Interconexiones de Sistemas Abiertas de Redes y protocolo

Historia

En 1977, la Organización Internacional de Estándares (ISO), integrada por industrias representativas del medio, creó un subcomité para desarrollar estándares de comunicación de datos que promovieran la accesibilidad universal y una interoperabilidad entre productos de diferentes fabricantes. El resultado de estos esfuerzos es el Modelo de Referencia Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI). El Modelo OSI es un lineamiento funcional para tareas de comunicaciones y, por consiguiente, no especifica un estándar de comunicación para dichas tareas. Sin embargo, muchos estándares y protocolos cumplen con los lineamientos del Modelo OSI. Como se mencionó anteriormente, OSI nace de la necesidad de uniformizar los elementos que participan en la solución del problema de comunicación entre equipos de cómputo de diferentes fabricantes.

Antes de la OSI, networking fue en gran parte ya sea de normas patrocinadas por el gobierno o vendedor desarrollada y patentada como SNA y DECnet. En el trabajo del Reino Unido en el sistema experimental de paquetes Switched alrededor del año 1973, la necesidad de definir los llamados protocolos de nivel superior por encima del nivel de enlace HDLC protocolo de comunicaciones y el contenido de una publicación NCC ‘¿Por qué Distributed Computing’ como resultado de una

Investigación considerable en las futuras configuraciones para el ordenador sistemas resultaron en el Reino Unido presenta el caso de un Comité de Normas Internacionales de cubrir esta área en la reunión de ISO en Sydney en marzo 1977

– OSI fue por lo tanto un esfuerzo de la industria, tratando de hacer que los participantes de la industria a un acuerdo sobre las normas comunes de la red para proporcionar múltiples proveedores interoperabilidad. Era común que las grandes redes de apoyo a múltiples conjuntos de protocolos de red, con muchos dispositivos que no pueden interoperar con otros dispositivos a causa de la falta de protocolos comunes. Sin embargo, mientras que OSI desarrolló sus estándares de redes, TCP/IP entró en amplio uso en redes de múltiples proveedores de interconexión, mientras que en el nivel de red local Ethernet y Token Ring ganaron prominencia.

El modelo de referencia OSI fue un avance importante en la enseñanza de los conceptos de red. Se promovió la idea de un modelo consistente de capas de protocolo, que define la interoperabilidad entre los dispositivos y el software de la red. El modelo OSI se definió en forma cruda en Washington DC en febrero de 1978 por Hubert Zimmerman de Francia y el nivel refinado fue publicado por la ISO en 1984.

Origen de los Protocolos

La Familia de Protocolos de Internet fue el resultado del trabajo llevado a cabo por la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa (DARPA por sus siglas en inglés) a principios de los 70.

Después de la construcción de la pionera ARPANETen 1969 DARPA comenzó a trabajar en un gran número de tecnologías de transmisión de datos. En 1972, Robert E. Kahn fue contratado por la Oficina de Técnicas de Procesamiento de Información de DARPA, donde trabajó en la comunicación de paquetes porsatélite y por ondas de radio, reconoció el importante valor de la comunicación de estas dos formas. En la primavera de 1973, Vint Cerf, desarrollador del protocolo de ARPANET, Network Control Program(NPC) se unió a Kahn con el objetivo de crear una arquitectura abierta de interconexión y diseñar así la nueva generación de protocolos de ARPANET.

Para el verano de 1973, Kahn y Cerf habían conseguido una remodelación fundamental, donde las diferencias entre los protocolos de red se ocultaban usando un Protocolo de comunicaciones y además, la red dejaba de ser responsable de la fiabilidad de la comunicación, como pasaba en ARPANET, era el host el responsable. Cerf reconoció el mérito de Hubert Zimmerman y Louis Pouzin,

Creadores de la red CYCLADES, ya que su trabajo estuvo muy influenciado por el diseño de esta red.

Con el papel que realizaban las redes en el proceso de comunicación reducido al mínimo, se convirtió en una posibilidad real comunicar redes diferentes, sin importar las características que éstas tuvieran. Hay un dicho popular sobre el protocolo TCP/IP, que fue el producto final desarrollado por Cerf y Kahn, que dice que este protocolo acabará funcionando incluso entre “dos latas unidas por un cordón”. De hecho hay hasta una implementación usando palomas mensajeras, IP sobre palomas mensajeras, que está documentado en RFC 1149.

Un ordenador denominado router (un nombre que fue después cambiado a gateway, puerta de enlace, para evitar confusiones con otros tipos de Puerta de enlace) está dotado con una interfaz para cada red, y envía Datagramas de ida y vuelta entre ellos. Los requisitos para estos routers están definidos en el RFC 1812. 7

Esta idea fue llevada a la práctica de una forma más detallada por el grupo de investigación que Cerf tenía en Stanford durante el periodo de 1973 a 1974, dando como resultado la primera especificación TCP (Request for Comments 675,) Entonces DARPA fue contratada por BBN Technologies, la Universidad de Stanford, y la University College de Londres para desarrollar versiones

operacionales del protocolo en diferentes plataformas de hardware. Se desarrollaron así cuatro versiones diferentes: TCP v1, TCP v2, una tercera dividida en dos TCP v3 y IP v3 en la primavera de 1978, y después se estabilizó la versión TCP/IP v4 el protocolo estándar que todavía se emplea en Internet.

En 1975, se realizó la primera prueba de comunicación entre dos redes con protocolos TCP/IP entre la Universidad de Stanford y la University College de Londres (UCL). En 1977, se realizó otra prueba de comunicación con un protocolo TCP/IP entre tres redes distintas con ubicaciones en Estados Unidos, Reino Unido y Noruega. Varios prototipos diferentes de protocolos TCP/IP se desarrollaron en múltiples centros de investigación entre los años 1978 y 1983. La migración completa de la red ARPANET al protocolo TCP/IP concluyó oficialmente el día 1 de enero de 1983 cuando los protocolos fueron activados permanentemente.

En marzo de 1982, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos declaró al protocolo TCP/IP el estándar para las comunicaciones entre redes militares. En 1985, el Centro de Administración de Internet (Internet Architecture Board IAB por sus siglas en inglés) organizó un Taller de Trabajo de tres días de duración, al que asistieron 250 comerciales promocionando así el protocolo lo que contribuyó a un incremento de su uso comercial.

Conceptos

La interconexión es la vinculación de recursos físicos y soportes lógicos, incluidas las instalaciones esenciales necesarias, para permitir el interfuncionamiento de las redes y la interoperabilidad de servicios de telecomunicaciones.
Intercomunicaciones

La intercomunicación es la capacidad y la necesidad de transmisión reciproca de información, datos, conocimientos, experiencias entre dos o más personas, seres vivos, lugares o mecanismos.

Para conseguir una buena intercomunicación es necesaria la existencia de un medio óptimo de conexión entre el transmisor y el receptor. Ya sea un medio natural o mediante infraestructuras artificiales, cuantos más medios se posean mejor y más eficientes será la capacidad de intercomunicación.

Existen diferentes medios para intercomunicar, como el lenguaje, la televisión, la radio, la prensa, internet, etc.

Las vías de comunicación pueden ser las autovías, carreteras, ferrocarriles, puertos, aeropuertos.

Modelo de Referencia para las Interconexiones de Sistemas Abiertos

El modelo de la ISO para las interconexiones de sistemas abiertos se convirtió en un estándar internacional en la primavera en 1893. Este modelo se basa en una estructura de siete capas. Su objetivo principal es las interconexiones de sistemas abiertos esto es comunicación entre sistemas distintos y de diferentes fabricantes.

La ISO es una organización no gubernamental que se encargar a nivel mundial coordinación y aprobación de los estándares.

Los fundamentos en los que se basaron para la utilización de las sietes capaz fueron:

  • Las capas son entidades abstractas, creándose una capa donde se necesita un estado de abstracción.
  • Cada una de las capa realizara una función cada una definida
  • La función que se realizara para cada una de las capas se seleccionara para definir protocolos normalizados.
  • Los límites de las capas deberán fijarse teniendo en cuenta que el flujo de información en dichas capas se al mínimo posible. El número de capas será lo suficientemente grande para que funciones muy diferentes no tenga que situase en la misma capa y será lo más pequeño posible Para que en conjunto no sea inmanejable.

Los objetivos que se quiere seguir con este modelo son:

  • La estandarización de sistemas abiertos.
  • Suprimir los posibles problemas técnicos para comunicar distintos sistemas
  • Que pueden ser de diferentes fabricantes.
  • No tener que describir las operaciones internas que realiza cada uno de los sistemas de los distintos fabricantes.
  • Conseguir unos puntos de interconexión bien definidos para el intercambio de información.
  • Ser suficientemente flexible para asegura que los elementos hardware o software, puedan mejorarse o actualizarse sin introducir cambios totales evitando en la medida de lo posible que afecten los cambios tecnológicos y los servicios que puedan solicitar los usuario.

Características del modelo

El patrón para la interconexiones de sistemas abiertos se basan en un modelo de protocolo estratificado, cada nivel se desarrolla sobre el anterior proporcionando un conjunto de servicios al nivel inmediatamente superior por lo que el nivel más alto dispondrá de los servicios que ofrecen todas las inferiores.

La comunicación entre niveles de distintos sistemas es una comunicación lógica horizontal. Existen cuatros acciones denominadas primitivas que son un conjunto de operaciones que sirven para ofrecer los servicios entre niveles. A estas primitivas acceden los niveles por puntos de acceso al servicio PAS, estés es un método que se utiliza para que los niveles se comuniquen entre sí.

  • Solicitud
  • Indicación
  • Respuesta
  • Confirmación

El intercambio de información entre capas se lleva a cabo por medio de una interfaz existente entre las misma esta interfaz puede estar compuesta por elementos lógicos y físicos.

Los protocolos de cada uno de los niveles pueden ser diferentes e independientes entre sí, lo único que necesitan es conocer los servicios que presta el interfaz con la capa anterior.

El modelo OSI no especifica de forma exacta los protocolos y servicios que se utilizaran en cada nivel, únicamente indica las funciones que debe realizar cada capa, por lo que este modelo no se puede considerar una capa de red.

Transmisión de datos

Existen siete niveles o capa el objetivo de cada capa es comunicarse con su capa equivalente de otro sistema o de un nodo de la red. Para que la comunicación sea posible cada sistema deberá tener el mismo protocolo en cada uno de sus niveles.

Suponiendo que el emisor tiene datos de usuario para transmitir este se los entrega a la capa de aplicación esta capa añadirá una “A” y entrega los datos a una capa de presentación. La capa de presentación a su vez añadirá una cabecea de presentación “p” y el resultado se lo enviara a la capa de sesión, repitiéndose este proceso hasta llegar a la capa física, en este nivel es donde realmente se envían los datos al otro sistema por medio de circuitos, equipos interfaces existente entre los mismos.

Cuando la información llega de una capa a una capa inmediata inferior, esta no puede diferenciar que datos son de información real y cuáles son los dela cabecera de la capa superior.

Los niveles se pueden clasificar en es grupos o niveles globales. Los niveles de control o usuarios relacionados con la necesidad de comunicación de los usuarios formados por los niveles de aplicación, presentación y sesión.

Descripción y funciones de los niveles

La siguiente etapa en la evolución de los protocolos fue el protocolo en capas. en este modelo, el protocolo está dividido en capas dispuestas en una pila. Cada una de estas capas está compuesta de uno o más protocolos, una desafortunada duplicación de terminología. Cada capa pasa información verticalmente dentro de la pila. Ejemplos de protocolos en capas que no son TCP/IP incluyen el XNS (eXtensible Nmale Service, Servicio de nombres extensible; el ancestro de la pila de protocolos Novell) y la SNA (System Network Architecture, Arquitectura de redes de sistemas; el protocolo de comunicaciones de IBM). Normalmente, se habla de los protocolos en capas en términos de modelo de siete capa OSI. Cada capa es responsable de ciertas funciones dentro de la red (por ejemplo, la capa de red direcciona y encamina paquetes y la capa de presentación cifra y comprime datos).

Nivel Físico

Este es el nivel más bajo del modelo en este nivel se definen las características mecánicas, eléctricas y funcionales o de procedimientos de interfaz para un medio de transmisión especifico, este nivel debe asegurar el envió correcto de los bits, que cuando se transmita un bit con un determinado valor en el otro extremo se reciba con el mismo valor.

Este nivel por tanto es el responsable de activar, mantener y desactivar los circuitos entre el ETD y el ETCD.

Nivel enlace de Datos

Esta capa es la responsable de la integridad en la transferencia de datos por el medio de transmisión esto quiere decir que a partir de un medio transmisión como puede ser una línea telefónica tiene que hacer los ajuste o correcciones necesaria para que la capa tres pueda trasmitir sin fallos.

Unas de las funciones más importante de este nivel es la detención de errores en la transmisión esta capa proporciona mecanismo para la recuperación de datos perdidos, duplicados o erróneos.

También para que el receptor no se sature tendrá que proporcionar funciones de control de flujo de datos.

Esta capa ofrece diferente servicios a la capa de red
Los protocolos de nivel de enlace de datos definen el establecimiento y la liberación de enlace, controlando el correcto envío de datos y haciendo funciones d gestión del propio nivel.

Nivel Red

La comunicación entre dos sistemas normalmente se realiza por medio d una red, este nivel especifica la interfaz entre ETD mediante redes de paquetes teniendo la responsabilidad de transmitir los datos correctos través de la red.

Por tanto esta capa tiene la responsabilidad de seleccionar la ruta que tomara los datos o encantamiento que están muy relacionados con diseño de la red.

Otra función de este nivel es que cuando existe mucha información a trasmitir dentro de la red y esta se satura, realiza el control de congestión o controla el flujo de paquetes para prevenir el bloqueo de la red.

También tiene como misión la conexión y desconexión de las redes resolver los problemas de interconexión con otras redes e incluso la función de contabilizar la información transmitida para la facturación.

Nivel Transporte

Esta capa asila a los niveles superiores de los elementos de comunicación que constituyen la red, independizándolos por tanto de la tecnología utilizada en la red.

Su función principal consiste en tomar los datos del nivel de sesión, dividirlo en trozos más pequeños si fuera necesario y pasarlo a la capa de red, asegurándose de que llegan correctamente a la misma capa del mismo sistema, proporcionando así un mecanismo fiable para el intercambio de datos entre sistemas destinos.

Esta capa fragmenta la información en unidades más pequeñas de multiplexacion, direccionamiento, establecimiento y liberación de conexión a través de la red y transferencia y control de flujo de información.

La capa de transporte puede ofrecer servicios de detención y corrección de errores y distintos niveles de calidad de servicios, normalmente relacionados con los costes. El tipio de servicio se determina cuando se establece la conexión.

La complejidad de los protocolos de transporte dependerá de lo complejo que sean los que se utilicen en el nivel de red o del servicio que ofrezcan

Nivel Sesión

Este nivel proporciona los medios necesarios para controlar el dialogo entre entidades de presentación, permite que usuarios de diferentes sistemas puedan establecer sesiones entre ellos por ejemplo para transmitir archivos.

Los servicios que proporciona este nivel son:

  • Establecimiento de la conexión de sesión. A petición del usuario se realiza la conexión de dos entidades del nivel de presentación.
  • Control del diálogo. Las sesiones permiten que el tráfico vaya en un sentido o en ambas direcciones.
  • Liberación de la conexión de sesión. Cuando se finaliza el intercambio de datos se desconecta la sesión.
  • Sincronización y mantenimiento de la sesión. Para realizar el intercambio ordenado de datos la capa de sesión proporciona la sincronización y el control de la comunicación

Nivel Presentación

Esta capa se ocupa de la sintaxis o formato de los daos de aplicación que se intercambian durante la sesiones esta función es completamente diferente de la de las capas inferiores, cuyo trabajo principal consiste en el intercambio fiable de bits entre dos sistemas.

Las principales funciones del nivel de presentación son el cifrado de datos por razones de privacidad, la compresión de datos para reducir el número de bita transmitir y la conversión de códigos.

Nivel Aplicación.

En el nivel superior del modelo OSI, sirviendo por tanto al usuario final que es el entorno o proceso de aplicación. Controla y coordina las funciones que realizan los programas de los usuarios.

Un proceso de aplicación es un elemento dentro de u n sistema abierto que se ocupa del procesamiento de información requerido para una aplicación en particular. Cuando dos procesos de aplicación intercambian información usan protocolo de aplicación que utilizan servicios del nivel de presentación.

Anexo 1

Comunicación entre niveles

Como hemos vistos, las capas que se comunican con sus iguales de manera lógica mediante protocolos de capa. Sin embargo la comunicación real se establece entre los distintos niveles hasta llegar al nivel físico. Cada nivel proporciona una serie de servicios al nivel superior mediante un conjunto de funciones o primitiva.

Estas primitivas indican al que presta servicio que debe efectuar una acción o bien notifican la acción deseada. En el modelo OSI existen cuatros primitivas y cada capa las llama por medio de los puntos de acceso al servicio. Estas acciones son.

Solicitud: sirve para que el usuario llame a una función con el objetivo de que le sea presado un servicio, por ejemplo para establecer una conexión o enviar datos.
Indicación: sirve para que el proveedor de un servicio notifique a un usuario una acción tomada, o bien para indicar que ha sido invocada un procedimiento por parte de los usuario del extremo remoto de la conexión.

Respuesta: sirve para que el usuario de un servicio responda a una función llamada previamente mediante una indicación.

Confirmación: se emite por el suministro del servicio para reconocer o completar algún procedimiento solicitado por un usuario mediante una solicitud.

Los servicios que prestan las capas pueden ser confirmado o no. Si un servicio es confirmado, existe una petición de servicio, una indicación, una respuesta y una confirmación por parte del el servicio. En servicio sin confirmar solo existe una petición de servicio y una indicación por parte del que presta servicio.

Las capas a su vez pueden ofrecer dos servicios: orientado a conexión y sin conexión.

Un servicio orientado a conexión es aquel es aquel que establece un camino o conexión antes del envió de información, liberando dicha conexión. Es como si la información fuera un líquido que fluya por un tubo que se establece entre un origen y un destino.

En un servicio sin conexión cada mensaje se encamina de manera independiente a través de la red en este caso cada mensaje lleva la dirección completa del destino en su propia cabecera.

Se puede hacer una analogía entre el servicio orientado a la conexión y l sistema telefónico, en el que cada vez que queremos comunicarnos se establece un circuito con el distante. El servicio no orientado a conexión sería similar al servicio de correos en el que cada carta lleva su dirección completa del destino.

Para que la comunicación se lleve a cabo entre las capa tendrá que existir un acuerdo acerca de los datos que se intercambia y que componente se comunican entre sí se puede ver una presentación de estos componentes.

Codificación de la Información

En la comunicación de datos cuando dos sistemas se transmiten información ha de dialogar en un idioma que ambos entiendan. Surge así la necesidad de codificar la información conforme a unos formatos previamente establecidos, estos formatos son los códigos utilizados en las comunicaciones.

La codificación consiste en establecer una ley de correspondencia entre las informaciones a representar y las posibles configuraciones binarias, de tal manera que a cada información le corresponda una y sola configuración binaria posible. A esta correspondencia se la denomina código.

Principio de las interconexiones de redes

Las redes de conmutación de paquetes y las de difusión de paquetes crecieron ante la necesidad de permitir a los usuarios de computadores tener acceso a los recursos existentes más allá de los que se disponen en un único sistema. De una forma similar, los recursos de una única red son a menudo insuficientes para satisfacer las necesidades de los usuarios. Ya que las redes que podrían ser de interés exhiben muchas diferencias, no es práctico tratar de agruparlas todas en una única red. Más bien, lo que se necesita es la habilidad de interconectar varias redes para que se puedan comunicar dos estaciones cualesquiera de cualquier red.

Un conjunto de redes interconectadas, desde el punto de vista del usuario, puede aparecer simplemente como una red más grande. Sin embargo, si cada una de las redes constituyentes retiene su identidad y se necesitan mecanismos especiales para la comunicación a través de múltiples redes, entonces a la configuración entera a esta se le conoce como conjunto de redes.

Cada red constituyente de un internet permite la comunicación entre los dispositivos conectados a esa red; estos dispositivos se conocen como sistemas finales. Además, las redes se conectan por dispositivos denominados en los

documentos ISO como sistemas intermedios. Los IS proporcionan caminos de comunicación y realizan las Protocolos de interconexión de redes 597 funciones de retransmisión y encaminamiento necesarias para que los datos se puedan intercambiar entre los dispositivos conectados en las diferentes redes del internet. Existen dos tipos de IS, los puentes y los dispositivos de encaminamiento, que son de particular interés. Las diferencias entre ellos se derivan de los protocolos utilizados para la lógica de la interconexión entre las redes. En esencia, un puente

opera en la capa 2 de la arquitectura de 7 capas del modelo para la interconexión de sistemas abiertos (OSI) y actúa como un retransmisor de tramas entre redes parecidas; los puentes ya se examinaron en detalle en el Capítulo 15. Un dispositivo de Encaminamiento opera en la capa 3 de la arquitectura OSI y encamina los paquetes entre redes potencialmente diferentes. Tanto los puentes como los dispositivos de encaminamiento suponen que se usa el mismo protocolo en la capa superior.

Comenzaremos nuestro estudio de la interconexión de redes con una discusión de los principios subyacentes en varios enfoques de interconexión entre redes. Después examinaremos la técnica más importante para la interconexión entre redes

el dispositivo de encaminamiento no orientado a conexión. Tras ello se describe el protocolo para la interconexión más extendido, llamado sencillamente Protocolo Internet. A continuación, se examina el protocolo de interconexión normalizada más reciente, conocido como IPv6.

Funcionamiento de los esquemas de interconexión no orientado a conexión
IP proporciona un servicio no orientado a conexión, o data grama, entre sistemas finales. El enfoque sin conexión tiene una serie de ventajas. Éstas son:

  • Un sistema de interconexión sin conexión es flexible. Puede trabajar con una gran variedad de redes, algunas de las cuales serán también sin conexión. En esencia, IP requiere muy poco de las redes sobre las que actúa.
  • Un servicio de interconexión sin conexión se puede hacer bastante robusto. Se puede utilizar el mismo argumento expuesto para un servicio de red data grama frente a un servicio con circuitos virtuales. Para una discusión en profundidad, se recomienda al lector la Sección 10.6.