de
las cadenas televisivas donde se sopesan la libertad de expresión contra los
principios éticos y morales.
1.5 El peligro de la transculturización
En la época moderna estamos viviendo bajo el paradigma de las modas. Se nos
ha estado presionando para que tengamos en el hogar los aparatos electrónicos
de moda (videos, televisores, decodificadores de cable, computadoras, teléfonos,
fax, alarmas), aparatos de transporte de moda (automóvil, avión, yate, etc.),
aparatos personales de moda (rasuradora eléctrica, agenda, calculadora,
despertador, teléfono celular, etc.), diversiones de moda (videojuegos, viajes
a lugares exóticos, centros nocturnos, clubes, conciertos, encuentros
deportivos, etc) y así sucesivamente. La persona que cuenta con el mayor número
de estos recursos y diversiones es la más destacada y digna de ser tomada en
cuenta en conversaciones y homenajes, aunque no produzca ningún bien tangible
para la sociedad. Todos estos acercamientos a las modas llevan el título lava
cerebros de "progreso", "modernización", etc. y cambian
totalmente la calidad de vida de las personas y la población en general.
Es tan fuerte el llamado a la "modernización", que las sociedades, al
tener disponible el acceso a los medios electrónicos (por ejemplo Internet), rápidamente
se van dando cuenta de costumbres y adelantos tecnológicos en todo el mundo y
seguramente, si tienen o llegan a tener el recurso económico van a tratar de
comprar esos adelantos. ¿ Qué país se resiste al progreso y al modernismo ?
¿ Hay otros caminos para vivir mejor ?
¿Existe alguna otra forma de vivir que no sea el de ser dueño o empleado de
alguna empresa, ir a trabajar por la mañana, regresar en la noche, repetir eso
todos los días y tal vez descansar los fines de semana? Ah! Y mantenerse a la
moda.
Una pregunta es: ¿Cuál será la correlación entre el porcentaje de
crecimiento al acceso a Internet y el nivel de transculturización?
Otra pregunta es: ¿ Será todo esto un camino hacia una homogeneización de la
forma de pensamiento de una sociedad global?
2.
TIPOS DE REDES POR SU DISPERSION
Al crear una red, se toman en cuenta dos factores principales: el medio físico
de transmisión y las reglas que rigen la transmisión de datos. Al primer
factor le llamamos nivel físico y al segundo protocolos.
En el nivel físico generalmente encontramos señales de voltaje que tienen un
significado preconcebido. Esas señales se agrupan e interpretan para formar
entidades llamadas paquetes de datos. La forma como se accesan esos paquetes
determinan la tecnología de transmisión y se aceptan dos tipos:
"broadcast" y "point-to-point".
Las redes de tipo "broadcast" se caracterizan porque todos los
miembros (nodos) pueden accesar todos los paquetes que circulan por el medio de
transmisión.
Las redes punto a punto sólo permiten que un nodo se conecte a otro en un
momento dado.
Por la extensión de las redes "broadcast" o "punto a
punto", podemos clasificarlas de acuerdo a la tabla siguiente.
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2.1 Redes de Área Local
Las redes de área local son el punto de contacto de los usuarios finales.
Su finalidad principal es la de intercambiar información entre grupos de
trabajo y compartir recursos tales como impresoras y discos duros. Se
caracterizan por tres factores: extensión, su tecnología de transmisión y su
topología.
2.1.1 Extensión de las redes de área local
Su extensión va de unos cuantos metros hasta algunos kilómetros. Esto
permite unir nodos que se encuentran en una misma sala de cómputo, en un
edificio, en un campus o una empresa mediana y grande ubicada en una misma
locación.
2.1.2 Tecnologías de transmisión de las redes de área local
Las redes tradicionales operan con medios de transmisión tales como cable
de par trenzado (Unshielded Twisted Pair), cables coaxial (ya casi obsoleto
porque presenta muchos problemas), fibra óptica (inmune a la mayoría de
interferencias), portadoras de rayo infrarrojo o láser, radio y microondas en
frecuencias no comerciales. Las velocidades en las redes de área local van
desde 10 Megabits por segundo ( Mbps) hasta 622 Mbps.
2.1.3 Topologías de las redes de área local
La topología de una red se refiere a la forma que ésta toma al hacer un
diagrama del medio físico de transmisión y los dispositivos necesarios para
regenerar la señal o manipular el tráfico. Las topologías generales son:
anillo (ring), dorsal (bus), dorsal dual (dual bus), estrella (star), árbol
(tree) y completas.
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Las
topologías de anillo, dorsal y árbol se adecuan mejor para redes de tipo
"broadcast" y el resto para redes de tipo punto a punto.
Los estándares más comunes son el IEEE 802.3 llamado Ethernet y el IEEE 802.5
llamado Token Ring. Ethernet opera entre 10 y 100 Mbps. En este estándard, todo
nodo escucha todos los paquetes de está red broadcast, saca una copia y examina
el destinatario. Si el destinatario es el nodo mismo, lo procesa y si no lo
deshecha para escuchar el siguiente. Para enviar un paquete escucha cuando el
medio de transmisión esté libre. Si ocurre que dos nodos enviaron un paquete
al mismo tiempo, se provoca una colisión y cada nodo vuelve a retransmitir su
paquete después de esperar un tiempo aleatorio. Token Ring opera entre 4 y 16
Mbps y utiliza una ficha (token) que permite enviar paquetes al nodo que la
posee mientras los otros escuchan. Una vez que un nodo termina de enviar
paquetes, pasa la ficha a otro nodo para que transmita.
2.2 Redes de Area Metropolitana
Una red de área metropolitana es una versión más grande de una LAN en
cuanto a topología, protocolos y medios de transmisión que abarca tal vez a un
conjunto de oficinas corporativas o empresas en una ciudad. Las redes deservicio
de televisión por cable se pueden considerar como MANs y, en general, a
cualquier red de datos, voz o video con una extensión de una a varias decenas
de kilómetros. El estándard IEEE 802.6 define un tipo de MAN llamado DQDB por
sus siglas en inglés Distributed Queue Dual Bus. Este estándard usa dos cables
half-duplex por los cuales se recibe y transmiten voz y datos entre un conjunto
de nodos.
2.3 Redes de Area Amplia
Una red de área amplia se expande en una zona geográfica de un país o
continente. Los beneficiarios de estas redes son los que se ubican en nodos
finales llamados también sistemas finales que corren aplicaciones de usuario
(por ejemplo, algún procesador de palabras o un navegador de WWW). A la
infraestructura que une los nodos de usuarios se le llama subred y abarca
diveros aparatos de red (denominados en general como routers o enrutadores) y líneas
de comunicación que une a las redes de área local. El término de subred también
se aplica a una técnica para optimixzar el tráfico en una red de área local
de tamaño medio.
En la mayoría de las redes de área amplia se utilizan una gran variedad de
medios de transmisión para cubrir grandes distancias. La transmisión puede
efectuarse por microondas, por cable de cobre, fibra óptica o alguna combinación
de los anteriores. Sin omportar el medio, los datos en algún punto se
convierten e interpretan como una secuencia de unos y ceros para formar marcos
de información (frames), luego estos frames son ensamblados para formar
paquetes y los paquetes a su vez construyen archivos o registros específicos de
alguna aplicación.
Las redes clásicas se caracterizan porque utilizan routers para unir las
diferentes LANs. Como en este caso los paquetes viajan de LAN en LAN a través
de ciertas rutas que los routers establecen, siendo dichos paquetes almacenados
temporalmente en cada router, a la subred que usa este pricipio se le conoce
como punto-a-punto, almacena-y-envía o de enrutado de paquetes (point-to-point,
store-and-forward, packet-switched).
Las topologías comunes en una red punto a punto son: de estrella, anillo, árbol,
completa, anillos intersectados e irregular.
La posibilidad de usar el aire como medio de transmisión nos da lugar a las
redes inalámbricas. Se pueden construir usando estaciones de radio o satélites
que envían ondas a diferentes frecuencias para enlazar los correspondientes
enrutadores. Como el alcance de estas ondas no puede ser restringido en un
cierto radio, se deben tomar algunas medidas especiales para no entrar en
conflicto con otras ondas y para restringir el acceso.
2.4 Red Global Internet e internets
La red Internet es aquella que sa ha derivado de un proyecto del
departamento de defensa de Estados Unidos y que ahora es accesible desde más de
2 millones de nodos en todo el mundo, y cuyos servicios típicos son las
conexiones con emulación de terminal telnet , la transferencia de archivos ftp
, el W W W , el correo electrónico , los foros de información globales NetNEWS
.
Por otro lado, se consideran como internets (con la letra "i" minúscula)
a aquellas redes públicas o privadas que se expanden por todo el mundo. El
asunto interesante es que estas internets pueden valerse del Internet en algunos
tramos para cubrir el mundo. La restricción mayor para que una red privada se
expanda en el mundo usando Internet es que puede verse atacada por usuarios del
Internet. Un esquema de seguridad para este caso puede ser que, para las LANs
que conforman la Internet privada, cada una de ellas encripte su información
antes de introducirla a Internet y se decodifique en las LANs destinos, previo
intercambio de las claves o llaves de decodificación. Este tipo de esquemas se
pueden lograr con el uso de firewalls .
3.
PROTOCOLOS DE COMUNICACION
Un protocolo es un conjunto de reglas que indican cómo se debe llevar a
cabo un intercambio de datos o información. Para que dos o más nodos en una
red puedan intercambiar información es necesario que manejen el mismo conjunto
de reglas, es decir, un mismo protocolo de comunicaciones.
Debido a la gran variedad de protocolos, se hizo necesario estandarizarlos y
para eso se tomó un diseño estructurado o modular que produjo un modelo jerárquico
conocido como modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection).
3.1 Jerarquías de protocolos
La idea central detrás del modelo es que, para que una aplicación que
reside en un nodo A establezca comunicación con una aplicación en un nodo B,
debe usar los servicios de una capa de la red. Llamemos a esa capa "capa de
aplicación". La capa de aplicación le brinda un conjunto de servicios a
las aplicaciones pero a su vez depende de otra capa inferior para trabajar.
Llamemos a esa capa "capa de transporte de paquetes". La capa de
transporte de paquetes es todo lo que necesita la de aplicación para trabajar
en la red y, a su vez, la capa de aplicación es todo lo que necesita la de
transporte para comunicarse con la aplicación, de manera que tenemos un flujo
de información en ambos sentidos. Bajo la capa de transporte residen otras
capas con relaciones similares a las ya descritas, hasta llegar a la capa que se
encarga del problema del medio físico por el cual viaja finalmente la información
de manera electrónica. Llamemos a esta última capa "capa física".
Por ejemplo, esta capa podría encargarse de detectar señales de voltaje en un
cable de cobre y agruparlas como unos y ceros para formar un byte, y luego unir
los bytes hasta formar una cadena de cierto tamaño predefinido por el protocolo
y pasar esa cadena a la capa inmediata superior.
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Los
principios que rigen este diseño modular son:
Cada capa debe ser lo suficientemente pequeña para que sus funciones sean fácilmente
entendibles.
Cada capa debe ser lo suficientemente amplia para que realice un conjunto de
funciones que sean significativas para el protocolo en su conjunto.
Cada capa debe ofrecer un conjunto bien definido de funciones hacia la capa
superior.
Cada capa debe poder hacer su trabajo usando los servicios provistos por la capa
inferior.
En cada capa del modelo de referencia se puede hablar del protocolo de la capa n
y cada entidad que reside en una capa usa una interfase para comunicarse con la
capa inferior o con la capa superior. Esa interfase consta de un conjunto de
operaciones y servicios bien definidos según los principios antes descritos. En
un momento dado, se puede decir que existe una comunicación virtual directa
entre la capa n de una aplicación en un nodo con la capa n de otra aplicación
en otro nodo.
Podemos decir que el conjunto de capas, sus principios y sus protocolos definen
una arquitectura de red. De esta forma es sencillo que un fabricante produzca
aparatos de red para algún nivel o niveles de la arquitectura de red.
3.2 Aspectos de diseño
Dependiendo de las funciones y servicios que cada capa debe proveer y usar,
se deben atacar algunos problemas interesantes al diseñar la arquitectura de
red.
En primer lugar, dado que en una red existen muchos nodos que quieren
comunicarse entre sì, debe existir un mecanismo de direccionamiento que sea
capaz de:
Identificar de manera única a una conexión que parte de un nodo n a un nodo x
que está siendo requerida por procesos en dichos nodos.
Identificar de manera única para cada conexión a qué tipo de servicio
pertenece.
Si la interfase soporta mensajes de tamaño restringido, se debe proveer un
mecanismo de identificación de mensajes pequeños que pertenecen a uno mayor.
Identificar en un mismo medio diferentes canales activos simultáneos.
Debido a que algunos medios físicos no están libres de errores, se debe tener
un mecanismo para detectarlos y en alguna de las capas debe haber un mecanismo
para corregir el error.
Debido a los medios no libres de errores, en el caso de no poder corregir un
error se debe pedir la retransmisión de datos.
Debido a que se puede perder la comunicación entre dos nodos, debe existir un
mecanismo para asignar un tiempo máximo de espera en el envío o recepción de
datos (timeout).
El protocolo debe contemplar la posibilidad de manejar un medio simplex, half
duplex o full duplex.
3.3 Interfases y servicios
Como ya vimos, cada capa tiene un conjunto de operaciones que realizar y un
conjunto de servicios que usa de otra capa. De esta manera identificamos como
usuario de servicio a la capa que solicita un servicio y como proveedor a quien
la da. Cuando una entidad se comunica con otra ubicada en la misma capa pero en
diferentes nodos se dice que se establece comunicación entre entidades
interlocutoras (peer entities).
Cada capa tiene un conjunto de servicio que ofrecer, el punto exacto donde se
puede pedir el servicio se llama punto de acceso al servicio (Service Access
Point, SAP). Por ejemplo, en el servicio telefónico se ofrecen conferencias
persona a persona, el SAP es la roseta o jack donde se conecta el teléfono y la
dirección es el número telefónico con quien se desea hablar.
En cada capa, la entidad activa recibe un bloque de datos consistente de un
encabezado que tiene significado para el protocolo de esa capa y un cuerpo que
contiene datos para ser procesados por esa entidad o que van dirigidos a otra
capa.
3.4 Relaciones entre servicios y protocolos
Las capas ofrecen servicios de dos tipos generales: orientadas a conexión y
no orientadas a conexión y los servicios obtenidos cumplen con cierta calidad
de servicio que puede ser un servicio confiable (reliable) o no confiable (non
reliable).
3.4.1 Servicios orientados a conexión
Los servicios orientados a conexión se caracterizan porque cumplen tres
etapas en su tiempo de vida:
Etapa 1: Negociación del establecimiento de la conexión.
Etapa 2: Sesión de intercambio de datos
Etapa 3: Negociación del fin de la conexión
Los servicios orientados a conexión pueden ser considerados como "alambrados",
es decir, que existe un conexión alambrada entre los dos interlocutores durante
el tiempo de vida de la conexión.
3.4.2 Servicios no orientados a conexión
Los servicios no orientados a conexión carecen de las tres etapas antes
descritas y en este caso los interlocutores envían todos paquetes de datos que
componen una parte del diálogo por separado, pudiendo éstos llegar a su
destino en desorden y por diferentes rutas. Es responsabilidad del destinatario
ensamblar los paquetes, pedir retransmisiones de paquetes que se dañaron y
darle coherencia al flujo recibido. Los servicios no orientado a conexión se
justifican dentro de redes de área local en donde diversos estudios han
demostrado que el número de errores es tan pequeño que no vale la pena tener
un mecanismo de detección y corrección de los mismos.
3.4.3 Servicios confiables y no confiables
Se dice que un servicio es confiable si nos ofrece una transmisión de datos
libre de errores. Para cumplir este requisito, el protocolo debe incluir
mecanismos para detectar y/o corregir errores. La corrección de errores puede
hacerse con información que está incluida en en un paquete dañado o pidiendo
su retransmisión al interlocutor. También es común que incluya mecanismos
para enviar acuses de recibo cuando los paquetes llegan correctamente.
Se dice que un servicio es no confiable si el protocolo no nos asegura que la
transmisión está libre de errores y es responsabilidad del protocolo de una
capa superior (o de la aplicación) la detección y corrección de errores si
esto es pertinente o estadísticamente justificable.
A un servicio que es a la vez no orientado a la conexión y no confiable se le
conoce como "datagram service". Un servicio que es no orientado a la
conexión pero que incluye acuse de recibo se le conoce como " acknowledged
datagram service ". Un tercer tipo de servicio se le llama "
request-reply " si consiste de un servicio no orientado a conexión y por
cada envío de datos se espera una contestación inmediata antes de enviar el
siguiente bloque de datos. Este último servicio es útil en el modelo cliente-servidor.
Los servicios no orientado a conexión se justifican dentro de redes de área
local en donde diversos estudios han demostrado que el número de errores es tan
pequeño que no vale la pena tener un mecanismo de detección y corrección de
los mismos.
4.
EL MODELO DE REFERENCIA OSI
La Organización
Estándares Internacionales (ISO por sus iniciales en Inglés) emitió un modelo
de referencia para la interconexión de sistemas abiertos (Open Systems
Interconnection OSI) el cual formaliza el modelo prototipo explicado en
secciones anteriores.
4.1 Capas del modelo de referencia
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4.1.1
Capa Física
La capa física
tiene que ver con el envío de bits en un medio físico de transmisión y se
asegura de que si de un lado del medio se envía un 1 del otro lado se reciba
ese 1. También tiene que ver con la impedancia, resistencia y otras medidas eléctricas
o electrónicas del medio y de qué forma tiene (tamaño, número de patas) en
conector del medio y cuáles son los tiempos aprobados para enviar o recibir una
señal. También se toma en cuenta si el medio permite la comunicación simplex,
half duplex o full duplex.
4.1.2 Capa de Ligado
En esta capa se toman los bits que entrega la capa física y los agrupa en
algunos cientos o miles de bits para formar marcos de bits. Se puede hacer en
este nivel un chequeo de errores y si no los hay enviar un marco de acuse de
recibo (acknowledge). Para detectar los límites de un marco se predefinen
secuencias de bits de control. Si un marco se pierde o daña en el medio físico
este capa se encarga de retransmitirlo, aunque en ocasiones dicha operación
provoca que un mismo frame se duplique en el destino, dado el caso es obligación
de esta capa detectar tal anomalía y corregirla. También en esta capa se
decide cómo accesar el medio físico.
4.1.3 Capa de Red
La capa de red se encarga de controlar la operación de la subred (medios físicos
y dispositivos de enrutado). Una tarea primordial es decidir cómo hacer que los
paquetes lleguen a su destino dados un origen y un destino en un formato
predefinido por un protocolo. Otra función importante en este nivel es la
resolución de cuellos de botella. En estos casos se pueden tener varias rutas
para dar salida a los paquetes y en base a algunos parámetros de eficiencia o
disponibilidad se eligen rutas dinámicas de salida. Otra función que se puede
obtener en esta capa es el registro o reporte del tipo y cantidad de paquetes
que circulan por el enrutador para efectos de cobro o de obtención de estadísticas.
4.1.4 Capa de Transporte
La obligación en esta capa es la de tomar datos de la capa de sesión y
asegurarse que dichos datos llegan a su destino. En ocasiones los datos que
vienen de la capa de sesión exceden el tamaño máximo de transmisión (Maximum
Transmission Unit MTU) de la interfaz de red, por lo cual es necesario partirlos
y enviarlos en unidades más pequeñas, lo cual da orígen a la fragmentación y
ensamblado de paquetes cuyo control se realiza en esta capa.
Una vez que esta capa se encarga de procesar datos de la capa de sesión y
servir de interfase con la de red, podemos afirmar que su función es la de
separar a las capas superiores de los posibles cambios en el hardware de red.
Otra función en esta capa es la de multiplexar varias conexiones que tienen
diferentes capacidades de transmisión para ofrecer una velocidad de transmisión
adecuada a la capa de sesión. Por ejemplo, se puede decidir en un momento dado
que una conexión es muy cara y que mejor se multiplexe sobre una conexión
existente más barata para tener un ahorro. Estas decisiones son transparentes
para la capa de sesión.
A partir de la capa de transporte (inclusive) las capas ofrecen servicios de
interlocutor a interlocutor, esto es, que un programa de red en un nodo platica
con otro programa similar en otro nodo de la red. En las capas inferiores esto
no es posible ni requerido.
La última labor importante de la capa de transporte es ofrecer un mecanismo de
nombrado que sirva para identificar y diferenciar las múltiples conexiones
existentes, así como determinar en qué momento se inician y se terminan las
conversaciones; es decir, en esta capa hay un mecanismo de control de flujo. Por
ejemplo, si el usuario "operador" en el nodo "A" quiere
iniciar una sesión de trabajo remoto (telnet) en un nodo "B", existirá
una conexión que debe ser diferenciada de la conexión que el usuario "luis"
necesita para transferir un archivo (ftp) del nodo "B" al nodo
"A".
4.1.5 Capa de Sesión
Esta capa ofrece el servicio de establecer sesiones de trabajo entre nodos
diferentes de una red. Permite el transporte de datos (soportado por la capa de
transporte) y añade algunas facilidades para el establecimiento del flujo de
datos.
Esta capa decide a quien se le hace caso para transmitir datos entre las múltiples
conexiones, una manera de hacerlo es proveer de fichas a los participantes de
una conexión, de manera que aquél que tenga la ficha es el que puede
transmitir (lo cual es útil en un medio half duplex). Otro servicio de esta
capa es la sincronización y el establecimiento de puntos de chequeo. Por
ejemplo, si se hace necesario transferir un archivo muy grande entre dos nodos
que tienen una alta probabilidad de sufrir una caída, es lógico pensar que una
transmisión ordinaria nunca terminaría porque algún interlocutor se caerá y
se perderá la conexión. La solución es que se establezcan cada pocos minutos
un punto de chequeo de manera que si la conexión se rompe más tarde se pueda
reiniciar a partir del punto de chequeo, lo cual ahorrará tiempo y permitirá
tarde o temprano la terminación de la transferencia.
4.1.6 Capa de Presentación
La capa de presentación nos provee de facilidades para que podamos
transmitir datos con alguna sintaxis propia para nuestras aplicaciones o para
nuestro nodo. Existen computadoras que interpretan sus bytes de una manera
diferente que otras (Big Endian versus Little Endian). En esta capa es posible
convertir los datos a un formato independiente de los nodos que intervienen en
la transmisión.
4.1.7 Capa de Aplicación
En esta capa se encuentran aplicaciones de red que nos permiten explotar los
recursos de otros nodos. Dicha explotación se hace, por ejemplo, a través de
una emulación de una terminal que trabaja en un nodo remoto, interpretando una
gran variedad de secuencias de caracteres de control que nos permiten desplegar
en la terminal local los resultados, aún cuando éstos sean gráficos. Otra
forma de explotación se da cuando transmitimos un archivo de una computadora
que almacena sus archivos en un formato dado a una computadora de formato
distinto. Es posible que el programa de transferencia realice las conversiones
necesarias de manera que el archivo puede usarse inmediatamente bajo alguna
aplicación.
4.2 Transmisión de datos en el modelo OSI
Un envío de datos típico bajo el model de referencia OSI comienza con una
aplicación P en un nodo cualquiera de la red. P genera los datos D que quiere
enviar a su contraparte en otro nodo. Le pasa los datos D a la capa de aplicación
.
La capa de aplicación toma los datos y los encapsula añadiendo un encabezado
que contiene información de control o que puede estar vacío. El paquete
completo resultante se lo pasa a la capa de presentación.
La capa de presentación lo recibe y no intenta siquiera decodificar o separar
los componentes del paquete, sino que lo toma como datos y le añade un
encabezado con información de control de esta capa y el paquete resultante se
lo envía a la capa de sesión.
La capa de sesión recibe el paquete, que también son sólo datos para ella y
le añade un encabezado de control. El resultado se lo envía a la capa de
transporte.
La capa de transporte recibe todo el paquete como datos y le añade su propio
encabezado de control creando otro paquete que envía a la capa de red, la cual
se encargará de enrutarlo a su destino apropiado, entre otras actividades que
realiza. Las capas de red, ligado de datos y física toman, respectivamente, el
paquete que les envía la capa superior y añaden a éste un encabezado definido
por el protocolo que corresponde a cada capa y pasan el resultada a la capa
inferior. La capa física traducirá el último paquete a las señales
apropiadas para que viajen por el medio físico hasta el nodo destino.
En el nodo destino, la capa física toma los paquetes y les quita el encabezado
de la capa física, pasando el paquete resultante a la capa de ligado de datos.
La capa de ligado lo recibe y le quita el encabezado de esta capa, pasando el
resultado a la capa de red, quien lo toma y le quita el encabezado de red,
pasando el paquete a la capa de transporte que elimina el encabezado de
transporte y pasa el resultado a la capa de sesión, quien también le quita el
encabezado respectivo y pasa el paquete a la capa de presentación, que a su vez
le quita el encabezado de presentación y le pasa el paquete a la capa de
aplicación que, finalmente, le quita el último encabezado y le entrega el
paquete de datos reales a la aplicación en el nodo destino.
De manera virtual, se establecen conexiones directas entre las capas del mismo
nombre de los dos diferentes nodos. Por ejemplo, el paquete que envía la capa
de red es interpretado por la capa de red en el destino y no por otra capa. Para
las capas inferiores de la de red, dicho paquete fue interpretado como datos, y
para las capas superiores (transporte,sesión, presentación y aplicación) como
un paquete compuesto de datos y encabezado.
Por otro lado, todas las capas, excepto la de aplicación, procesan los paquetes
realizando operaciones que sólo sirven para verificar que el paquete de datos
real esté íntegro o para que éste llegue a su destino, sin que los datos por
sí mismos sufran algún cambio.
5.
EL MODELO DE REFERENCIA TCP/IP
La Agencia de
Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Defensa de los Estados
Unidos de Norteamérica definieron un conjunto de reglas que establecieron cómo
conectar computadoras entre sí para lograr el intercambio de información,
soportando incluso desastres mayores en la subred. Fue así como se definió el
conjunto de protocolos de TCP/IP ( TCP/IP Internet Suite of Protocols). Para los
años 80 una gran cantidad de instituciones estaban interesados en conectarse a
esta red que se expandió por todo EEUU. La Suite de TCP/IP consta de 4 capas
principales que se han convertido en un estándard a nivel mundial.
5.1 Las capas del modelo TCP/IP
Las capas de la suite de TCP/IP son menos que las del modelo de referencia
OSI, sin embargo son tan robustas que actualmente une a más de 3 millones de
nodos en todo el mundo.
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La
capa inferior, que podemos nombrar como física respecto al modelo OSI, contiene
varios estándares del Instituto de Ingenieros Electrónicos y Eléctricos (IEEE
en inglés) como son el 802.3 llamado Ethernet que establece las reglas para
enviar datos por cable coaxial delgado (10Base2), cable coaxial grueso
(10Base5), par trenzado (10Base-T), fibra óptica (10Base-F) y su propio método
de acceso, el 802.4 llamado Token Bus que puede usar estos mismos medios pero
con un método de acceso diferente, el X.25 y otros estándares denominados genéricamente
como 802.X.
La siguiente capa cumple, junto con la anteriormente descrita, los niveles del
modelo de referencia 1,2 y 3 que es el de red. En esta capa se definió el
protocolo IP también conocido como "capa de internet". La
responsabilidad de este protocolo es entregar paquetes en los destinos
indicados, realizando las operaciones de enrutado apropiadas y la resolución de
congestionamientos o caídas de rutas.
La capa de transporte es la siguiente y está implantada por dos protocolos: el
Transmission Control Protocol y el User datagram Protocol. El primero es un
protocolo confiable (reliable) y orientado a conexiones, lo cual significa que
nos ofrece un medio libre de errores para enviar paquetes. El segundo es un
protocolo no orientado a conexiones (connectionless) y no es confiable
(unreliable). El TCP se prefiere para la transmisión de datos a nivel red de área
amplia y el otro para redes de área local.
La última capa definida en la suite de TCP/IP es la de aplicación y en ella se
encuentran decenas de aplicaciones ampliamente conocidas actualmente. Las más
populares son el protocolo de transferencia de archivos (FTP), el emulador de
terminales remotas (Telnet), el servicio de resolución de nombres (Domain Name
Service DNS), el WWW, el servicio de correo electrónico (Simple Mail Transfer
Protocol SMTP), el servicio de tiempo en la red (Network Time Protocol NTP), el
protocolo de transferencia de noticias (Network News Transfer Protocol NNTP) y
muchos más.
5.2 Comparación con el modelo OSI
El model TCP/IP no tiene bieen divididas las capas de ligado de datos,
presentación y sesión y la experiencia ha demostrado que en la mayoría de los
casos son de poca utilidad [Tan96].
Los estándares 802.X junto con el protocolo IP realizan todas las funciones
propuestas en el modelo OSI hasta la capa de red. Los protocolos TCP y UDP
cumplen con la capa de transporte. Finalmente, las aplicaiones ya mencionadas
son ejemplos prácticos y reales de la funcionalidad de la capa de aplicación.
5.2.1 Tipos de Comunicaciones
El modelo OSI propone tener comunicaciones orientadas y no orientadas a
conexión en la capa de red, mientras que TCP/IP sólo ofrece no orientadas a
conexión, mientras que OSI propone en el nivel de transporte comunicaciones
orinetadas a conexión mientras que TCP/IP ofrece orientadas y no orientadas a
conexión en dicha capa. [Tan96].
5.2.2 Críticas al modelo OSI
El modelo OSI tiene siete niveles que fueron propuestos debido a que IBM tenía
su protocolo de siete capas SNA (Systems Network Architecture) y el comité no
quiso ir contra la corriente peleando contra la preponderancia de IBM en esos días
[Tan96]. Por otro lado, mientras se planeaba y discutía el modelo OSI, ya se
estaba trabajando y creando redes usando TCP/IP, de manera que al estar
disponible el trabajo del modelo OSI la mayoría de las compañías ya no quiso
hacer el esfuerzo de migrar sus productos. En general, las críticas más
importantes al modelo OSI y sus implantaciones se pueden resumir en los
siguientes puntos [Tan96]:
El conjunto total de la pila de protocolos resultó sere demasiada compleja para
entender e implantar.
Las capas contienen demasiadas actividades redundantes, por ejemplo, el control
de errores se integra en casi todas las capas siendo que tener un único control
en la capa de aplicación o presentación sería suficiente.
La enormidad de código que fue necesario para implantar el modelo OSI y su
consecuente lentitud hizo que la palabra OSI se asociara a "calidad
pobre", lo cual contrstó con TCP/IP que se implantó exitosamente en el
sistema operativo UNIX y era gratis.
OSI tuvo poca aceptación en EEUU porque la mayoría de la gente pensó que era
un estándard implantado por la comunidad europea, y todos sabemos que la
tecnología o deporte que no es inventado en EEUU es discriminada rápidamente.
5.2.3 Críticas al modelo TCP/IP
El modelo TCP/IP primero fue llevado a la práctica y luego fue descrita su
funcionalidad, por lo cual se acepta que no puede usarse para describir otros
modelos. Las críticas en general se resumen a continuación:
El modelo no distingue bien entre servicios, interfaces y protocolos, lo cual
afecta el diseño de nuevas tecnologías en base a TCP/IP.
Las capas que le faltan con respecto al modelo OSI ni siquiera se mencionan y
eso es lógico porque TCP/IP fue un predecesor de OSI.
No se puede hablar propiamente de un modelo TCP/IP, pero se tiene que discutir
acerca de él forzados por su uso en todo el mundo.
Algunos de los protocolos de TCP/IP fueron creados por estudiantes y para
solucionar problemas viejos y las necesidades modernas requieren de otros
protocolos.
Concluyendo, el modelo OSI es muy bueno como marco teórico para describir la
funcionalidad de los dispositivos y protocolos que hacen funcionar una red, pero
se acepta que las capas de sesión y presentación no son muy útiles [Tan96],
por lo cual generalmente se usa un modelo reducido con las capas física, ligado
de datos, red, transporte y aplicación.
