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Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 1 Ingeniería en Desarrollo de Software 8º Cuatrimestre Programa de la asignatura: Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de Comunicación Clave: 150930831 Universidad Abierta y a Distancia de México UnADM Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 2 Índice Unidad 2. Modelos de comunicación ............................................................................. 3 Presentación de la unidad ................................................................................................. 3 Propósitos .......................................................................................................................... 5 Competencia específica ..................................................................................................... 5 2.1. Modelo de Referencia ISO-OSI ................................................................................. 5 2.1.1. Capa física ........................................................................................................... 9 2.1.2. Capa de enlace de datos .................................................................................... 11 2.1.3. Capa de red........................................................................................................ 13 2.1.4. Capa de transporte ............................................................................................. 17 2.1.5. Capa de sesión .................................................................................................. 18 2.1.6. Capa de presentación ........................................................................................ 19 2.1.7. Capa de Aplicación............................................................................................. 20 Actividad 1. Identificación de las capas del Modelo OSI .................................................. 22 2.2. Modelo de Referencia TCP/IP ................................................................................. 24 Actividad 2. Importancia de OSI y TCP/IP en el desarrollo de software ........................... 24 2.2.1. Capa de acceso a la red ..................................................................................... 25 2.2.2. Capa de Internet ................................................................................................. 26 2.2.3. Capa de transporte ............................................................................................. 27 2.2.4. Capa de Aplicación............................................................................................. 28 Autoevaluación ................................................................................................................ 30 Evidencia de aprendizaje. Análisis de los Modelos de referencia OSI y TCP/IP .............. 30 Cierre de la unidad .......................................................................................................... 31 Para saber más ............................................................................................................... 32 Fuentes de consulta ........................................................................................................ 32 Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 3 Unidad 2. Modelos de comunicación Presentación de la unidad Como recordarás, en la primera Unidad se revisaron conceptos generales de introducción a las redes: sus áreas de aplicación, los beneficios que se obtienen de ellas, los tipos y topologías de red, así como los medios de transmisión. En esta Unidad 2 se revisarán los modelos de comunicación, con el fin de comprender la forma en que una aplicación (por ejemplo una de correo electrónico) se comunica con otra aplicación a través de la red, esta comunicación se realiza mediante los dos modelos de referencia más comunes: ISO- OSI y TCP/IP. Se nombra modelo de comunicación a la forma mediante la cual se estructura un sistema de comunicación cuyo objetivo principal es el intercambio de información entre dos entidades por ejemplo, la comunicación entre dos teléfonos, dos computadoras, etcétera (StallingS, W., 2009). En general, los elementos que conforman un modelo de comunicación según Stallings (2009) son: Fuente: En el contexto de las redes, es el dispositivo que genera los datos que se enviarán, por ejemplo: una computadora o un Smartphone que enviará un correo electrónico. Transmisor: Para que los datos puedan viajar del origen a su destino, en el contexto de las redes, estos deben ser transformados y codificados generándose señales electromagnéticas mediante las cuales puedan viajar en un medio o sistema de transmisión, esto es tarea del transmisor. Cabe aclarar que actualmente fuente y transmisor ya no van separados. Por ejemplo: antes se usaba un módem para convertir la información a enviar en cadenas de bits, y estos bits se transformaban en señales analógicas para ser transmitidas a través de la red de telefonía, ahora el módem ha sido desplazado por la tarjeta de red o NIC, la cual ya se encuentra en la fuente. El sistema de transmisión: Es lo que conecta a la fuente de datos o información con el destino. Por ejemplo: el medio de transmisión guiado o no guiado que se vio en la Unidad 1. El receptor: Es quien acepta “la señal proveniente del sistema de transmisión y la transforma de tal manera que pueda ser manejada por el dispositivo de destino.” (Stallings, W., 2009, pág. 11). Destino: En el contexto de las redes, es el dispositivo al que van dirigidos los datos o información y en el cual son depositados por parte del receptor. El receptor y el destino ya son lo mismo, puesto, que los módem han sido desplazados por la Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 4 NIC o tarjeta de red, la cual ya se encuentra integrada en la fuente, en este caso también lo está en el destino. Como se puede observar, el proceso de comunicación que se desarrolla en una red de computadoras, es de tal complejidad que se hizo necesaria la división de tareas con el fin de poder controlar cada una de las acciones que se requieren realizar en el proceso mencionado. Para ello, se utilizan los modelos, los más conocidos son ISO (International Organization for Standarization)-OSI (Open Systems Interconnection) y TCP(Transmision Control Protocol )/IP (Internet Protocol). En esta unidad se utilizarán los términos: modelo y protocolo (Stallings, 2009). Un modelo es la especificación establecida por una organización de estándares como un estándar para un diseño de redes, en este caso se revisarán los modelos más usados: ISO-OSI y TCP/IP, más adelante se tocará el tema de las organizaciones que establecen los estándares para cada modelo. Por su parte, un Protocolo es un conjunto de reglas que controla la interacción de diferentes dispositivos en una red o en un conjunto de redes interconectadas (Forouzan, 2003, pág. 100). Con base en el modelo se va a definir qué protocolos se utilizarán en las diferentes capas de cada modelo, por capa se debe entender que es la subdivisión de funciones definidas para cada dispositivo, por ende, un dispositivo, puede funcionar en una o más capas de cualquier modelo. Además dependiendo de cada modelo se definen el número de capas, como se revisará más adelante. El dividir en capas, es una técnica de estructuración de los problemas que implica la comunicación, adoptada por ISO donde las funcionesde comunicación se distribuyen en un conjunto jerárquico de capas, cada una de ellas tiene asignada una tarea respecto al modelo de comunicación (Stallings, 2009). ¿Para qué sirve conocer los modelos y los protocolos al ingeniero en desarrollo de software? Bueno, en el caso de los modelos, sirven como referencia para comprender los protocolos que se usan en las redes, y los protocolos sirven porque estos hacen posible el establecimiento de la comunicación en cualquier red, por ejemplo: en Internet, si se transfieren archivos en una red, posiblemente se utilice el protocolo FTP (File Transfer Protocol Protocolo de transferencia de archivos), si por ejemplo se navega en Internet se utilizará el protocolo HTTP (HyperText Transfer Protocol Protocolo de Transferencia de Hipertexto), este término de hipertexto o hipervínculo, es lo que se conoce en la actualidad como enlaces o vínculos de Internet; la definición de los protocolos más importantes se revisarán en el tema 2.2.4. Capa de aplicación, así también, si se utiliza el correo electrónico en la red, a través de un cliente de correo, se utilizaría muy posiblemente el protocolo SMTP (Simple Mail Transfer Protocol Protocolo de transferencia de correo simple). Se considera importante que el futuro ingeniero en desarrollo de software conozca ambos modelos y su relación con los protocolos, de manera tal que pueda identificar las Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 5 relaciones y las diferencias entre los modelos, así como saber la forma en que se comunican los protocolos en cada capa de los modelos enunciados para identificar en un proyecto de software los dispositivos de hardware y de software mediante los cuales viaja la información, la forma en que lo hace y cómo influye esto cuando se toma la decisión de los que se utilizarán al desarrollar un proyecto de software, por ejemplo de un sistema de información y comunicación. Propósitos Al finalizar la unidad: Identificar las capas sobre las que trabaja el Modelo ISO-OSI y el modelo TCP/IP, así como los dispositivos que utilizan cada una de ellas. Comprender el funcionamiento de cada uno de los modelos ISO-OSI y TCP/IP. Conocer e identificar las diferencias, las similitudes y las ventajas y desventajas de estos modelos. Identificar el modelo que más se adecúe con el desarrollo o implementación de un proyecto de software. Comprender cómo funcionan las redes, desde los puntos de vista de los dos modelos ISO-OSI y el modelo TCP/IP. Competencia específica Distinguir las formas de comunicación de información con la finalidad de identificar la manera en la que los modelos OSI y TCP/IP intervienen en el proceso de intercambio de información a partir de los protocolos y dispositivos que trabajan en las diferentes capas de dichos modelos. 2.1. Modelo de Referencia ISO-OSI Para lograr que los componentes de una red o de varias redes interconectadas se coordinen adecuadamente, se necesita de un modelo que muestre la relación y la función entre cada uno de los componentes. La Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI: Open Systems Interconnection) es un modelo desarrollado pensando en ello. El modelo OSI, permite afrontar y estandarizar las comunicaciones de datos y las redes informáticas, afrontándolo con el modelo TCP/IP, además el modelo OSI divide las comunicaciones en niveles o capas, a nivel teórico a fin de entender mejor cómo funcionan estas. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 6 El modelo OSI fue diseñado por la Organización para la Estandarización Internacional (por sus siglas en inglés ISO: International Standard Organization); en teoría, el modelo OSI permite que dos sistemas diferentes (por ejemplo: computadoras) se comuniquen sin importar su arquitectura (Forouzan, 2003, pág. 100). La arquitectura de computadoras es a grandes rasgos, la relación existente en software y hardware que hay en una computadora, esta arquitectura hace que diversos dispositivos sean diferentes entre sí (Universidad Tecnológica Nacional, s/f), por citar un ejemplo es diferente la arquitectura usada en las computadoras MAC, que cuentan con sistema operativo distinto a las computadoras que cuentan con un sistema operativo Windows, por poner un ejemplo, y estas a su vez son diferentes entre todas las demás arquitecturas usadas en dispositivos móviles. Otro ejemplo de arquitectura se observa en una analogía, si se compara una Tablet, un Smartphone, una PC y una MAC, todos estos equipos tendrán muchas diferencias, entre las cuales se encuentran que pueden contar con: Diferentes tipos de procesador. Diferentes memorias RAM. Diferentes capacidades de disco duro. Además de que todos usarán diferentes sistemas operativos. Otro punto importante, es que todos estos dispositivos aceptarán o no aceptarán que se hagan modificaciones en alguna de las características mencionadas. Todas las características propias de cada dispositivo, se conoce como, arquitectura, todo el hardware y software que contenga un dispositivo y sus actualizaciones siempre van a depender de la marca de ese dispositivo y sus limitantes, así por ejemplo a un Smartphone no se le puede agregar más memoria RAM, pero si se le puede agregar más memoria para que nos sirva como disco duro, pero ello siempre con las limitantes impuestas por cada modelo de cada fabricante. El modelo OSI, como se dijo, es un modelo o marco de referencia y consta de siete capas, que proporciona a los diseñadores de software una idea de la funcionalidad, es decir, de la forma en que funciona cada capa de manera independiente y relacionada con cada una de las capas. Antes de seguir adelante definamos el concepto de capa, “Es un grupo de servicios, funciones y protocolos, completo desde un punto de vista conceptual, que constituye uno de entre un conjunto de grupos dispuestos jerárquicamente y que se extiende a través de todos los sistemas que conforman la arquitectura de la red” (Stallings, 2004, pág. 822). Dicho de otra manera, una capa, es un nivel abstracto que define funciones y responsabilidades del nivel correspondiente, además de que también debe definir como se comunica con el nivel que le antecede y el que le sigue. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 7 Cada capa se nombra de acuerdo a cada estándar, en este caso por ser el modelo de referencia ISO-OSI, los nombres los definió la International Organization for Standardization, ya que esta organización es la autora de este estándar, por ello su nombre ISO-OSI, aunque en muchos textos sólo se le llama OSI, es importante decir que además la ISO definió el orden en el que se presentan. A continuación se integra una breve explicación, según Philippe Freddi (2010, pág. 178): La capa física. Es la que corresponde al medio físico de comunicación, a la señal y a la transmisión binaria. La capa de enlace de datos. Corresponde al direccionamiento físico, usando la dirección MAC, así como todo lo concerniente a la trama. La capa de red. Determina el camino entre emisor y destinatario utilizando una dirección lógica o IP. La capa de transporte. Gestiona el tipo de conexión entre el emisor y el destinatario y se ocupa de la fiabilidad. La capa de sesión. Gestiona la sesión entre emisor y destinatario. La capa de presentación. Prepara la representación y, si fuera necesario, el cifrado de los datos. La capa de aplicación. Presenta los datos según el protocolo definido. Es importante señalar que esta capa no trata de la aplicación en sí, sino de la interfaz con laaplicación. Se verán a detalle cada una de estas capas como parte de los subtemas de este primer punto 2.1. Modelo de Referencia ISO-OSI. Debemos aclarar también que un dispositivo puede usar, una, dos o tres o todas las capas, esto dependerá de la funcionalidad y de la ubicación del dispositivo en la red (Forouzan, 2003). Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 8 Flujo de datos OSI (ALEGSA, 2012). En la figura anterior se muestra cómo pasan los datos entre el usuario que los transmite o envía hasta el que los recibe, como se puede observar, los datos van atravesando cada una de las siete capas del modelo OSI, hasta llegar al enlace físico, al pasar por cada capa, de la 7 a la 2, es decir, estamos hablando de la capa de aplicación como la capa 7, de la capa de presentación, capa 6, de la capa de sesión como capa 5, de la capa de transporte capa 4, de la capa de red, capa 3 y de la capa de enlace de datos capa 2; éstas le añaden datos de control a los datos en forma de encabezados, cuando llegan a su destino estos datos de encabezado, se van retirando mediante sube en cada capa. Los datos de control o encabezados que se van añadiendo, sirven para la verificación de errores, por ejemplo CRC (Comprobación de Redundancia Cíclica) que es un código de detección de errores, y se basa en una serie de divisiones en el que los residuos son los resultados; con este tipo de chequeo de errores es muy posible corregir los datos corruptos, en el caso de que no, es porque en los datos hay muchos errores. En la capa 1 no se añaden datos, esta capa se encarga de transmitir o recibir los datos en forma de bits mediante pulsos luminosos o eléctricos. En la imagen se representa la forma en que los datos iniciales van acrecentándose en cada capa al agregársele más datos en cada una de ellas. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 9 El enlace físico es por donde se transmiten los bits de un lado a otro, aquí es importante señalar, aunque no estén en esta figura, que es muy común que los datos en forma de bits atraviesen muchos dispositivos de red, y que estos dispositivos de red regularmente no usan más allá de las 3 capas del modelo OSI, es decir, físico, enlace o red. Es muy importante señalar que todas estas capas, de este modelo de referencia OSI, se usan en todas las redes, entiéndase LAN, MAN, WAN. Aunque este modelo sólo es teórico. “El modelo de referencia OSI, se vislumbró antes de que se inventaran los protocolos correspondientes, por ello es un modelo muy general” (Tanenbaum, 2003, pág. 45). A continuación se explicará qué función tiene cada capa en la arquitectura de redes en el modelo de referencia OSI. En cada una de las capas que se explicarán a continuación, se mencionarán los dispositivos de hardware utilizados en cada capa, respecto a los componentes de software se recapitulará sobre los elementos de software de una red que se revisaron en la Unidad 1, tales como: capas, protocolos (reglas), servicios orientados a conexión, etcétera. 2.1.1. Capa física La capa física es la responsable de la transmisión del flujo de bits a través de un medio de transmisión físico (Forouzan, 2003, pág. 101). Los aspectos de diseño de esta capa deben asegurarnos que cuando se envíe un bit 0 (bit cero) del host A al host B, éste sea recibido del otro lado, es decir al host B. Por bit cero nos referimos a un voltaje de 0 volts. Es importante explicar lo que respecta al bit, por la importancia que reviste en la comprensión de lo que es una capa física, “el bit es la unidad mínima de información que se usa en la informática” (López, J.J., 2000, pág. 37), los bits pueden ser ceros o unos, si se miden los pulsos eléctricos, el uno es un voltaje de 5v, y el cero de 0v, esto tomando en cuenta lo que se conoce de conceptos de electrónica digital, y pueden ser también para el caso de la fibra óptica, el uno es un haz de luz y el cero la ausencia de él. En otras palabras, como sabemos, todo circuito electrónico puede adoptar dos posiciones encendido o apagado, uno o cero, respectivamente, y cualquiera de estos dos estados, representa un bit, unidad binaria o dígito binario (López, J. J., 2000, pág. 37). Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 10 Bits. La informática básica, 2011. Como se puede observar la capa física tiene que ver únicamente con el medio de transmisión empleado, que es por dónde viajan los bits, y como se revisó en la Unidad 1 Introducción a las redes, los medios de transmisión son guiados y no guiados. En el caso de los medios de transmisión guiados se sabe que los ceros o los unos se a través de haces de luz en el caso de la fibra óptica y en el caso de los cables a través de voltajes; pero y ¿Qué pasa con los medios no guiados?, pues bien, se sabe que estos envían o reciben la información a través de ondas de radio, entonces estas ondas de radio son digitalizadas para que puedan ser leídas o comprendidas en lenguaje digital de unos y ceros (lenguaje binario), esto hablando en el caso de cuando se reciben las ondas, cuando se envían tiene un proceso inverso, es decir, esta capa actúa como transmisora y receptora de bits. El dispositivo de red, que trabaja en esta capa es el hub o concentrador (dispositivo que se mencionó en la Unidad 1 como un hardware intermedio), esto es así porque su función es retransmitir los bits enviados o transmitidos. Como se pudo observar, la capa física se encarga de la transmisión y/o recepción de bits, para enviar o recibir los bits entre origen y destino, se necesita de un medio de transmisión, sea alámbrico o inalámbrico (o guiado y no guiado), ya se mencionó que el medio de transmisión que trabaja en esta capa, es el hub o concentrador, el cual sirve sólo como repetidor de la información, esto porque sólo repite los bits que ingresan por él y los retransmite, no añade ni extrae información, como es el caso de las demás capas, simplemente retransmite lo que recibe. Empezamos hablando de la capa física, por dos razones, la primera es porque es la primera capa del modelo de referencia OSI y segundo, porque estamos apegándonos al proceso de recepción de la información, en este caso, cuando la información o los datos se reciben de host A a host B. El host B primero recibe los datos por medio de la capa Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 11 física en formato de bits, la capa física, después de recibir los datos, los envía a la capa de enlace de datos. 2.1.2. Capa de enlace de datos Como dijimos anteriormente, en un proceso de recepción de datos, la primera capa que los recibe es la capa física, esta recibe los datos en forma de bits, una vez que los recibe y organiza, los transmite a la capa de enlace de datos. La capa de enlace de datos es la segunda capa del modelo de referencia OSI, esta capa organiza los bits en unidades lógicas llamadas bloques, tramas o frames, esta capa le pasa los datos a la siguiente capa, la de red, garantizando que esté libre de errores, logra esto, como se mencionó, fragmentando los datos en tramas de datos y transmitiéndolas de manera secuencial, estas tramas pueden integrarse de cientos o de miles de bytes (Tanenbaum, 2003). Esta capa lleva a cabo dos tareas muy importantes, una es el control de errores y la otra es el control de flujo: para controlar los errores, se añaden bits adicionales a las tramas que se envían con la finalidad de detectar errores en las tramas, y si esto pasa pueden suceder dos cosas,la primera tratar de corregir el error, la segunda , solicitar una retransmisión de esa trama, esta retransmisión se solicita a su homólogo del otro lado, es decir a la capa de enlace de datos del otro extremo o del host B, esto partiendo del supuesto que el que host que pide la retransmisión es el host A. Y esto dependerá de qué tan grande es el error, si es pequeño se corrige si no se pide la retransmisión. En el control de flujo, tanto receptor como emisor se ponen de acuerdo para que inmediatamente de que una trama se envíe por el emisor, sea procesada por el receptor, por ello el transmisor puede detener momentáneamente el envío de tramas a fin de que cuente con el tiempo suficiente para procesar las tramas. Como se puede intuir, esta regulación del flujo y el manejo de errores están integrados, la relación entre los conceptos antes mencionados es la siguiente: piensa en que cuando el manejo de errores detecta un “error” en la trama recibida, el control de flujo pide se retransmita la trama fallida.(Tanenbaum, 2003). Esta capa también añade información de direccionamiento, es decir de origen a destino, aunque es importante señalar que sólo se añaden las direcciones de las máquinas o dispositivos contiguos, es decir, esta capa es responsable también de la entrega de nodo a nodo o de host a host, de las tramas. Cuando una estación o host recibe un bloque de datos que no está destinado para ella, cambia la dirección de origen por la suya y la dirección de destino por la de la siguiente estación (Forouzan, 2003). Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 12 Dicho de otra forma, esta capa se encarga también de añadir datos en el mensaje original, por ejemplo, al enviar un mensaje que dice “Hola” y el envío se realiza de la máquina 1 a la máquina 2, la máquina 1, no sabe si la máquina 2 está a un lado o más lejos, pero envía el mensaje con remitente y destinatario, la siguiente máquina (la más próxima toma el mensaje y revisa si ella es la destinataria, si es para ella, aquí termina el proceso de envío, pero si no es ella, entonces vuelve a mandar el mensaje y antes de ello cambia el remitente por su dirección y ya no la original (la enviada la primera vez, es decir, la máquina 1). La funcionalidad de esta capa es muy importante, ya que contribuye a que haya sincronía entre los equipos, además de que ayuda a detectar y corregir los posibles errores que contiene la información que se envía, es decir, las tramas que se envían. Hablando del hardware intermedio de red que se revisó en la Unidad 1, el dispositivo que trabaja en esta capa es el switch o conmutador, y trabaja en esta capa debido a que el direccionamiento que usa para enviar los bloques de una estación a otra es la dirección MAC (Media Access Control) de los dispositivos de red. La dirección MAC es aquella dirección que tienen impresa los dispositivos de red, por esta razón se le conoce como dirección física, ya que está impresa en el dispositivo; esta dirección es única en cada dispositivo y no se puede cambiar (Mejía, 2004). La dirección está compuesta por seis bloques de dígitos escritos en sistema hexadecimal (número escrito en base a 16 dígitos diferentes, se revisó este sistema numérico en la asignatura Matemáticas Discretas), por ejemplo: 00:01:0A:13:60:FD Esta dirección tiene dos componentes, el primero integrado por los tres primeros bloques de la dirección indican el fabricante de ese dispositivo. El siguiente componente en la dirección son los últimos 3 bloques de la dirección, estos son los que definen a ese dispositivo en sí, es decir, esta parte es la que lo hace único en la red, ya que como se comentó anteriormente estas direcciones son únicas y no se van a repetir jamás en ningún otro dispositivo en el planeta. Recapitulando, esta capa maneja como unidad mínima de información a la trama o frame, la cual es un conjunto de bits, esta capa ofrece los servicios de control de errores y control de flujo, a nivel de tramas o frame, para ofrecer estos servicios se pone, por Fabricante del dispositivo Número de identificación del dispositivo Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 13 decirlo de alguna manera, “de acuerdo con su homólogo”, es decir con la capa de enlace de datos de la otra máquina o máquina de destino, el control de errores es el que detecta las tramas defectuosas recibidas y pide una retransmisión a su homólogo. El control de flujo permite que se sincronicen las tramas, esto es, una vez enviada una trama, el receptor deberá procesarla inmediatamente después de haberla recibido, y una vez terminado, deberá el emisor, deberá enviar la siguiente. Esta capa añade también datos de direccionamiento, a nivel físico, es decir, usa las direcciones conocidas como MAC, este direccionamiento se lleva a cabo sólo entre estaciones contiguas, esto es, que no va de origen a destino final, sino que va desde el origen, pasando por varios destinos, que no son los finales ni a los que va dirigido el mensaje, sino que va pasando por una serie de procesos y ayuda a que llegue a su destino, esto lo hace cambiando la dirección del remitente original por la del host al cual corresponda. A continuación se explicará la funcionalidad de la siguiente capa. 2.1.3. Capa de red Como se revisó en la capa anterior, el mensaje va a ir pasando por varios destinos, hasta llegar al final y hasta que llegue al destino final, es cuando entra en operaciones esta capa. Con esta descripción pareciera que el flujo de la información no lleva el orden de las capas, pero si lo lleva, sólo que esta capa entra en operación hasta que el mensaje llega al destino final, esto dado que maneja una dirección lógica, la cual veremos más adelante. Esta capa es la tercera del modelo OSI, y es la tercera según la especificación de ISO. La capa de red es la responsable de entregar un paquete (unidad mínima de información en esta capa, la unidad mínima de información son diferentes capa con capa, según lo que se nombra como flujo de datos OSI que es la forma en que fluyen los datos a través de las capas cambiando su unidad de información) entre el origen y el destino final, como se puede observar a la unidad de datos manejada por esta capa se le llama paquete, un paquete se conforma de tramas, o sea de la unidad mínima de información de la capa anterior . Para realizar esta tarea, la capa de red añade un encabezado a la unidad de datos, que incluye entre otras cosas una dirección de origen y destino lógicas. Según Collado (2009), la dirección de origen y destino lógicas corresponde a “Una dirección de nivel (o capa) 3 (o lógica) es aquella que permite direccionar tráfico directamente hasta su destino”. Esta dirección lógica o dirección IP (más adelante se verá un ejemplo de estas direcciones y a detalle revisaremos este tema en la Unidad 3 “Direccionamiento IP”), de igual forma que la anterior, debe ser única, al menos en las redes. Nótese que los direccionamientos en la capa de enlace cambiaban con frecuencia para moverse a través de la red hasta llegar a su destino, en cambio en esta capa, las direcciones de origen y destino permanecen intactas (Forouzan, 2003). Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 14 En la capa de red se hace distinción entre estaciones terminales y nodos de conmutación. Ejemplo de estaciones terminales y nodos de conmutación (Textos científicos, 2005). En la figura anterior se puede observar un ejemplo de las estaciones terminales y de los nodos de conmutación. Es importante aclarar que aunque en la figuralas estaciones terminales son computadoras, las estaciones terminales también pueden ser impresoras, servidores, smartphones, etc, la imagen es sólo ilustrativa. Las estaciones terminales son lo que se nombró en la unidad 1 como el hardware final, y los nodos de conmutación son aquellos que se nombraron como hardware intermedio. Los nodos de conmutación como se observa en la figura anterior, disponen de diferentes enlaces hacia otros nodos o a terminales, estos nodos, son los que permiten que los paquetes viajen de una estación terminal a otra (Griera & Ordinas, 2008). Tomando en cuenta la figura anterior, es importante mencionar que existen dos tipos de redes de conmutación de paquetes, es importante aclarar que las redes de conmutación de paquetes y la capa de red son cosas diferentes , pero para explicar cómo funciona esta capa es necesario explicarlas a través de una red de conmutación de paquetes (evolución de las redes de conmutación de circuitos) esto se vio en la Unidad 1, dicho esto se continuará con la explicación de los dos tipos de redes de conmutación de paquetes: 1. Redes que funcionan en modo datagrama. Son redes que en la transmisión no se mantiene un vínculo en la red, ello implica que no se garantiza la entrega correcta de los paquetes, estos pueden llegar fuera de orden, duplicados o incluso se pueden perder, los ejemplos de este modo se encuentran en el tema 2.2.4, “Capa de Aplicación” del modelo de referencia TCP/IP. (Griera & Ordinas, 2008). 2. Redes que funcionan en circuito virtual. Estas redes sí garantizan la entrega de paquetes correcta y en orden y lo hacen ya que aplican el concepto de circuito virtual, es decir se tiene un control de por dónde pasan los paquetes, cómo llegan y mejor aún si no llegan (Griera & Ordinas, 2008). Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 15 Cuando un paquete tiene que viajar de una red a otra para llegar a su destino, pueden surgir muchos problemas, entre ellos se encuentran los siguientes, mismos que resuelve esta capa: El direccionamiento usado entre ambas redes puede ser diferente. La segunda red podría no aceptar el paquete por ser demasiado grande. Los protocolos que se usan entre ambas redes son diferentes, etcétera. El equipo o hardware intermedio, como se definió en la Unidad 1, que trabaja en esta capa es el ruteador, este permite enrutar o enviar paquetes entre redes diferentes, por ejemplo entre la red LAN y una red WAN (Internet), además esta capa trabaja con, como se dijo anteriormente, direccionamiento lógico. Este enrutamiento lógico utiliza direcciones que se conocen como IP (Internet Protocol), estas direcciones son de tipo decimal, en el que cada bloque se separa por medio de un punto, por ejemplo 10.9.27.7. Este tipo de direccionamiento se verá a detalle en la Unidad 3. Por poner un ejemplo, la máquina con direccionamiento lógica o cuya IP es 10.9.27.7, desea enviar un paquete una máquina, cuya IP es 192.168.10.58, ambos direccionamientos son diferentes y pertenecen a redes diferentes (esto se verá más a detalle en la Unidad 3), como son direcciones de redes diferentes, es muy probable que no sean parte de la misma LAN (Red de Área Local, lo vimos en la Unidad 1), así que es aquí donde el ruteador realiza su función. Cuando el paquete le llega al ruteador y este conoce la dirección debe enviarlo a la red que le corresponde, esta red puede estar dentro de la MAN o la WAN, eso sólo el ruteador lo sabe, ya que tiene algo que se llama “Tablas de Ruteo”, por medio de las cuales el ruteador sabe a qué dispositivo debe enviar el paquete a fin de que llegue a su destino. La importancia de esta capa, radica básicamente en su capacidad de poder enrutar o encaminar los paquetes a través de la red o las redes implicadas, este encaminamiento o enrutamiento, es desde el origen hasta el destino final. Esta capa maneja dos vertientes para el envío de los paquetes, una de ellas es UDP (User Datagram Protocol) y la otra es TCP (Transmision Control Protocol). La primera significa protocolo no orientado a la conexión, el cual no garantiza la correcta recepción de paquetes, mientras que el segundo es un protocolo orientado a la conexión, el cual sí garantiza la correcta recepción de los paquetes enviados. La unidad mínima de información de esta capa, es el paquete y un paquete se conforma de una o varias tramas, a la unidad mínima de información también se le conoce como PDU (Protocol Data Unit Unidad de datos de protocolo ), en adelante las PDU unidades mínimas de información recibirán un nombre casi genérico, para el caso de la capa de transporte será TPDU, para el caso de la capa de sesión será SPDU (Session Protocol Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 16 Data Unit, Unidad de datos para capa de sesión) para el caso de la capa de presentación será PPDU (Presentation Protocol Data Unit, Unidad de datos para capa de presentación) y para el caso de la capa de Aplicación será APDU (Aplication Protocol Data Unit, Unidad de datos para capa de Aplicación). Esto se puede observar en la siguiente figura: Unidades Mínimas de información (PDU) por capas (Wikipedia, 2013). Como se puede ver en la imagen anterior, conforme se pasa de una capa a otra, se añaden datos, también llamados headers o cabeceras a los datos, esto conforme pasan por cada capa, de arriba hacia abajo, es decir, cuando se va a realizar una transmisión de la información, la información se representa por el cuadro amarillo que está en la parte superior y dice Data, cuando esta información pasa por la capa de aplicación se le añaden datos de control o headers, los cuales están representados por el cuadro naranja con amarillo que dice header y más adelante Data, cuando pasa por la capa de presentación, se observa que los recuadros correspondientes al Header, PH, AH y Data tienen ahora tres colores, Rosa, Naranja y Amarillo, y ahora dice en el recuadro que tiene header, AH y Data, el primero es el header que le añade esta capa, el segundo es el header de la capa de Aplicación (Por eso está como AH Aplication Header) y data se mantiene intacto, se observa que este comportamiento se integra conforme se avanza hacia abajo en las capas, sólo cambia la nomenclatura y los colores usados (estos son sólo con fines de hacer más visibles los nuevos headers y cómo se van integrando en la estructura que se está formando) por ejemplo las siglas NH (Network Header o Header de red), TH (Transport Header o Header de Transporte), SH (Sesion Header o Header de capa de sesión), PH (Presentation Header o Header de presentación), si observamos cada header se mantiene intacto, en cada capa, así como los datos, no se tocan, sólo se añaden los datos de control, esto como dijimos pasa cuando se va transmitir información, es decir, de un host A, quién será el que transmita información al host B. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 17 Cuando se va a recibir información el modelo mostrado en la imagen anterior funcionará desde el medio físico hasta los datos, es decir, por el medio físico se reciben los bits en la capa uno, esta capa le pasa los bits a la capa siguiente (capa de enlace), y esta capa del host B, quitará los headers que le haya añadido la capa de enlace del host A, los bits ahora pasan a ser tramas de bits, vemos en el caso de esta capa que aparece “Tail”, esta es la dirección MAC del destino siguiente y del origen, se revisa que el destinatario sea el host B, en caso de no serlo, cambia la dirección de remitente o de origen, los empaqueta de nuevo, los regresa a la capa físicapara enviarlo al destino siguiente (Para más referencia revisa de nuevo el tema 2.1.2Capa de Enlace de Datos), cuando esta trama la pasa al siguiente nivel, es decir la capa de red, la capa de red le quita los headers de capa de red y revisa que la dirección lógica sea del host B, esto lo vemos con la leyenda “Tal” de color verde, si no es la dirección correspondiente, es decir el destinatario, los empaqueta de nuevo y los regresa a la capa de enlace para que esta lo regrese a la capa física y sean enviados los datos, si la dirección es el destinatario final, el proceso de desempaquetar los datos continúa, y se envían a la siguiente capa, capa de Transporte y de aquí en adelante se van quitando los headers, que como vimos son datos de control que ayudan a tener un control en los datos que se envían, esto mediante el chequeo de errores. 2.1.4. Capa de transporte Cada capa como hemos visto tiene una función muy definida y no funcionan de manera aislada, son parte del modelo de referencia OSI. La capa de transporte, es la siguiente capa del Modelo OSI, después de la capa de Red. La capa de transporte es la responsable de la entrega de origen a destino del mensaje completo, la diferencia de esta capa con la anterior es que la capa de red es responsable de que los paquetes lleguen del origen a su destino final, pero esta capa se responsabiliza por todo el mensaje, viéndolo de otra forma, el mensaje se compone de uno o varios paquetes (Forouzan, 2003). A partir de esta capa el hardware intermedio deja de ser el responsable de la información, ahora lo será el hardware final o terminal (PC’s, lap tops, tabletas, smartphones, servidores, etc.). La capa de transporte es también responsable de asegurar que los mensajes lleguen completos a su destino. Para ello establece una conexión de extremo a extremo, es decir, desde el host que envía, hasta el host que recibe. Para que la capa de transporte se asegure de que los mensajes lleguen completos al destino necesita también recuperar errores y ordenar la información, es decir revisa nuevamente que no hayan existido problemas en las capas anteriores, asegura esto, como lo hacía la capa de Enlace de datos, hablando con su homólogo, es decir, con la capa de Transporte. Se entiende como Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 18 ordenar la información a la acción que lleva a cabo esta capa de ordenar los mensajes, en el orden en que son enviados y etiquetados según los headers. Como se puede observar esta capa tiene como función básica asegurar que los mensajes que se envían en la red sean entregados al destino. Su importancia radica en ello, controlar al mensaje completo, que no llegue el mensaje corrupto, esto lo hace añadiendo bits de control, con estos bits y su comparación se puede saber si el mensaje es el original o si está corrupto. A partir de esta capa, como se mencionó anteriormente, ya no hay dispositivos de red, o hardware intermedio en estas capas, la razón es porque estas capas ya trabajan con equipos de tipo terminal o como se observó en la Unidad 1, hardware terminal. Si nos remitimos a la imagen en donde se explican las PDU por capas, se observa que las capas de Enlace de datos y de red manejan “Tail”, y estas son las direcciones física o lógica respectivamente, por ello estas capas trabajan con equipos de hardware intermedio (como se definió en la Unidad 1), como en las demás capas ya no se manejan las direcciones, se dice que estas capas ya trabajan con el hardware terminal. 2.1.5. Capa de sesión La capa de sesión es la quinta capa del modelo OSI y está diseñada para controlar el diálogo entre los sistemas, establece, mantiene y sincroniza el dialogo entre éstos. Establece el control de diálogo, es decir sirve como mediador para que defina a quién le toca transmitir (Tanenbaum, 2003, pág. 41). Un ejemplo de diálogo que pueden tener sistemas, es cuando se envía un paquete, por ejemplo, quién desea enviar el paquete, sea A, por ejemplo, y B le comunica que lo ha recibido y por ejemplo de le dirá a A que ese paquete llegó en buen estado que está lista para el siguiente paquete, o que está en mal estado y que es necesario retransmitirlo. Esta capa añade también algo que se llama puntos de sincronización, estos dividen un mensaje largo en muchos más pequeños y se aseguran que reciba y reconozca cada parte del mensaje. En este caso si existe una falla en el sistema o en la red, no será necesario retransmitir todo el mensaje, sino más bien mandar sólo los faltantes contando aquel en el que se haya dado la falla, esto en caso de que éste haya llegado corrupto (Forouzan, 2003, pág. 102). El mensaje se compone, como se observó en la capa anterior de “paquetes” y estos a su vez de “tramas”. El mensaje se divide en cada uno de estas PDU, y el punto de sincronización se hace desde cada PDU, una falla en la red puede ser una intermitencia en ella, es decir una desconexión y conexión automática, casi imperceptible, y ello puede hacer que un bit llegue mal, con ello una trama, y por ende un paquete y el mensaje este corrupto; para subsanar esto, se debería retransmitir sólo la trama corrupta y no todo el mensaje. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 19 Como se puede observar la importancia de esta capa radica en la capacidad de establecer, mantener y controlar el enlace, es decir, la conexión que se establece entre dos máquinas que van a compartir información, además de que asegura la correcta transmisión del mensaje y reanuda la transmisión del mismo, no desde el principio, sino desde el punto en donde se originó la falla. Esta capa hace que se establezca una conexión entre ambas máquinas, esto es similar a abrir un circuito virtual entre ellas a fin de establecer la comunicación. Un circuito virtual, es aquel que se establece entre dos máquinas, se le llama virtual porque no es indispensable que sea físico (que exista un cable de por medio, por ejemplo). En muchos casos, esta capa puede ser prescindida, ya que como se observó, las funciones de esta capa son llevadas a cabo por otras capas inferiores, por ejemplo, la capa de Enlace de Datos, de Red o de Transporte. No así sucede con la capa de presentación, veámosla a continuación. 2.1.6. Capa de presentación La capa de presentación es la sexta capa del modelo de referencia OSI y se ocupa de la sintaxis (formato) y la semántica (significado) de la información intercambiada entre dos sistemas. Se enfrenta al hecho de que diferentes sistemas utilizan métodos de codificación distintos, además de que comprime y descomprime los datos para un mejor rendimiento. Cifra y descifra los datos por razones de seguridad (Forouzan, 2003, pág. 102 y 103). Un método de codificación es por ejemplo, para los caracteres, (alfabeto o números) la manera electrónica de representarlo, la compresión de datos es reducir el volumen de un archivo, es muy parecido a los algoritmos usados en zip o rar. Cifrar y descifrar datos significa encriptarlos y desencriptarlos, respectivamente, esto utilizando, por ejemplo, algoritmos tales como AES. AES es un algoritmo de encripción de datos, es decir, es un algoritmo que se usa para tener comunicaciones seguras, por ejemplo, se puede enviar un correo electrónico con esta encripción y sólo la persona que conozca el password podrá ver el correo, de otra forma, nadie más lo podrá ver. La capa de presentación tiene como función básica hacer que entre dos sistemas diferentes se entiendan o sean compatibles, esto dado que si ambos sistemas tienen arquitecturas diferentes, entonces muy seguramente tendrán métodos de codificación y de sintaxis diferentes. Por ejemplo,se puede mencionar el caso de un archivo de texto, que comúnmente se puede visualizar en el bloc de notas en sistemas Windows. Si este archivo va de un sistema Windows a uno Linux, se debe preparar o hacer compatible este archivo para que sea visto en la máquina destino, por no usar la misma codificación, por Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 20 decir algo utilizan ASCII y Unicode, respectivamente, entonces esta capa nos ayuda a transformar de ASCII a Unicode o viceversa. Los códigos ASCII y Unicode son estándares creados para que cualquier texto sea codificado para su uso informático. Es de aclarar en este punto que Unicode es más usado actualmente en la informática. ASCII es comúnmente usado por sistemas anteriores al año 2000, Unicode aparece, porque integra caracteres de idiomas tales como el chino o el japonés, que son incompatibles con ASCII. A continuación se revisará la última capa del modelo OSI, en esta, la presentación de los datos ya tiene un formato que puede ser visualizado por una Aplicación 2.1.7. Capa de Aplicación La capa de aplicación es la séptima capa del modelo de referencia OSI y permite que el usuario, persona o software, tenga acceso a la red, esto lo veremos ejemplificado en el tema 2.2.4 “Capa de Aplicación” del modelo de referencia TCP/IP. Define aplicaciones comunes que pueden implementarse para simplificar el trabajo (Forouzan, 2003). Esta capa contiene varios protocolos que los usuarios usan con frecuencia (Tanenbaum, 2003). Estos protocolos pueden ser http (para visualizar páginas de internet), ftp (para transferencia de datos), etc. En sí todos los protocolos tienen una funcionalidad que las hace atractivas a las usuarios, de estas funcionalidades se habló a grandes rasgos en la Unidad 1, tema 1.1.3 Áreas de aplicación de las redes, y se hablará a detalle de estos también en el tema 2.2.4 “Capa de Aplicación” del modelo de referencia TCP/IP. Se puede concluir que dependiendo de la capa se habla de una unidad mínima de información o PDU: así pues, por ejemplo, en la capa de transporte, se manejan mensajes, la capa de red paquetes, la capa de enlace de datos tramas y la capa física bits. También se revisó lo correspondiente a las funciones de cada capa de abajo hacia arriba, es decir de la capa física a la capa de Aplicación, esto es visto desde la perspectiva de receptor, pero que pasa del otro lado (emisor), recordando que estas capas desarrollan las mismas funciones tanto para un receptor como para un emisor. Si se observa el modelo de arriba hacia abajo y se consideran cada una de las funciones que desarrolla cada capa, el resultado es que la capa de aplicación intenta comunicarse con la otra computadora mediante el uso de un protocolo, por ejemplo http, la capa de presentación se encarga de definir la correcta sintaxis a usar al enviar el mensaje, la capa de sesión se encarga de establecer la sesión o la conexión o el enlace entre las computadoras que se van a comunicar, la capa de transporte se encargará de partir el mensaje completo en paquetes, a fin de que pueda ser leído por la siguiente capa, además esta capa se encargará de verificar que el mensaje llegue íntegro a su destino, la capa de red se encargará de llevar cada paquete al destino final, esto lo hace a través de Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 21 rutas que él conoce para hacer los envíos, la capa de enlace de datos se encarga de partir los paquetes en otras unidades llamadas bloques o tramas, y estas las envía a través de la red, pero esta capa sólo es responsable de enviarla a la siguiente máquina, es decir, al nodo contiguo, además de que en este envío se responsabiliza la capa de enlace de datos por que los datos no lleguen corruptos, la siguiente capa y la última se encargan de enviar las tramas a través de la red en forma de bits. Si se analiza esta explicación, se podrá observar que al parecer las capas además de comunicarse con su inmediato superior o inferior, se comunican con su igual del otro lado de la capa. Los sistemas A y B, pueden ser trasmisor o receptor, y dependerá del rol que se tenga en un momento dado, por ejemplo si A desea transmitir será transmisor y B será receptor, o viceversa. Si A es el transmisor, por ejemplo, A iniciará desde la capa 7 de Aplicación y terminará en capa física, y B recibirá los datos a partir de la capa física hasta la capa de Aplicación. Modelo OSI (Redesudl, s/f). En la figura anterior se observa la forma en que las capas se comunican entre sí, y como se dijo anteriormente no sólo lo hacen de manera vertical, sino horizontal, la manera vertical ya la hemos revisado en esta unidad, dependerá de si se trata de transmisor (de arriba hacia abajo, o de la capa de Aplicación hasta la capa física) o de si es receptor (que será de manera contraria a transmisor, de abajo hacia arriba, desde la capa física hasta la capa de aplicación). La comunicación horizontal es aquella que se da entre capas de igual Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 22 a igual entre host A y B o receptor y emisor, por ejemplo la capa de Aplicación del host A, se comunica con la capa de Aplicación del host B, así mismo lo hará la capa de Presentación del host A con la del host B y así sucesivamente todas las capas. Un ejemplo claro de esta comunicación horizontal se ve claramente en la capa de sesión, el host A pide abrir una sesión de comunicación con el host B y mientras dure la comunicación ese canal estará abierto, una vez terminado se cierra. En los niveles del 4 al 7 (capas de transporte, sesión, presentación y aplicación) esta comunicación entre las capas es más directa, en las capas del uno a la tres (capas física, de enlace de datos y de Red), no lo es tan directa y esto es porque antes debe comunicarse con su homóloga del otro lado, hablando de dispositivos de red (o como lo se vio en la Unidad 1, hardware intermedio), por ejemplo un equipo de capa red, el router, se dice que es de capa 3 porque trabaja en esta capa, pero además de poder trabajar en esta capa, también lo hace en capa 2 y capa 1. En el caso de un switch, que es un dispositivo de capa 2, este puede trabajar sólo con capa 2 y capa 1, y en el caso del repetidor o hub, al ser un dispositivo de capa 1 sólo trabaja en esta capa. En el caso de un router, al encaminar un paquete, lo puede enviar a una tarjeta de red o a un switch, los cuales trabajan en capa 2, ya que usan direccionamiento MAC, y ¿cómo envía el paquete a estos dispositivos? Lo hace a través de la capa 1, o sea el cableado. Concluyendo con el tema acerca del Modelo OSI, es importante mencionar que este modelo tiene gran relevancia en el ámbito del desarrollo de software debido a que es un modelo estándar, con el cual se puede explicar el modelo de referencia TCP/IP, como el modelo OSI lo explica más a detalle que el modelo TCP/IP nos permite tener una visión más general de un modelo de referencia de redes, con el cual se pueden tener menos dudas a la hora de hacer o entender cómo funciona un desarrollo informático dentro de las redes. El Modelo de referencia TCP/IP, que estudiaremos a continuación, tiene muchas similitudes, así como diferencias con el Modelo OSI, es importante mencionar que el TCP/IP nació antes que el modelo OSI, TCP/IP nació por la necesidad de interconectar redes heterogéneas, y OSI nació por la necesidad de definir modelos de interconexión de diferentes fabricantes, por ello su término de abierto. OSI es capaz de describir cómo funciona el modelo de referencia TCP/IP, y no así TCP/IP respecto a OSI. Actividad 1. Identificaciónde las capas del Modelo OSI Para realizar la actividad es necesario que realices una investigación en tu centro de trabajo, en una red que utilices para comunicarte con tus compañeros o familiares (si es el caso de contar con familiares lejanos), o vía internet sobre un caso en el cual puedas identificar el modelo OSI en un sistema de comunicación basado en una red de cómputo. Puedes también tomar como referencia la Evidencia de aprendizaje de la Unidad 1. Una Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 23 vez investigado el caso o recuperado la evidencia de aprendizaje de la Unidad 1, realiza los siguientes pasos: 1. Identifica en el caso seleccionado, los dispositivos de cada una de las capas que conforman el modelo OSI. 2. Identifica cómo se observa el uso de los protocolos en cada una de las capas. 3. Redacta en un archivo de texto en forma detallada el caso y a continuación, 4. Integra en un cuadro comparativo o en un esquema (organiza la información como lo consideres adecuado) el contenido donde expongas el elemento de la red de comunicación que conforma el caso seleccionado que se relaciona con cada una las capas de OSI: física, enlace, red, transporte, sesión, presentación, aplicación. Si hay algún dispositivo que no identifiques en la red de comunicación del caso seleccionado, o hay algún elemento en tu caso seleccionado en el cual no identifiques algún dispositivo correspondiente a algunas de las capas, menciónalo en otra sección de tu cuadro comparativo o esquema. Además integra cómo crees que funcionaría el protocolo HTTP dentro de este modelo de referencia. 5. Guarda tu actividad con la nomenclatura DFDR_U2_A1_XXYZ. Sustituye las XX por las dos primeras letras de tu primer nombre, la Y por tu primer apellido y la Z por tu segundo apellido. 6. Sube tu archivo a la base de datos. 7. Posteriormente, comenta el cuadro comparativo o esquema de al menos, dos de tus compañeros(as), respecto a cada una de las capas de OSI que identificaron en los casos seleccionados, así como los dispositivos y protocolos que ejemplificaron. Realiza tus comentarios con respeto y de forma constructiva. Integra en tu participación tus reflexiones en torno a ¿qué función tiene cada una de las capas de OSI? y la importancia de este modelo en un sistema de comunicación. * Consulta el documento Criterios de evaluación de actividades U2, para ver la rúbrica de la actividad y conocer los parámetros de evaluación. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 24 2.2. Modelo de Referencia TCP/IP En la actualidad existen muchas redes interconectadas, todas ellas pueden ser privadas o públicas. Por privadas, se cuentan por ejemplo las redes empresariales, o la red de nuestro hogar, la red pública más importante en la actualidad es Internet por su alcance y demanda. Originalmente Internet fue un conjunto de redes interconectadas de investigación diseñada para conectar redes heterogéneas, por redes heterogéneas entiéndase una red con diferentes tipos de computadoras y con diferentes sistemas operativos. Como se revisó en la Unidad 1, la red llamada ARPANET fue el embrión de lo que hoy es Internet, este proyecto fue auspiciado por la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).con el tiempo esta red conectó a cientos de universidades e instituciones gubernamentales, esto mediante líneas telefónicas, más tarde, cuando se agregaron satélites y ondas de radio, los protocolos existentes tenían problemas para funcionar, lo que orilló a concebir un nuevo modelo de referencia, de hecho la meta desde que se inició la ARPANET, era esa, conectar diferentes dispositivos en la misma red y que se comunicaran. Esta arquitectura se llama Modelo de referencia TCP/IP (Tanenbaum, 2003). Un modelo de referencia permite analizar la comunicación en red entre dos dispositivos mediante los conceptos de capas, el número de capas, dependerá del modelo de referencia usado, en el caso del modelo OSI, son 7 capas, como vimos anteriormente, en el caso de TCP/IP son 4 capas. Es muy importante señalar, que este modelo de referencia se usa en todas las redes, como pasa en el modelo OSI, pero a diferencia que este modelo no lo hace sólo a nivel teórico, sino práctico. “Con TCP/IP, los protocolos llegaron primero y el modelo fue en realidad una descripción de los protocolos ya existentes. El problema con este modelo es que sólo ayuda a describir redes que son TCP/IP, al contrario con OSI, que OSI ayuda a entender también al modelo de referencia de TCP/IP” (Tanenbaum, 2003, pág. 45). Se explicarán. En los temas que conforman esta unidad se explicará lo correspondiente a cada una de las capas que conforman este modelo TCP/IP. Antes de continuar con el estudio de este modelo, realiza la siguiente actividad. Actividad 2. Importancia de OSI y TCP/IP en el desarrollo de software El propósito de esta actividad es que compartas en el foro algunas ideas y conocimientos que investigues sobre el modelo de referencia TCP/IP, su relación con el modelo OSI y su importancia en relación con tu formación como Desarrollador de software. Para ello, Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 25 realiza los siguientes pasos: 1. Investiga cuál es la relación entre el modelo OSI y TCP/IP y cómo funciona el modelo TCP/IP. 2. Reflexiona en dónde radica la importancia de conocer el modelo TCP/IP para un desarrollador de software. Ingresa al foro y desarrolla el siguiente planteamiento, argumenta tu respuesta con base en los conocimientos adquiridos en el Tema 1.1 y en la investigación realizada sobre el modelo TCP/IP. ¿Cómo apoya el conocimiento de los modelos OSI y TCP/IP en tu formación como desarrollador de software y cuál es la importancia de este modelo en la actualidad? 3. Reflexiona en torno de las aportaciones de tus compañeros. Contribuye con algún comentario a la participación de por lo menos dos de ellos. 4. Con base en las aportaciones de tus compañeros(as), elabora tus conclusiones y sube una segunda participación en el foro.2. * No olvides revisar el archivo Criterios de evaluación de actividades de la Unidad 2 para enriquecer tu participación. 2.2.1. Capa de acceso a la red La capa de acceso a la red es la primera del modelo de referencia TCP/IP y ella define la interfaz física entre el dispositivo de transmisión de datos (por ejemplo la computadora) y el medio de transmisión (Stallings, 2004, pág. 40) La capa de acceso a la red del modelo de referencia TCP/IP es equivalente a la capa física y de enlace de datos del modelo de referencia OSI. La primera (capa física) como sabemos es la encargada de la transmisión del flujo de bits. La segunda (capa de enlace de datos) se refiere al uso de tramas de bits y al uso de direccionamiento MAC. En esta capa trabajan los switches y los hub o repetidores, aunque es necesario aclarar que la funcionalidad de estos equipos en cuanto a capa de funcionalidad nunca se hace en referencia a este modelo de referencia, sino en referencia al modelo de referencia OSI. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 26 Algunos textos separan esta capa en dos, capas: física y capa de acceso, tal y como sucede en el modelo OSI, esto haría que en vez de cuatro capas, sean cinco; sin embargo, nos apegaremos al modelo usado en el RFC 1122 de la IETF la cual es una organización conocida internacionalmente por ser la entidad que regula los estándares de internet conocidoscomo RFC (Request for comments) (Internet Engineering Force, 1989, pág. 10). Podemos concluir que esta capa tiene las funcionalidades de las capas 1 y 2 del modelo de referencia OSI, por lo cual es la encargada de transmitir tramas o frames a través del medio de transmisión y lo hace mediante el uso de direccionamiento físico o de MAC. La siguiente capa, usará el direccionamiento lógico o de IP (Internet Protocol). Es importante mencionar que todas estas capas, de este modelo de referencia, así como del modelo de referencia visto anteriormente OSI, se utilizan en todas las redes. Veamos ahora la capa siguiente. 2.2.2. Capa de Internet La capa de internet es la segunda capa del modelo de referencia TCP/IP. El trabajo de la capa de Internet es hacer que los paquetes (dos o más tramas) viajen en una red o a redes diferentes. La capa de Internet define un formato y protocolo oficial llamado IP (Protocolo de Internet). En esta capa a los paquetes se les llama paquetes IP, y, la tarea de esta capa es evitar la congestión de estos paquetes en el medio y enviar hasta el destino final el paquete IP, para ello enruta estos paquetes hacia una red determinada (Tanenbaum, 2003). El dispositivo que funciona en esta capa es el ruteador. IP es un servicio de interconexión de red no orientado a la conexión, esto significa que no garantiza la llegada de paquetes a su destino, los paquetes en el destino pueden llegar dañados, duplicados o simplemente no llegar (Force, 1989). Como se puede observar esta capa tiene muchas similitudes con la capa de red del modelo OSI, de hecho esa capa es su similar en el otro modelo. No hay gran diferencia entre la capa de red del modelo OSI y la capa de Internet de este modelo, sólo es el nombre al que se refieren a la unidad mínima de información en OSI se llama paquete, y en este modelo se le denomina paquete IP. Es importante señalar, que cuando se habla de un ruteador se dice que trabaja en capa 3 y esto se dice en alusión al modelo de referencia de OSI y no de TCP/IP, se hace la aclaración, por que es muy común escuchar este tipo de referencias en el entorno laboral. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 27 2.2.3. Capa de transporte La capa de transporte es la tercera capa del modelo de referencia TCP/IP. Esta capa define dos protocolos TCP (Protocolo de Control de Transmisión) y UDP (Protocolo de Datagramas de Usuario) (Tanenbaum, 2003). TCP. Es un protocolo confiable, orientado a la conexión, que permite que un flujo de bytes (mensaje) que se origina en una máquina llegue a su destino, sin importar si es de esa red u otra, llegue sin errores (Tanenbaum, 2003), veremos un ejemplo de esto en el tema 2.2.4. Capa de Aplicación. UDP. Este es un protocolo no confiable y por ende, no orientado a la conexión. Este se usa mucho en aplicaciones de consulta única en ambientes de cliente servidor, así como en aplicaciones en donde es más importante la entrega puntual que la precisa, por ejemplo en aplicaciones de voz o vídeo (Tanenbaum, 2003,). Relación IP con TCP y UDP (Tanenbaum, 2003, pág. 43). Como se puede observar en la figura anterior, en las redes LAN, MAN, WAN y PAN el protocolo IP hace uso de los protocolos TCP y UDP, respectivamente, para la entrega de Aplicaciones, en la capa más alta, el uso de un protocolo u otro, dependerá de qué tipo de aplicación se requiera. Telnet y FTP (se definirán en el tema 2.2.4 Capa de aplicación) son aplicaciones que dependen de que se establezca una sesión, o un servicio orientado a la conexión, ya que estas aplicaciones se usan de manera interactiva, es decir, un usuario, puede hacer múltiples peticiones a través de estos servicios y esperar una respuesta, además de esperar si el usuario desea hacer otra petición. Por poner un ejemplo, cuando se realiza un FTP, (FTP, es un protocolo que se usa para la transferencia de archivos) se realizan estos pasos: Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 28 1. Primero se establece una conexión al servidor deseado, es decir nos conectamos a la máquina de la cual deseamos conseguir el archivo que deseamos. 2. Una vez hecha se realiza la petición de transferencia de un archivo, es decir buscamos el archivo que deseamos transferir a nuestro dispositivo (sea computadora o Smartphone, por ejemplo) y lo transferimos. 3. Una vez finalizada, el sistema está listo para hacer otro envío o para terminar la sesión, es decir, una vez que terminemos de copiar el archivo en nuestro dispositivo podemos elegir entre transferir otro archivo o terminar la sesión. En el caso de SMTP y DNS, los cuales se explicarán en el siguiente subtema, son servicios que no dependen de establecer una sesión entre la máquina origen ni destino, simplemente la máquina origen hace la petición, el destino le contesta y ya, los ejemplos de los servicios o protocolos de alto nivel que tenemos: SMTP y DNS, el primero se refiere a correo electrónico, mientras que el segundo se refiere a resolución de nombres. Estos protocolos se revisarán en la siguiente capa, en el tema 2.2.4 “Capa de Aplicación”. 2.2.4. Capa de Aplicación La capa de aplicación es la cuarta y última del modelo de referencia TCP/IP y es equivalente a las capas de sesión, presentación y aplicación del modelo OSI, esto significa que las funcionalidades de estas capas se concentran en una sola en el modelo TCP/IP en esta capa. (Forouzan, 2003). En la capa de aplicación se encuentran todos los protocolos de nivel alto, ejemplos de estos protocolos tenemos: Telnet, FTP, SMTP, HTTP, SSH, SFTP, DNS, SMB, etc. Veamos a grandes rasgos que hacen cada uno de ellos: Telnet. Es un protocolo que se usa para manejar una máquina remotamente a través de línea de comandos como si estuviéramos enfrente de la máquina, este protocolo, tiene deficiencias en cuanto a seguridad, ya que los comandos que se ejecuten en una máquina remota, pueden ser fácilmente interceptados. Este protocolo usa TCP, por ser el protocolo orientado a conexión y fiable, necesitamos fiabilidad en el protocolo Telnet, ya que se establece una sesión con una computadora remota, y le enviamos comandos que deben ser ejecutados en la máquina remota y en la local (o desde donde se establece la comunicación vía telnet) necesitamos ver lo que responde cada comando. SSH: Es un protocolo muy parecido a Telnet con la diferencia de que SSH es un protocolo más seguro, es decir, que no puede ser interceptada la comunicación de este protocolo. Este protocolo usa TCP. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 29 FTP. Es el protocolo para transferencias de archivo, sus siglas son File Transfer Protocol, este al igual que Telnet tiene las mismas deficiencias en cuanto a seguridad, por lo que se implementó un nuevo protocolo llamado SFTP. Este protocolo usa TCP. SFTP: es el protocolo seguro para transferencias de archivos. Usa TCP. SMTP. Es un protocolo que se usa para la transferencia simple de correo electrónico, sus siglas son Simple Mail Transfer Protocol. Por simple se debe entender que no garantiza quien envía el correo, gracias a esta falla es que el SPAM se ha vuelto un problema actualmente, el SPAM (correo basura, es el que comúnmente se va a “correo no deseado”. Este protocolo usa UDP, pues no necesita ser orientado a conexión, sólo envía el correo. HTTP. Protocolo de Transferencia de HyperTexto. Sus siglas son HyperText Transfer Protocol, este se usa para transferencias de páginas web, o dicho de otra forma, es el protocolo que nos permite ver páginas web ennuestro navegador, la implementación segura de este protocolo es HTTPS. Este protocolo usa TCP. DNS. Es un protocolo de resolución de nombres, sus sigla en español es Sistema de nombres de Dominio. Este se encarga de resolver los nombres que usamos en Internet, ya que para ella no hay nombres sólo direcciones IP. El tema de direcciones IP lo veremos en la siguiente Unidad. Este protocolo usa UDP, pues no requiere de confirmación de que se ha recibido la resolución de nombres, que llevaría más tiempo. SMB. Es el protocolo que se usa para el servicio de carpetas compartidas en Windows, hace tiempo este protocolo sólo era exclusivo para plataformas basadas en Windows, ahora también puede ser implementado en sistemas UNIX, Linux y iOS. Este protocolo usa TCP. Todos estos protocolos usan la arquitectura Cliente- Servidor que se observa en la siguiente imagen. Un cliente es un programa que solicita un servicio de otra máquina, llamado servidor, este siempre está disponible. En otras palabras, un cliente es capaz de ejecutar alguna aplicación en un servidor y el servidor envía los resultados al cliente. Otra manera de explicar esto es: un cliente es el demandante y el servidor es el proveedor. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 30 Figura 5. Ejemplo de Modelo Cliente Servidor (Forouzan, Behrouz A. 2003, pág 111). Como pudiste observar este modelo tiene muchas similitudes al Modelo OSI, aún no se utiliza la misma cantidad de capas en un modelo y otro, pero ambos definen la forma en que deben comunicarse entre sistemas, ambos usan la misma unidad de Información. La diferencia entre un modelo y otro es que OSI, es meramente teórico y se usa como guía para la construcción de redes o sistemas de comunicaciones de diferentes fabricantes, por ello OSI especifica sistemas abiertos, haciendo alusión a que interconectará a diversos fabricantes, el término abierto significa eso, conectar a diversos fabricantes, y TCP/IP fue construido mediante la experiencia y mediante estructuras de red ya creadas, y fue con TCP/IP con el que dieron respuesta a la manera de interconectar redes heterogéneas. Autoevaluación El propósito de esta actividad es realizar un análisis del avance que has tenido para detectar las áreas de oportunidad respecto al estudio de la segunda unidad. Para realizar la Autoevaluación, ingresa al listado de actividades en el aula. Evidencia de aprendizaje. Análisis de los Modelos de referencia OSI y TCP/IP El propósito de la actividad es analizar los modelos OSI y TCP/IP respecto a sus características, protocolos y dispositivos que intervienen en cada uno de ellos con base en un caso planteado. Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 31 Para realizar la actividad es necesario que retomes el caso de la actividad 1 e integres en tu esquema o cuadro comparativo un apartado donde expliques las semejanzas y diferencias entre los dos modelos: OSI y TCP/IP para ello realiza los siguientes pasos: 1. Identifica en el elemento de la red que relacionaste con las capas del modelo OSI correspondiente, cómo se observa lo correspondiente al modelo TCP/IP. 2. Explica dónde se identifican los dispositivos y su uso así como los protocolos que funcionan en cada una de sus capas: de acceso a la red, de internet, de transporte y de aplicación. 3. En un cuadro comparativo o en un esquema (organiza la información como lo consideres adecuado) integra las semejanzas y diferencias entre cada uno de los modelos con base en los elementos del caso seleccionado. 4. Integra las ventajas y desventajas de usar los protocolos TCP y UDP, aplicándolos a un ejemplo. 5. Redacta tus conclusiones respecto a la importancia del conocimiento de ambos modelos para el desarrollador de software en la actualidad e intégralas en un párrafo al final de tu cuadro comparativo o esquema. 6. Guarda tu actividad con la nomenclatura DFDR_U2_EA_XXYZ. Sustituye las XX por las dos primeras letras de tu primer nombre, la Y por tu primer apellido y la Z por tu segundo apellido. 7. Envía tu archivo a la herramienta tareas para revisión de tu Facilitador (a) *Consulta el documento Criterios de evaluación de actividades U2, para ver la rúbrica de la actividad y conocer los parámetros de evaluación. Cierre de la unidad En esta Unidad revisaste los Modelos de referencia OSI y TCP/IP, observaste las diferencias y las similitudes entre uno y otro y lo que representa un protocolo en el contexto de los modelos OSI y TCP/IP. Has observado que hay infinidad de protocolos y que aunque se utilicen de manera inconsciente ellos están allí y siempre los hemos utilizado en el contexto de las redes, desde que comenzamos a navegar por internet, o Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 32 cuando utilizamos la impresora en nuestros centros de trabajo, en la escuela, al comunicarnos con nuestros compañeros o Facilitador (a). Es posible comprender la importancia de conocer las características, elementos principales y funcionamiento de estos modelos de referencia, pues de ellos depende que una aplicación que se construya, haciendo uso de alguno de los protocolos mencionados o cualquier otro, funcione de manera adecuada y se consiga el objetivo. Quizás no construyas realmente una aplicación de capa 1, 2 ó 3, hablando en cuanto a capas del modelo de referencia OSI, pero lo que sí es seguro, es que utilizarás protocolos TCP o UDP, para construir aplicaciones de software, dependiendo de las necesidades y requerimientos en el campo laboral y profesional. Para la siguiente Unidad veremos direccionamiento IP, ello por la importancia que tiene para el curso de fundamentos de redes, y porque es muy importante conocer más acerca de este direccionamiento lógico del que hemos venido hablando, con ello se cierra la asignatura. Para saber más Si te interesa saber más acerca del Modelo de referencia ISO-OSI es recomendable que revises el libro de Forouzan, Behrouz A, Introducción a la ciencia de la computación: de la manipulación de datos a la teoría de la computación. (L. Peralta, Trad.) México: International Thompson Editores. Puedes consultar este documento en la sección Material de apoyo. Si estas interesado en conocer más acerca del Modelo de referencia TCP/IP revisa el documento en línea Engineering Task Force (Octubre de 1989). RFC 1122 - Requirements for Internet Hosts. Que se encuentra en la siguiente dirección: http://tools.ietf.org/html/rfc1122 Si deseas saber más sobre ambos modelos OSI y TCP/IP, puedes consultar la obra de William Stalings, Comunicación y redes de computadores en la sección Material de apoyo. Fuentes de consulta Forouzan, Behrouz A. (2003). Introducción a la ciencia de la computación: de la manipulación de datos a la teoría de la computación. (L. Peralta, Trad.) México: International Thompson Editores. http://tools.ietf.org/html/rfc1122 Fundamentos de Redes Unidad 2. Modelos de comunicación Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Desarrollo de Software 33 Griera, Jordi Íñigo; Ordinas, José M Barceló (2008). Estructura de redes de computadores (1a ed.). Barcelona: UOC. Redesudl. (s/f). redesudl - Modelo OSI. Recuperado el 06 de Mayo de 2013, de http://redesudl.wikispaces.com/Modelo+OSI. Romero Ternero, María del Carmen & Barbancho, Concejero, Julio (2010). Redes locales: Sistemas Microinformáticos y redes. Madrid: Paraninfo. Stallings, William. (2004). Comunicaciones y redes de computadores (7a ed.). Madrid:
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