Por qué son necesarios los protocolos
Se define un protocolo como un conjunto de reglas que controlan el intercambio de datos entre dos
entidades separadas. Para que dos entidades se comuniquen exitosamente,
éstas deben hablar el mismo lenguaje, es decir, deben seguir el mismo conjunto
de convenciones en cuanto a qué comunicar, cuándo y cómo hacerlo. Cuando estas
convenciones se estandarizan, pasan a denominarse protocolos.
Los principales elementos de un protocolo son:
Ø
Sintaxis: Relacionada con opciones tales como el formato de
datos que se debe usar, los niveles de señal, etc.
Ø
Semántica: Incluye información de control necesaria para una
operación apropiada del protocolo, como lo es la coordinación y el manejo de
errores.
Ø
Uso del Tiempo: Relacionado con la sincronización de velocidades y
la secuencia de información.
La industria de las comunicaciones ha aceptado desde
hace mucho tiempo que es necesario tener pautas (estándares) para gobernar las
características de los equipos de comunicación. Sin embargo, los fabricantes de
computadores han tratado, tradicionalmente, de monopolizar sus ventas
suministrando equipos incompatibles. Esta situación ha cambiado gradualmente a
medida que ha aumentado la necesidad de comunicación entre los computadores. En
la actualidad, estos estándares dominan completamente el mercado en todos los
aspectos de la comunicación computacional.
La comunicación de datos implica la necesidad de
incorporar hardware y software adicional a los sistemas.
El desarrollo de software presentó un problema mayor
cuando fue necesario establecer comunicación entre máquinas heterogéneas,
debido a que los diferentes distribuidores seguían convenciones diferentes de
intercambio de datos y ofrecían distintos formatos de datos. A medida que las
redes de computadores se fueron extendiendo, la metodología personalizada de
desarrollo de software se hizo cada vez menos rentable. Los distribuidores no
tuvieron más opción que adoptar e implementar un conjunto común de convenciones.
Antes de que los usuarios del servicio de red y los
proveedores de servicio puedan comunicarse, es necesario dar respuesta a las
siguientes preguntas:
·
¿Cómo se configura físicamente el medio de transmisión?
·
¿Cómo se transmiten los bits en el medio de transmisión?
·
¿Cómo saben las entidades de red cuándo transmitir los datos?
·
¿Cómo saben las entidades de red cuánta información puede ser
transmitida?
·
¿Cómo pasa el mensaje al o a los recipientes adecuados?
·
¿Cómo se contactan las entidades de red entre sí?
·
¿Cómo se comunican las entidades de red con lenguajes diferentes?
·
¿Cómo garantizan las entidades de red que un mensaje se ha recibido
correctamente?
Estas preguntas desempeñan un papel importante. Sin
embargo, los distribuidores de computadores y de sistemas operativos de redes
están trabajando hacia un mismo objetivo: permitir que las aplicaciones se
comuniquen, lo cual sería imposible sin el uso de protocolos. Muchas
organizaciones industriales han intentado crear estándares y modelos para
generalizar los tópicos cubiertos por los protocolos de red.
En un principio, los
computadores eran elementos aislados, constituyendo cada uno de ellos una
estación de trabajo independiente. Cada computador precisaba sus propios
periféricos y contenía sus propios archivos, de tal forma que cuando una
persona necesitaba imprimir un documento y no disponía de una impresora
conectada directamente a su equipo debía copiar éste en un disquete,
desplazarse a otro equipo con impresora instalada e imprimirlo desde allí.
Además, era imposible implementar una administración conjunta de todos los
equipos.
A medida que las
empresas e instituciones ampliaban su número de computadores fué necesario unir
estos entra sí, surgiendo el concepto de "redes de computadores" y de
"trabajo en red" (networking), para poder de esta forma compartir
archivos y periféricos entre los diferentes computadores. Pero cada una
confiaba la implementación de sus redes a empresas diferentes, cada una de
ellas con unos modelos de red propietarios (modelos con hardware y software
propios, con elementos protegidos y cerrados), que usaban protocolos y
arquitecturas diferentes.
Y si esta situación era
dificil de por sí, el colmo fué cuando surgió la necesidad de unir entre sí
estas redes diferentes. Fué entonces cuando las empresas se dieron cuenta de
que necesitaban salir de los sistemas de networking proprietarios, optando por
una arquitectura de red con un modelo común que hiciera posible interconectar
varias redes sin problemas.
Para solucionar este
problema, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) realizó
varias investigaciones acerca de los esquemas de red. La ISO reconoció que era
necesario crear un modelo que pudiera ayudar a los diseñadores de red a
implementar redes que pudieran comunicarse y trabajar en conjunto
(interoperabilidad) y por lo tanto, elaboraron el modelo de referencia OSI en
1984.
El modelo de referencia OSI (Open System Interconection) proporcionó a
los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una mayor
compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnología de
red utilizados por las empresas a nivel mundial.
Es un modelo teórico de
arquitectura de red, independiente de los protocolos usados, que es la base de
estudio para el diseño y entendimiento del trabajo en red
El proceso de
intercomunicación entre dos computadores es complejo y dificil de entender en
su totalidad, pués son muchos los elementos que intervienen en el esquema de
intercambio de datos entre equipos diferentes.
Para poder simplificar
el estudio y la implementación de la arquitectura necesaria, la ISO dividió el
modelo de referencia OSI en capas, entendiendose por "capa" una
entidad que realiza de por sí una función específica. Cada capa define los
procedimientos y las reglas (protocolos normalizados) que los subsistemas de
comunicaciones deben seguir, para poder comunicarse con sus procesos
correspondientes de los otros sistemas. Esto permite que un proceso que se
ejecuta en una computadora, pueda comunicarse con un proceso similar en otra
computadora, si tienen implementados los mismos protocolos de comunicaciones de
capas OSI.
Las siete capas que
plantéa el modelo de referencia OSI son las siguientes:
soporte a las
aplicaciones o actividades del sistema, suministrando servicios de red a las
aplicaciones del usuario y definiendo los protocolos usados por las
aplicaciones individuales. Es el medio por el cual los procesos de aplicación
de usuario acceden al entorno OSI.
Su función principal es
proporcionar los procedimientos precisos que permitan a los usuarios ejecutar
los comandos relativos a sus propias aplicaciones.
Los procesos de las
aplicaciones se comunican entre sí por medio de las entidades de aplicación
asociadas, estando éstas controladas por protocolos de aplicación, y utilizando
los servicios del nivel de presentación.
Difiere de las demás
capas debido a que no proporciona servicios a ninguna otra capa OSI, sino
solamente a aplicaciones que se encuentran fuera del modelo OSI. La capa de
aplicación establece la disponibilidad de los diversos elementos que deben
participar en la comunicación, sincroniza las aplicaciones que cooperan entre
sí y establece acuerdos sobre los procedimientos de recuperación de errores y
control de la integridad de los datos.
Algunos ejemplos de
procesos de aplicación son:
·
programas
de hojas de cálculo.
·
programas
de procesamiento de texto.
·
transferencia
de archivos (ftp).
·
login
remoto (rlogin, telnet).
·
correo
electrónico (mail - smtp).
·
páginas
web (http).
Capa 6: La capa de presentación: La capa de presentación proporciona sus servicios a la capa de
aplicación, garantizando que la información que envía la capa de aplicación de
un sistema pueda ser entendida y utilizada por la capa de aplicación de
otro, estableciendo el contexto sintáctico del diálogo. Es también las
responsable de la obtención y de la liberalización de la conexión de sesión
cuando existan varias alternativas disponibles.
Por ello, de ser
necesario, la capa de presentación realiza las siguientes operaciones:
·
traducir
entre varios formatos de datos utilizando un formato común, estableciendo la
sintaxis y la semántica de la información transmitida. Para ello convierte los
datos desde el formato local al estándar de red y viceversa.
·
definir
la estructura de los datos a transmitir. Por ejemplo, en el caso de un acceso a
base de datos, defirnir el orden de transmisión y la estructura de los
registros.
·
definir
el código a usar para representar una cadena de caracteres (ASCII, EBCDIC,
etc).
·
dar
formato a la información para visualizarla o imprimirla.
·
comprimir
los datos si es necesario.
·
aplicar
a los datos procesos criptográficos.
Capa 5: La capa de sesión: La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa de
presentación, proporcionando el medio necesario para que las entidades de
presentación en cooperación organicen y sincronicen su diálogo y procedan al
intercambio de datos.
Sus principales
funciones son:
·
Establece,
administra y finaliza las sesiones entre dos hosts que se están comunicando.
·
si
por algún motivo una sesión falla por cualquier causa ajena al usuario, esta
capa restaura la sesión a partir de un punto seguro y sin perdida de datos o si
esto no es posible termina la sesión de una manera ordenada chequeando y
recuperando todas sus funciones, evitando problemas en sistemas
transaccionales.
·
sincroniza
el diálogo entre las capas de presentación de los dos hosts y administra su
intercambio de datos, estableciendo las reglas o protocolos para el dialogo
entre maquinas y así poder regular quien habla y por cuanto tiempo o si hablan
en forma alterna, es decir, las reglas del dialogo que son acordadas.
·
ofrece
disposiciones para una eficiente transferencia de datos, clase de servicio y un
registro de excepciones acerca de los problemas de la capa de sesión,
presentación y aplicación.
·
manejar
tokens. Los tokens son objetos abstractos y únicos que se usan para
controlar las acciones de los participantes en la comunicación.
·
hacer
checkpoints, que son puntos de recuerdo en la transferencia de datos.
Capa 4: La capa de transporte: La capa de transporte proporciona sus servicios a la capa de
sesión, efectuándo la transferencia de datos entre dos entidades de sesión.
Para ello segmenta los datos originados en el host emisor y los reensambla en
una corriente de datos dentro del sistema del host receptor.
El límite entre la capa
de sesión y la capa de transporte puede imaginarse como el límite entre los
protocolos de capa de medios y los protocolos de capa de host. Mientras que las
capas de aplicación, presentación y sesión están relacionadas con aspectos de
las aplicaciones, las tres capas inferiores se encargan del transporte de
datos. Además, esta capa es la primera que se comunica directamente con su par
de destino, ya que la comunicación de las capas anteriores es de tipo máquina a
máquina.
La capa de transporte
intenta suministrar un servicio de transporte de datos que aísla las capas
superiores de los detalles de implementación del transporte, liberándolas de
luchar por conseguir una transferencia de datos segura y económica.
Específicamente, temas como la confiabilidad del transporte entre dos hosts es
responsabilidad de la capa de transporte. Al proporcionar un servicio de
comunicaciones, la capa de transporte establece, mantiene y termina
adecuadamente los circuitos virtuales. Al proporcionar un servicio confiable,
se utilizan dispositivos de detección y recuperación de errores de transporte.
Se conocen con el nombre
de circuitos virtuales a
las conexiones que se establecen dentro de una subred, y en ellos no hay la
necesidad de tener que elegir una ruta nueva para cada paquete, ya que cuando
se inicia la conexión se determina una ruta de la fuente al destino, ruta que
es usada para todo el tráfico posterior.
Podemos resumir las
funciones de la capa de transporte en los siguientes puntos:
·
controla
la interacción entre procesos usuarios.
·
incluye
controles de integración entre usuarios de la red para prevenir perdidas o
doble procesamiento de transmisiones.
·
controla
el flujo de transacciones y direccionamiento de maquinas a procesos de usuario.
·
asegura
que se reciban todos los datos y en el orden adecuado, realizando un control de
extremo a extremo.
·
acepta
los datos del nivel de sesión, fragmentándolos en unidades más pequeñas,
llamadas segmentos, en
caso necesario y los pasa al nivel de red.
·
realiza
funciones de control y numeración de unidades de información, fragmentación y
reensamblaje de mensajes.
·
se
encarga de garantizar la transferencia de información a través de la sub-red.
Capa 3: La capa de red: La
capa de red proporciona sus servicios a la capa de transporte, siendo una capa
compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas de
hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. También se
ocupa de aspectos de contabilidad de paquetes.
Es la responsable de las
funciones de conmutación y encaminamiento de la información,
proporcionando los procedimientos precisos necesarios para el intercambio
de datos entre el origen y el destino, por lo que es necesario que conozca la
topología de la red, con objeto de determinar la ruta más adecuada.
Podemos resumir las
funciones de la capa de red en los siguientes puntos:
·
divide
los mensajes de la capa de transporte en unidades más complejas, denominadas paquetes, y los ensambla al final.
·
debe
conocer la topología de la subred y manejar el caso en que las fuente y el
destino estan en redes distintas.
·
para
ello, se encarga de encaminar la información a través de la sub-red, mirando
las direcciones del paquete para determinar los métodos de conmutación y
enrutamiento, y rutea los& paquetes de la fuente al destino a través de
ruteadores intermedios.
·
envía
los paquetes de nodo a nodo usando ya sea un circuito virtual o como
datagramas.
·
debe
controlar la congestión de la subred.
En esta capa es donde
trabajan los routers.
Capa 2:
La capa de enlace de datos: La
capa de enlace proporciona sus servicios a la capa de red, suministrando un
tránsito de datos confiable a través de un enlace físico. Al hacerlo, la capa
de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (comparado con el
lógico), la topología de red, el acceso a la red, la notificación de errores,
formación y entrega ordenada de tramas y control de flujo. Por lo tanto, su
principal misión es convertir el medio de transmisión en un medio libre de
errores de cualquier tipo.
Sus principales
funciones son:
·
establece
los medios necesarios para una comunicación confiable y eficiente entre dos máquinas
en red.
·
agrega
una secuencia especial de bits al principio y al final del flujo inicial de
bits de los paquetes, estructurando este flujo bajo un formato predefinido
llamado trama o marco.
Suelen ser de unos cientos de bytes.
·
sincroniza
el envío de las tramas, transfiéndolas de una forma confiable libre de errores.
Para detectar y controlar los errores se añaden bits de paridad, se usan CRC
(Códigos Cíclicos Redundantes) y envío de acuses de recibo positivos y
negativos, y para evitar tramas repetidas se usan números de secuencia en
ellas.
·
envía
los paquetes de nodo a nodo usando ya sea un circuito virtual o como
datagramas.
·
controla
la congestión de la red.
·
regula
la velocidad de tráfico de datos.
·
controla
el flujo de tramas mediante protocolos que prohiben que el remitente envíe
tramas sin la autorización explícita del receptor, sincronizando así su emisión
y recepción.
·
se
encarga de la de secuencia, de enlace lógico y de acceso al medio (soportes
físicos de la red).
Capa 1: La capa física:
La misión principal de esta capa es transmitir bits por un canal de
comunicación, de manera que cuanto envíe el emisor llegue sin alteración al
receptor.
La capa física
proporciona sus servicios a la capa de enlace de datos, definiendo las
especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para
activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales,
relacionando la agrupación de circuitos físicos a través de los cuales los bits
son movidos.
Las características
tales como niveles de voltaje, temporización de cambios de voltaje, velocidad
de datos físicos, distancias de transmisión máximas, conectores físicos y otros
atributos similares se definen a través de las especificaciones de la capa
física.
Sus principales funciones
las podemos resumir en:
·
definir
las características físicas (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas
(niveles de tensión).
·
definir
las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento
y liberación del enlace físico).
·
transmitir
el flujo de bits a través del medio. No existe estructura alguna.
·
maneja
voltajes y pulsos eléctricos.
·
especificar
cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de transmisión, polos
en un enchufe, etc.
·
garantizar
la conexión, pero no la fiabilidad de ésta.
Esta capa solamente
reconoce bits individuales, no reconoce caracteres ni tramas multicaracter.
Encapsulamiento.
Si un computador A desea
enviar datos a otro B, en primer término los datos que se deben enviar se deben
colocar en paquetes que se puedan administrar y rastrear a través de un proceso
denominado encapsulamiento. Las tres capas superiores (aplicación, presentación
y sesión) preparan los datos para su transmisión creando un formato común para
la transmisión.
Una vez pasados a
formato común, el encapsulamiento rodea los datos con la información de
protocolo necesaria antes de que se una al transito de la red. Por lo tanto, a
medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI, reciben
encabezados, información final y otros tipos de información. La palabra
"encabezado" significa que se ha agregado la información
correspondiente a la dirección.
Una vez que se envían
los datos desde el origen, viajan a través de la capa de aplicación directo
hacia las otras capas. El empaquetamiento y el flujo de los datos que se
intercambian experimentan cambios a medida que las redes ofrecen sus servicios
a los usuarios finales. Como muestra la figura, las redes deben realizar los
siguientes cinco pasos de conversión a fin de encapsular los datos:
Comunicación entre capas.
Para que los paquetes de
datos puedan viajar desde el origen hasta su destino, cada capa del modelo OSI
en el origen debe comunicarse con su capa igual en el lugar destino. Esta forma
de comunicación se conoce como comunicaciones de par-a-par. Las reglas y convenciones que controlan esta conversación se
denominan protocolo de la capa n,
y controlan el formato y significado de las unidades de datos intercambiadas.
Durante este proceso, cada protocolo de capa intercambia información, que se
conoce como unidades de datos de protocolo (PDU),entre capas iguales. Cada capa de comunicación, en el computador
origen, se comunica con un PDU específico de capa y con su capa igual en el
computador destino.
Subredes.
Cuando una red maneja
rangos de direcciones IP significativos resulta más conveniente transformar
estas IPs a un rango propio más fácil de administrar. Esto es típico de las
redes de clase B.
Para conseguir esto, se
dividen los dos octetos disponibles para la asignación interna de IPs,
asignando el primer octeto a un departamento específico y el segundo a cada una
de las estaciones de trabajo.
Esta forma de trabajar
es idónea para el control de la red de los routers presentes, ya que sólamente
deben poseer internamente unas tablas de asignación de 255 entradas para
traducir un número de octeto de departamento en la selección de un destino
Ethernet, asociando el último octeto con la dirección MAC de la tarjeta de red
de la estación.
Máscara de subred.
La máscara de subred es
un conjunto de 32 bits que permiten separar de una dirección IP la parte del
identificador de la subred de la parte del nodo.
Con el uso de las
máscaras de subred se logra también la perfecta separación de IPs de una red en
departamentos y estaciones, ya que con los datos de la IP y de la máscara de
subred de cada equipo el servidor sabe en todo momento hacia qué estación de trabajo
van los paquetes y si debe enviarlos directamente o enrutarlos al exterior.
Con ello se consigue una
grán eficiencia en el envío de datos entre equipos y subredes, ya quee el
servidor de cada subred sabe en todo momento si los paquetes recibidos debe
enviarlos al router (y al exterior directamente), con lo que no ocuparán ancho
de banda interno, o si por el contrario debe enviarlos directamente a la
máquina correspondiente mediante los medios de grán velocidad de la subred.
Cada capa individual del
modelo OSI tiene un conjunto de funciones que debe realizar para que los
paquetes de datos puedan viajar en la red desde el origen hasta el destino.
Un paquete de datos es una unidad de información, lógicamente
agrupada, que se desplaza entre los sistemas de computación. Incluye la
información origen junto con otros elementos necesarios para hacer que la
comunicación sea factible y confiable en relación con los dispositivos destino.
La dirección origen de un paquete especifica la identidad del computador que
envía el paquete. La dirección destino especifica la identidad del computador
que finalmente recibe el paquete.
Para que los paquetes de
datos puedan viajar desde el origen hasta su destino a través de una red, es
importante que todos los dispositivos de la red hablen el mismo lenguaje o
protocolo. Un 
protocolo es un conjunto de reglas que hacen que la comunicación en una red
sea más eficiente. Una definición técnica de un protocolo de comunicaciones de
datos es: un conjunto de normas o convenciones que determinan el formato y la
transmisión de datos.
protocolo es un conjunto de reglas que hacen que la comunicación en una red
sea más eficiente. Una definición técnica de un protocolo de comunicaciones de
datos es: un conjunto de normas o convenciones que determinan el formato y la
transmisión de datos.
La capa n de un
computador se comunica con la capa n de otro computador. Las normas y
convenciones que se utilizan en esta comunicación se denominan colectivamente protocolo de la capa n.
Capas
OSI.
