CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES DE ÁREA LOCAL (LAN) • EL MODELO OSI: FUNCIONES DE LAS CAPAS OSI • ARQUITECTURA TCP/IP • ARQUITECTURAS IEEE 802.X. ETHERNET Y TOKEN RING • ELEMENTOS DE UNA RED LOCAL • MEDIOS DE TRANSMISIÓN: TIPOS Y CARACTERÍSTICAS • TIPOS DE CABLES • SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES • CODIFICACIÓN DE DATOS • LA FAMILIA DE PROTOCOLOS TCP/IP • PROTOCOLO PPP • PROTOCOLO IP • PROTOCOLO ICMP • PROTOCOLO TCP Y UDP • PROTOCOLOS DE APLICACIÓN. TELNET, FTP, SMTP, SNMP • INTRODUCCIÓN Las LAN conectan las estaciones de trabajo, los dispositivos periféricos, las terminales y otros dispositivos Las LAN están diseñadas para: • Operar dentro de un área geográfica limitada • Permitir que varios usuarios accedan a medios de ancho de banda elevado • Proporcionar conectividad continua con los servicios locales • Conectar dispositivos adyacentes. • ARQUITECTURA DE REDES Cuando se diseña una red de ordenadores, es necesario resolver una gran cantidad de problemas que aparecen: ♦ ¿Se produce gran cantidad de errores que hay que corregir? ; ♦ ¿Hay que compartir un único medio de transmisión? ; ♦ ¿Cómo distinguimos unos ordenadores de otros? ; ♦ ¿Qué tipo de información se va a transmitir? ; ♦ ¿Se manejará información confidencial? Es evidente que una persona no debe enfrentarse directamente a todas estas cuestiones, sino que siempre es preferible tratarlas una a una y de forma aislada. En una red de comunicaciones entran en juego dos aspectos fundamentales: el hardware, que tiene que ver con los dispositivos físicos y el software, que son los programas informáticos dedicados a controlar las comunicaciones. • Introducción El software de red es el conjunto de programas encargado de gestionar la red, controlar su uso, realizar detección y corrección de errores, etc. Al igual que un sistema operativo realiza una gestión eficiente de los recursos de una máquina de cara a su utilización por los usuarios y las aplicaciones, el 1

software de red realiza esta misma tarea de cara a los recursos físicos de la red (hardware de red) La arquitectura de una red viene definida por tres características fundamentales: su topología, el método de acceso a la red y los protocolos 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. Veamos más a fondo estas tres características: ♦ Topología: La topología de una red es la organización de su cableado, ya que define la configuración básica de la interconexión de estaciones y, en algunos casos, el camino de una transmisión de datos sobre el cable. ♦ Método de acceso al cable: Todas las redes que poseen un medio compartido para transmitir la información necesitan ponerse de acuerdo a la hora de enviar información, ya que no pueden hacerlo a la vez. En este caso, si dos estaciones transmiten a la vez en la misma frecuencia, la señal recogida en los receptores será una mezcla de las dos. Para las redes que no posean un medio compartido, el método de acceso al cable es trivial y no es necesario llevar a cabo ningún control para transmitir. ♦ Protocolos de comunicaciones: Son las reglas y procedimientos utilizados en una red para realizar la comunicación. Esas reglas tienen en cuenta el método utilizado para corregir errores, establecer una comunicación, etc. Existen diferentes niveles de protocolos. Los protocolos de alto nivel definen cómo se comunican las aplicaciones (programas de ordenador) y los protocolos de bajo nivel definen cómo se transmiten las señales por el cable. Entre los protocolos de alto y bajo nivel, hay protocolos intermedios que realizan otras funciones, como establecer y mantener sesiones de comunicaciones y controlar las transmisiones para detectar errores. Observa que los protocolos de bajo nivel son específicos del tipo de cableado utilizado para la red. • PROBLEMAS EN EL DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DE LA RED Aunque a primera vista parezca que el diseño de un sistema de comunicación parece simple, cuando se aborda el problema resulta mucho más complejo, ya que es necesario resolver una serie de problemas. Algunos de los problemas más importantes a los que se enfrentan los diseñadores de redes de comunicaciones son los siguientes: ♦ Encaminamiento: Cuando existen diferentes rutas posibles entre el origen y el destino (si la red tiene una topología de malla o irregular), se debe elegir una de ellas (normalmente, la más corta o la que tenga un tráfico menor). ♦ Direccionamiento: Puesto que una red normalmente tiene muchos ordenadores conectados, algunos de los cuales tienen múltiples procesos (programas), se requiere un mecanismo para que un proceso en una máquina especifique con quién quiere comunicarse. Como consecuencia de tener varios destinos, se necesita alguna forma de direccionamiento que permita determinar un destino específico. Suele ser normal que un equipo tenga asignado varias direcciones diferentes, relacionadas con niveles diferentes de la arquitectura. En este caso, también habrá que establecer alguna correspondencia entre esas direcciones. ♦ Acceso al medio: En las redes donde existe un medio de comunicación de difusión, debe existir algún mecanismo que controle el orden de transmisión de los interlocutores. De no ser así, todas las transmisiones se interfieren y no es posible llevar a cabo una comunicación en óptimas condiciones. ♦ Saturación del receptor: Esta cuestión suele plantearse en todos los niveles de la arquitectura, y consiste en que un emisor rápido pueda saturar a un receptor lento. En determinadas condiciones, el proceso de una determinada capa en el otro extremo necesita un tiempo para procesar la información que le llega de su capa inferior y enviarla a la superior. Si ese tiempo es demasiado grande en comparación con la velocidad con la que le llega la 2

información, será posible que se pierdan datos. Una 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 en una secuencia determinada, no se asegura que lleguen en esa misma secuencia. Para solucionar esto, el protocolo debe incorporar un mecanismo que le permita volver a ordenar los mensajes en el destino. Este mecanismo puede ser la numeración de los fragmentos, por ejemplo. ♦ Control de errores: Todas las redes de comunicación de datos transmiten la información con una pequeña tasa de error, que en ningún caso es nula. Esto se debe a que los medios de transmisión son imperfectos. Tanto emisor como receptor deben ponerse de acuerdo a la hora de establecer qué mecanismos se van a utilizar para detectar y corregir errores, y si se va a notificar al emisor que los mensajes llegan correctamente. ♦ Multiplexación: En determinadas condiciones, la red puede tener tramos en los que existe un único medio de transmisión que, por cuestiones económicas, debe ser compartido por diferentes comunicaciones que no tienen relación entre sí. Aunque esta técnica se emplea en capas inferiores para compartir un único canal, también se aplica en niveles superiores de la arquitectura para compartir una misma conexión entre dos estaciones. ♦ CARACTERISTICAS DE LAS ARQUITECTURAS POR NIVELES El diseño de un sistema de comunicación requiere de la resolución de muchos y complejos problemas. Por este motivo, las redes se organizan en capas o niveles para reducir la complejidad de su diseño. Cada una de estas capas se construye sobre su predecesor, es decir, utiliza los servicios o funciones diseñados en él, y cada nivel es responsable de ofrecer servicios a los niveles superiores Dentro de cada nivel coexisten diferentes servicios. Los servicios de los niveles superiores pueden elegir cualquiera de los ofrecidos por las capas inferiores, dependiendo de la función que se quiera realizar. A una arquitectura por niveles también se le llama jerarquía de protocolos. Si los fabricantes quieren desarrollar productos compatibles, deberán ajustarse a los protocolos definidos por esa red. En una arquitectura de capas se tienen que cumplir con las siguientes reglas: ◊ Cada nivel dispone de un conjunto de servicios ◊ Los servicios están definidos mediante protocolos estándares ◊ Cada nivel se comunica solamente con el nivel inmediatamente superior y con el inferior ◊ Cada uno de los niveles inferiores proporciona servicios a su nivel superior Por lo tanto, cada una de estas capas se construye sobre su predecesor, es decir, utiliza los servicios o funciones diseñados en él, y cada nivel es responsable de ofrecer servicios a los niveles superiores. Cuando se comunican dos ordenadores que utilizan la misma arquitectura de red, los protocolos que se encuentren al mismo nivel de jerarquía deben coordinar el proceso de comunicación. Por ejemplo, el nivel 2 de un equipo (transmitiendo) coordina sus actividades con el nivel 2 del otro extremo (que se encarga de recibir). Esto requiere que ambos deben ponerse de acuerdo y utilizar las mismas reglas de transmisión, es decir el mismo protocolo ORIGEN

DESTINO 3

NIVEL 5 NIVEL 4 NIVEL 3 NIVEL 2 NIVEL 1

Protocolo de nivel 5 Protocolo de nivel 4 Protocolo de nivel 3 Protocolo de nivel 2 Protocolo de nivel 1

NIVEL 5 NIVEL 4 NIVEL 3 NIVEL 2 NIVEL 1

Medio de transmisión En general, el nivel n de una máquina se comunica de forma indirecta con el nivel n homónimo de otra máquina. Las reglas y convenciones usadas en esa comunicación se conocen como protocolo de nivel n. A los elementos activos de cada capa se les llama entidades o procesos y son éstos los que se comunican mediante el uso del protocolo. Al conjunto formado por las entidades o procesos en máquinas diferentes que están al mismo nivel se les llama entidades pares o procesos pares. El modelo de arquitectura por niveles necesita de información adicional para que los procesos pares puedan comunicarse a un nivel determinado. Estos datos adicionales dependen del protocolo utilizado y solo se conoce su verdadero significado a ese nivel; normalmente, los niveles inferiores los tratan como si fuera información propiamente dicha. A ese añadido se le llama generalmente cabecera o información de control, y suele ir al principio del mensaje, aunque también puede ir al final o en ambos extremos. CAPAS

TRAMAS DE DATOS Información de control

Datos puros NIVEL 4 NIVEL 5 NIVEL 3 NIVEL 2 NIVEL 1 110000101...

Trama enviada como secuencia de bits

Todas las capas añaden cabeceras de control para la comunicación y todas ellas dependen del protocolo utilizado en ese nivel. La última capa no suele añadir información adicional ya que se encarga de enviar dígitos binarios por el cable. Aunque a primera vista parece que la transmisión de un mensaje necesita el envío de gran cantidad de información de control (hay veces que se envía más cantidad que datos), este desperdicio no es muy superior al que sucede en una arquitectura diseñada sin niveles. La razón fundamentas es que, cada capa se encarga de realizar una función diferente y necesita de una cabecera diferente. ♦ LA NECESIDAD DE ESTABLECER ESTÁNDARES Durante las últimas décadas se ha producido una enorme expansión de las WAN. Como consecuencia, se desarrollaron muchas redes que utilizaban distintas versiones de hardware y de software. Como resultado, en muchas ocasiones estas redes resultaban incompatibles entre sí y resultaba difícil que las redes que utilizaban distintas especificaciones pudieran 4

comunicarse. Para solucionar el problema de la incompatibilidad de las redes que no podían comunicarse entre sí, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) analizó los diversos diseños de redes. La ISO reconoció que existía la necesidad de crear un modelo de red que ayudara a los fabricantes a crear implementaciones de red interoperativas. En 1984, la ISO sacó el modelo de referencia OSI El modelo de referencia OSI se transformó muy pronto en el modelo arquitectónico principal para las comunicaciones entre equipos. ♦ EL MODELO DE REFERENCIA OSI El modelo de referencia OSSI es un esquema de red descriptivo. Sus estándares aseguran una mayor compatibilidad e interoperabilidad entre distintos tipos de tecnologías de red. Describe la forma en que la información fluye a través de las redes Es una estructura conceptual que especifica las funciones de red que se producen en cada capa. El modelo OSI describe la forma en que la información o los datos se trasladan desde programas de aplicación (como por ejemplo, hojas de cálculo) a través de un medio de red (como por ejemplo, cables) hasta otro programa de aplicación ubicado en otro equipo de la red. A medida que la información que se debe enviar desciende a través de las capas de un determinado sistema, el lenguaje utilizado se parece cada vez menos al lenguaje humano y cada vez más a los códigos de unos y ceros que son comprensibles para los equipos informáticos. El modelo de referencia OSI divide el complejo problema del traslado de la información entre equipos a través de un medio de red en siete problemas más simples. Estos siete problemas simples fueron elegidos debido a que son razonablemente independientes y, por lo tanto, más sencillos de resolver sin necesidad de depender demasiado de la información externa. La división de estos siete problemas simples en funciones de networking se denomina división en capas. Cada capa del modelo resuelve cada una de las siete áreas problemáticas. Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de datos Física

Procesos de red hacia las aplicaciones Representación de los datos Comunicación entre host Conexiones de extremo a extremo Direcciones y mejor ruta Acceso a los medios Transmisión binaria

Debido a que las capas inferiores (de la 1 a la 3) del modelo de referencia OSI controlan la transmisión física de mensajes a través de la red, a menudo se las denomina capas de medios. Por otro lado, las capas superiores (de la 4 a la 7) del modelo de referencia OSI se encargan de la transmisión precisa de datos entre equipos de la red, por lo cual se las denomina capas host. La mayoría de los dispositivos de red implementan las siete capas.

5

Sin embargo, para organizar las operaciones, algunas implementaciones de red incorporan funciones de varias capas a la vez. Aplicación Presentación Sesión Transporte Red

Capas de host: Proporcionan entrega Capas de medios: de datos precisa entre controlan la entrega equipos física de mensajes a través de una red

Enlace de datos Física ♦ ¿Por qué un modelo de red dividido en capas? Los principios teóricos en los que se basaron para la realización de OSI se pueden resumir: ◊ Cada capa de la arquitectura está pensada para realizar una función bien definida ◊ El número de niveles debe ser suficiente para que no se agrupen funciones distintas, pero no tan grandes que haga la arquitectura inmanejable ◊ Debe crearse una nueva capa siempre que se necesite realizar una función bien diferenciada del resto. ◊ Las divisiones en las capas deben establecerse de forma que se minimice el flujo de información entre ellas ◊ Permitir que las modificaciones de funciones o protocolos que se realicen en una capa no afecten a los niveles contiguos ◊ Utilizar la experiencia de protocolos anteriores. Las fronteras entre los niveles debe situarse donde la experiencia ha demostrado que son convenientes ◊ Cada nivel debe interactuar únicamente con los niveles contiguos a él ◊ La función de cada capa se debe elegir pensando en la definición de protocolos estandarizados internacionalmente. Si la red se divide en estas siete capas, se obtienen las siguientes ventajas: ◊ Se dividen los aspectos interrelacionados del funcionamiento de la red en elementos menos complejos ◊ Se definen las interfaces estándar para la compatibilidad plug and play y la integración de varios fabricantes ◊ Permite que los ingenieros especialicen el diseño y promuevan la simetría en las distintas funciones modulares de internetworking de redes de modo que interoperen entre sí ◊ Impide que los cambios que se producen en un área afecten a las demás, para que cada área pueda evolucionar más rápidamente. ◊ Divide la complejidad de internetworking en subconjuntos de operación separados, de aprendizaje más sencillo OSI está definido como MODELO y no como arquitectura, ya que ISO definió sólo la función general que debe realizar cada capa pero no mencionó en absoluto los servicios y los protocolos que se deben usar en cada una de ellas (se definió antes de que se diseñaran los protocolos).

6

♦ Las siete capas del modelo de referencia OSI Ahora que hemos descrito las características básicas del modelo de división en capas OSI, se puede describir cada capa individual del OSI y sus funciones. Cada capa posee un conjunto predeterminado de funciones que debe ejecutar para que se produzca la comunicación. En el modelo OSI, hay siete capas numeradas que indican las distintas funciones de red. Las funciones se describen a continuación: Capa 7: Capa de aplicación La capa de aplicación es la capa OSI más cercana al usuario; está en contacto directo con los programas o aplicaciones informáticas de las estaciones. Esta capa brinda servicios de red a las aplicaciones del usuario. Esta capa es distinta de las demás en el sentido de que no brinda servicios a ninguna otra capa OSI, sino a procesos de aplicación que se ejecutan fuera del alcance del modelo OSI. Algunos ejemplos de dichos procesos de aplicación son los programas de hojas de cálculo, los procesadores de texto y los de las terminales bancarias. La capa de aplicación identifica y establece la disponibilidad de los diversos elementos que deben participar en la comunicación, sincroniza las aplicaciones que cooperan entre sí y establece los procedimientos para la recuperación de errores y control de la integridad de los datos. También determina si existen suficientes recursos para la comunicación planificada. Como ejemplos de servicios de este nivel se puede mencionar la transferencia de archivos, el correo electrónico, etc. Capa 6: Capa de presentación La capa de presentación asegura que la capa de aplicación de un sistema pueda leer la información, enviada por la capa de aplicación de otro sistema. De ser necesario, la capa de presentación realiza una traducción entre varios formatos de representación de datos utilizando un formato de representación de datos común. Por lo tanto, se controla el significado de la información que se transmite, lo que permite la traducción de los datos entre las estaciones. Por ejemplo, si una estación trabaja con un código concreto y la estación del otro extremo maneja uno diferente, el nivel de presentación es el encargado de realizar esta conversión. Para conversaciones confidenciales, este nivel también codifica y encripta los datos para hacerlos incomprensibles a posibles escuchas ilegales. Capa 5: Capa de sesión Tal como su nombre indica, la capa de sesión establece, administra y pone fin a las sesiones entre aplicaciones. Las sesiones son diálogos entre dos o más entidades de presentación. A este nivel se establecen las conexiones de comunicación entre los dos extremos para el transporte ordinario de datos. La capa de sesión brinda sus servicios a la capa de presentación. Además, la capa de sesión sincroniza el diálogo entre las entidades de la capa de presentación y administra el intercambio de datos. Además de la regulación básica de las conversiones (sesiones), la capa de sesión proporciona los recursos para la sincronización de unidades de diálogo, clase de servicio e informes de excepciones relacionados con problemas de las capas de sesión, de presentación y de aplicación. Por lo tanto, proporciona servicios mejorados, como la 7

reanudación de la conversación después de un fallo de red o una interrupción Capa 4: Capa de transporte Es el nivel más bajo que tiene independencia total del tipo de red utilizada, y su función básica es tomar los datos procedentes del nivel de sesión y pasarlos a la capa de red, asegurando que lleguen correctamente al nivel de sesión del otro extremo. A este nivel, la conexión es realmente de extremo a extremo, ya que no se establece ninguna conversación con los niveles de transporte de todas las maquinas intermedias. La capa de transporte segmenta y reensambla los datos en un flujo de datos. Mientras que las capas de aplicación, presentación y sesión están relacionadas con asuntos de aplicación, las cuatro capas inferiores se encargan del transporte de datos. La capa de transporte intenta suministrar un servicio de transporte de datos que proteja las capas superiores de los detalles de implementación de transporte. Específicamente, la capa de transporte se ocupa de temas tales como la confiabilidad del transporte a través de una internetworking de redes. Al suministrar un servicio confiable, la capa de transporte proporciona mecanismos para el establecimiento, mantenimiento y finalización ordenada de los circuitos virtuales, la detección y recuperación de fallos de transporte y el control del flujo de información (para evitar que un sistema desborde a otro con datos). La unidad mínima de datos que se transfiere entre entidades pares a este nivel se llama segmento. Capa 3: Capa de red La capa de red es una capa compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas finales que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. Se ocupa de determinar cuál es la mejor ruta por la que enviar la información. Esta decisión tiene que ver con el camino más corto, el más rápido, el que tenga menor tráfico, etc. Por esto la capa de red debe controlar también la congestión de la red, intentando repartir la carga lo más equilibrada posible entre las distintas rutas. También a este nivel se realiza gran parte del trabajo de convertir y adaptar los mensajes que circulan entre redes heterogéneas. La unidad mínima de información que se transfiere a este nivel se llama paquete. Capa 2: Capa de enlace de datos La capa de enlace de datos ofrece un tránsito confiable de datos a través de un enlace físico. Para hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (que es diferente del de red, o lógico), la topología de la red, la disciplina de línea (la forma en que los sistemas finales utilizan el enlace de red), la notificación de errores, la entrega ordenada de tramas y el control de flujo. Se ocupa de detectar y corregir todos los errores que se produzcan en la línea de comunicación. También se encarga de controlar que un emisor rápido no sature a un receptor lento, ni se pierdan datos innecesariamente. Finalmente, en redes en donde existe un unido medio compartido por el que circula la información, este nivel se encarga de repartir su utilización entre las estaciones. La unidad mínima de datos que se transfiere entre entidades pares a este nivel se llama trama o marco. Capa 1: Capa física Tiene que ver con la transmisión de dígitos binarios por un canal de comunicación. Las 8

consideraciones de diseño tienen que ver con el propósito de asegurarse de que, cuando un lado envíen un 1 en el otro lado se reciba un 1 y no un 0. Por lo tanto, la capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. Las características tales como niveles de tensión, sincronización de cambios de tensión, velocidad de datos físicos, distancias de transmisión máximas, conectores físicos y otros atributos similares se definen a través de las especificaciones de la capa física. ♦ Comunicación de igual a igual La división en capas del modelo OSI no admite la posibilidad de una comunicación directa entre capas iguales de distintos sistemas. Para ejecutar estas tareas, una capa debe comunicarse con su capa igual del otro sistema. El protocolo de cada capa intercambia información, denominada unidades de datos de protocolo (PDU) entre capas iguales. Cada capa utiliza un nombre más específico para su PDU Para comunicarse con su capa igual en el otro sistema, cada capa utiliza su propio protocolo de capa. Host A Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de datos Física

DATOS SEGMENTOS PAQUETES o DATAGRAMAS TRAMAS BITS

Host B Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de datos Física

Esta comunicación del protocolo de capas iguales se obtiene utilizando los servicios de las capas que se encuentran por debajo de la capa que está realizando la comunicación. La capa que se encuentra debajo de cualquier capa actual brinda sus servicios a dicha capa. Cada servicio de capa inferior recibe la información de las capas superiores como parte de las PDU de las capas inferiores que intercambia con su capa igual. La comunicación entre niveles de la arquitectura de dos estaciones (nombradas A y D) es tal y como figura en el siguiente esquema:

9

10

Los tres primeros niveles: físico, enlace de datos y red, dependen de la red sobre la que funciona, por lo que pueden existir estaciones intermedias en la conversación (nombradas B y C) que sólo se encargarán de encaminar la información. Los niveles superiores: Transporte, sesión, presentación y aplicación, realizan las conversaciones extremo a extremo, es decir, solamente se comunican con las capas de la estación del extremo. ♦ Encapsulación de datos Para comprender la estructura de las redes y su funcionamiento, se debe tener en cuenta que todas las comunicaciones en una red se originan en una fuente y se envían a un destino. La información que se envía a través de una red se denomina datos o paquetes de datos. Si un equipo (fuente) desea enviar datos a otro equipo (destino), en primer lugar los datos se deben colocar en paquetes mediante un proceso denominado encapsulación, que envuelve los datos en un encabezado de protocolo particular antes del tránsito en la red. Este proceso se puede comparar al proceso de preparación de un paquete para su envío: envolverlo, colocarlo en una caja, colocar las direcciones de fuente y de destino, colocar las estampillas y colocar el paquete en un buzón. Cada capa depende de la función de servicio de la capa OSI inferior. Para brindar este servicio, la capa inferior utiliza la encapsulación para colocar la PDU de la capa superior en su campo de datos, luego le puede agregar cualquier encabezado e información final que utiliza la capa para ejecutar su función. Posteriormente, a medida que los datos se desplazan hacia abajo a través de las capas del modelo OSI, se agregan los encabezados y la información final. A medida que las redes ejecutan servicios para usuarios, el flujo y la organización de los paquetes de información varían. En el siguiente ejemplo de encapsulación se llevan a cabo cinco pasos de conversión: 1. Crear los datos: Cuando un usuario envía un mensaje de correo electrónico, los caracteres alfanuméricos del mensaje se convierten en datos que pueden trasladarse a través de la internetwork. 2. Empaquetar los datos para transportarlos de punta a punta: Al utilizar segmentos, la función de transporte asegura que los hosts del mensaje en ambos extremos del sistema de correo electrónico se puedan comunicar de forma confiable. 3. Añadir la dirección de red en el encabezado: Los datos se colocan en un paquete o datagrama que contiene un encabezado de red con direcciones lógicas de fuente y de destino. Estas direcciones ayudan a los dispositivos de red a enviar los paquetes a través de la red por una ruta seleccionada. 4. Añadir la dirección local en un encabezado de enlace de datos: Cada dispositivo de red debe colocar el paquete en una trama. La trama le permite conectarse al próximo dispositivo de red conectado directamente en el enlace. Cada dispositivo en la ruta de red seleccionada requiere un entramado para conectarse al próximo dispositivo. 5. Convertir en bits para la transmisión: La trama debe convertirse en un patrón de unos y ceros para la transmisión en el medio (generalmente un cable). Una función de temporización 11

permite que los dispositivos distingan estos bits a medida que se trasladan por el medio. El medio físico puede variar a lo largo de la ruta utilizada. Por ejemplo, el mensaje de correo electrónico puede originarse en una LAN, cruzar el backbone de una red de campus y salir por un enlace de WAN hasta llegar a su destino en otra LAN remota. Los encabezados y la información final se agregan a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI. SESION

Datos

DATOS

Encabezado Datos

TRANSPORTE

SEGMENTO

Segmento Encabezado Encabezado Datos

RED Red

PAQUETE

Segmento

Encabezado Encabezado Encabezado ENLACE

Datos Trama

FISICO

Inf. Fin

Red

Segmento

TRAMA Trama

100111010101011001010101000000101010110011010100101011 BITS

♦ LA ARQUITECTURA TCP/IP TCP/IP se suele confundir con un protocolo concreto de comunicaciones cuando, en realidad, es una compleja arquitectura de red que incluye varios protocolos, apilados por capas. Es la más utilizada en el mundo, ya que es la base de comunicación de Internet y también se utiliza ampliamente en las distintas versiones de los sistemas operativos Unix y Linux, aunque debido a su gran utilización ha sido implantado en otros sistemas como Windows. En el año 1973, el DoD (Departamento de Defensa de Estados Unidos) inició un programa de investigación para el desarrollo de tecnologías de comunicación de redes de transmisión de datos. El objetivo fundamental era desarrollar una red de comunicación que cumpliera las siguientes características: ◊ Permita interconectar redes diferentes. Esto quiere decir que la red en general puede estar formada por tramos que usan tecnología de transmisión diferente. ◊ Sea tolerante a fallos. El DoD deseaba una red que fuera capaz de soportar ataques terroristas o incluso alguna guerra nuclear sin perderse datos y manteniendo las comunicaciones establecidas. ◊ Permita el uso de aplicaciones diferentes: transferencia de archivos, comunicación en tiempo real, etc. Todos estos objetivos implicaron el diseño de una red con topología irregular donde la información se fragmentaba para seguir rutas diferentes hacia el destinatario. Si alguna de esas rutas fallaba repentinamente, la información podría seguir rutas alternativas. Así, surgieron dos redes distintas: una dedicada a la investigación, ARPANET, y otra de uso exclusivamente militar, MILNET. El DoD permitió a varias universidades que colaboraran en el proyecto, y ARPANET se expandió gracias a la interconexión de esas universidades e instalaciones del Gobierno. Este 12

modelo se nombró después como arquitectura TCP/IP, por las iniciales de sus dos protocolos más importantes. En 1980, TCP/IP se incluyó en Unix 4.2 de Berkeley, y fue el protocolo militar estándar en 1983. En ese mismo año nació la red global Internet, que utiliza también esta arquitectura de comunicación. ARPANET dejó de funcionar oficialmente en 1990. Algunos de los motivos de la popularidad alcanzada por esta arquitectura son: ◊ Es independiente de los fabricantes y las marcas comerciales. ◊ Soporta múltiples tecnologías de redes. ◊ Es capaz de interconectar redes de diferentes tecnologías y fabricantes. ◊ Puede funcionar en máquinas de cualquier tamaño, desde ordenadores personales a grandes supercomputadores. ◊ Se ha convertido en estándar de comunicación en EE.UU. desde 1983. La arquitectura de TCP /IP se construyó diseñando inicialmente los protocolos para, posteriormente, integrarlos por capas en la arquitectura. Por esta razón, a TCP/IP muchas veces se la califica como pila de protocolos. Su modelo por niveles es algo diferente a OSI de ISO.

7 6 5 4 3 2 1

OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de datos Físico

TCP/IP Aplicación Transporte Interred Subred

Obsérvese que TCP/IP sólo tiene definida cuatro capas, mientras que OSI tiene siete. Las funciones que realizan cada una de ellas son las siguientes: Capa de subred: El modelo no da mucha información de esta capa, y solamente se especifica que debe existir algún protocolo que conecte la estación con la red. La razón fundamental es que, como TCP/IP se diseñó para su funcionamiento sobre redes diferentes, esta capa depende de la tecnología utilizada y no se especifica de antemano. Capa de interred: Esta capa es la más importante de la arquitectura y su misión consiste en permitir que las estaciones envíen información (paquetes) a la red y los hagan viajar de forma independiente hacia su destino. Durante ese viaje, los paquetes pueden atravesar redes diferentes y llegar desordenados. Esta capa no se responsabiliza de la tarea de ordenar de nuevo los mensajes en el destino. El protocolo más importante de esta capa se llama IP (Internet Protocol o Protocolo de Interred), aunque también existen otros protocolos. Capa de transporte: Ésta cumple la función de establecer una conversación entre el origen y el destino, de igual forma que hace la capa de transporte en el modelo OS!. Puesto que las capas inferiores no se responsabilizan del control de errores ni de la ordenación de los mensajes, ésta debe realizar todo ese trabajo. Aquí también se han definido varios protocolos, entre los que destacan TCP (Transmission Control Protocol o Protocolo de Control de la Transmisión), orientado a la conexión y fiable, y UDP (User Datagram Protocol o Protocolo de Datagrama de Usuario), no orientado a la conexión y no fiable.

13

Capa de aplicación: Esta capa contiene, al igual que la capa de aplicación de OSI, todos los protocolos de alto nivel que utilizan los programas para comunicarse. Aquí se encuentra el protocolo de terminal virtual (TELNET), el de transferencia de archivos (FTP), el protocolo HTTP que usan los navegadores para recuperar páginas en la World Wide Web, los protocolos de gestión del correo electrónico, etc. Las capas de sesión y presentación no existen en la arquitectura TCP/IP, ya que los diseñadores pensaron que no se necesitaban. La experiencia obtenida con los trabajos realizados en el modelo OSI ha comprobado que esta visión fue correcta: se utilizan muy poco en la mayoría de las aplicaciones de comunicación. En caso de que alguna aplicación desee utilizar un servicio de encriptación de datos o recuperación ante caídas, será necesario incluirlos dentro del propio programa de aplicación. Algunos de los Protocolos de la arquitectura TCP/IP más importantes son los que aparecen a continuación: El modelo TCP/IP original no distinguía los conceptos de capa, servicio, interfaz y protocolo, aunque revisiones posteriores han incluido parte de esta nomenclatura. Por esta razón, el modelo OSI es más flexible a los cambios, ya que la interacción y encapsulación entre capas es más estricta. Otro problema que tiene TCP/IP es que en sus capas inferiores no se distingue entre nivel físico y nivel de enlace, funciones que resultan completamente diferentes. Como resultado, se incluye una sola capa de subred en la que coexiste una amalgama de protocolos y estándares de redes que poco se comprende. ♦ NOVELL NETWARE La arquitectura de red Novell se caracteriza porque es propietaria de una marca comercial y no puede ser utilizada por el resto de la comunidad de usuarios sin permiso. Está diseñada con el propósito de conectar un conjunto de ordenadores PC y proveerles de todos los servicios de red que necesiten. Puede funcionar bajo cualquier estándar de red local, aunque es necesario que en la red exista al menos un equipo que provea de servicios al resto de las estaciones y que lleve instalado el sistema operativo NetWare (también propietario). Éstas, a su vez, pueden funcionar con cualquier otro sistema operativo de diferente fabricante, que es el que realiza las peticiones al servidor (o servidores), por lo que se le suele denominar equipos cliente. Aunque una red Novell está pensada como entorno LAN, sus sucesivas versiones han dado soporte WAN, ofrecido por su propia pila de protocolos o accediendo a los servicios de TCP/IP (incluido también en la red). Por esta razón, una red Novell se puede comunicar con otras estaciones TCP/IP. Para la arquitectura Novell existen tres tipos de máquinas en una red: ◊ Servidores de ficheros: Son los responsables de proveer todos los servicios a las estaciones de trabajo que los solicitan, además de controlar todas las operaciones de comunicación de la red. ◊ Estaciones de trabajo: Realizan solicitudes a los servidores para ejecutar tareas de usuario. ◊ Encaminadores: Son los dispositivos encargados de comunicar las redes con diferentes W AN y a través de ellos entra y sale la información del exterior de la 14

LAN. Muchas veces son los propios servidores de ficheros los que realizan esta función adicional. Novell usa una arquitectura de protocolos patentada como se ilustra en la figura y que nació con anterioridad al modelo OSI. Se parece más a TCP/IP que al resto de arquitecturas, fundamentalmente porque el protocolo de red IPX (Internetwork Packet Exchange o Intercambio de Paquetes Interred) es el más importante de todos ellos y es similar a IP con algunas modificaciones (también es un protocolo no orientado a la conexión y no fiable). Además, no se diferencia el nivel de enlace del nivel físico, y en esta capa más baja se encuentran todos los estándares de LAN. OSI SERVICIOS Y PROTOCOLOS NETWARE Aplicación Aplicaciones Aplicaciones NetWare NetBIOS Presentación SAP Sesión NCP NetBIOS Transporte SPX Red Enlace de datos Físico

IPX Protocolos MAC de LAN (Redes Ethernet, Token Ring. ARCnet, etc.)

Pila de protocolos de la arquitectura Novell. Comparación con el modelo OSI. A veces también se le llama arquitectura IPX/SPX. Por su parte, el protocolo SAP (Service Advertising Protocol o Protocolo de publicidad del Servicio) es utilizado por los servidores para difundir por la red información acerca de los servicios que ofrecen. Las estaciones de trabajo utilizan esta información para enviar sus peticiones. Estas peticiones son como anuncios publicitarios en la red: "Soy el servidor Lucecita y tengo disponibles el disco duro y la impresora láser para que los utilicéis". Estas notificaciones se efectúan cada vez que un servidor comienza a funcionar, y también cuando quedan fuera de servicio, para indicar que ya no están disponibles. Las estaciones se pueden comunicar por la red utilizando dos tipos diferentes de servicios: los servicios NetBIOS y los servicios propios de Novell. El protocolo NetBIOS (Network Basic Input/Output System) ofrece servicios a nivel de transporte y sesión y se ha convertido en un estándar desde que fue introducido en 1984 por IBM (que utilizan ampliamente los sistemas operativo s de Microsoft, aunque en las últimas versiones se está empezando a sustituir por TCP/IP). Por su parte, el protocolo NCP (Network Core Protocol o Protocolo Central de la Red) es el que le permite a las estaciones comunicarse con los servidores para acceder a los servicios de la red (recuperar o enviar un archivo, acceder a una impresora, etc.). ♦ RED MICROSOFT

15

La arquitectura de red patentada por Microsoft está diseñada con el objetivo de permitir la coexistencia e integración con otras arquitecturas de red como TCP/IP o Novell. Por esta razón, en el modelo de redes Microsoft se pueden añadir los distintos protocolos existentes para que realicen el transporte de la información. OSI

16