Modelo osi y arquitectura tcp ip

MODELO DE REFERENCIA OSI

En las primeras épocas de la informática, antes de su
popularización definitiva, cada ordenador era un sistema
independiente de cualquier otro. No existía ningún tipo de
interconexión entre ellos. Para poder compartir ficheros era
necesario copiarlos a un disco flexible (diskette), transportarlo
físicamente al otro ordenador, y allí volcarlos. También
provocaba que los dispositivos tales como impresoras, tuviesen
que estar presentes en cada ordenador que quisiera tener tales
capacidades, ya que no existían métodos para poder
compartirlos. Las organizaciones o empresas que tenían varios
ordenadores, tenían que gestionarlos y configurarlos uno a uno,

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al no existir una red que los interconectase, lo que aumentaba el
coste y tiempo necesario para su correcta administración.

Se hizo evidente la necesidad de crear un sistema que
interconectase ordenadores para poder compartir recursos. A
mediados de los años 70, varios fabricantes empezaron a
desarrollar sus propios sistemas de red local. Los primeros frutos
se obtuvieron a lo largo de los años 80, apareciendo los sistemas
de red más populares, tales como Ethernet (1980, Xerox, Intel y
Digital Equipment Corporation) o Token Ring (1986, IBM ).

El avance fue evidente, ya que los costes de administración se
redujeron notablemente, al poder compartir recursos como las
impresoras antes mencionadas. Pero aún existían problemas: las
redes creadas en determinado sistema, como por ejemplo Token
Ring, eran incompatibles con las redes basadas en los otros
estándares, lo que impedía la comunicación entre ellas.

Se hizo necesaria la creación de una arquitectura de red con un
modelo común que hiciera posible interconectar varias redes sin
problemas.

En 1984, la Organización Internacional para la Normalización
(ISO) creo un modelo que permitía a las distintas redes


interoperar entre ellas. Así nació el modelo de referencia OSI
(Open Systems Interconnection Reference Model).

Se creó en base a un sistema basado en niveles o capas, cada
uno de las cuales realiza una función específica. Cada uno de
estos niveles define los protocolos que los subsistemas de
comunicación deben seguir para comunicarse con sus análogos
en otros sistemas.

Para la creación de dicho modelo OSI, se basaron en unos
condicionantes que debían cumplirse:

Cuando se precise un nuevo grado de abstracción, deberá
crearse un nuevo nivel.
Cada nivel deberá tener bien definidas sus funciones
propias.
La función de cada nivel debe desarrollarse con capacidad
de adaptación a una estandarización internacional de
protocolos.
Los límites de los niveles se diseñaran para minimizar el
flujo de información a través de la interfaz que los
comunica.

El número de niveles será el adecuado para no solapar distintas
funciones en una misma capa, y que sea manejable en la
práctica.


No debemos olvidar que El modelo OSI es una referencia
abstracta en la que se basan pilas de protocolos reales, tales
como TCP/IP e IPX/SPX.

Conceptos básicos de OSI

Se definirán varios conceptos muy estrechamente relacionados
con el modelo OSI debido a que se van a emplear en múltiples
ocasiones.

Servicio: Es un conjunto de primitivas que una capa

proporciona a la capa siguiente superior. El servicio define las
operaciones que la capa efectuará en servicio de sus usuarios,
pero no dice nada con respecto a cómo se realizan dichas
operaciones. Un servicio se refiere a una interface entre las
capas siendo la capa inferior la que provee el servicio y la
superior la que lo utiliza. El servicio indica la funcionalidad; qué
hace.

Protocolo: A diferencia del servicio es un conjunto de reglas

que gobiernan el formato y el significado de las tramas, paquetes
o mensajes que son intercambiados por las entidades
corresponsales dentro de una capa. Las entidades utilizan el
protocolo para realizar sus definiciones de servicio, teniendo


libertad para cambiar el protocolo, pero asegurándose de no
modificar el servicio visible a los usuarios. Indica cómo lo hace.

Interfaz: La interfaz indica dónde se ofrece el servicio, es

decir, a dónde hay que dirigirse para solicitar el servicio.
Para cada nivel se definen varios servicios y la forma de
implementar los diferentes servicios es mediante los protocolos.
El lugar situado entre dos capas al cual se tiene que remitir el
usuario para que se le ofrezca el servicio es el punto de acceso al
servicio, SAP.

Funcionalidad de cada nivel

En este apartado se discuten brevemente cada una de las capas
y, donde es apropiado se dan ejemplos de normalizaciones para
los protocolos de estas capas.

Capa Física

La capa física abarca la interfaz física entre dos dispositivos y las
reglas por las cuales se pasan los bits de uno a otro. La capa física
tiene cuatro características importantes:
Mecánicas: relaciona las propiedades físicas de la interfaz
con el medio de transmisión.


Eléctricas: relaciona la representación de los bits y la tasa
de transmisión de datos.
Funcional: especifica las funciones realizadas por los
circuitos individuales de la interfaz física entre un sistema y
el medio de transmisión.
De procedimiento: especifica la secuencia de eventos por
los que se intercambia un flujo de bits a través del medio
físico.

Un ejemplo de estándar de esta capa es la RS 232 C para módem.

Capa de Enlace

Mientras la capa física proporciona solamente un servicio bruto
de datos, la capa de enlace hace el enlace físico seguro y
proporciona medios para activar, mantener y desactivar el
enlace. El principal servicio proporcionado por la capa de enlace
a las capas superiores es el de detección de errores y control. Así,
con un protocolo de la capa de enlace de datos completamente
operacional, la capa adyacente superior puede suponer una
transmisión libre de errores en el enlace.

Este nivel garantiza todo lo mencionado anteriormente pero
únicamente en los extremos del cable, es decir, garantiza una
comunicación con un interlocutor adyacente. Algunos ejemplos
de estándares de esta capa son HDLC, LAPB, LLC y LAPD.


Capa de Red

La capa de red ofrece la capacidad de encadenamiento global,
para ello se definen dos funciones dentro de esta capa:
• Direccionamiento.
• Encaminamiento.

El nivel de red proporciona los medios para la transferencia de
información entre sistemas finales a través de algún tipo de red
de comunicación. Libera a las capas superiores de la necesidad
de tener conocimiento sobre la transmisión de datos subyacente
y las tecnologías de conmutación utilizadas para conectar los
sistemas.

Capa de Transporte

La capa de transporte proporciona un mecanismo para
intercambiar datos entre sistemas finales. Puede estar
relacionada con la optimización del uso de los recursos de red y
proporcionar una calidad del servicio solicitada.

Se puede decir que el nivel de transporte hace sobre el nivel de
red lo que el nivel de enlace sobre el nivel físico, proporciona la
seguridad de que las aplicaciones de ambas máquinas disponen
de aplicaciones lógicas sin errores.


Capa de Sesión

La capa de sesión proporciona los mecanismos para controlar el
diálogo entre aplicaciones en sistemas finales. En muchos casos
habrá poca o ninguna necesidad de los servicios de la capa de
sesión, pero en algunas aplicaciones, estos sistemas se utilizan.
Los servicios clave proporcionados por el nivel de sesión incluyen
la disciplina del diálogo (full-duplex, semi-duplex,...), el
agrupamiento (para definir grupos de datos) y la recuperación.

Capa de Presentación

La capa de presentación define el formato de los datos que se
van a intercambiar entre las aplicaciones y ofrece a los
programas de aplicación un conjunto de servicios de
transformación de datos.
Este nivel da el significado a la información. Algunos de los
servicios que proporciona son los de compresión de datos,
encriptación y codificación.

Capa de Aplicación

Esta capa contiene funciones de administración y generalmente
mecanismos útiles para admitir aplicaciones distintas. Se
considera que pertenecen a esta capa los servicios de


transferencia de ficheros, correo electrónico y acceso terminal a
computadores remotos.

Transferencia de información entre niveles

La transferencia de información entre niveles se hace en modo
de trasvase vertical de datos. Esto supone que en la
comunicación entre dos máquinas por encima de la capa física
cada entidad de protocolo envía los datos hacia abajo a la capa
inferior siguiente para que le lleven los datos a su entidad
paritaria. La información viaja desde la capa más alta hasta la
más baja de una misma máquina. En esta última es donde
tenemos el camino de comunicaciones por el cual viajará la
información a la capa más baja de la otra máquina, de forma que
esta información irá subiendo capa por capa hasta alcanzar la
capa más alta de esta máquina.

Dentro de la arquitectura OSI destaca el uso de las unidades de
protocolo (PDU, “protocol data unit”).


La PDU de un nivel N está compuesta por el SDU (“service data
unit”) de ese mismo nivel, que es la información a enviar, y la
cabecera impuesta por la capa N, PCI. Dicha PDU pasa al nivel
inferior, N-1, a través de un punto de acceso a servicio,
convirtiéndose en la SDU del nivel N-1 En la siguiente figura se
ilustra este proceso:

La información que viaja por la red son la PCI y la SDU, como se
ha comentado las PCI son las cabeceras de control de los
protocolos, por lo tanto son necesarias para el sistema remoto.


A partir de la introducción de los datos en la SDU de la capa de
aplicación de la máquina A se van creando los diferentes PDU
con la inserción de cada nivel de su cabecera correspondiente;
cuando se llega a la capa física ésta manda su PDU a la capa física
de la máquina B, y de este modo comienza de nuevo el trasvase
vertical de datos, esta vez en sentido ascendente, hasta llegar a
la capa de aplicación de la máquina B.

Partición y multiplexación en el modelo OSI

Partición: La partición es uno de los servicios que se ofrecen en
el nivel de transporte que consiste en que si en algún caso no es
suficiente con un enlace existe la posibilidad de poder emplear
más. Una conexión entre niveles de transporte supone varias
conexiones en el nivel de red, de forma que entre todas van a
disponer del enlace que el nivel de transporte requiere. Cada


uno de los enlaces que se van a emplear puede utilizar un
protocolo diferente.

Multiplexación: La multiplexación en OSI se va a ilustrar con un
ejemplo; supongamos un enlace con 500 Mbps (alta capacidad),
por este enlace se pueden meter múltiples servicios, es decir,
puede ser interesante soportar sobre un solo enlace o conexión
de red muchos servicios. Por ejemplo en una videoconferencia (2
Mbps) empleo diferentes conexiones; datos, video, audio,...,
todos por separado.

En este caso se tienen varias conexiones de nivel de transporte
sobre una sola conexión de red.

En general la multiplexación y la partición no la pueden hacer
todos los niveles, normalmente lo hacen el nivel de transporte y
en algunos casos el nivel de red.


Arquitectura TCP/IP

Las siglas TCP/IP se refieren a un conjunto de protocolos para
comunicaciones de datos. Este conjunto toma su nombre de dos
de sus protocolos más importantes, el protocolo TCP
(Transmission Control Protocol) y el protocolo IP (Internet
Protocol).

La evolución del protocolo TCP/IP siempre ha estado muy ligada
a la de Internet. En 1969 la agencia de proyectos de investigación
avanzada, ARPA (Advanced Research Projects Agency) desarrolló
un proyecto experimental de red conmutada de paquetes al que
denominó ARPAnet.

ARPAnet comenzó a ser operativa en 1975, pasando entonces a
ser administrada por el ejército de los EEUU.


En estas circunstancias se desarrolla el primer conjunto básico de
protocolos TCP/IP. Posteriormente, y ya entrados en la década
de los ochenta, todos los equipos militares conectados a la red
adoptan el protocolo TCP/IP y se comienza a implementar
también en los sistemas Unix. Poco a poco ARPAnet deja de
tener un uso exclusivamente militar, y se permite que centros de
investigación, universidades y empresas se conecten a esta red.

Se habla cada vez con más fuerza de Internet y en 1990 ARPAnet
deja de existir oficialmente.
En los años sucesivos y hasta nuestros días las redes troncales y
los nodos de interconexión han aumentado de forma imparable.
La red Internet parece expandirse sin límite, aunque
manteniendo siempre una constante: el protocolo TCP/IP. En
efecto, el gran crecimiento de Internet ha logrado que el
protocolo TCP/IP sea el estándar en todo tipo de aplicaciones
telemáticas, incluidas las redes locales y corporativas. Y es
precisamente en este ámbito, conocido como Intranet, donde
TCP/IP adquiere cada día un mayor protagonismo.

La popularidad del protocolo TCP/IP no se debe tanto a Internet
como a una serie de características que responden a las
necesidades actuales de transmisión de datos en todo el mundo,
entre las cuales destacan las siguientes:


Los estándares del protocolo TCP/IP son abiertos y
ampliamente soportados por todo tipo de sistemas, es
decir, se puede disponer libremente de ellos y son
desarrollados independientemente del hardware de los
ordenadores o de los sistemas operativos.

TCP/IP funciona prácticamente sobre cualquier tipo de
medio, no importa si es una red Ethernet, una conexión
ADSL o una fibra óptica.

TCP/IP emplea un esquema de direccionamiento que
asigna a cada equipo conectado una dirección única en
toda la red, aunque la red sea tan extensa como Internet.

La naturaleza abierta del conjunto de protocolos TCP/IP requiere
de estándares de referencia disponibles en documentos de
acceso público.

Actualmente todos los estándares descritos para los protocolos
TCP/IP son publicados como RFC (Requests for Comments) que
detallan lo relacionado con la tecnología de la que se sirve
Internet: protocolos, recomendaciones, comunicaciones, etc.


Arquitectura del protocolo TCP/IP

El protocolo TCP/IP fue creado antes que el modelo de capas OSI,
así que los niveles del protocolo TCP/IP no coinciden
exactamente con los siete que establece el OSI. Existen
descripciones del protocolo TCP/IP que definen de tres a cinco
niveles.

Los datos que son enviados a la red recorren la pila del protocolo
TCP/IP desde la capa más alta de aplicación hasta la más baja de
acceso a red. Cuando son recibidos, recorren la pila de protocolo
en el sentido contrario.

Durante estos recorridos, cada capa añade o sustrae cierta
información de control a los datos para garantizar su correcta
transmisión.


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.

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 Redes
de Computadores.

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.


COMPARACIÓN DEL MODELO OSI Y EL

TCP/IP

El modelo TCP/IP no tiene bien 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.

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.


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 orientadas a conexión
mientras que TCP/IP ofrece orientadas y no orientadas a
conexión en dicha capa.

Similitudes

• Ambos se dividen en capas
• Ambos tienen capas de aplicación, aunque incluyen
servicios muy distintos
• Ambos tienen capas de transporte y de red similares
• Se supone que la tecnología es de conmutación por
paquetes (no de conmutación por circuito)
• Los profesionales de networking deben conocer ambos

Diferencias

• TCP/IP combina las funciones de la capa de presentación y
de sesión en la capa de aplicación


• TCP/IP combina la capa de enlace de datos y la capa física
del modelo OSI en una sola capa
• TCP/IP parece ser más simple porque tiene menos capas
• Los protocolos TCP/IP son los estándares en torno a los
cuales se desarrolló la Internet, de modo que la credibilidad
del modelo TCP/IP se debe en gran parte a sus protocolos.
En comparación, las redes típicas no se desarrollan
normalmente a partir del protocolo OSI, aunque el modelo
OSI se usa como guía.

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. 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:


El conjunto total de la pila de protocolos resultó ser 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 contrastó 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 estándar implantado por la comunidad
europea, y todos sabemos que la tecnología o deporte que no es
inventado en EEUU es discriminada rápidamente.

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, por lo cual
generalmente se usa un modelo reducido con las capas físicas,
ligado de datos, red, transporte y aplicación.


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