teoria de redes ETN-935

Protocolos MODELO REFERENCIAL OSI

Ing. M.Sc. Roberto Roberto Zambrana Flores

Para que dos entidades se comuniquen exitosamente deben hablar el mismo lenguaje. Deben acordar: Qué s e comunican, comunican, Cómo s e comunican, C uándo uándo se comunican comuni can.

Protocolo: Conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades a igual nivel tanto para la transmisión como pa para el cont contrr ol y recup recupe er ación ción de posible sibless errores.

Funcione Funci oness de los protoco pr otocolos los

E le lement mentos os a acordar co rdar Para la transferencia exitosa de datos por una red deben acordarse: Conectores a emplear Voltajes de señal

control de flujo control de errores sincronización

Formato de señal Técnica de control de errores

direccionamiento

Direccionamiento

multiplexación etc.

Técnica de conmutación etc.

F ragm rag menta entación ci ón y reensamblaje Usuario A

fragmentación y reensamblaje encapsulamiento

Usuario B

Motivos Moti vos de frag mentaci mentación ón La red de comunicación acepta bloques de tamaño limitado. El control de errores es más eficiente con unidades de tamaño limitado.

entidad de protocolo


reensamblaje fragme fragmenta ntación ción

Mayores posibilidades de acceso a múltiples usuarios Limitado tamaño de los buffers de recepción. etc

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Encapsulamiento

Encapsulamiento w

Proceso de incorporación de campo de control a una Unidad de Datos de Protocolo (UDP)

N

c

datos

c

datos

Necesidad de una arquitectura de red El intercambio de información entre computadoras requiere

de

la

utilización

de

subsistemas

Datos de capa N

(DSU, en inglés es Unidad de Datos de Servicio)*

Cada capa brinda servicios a su capa superior y recibe servicios de su capa inferior. Cada capa en TX recibe la UDP(N+1) de su capa superior, le agrega una cabecera (control) y entrega a su capa inferior la UDP (N).


datos

control

UDP de la capa N

Usuario

datos entidad de protocolo

UDP de la capa N+1 (PDU en Inglés)

N+1

Información de control: dirección, control de errores, Usuario

Los protocolos se estructuran de forma jerárquica por capas

de

comunicaciones programados en estas.

División en niveles • Para su mejor estudio e implementación, la funcionalidad necesaria para obtener redes de computadoras se han dividido en

Las primeras aproximaciones a estos subsistemas se basaron en un único programa no estructurado,

una serie

de capas o niveles. Estos

usualmente en ensamblador. El software resultante era

niveles están organizados en una pila,

difícil de probar y a menudo muy difícil de modificar.

donde uno descansa sobre el otro. Puede decirse que cada capa le brinda servicios a su capa superior .

División en niveles El número de niveles, sus nombres, contenido y funciones varían de red en red. Pero en cualquier red el propósito de un nivel es brindar ciertos servicios al nivel superior sin que este último tenga

División en niveles Protocolo de Nivel N. • Se asume que el nivel N en una computadora se comunica con el nivel N en otra computadora siguiendo una serie de reglas y convenciones. A este conjunto de reglas y convenciones

que conocer la forma en que dicho

utilizadas para dicha conversación se le

servicio se implementa.

conoce como protocolo del nivel N.

Las

funciones

más

elementales

se

encuentran en las capas inferiores.

2


División en niveles

División en niveles Ejemplo:

Elementos que conforman un nivel:

Cuando es presentada una mujer a un hombre, ella

•

puede escoger extenderle su mano para saludarle, y el a su vez, puede decidir devolverle el saludo con un beso en la mejilla o extendiéndole su mano.

conoce como entidades. •

En dependencia del país de procedencia de la mujer, este saludo será bien o mal interpretado. Violar el protocolo, pudiera hacer la comunicación entre ambos imposible.

A los elementos activos que se encuentran en cada nivel se les

Las entidades pueden ser de software (como un proceso) o de hardware (como un chip inteligente de E/S).

•

A las entidades que se comunican a un mismo nivel se les conoce como procesos pares o iguales.

División en niveles Nivel N+1

Protocolo de Nivel N+1

División en niveles Interfaces Nivel N+1

• Entre cada par de niveles adyacentes existe una interfaz, la cual define los servicios y operaciones Nivel N

Protocolo de Nivel N

primitivas que el nivel inferior ofrece al superior. Los Nivel N

diseñadores de la red tienen que decidir el numero de niveles a tener en cuenta así como definir claramente

Computadora

Procesos pares a Nivel N

A

Computadora B

las interfaces entre niveles.

Medio físico

Arquitectura de Red Recibe este nombre el conjunto de niveles, interfaces entre ellos y protocolos de nivel con que es posible definir e implementar una red de datos. Las especificaciones de una arquitectura deben tener suficiente información para que los que la implementen escriban los programas y diseñen el hardware para cada nivel de manera que cumplan los protocolos.

Arquitectura de Red Servicios: Las entidades del nivel N desarrollan un servicio que utiliza la capa N+1, al nivel N se le denomina proveedor del servicio y al nivel N+1 usuario del servicio. El nivel N puede usar a su vez los servicios del nivel N-1 para ofrecer los suyos al nivel N+1.

Los detalles no los recoge la arquitectura.

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Arquitectura de Red

Arquitectura de Red

Servicios

Tipos de servicio que puede ofrecer cada nivel • servicio orientado a conexión: primero se establece

Nivel N+1 ( Usuario de los servicios del nivel N )

la conexión , luego se utiliza y por último se termina. •

Servicio del nivel N al nivel N+1

servicio no orientado a conexión: cada mensaje que se quiera enviar es auto contenido, lleva consigo la

Nivel N

( Proveedor de servicios al nivel N+1 )

dirección completa del destino y se encamina en forma independiente a través de la red.

Servicio del nivel N-1 al nivel N

Arquitectura de Red

Arquitectura de Red

Aspectos a tener en cuenta al diseñar:

Ejemplos: Servicio orientado a conexión: el sistema telefónico es

• Debe existir un mecanismo para el establecimiento de

típico. Levanta el teléfono, marca, habla y cuelga

conexiones, se debe poder especificar con quién se

<====> el nivel usuario de un servicio, establece la conexión, la usa y la desconecta cuando termina. (La conexión actúa como un tubo). Servicio no orientado a conexión: Correo postal es típico. Cada carta tiene dirección destino, y cada una es enviada a través del sistema independiente de las

desea establecerlas; análogamente debe existir el mecanismo que permita terminarlas. • En el proceso de control de errores, ambos extremos de la conexión deben estar de acuerdo en cual código de corrección de errores se utilizará.

demás.

Arquitectura de Red

Arquitectura de Red



• En algunos sistemas los datos viajan en una sola

• no todos los canales de comunicación mantienen el

dirección (comunicación simplex), mientras que en

orden de los mensajes que les envían, se debe

otros

forma

buscar el mecanismo para volver a colocar las

• La existencia de múltiples destinatarios dentro de

• hay que implementar mecanismos de segmentación y

una red pone en evidencia la necesidad de alguna

ensamblaje de mensajes con miras a suplir la

forma de direccionamiento para poder especificar

incapacidad para aceptar mensajes arbitrariamente

uno de esos destinatarios,

extensos por todos los procesos,

viajan

en

ambas

direcciones

de

simultánea (comunicación dúplex),

unidades de información en su forma original,

4


Arquitectura de Red Aspectos a tener en cuenta al diseñar: • hay que proteger al receptor contra la congestión en el caso de que exista un transmisor muy rápido, • se

deben

tener

multiplexación y aprovechar

más

en

cuenta

mecanismos

demultiplexación eficientemente

que el

de

permitan canal

DESCRIPCIÓN DEL MODELO

de

transmisión, • se debe proponer mecanismos de enrutamiento a través de los diferentes caminos entre la fuente y el destino de la transmisión.

Modelo de Referencia OSI El modelo OSI no es una arquitectura de red, debido a que no especifica los protocolos y

I mportante: E l Modelo OSI constituye un modelo de referencia pero

servicios a ser usados en cada nivel. Solo dice que debe hacer cada nivel. De esta manera la ISO ha producido estándares para todos los niveles del modelo, aunque no forman parte del mismo. Cada estándar se ha publicado de manera separada.

I nterconexión de Sistemas Abiertos (OSI ) • Existen múltiples funciones a cumplir para transferencia exitosa de información a través de redes de computadoras compuesta por elementos heterogéneos. • Se dividen las funciones de forma estructurada, creando capas cada capa con su función bien definida. • Las funciones mas elementales en los niveles inferiores.

NO defi ne regla alguna de cómo ejecutar las funciones ==> no define protocolo alguno, sólo estructura funciones por capas

I nterconexión de Sistemas Abiertos (I I ) •Las funciones terminales en los niveles en los niveles superiores. •Los niveles inferiores le brindan servicios a los superiores (cada capa le brinda servicio a su capa superior). •Existen fronteras entre las capas organizadas para establecer estándares internacionales y minimizar información entre ellas.

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Nivel de E nlace (I )

Concepto de E nlace nodo

Red

nodo

paquete

enlace

enlace

cola

encabezamiento Enlace enlace

trama Físico

Enlace: La comunicación establecida

bits

entre dos recursos conectados directamente entre sí. Función: Transferencia de bloques de información entre equipos directamente conectados.

Nivel de Enlace (II)

paquete

•La capa de enlace proporciona una interfaz de servicio a la capa de red •Toma el paquete (UDP de la capa de red), lo coloca en el campo de datos de la trama (UDP de la capa de enlace)

Técnicas de Control de E rrores (I I )

Recibe paquetes del nivel de red y entrega tramas al nivel físico. Estructura la Trama.

•Recuperación de errores de Transmisión

Realiza control de errores, transformando el canal de transmisión en un enlace virtualmente libre de

• Es Preciso definir:

errores. Responsable de la transmisión de tramas entre dos máquinas directamente conectadas. Garantiza control de flujo entre dos capas de enlace.

J Códigos detectores y/o correctores de errores:

Ej. Códigos cíclicos. J Técnica de control de errores a emplear:

Administra el enlace (quién lo establece, quién hace uso del medio de transmisión común, etc)

Técnicas de Control de E rrores (I ) Dos grandes categorías: J Detección y Retransmisión Automática (ARQ)

ARQ = Automatic Request El error se recupera sobre la base de la retransmisión de la trama. Técnica de Corrección (FEC) FEC = Forward Err or Corr ection El error se recupera porque el código introdujo suficiente redundancia para indicar que hubo error y además cuales fueron los dígitos equivocados. J

Procedimientos para la recuperación del error

Técnicas de Control de E rrores (I I ) El método seleccionado dependerá de: J

Las características de la aplicación:

• seguridad requerida • demoras permitidas, etc. Las características del soporte de comunicación y del enlace: • tiempos de propagación •simplex, semiduplex, duplex •etc. J

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Tipos de Solicitud de Retransmisión Automática (ARQ) •Parada y Espera

ARQ: Parada y E spera (I ) •Emplean códigos detectores de errores para cada bloque. Los bloques (tramas) no requieren ser numerados

•Emplean mensajes de confirmación positiva, ACK y de confirmación negativa, NAK

•Transmisión Continua - Ir N bloques atrás

•Tras el envío de cada bloque se espera por una confirmación, si es positiva se pasa a la transmisión de la siguiente trama; si es negativa se repite la trama anterior

- Retransmisión selectiva

ARQ: Parada y E spera (I I ) Por verificar 1

4 3 2

1

4 3 2

1

4 3 2

• Las tramas no precisan campos de numeración:

B NAK

No se enviará una trama hasta que la

A

4 3 2

Características:

1 A

1

ARQ: Parada y E spera (I I I )

Por Transmitir

B

anterior no haya sido debidamente

1

confirmada. A ACK

B Bloques aceptados 1

A

B

R esumen ARQ: Parada y E spera •Emplea códigos detectores. •Es de muy simple implementación. •No requiere campo de numeración de trama. •Basta que el circuito sea semiduplex. •Es ineficiente en el uso del medio de transmisión.

• La comunicación basta que sea semiduplex: No hay transmisión simultánea.

ARQ de Transmisión Continua • Se caracteriza por la transmisión de tramas consecutivas eliminando o disminuyendo las paradas en espera de confirmaciones. • Se define por el protocolo la cantidad máxima de tramas que pueden ser enviadas sin recibir confirmación (ancho de la ventana) • Es preciso numerar las tramas, destinando para ello un campo en el encabezamiento de la misma. • No es obligatorio dar asentimientos trama a trama. La confirmación positiva o negativa de la trama “n” implica también la confirmación positiva de todas las anteriores.

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Tr ansmisión Continua, N bloques atrás (I ) Por Por verificar Transmitir 4 3 2 1

Aceptados

7 6 5

6 5 4 3 2 1

4

3

7

2

1

6

5

2 1

NAK 3

6 5

4 3

6

7

5

4

2 1

3

Circuito debe ser Duplex ; Buffer de aceptados ordenado

Por verificar 4 3 2 1

4 3 2 1

Transmisión Continua, Retransmisión Selectiva (I ) Aceptados

Por Transmitir 7 6 5

4

3

2

1

4 2 1

NAK 3

6 5

6

7

5

la ventana de transmisión. •Las confirmaciones no se dan trama a trama. •Recibir el ACK de la trama “N” puede significar la confirmación positiva de la trama “N” y de las anteriores. •Al recibir una trama con error el receptor descarta las tramas siguientes y emite un NAK “N”. •Recibir el NAK de la trama “N” equivale a confirmar positivamente las tramas anteriores y hacer repetir las transmisiones de las tramas a partir de la rechazada. •Las tramas quedan ordenadas en el buffer de recepción. •Pérdida de eficiencia por descartar tramas que pudieran haber llegado correctamente.

Transmisión Continua, Retransmisión Selectiva (I I ) transmisión.

6

4 3

•Las tramas se transmiten de forma continua dentro de

•Ante un NAK, sólo se retransmite la trama con error •Alcanza mayor eficiencia en el uso del medio de

7 5

Tr ansmisión Continua, N bloques atrás (I I )

4 2 1

3

Transmisión continua •Requiere de circuitos duplex que son empleados para mantener transferencia de información en ambos sentidos. •Las confirmaciones constituyen un campo de la trama de información de sentido opuesto. (piggybacking)

Buffer de aceptados desordenados; Mayor eficiencia

Procedimiento de Ventana Deslizante (I ) Como parte del protocolo se define el tamaño de la ventana deslizante “W”. W = Número de tramas que se pueden enviar de forma continua sin recibir confirmación alguna. Recibir un ACK hace que la ventana se deslice W posiciones a partir de la trama confirmada. Ej. W = 5 0

W=5 7

6

5

4

3

2

1

0

Se recibe ACK2 La ventana se desliza . 0

7

W=5 6 5 4

Procedimiento de Ventana Deslizante (I I ) Además de establecer el procedimiento para el control de errores permite ejercer el control de

flujo, que ejecuta acciones (confirmaciones) en función de las capacidades disponibles en la

33

2

1

0

El tamaño de la ventana influye en la eficiencia del uso del medio

memoria intermedia.

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E n Resumen (I I )

E n Resumen (I )

•La técnica de parada y espera es sencilla pero La recuperación de errores de transmisión requiere: • Empleo de un código detector o corrector de errores • Empleo de una técnica de control de errores

ineficiente y solo requiere de un circuito semiduplex.

•La técnica de transmisión continua incrementa la eficiencia al disminuir los tiempos de parada en espera de confirmaciones. Requiere de un circuito full

Técnicas de control de errores: ARQ

Parada y Espera Transmisión Continua

duplex . Este método permite transmisión de datos en Ir N bloques atrás

ambos

Retransmisión

confirmaciones en las tramas que operan bajo el

selectiva

principio de ventana deslizante ejerciendose de esta

FEC

sentidos

y

se

establece

un

campo

de

forma también el control de flujo.

Nivel de R ed CAPAS INTERMEDIAS: de Red y de Transporte

Una comunicación puede implicar múltiples enlaces. Es responsable del enrutamiento en la red, para conectar sistemas abiertos no directamente conectados. El nivel de Red transporta paquetes a lo largo de la red. Controla la congestión y la contabilidad de la red.

Transporte

Nivel de Red

Comunicación extremo - extremo

Red

Comunicación virtual de capa de red

Enlace Física

•La capa de red se ocupa de aceptar UDP procedentes de la capa de Transporte de la estación fuente, crear paquetes y encaminarlos por toda la ruta hasta la capa de Transporte de la estación destino.

T

T

R

R

R

R

E

E

E

E

F

F

F

F

•Es la capa más baja que se ocupa de la transmisión extremoextremo y la más alta que se reproduce en los dispositivos de la subred.

•Para redes de difusión puede ser muy simple o casi inexistente.

nodo

nodo

Sub-red

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Principales funciones de la capa de Red •Aceptar UDP de la capa de Transporte procedentes de los diferentes procesos que en esta capa se ejecutan. •Una comunicación puede implicar múltiples enlaces por que se deben definir técnicas de direccionamiento. • Interconexión de redes heterogéneas. •Ejecutar el protocolo de enrutamiento (direccionamiento dentro de la red). •Controlar la congestión de la red. •Ejecutar las acciones para que redes heterogéneas puedan ejecutar transferencias de paquetes.*

Capa de Transporte Protocolo extremoextremo, concebido para realizar transferencia fiable e2e, ofreciendo una calidad de servicio uniforme. Asimila los mensajes de la capa de sesión, los divide en segmentos si fuera necesario y los entrega a la capa de red, asegurando que llegue correctamente, en orden y si fuera necesario reensamblados en el otro extremo. Garantiza la integridad y orden de la información transmitida. Decide, en función de la aplicación que sea, los servicios que solicitara de la capa de red.

Capa de Transporte Si se necesita un gran caudal puede solicitar múltiples conexiones de red. Si la conexión resulta muy costosa, la capa de transporte puede multiplexar varias conexiones a través de una misma conexión de red.

CAPAS SUPERIORES: Sesión, Presentación y Aplicación

Opera de origen a destino o de extremo a extremo.

Nivel de S es ión Permite el establecimiento de una sesión entre aplicaciones y control de la misma. Gestiona el control del dialogo: puede ser en una sola dirección en cada momento o bidireccional. Ante una interrupción de la comunicación define quien la reanuda y a partir de donde se reanuda. Se encarga de la sincronización (inserta puntos de verificación en el flujo de datos). En una red con paso de testigo se encarga de la administración del testigo.

Nivel de Presentación Establece los aspectos de sintaxis y semántica de la información que se transmite, la codificación (ASCII, EBCDIC, etc). Si hay compactación de la información, es esta la capa encargada. Si se establece cifrado, la capa de aplicación la entrega a presentación para que ésta la cifre y la capa de presentación del receptor la descifra. Deberá resolver los problemas de diferencias en la codificación en los equipos finales.

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Nivel de A plicación A este nivel interactúan los usuarios finales de la red. Garantiza la adecuada comunicación entre las aplicaciones (e-mail, transferencia de ficheros, terminal virtual, etc.).

CONCLUSIONES

Adecua la información a transferir a las condiciones de los equipos finales. etc.

Conclus iones (I) •Las redes que existen actualmente para la comunicación de los datos se organizan en un conjunto de capas o niveles. •Cada capa o nivel se desarrolla sobre la anterior, de tal forma que, recibe una serie de servicios de ella sin conocer los detalles de cómo se realizan dichos servicios. •El número de capas o niveles puede variar de una red a otra, entendiéndose que todas las funciones que deba realizar la red estarán incluidas en alguna de sus capas.

Conclus iones (II) •En la realización de una transmisión de datos entre dos equipos, cada nivel de una máquina conversa con su equivalente en la otra. El conjunto de reglas que regulan la comunicación entre dos equipos a un determinado nivel, se denomina protocolo de nivel n. •Entre cada dos niveles adyacentes existe una interfaz que define los servicios que cada nivel ofrece al nivel superior.

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teoria de redes ETN-935

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