Modelo OSI y
TCP/IP
Modelo de capas y los protocolos
• En sistemas en red, la abstracción lleva al concepto
del modelo de capas.
– Se comienza con servicios ofrecidos por la capa física y
luego se adiciona una secuencia de capas, cada una de
ellas ofreciendo un nivel de servicios más abstracto.
• Un modelo de capas ofrece dos características
interesantes:
– Descompone el problema de construir una red en partes
más manejables (no es necesario construir un sistema
monolítico que hace todo)
– Proporciona un diseño más modular (si se quiere colocar un
nuevo servicio, sólo se debe modificar la funcionalidad de
una capa)
Viaje redondo en avión
Compra de boletos
Confirmar
retorno
Documentar
equipaje
Recoger equipaje
Embarque
Dembarque
Despegué
Aterrizaje
Ruta de vuelo
Proceso de un viaje aéreo en
capas de servicios
Entrega mostrador a mostrador de [personas y equipaje]
Traslado de equipaje: entrega-reclamo
Traslado de personas: embarque-desembarque
Traslado de la aeronave: pista a pista
Ruta de vuelo desde el origen hasta el destino
Capas: cada capa implementa un servicio a través de las
acciones internas a la capa y solicitando el servicio
proporcionado por una capa inferior
Boleto (compra)
Confirmar retorno
equipaje (entrega)
equipaje (reclamo)
embarque
desembarque
despegue
aterrizaje
Vuelo
Vuelo
tráfico aéreo intermedio
ruta de vuelo
ruta de vuelo
ruta de vuelo
Llegada Aeropuerto
Salida Aeropuerto
Implementación distribuida de la
funcionalidad de las capas
Otra vez: ¿Por qué utilizar
capas?
• Permite trabajar con sistemas
complejos
– una estructura explícita permite la
identificación de las partes del sistema
complejo y la interrelación entre ellas
• modelo de referencia de capas para
discusiones
– la modularidad facilita el mantenimiento y
la actualización del sistema
• cambios que se realicen en la
implementación de un servicio de una
Arquitectura OSI
• ¿Qué es OSI?
– Una sigla: Open Systems Interconnection
– Conceptualmente: arquitectura general
requerida para establecer comunicación entre
computadoras
• OSI puede verse de dos formas:
– como un estándar
– como un modelo de referencia
OSI es un estándar
• El desarrollo inicial de las redes de
computadores fue promovido por redes
experimentales como ARPANet y
CYCLADES, seguidos por los fabricantes
de computadores (SNA, DECnet,
etcétera).
– Las redes experimentales se diseñaron para
ser heterogéneas (no importaba la marca del
computador). Las redes de los fabricantes de
equipos tenían su propio conjunto de
convenciones para interconectar sus equipos
OSI es un estándar
• La necesidad de interconectar equipos de
diferentes fabricantes se hizo evidente.
• En 1977, la ISO (International
Organization for Standarization) reconoció
la necesidad de crear estándares para las
redes informáticas y creó el subcomité
SC16 (Open Systems Interconnection)
• La primera reunión de éste subcomité se
llevo a cabo en marzo de 1978. El modelo
de referencia OSI fue desarrollado
después de cerca de 18 meses de
OSI es un estándar
• El modelo OSI fue adoptado en 1979
por el comité técnico TC97
(procesamiento de datos), del cual
dependía el subcomité SC16
• OSI fue adoptado en 1984 oficialmente
como un estándar internacional por la
ISO (International Organization of
Standards).
• Ahora es la recomendación X.200 de la
ITU (International Telecommunication
OSI como Modelo de
Referencia
• OSI es un modelo de referencia que
muestra como debe transmitirse un
mensaje entre nodos en una red de datos
• El modelo OSI tiene 7 niveles de
funciones
• No todos los productos comerciales se
adhieren al modelo OSI
• Sirve para enseñar redes y en discusiones
técnicas (resolución de problemas).
¿En qué se fundamenta OSI?
• La idea principal en el modelo OSI es que
el proceso de comunicación entre dos
usuarios en una red de
telecomunicaciones puede dividirse en
niveles (capas)
• En el proceso de comunicación cada nivel
pone su granito de arena: el conjunto de
funciones que ese nivel “sabe” hacer.
¿Cómo opera el modelo OSI?
• Los usuarios que participan en la
comunicación utilizan equipos que tienen
“instaladas” las funciones de las 7 capas
del modelo OSI (o su equivalente)
– En el equipo que envía:
• El mensaje “baja” a través de las capas del
modelo OSI.
– En el equipo que recibe:
• El mensaje “sube” a través de las capas del
modelo OSI
Operación: 1ª aproximación
Nodo A
Nodo B
Al enviar
el mensaje
“baja”
Al recibir
el mensaje
“sube”
El mensaje “viaja” a
través de la red
En la vida real, las 7 capas de funciones del modelo OSI están
normalmente construidas como una combinación de:
1. Sistema Operativo (Windows XP, Win2003, Mac/OS ó Unix)
2. Aplicaciones (navegador, cliente de correo, servidor web)
3. Protocolos de transporte y de red (TCP/IP, IPX/SPX, SNA)
4. Hardware y software que colocan la señal en el cable
conectado al computador (tarjeta de red y driver)
Operación: 2ª aproximación
Las capas del modelo OSI reciben un nombre de acuerdo a su
función.
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
7
6
5
4
3
2
Al enviar
el mensaje
“baja”
1
7
Aplicación
6 Presentación
5
Sesión
4 Transporte
3
Red
2
Enlace
1
Nodo A
Al recibir
el mensaje
“sube”
Física
Nodo B
RED
Implementación de las capas
OSI
• Las dos primeras capas (física y enlace)
generalmente se construyen con hardware
y software
– El cable, el conector, la tarjeta de red y el
driver de la tarjeta pertenecen a los niveles 1
y2
• Los otros cinco niveles se construyen
generalmente con software
Comunicación entre capas
• Cada capa ofrece un
conjunto de funciones
para la capa superior
y utiliza funciones de
la capa inferior
• Cada capa, en un
nodo, se comunica
con su igual en el otro
nodo
Capa A
Capa A
Capa B
Capa B
NODO 1
NODO 2
Servicios, Interfaces y
Protocolos
• El modelo OSI
distingue entre:
– Servicios
(funciones): Qué
hace la capa
– Interfaces: Cómo las
capas vecinas
pueden solicitar/dar
servicios
– Protocolos: Reglas
para que capas
“pares” se
Capa A
Capa A
Capa B
Capa B
NODO 1
NODO 2
Otra forma de ver los protocolos y
las interfaces
• Otras personas incluyen la “interfaz” y el “protocolo” del
modelo OSI como parte del Protocolo.
• El protocolo provee un servicio de comunicaciones que
elementos (objetos) con un nivel más alto en el modelo
de capas (como los procesos de aplicaciones o
protocolos de más alto nivel) utilizan para intercambiar
mensajes.
• En este caso, cada protocolo define dos interfaces
diferentes
– Una interfaz de servicio hacia otros objetos dentro del mismo
computador que desean utilizar el servicio de comunicaciones
del protocolo. Esta interfaz define las operaciones que los
objetos locales pueden solicitar al protocolo (es la interfaz de
OSI).
– Una interfaz entre pares (peer-to-peer). Define la forma y el
significado de los mensajes intercambiados entre
implementaciones del mismo protocolo pero ejecutándose en
diferentes nodos para establecer el servicio de comunicaciones
Otra forma de ver los protocolos y
las interfaces
Nodo 1
Objeto de
alto nivel
Protocol
Nodo 2
Interfaz de
Servicio
Interfaz
Peer-to-peer
Objeto de
alto nivel
Protocol
Más sobre protocolos
• Excepto en la capa física, la comunicación entre
pares es indirecta.
– Cada protocolo se comunica con su “par” pasando
los mensajes a otro protocolo de una capa inferior.
• Hay que recordar que la palabra protocolo se
usa en dos sentidos:
– Algunas veces hace referencia a la abstracción de las
interfaces (operaciones definidas por la interfaz de
servicio y la interfaz entre pares)
– Otras veces se refiere al módulo –programa- que
implementa en la realidad las dos interfaces.
Operación: 3ª aproximación
Puede contener
encabezados de
las capas 5, 6 y 7
Nodo A
Nodo B
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Unidades de Información
Mensaje
Paquete
Frame
Header 2
Header 4
Header 3
DATOS
DATOS
DATOS
DATOS
bits
RED
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Encapsulación
• Cuando un protocolo de una capa superior envía datos a
su par en otro nodo, los entrega al protocolo de la capa
inferior.
– El protocolo de la capa inferior no sabe si el protocolo de nivel
superior envía una imagen, un correo o una secuencia
numérica.
• Luego el protocolo del nivel inferior, para crear su
mensaje, agrega una información de control (header)
que es utilizada entre pares para comunicarse entre
ellos.
– Esta información de control generalmente es colocada al iniciar
el mensaje. En algunos casos se anexa información de control
al final del mensaje y la llaman trailer.
• A los datos entregados por el protocolo de la capa
superior, dentro del mensaje, se le llama cuerpo del
mensaje o payload.
Multiplexamiento y
demultiplexamiento
• En de cada una de las capas de un modelo de
comunicaciones se pueden alojar varios procolos.
• Por esto razón, dentro del header que agrega un
protocolo al construir el mensaje para su par, ubicado en
otro nodo, debe incluir un identificador para indicar a qué
protocolo o servicio de la capa superior le pertenece el
“payload”.
– Este identificador es conocido como llave de multiplexación
(demux key)
• Cuando el mensaje llega al nodo destino, el protocolo
que lo recibe debe retirar el header, mirar la llave de
multiplexación y entregar (demultiplexar) la carga útil
(payload) al protocolo o aplicación correctos en la capa
superior.
– En los headers, las llaves de multiplexación se implementan de
diferentes maneras: diferentes tamaños (un byte, dos bytes,
cuatro bytes) o algunos colocan sólo la identificación de la
aplicación destino, otros colocan la aplicación origen y la
Operación: 4ª aproximación (1)
Usuario en el Nodo A envía el mensaje “Tengo una idea.”
Los datos se encapsulan y se registra
a qué protocolo de la capa superior
le pertenece la carga útil (payload)
Tengo una idea.
Tengo una idea.
Tengo una idea.
H4
Tengo una idea.
H3
H4 Teng
H2
H3
H2
H3
H3 o una idea.
H4 Teng T2
H4 Teng T2
H2
H2
H3 o una idea. T2
H3 o una idea. T2
Física (1)
Sesión (5)
Transp. (4)
Red (3)
Enlace (2)
Operación: 4ª aproximación (2)
Usuario en el Nodo B recibe el mensaje “Tengo una idea.”
Para entregar el mensaje al protocolo
correcto, dentro de una capa, se usa
Tengo una idea.
la llave de multiplexación.
Tengo una idea.
Sesión (5)
Transp. (4)
Red (3)
Enlace (2)
Tengo una idea.
H4
H3
H2
H3
H2
H4 Teng
H4 Teng T2
H3
H4 Teng T2
Física (1)
Tengo una idea.
H2
H2
H3 o una idea.
H3 o una idea. T2
H3 o una idea. T2
Los 7 Niveles del modelo OSI
Cada nivel (ó capa) tiene unas funciones precisas para resolver
determinados problemas de la comunicación (“divide y vencerás”)
Nivel OSI
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Función que ofrece
Aplicaciones de Red: transferencia de archivos
Formatos y representación de los datos
Establece, mantiene y cierra sesiones
Entrega confiable/no confiable de “mensajes”
Entrega los “paquetes” y hace enrutamiennto
Transfiere “frames”, chequea errores
Transmite datos binarios sobre un medio
Nivel de Aplicación (Capa 7)
• La capa de aplicación está cerca al usuario (no
ofrece servicios a otras capas del modelo OSI)
– Es el nivel más alto en la arquitectura OSI
– Define la interfaz entre el software de
comunicaciones y cualquier aplicación que necesite
comunicarse a través de la red.
– Las otras capas existen para prestar servicios a esta
capa
– Las aplicaciones están compuestas por procesos.
– Un proceso de aplicación se manifiesta en la capa de
aplicaciones como la ejecución de un protocolo de
aplicación.
Nivel de Presentación (Capa 6)
• Define el formato de los datos que se
intercambiarán
– Asegura que la información enviada por la
capa de aplicación de un nodo sea entendida
por la capa de aplicación del otro nodo
– Si es necesario, transforma a un formato de
representación común
– Negocia la sintáxis de transferencia de datos
para la capa de aplicación (estructura de
datos)
– Ejemplo: formato GIF, JPEG ó PNG para
Nivel de Sesión (Capa 5)
• Define cómo iniciar, coordinar y terminar las
conversaciones entre aplicaciones (llamadas
sesiones).
– Administra el intercambio de datos y sincroniza el
diálogo entre niveles de presentación (capa 6) de
cada sistema
– Ofrece las herramientas para que la capa de
aplicación, la de presentación y la de sesión reporten
sus problemas y los recursos disponibles para la
comunicación (control del diálogo –sesión- entre
aplicaciones)
– Lleva control de qué flujos forman parte de la misma
sesión y qué flujos deben terminar correctamente
Nivel de Transporte (Capa 4)
• Proporciona un número amplio de servicios.
Asegura la entrega de los datos entre
procesos que han establecido una sesión y
que se ejecutan en diferentes nodos
– Evita que las capas superiores se preocupen por
los detalles del transporte de los datos hasta el
proceso correcto
– Hace multiplexamiento para las aplicaciones
• ¿cuál es la aplicación/servicio destino/origen?
– Segmenta bloques grandes de datos antes de
transmitirlos (y los reensambla en le nodo destino)
– Asegura la transmisión confiable de los mensajes
– No deja que falten ni sobren partes de los
mensajes trasmitidos (si es necesario, hace
Nivel de Red (Capa 3)
• Entrega los paquetes de datos a la red correcta,
al nodo correcto, buscando el mejor camino (es
decir, permite el intercambio de paquetes).
– Evita que las capas superiores se preocupen por los
detalles de cómo los paquetes alcanzan el nodo
destino correcto
– En esta capa se define la dirección lógica de los
nodos
– Esta capa es la encargada de hacer el enrutamiento
y el direccionamiento
• Enrutamiento: ¿cuál es el mejor camino para llegar a la red
destino?
• Direccionamiento: ¿cuál es el nodo destino?
Nivel de Enlace (Capa 2)
• Inicia, mantiene y libera los enlaces de
datos entre dos nodos.
• Hace transmisión confiable (sin errores)
de los datos sobre un medio físico (un
enlace)
– Define la dirección física de los nodos
– Construye los “frames”
– También debe involucrarse con el orden en
que lleguen los frames, notificación de errores
físicos, reglas de uso del medio físico y el
control del flujo en el medio.
Nivel Físico (Capa 1)
• Define las características mecánicas,
eléctricas y funcionales para establecer,
mantener, repetir, amplificar y desactivar
conexiones físicas entre nodos
– Acepta un “chorro” de bits y los transporta a
través de un medio físico (un enlace)
– Nivel de voltaje, sincronización de cambios de
voltaje, frecuencia de transmisión, distancias
de los cables, conectores físicos y asuntos
similares son especificados en esta capa.
End system
Arquitectura OSI
Aplicación
Aplicación
Presentación
End system
Intermediate systems
Presentación
Sesión
Sesión
Transporte
Transporte
Red
Red
Red
Red
Enlace
Enlace
Enlace
Enlace
Física
Física
Física
Física
Uno o más nodos
dentro de la Red
Perspectivas del modelo OSI
• El modelo OSI permite trabajar con la
complejidad de los sistemas de
comunicación de datos
• Las implementaciones de arquitecturas de
red reales no cumplen (o lo hacen
parcialmente) con el Modelo OSI:
– TCP/IP, SNA, Novell Netware, DECnet,
AppleTalk, etc.
Perspectivas del modelo OSI
• Se intentó construir una implementación del
modelo OSI
– A finales de los 80, el gobierno de EEUU quiso
establecer GOSIP (Government Open Systems
Interconnect Profile) como algo obligatorio. NO
funcionó. Perdió vigencia en 1995
• ¿Qué sucederá con OSI?
– Los protocolos de la implementación OSI
desarrollada son demasiado complejos y tienen fallas
– Están implementados de manera muy regular
– Sin embargo, TCP/IP sigue mejorando continuamente
• El modelo OSI sigue siendo un modelo
¿Qué es TCP/IP?
• El nombre “TCP/IP” se refiere a una suite
de protocolos de datos.
– Una colección de protocolos de datos que
permite que los computadores se
comuniquen.
• El nombre viene de dos de los protocolos
que lo conforman:
– Transmission Control Protocol (TCP)
– Internet Protocol (IP)
• Hay muchos otros protocolos en la suite
TCP/IP e Internet
• TCP/IP son los protocolos fundamentales
de Internet (Aunque se utilizan para
Intranets y Extranets)
• Stanford University y Bold, Beranek and
Newman (BBN) presentaron TCP/IP a
comienzos de los 70 para una red de
conmutación de paquetes (ARPANet).
• La arquitectura de TCP/IP ahora es
definida por la Internet Engineering Task
Force (IETF)
¿Por qué es popular TCP/IP?
• Los estándares de los protocolos son
abiertos: interconecta equipos de
diferentes fabricantes sin problema.
• Independiente del medio de transmisión
físico.
• Un esquema de direccionamiento amplio y
común.
• Protocolos de alto nivel estandarizados
(¡muchos servicios!)
“Estándares” de TCP/IP
• Para garantizar que TCP/IP sea un
protocolo abierto los estándares deben ser
públicamente conocidos.
• La mayor parte de la información sobre los
protocolos de TCP/IP está publicada en
unos documentos llamados Request for
Comments (RFC’s) - Hay otros dos tipos
de documentos: Military Standards (MIL
STD), Internet Engineering Notes (IEN) -.
Arquitectura de TCP/IP (cuatro
capas)
No hay un acuerdo sobre como representar la jerarquía de los
protocolos de TCP/IP con un modelo de capas (utilizan de tres
a cinco).
Aplicación
Presentación
Aplicación
Sesión
Transporte
Internet
Red
Enlacede
Acceso
Red
Física
Aplicaciones y procesos que usan la red
Servicios de entrega de datos entre nodos
Define el datagrama y maneja el enrutamiento
Rutinas para acceder el medio físico
Pila de protocolos de Internet (cinco
capas)
• aplicación: soporta las
aplicaciones de la red
– FTP, SMTP, HTTP
• transporte: transferencia de
datos host to host
– TCP, UDP
• red: enrutamiento de
datagramas desde la fuente al
destino
– IP, protocolos de enrutamiento
• enlace: transferencia de datos
entre elementos de red vecinos
aplicación
transporte
red
enlace
física
Capas: comunicación lógica
Cada capa:
• distribuida
• Las
“entidades”
implementan
las funciones
de cada capa
en cada nodo
• las entidades
realizan
acciones, e
intercambian
aplicación
transporte
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
Capas: comunicación lógica
Transporte
• toma datos de la
aplicación
• agrega
direccionamiento,
agrega información
de chequeo de
confiabilidad para
formar el
“datagrama”
• envía el datagrama
al otro nodo
• espera el acuse de
recibo (ack) del otro
nodo
• analogía: la oficina
datos
aplicación
transporte
transporte
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
ack
datos
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
datos
aplicación
transporte
transporte
red
enlace
física
Capas: comunicación física
datos
aplicación
transporte
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
red
enlace
física
aplicación
transporte
red
enlace
física
datos
aplicación
transporte
red
enlace
física
Encapsulación de datos
• Cada capa de la pila
TCP/IP adiciona
información de control
(un “header”) para
asegurar la entrega
correcta de los datos.
• Cuando se recibe, la
información de control
se retira.
Capa de aplicación
DATOS
Capa de transporte
Header
DATOS
Header
DATOS
Header
DATOS
Capa Internet
Header
Capa de Acceso de Red
Header
Header
Capas de los protoclos y los
datos
Cada capa toma los datos de la capa superior
• agrega información de control (header) y crea
una nueva unidad de datos
• pasa esta
nueva unidad
a la capa inferior
origen
destino
M
Ht M
Hn Ht M
Hl Hn Ht M
aplicación
transporte
red
enlace
física
aplicación
Ht
transporte
Hn Ht
red
Hl Hn Ht
enlace
física
M
mensaje
M
segmento
M
M
datagrama
frame
Ubicación de los protocolos de TCP/IP en
el Modelo
de Referencia OSI (Open Systems
Interconnection)
Modem
Llegó
Solicitud
DNS
Red del
Campus
Representación alternativa de la
Arquitectura de Internet
• Diseño en forma de clepsidra (reloj de arena)
• Aplicación vs. Protocolo de Aplicación (FTP,
HTTP)
FTP
HTTP
SNMP
TFTP
UDP
TCP
IP
RED1
RED2
…
REDn
Otras representaciones de la
arquitectura de Internet
Aplicaciones
ASCII
Aplicaciones
binarias
NVTs
TCP y UDP
IP
Topología de red
Aplicación
TCP
UDP
IP
Network
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