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C A P Í T U L O 2
Arquitectura
de protocolos
2.1. ¿Por qué es necesaria una arquitectura de protocolos? 2.2. Una arquitectura de protocolos simple Un modelo de tres capas Arquitecturas de protocolos normalizadas 2.3. OSI El modelo Normalización dentro del modelo de referencia OSI Primitivas de servicio y parámetros Las capas de OSI 2.4. Arquitectura de protocolos TCP/IP Las capas de TCP/IP TCP y UDP Funcionamiento de TCP e IP Aplicaciones TCP/IP Interfaces de protocolo 2.5. Lecturas recomendadas y sitios web Sitio web recomendado 2.6. Términos clave, cuestiones de repaso y ejercicios Términos clave Cuestiones de repaso Ejercicios Apéndice 2A. El protocolo TFTP (Trivial File Transfer Protocol ) Introducción al TFTP Paquetes TFTP Ejemplo de transferencia Errores y retardos Sintaxis, semántica y temporización
CUESTIONES BÁSICAS Una arquitectura de protocolos es una estructura en capas de elementos hardware y software que facilita el intercambio de datos entre sistemas y posibilita aplicaciones distribuidas, como el comer- cio electrónico y la transferencia de archivos. En los sistemas de comunicación, en cada una de las capas de la arquitectura de protocolos se implementa uno o más protocolos comunes. Cada protocolo proporciona un conjunto de reglas para el intercambio de datos entre sistemas. La arquitectura de protocolos más utilizada es TCP/IP, constituida por las siguientes capas: física, acceso a la red, internet, transporte y aplicación. Otra arquitectura de protocolos importante es el modelo de siete capas OSI ( Open Systems Intercon- nection ). 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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n este capítulo se establece el contexto para el resto de los conceptos e ideas que se desarro- llarán a lo largo del texto. Se muestra cómo los conceptos abordados en las Partes de la II a la V pertenecen a la extensa área de las comunicaciones y redes de computadores. Este capí- tulo se puede leer en el orden secuencial presentado o puede dejarse para el principio de las Partes III, IV o V^1.
Comenzamos presentando el concepto de arquitectura de protocolos en capas, proponiendo un ejemplo sencillo. A continuación, se define el modelo de referencia para la interconexión de siste- mas abiertos OSI ( Open Systems Interconnection ). OSI es una arquitectura normalizada que fre- cuentemente se utiliza para describir las funciones de un sistema de comunicación, aunque en la actualidad esté implementada escasamente. Posteriormente se estudia la arquitectura de protocolos más importante, la familia de protocolos TCP/IP. TCP/IP es un concepto vinculado a Internet y es el marco de trabajo para el desarrollo de un conjunto completo de normas para las comunicaciones entre computadores. En la actualidad, todos los fabricantes de computadores dan soporte a esta arquitectura.
2.1. ¿POR QUÉ ES NECESARIA UNA ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS?
En el intercambio de datos entre computadores, terminales y/u otros dispositivos de procesamiento, los procedimientos involucrados pueden llegar a ser bastante complejos. Considérese, por ejemplo, la transferencia de un archivo entre dos computadores. En este caso, debe haber un camino entre los dos computadores, directo o a través de una red de comunicación, pero además, normalmente se requiere la realización de las siguientes tareas adicionales:
1. El sistema fuente de información debe activar un camino directo de datos o bien debe pro- porcionar a la red de comunicación la identificación del sistema destino deseado. 2. El sistema fuente debe asegurarse de que el destino está preparado para recibir datos.
(^1) Puede ser útil para el lector saltarse este capítulo en una primera lectura para, posteriormente, releerlo con más deteni- miento antes de afrontar la lectura de la Parte V.
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Figura 2.1. Una arquitectura simplificada para la transferencia de archivos.
de órdenes de archivo o de los registros del archivo. Es necesario que esta información (archivos y órdenes) se transmita de una forma fiable. No obstante, estos mismos requisitos de fiabilidad son compartidos por otro tipo de aplicaciones (como por ejemplo, el correo electrónico y la transferen- cia de documentos). Por tanto, estas funcionalidades se localizan en el módulo separado del servi- cio de comunicaciones de tal forma que puedan ser utilizadas por otras aplicaciones. El módulo del servicio de comunicaciones trata de asegurar que los dos computadores estén activos y preparados para la transferencia de datos, así como de seguir la pista de los datos que se intercambian, garanti- zando su envío. No obstante, estas tareas son independientes del tipo de red que se esté usando. Por tanto, la lógica encargada de tratar con la red se considera en un módulo separado de acceso a la misma. De esta forma, si se modifica la red que se esté usando, sólo se verá afectado el módulo de acceso a la red.
Así, en vez de disponer de un solo módulo que realice todas las tareas involucradas en la comunicación, se considera una estructura consistente en un conjunto de módulos que realizarán todas las funciones. Esta estructura se denomina arquitectura de protocolos. Llegados a este pun- to, la siguiente analogía puede ser esclarecedora. Supóngase que un ejecutivo en una oficina, diga- mos X, necesita enviar un documento a una oficina Y. El ejecutivo en X prepara el documento y quizá le añada una nota. Esto es análogo a las tareas que realiza la aplicación de transferencia de archivos de la Figura 2.1. A continuación, el ejecutivo le pasa el documento a un secretario o ad- ministrativo (A). El A de X mete el documento en un sobre y escribe en él la dirección postal de Y, así como el remite correspondiente a la dirección de X. Puede que en el sobre se escriba igual- mente «confidencial». Lo realizado por A corresponde con el módulo del servicio de comunicacio- nes de la Figura 2.1. Llegados aquí, A pasa el sobre al departamento de envíos. Alguien aquí deci- de cómo enviar el paquete: mediante correo o mensajería. Se añaden los documentos necesarios al paquete y se realiza el envío. El departamento de envíos corresponde al módulo de acceso a la red de la Figura 2.1. Cuando el paquete llega a Y, se desencadena una serie de operaciones similares en capas. El departamento de envíos en Y recibe el paquete y lo pasa al administrativo correspon- diente, dependiendo del destino que figure en el paquete. El A abre el paquete, extrae el documen- to y se lo pasa al ejecutivo correspondiente.
A continuación, dentro de esta sección se generalizará el ejemplo anterior para presentar una arquitectura de protocolos simplificada. Posteriormente, consideraremos ejemplos más realistas y complejos, como son TCP/IP y OSI.
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UN MODELO DE TRES CAPAS
En términos muy generales, se puede afirmar que las comunicaciones involucran a tres agentes: aplicaciones, computadores y redes. Las aplicaciones se ejecutan en computadores que, general- mente, permiten múltiples aplicaciones simultáneas. Los computadores se conectan a redes y los datos a intercambiar se transfieren por la red de un computador a otro. Por tanto, la transferencia de datos desde una aplicación a otra implica, en primer lugar, la obtención de los mismos y, poste- riormente, hacerlos llegar a la aplicación destino en el computador remoto.
Teniendo esto presente, parece natural estructurar las tareas de las comunicaciones en tres ca- pas relativamente independientes: la capa de acceso a la red, la capa de transporte y la capa de aplicación.
La capa de acceso a la red está relacionada con el intercambio de datos entre el computador y la red a la que está conectado. El computador emisor debe proporcionar a la red la dirección del destino, de tal forma que la red pueda encaminar los datos al destino apropiado. El computador emisor necesitará hacer uso de algunos de los servicios proporcionados por la red, como por ejem- plo la gestión de prioridades. Las características del software de esta capa dependerán del tipo de red que se use. Así, se han desarrollado diferentes estándares para conmutación de circuitos, con- mutación de paquetes, redes de área local y otros. De esta manera, se pretende separar las funcio- nes que tienen que ver con el acceso a la red en una capa independiente. Haciendo esto, el resto del software de comunicaciones que esté por encima de la capa de acceso a la red no tendrá que ocu- parse de las características específicas de la red que se use. El mismo software de las capas supe- riores debería funcionar correctamente con independencia del tipo de red concreta a la que se esté conectado.
Independientemente de la naturaleza de las aplicaciones que estén intercambiando datos, es un requisito habitual que los datos se intercambien de una manera fiable. Esto es, sería deseable estar seguros de que todos los datos llegan a la aplicación destino y, además, llegan en el mismo orden en que fueron enviados. Como se verá, los mecanismos que proporcionan dicha fiabilidad son in- dependientes de la naturaleza de las aplicaciones. Por tanto, tiene sentido concentrar todos estos procedimientos en una capa común que se comparta por todas las aplicaciones, denominada capa de transporte.
Finalmente, la capa de aplicación contiene la lógica necesaria para admitir varias aplicaciones de usuario. Para cada tipo distinto de aplicación, como por ejemplo la transferencia de archivos, se necesita un módulo independiente y con características bien diferenciadas.
Las Figuras 2.2 y 2.3 ilustran esta arquitectura sencilla. En la Figura 2.2 se muestran tres com- putadores conectados a una red. Cada computador contiene software en las capas de acceso a la red, de transporte y de aplicación para una o más aplicaciones. Para una comunicación con éxito, cada entidad deberá tener una dirección única. En realidad, se necesitan dos niveles de direcciona- miento. Cada computador en la red debe tener una dirección de red. Esto permite a la red propor- cionar los datos al computador apropiado. A su vez, cada aplicación en el computador debe tener una dirección que sea única dentro del propio computador; esto permitirá a la capa de transporte proporcionar los datos a la aplicación apropiada. Estas últimas direcciones son denominadas pun- tos de acceso al servicio (SAP, Ser v ice Access Point ), o también puertos , evidenciando que cada aplicación accede individualmente a los servicios proporcionados por la capa de transporte.
La Figura 2.3 muestra cómo se comunican, mediante un protocolo, los módulos en el mismo nivel de computadores diferentes. Veamos su funcionamiento. Supóngase que una aplicación, aso- ciada al SAP 1 en el computador X, quiere transmitir un mensaje a otra aplicación, asociada al
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Figura 2.4. Unidades de datos de los protocolos.
capa de transporte le añadirá una cabecera, que contendrá información de control de acuerdo con el protocolo. La unión de los datos generados por la capa superior, junto con la información de con- trol de la capa actual, se denomina unidad de datos del protocolo (PDU, Protocol Data Unit ). En este caso, se denominará como PDU de transporte. La cabecera en cada PDU de transporte con- tiene información de control que será usada por el protocolo de transporte par en el computa- dor Y. La información que se debe incluir en la cabecera puede ser por ejemplo:
SAP destino: cuando la capa de transporte destino reciba la PDU de transporte, deberá saber a quién van destinados los datos. Número de secuencia: ya que el protocolo de transporte está enviando una secuencia de PDU, éstas se numerarán secuencialmente para que, si llegan desordenadas, la entidad de transporte destino sea capaz de ordenarlas. Código de detección de error: la entidad de transporte emisora debe incluir un código obte- nido en función del resto de la PDU. El protocolo de transporte receptor realiza el mismo cálculo y compara los resultados con el código recibido. Si hay discrepancia se concluirá que ha habido un error en la transmisión y, en ese caso, el receptor podrá descartar la PDU y adoptar las acciones oportunas para su corrección.
El siguiente paso en la capa de transporte es pasar cada una de las PDU a la capa de red, con la instrucción de que sea transmitida al computador destino. Para satisfacer este requerimiento, el protocolo de acceso a la red debe pasar los datos a la red con una solicitud de transmisión. Como anteriormente, esta operación requiere el uso de información de control. En este caso, el protocolo de acceso a la red añade la cabecera de acceso a la red a los datos provenientes de la capa de transporte, creando así la PDU de acceso a la red. A modo de ejemplo, la cabecera debe contener la siguiente información:
La dirección del computador destino : la red debe conocer a quién (qué computador de la red) debe entregar los datos. Solicitud de recursos : el protocolo de acceso a la red puede pedir a la red que realice algu- nas funciones, como por ejemplo, gestionar prioridades.
En la Figura 2.5 se conjugan todos estos conceptos, mostrando la interacción desarrollada entre los módulos para transferir un bloque de datos. Supongamos que el módulo de transferencia de
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Figura 2.5. Funcionamiento de una arquitectura de protocolos.
archivos en el computador X está transfiriendo, registro a registro, un archivo al computador Y. Cada registro se pasa al módulo de la capa de transporte. Se puede describir esta acción como si se tratase de una orden o una llamada a un procedimiento. Los posibles argumentos pasados en la llamada a este procedimiento serán la dirección del destino, el SAP destino y el registro del archi- vo. La capa de transporte añade el punto de acceso al servicio e información de control adicional, que se agregará al registro para formar la PDU de transporte. Ésta se pasa a la capa inferior de acceso a la red mediante la llamada a otro procedimiento. En este caso, los argumentos para esta llamada serán la dirección del computador destino y la unidad de datos del protocolo de transporte. La capa de acceso a la red usará esta información para construir la PDU de red. La PDU de transpor- te es el campo de datos de la PDU de red, y su cabecera contendrá información relativa a las direc- ciones origen y destino. Nótese que la cabecera de transporte no es «visible» al nivel de acceso a la red; en otras palabras, a dicho nivel no le concierne el contenido concreto de la PDU de transporte.
La red acepta la PDU de transporte de X y la transmite a Y. El módulo de acceso a la red en Y recibe la PDU, elimina la cabecera y pasa la PDU de transporte adjunta al módulo de la capa de transporte de Y. La capa de transporte examina la cabecera de la unidad de datos del protocolo de transporte y, en función del contenido del campo de la cabecera que contenga el SAP, entregará el registro correspondiente a la aplicación pertinente, en este caso, al módulo de transferencia de archivos de Y.
ARQUITECTURAS DE PROTOCOLOS NORMALIZADAS
Cuando se desea establecer una comunicación entre computadores de diferentes fabricantes, el de- sarrollo del software puede convertirse en una pesadilla. Los distintos fabricantes pueden hacer uso de distintos formatos y protocolos de intercambio de datos. Incluso dentro de una misma línea de productos de un fabricante dado, los diferentes modelos pueden comunicarse de forma diferente.
Con la proliferación tanto de las comunicaciones entre computadores como de las redes, el desarrollo de software de comunicaciones de propósito específico es demasiado costoso para ser aceptable. La única alternativa para los fabricantes es adoptar e implementar un conjunto de con- venciones comunes. Para que esto ocurra, es necesaria la normalización. Los estándares tienen las siguientes ventajas:
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Tabla 2.1. Directrices seguidas en la definición de las capas OSI (X.200).
1. No crear demasiadas capas de tal forma que la descripción e integración de las capas impli- que más dificultades de las necesarias. 2. Crear una separación entre capas en todo punto en el que la descripción del servicio sea reducida y el número de interacciones a través de dicha separación sea pequeña. 3. Crear capas separadas allá donde las funciones sean manifiestamente diferentes tanto en la tarea a realizar como en la tecnología involucrada. 4. Agrupar funciones similares en la misma capa. 5. Fijar las separaciones en aquellos puntos en los que la experiencia acumulada haya demos- trado su utilidad. 6. Crear capas que puedan ser rediseñadas en su totalidad y los protocolos cambiados de for- ma drástica para aprovechar eficazmente cualquier innovación que surja tanto en la arqui- tectura, el hardware o tecnologías software, sin tener que modificar los servicios ofrecidos o usados por las capas adyacentes. 7. Crear una separación allá donde sea conveniente tener la correspondiente interfaz normali- zada. 8. Crear una capa donde haya necesidad de un nivel distinto de abstracción (morfológico, sin- táctico o semántico) a la hora de gestionar los datos. 9. Permitir que los cambios en las funciones o protocolos se puedan realizar sin afectar a otras capas. 10. Para cada capa establecer separaciones sólo con sus capas inmediatamente superiores o inferiores. Las siguientes premisas se propusieron igualmente para definir subcapas: 11. Crear posteriores subagrupamientos y reestructurar las funciones formando subcapas den- tro de una capa en aquellos casos en los que se necesiten diferentes servicios de comunica- ción. 12. Crear, allá donde sea necesario, dos o más subcapas con una funcionalidad común, y míni- ma, para permitir operar con las capas adyacentes. 13. Permitir la no utilización de una subcapa dada.
a la capa de aplicación (capa 7). La capa 7 establece una relación paritaria con la capa 7 del com- putador destino, usando el protocolo de la capa 7 (protocolo de aplicación). Este protocolo necesita los servicios de la capa 6, de forma tal que las dos entidades de la capa 6 usan un protocolo común y conocido, y así sucesivamente hasta llegar a la capa física, en la que realmente se transmiten los bits a través del medio físico. Nótese que, exceptuando la capa física, no hay comunicación directa entre las capas pares. Esto es, por encima de la capa física, cada entidad de protocolo pasa los datos hacia la capa inferior contigua, para que ésta los envíe a su entidad par. Es más, el modelo OSI no requiere que los dos sistemas estén conectados directamente, ni siquiera en la capa física. Por ejemplo, para proporcio- nar el enlace de comunicación se puede utilizar una red de conmutación de paquetes o de conmuta- ción de circuitos.
La Figura 2.7 también muestra cómo se usan las unidades de datos de protocolo (PDU) en la arquitectura OSI. En primer lugar, considérese la forma más habitual de implementar un protocolo.
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Figura 2.6. Las capas de OSI.
Cuando la aplicación X tiene un mensaje para enviar a la aplicación Y, transfiere estos datos a una entidad de la capa de aplicación. A los datos se les añade una cabecera que contiene información necesaria para el protocolo de la capa 7 (encapsulado). Seguidamente, los datos originales más la cabecera se pasan como una unidad a la capa 6. La entidad de presentación trata la unidad comple- ta como si de datos se tratara y le añade su propia cabecera (un segundo encapsulado). Este proce- so continúa hacia abajo hasta llegar a la capa 2, que normalmente añade una cabecera y una cola. La unidad de datos de la capa 2, llamada trama, se pasa al medio de transmisión mediante la capa física. En el destino, al recibir la trama, ocurre el proceso inverso. Conforme los datos ascienden, cada capa elimina la cabecera más externa, actúa sobre la información de protocolo contenida en ella y pasa el resto de la información hacia la capa inmediatamente superior.
En cada etapa del proceso, cada una de las capas puede fragmentar la unidad de datos que reci- be de la capa inmediatamente superior en varias partes, de acuerdo con sus propias necesidades. Estas unidades de datos deben ser ensambladas por la capa par correspondiente antes de pasarlas a la capa superior.
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Figura 2.7. El entorno OSI.
Como los límites entre capas están bien definidos, los cambios que se realicen en los están- dares para una capa dada no afectan al software de las otras. Esto hace que sea más fácil introducir nuevas normalizaciones.
La Figura 2.8 muestra el uso del modelo de referencia OSI. La función global de comunicación se descompone en 7 capas distintas, utilizando los principios indicados en la Tabla 2.1. Estos princi- pios esencialmente vienen a ser los mismos que rigen en el diseño modular. Esto es, la función global se descompone en una serie de módulos, haciendo que las interfaces entre módulos sean tan simples como sea posible. Además, se utiliza el principio de ocultación de la información: las ca- pas inferiores abordan ciertos detalles de tal manera que las capas superiores sean ajenas a las par- ticularidades de estos detalles. Dentro de cada capa, se suministra el servicio proporcionado a la capa inmediatamente superior, a la vez que se implementa el protocolo con la capa par en el siste- ma remoto.
La Figura 2.9 muestra de una forma más específica la naturaleza de la normalización requerida en cada capa. Existen tres elementos clave:
Especificación del protocolo: dos entidades en la misma capa en sistemas diferentes coope- ran e interactúan por medio del protocolo. El protocolo se debe especificar con precisión, ya que están implicados dos sistemas abiertos diferentes. Esto incluye el formato de la unidad de datos del protocolo, la semántica de todos los campos, así como la secuencia permitida de PDU.
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Figura 2.8. La arquitectura OSI como un modelo de referencia para las normalizaciones.
Definición del servicio: además del protocolo o protocolos que operan en una capa dada, se necesitan normalizaciones para los servicios que cada capa ofrece a la capa inmediatamente superior. Normalmente, la definición de los servicios es equivalente a una descripción fun- cional que definiera los servicios proporcionados, pero sin especificar cómo se están propor- cionando. Direccionamiento: cada capa suministra servicios a las entidades de la capa inmediatamente superior. Las entidades se identifican mediante un punto de acceso al servicio (SAP). Así, un punto de acceso al servicio de red (NSAP, Network SAP ) identifica a una entidad de trans- porte usuaria del servicio de red. En los sistemas abiertos, la necesidad de proporcionar una especificación precisa del protocolo se evidencia por sí sola. Los otros dos elementos de la lista anterior requieren más comentarios. Con respecto a la definición de servicios, la motivación para proporcionar sólo una definición funcional es la siguiente. Primero, la interacción entre capas adyacentes tiene lugar dentro de los confines de un único sistema abierto y, por tanto, le incumbe sólo a él. Así, mientras las capas pares en dife- rentes sistemas proporcionen los mismos servicios a las capas inmediatamente superiores, los deta- lles de cómo se suministran los servicios pueden diferir de un sistema a otro sin que ello implique pérdida de interoperatividad. Segundo, es frecuente que las capas adyacentes estén implementadas en el mismo procesador. En estas circunstancias, sería interesante dejar libre al programador del sistema para que utilice el hardware y el sistema operativo para que proporcionen una interfaz que sea lo más eficiente posible. En lo que se refiere al direccionamiento, la utilización de un mecanismo de direccionamiento en cada capa, materializado en el SAP, permite que cada capa multiplexe varios usuarios de la capa inmediatamente superior. La multiplexación puede que no se lleve a cabo en todos los nive- les. No obstante, el modelo lo permite.
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Figura 2.10. Diagramas temporales de las primitivas de servicio.
2. La entidad origen ( N .1) prepara una PDU ( N .1) para enviársela a su entidad par ( N .1). 3. La entidad destino ( N. 1) entrega los datos al destino apropiado ( N ) a través de la primiti- va de indicación , que incluye como parámetros los datos y la dirección origen. 4. Si se requiere una confirmación, la entidad destino ( N ) emite una primitiva de respuesta a su entidad ( N- 1). 5. La entidad ( N. 1) convierte la confirmación en una PDU ( N. 1). 6. La confirmación se entrega a la entidad ( N ) a través de una primitiva de confirmación. Esta secuencia de eventos se conoce como un servicio confirmado , ya que el que inicia la transfe- rencia recibe una confirmación de que el servicio solicitado ha tenido el efecto deseado en el otro extremo. Si solamente se invocan las primitivas de solicitud e indicación (correspondientes a los pasos 1 a 3), entonces se denomina servicio no confirmado : la entidad que inicia la transferencia no recibe confirmación de que la acción solicitada haya tenido lugar (Figura 2.10b).
LAS CAPAS DE OSI
En esta sección se estudian brevemente cada una de la capas y, donde sea pertinente, se proporcio- nan ejemplos de normalizaciones para los protocolos de estas capas.
Capa física
La capa física se encarga de la interfaz física entre los dispositivos. Además, define las reglas que rigen en la transmisión de los bits. La capa física tiene cuatro características importantes: Mecánicas: relacionadas con las propiedades físicas de la interfaz con el medio de transmi- sión. Normalmente, dentro de estas características se incluye la especificación del conector que transmite las señales a través de conductores. A estos últimos se les denominan circuitos. Eléctricas: especifican cómo se representan los bits (por ejemplo, en términos de niveles de tensión), así como su velocidad de transmisión.
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Funcionales: especifican las funciones que realiza cada uno de los circuitos de la interfaz física entre el sistema y el medio de transmisión.
De procedimiento: especifican la secuencia de eventos que se llevan a cabo en el intercam- bio del flujo de bits a través del medio físico.
En el Capítulo 6 se estudian con detalle los protocolos de la capa física. Algunos ejemplos de es- tándares de esta capa son el EIA-232-F y algunas secciones de los estándares de comunicaciones inalámbricas y LAN.
Capa de enlace de datos
Mientras que la capa física proporciona exclusivamente un servicio de transmisión de datos, la ca- pa de enlace de datos intenta hacer que el enlace físico sea fiable. Además proporciona los medios para activar, mantener y desactivar el enlace. El principal servicio proporcionado por la capa de enlace de datos a las capas superiores es el de detección y control de errores. Así, si se dispone de un protocolo en la capa de enlace de datos completamente operativo, la capa adyacente superior puede suponer que la transmisión está libre de errores. Sin embargo, si la comunicación se realiza entre dos sistemas que no estén directamente conectados, la conexión constará de varios enlaces de datos en serie, cada uno operando independientemente. Por tanto, en este último caso, la capa su- perior no estará libre de la responsabilidad del control de errores.
El Capítulo 7 se dedica a los protocolos de enlace de datos. Algunos ejemplos de estándares en esta capa son HDLC y LLC.
Capa de red
La capa de red realiza la transferencia de información entre sistemas finales a través de algún tipo de red de comunicación. Libera a las capas superiores de la necesidad de tener conocimiento sobre la transmisión de datos subyacente y las tecnologías de conmutación utilizadas para conectar los sistemas. En esta capa, el computador establecerá un diálogo con la red para especificar la direc- ción destino y solicitar ciertos servicios, como por ejemplo, la gestión de prioridades.
Existe un amplio abanico de posibilidades para que los servicios de comunicación intermedios sean gestionados por la capa de red. En el extremo más sencillo están los enlaces punto-a-punto directos entre estaciones. En este caso no se necesita capa de red, ya que la capa de enlace de datos puede proporcionar las funciones de gestión del enlace necesarias.
Siguiendo en orden de complejidad creciente, podemos considerar un sistema conectado a tra- vés de una única red, como una red de conmutación de circuitos o de conmutación de paquetes. Un ejemplo de esta situación es el nivel de paquetes del estándar X.25. La Figura 2.11 muestra cómo la presencia de una red se encuadra dentro de la arquitectura OSI. Las tres capas inferiores están relacionadas con la conexión y la comunicación con la red. Los paquetes creados por el sistema final pasan a través de uno o más nodos de la red, que actúan como retransmisores entre los dos sistemas finales. Los nodos de la red implementan las capas 1 a 3 de la arquitectura. En la figura anterior se muestran dos sistemas finales conectados a través de un único nodo de red. La capa 3 en el nodo realiza las funciones de conmutación y encaminamiento. Dentro del nodo, existen dos capas del enlace de datos y dos capas físicas, correspondientes a los enlaces con los dos
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Capa de sesión
Las cuatro capas inferiores del modelo OSI proporcionan un medio para el intercambio fiable de datos permitiendo, a su vez, distintos niveles de calidad de servicio. Para muchas aplicaciones, este servicio básico es, a todas luces, insuficiente. Por ejemplo, una aplicación de acceso a un terminal remoto puede requerir un diálogo half-duplex. Por el contrario, una aplicación para el proce- samiento de transacciones puede necesitar la inclusión de puntos de comprobación en el flujo de transferencia para poder hacer operaciones de respaldo y recuperación. De igual manera, otra apli- cación para procesar mensajes puede requerir la posibilidad de interrumpir el diálogo, generar nue- vos mensajes y, posteriormente, continuar el diálogo desde donde se interrumpió.
Todas estas capacidades se podrían incorporar en las aplicaciones de la capa 7. Sin embargo, ya que todas estas herramientas para el control del diálogo son ampliamente aplicables, parece ló- gico organizarlas en una capa separada, denominada capa de sesión.
La capa de sesión proporciona los mecanismos para controlar el diálogo entre las aplicaciones de los sistemas finales. En muchos casos, los servicios de la capa de sesión son parcialmente, o incluso, totalmente prescindibles. No obstante, en algunas aplicaciones su utilización es ineludible. La capa de sesión proporciona los siguientes servicios:
Control del diálogo: éste puede ser simultáneo en los dos sentidos ( full-duplex ) o alternado en ambos sentidos ( half-duplex ). Agrupamiento: el flujo de datos se puede marcar para definir grupos de datos. Por ejemplo, si una empresa o almacén está transmitiendo los datos correspondientes a las ventas hacia una oficina regional, éstos se pueden marcar de tal manera que se indique por grupos el final de las ventas realizadas en cada departamento. Este servicio permitiría que el computador destino calcule los totales de las ventas realizadas en cada departamento.
Recuperación: la capa de sesión puede proporcionar un procedimiento de puntos de com- probación, de forma que si ocurre algún tipo de fallo entre puntos de comprobación, la enti- dad de sesión puede retransmitir todos los datos desde el último punto de comprobación.
ISO ha definido una normalización para la capa de sesión que incluye como opciones los servicios que se acaban de describir.
Capa de presentación
La capa de presentación define el formato de los datos que se van a intercambiar entre las aplica- ciones y ofrece a los programas de aplicación un conjunto de servicios de transformación de datos. La capa de presentación define la sintaxis utilizada entre las entidades de aplicación y proporciona los medios para seleccionar y modificar la representación utilizada. Algunos ejemplos de servicios específicos que se pueden realizar en esta capa son los de compresión y cifrado de datos.
Capa de aplicación
La capa de aplicación proporciona a los programas de aplicación un medio para que accedan al entorno OSI. A esta capa pertenecen las funciones de administración y los mecanismos genéricos necesarios para la implementación de aplicaciones distribuidas. Además, en esta capa también resi- den las aplicaciones de uso general como, por ejemplo, la transferencia de archivos, el correo elec- trónico y el acceso desde terminales a computadores remotos, entre otras.
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2.4. LA ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS TCP/IP
La arquitectura de protocolos TCP/IP es resultado de la investigación y desarrollo llevados a cabo en la red experimental de conmutación de paquetes ARPANET, financiada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa (DARPA, Defense Ad v anced Research Pro- jects Agency ), y se denomina globalmente como la familia de protocolos TCP/IP. Esta familia con- siste en una extensa colección de protocolos que se han especificado como estándares de Internet por parte de IAB ( Internet Architecture Board ).
LAS CAPAS DE TCP/IP
El modelo TCP/IP estructura el problema de la comunicación en cinco capas relativamente inde- pendientes entre sí: Capa física. Capa de acceso a la red. Capa internet. Capa extremo-a-extremo o de transporte.
Capa de aplicación. La capa física define la interfaz física entre el dispositivo de transmisión de datos (por ejemplo, la estación de trabajo o el computador) y el medio de transmisión o red. Esta capa se encarga de la especificación de las características del medio de transmisión, la naturaleza de las señales, la velo- cidad de datos y cuestiones afines. La capa de acceso a la red es responsable del intercambio de datos entre el sistema final (ser- vidor, estación de trabajo, etc.) y la red a la cual está conectado. El emisor debe proporcionar a la red la dirección del destino, de tal manera que ésta pueda encaminar los datos hasta el destino apropiado. El emisor puede requerir ciertos servicios que pueden ser proporcionados por el nivel de red, por ejemplo, solicitar una determinada prioridad. El software en particular que se use en esta capa dependerá del tipo de red que se disponga. Así, se han desarrollado, entre otros, diversos estándares para la conmutación de circuitos, la conmutación de paquetes (por ejemplo, retransmi- sión de tramas) y para las redes de área local (por ejemplo, Ethernet). Por tanto, tiene sentido sepa- rar en una capa diferente todas aquellas funciones que tengan que ver con el acceso a la red. Haciendo esto, el software de comunicaciones situado por encima de la capa de acceso a la red no tendrá que ocuparse de los detalles específicos de la red a utilizar. El software de las capas superio- res debería, por tanto, funcionar correctamente con independencia de la red a la que el computador esté conectado. Para sistema finales conectados a la misma red, la capa de acceso a la red está relacionada con el acceso y encaminamiento de los datos. En situaciones en las que los dos dispositivos estén co- nectados a redes diferentes, se necesitarán una serie de procedimientos que permitan que los datos atraviesen las distintas redes interconectadas. Ésta es la función de la capa internet. El protocolo internet (IP, Internet Protocol ) se utiliza en esta capa para ofrecer el servicio de encaminamiento a través de varias redes. Este protocolo se implementa tanto en los sistemas finales como en los en- caminadores intermedios. Un encaminador es un procesador que conecta dos redes y cuya función principal es retransmitir datos desde una red a otra siguiendo la ruta adecuada para alcanzar al destino.
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