Tema 3: Protocolos de comunicaciones.
Tema 3: Protocolos de comunicaciones. 3.1 3. 1 Int Introd roducc ucción ión Cuan Cuando do se pret preten ende de comu comuni nica carr un sist sistem ema a info inform rmát átic ico o con con otro otro,, a trav través és de una una red red de telecomunicaciones telecomunicaciones,, es necesario necesario que exista un conjunto de elementos físicos y lógicos que permitan la comunicación. En el inicio de las telecomunicaciones el ordenador central se conectaba nicamente con sus periféricos. ! medida medida que que la telei teleinfor nformáti mática ca fue adquiri adquiriendo endo importan importancia, cia, las las comunic comunicacio aciones nes se se empe"ar empe"aron on a #acer #acer entre distintos sistemas informáticos pero del mismo tipo y fabricante. En la actualidad, la teleinformática permite la interconexión de sistemas informáticos de igual o distinto tipo y cualquiera que sea su fabricante. $a conexión entre todo tipo de equipos informáticos es posible gracias a las reglas de conexión, las cuales se vieron obligados a desarrollar para unificar los criterios de fabricación de equipos y facilitar la comunicación entre ellos. 3.2 Problemas en el diseño diseño de la arquitectura arquitectura de la red %na arquitectura de red viene definida por tres características fundamentales&
'opología (étodo de acceso a la red )rotocolo de comunicación
Cada tipo de red tiene definido un método de acceso al cable que evita o reduce los conflictos de comunicaciones y controla el modo en que la información es enviada de una estación a otra. Topología: es Topología: es la organi"ación de su cableado y define la interconexión de estaciones y en algunos casos el camino de los datos sobre el cable. Método de acceso a la red: todas las redes que poseen un medio compartido para transmitir información, necesitan ponerse de acuerdo a la #ora de enviarla, ya que no puede #acerlo a la ve". Protocolo de comunicaciones: son las reglas y procedimientos procedimientos utili"ados utili"ados en una red para reali"ar la comunicación.
!unque !unque a primera primera vista pare"ca pare"ca que el dise*o dise*o de un sistema es sencillo sencillo,, cuando cuando se aborda el problema resulta muc#o más complejo, ya que es necesario una serie de problemas& ncaminamiento: cuando existen varias varias rutas posibles entre el origen y el destino, se debe elegir una de ellas, generalmente la más corta y la que tenga menor tráfico. !ireccionamiento: una red tiene normalmente muc#os equipos conectados, cada uno de ellos con mltiples procesos. +e requiere un mecanismo para que un proceso en una máquina especifique con quien quiere comunicarse. Como consecuencia de tener varios destinos se necesita alguna forma de direccionamiento que permita determinar un destino específico. +uele ser normal que un equipo equipo tenga tenga asignada asignada varias direccio direcciones nes diferente diferentes s relacio relacionad nadas as con niveles niveles diferen diferentes tes de la arquite arquitectur ctura. a. En este caso también también #abrá #abrá que establec establecer er una correspo corresponde ndencia ncia entre entre las distintas distintas direcciones. "cceso al medio: en medio: en las redes donde existe un medio de comunicación de difusión debe existir algn mecanismo que controle el orden de transmisión de los interlocutores. e no ser así, todas las transmisiones interferirían y no sería posible llevar a cabo una comunicación. #aturación #aturación en el receptor: esta cuestión puede plantearse en todos los niveles de la arquitectura y consiste en que un emisor rápido pueda saturar a un receptor lento. En determinadas
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condiciones, el proceso en el otro extremo necesita tiempo para procesar la información que le llega. +i este tiempo es demasiado grande en comparación con la que le llega la información será posible que se pierdan datos o parte de ellos. %na posible solución a este problema, consiste en que el receptor envíe un mensaje al emisor indicándole que está listo para recibir más datos. Mantenimiento del orden: algunas redes de transmisión de datos desordenan los mensajes que envían de forma que si los mensajes se envían enana frecuencia determinada no se asegura que lleguen en esa misma frecuencia. )ara solucionar esto, el protocolo debe incorporar un mecanismo que le permita volver a ordenar los mensajes en el destino. $ontrol de redes: todas las redes de comunicación de datos transmiten información con una peque*a tasa de error, que en ningn caso es nula. Esto se debe a que los medios de transmisión son imperfectos. 'anto emisor como receptor deben ponerse de acuerdo a la #ora de establecer mecanismos para detectar y corregir errores, y si se va a notificar al emisor que los mensajes #an llegado correctamente. Multiple%ación: en determinados tramos de la red existe un nico medio de transmisión que por cuestiones generalmente económicas suele ser compartido por diferentes comunicaciones que no tienen relaciones entre si. 3.3 $oncepto de protocolo %n protocolo es un conjunto de normas que permiten el intercambio de información entre dos dispositivos o elementos de un mismo nivel, detectando los posibles errores que se puedan producir. 3.& $apas o ni'eles de una comunicación. )ara que las reglas de interconexión entre equipos informáticos sean más eficientes están estructuradas en módulos, es decir, la problemática inicial se divide en subproblemas. )ara cada uno de estos subproblemas se crea un subconjunto de programas y reglas que le den solución, de tal forma, que cada subproblema puede ser tratado y desarrollado de forma independiente del resto de subproblemas.
! cada uno de los módulos de la interconexión de equipos se le llama capa o nivel. $as capas o niveles son independientes entre sí y tienen dos funciones principales& -. )ermiten fraccionar el desarrollo de los protocolos, facilitando su creación y comprensión. Cada modulo solo debe de preocuparse de como interactuar con el nivel inmediatamente inferior y superior. . +on fáciles de cambiar/ si se produce algn cambio en una capa o nivel, como por un avance tecnológico, etc., basta con mantener las conexiones o interfaces que la unen con la capa inferior y superior y sustituir el modulo que se ocupa de aquella tarea por un nuevo modulo que tenga el tratamiento adecuado. !l conjunto de capas o niveles con sus servicios y protocolos se le denomina arquitectura de la red. 3.( "rquitectura )#I. 0ue publicada en -123 por la 4rgani"ación 5nternacional de Estándares 5+4 65nternational +tandards 4rgani"ation7, tiene como objetivo la normali"ación en sistemas teleinformáticas. Este modelo proporcionaba un estándar comn para todos los fabricantes de #ard8are y aplicaciones de red y cómo deben gestionarse y controlarse los datos. !l utili"ar este estándar, los fabricantes se aseguraban que sus dispositivos y su soft8are eran compatibles con los sistemas y aplicaciones de otros fabricantes. El modelo 4+5 especifica como deben de funcionar determinadas partes de la red para permitir la comunicación entre aplicaciones de diferentes equipos. El mecanismo de implementación de esta especificación es por completo responsabilidad del fabricante. e esta forma, los fabricantes disponían de una #erramienta que les permitía dise*ar sus estándares de red para proporcionar compatibilidad
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entre mltiples plataformas, y al mismo tiempo les proporcionaba flexibilidad en la implementación del estándar. $apas *i'el 1 o ni'el +ísico: Es el encargado de definir las se*ales y características físicas y electrónicas de los equipos. *i'el 2 o ni'el de enlace de datos: es el encargado de establecer una línea de comunicaciones libre de errores que pueda ser utili"ada por la capa inmediatamente superior. Como el nivel físico opera con bits sin detenerse en averiguar su significado, la capa de enlace de datos debe fraccionar el mensaje en bloques de datos. ! cada uno de estos bloques de datos se le denomina tramas. Estas tramas son enviadas en secuencia por la línea de transmisión que ofrece la capa física y queda a ala escuc#a de las tramas de confirmación que genere la capa o nivel de enlace del receptor. 'ambién se ocupa del tratamiento de errores que se produ"ca en la recepción de las tramas, deliminar tramas erróneas, solicitar retransmisiones, descartar tramas duplicadas, adecuar el flujo de información entre emisor rápido y receptor lento. *i'el 3 o ni'el de red: se ocupa del control de la subred. $a principal función de esta capa es la de encaminamiento, es decir, el tratamiento de cómo elegir la ruta más adecuada para que el bloque de datos del nivel de red llegue a su destino. Cada destino está identificado unívocamente en la subred por una dirección, por tanto este nivel se encarga de conectar de forma lógica las direcciones de subred con las direcciones físicas. 4tra función importante de esta capa es el tratamiento de la congestión. Cuando #ay muc#os paquetes en la red, unos obstruyen a otros generando cuellos de botella. 4tro problema que se debe resolver es el que se produce cuando el destinatario de un paquete no está en la misma red, sino en otra en el que el sistema de direccionamiento es distinto que en la red de origen. !demás es posible que la segunda red no admita paquetes de las mismas dimensiones que la primera. *i'el & o ni'el de transporte: es una capa de transmisión entre los niveles orientados a red y los niveles orientados a aplicación. +u misión consiste en aceptar los datos de la capa de sesión, fraccionarlos adecuadamente de modo que sean aceptados por la subred y asegurarse que llegarán correctamente al nivel de transporte de destinatario, esté o no en la misma red que el emisor. )roporciona por tanto el servicio de transporte abstrayéndose del soft8are y el #ard8are de bajo nivel que utili"a la subred para producir el transporte solicitado. +e puede confundir el transporte de las tramas en el nivel de enlace con el transporte de datos en la capa de transporte. El flujo de tramas se opera en el nivel de cada tarjeta de red de cada puerto de entrada y salida de datos. el flujo de transporte puede llegar a multiplexar conexiones distintas de cada solicitud inmediatamente superior, utili"ando un o más puertos de salida para la comunicación. !l usuario le es transparente la utili"ación de mltiples circuitos físicos. )ara él es como una nica sesión que se a resuelto como mltiples conexiones de transporte que atacan a la misma o distinta subred. $a capa de transporte lleva a cabo la comunicación entre ordenadores peer to peer, es decir, es el punto donde el emisor y el receptor pueden conversar. En las capas inferiores esto no se cumple. En el nivel inferior #ay transporte de tramas pero puede ser que para llegar al receptor #aya que pasar por varios ordenador intermedios que redirijan las comunicaciones o que cambien de red a los diferentes paquetes. En el nivel de transporte estos sucesos se #acen transparentes, solo se consideran fuente, destino y servicio solicitado. *i'el ( o ni'el de sesión: se encarga de proporcionar los servicios necesarios para el establecimiento de una comunicación, es decir, permite el diálogo entre emisor y receptor estableciendo una sesión, de modo que permite el intercambio ordenado de datos en un sentido u otro y controla la desconexión de la comunicación. $a capa de sesión mejora el servicio de la capa de transporte. *i'el , o ni'el de presentación: se ocupa de la sintaxis y de la semántica de la información que se pretende transmitir. 5nvestiga, por tanto, el contenido informativo de los datos. *i'el - o ni'el de aplicación: en ella se definen los protocolos que utili"arán las aplicaciones y procesos de los usuarios. $a comunicación se reali"a utili"ando protocolos del diálogo apropiado. Cuando dos procesos que desean comunicarse residen en el mismo utili"an para ello las funciones que les rinda el sistema operativo. +in embargo, si los procesos residen en ordenadores distintos, la placa de aplicación disparará los mecanismos de conexión adecuados para reali"ar la conexión entre ello sirviéndose de los servicios de las capas anteriores.
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squema de un modelo )#I:
3., "rquitectura T$PIP. 'C)95) se suele confundir con un protocolo de comunicaciones, cuando en realidad es una arquitectura de red que incluye varios protocolos apilados por capas. $a arquitectura 'C)95) es la más utili"ada del mundo y es la base de comunicación de 5nternet. !lgunos de los motivos por los que se #a #ec#o tan popular son&
Es independiente de los fabricantes y de las marcas comerciales. +oporta mltiples tecnologías de red. Es capa" de interconectar redes de distintas tecnologías y fabricantes. )uede funcionar en maquinas de cualquier tama*o. +e #a convertido en un estándar de comunicación desde -2:3.
+e construyó dise*ando inicialmente los protocolos y posteriormente se integraron por capas en la arquitectura. )or esta ra"ón a la arquitectura 'C)95) se le conoce con el nombre de pila de protocolos. $apas $apa de subred: el modelo no da muc#a información de esta capa y solo especifica que debe existir algn protocolo que conecte la estación de la red. $a ra"ón fundamental es que 'C)95) se dise*o para su funcionamiento sobre redes diferentes, por tanto, esta capa depende de la tecnología utili"ado y no se especifica de antemano 6Et#ernet, to;en ring, 2<.--, 2<.-7. $apa de internet: es la más importante de la arquitectura y su misión consiste en permitir que las estacones envíen información a la red y los #agan viajar de forma independiente a su destino. urante este viaje los paquetes pueden atravesar redes diferentes y llegar desordenados. Esta capa no se responsabili"a de ordenar de nuevo los paquetes en el destino 65), !=), 5C()7. $apa de transporte: esta capa cumple la función de establecer una comunicación entre el origen y el destino y puesto que las capas inferiores no se encargan del control de errores ni de la ordenación de los mensajes, es esta capa quien lo debe reali"ar 6'C), %)7. $apa de aplicación: contiene todos los protocolos de alto nivel que utili"an los programas para comunicarse 6#ttp, 0'), 'elnet, >+, ?C)7.
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$omparación entre )#I / T$PIP
3.- "rquitectura de la red de Microso+t $a arquitectura de red de (icrosoft está dise*ada con el objetivo de permitir la coexistencia e integración con otras arquitecturas de red como 'C)95) o >ovell. )or esta ra"ón en el modelo de (icrosoft se pueden a*adir los distintos protocolos existentes para que se realice el transporte de la información.
Modelo )#I !plicación )resentación +esión 'ransporte =ed Enlace 0ísico
0ed Microso+t !plicación 6+(@7 +oc;ets >et @54+ 5nterfa" de transporte >@0, >A$5>B, 'C)95) 6>et @E%5$7 6>4E$$7 > 5+
>ovell
Et#ernet, to;en ring, 05D
* !I#: protocolo que me permite convivir varios protocolos de red utili"ando una nica tarjeta de red. *et I)#: es un sistema de entrada y salida de datos, fue dise*ado por 5@( ante la falta de un estándar de alto nivel en las $!>. )osteriormente #a sido adaptado por las redes de (icrosoft para el trabajo con estaciones Aindo8s. +u identificación se #ace a través de un nombre de )C y el envío de información de administración y recursos compartidos se #ace por difusión.
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#M: bloque de mensajes del servidor. Es un protocolo a nivel de aplicación que permite convertir las llamadas de crear, copiar, borrar arc#ivos en llamadas a servicios del protocolo >et @54+. *et I: extensión del >et @54+ que trabaja a nivel de red y de transporte con sistema operativo Aindo8s. Está optimi"ado para su funcionamiento con $!> y o puede utili"arse con las A!>. El protocolo >et @54+ puede funcionar sobre >et @E%5$ o sobre el ')95), sabiendo que cuando se utili"an estaciones que tengan conexión a internet tendrán que trabajar sobre el protocolo 'C)95).
