Arquitectura de Comunicaciones: Modelo OSI y Protocolos de Red

Concepto de Protocolo

Un protocolo puede definirse como conjunto de reglas y formatos que gobiernan las comunicaciones entre dispositivos que ejecutan funciones a un mismo nivel entre diferentes sistemas abiertos.

Los protocolos fijan las normas para la elaboración de los “paquetes” o “tramas” que contienen la información.

Modelo OSI

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) nace de la necesidad de uniformizar los elementos que participan en la solución del problema de comunicación entre equipos de cómputo de diferentes fabricantes. Estos equipos presentan diferencias en:

• Procesador Central
• Velocidad
• Memoria
• Dispositivos de Almacenamiento
• Interfaces para Comunicaciones
• Códigos de caracteres
• Sistemas Operativos

Estas diferencias propician que el problema de comunicación entre computadoras no tenga una solución simple.

Dividiendo el problema general de la comunicación en problemas específicos, facilitamos la obtención de una solución. Esta estrategia establece dos importantes beneficios:

• Mayor comprensión del problema.
• La solución de cada problema específico puede ser optimizada individualmente.

El modelo persigue un objetivo claro y bien definido: Formalizar los diferentes niveles de interacción para la conexión de computadoras, habilitando así la comunicación del sistema de cómputo independientemente del: Fabricante; Arquitectura; Localización; Sistema Operativo.

Este objetivo tiene las siguientes aplicaciones:

• Obtener un modelo de referencia estructurado en varios niveles, que contemplen desde el concepto de BIT hasta el concepto de aplicación.
• Desarrollar un modelo en el cual cada nivel define un protocolo que realiza funciones específicas diseñadas para atender el protocolo de la capa superior.
• No especificar detalles de cada protocolo.
• Especificar la forma de diseñar familias de protocolos, esto es, definir las funciones que debe realizar cada capa.

Estructura del Modelo OSI

Estructura multinivel: Se diseñó una estructura multinivel con la idea de que cada nivel se dedique a resolver una parte del problema de comunicación.

El nivel superior utiliza los servicios de los niveles inferiores: Cada nivel se comunica con su similar en otras computadoras, pero debe hacerlo enviando un mensaje a través de los niveles inferiores en la misma computadora. La comunicación internivel está bien definida. El nivel N utiliza los servicios del nivel N-1 y proporciona servicios al nivel N+1.

Dependencias de Niveles: Cada nivel es dependiente del nivel inferior y también del superior.

Encabezados: En cada nivel, se incorpora al mensaje un formato de control, que permite que un nivel en la computadora receptora se entere de que su similar en la computadora emisora está enviándole información. Cualquier nivel dado puede incorporar un encabezado al mensaje. Así, un mensaje está constituido de dos partes: Encabezado e Información.

Al encabezado mencionado se le denomina PDU (Unidad de Dato de Protocolo). En los equipos emisores las PDU se transmiten del nivel superior al inferior, y en cada uno de ellos se añade información de control (cabeceras, AH, PH, SH, TH, NH, DH, o terminales DT). En los equipos receptores la información se procesa desde el nivel inferior, comprobando y eliminando en cada nivel las cabeceras o terminales de cada PDU.

La interacción entre las diferentes capas adyacentes se llama interfaz. La interfaz define qué servicios la capa inferior ofrece a su capa superior y cómo esos servicios son accedidos. Además, cada capa en una computadora actúa como si estuviera comunicándose directamente con la misma capa de la otra computadora. La serie de reglas que se usan para la comunicación entre las capas se llama protocolo.

Las condiciones generales de comunicación según el modelo OSI entre dos equipos diferentes son:

• Han de conectarse a través de un medio físico que enlaza los niveles físicos de cada equipo.
• Dentro de un equipo, cada nivel proporciona unos servicios determinados a los niveles adyacentes.
• Los niveles iguales de cada equipo deben trabajar con el mismo protocolo.
• Cuando un primer equipo desciende información, el protocolo de cada nivel va añadiendo a la información los datos correspondientes a dicho nivel.

A modo de conclusión:

• Las capas están jerarquizadas y cada una se construye sobre su predecesora.
• La misión de cada capa es proveer de servicios a las capas superiores, haciéndoles transparente el modo en el que esos servicios se llevan a cabo.
• Cada capa debe ocuparse exclusivamente de su nivel inmediatamente inferior, a quien solicita servicios, y de su nivel inmediatamente superior, a quien devuelve resultados.
• Cada capa debe tener una función perfectamente definida.
• A excepción de la capa más baja del modelo OSI, ninguna capa puede pasar información directamente a su contraparte en la otra computadora.
• La información que envía una computadora debe pasar por todas las capas inferiores hasta llegar al cable de red hacia la computadora que recibe y hacia arriba a través de las capas de esta misma computadora hasta que llega al mismo nivel de la capa que envió la información.

Nivel Físico

Sus principales funciones son:

• Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados, coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica, estándares de conexión utilizados (RS-232, RS-422, RS-485).
• Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos.
• Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico).
• Transmitir el flujo de bits a través del medio.
• Manejar las señales eléctricas del medio de transmisión: codificación; MODULACIÓN; sincronización de bits para comunicación serie asíncrona; comunicación half duplex, full duplex, o simplex; comunicación serie o paralela.
• Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de dicha conexión).

Nivel de Enlace

La función de la capa de enlace es asegurar la transferencia de datos libres de error entre nodos adyacentes (sincronización a nivel de datos), además establece el control de acceso al medio. La capa de enlace de datos está dividida en dos subcapas: el control de acceso al medio (MAC) y el control de enlace lógico (LLC). Los puentes (bridges) operan en la capa MAC. Se ocupa de:

Corresponden a este nivel tarjetas de red (NIC), direccionadas con (MAC) asignadas al IEEE 802.3 o ETHERNET.

Se divide en dos subcapas: La inferior MAC: Se encarga de gestionar cuando un host puede comenzar a transmitir. En ella se definen los protocolos de acceso al medio //La superior LLC: Se encarga del gobierno de la comunicación, definiendo la función de la trama y controlando el tratamiento de los errores que puedan producirse en la recepción de las tramas, de eliminar tramas erróneas, solicitar retransmisiones , descartar tramas duplicadas, adecuar el flujo de datos entre emisores y receptores lentos, etc.

Las tramas contendrán información como: Número de caracteres (un campo del encabezamiento guarda el número. Pero si el número es cambiado en una transmisión, es difícil recuperar.)//- Caracteres de inicio y fin.

En este nivel vamos a tener :Servicio sin acuses de recibo. Es apropiado si la frecuencia de errores es muy baja o el tráfico es de tiempo real (por ejemplo, voz).//Servicio con acuses de recibo. El recibidor manda un acuse de recibo al remitente