Niveles en Redes de Comunicación

1. Niveles en Redes de Comunicación • En general, las redes para la comunicación de datos se organizan en un conjunto de capas o niveles cuyo objetivo es el de simplificar su estudio y desarrollo. • Cada capa o nivel se desarrolla sobre la anterior, de forma que recibe una serie de servicios sin conocer como se han desarrollado las anteriores capas. • Al conjunto de niveles con sus servicios y protocolos existentes en una red se le denomina Arquitectura de Red.

2. Niveles en Redes de Comunicación Los niveles de un sistema de comunicación los podemos dividir en los siguientes, y su función sería la respuesta a las siguientes cuestiones

3. Niveles en Redes de Comunicación • Nivel de Aplicación:¿Qué se desea hacer? Los servicios necesarios para que se comuniquen las aplicaciones, como bloqueo de ficheros, acceso a partes del sistema, etc. • Nivel de Presentación: ¿Cómo me entenderá el otro proceso? • Conversión de códigos y reformateo de las aplicaciones del usuario, como presentación en todos los tipos de terminales, conversión de los códigos de países, etc.

4. Niveles en Redes de Comunicación • Nivel de Sesión: ¿Con quién y cómo se establece la comunicación? • Interface del usuario para establecer la comunicación en la red. Identificación del usuario, palabra de paso, características de la conexión, errores al comunicarse al servidor. • Nivel de Transporte:¿Dónde está el otro proceso? • Dirige el flujo de información y transfieren los datos entre las máquinas, establece la conexión, la difunde a múltiples destinatarios, separa la información en tramas, etc.

5. Niveles en Redes de Comunicación • Nivel de Red: ¿Por qué ruta se llega allí? • Conecta y encamina el flujo de información, viendo rutas alternativas, costes, etc. • Nivel de Enlace: ¿Cómo ir a través de esa ruta? • Asegura la transmisión sin errores, da normas de sincronización, gestión de secuencias de control. • Nivel Físico: ¿Cómo se puede conectar al medio físico? • Proporciona el medio material, fija las normas de voltaje, velocidad, frecuencias, etc.

6. Niveles en Redes de Comunicación • Ejemplo de niveles en una comunicación, envío de una carta postal: • Nivel 7: el texto escrito sobre el papel. • Nivel 6: el sobre y el franqueo correspondiente. • Nivel 5: acciones para echar la carta al correo. • Nivel 4: acciones de clasificación de la carta en la oficina de correo. • Nivel 3: ruta asignada para que llegue la carta a su destino. • Nivel 2: distintas escalas por donde va pasando la carta. • Nivel 1: medio físico de transporte: tren, motocicleta, etc.

7. Modelo de referencia OSI El Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI-Open System Interconnection) fue publicado en 1983 por la Organización Internacional de Estándares (International Standars Organization-ISO), para la normalización de las redes teleinformáticas abiertas, es decir, aquellas en las que se pueden interconectar terminales entre distintas organizaciones y naturalezas. Los niveles del sistema OSI son los expuestos anteriormente, y aunque no es el único es el más estructurado y difundido.

8. Modelo de referencia OSI La transmisión de datos entre el equipo emisor y el receptor se realiza añadiendo cabeceras de control cuando la información pasa de un nivel a otro, hasta llegar al nivel físico que es cuando son transmitidos los datos por el medio de comunicaciones. Cuando llega al receptor se van eliminando las cabeceras de los diferentes niveles de forma inversa.

9. Modelo de referencia OSI • La estructura de una red de comunicaciones esta compuesta por una serie de nodos por donde fluye la información. • Se define el usuario final como el elemento que da origen o es el destino de la información. • Un nivel es cada una de las particiones en la que se divide la arquitectura de un sistema teleinformático. • Se considera protocolo al conjunto de normas que controlan y coordinan el intercambio de información entre los procesos que se ejecutan en el mismo nivel.

10. Modelo de referencia OSI

11. OSI. Nivel Físico Es el encargado de formular las especificaciones de orden mecánico, eléctrico, funcional y procedimental que debe satisfacer los elementos físicos del enlace de datos. Por ejemplo

12. OSI. Nivel Físico Mecánicos: detalles de aspectos físicos (número y dimensiones de los conectores y de los pines) y lógicos (funciones de cada contacto). Eléctricos: se especifican la tensión e intensidad y las características de protección y seguridad de los contactos. Funcionales: se especifican los métodos y medios físicos para cada estado de la conexión. Indica los pasos secuenciales para cada proceso de comunicación, y también los diferentes estados en los que se puede encontrar el medio y los equipos (preparado, ocupado, averiado, enviando, etc.).

13. OSI. Nivel Físico • Como ejemplo valga la recomendación ISO y CCITT V.24 que coincide con la RS-232-C americana, que indica qué dimensiones y que funcionalidad tiene el conector común del puerto paralelo.

14. OSI. Nivel Físico En este nivel físico también se regularían la normalización de los módems con la velocidad de transmisión, tipo de línea, modulación, etc.

15. OSI. Nivel de Enlace El enlace de datos es el conjunto de dos equipos terminales de datos y los elementos que configuran la red de transmisión para producir el intercambio de información. En la parte lógica, son los procedimientos para el establecimiento, mantenimiento y desconexión de los circuitos, envío de los bloques de información y detección y corrección de errores de comunicación.

16. OSI. Nivel de Enlace Trama o bloque: Es la unidad de transferencia de información en el nivel de enlace, de manera que la información se trocea en unidades y se envía secuencialmente. La trama puede ser de control o de información.

17. OSI. Nivel de Enlace Configuraciones de enlace de datos: Punto a punto: conexiones entre dos equipos terminales de forma directa. Enlace multipunto: conexiones de varios equipos terminales en paralelo hacia una misma conexión. Enlace en bucle: conecta los equipos terminales en serie.

18. OSI. Nivel de Enlace

19. OSI. Nivel de Enlace • Los equipos terminales pueden ser el ordenador central, un PC, un terminal, una impresora, un nodo de conmutación de paquetes, etc. • Para poder conectarse necesitan suministrárseles una función de comunicaciones (como una tarjeta integrada de comunicaciones) y se transforman en estaciones de enlace de datos..

20. OSI. Nivel de Enlace Clasificación • Estación de enlace primaria o maestra: se encarga de gestionar el control de la comunicación y tomar decisiones. Genera órdenes de comunicación y recibe respuesta de situación. • Estación de enlace secundaria o esclava: recibe órdenes de conexión y genera respuestas de estado. No realiza funciones importantes de gestión de control. • Estación de enlace combinada: puede generar órdenes y respuestas, por ejemplo en una gestión compartida del control del enlace.

21. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Iniciación: Envío de tramas de control entre las estaciones de enlace para descubrir la disponibilidad de ambas para transmitir o recibir la información. • Identificación: Procesos para determinar la estación destino o a la que da origen a la información. Se envían tramas de identificación para reconocer a las estaciones mutuamente. • Terminación: Procesos que determinan que los datos han sido bien recibidos y se procede a la desconexión del enlace, dejando libre los recursos ocupados.

22. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Sincronización de la señal: Para que los aparatos receptores sondeen el canal en el momento adecuado, se suele enviar bits para sincronizar la exploración de la señal. • Segmentación: Al enviar mensajes entre dos estaciones de enlace, puede que un mensaje sea muy largo, por lo que estaremos expuestos a que si hay algún error en un bit del mensaje tengamos que volver a retransmitirlo entero; para evitar esto se suele optar por dividir el mensaje en tramas (segmentación), identificadas y numeradas convenientemente. Si en este caso se produjera un error en alguna de las tramas bastaría con reenviar la errónea.

23. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Bloqueo: En el caso contrario, si entre dos estaciones de enlace surge la necesidad de enviar varios mensajes muy cortos dirigidos por ejemplo a la misma estación receptora, sería poco eficiente para cada pequeño mensaje realizar la sincronización, los controles de errores, etc. La solución consiste en agrupar los mensajes cortos en una sola trama (bloqueo).

24. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Sincronización de trama: Consiste en la forma de diferenciar cuando empieza y termina una trama. Existen tres modalidades: • Utilización de caracteres especiales que indiquen el principio y el fin de la trama. • Indicar con un carácter especial el principio de la trama, seguido del número de caracteres que compondrán la trama. • Utilizar el mismo carácter (guión) para indicar el principio y final de la trama.

25. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS

26. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Transparencia: Son los procedimientos y convencionalismos que se siguen para diferenciar los bits de información a los bits que indican un carácter de control del protocolo. • Control de errores: Es el funcionamiento del sistema ante un error en la transmisión de alguna trama o varias. Se pueden seguir varias políticas: • parar la transmisión para que vuelva a transmitir una trama errónea • esperar a enviar todas las trama e informar de las erróneas para la retransmisión • terminar la recepción ante un número de tramas erróneas, y otras.

27. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Control de flujo: es la regulación del envío de las tramas entre los interlocutores. Se busca la optimización del medio y la seguridad de la información. También se siguen varias políticas: • parada y espera: a cada envío de una trama, el emisor espera hasta que el receptor le indica que puede enviar otra. • parada y arranque: el emisor envía tramas hasta que el receptor le indica que pare un tiempo. El receptor le vuelve a indicar que reanude la transmisión cuando sea oportuno. • ventana deslizante: el receptor indica al emisor cuántas tramas puede enviarle; es la más utilizada.

28. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Recuperación de anomalías: son los procedimientos seguidos ante una circunstancia poco corriente en una transmisión de datos. Por ejemplo indican el modo de actuar ante tiempo de espera de confirmación o de envío elevados, número de reintentos en cada llamada, etc. • Gestión de enlace: son los procedimientos básicos de la gestión del establecimiento, mantenimiento y desconexión del enlace en la comunicación.

29. OSI. Nivel de Enlace FUNCIONES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Coordinación de la comunicación: se establece una jerarquía de poder en la toma de decisiones de enlace a través de las estaciones. Principalmente existen dos métodos de coordinación: • centralizado: hay una estación principal que toma el mando de control de los envíos de información de todo el sistema, se encarga de sondear a las estaciones para comprobar su situación, decide quién y cuándo puede realizar la comunicación, etc. • de contienda: todas las estaciones se disputan el recurso del canal de comunicaciones. El protocolo marca la estación que puede transmitir. (Ejemplo Aloha).

30. OSI. Nivel de Enlace FASES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Conexión física del circuito: Operaciones necesarias para el establecimiento del circuito físico que unen a las dos estaciones. • Conexión lógica del circuito: Procesos necesarios para la preparación de la transmisión, comprobando que las estaciones están dispuestas para la comunicación. • Transferencia de los datos: Procesos para que el conjunto de tramas que se quieren enviar obtenga éxito sin errores.

31. OSI. Nivel de Enlace FASES DE UN PROTOCOLO A NIVEL DE ENLACE DE DATOS • Terminación de la transferencia de datos: Procedimiento de liberación de los recursos que habían sido reservados para realizar la transmisión de datos. • Desconexión del circuito físico: Operaciones para desconexión física de los elementos electrónicos que han intervenido en la comunicación.

32. OSI. Nivel de Red Se encarga del transporte de los paquetes de datos (unidad de este nivel), proporcionando información adicional para el establecimiento y control de la transmisión. Controla la transmisión a través de los nodos de la red posibilitando el encaminamiento de los paquetes.

33. OSI. Nivel de Red Tipos de protocolos en el nivel de red: • Protocolos de tipo datagrama: Cada paquete es enviado desde el origen al destino de forma independiente al resto. Puede provocar que paquetes del mismo mensaje lleguen al destino por caminos distintos. Tiene gran tendencia a errores. • Protocolos de circuito virtual: Se establece entre origen y destino un camino permanente o conmutado por el que se envían todos los paquetes del mensaje. Es menos ágil y menos eficiente, pero más seguro, ya que si los paquetes de un mensaje viajan por nodos diferentes está más expuesto a errores de transmisión.

34. OSI. Nivel de Red • Equipo terminal de datos (ETD): son los dispositivos que quieren transmitir datos a otras estaciones (a otros ETD) • Equipo terminal de circuito de datos (ETCD): son los nodos de la red a los que se conectan directamente los ETD para poder establecer una comunicación.

35. OSI. Nivel de Red Una topología de red es la forma en la que se conectan los nodos y los terminales de datos en una red de comunicación. • Red totalmente conectada: Todos los nodos se encuentran conectados entre sí. Para conectar dos terminales, cada terminal se conecta de forma directa con su nodo y los nodos entre sí directamente.

36. OSI. Nivel de Red

37. OSI. Nivel de Red • Red en estrella: Todos los nodos se encuentran conectados directamente a un nodo central que actúa como coordinador de las transmisiones. El coste de los enlaces es menor, pero si se paraliza el nodo central se cae el sistema. • Red en anillo: Consiste en la conexión de los nodos de forma que dibujen un bucle cerrado. Usualmente uno de los nodos asume el papel de nodo supervisor de errores. Tiene la gran ventaja de su simplicidad pero el inconveniente que si se rompe un enlace se pierde toda la conectividad. Los enlaces por eso suelen estar duplicados.

38. OSI. Nivel de Red

39. OSI. Nivel de Red

40. OSI. Nivel de Red • Red en malla o irregular: Unión de los nodos de una red según las necesidades de cada caso, no posee un esquema lógico que mejore su rendimiento, sino que los enlaces existen atendiendo a necesidades propias de la red. • Red en bus: Conexión de los nodos de la red de forma lineal sin cerrar la conexión. Es muy sencilla y barata, pero presenta el problema del acceso al medio.

41. OSI. Nivel de Red • Red en árbol: es una conexión de nodos jerarquizada donde cada conexión pasa por el nodo padre en cada subárbol. Se utiliza cuando existen nodos con preferencia de importancia en las conexiones. También sirve para mejorar la conexión por división en subgrupos. • Red mixta: es una combinación de todas las anteriores; es en la práctica la más usada. Se compone de una topología de formas diferentes separadas en subredes.

42. OSI. Nivel de Red CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DEL NIVEL DE RED La misión principal del nivel de red es la del encaminamiento de los paquetes a través de los nodos, por lo que estos deben conocer la topología de la red para seleccionar el camino más adecuado con el fin de evitar sobrecargas. También se encarga de permitir la comunicación entre estaciones de redes distintas. Los nodos poseen capacidad de memoria para almacenar los mensajes que les llegan.

43. OSI. Nivel de Red. Encaminamiento • Consiste en el conjunto de estrategias de establecimiento de rutas óptimas para el envío de los paquetes de información entre emisor y receptor. • Los algoritmos de encaminamiento son los procedimientos que toman las decisiones en cada nodo para enviar un paquete por un camino u otro. • con asignación estática de rutas: la información del tráfico es recibida en los nodos de la red al comienzo de su actividad o en ocasiones puntuales. • con asignación dinámica de rutas: las características del tráfico son actualizadas en cada momento por los nodos de la red comunicando esta información.

44. OSI. Nivel de Red. Encaminamiento Tabla de encaminamiento: indica en el tiempo en ms que tarda un paquete en llegar al destino.

45. OSI. Nivel de Red. Encaminamiento • Consiste en el conjunto de estrategias de establecimiento de rutas óptimas para el envío de los paquetes de información entre emisor y receptor. • Los algoritmos de encaminamiento son los procedimientos que toman las decisiones en cada nodo para enviar un paquete por un camino u otro. • con asignación estática de rutas: la información del tráfico es recibida en los nodos de la red al comienzo de su actividad o en ocasiones puntuales. • con asignación dinámica de rutas: las características del tráfico son actualizadas en cada momento por los nodos de la red comunicando esta información.

46. OSI. Nivel de Red. Encaminamiento Características esenciales de un algoritmo de encaminamiento (I): • Simplicidad: algoritmos sencillos, programas pequeños y bien estructurados. • Fiabilidad: debe responder ante todos los posibles casos encontrados y debe ser inmune a los errores de transmisión.

47. OSI. Nivel de Red. Encaminamiento Características esenciales de un algoritmo de encaminamiento (II): • Convergencia: debe alcanzar rápidamente un régimen estable de soluciones de encaminamiento. • Adaptación: debe poder adaptarse a cualquier cambio en la topología de la red y a cambios bruscos del tráfico. • Bajo coste: debe consumir pocos recursos de memoria y tiempo de proceso.

48. OSI. Nivel de Red. Encaminamiento Elementos considerables por un algoritmo para la selección de una ruta(I): • Rendimiento: se debe buscar un bajo número de enlaces, coste total de los enlaces escogidos, y demora en el envío de información • Tiempo de envío: el tiempo que se tarda en transmitir la información entre el emisor y el receptor.

49. OSI. Nivel de Red. Encaminamiento Elementos considerables por un algoritmo para la selección de una ruta(II): • Elemento de decisión: el encaminamiento puede decidirlo el nodo origen, cada nodo por donde pasa el paquete o un nodo central. • Fuente de información: la información sobre el tráfico puede ser local de cada nodo, de los nodos adyacentes, de los nodos de la ruta o de todos los nodos de la red. • Estrategia de encaminamiento: fija o adaptable al tráfico o a la política conveniente.

50. OSI. Nivel de Red. Encaminamiento Tipos de algoritmos de encaminamiento(I): • Encaminamiento por el camino más corto: se busca el camino más corto considerando varios aspectos como el mínimo número de nodos, menor tráfico, menor distancia en el enlace, menor coste de la comunicación, etc. • Encaminamiento por camino múltiple: de los posibles caminos que cumplen unos requisitos mínimos, se utilizan caminos distintos para enviar los paquetes del mensaje.