Modelos conceptuales.
6.1. Introducción. Protocolos y arquitecturas de protocolos.
Siempre que se pretende una comunicación del tipo que sea, se deben cumplir una serie
de requisitos básicos, como son el tipo de lenguaje a utilizar, el tipo de información a
transmitir, el momento, el modo, etc. Cuando dos equipos intentan establecer una
comunicación deben hablar el mismo lenguaje y ponerse de acuerdo en una serie de
normas. Estas normas son lo que denominamos protocolo. Protocolo es, por tanto, el
conjunto de normas mutuamente aceptadas que van a regir el diálogo entre los equipos de
una red.
Nota:
El primer protocolo basado en conmutación de paquetes fue creado en la Universidad de
Michigan en 1969. Este protocolo se denominó X.25 y permitió la comunicación entre
distintos nodos del campus de esa universidad.
Pero, ¿cómo se comunican dos ordenadores? Evidentemente, estamos ante un tema
complejo, ya que se están poniendo en juego múltiples elementos. Pensemos, por ejemplo
en el proceso que aparece desde que damos la orden en un procesador de textos para que
se imprima un documento en un equipo, hasta que esa orden llega a otro PC que está
compartiendo la impresora y se imprime el archivo.
En principio disponemos de EMISOR que, a través de un MEDIO y empleando un
CÓDIGO, envía un MENSAJE a un equipo RECEPTOR, pero, el código que van a emplear
los ordenadores para comunicarse debe adaptarse al medio por el que debe circular el
mensaje, por lo que se deben implementar unos elementos que codifiquen y decodifiquen la
información para que pueda circular por el medio físico del que disponga esa red.
La manera de solucionar este problema fue tratar de dividirlo en subproblemas más
fáciles de atacar. A estos subproblemas los denominamos niveles o capas. Así, la
comunicación entre ordenadores queda estructurada por niveles y forma lo que llamaríamos
una arquitectura de protocolos de comunicaciones.
Trabajando con estas arquitecturas, la comunicación entre máquinas era un hecho, sin
embargo, uno de los problemas que se tenía al principio era que cada fabricante trabajaba
con su propio protocolo, encontrándonos con redes imposibles de interconectar debido a
que trabajaban con distintas arquitecturas y protocolos. Eran los modelos llamados
"cerrados o propietarios". En estos casos, la comunicación entre equipos pertenecientes a
redes con distintos protocolos era totalmente inviable. Evidentemente se requería una
arquitectura normalizada que sirviera como estándar o modelo de referencia.
6.2. Modelo de referencia OSI.
a) La comunicación.
El modelo de referencia OSI intenta crear una estructura de manera que el
problema de la comunicación entre equipos pueda ser abordado del mismo modo por
todas aquellas personas encargadas de desarrollar hardware y software para una red.
Evidentemente, este modelo se tuvo que crear debido a la complejidad del
problema y, aunque es simplemente un marco de referencia teórico, ha permitido y
potenciado el extraordinario desarrollo que se está dando tanto en las LAN como en
Internet.
Nota:
El modelo de referencia OSI es un marco teórico que no se aplica realmente en la
práctica ya que existen otras arquitecturas que se desarrollaron con más rapidez y
que, demostrada su validez, se han implantado de forma generalizada; este es el
caso de la arquitectura Internet basada en la pila de protocolos TCP/IP.
Cuando realizamos una llamada telefónica no nos planteamos qué está sucediendo,
simplemente descolgamos el auricular, marcamos el número y hablamos. Sin embargo,
bajo esta sencilla acción subyacen muchos procesos que las hacen efectivas
¿Qué sucede si cuando estamos hablando con otra persona no entendemos lo que
nos ha dicho?, ¿con qué idioma nos comunicamos?, ¿si hay interferencias o se nos va
la señal del móvil, cómo quedamos para seguir hablando?. Estas y otras cuestiones
son las que se presentan cuando nos planteamos una comunicación entre equipos, y el
modelo OSI lo que hace es establecer qué debe suceder en cada caso y quiénes se
deben encargar de cada una de las funciones. Este problema ha aparecido siempre
que el hombre ha deseado crear sistemas de comunicación artificiales (comunicación
telegráfica, lenguaje braile, etc.) , en unos casos se ha tenido que convenir un código,
pero en otros se han debido crear todos y cada uno de los elementos que participan en
una acción comunicativa.
Siguiendo con nuestro símil telefónico podríamos plantearnos los siguientes puntos:
1. Quiero ponerme en contacto con una persona y en primer lugar decido cómo
lo voy a hacer, por teléfono, visitándole, enviando una carta, etc.
2. Esta persona con la que quiero establecer la comunicación es sueca, y no
domina el español, por lo tanto debemos establecer un idioma común de
comunicación, por ejemplo el inglés. También podríamos decidir si deseamos
emplear una clave específica de comunicación para que nadie que esté
escuchando pueda entender lo que decimos.
3. Todo esto lo hemos hecho sin plantearnos qué es ese timbre que suena, qué
quiere decir el bip que se escucha al descolgar el teléfono. ¿Cómo sabe mi
amigo que le llaman? ¿Cómo se que puedo utilizar el teléfono? Estos son
también acuerdos que ya existen y que empleamos apenas sin darnos cuenta,
pero que hubo que definir en la comunicación entre equipos informáticos.
4. A continuación me debo plantear cómo ha de ser el mensaje, en que situación
se va a dar, cómo puedo localizar a la persona,... Creo una estructura del
mensaje, un guión de la comunicación que quiero establecer.
5. Ahora procedo a marcar el número de teléfono, preguntar por la persona con
la que quiero hablar, identificarla e identificarme. Comprobamos que la calidad
de la comunicación es adecuada. Puede suceder que se den muchas
interferencias y que necesitemos volver a ponernos en contacto, acordamos
cómo hacerlo.
6. Estoy hablando con mi amigo y no entiendo algo que me ha dicho, le pido que
me repita esa última palabra, a él le puede suceder lo mismo.
7. Por último, ¿cómo y dónde se transforma la voz en un impulso eléctrico?,
¿qué características debe tener?, ¿cómo debe funcionar un teléfono?, ¿cómo
han de ser las conexiones?
Este proceso de comunicación es, con muchos matices y, salvando las distancias,
los niveles 7 a 1 del modelo de referencia OSI. Debemos comprender que, en su
momento, con la existencia de modelos propietarios era necesario la creación de un
estándar común y un análisis profundo de las necesidades asociadas a la
comunicación de computadoras.
6.3. Características fundamentales del modelo OSI.
En el modelo de referencia OSI se pueden distinguir tres características fundamentales:
• Arquitectura, en la cual se definen los aspectos básicos de los sistemas abiertos.
• Servicios, proporcionados por un nivel al nivel inmediatamente superior.
• Protocolos, es decir, la información de control transmitida entre los sistemas y los
procedimientos necesarios para su interpretación.
a) Arquitectura OSI.
Supongamos que una empresa desea modificar su funcionamiento, hacerlo más
operativo y homogéneo. Se reúne un equipo de consultores expertos que, tras largas
deliberaciones presenta un informe. En este documento se definen los puestos de
trabajo (desde el director general hasta el último empleado), se define la estructura
jerárquica de la empresa y se explica cómo han de trabajar cada uno de los distintos
empleados en función del puesto que ocupa y las funciones asignadas a ese puesto
(convenio).
Por ejemplo, los mensajeros deben llevar los paquetes y cartas de un sitio a otro de
la empresa o a otras empresas, sin embargo, no trabajan con cualquier tipo de carta o
paquete, estos, deben seguir unas claras normas a la hora de indicar dirección, formato
etc. Además, sólo pueden recibir los paquetes de su jefe de servicio. Este, se traslada
por los distintos departamentos recogiendo los paquetes, identificando los que no están
bien hechos y entregando a los mensajeros aquellos que se pueden enviar. Pero, se
comunica únicamente con los gerentes de cada departamento que, entre sus
funciones, están la recogida de documentación que se va a enviar, para supervisarla y
entregársela al jefe de servicios de mensajeros. Evidentemente, este modelo se
asemeja mucho a las típicas estructuras burocráticas.
La arquitectura de esta empresa la compondrían los distintos puestos de trabajo, las
tareas que desempeña cada empleado y cómo presta servicio a los de rango superior.
Además, explica cómo van a circular las órdenes y decisiones entre los empleados de
las distintas capas. Pero, todo está pensado para que los trabajadores, sean del rango
que sean, trabajen, aunque no tengan contacto directo, para cumplir las órdenes del
director general de la empresa. Es decir, se ha contestado a las siguientes cuestiones:
• ¿Qué soy?
• ¿Qué hago para mi jefe?
• ¿Cómo lo tengo que hacer?
• ¿Cómo me debo comunicar?
En la arquitectura OSI, para definir un nivel, hay que especificar qué servicios
proporciona ese nivel y el protocolo o protocolos que van a utilizar las entidades de ese
nivel. Las entidades son elementos activos, Hardware o Software, dentro de dicho nivel,
las cuales cooperan siguiendo un diálogo que aplica las normas de un protocolo.
Todos los niveles trabajan para dar un servicio al usuario del ordenador que desea
comunicarse u obtener un servicio de otro equipo interconectado. La arquitectura OSI,
divide todas las tareas en una serie de niveles que cooperan entre sí. Un nivel se sirve
del inferior en tanto en cuanto este último realiza una tarea para él, pero, a su vez, este
segundo nivel empleará a otro que esté en la capa inmediatamente inferior.
En definitiva, cada nivel se relaciona con el inmediatamente superior e inferior
mediante el concepto de interfaz, formado por un conjunto de elementos físicos y
lógicos que relacionan dos niveles adyacentes. Los interfaces entre un nivel n y sus
niveles adyacentes n-1 y n+1, están definidos por los servicios ofrecidos. Por ejemplo,
un nivel puede ofrecer al nivel superior la traducción, a un lenguaje común, de la
comunicación que se desea enviar (es su traductor), y una vez que ha efectuado su
trabajo, cuenta con un nivel inmediatamente inferior que, por ejemplo, va a envolver la
información ya traducida, sería su “empaquetador”.
Así, gracias al trabajo de los tres niveles hemos logrado que una información que
sólo podía ser identificada por una aplicación, ahora sea entendida por el resto de
aplicaciones de su mismo nivel y que viaje protegida para que se conserve íntegra. Se
ha mejorado la calidad de la comunicación gracias a los servicios que se han prestado
unos niveles a otros.
A su vez, para el intercambio de información entre unidades funcionales del mismo
nivel, se definen un conjunto de reglas denominadas protocolos. Cada nivel pasa la
petición al nivel inferior, sin embargo, la arquitectura del modelo realiza las funciones de
tal manera que, aparentemente, un nivel de un ordenador se comunica directamente
con el nivel similar de otro ordenador.
Por ejemplo, si el director general de nuestra empresa desea enviar una carta al
director general de otra, amenazándole con una OPA, la comunicación será entre los
dos directores generales aunque la carta haya recorrido un largo camino de descenso y
ascenso en la jerarquía de ambas empresas, puesto que nadie, en ninguna de las dos
empresas, tiene capacidad para intervenir en una comunicación de tan alto nivel.
Otra situación en la que podemos ejemplificar esta comunicación entre niveles sería
con estos mismos directores hablando por teléfono. Realmente, su voz no se transmite
directamente a la otra persona, se deben establecer una serie de servicios intermedios
(nodos de comunicación, centralitas, operarios, etc.) que van pasando la información,
transmitiendo la señal telefónica, para que se produzca una comunicación a distancia.
b) Especificación de servicios OSI.
Para entablar una comunicación, cada nivel, empezando por el más alto, envía la
información al nivel lindante inferior hasta llegar al nivel más bajo que accede
directamente al medio físico (cable, ondas de radio, etc.) En la máquina receptora la
información seguirá el camino ascendente hasta llegar al nivel superior. Cada nivel
utiliza los servicios del nivel inmediatamente inferior e incorpora una serie de
mecanismos que le permiten mejorar dichos servicios ofreciendo al nivel superior
servicios más sofisticados. Sin embargo, un nivel no conoce la forma en que el nivel
inferior ha realizado el servicio ofrecido, está diseñado para realizar una función con
independencia de lo que puedan hacer los otros niveles.
Para pensar:
Dos filósofos pasean por el campo y uno le pregunta a otro -¿qué es peor, la ignorancia
o la indiferencia?- Y el otro le contesta –ni lo sé ni me importa- Pues bien, este es el
conocimiento que un nivel tiene de lo que hace el otro. Ellos deben cumplir con su
misión y desconocen lo que hacen las capas adyacentes.
Un nivel solicita los servicios del nivel inferior utilizando una serie de primitivas de
servicio. Un proveedor va a informar al usuario del servicio de una serie de sucesos o
eventos utilizando las primitivas de servicio. Mediante la primitiva se especifica la
función a realizar y con los parámetros que se pasan se transfiere la información de
datos y control.
Podemos comparar las primitivas de servicio con una serie de mensajes u órdenes
(siempre las mismas) que se emplean para poder realizar un servicio.
En el modelo OSI se utilizan cuatro tipos de primitivas:
• solicitud, el usuario del servicio emite esta primitiva para solicitar el servicio
y pasar los parámetros que permiten realizar el servicio solicitado.
• indicación, el proveedor del servicio emite esta primitiva para informar al
usuario del servicio de la acción iniciada por el proveedor o para informarle
que se ha solicitado un procedimiento por el usuario del extremo de la
conexión y proporcionar los parámetros necesarios.
• respuesta, el usuario del extremo emite esta primitiva para reconocer algún
procedimiento previamente solicitado por una indicación.
• confirmación, el proveedor del servicio emite esta primitiva para conocer o
completar algún procedimiento que se ha requerido mediante una solicitud.
Quiero hacer una llamada a cobro revertido, marco el número de telefónica y
SOLICITO ese servicio, informando del número con el que me quiero comunicar. La
telefonista llama al teléfono que le he señalado e INDICA, que hay una llamada a cobro
revertido, en mi casa le RESPONDEN que aceptan la llamada y la telefonista me
CONFIRMA que ya puedo hablar.
La secuencia de funcionamiento de las primitivas entre el usuario y el suministrador
del servicio se representa mediante la siguiente figura. Un gráfico temporal, en el cual el
transcurso del tiempo se muestra de arriba abajo y donde las líneas verticales
representan los SAP (Service Access Points), estos últimos son puntos por los cuales
el usuario de un servicio accede a los servicios ofrecidos por el nivel inferior.
Una entidad en el usuario “A” envía una petición de servicio a su nivel inferior, y
éste, su proveedor, la encaminará hacia el usuario “B”. A la entidad correspondiente,
del mismo nivel del cual partió la solicitud en el usuario “A”, en el usuario “B”, lo que le
llega es una indicación. A su vez este utilizará la primitiva de respuesta, y lo que llegará
al usuario “A” es una confirmación. Las entidades de nivel inferior hacen de
intermediarios en la comunicación entre sus respectivas entidades de nivel superior.
Mi director general (empresa A) le pide a su secretario que le ponga en
comunicación con el director de la otra empresa (empresa B), su secretario se pone en
contacto con el secretario de la empresa competidora y le indica los deseos de su jefe.
El secretario de la empresa B habla con su jefe, y si éste acepta, le pasa la
comunicación. Los secretarios son los proveedores de servicios y los distintos
mensajes que se pasan entre jefes y secretarios para establecer la comunicación
serían las primitivas del servicio.
Los servicios pueden ser confirmados o no confirmados. En el servicio confirmado
se utilizan las cuatro primitivas, en el servicio no confirmado solo se utilizan las
primitivas de solicitud e indicación, es decir, no se espera la respuesta del destinatario
para establecer la comunicación.
Analogía:
Hace apenas un par de años, Euskaltel presentó una campaña publicitaria en la
que una persona empezaba a llamar a un tal Patxy a voces. Si esta persona
empezara a hablar sin haber esperado la respuesta de Patxy, estaría empleando un
servicio no confirmado.
Especificación de protocolos OSI.
Tal como hemos descrito, la comunicación entre dos equipos se hace mediante la
relación (lógica) que establecen los niveles similares de los distintos nodos. Esta
relación lógica es, en definitiva, una relación de comunicación entre niveles y, para que
esta comunicación se pueda producir, se han establecido una serie de normas, lo que
hemos definido hasta ahora como protocolos. Así, las entidades de un mismo nivel,
emplean protocolos propios.
Evidentemente, el fin de esa comunicación entre niveles es la transmisión de una
serie de datos que se han originado en la capa de aplicación. Esos datos, van bajando
por las distintas capas donde, cada una de ellas, agrega información en su propio
lenguaje (protocolo) para que, cuando esos datos lleguen a su destino, cada nivel
entienda la información que recibe y se pueda comunicar con la capa del mismo rango
del otro equipo.
Esa información que se van pasando los distintos niveles recibe el nombre de PDU
(Protocol Data Unit, Unidad de datos de protocolo) y tiene un formato similar en cada
capa, una serie de datos que se reciben de la capa anterior, a la que se le añade la
cabecera de la capa del nivel en el que se encuentran los datos. Esta cabecera, propia
de cada nivel contiene las opciones que aporta ese nivel al proceso de comunicación.
Todas las unidades de datos deben ser autocontenidas, es decir, deben llevar
dirección origen y dirección destino. La estructura de una PDU se puede ver en la figura
que se muestra a continuación:
Una PDU de nivel n está formada por una cabecera y la SDU (Service Data Unit,
unidad de datos de servicio). En la cabecera se incluye la información de control,
formada por el identificador de la PDU y unos parámetros (opciones de servicio). La
SDU de nivel n está compuesta de la PDU del nivel n-1, la cual a su vez está formada
por las cabeceras de los niveles superiores, y los datos de usuario con los que se
empezó la transmisión. A este proceso se le denomina encapsulación.
Del mismo modo que la información desciende por los distintos niveles hasta llegar
a la capa física y los datos van siendo encapsulados sucesivamente, las capas del host
de destino leen la cabecera que le envía el nivel análogo del host emisor, la eliminan y
pasan el paquete de datos al nivel superior.
Por regla general, y para evitar que el deterioro del paquete de datos provoque una
pérdida grave de información, éste puede ser dividido, haciendo corresponder una PDU
de nivel n con varias PDU de nivel n-1, operación conocida como segmentación. En el
nodo receptor habrá que realizar un reensamblaje para obtener de nuevo la PDU de
nivel n.
También, se puede hacer corresponder varias PDU de nivel n con una única PDU
de nivel n-1, operación conocida como bloqueo. En el nodo receptor habrá que realizar
un desbloqueo para obtener de nuevo las PDU de nivel n.
El modo de actuar en la comunicación entre dos nodos de una red que sigue el
modelo OSI se puede describir suponiendo que tenemos un nodo emisor y otro
receptor. El emisor tiene unos datos que quiere transmitir al receptor. Estos datos los
pone a disposición del nivel de aplicación, este recoge los datos, les añade la
información de control propia del nivel y los envía al nivel de presentación. El nivel de
presentación a su vez añade otros datos de control a la PDU que le llega desde el nivel
de aplicación y la nueva PDU se la entrega al nivel de sesión. Así sucesivamente hasta
que se llega al nivel físico. Previamente el nivel de enlace de datos ha fragmentado la
PDU en una o más tramas (dependiendo del tipo de red en que se trabaje), crea
también una cola que indica el final del paquete y utiliza el método de acceso al medio
para poder acceder al medio de transmisión. Estas tramas se transmiten por el hilo de
cobre como un flujo de bits (variaciones en el nivel de tensión, las cuales representan
unos y ceros del sistema binario).
Cuando las tramas van por la red, los encaminadores usan la información de las
direcciones que contienen las tramas para que estas lleguen a su destino. Es decir,
descodifican el flujo de bits que se transmite por la red y abren los paquetes para
identificar la dirección de destino de los datos. Una vez que han averiguado hacia
dónde se dirige la información, vuelven a encapsular la información y la envían hacia la
red correspondiente.
En el receptor, las tramas recibidas sufren el proceso contrario, en el nivel de enlace
de datos, se unen otra vez las tramas para formar de nuevo una PDU. A medida que se
pasa la PDU de un nivel al inmediatamente superior, se le va quitando la información
de control (que puso el emisor) correspondiente al nivel en el que se está trabajando.
Para pensar:
¿Qué diferencias puede haber entre el encapsulamiento que sufren las PDU de un
nivel con un juego de muñecas rusas?
d) Descripción del modelo.
En 1977, la ISO (Organización Internacional para la Normalización) crea un comité
para definir una arquitectura de protocolos de referencia universal: OSI (Open System
Intercomunication), definido en el ISO-TC97-SC16. La norma final (ISO 7498) se
publica en 1984.
Este modelo define las bases para el establecimiento de protocolos de
comunicaciones entre sistemas informáticos abiertos. No es una arquitectura, es un
estándar que define cómo hacer un software de comunicaciones descomponiendo el
problema de la comunicación en 7 capas o niveles. Estos son: físico, enlace, red,
transporte, sesión, presentación y aplicación.
El modelo OSI explica qué se mandan dos sistemas que quieren comunicarse y las
estructuras de datos utilizadas para ello. En cada nivel hay definidas unas funciones
que proporcionan unos servicios típicos de dicho nivel, ya sea por hardware o por
software, los cuales se llevan a cabo siguiendo un protocolo del nivel. Cada capa hace
uso de las funciones del nivel inferior para realizar sus propias funciones, y a su vez,
ofrece servicios al nivel superior. A través de estos niveles se consiguen todas las
funciones requeridas para conectar sistemas heterogéneos.
Supongamos que deseo enviar un ramo de flores a alguien. Dependo de la
floristería para comprarlo y que lo forme, pero la persona encargada de la tienda debe
buscar a otra persona que se encargue de recoger el ramo y llevarlo a su destinatario, y
ya con su regalo, alguien debe desenvolverlo y ponerlo en agua. Se ha establecido una
cadena de dependencias y servicios entre unas personas y otras. Si no hay florista no
hay ramo que enviar, pero sin mensajero el ramo no llegaría nunca. Estos servicios
tienen un doble sentido, cuando los datos van bajando hasta el último nivel y cuando,
en el equipo receptor ascienden hasta el nivel de aplicación.
El siguiente gráfico muestra el flujo de información entre capas. Veámoslo con un
sencillo ejemplo:
La estación A envía un mensaje de correo electrónico a la estación B. Para ello
utiliza un programa de gestión de correo, Outlook Express, por ejemplo. Este programa
se encuentra en el nivel de Aplicación e inmediatamente encima de él se halla el
usuario. La información desciende hasta la capa física que está relacionada de manera
directa con el medio de transmisión, o sea, el cableado que utiliza cada red o las ondas
o infrarrojos si la red es inalámbrica. En este nivel los datos viajan por el medio en
cuestión en forma de bits hasta la otra estación. Allí, la información sube hasta el nivel
de aplicación donde nos encontraríamos otro programa de gestión de correo que facilita
al usuario la lectura del mensaje.
Cada capa añade un encabezado (C = cabecera) a los datos que recibe de la capa
superior antes de enviárselos a su capa inferior. En la capa de enlace de datos se ha
añadido también una serie de códigos al final de la secuencia (F = final) para delimitar
no sólo el comienzo sino también el final de un paquete de datos. La capa física no
entiende de datos ni de códigos: únicamente envía una secuencia de bits por el medio
de transmisión (un cable, el aire, un haz de luz, etc.)
En el caso de tratarse de estaciones situadas en distintas redes nos encontraríamos
con máquinas que dirigen la información: los routers. Como podíamos observar en los
gráficos anteriores, son las tres primeras capas de estos dispositivos los que se
encargan de enrutar, o encaminar la información de una estación a otra. Sin embargo,
las capas superiores son exclusivas de los nodos origen y destino.
Analogía:
Los routers realizarían una función similar a la de la “Guardia Civil” llevando el tráfico
por el lugar más adecuado. Llega un coche y quiere ir a su casa, sin embargo, hay
atasco y el tráfico está controlado por la policía, que nos pregunta hacia dónde vamos
(no se preocupan de lo que llevamos en el coche, ni qué tipo de vehículo es, ni de
cuántas personas lo ocupamos), contestamos y nos dicen “sigan”, o coja la comarcal
GU-231, etc. y así sucesivamente en cada cruce. Para realizar esta función, deben
desempaquetar los datos hasta llegar a la PDU del nivel de red donde comprueban el
destino de la información.
A medida que se van recibiendo secuencias de bits, se van pasando a las capas
superiores. Cada capa elimina su encabezado antes de pasarlo a una capa superior.
Obsérvese que el mensaje que envía cada capa de la estación A a su capa inferior es
idéntico al que recibe la capa equivalente de la capa B desde una capa inferior.
Finalmente los datos llegarán a la capa de aplicación, serán interpretados y mostrados
al usuario del host B.
e) Explicación del modelo.
A continuación profundizaremos un poco más en cada uno de los niveles:
• Nivel físico, se encarga de la transmisión de bits por un medio de
transmisión, ya sea un medio guiado (un cable) o un medio no guiado
(inalámbrico). Esta capa define el medio de transmisión y los conectores
desde cuatro puntos de vista:
o Mecánico: tipo de cable (de fibra óptica, cable par trenzado, enlace vía
satélite...), aislante, etc...
o Eléctrico: voltaje que representa un 1 y el que representa un 0,
frecuencia, tipo de onda, velocidad de transmisión de cada bit, etc...
o Funcionales: tipo de conectores, número y uso de los pines, etc...
o De procedimiento: secuencia de eventos por la cual cadenas de bits son
intercambiadas.
La capa física no interpreta la información que está enviando: sólo transmite ceros y
unos determinando cómo se va a producir un cero o un uno empleando para ello
distintos mecanismos en función del medio por el que deba propagarse los datos. Es
decir, traduce a señal eléctrica, lumínica o de radio una serie de datos que ha recibido en
formato digital. Algunos protocolos de nivel físico son: RDSI, o EIA RS-232, que define la
utilización de los puertos serie de los ordenadores.
• Nivel de enlace, envía tramas de datos entre estaciones (o routers) de una
misma red. Su función es conseguir que exista una transmisión fiable
solventando los problemas de ruido que pueda haber en la red.
Debemos pensar que la información que envía un equipo a otro puede recorrer una
distancia muy pequeña o, por el contrario, debe de atravesar grandes distancias.
En cualquier caso, se pueden provocar situaciones que deterioren la señal que
transmite los datos (eléctrica, de radio, luz, etc.) de manera que si se enviara un
flujo continuo de información y se deteriorara una pequeña parte, se perdería todo
el mensaje, ya que no se llegaría a comprender. Así, se determina enviar tramas de
datos (información partida en pedazos) que va acompañada de una serie de
códigos para permitir saber donde empieza y termina cada porción de información
y si ha llegado en correcto estado.
Todo esto se hace empleando secuencias de 1 y 0 preestableciadas que son
entendidas por el equipo receptor. Una secuencia permite indicar qué es el principio
de la trama, otra, qué es el final y, además, se añaden otros 1 y 0 que, según sea el
método de detección y control de errores serán de un tipo u otro. Pero, en cualquier
caso, siempre será una secuencia completa de 1 y 0 que acompaña a la
información que le ha suministrado las capas superiores y que el nivel físico
transformará en un tipo de señal eléctrica, lumínica o de radio.
Por otro lado, en el equipo receptor, el nivel de enlace recibiría del nivel físico una
secuencia de 1 y 0 que debería interpretar para saber si la información llega en
buen estado y donde empieza y termina cada porción de esa información para así,
pasársela al nivel superior.
Hagamos un juego, si repetimos rápidamente la palabra “jamón” observamos que
se termina juntando y no sabemos lo que decimos,...
jamónjamónjamónjamónjamónjamónjamónjamónjamónjamón
monja o jamón. Sin embargo, si establecemos una clara señal a la hora de separar
cada una de las palabras sabremos lo que estamos diciendo, no se mezclarán los
sonidos. Además, sabremos si se nos ha quedado cortada alguna de las palabras.
Capítulo 1
Anotaciones
32
empiezojamóntermino empiezojamóntermino
Otra de las funciones que realiza esta capa es la de control de flujo para evitar la
saturación del equipo que recibe la información. Así, se establece el acuerdo sobre
cuánta capacidad de información puede asumir el equipo receptor (se habla de
ventanas a las que se da una capacidad, 1, 2, 3,...). Se puede decir que esta capa
hace de guarda de circulación que controla el flujo de información que debe pasar
por una calle para que no se bloquee. El sistema más sencillo es el de parada y
espera, el ordenador emisor envía una trama y espera que el receptor confirme la
recepción para enviar otra.
En resumen, los protocolos de esta capa son responsables de delimitar las
secuencias de bits que envía a la capa física, escribiendo ciertos códigos al
comienzo y al final de cada trama. Ofrece la transmisión y recuperación fiable de
datos, con varias funciones: Control de errores (detección/corrección), delimitación o
sincronización de tramas, función de transparencia y control de flujo. El nivel anterior
sólo ve bits, debemos determinar donde acaba un mensaje y comienza el siguiente
(control de tramas), además se evita que haya ambigüedades en cuanto a dónde
empieza y termina cada trama (función de transparencia). La información se enmarca
con bits de control. Al estar todos los ordenadores interconectados, se necesita algo
que regule el acceso al medio compartido (la red), es lo que se conoce como control
de flujo.
Algunos protocolos del nivel de enlace: HDLC, LAPB, LLC, LAPD, ALOHA, CSMA,
PPP, RDSI, CSMA/CD y Paso testigo.
• Nivel de red, se encarga del encaminamiento de paquetes entre el origen y
el destino, atravesando tantas redes intermedias como sean necesarias. Los
datos se fragmentan en paquetes y cada uno de ellos se envía de forma
independiente (modo datagrama). Este nivel se encarga de mandar los
paquetes de información por el camino más adecuado para que llegue en el
menor tiempo posible y evitando, a la vez, que las redes se lleguen a saturar.
Este nivel no sólo se aplica en los host, existen unos mecanismos de
interconexión (routers) que realizan también estas tareas. Serían los
responsables de interconectar la información entre redes gestionando su
tráfico.
Aparte, este nivel, se ocupa de la conexión y desconexión de redes, su
sincronización, control de flujo de la información entre redes, detección de errores
de transmisión y recuperación de los errores que se puedan producir.
Tarea importante del nivel de red es ocuparse de evitar
Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores
Anotaciones
REDES EN EDUCACIÓN 2 33
Dentro de un ordenador, este nivel decide si, el mensaje que acaba de llegar,
tiene como destino ese equipo y, por lo tanto, lo debe dejar pasar a los niveles
superiores del sistema o debe devolverlo a la red. Su función sería similar a la de
un cartero que recogiera todas las cartas que circulan y rechazara las que no van
a su zona, dejando pasar las que sí estuvieran bien dirigidas. Si el nivel de red
recibe una trama que no es para la máquina en que reside, no la pasará a los
niveles superiores y la reenviará hacia la máquina destino.
La PDU (Protocol Data Unit) del nivel de red se llama paquete o datagrama.
Ejemplos de protocolos del nivel de red son: X25, Frame Relay y ATM para redes
de conmutación, e IP para redes interconectadas.
Esta capa ofrece como servicio, a los niveles superiores, la identificación de la
procedencia y destino de los paquetes de datos, y utiliza al nivel inferior para que
los organice de forma efectiva.
• Nivel de transporte, es el corazón del modelo OSI. Ofrece mecanismos
fiables para el intercambio de datos de un extremo a otro, realiza servicios de
detección de errores que aseguran la integridad de los datos así como los
niveles de calidad de los servicios y se encarga de la multiplexación entre
aplicaciones distintas.
Como sabemos, las tramas de datos viajan sin orden por la red, los niveles
inferiores se han encargado de que circulen de la forma mejor posible, pero nada
más. El nivel de transporte tiene la función de recomponer la información para que
tenga sentido.
Imaginemos que vamos a ver una representación teatral con todo el alumnado del
centro. Disponemos de 500 coches, los alumnos vienen por clases pero en cada
auto sólo caben cinco, de manera que vamos llenando los vehículos y estos van
saliendo. Como circulan por una gran ciudad, cada coche coge el camino que
mejor le parece en función del conductor (nivel de red), esto provoca que los
coches lleguen en un orden distinto al de salida, luego en el destino, deberemos
volver a colocar a cada alumno en su grupo, por orden de lista, para que, cuando
debamos entrar al teatro, los alumnos ocupen el asiento que les correspondería
en función de su clase y la asignación que le habíamos dado previamente. El nivel
de transporte será el encargado de eliminar las tramas repetidas y ponerlas
todas en el orden correcto. Se ocupará de subsanar las posibles deficiencias del
nivel de red.
1
Anotaciones
34
Realiza una conexión extremo a extremo entre los niveles de transporte de las
máquinas origen y destino, es decir, solo se ven involucrados los niveles de
transporte del origen y destino sin intervenir los de las máquinas intermedias.
El nivel de transporte suele realizar operaciones de segmentación y multiplexación
(incluir los datos pertenecientes a distintas conexiones del nivel superior por una
única conexión del nivel actual). Es decir, se encarga de agrupar o separar los
datos procedentes de los niveles superiores para que se obtenga una gestión más
eficiente de la red.
Por último, se encarga de establecer la conexión entre el host de origen y de
destino, de manera que se pueda controlar todo el tráfico de la información.
Ejemplos de protocolos ISO son: TP0, TP1, TP2, TP3 y TP4. Y ejemplos de
protocolos para Internet son: TCP y UDP.
• Nivel de sesión, proporciona funciones de organización y sincronización para
que las aplicaciones dialoguen entre si. El diálogo se realiza a través del uso
de una conexión que se llama sesión. Son mecanismos complejos que
consiguen determinar en que punto se encuentra exactamente una
comunicación si ocurre un error fatal. No se suele usar, son para aplicaciones
muy específicas.
• Nivel de presentación, se encarga de la presentación de los datos
intercambiados entre entidades de nivel de aplicación, es decir, la sintaxis de
estos datos. Actúa como un traductor de manera que, cualquiera que sea la
aplicación que desea emplear los servicios de la red, los datos se traducen a
un formato universal, un “esperanto” de la comunicación entre equipos
informáticos. Independiza las sintaxis locales manejadas por el nivel 7 a
través de una sintaxis de transferencia universal.
Se ocupa de los aspectos de representación de la información, por ejemplo, se
ocupa del tipo de codificación de los datos previamente establecido. También se
ocupa de la compresión de los datos y de su encriptación.
Un ejemplo puede ser la codificación de los textos según la tabla ASCII y los
números en complemento a dos.
• Nivel de aplicación, este nivel enlaza directamente con el usuario real. Son
funciones de uso común para muchas aplicaciones, las cuales estarían por
encima (emulación de terminales, transferencia de ficheros, correo
electrónico...).
Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores
Anotaciones
REDES EN EDUCACIÓN 2 35
6.4. Funcionamiento en una red con la pila OSI
La transmisión de datos entre dos nodos de una red que sigue el modelo OSI, necesita
que cada nodo tenga los mismos protocolos en cada nivel ya que de otra forma no se
entenderían el emisor y el receptor. En el modelo OSI no existe una comunicación directa
entre dos niveles a excepción del nivel físico. Realmente lo que hay es una relación lógica
entre los niveles.
Cuando la comunicación entre dos máquinas debe atravesar una o varias redes será
necesario que entre dos máquinas adyacentes se comuniquen hasta el nivel de red, donde
se ve la información relativa a dirección destino, sin embargo la comunicación entre emisor y
receptor será extremo a extremo a partir del nivel de transporte.
Es decir, en los nodos intermedios solo tienen que tratar la información los tres niveles
inferiores, observando la cabecera correspondiente a su nivel y si el paquete va dirigido a
ellos y viendo que no, reenviándolo al receptor. El resultado para los cuatro niveles
superiores es como si hubieran recibido la información directamente desde su nivel
equivalente en la máquina emisora. Por ello los niveles superiores se denominan protocolos
extremo a extremo.
6.5. Otros Estándares
a) Módelo IEEE
Con un fin similar al que inspiró a la ISO para crear el modelo OSI, el Institute of
Electrical and Electronic Engineers desarrolló una serie de estándares de comunicación
de dispositivos para redes LAN y WAN de manera que se pudieran compatibilizar los
productos de las distintas empresas orientados a este sector de comunicación. Así, se
creó el Comité 802 que elaboró, entre otros, el estándar 802.3, siendo esta familia de
protocolos la más extendida en la actualidad, afectando a los niveles físico y de enlace
del modelo OSI en redes LAN.
• Nivel físico: Cumpliría exactamente las mismas funciones que se le asignan
a este nivel en el modelo OSI.
• Nivel de enlace: El estandar IEEE subdivide este nivel en dos capas:
o Control de enlace lógico (LLC, Logical Link Control): Maneja los
distintos tipos de servicios de comunicación.
1
Anotaciones
36
o Control de acceso al medio (MAC, Media Access Control): Aporta la
dirección física del equipo y las herramientas para el uso del medio.
El resto de los niveles del sistema OSI no los contempla.
La IEEE es la responsable de la elaboración de la mayoría de los estándares
creados hasta este momento y que están vigentes en la comunicación de ordenadores.
Por ejemplo el IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g para comunicación inalámbrica, IEEE
802.5 para redes token ring, el IEEE 802.3u para redes fast ethernet, etc.
Nota:
Debemos considerar los estándares IEEE 802.11x como la tecnología del futuro. La
mayoría de las empresas están implementando dispositivos inalámbricos por su
versatilidad y flexibilidad. La existencia de estos estándares está permitiendo la
interoperatividad entre dispositivos de distintos fabricantes y garantiza un
crecimiento futuro en sus prestaciones.
En este momento se están comercializando dispositivos inalámbricos bajo el
estándar 902.11g que alcanzan los 54 Mhz de velocidad en la transmisión de datos.
Home RF es otro estándar de tecnología inalámbrica que, por sus prestaciones,
está más orientado a los usuarios domésticos.
Modelo de referencia TCP/IP. Internet.
La arquitectura de este modelo es el resultado del desarrollo de un sistema capaz
de mantenerse efectivo aún cuando estuvieran destruidos parte de los canales de
comunicación. Nos encontramos con que se debe transmitir información entre
computadoras de distintos fabricantes y a través de distintos medios. A la vez, se
buscaba un modelo de comunicación en el que no se necesitara un control
centralizado. Se puede decir que es un modelo surgido de la experiencia ya que se
trata de una pila de protocolos que han configurado, posteriormente, una arquitectura.
Así, se generó una arquitectura cuya función fundamental era lograr la
supervivencia de la información empleando como estrategia la partición de los datos en
“pedazos” de información más pequeños.
Este modelo, asociados a los protocolos TCP/IP que estudiaremos más adelante,
genera cuatro capas o niveles que cubren las funcionalidades de los siete niveles del
modelo OSI (recordemos que la arquitectura IEEE sólo llega al nivel de enlace del
modelo OSI).
Si analizamos con cierto detenimiento los protocolos asociados a cada capa
observamos que no hay ninguno definido para de capa de enlace de datos y físico,
debido, fundamentalmente, a las premisas que originaron esta arquitectura.
El nivel de red tendría como función crear datagramas de información que,
siguiendo distintos caminos, deberían llegar al host de destino. Sin embargo, no se
tiene en cuenta ningún mecanismo que garantice que no se va a perder ningún
datagrama ni la aplicación del host de destino, pero debe evitar que se produzcan
congestiones en la red.
En la capa de transporte se establece comunicación de extremo a extremo. Esta
comunicación, dependiendo del protocolo que emplee puedes estar orientada a
conexión (reservando así una ruta mientras se produce la transmisión de datos) y fiable
y otra no orientada a conexión y no fiable. Esta capa se encarga de servir de
intermediario entre las aplicaciones y el nivel de red y dota de fiabilidad a la
comunicación que establece el nivel de red, procurando que los paquetes pasen
ordenados y sin pérdidas.
Por último, en la capa de aplicaciones y servicios se definen una serie de protocolos
con funciones muy diversas (FTP, SNMP, http, etc.) extraídos de los programas
empleados por los usuarios., se encarga de que se comuniquen las aplicaciones
situadas en distintos equipos.
