Modelos de Referencia de Red

Dado el gran crecimiento de las redes de computadores desde su creación, el manejo e interoperación de dichas redes se fue volviendo cada vez más complejo. Con el objetivo de simplificar el diseño de las redes de telecomunicaciones y lograr una compatibilidad y comprensión más abiertos, éstas se dividen en un conjunto de niveles o capas que conforman la arquitectura de la red, entendiéndose por capa una entidad que realiza por sí sola una función específica.

Además de simplificar la comprensión de las redes y de permitir la interoperación entre estas, los modelos de capas permiten cambiar o agregar funcionalidades en una capa sin tener que cambiar las otras y simplifican la detección de fallas (troubleshooting).

Así, han surgido una serie de modelos de referencia, donde los más masificados son: ¾ Modelo OSI.

¾ Modelo TCP/IP.

¾ Modelo Jerárquico de Redes.

9.1.1. Modelo OSI

A finales de los 70’s, la ISO (International Standards Organization) comenzó a desarrollar un modelo conceptual para la conexión de red llamado modelo OSI (Open Systems Interconnection Reference Model). En el año 1984, este modelo se convirtió en el estándar internacional de las comunicaciones entre redes.

Los principios aplicados para la división en capas son:

¾ Se debe crear una capa siempre que se necesite un nivel diferente de abstracción. ¾ Cada capa debe realizar una función bien definida.

¾ La función de cada capa se debe elegir pensando en la definición de protocolos estandarizados internacionalmente.

¾ Los límites de las capas deben elegirse a modo de minimizar el flujo de información a través de las interfaces.

¾ La cantidad de capas debe ser suficientes para no tener que agrupar funciones distintas en la misma capa y lo bastante pequeña para que la arquitectura no se vuelva inmanejable.

El modelo OSI define en 7 capas los protocolos de comunicación. Los niveles inferiores se encargan de acceder al medio, mientras que los superiores, definen como las aplicaciones acceden a los protocolos de comunicación. Las dos únicas capas del modelo con las que, de hecho, interactúa el usuario son la primera capa, la capa Física, y la última capa, la capa de Aplicación. A continuación se explica brevemente la funcionalidad de cada capa.

9.1.1.1.Capa Física

La capa física del modelo OSI es la encargada de las conexiones físicas de la computadora hacia la red, es decir en esta capa la información es manejada bit a bit sobre un medio de transporte.

La capa física estandariza el medio físico por los que viajará la información, características de materiales y eléctricas usadas en la transmisión, características funcionales de la interfaz, transmisión del flujo de bits a través del medio, administración de señales eléctricas y electromagnéticas. Un ejemplo de estas características son niveles de voltaje y disposición de pines.

9.1.1.2.Capa de Enlace

Esta capa es la encargada de transmitir la información en “paquetes” denominados frames o tramas a un conjunto de terminales en una red local. Además, a partir de cualquier medio de transmisión debe ser capaz de proporcionar una transmisión sin errores.

Para cumplir su objetivo, algunas responsabilidades de esta capa son: estructurar frames, direccionamiento y mecanismo de acceso, crear y reconocer los límites de las tramas, resolver los problemas derivados del deterioro, pérdida o duplicidad de las tramas. Además, esta capa debe incluir algún mecanismo de regulación del tráfico que evite la saturación de un receptor que sea más lento que el emisor.

Para poder transmitir los frames a un terminal dentro de la red local, cada terminal debe tener una dirección, que permita indicar cual es el o los destinatarios del frame. Un equipo que se caracteriza con esta capa en temas de redes es el switch.

9.1.1.3.Capa de Red

La función de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Es decir, transmitir “paquetes de información” a estaciones, en otras redes locales (red Global).

La capa de red se encarga del funcionamiento de la subred de comunicaciones, enrutamiento de los “paquetes” (mediante una tabla de enrutamiento) y control de congestión, y la comunicación entre redes que no necesariamente utilizan el mismo protocolo en niveles inferiores.

Además, la capa de red estandariza la estructura de los paquetes, direccionamiento global y enrutamiento. El router es ejemplo de equipos que se manejan en esta capa.

9.1.1.4.Capa de Transporte

La capa de transporte es la capa límite entre las capas de procesamiento de datos y el transporte de éstos. Su función es permitir el establecimiento, mantención y término de “canales” de comunicación o circuitos virtuales entre aplicaciones en estaciones remotas.

Entre las responsabilidades de la capa de transporte se encuentran el comunicar aplicaciones mediante la modalidad de intercambio de datagramas o el establecimiento de sesiones persistentes, identificar aplicaciones, estandarización de estructuras de datagramas, sesiones, identificadores de aplicación, mecanismos de establecimiento de sesiones y la multiplexación de mensajes provenientes de distintas aplicaciones.

9.1.1.5.Capa de Sesión

La capa de sesión tiene la función de comunicar las aplicaciones, por medio de algún protocolo previamente acordado, por sobre las sesiones de capa transporte

Las tareas de esta capa son el control de la sesión a establecer entre el emisor y el receptor y control de la concurrencia y sincronización, la mantención de puntos de verificación (checkpoints) y la estandarizar los protocolos de comunicación entre aplicaciones.

9.1.1.6.

Capa de Presentación

El objetivo de esta capa es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas los datos lleguen de manera reconocible. En otras palabras, esta capa se encarga de manejar las estructuras de datos abstractas y realizar las conversiones de representación de datos necesarias para la correcta interpretación de los mismos.

Dentro de sus tareas, se encuentra que la información enviada por la capa de aplicación sea entendible y la verificación de la estructura semántica y sintaxis de los datos a enviar.

9.1.1.7.Capa de Aplicación

La capa de aplicación corresponde a la capa más cercana al usuario, por lo que es la encargada de relacionar al usuario con la comunicación proporcionada por las capas inferiores. La capa de

aplicación contiene los programas del usuario, además que contiene los protocolos que se necesitan frecuentemente.

Además, la capa de aplicación define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico, gestores de bases de datos y servidor de ficheros y que pueden emular terminales virtuales o ser utilizados para transferencia de archivos u otras labores.

En la Tabla 21, a continuación, se presentan algunos ejemplos de protocolos de redes de computadores ordenados según las capas del modelo OSI a las que pertenecen.

Tabla 21: Ejemplos de Protocolos por Capas.

Capa 7: Aplicación FTP, HTTP, Telnet, SNMP

Capa 6: Presentación JPEG, MPEG, ASCII, MIDI, HTML, XML Capa 5: Sesión NFS, SQL

Capa 4: Transporte UDP, TCP

Capa 3: Red IP, IPX, OSPF

MPLS, SNA

Capa 2: Enlace _{Ethernet, Token Ring, LocalTalk, FDDI, X.21, X.25, Frame} Relay, BitNet, CAN, ATM, Wi-Fi, HDLC, SDLC

RS-232, RS-449, EIA-422, EIA-485, V.21-V.23, V.90 Capa 1: Física ^{Códigos NRZ, Codificación Manchester, Cable coaxial, Par}

trenzado,10Base2, 10BASE5, 10BASE-T, 100BASE-TX, PDH, SDH, T-carrier, E-carrier, SONET, DSSS, FHSS

9.1.2. Modelo TCP/IP

El modelo TCP/UDP fue desarrollado por la Agencia de Investigación de Defensa de los Estados Unidos (ARPA o DARPA) de forma que la principal característica de esta red fuera ser funcional para cualquier tecnología de red y ser robusta a la pérdida de algún nodo causada por ataques nucleares.

Así, DARPA creó el grupo de protocolos de TCP/IP (stack TCP/IP), cuyo nombre está compuesto por las siglas de los dos estándares principales: Transmission Control Protocol (TCP) e Internet Protocol (IP). Este modelo hace posible la comunicación entre un par de terminales en cualquier lugar del mundo.

El modelo TCP/IP está basado en el modelo OSI; sin embargo, posee menos capas agrupando funcionalidades en algunas de sus capas. Es importante mencionar que el modelo TCP/IP no específica protocolos en la capa de hardware, por lo que éstos dependerán de la arquitectura de red física utilizada. En la Figura 84 se observa un paralelo entre las capas de ambas arquitecturas.

Figura 84: Comparación entre el Modelo OSI y TCP/IP.

9.1.2.1.Capa de Internet

Es una capa orientada hacia un servicio sin conexión de forma que se puedan ingresar paquetes a la red sin importar su destino. Su función es, por tanto, enrutar los paquetes de información a su destino a través de los distintos nodos de red.

La capa de Internet, por tanto, no es confiable y posee una política de mejor esfuerzo (best effort), el protocolo oficial de esta capa es el protocolo IP (Internet Protocol).

9.1.2.2.Capa de Transporte

En esta capa se realiza una comunicación punto a punto entre emisor y receptor. El modelo TCP/IP utiliza para esto dos tipos de protocolos:

¾ TCP (Transmission Control Protocol): Implementa servicios orientados a la conexión, confiables y con control de flujo.

¾ UDP (User Datagram Protocol): Implementa servicios no orientados a la conexión ni confiable.

9.1.2.3.Capa de Aplicación

En esta capa corren los protocolos que prestan servicios específicos al usuario. Algunos ejemplos de estos protocolos son: TELNET, FTP, HTTP, etc.

9.1.3. Modelo Jerárquico de Red

El modelo jerárquico de red, propietario de Cisco, es un diseño de 3 capas cuya finalidad es la simplificación del diseño, planificación y operación de las redes. En la Figura 85 se aprecia un diagrama con las capas del modelo jerárquico.

CORE

Switching de alta velocidad

DISTRIBUCIÓN Conectividad basada en políticas

ACCESO

Acceso a grupos de trabajo locales y remotos CORE

Switching de alta velocidad

DISTRIBUCIÓN Conectividad basada en políticas

ACCESO

Acceso a grupos de trabajo locales y remotos

Figura 85: Modelo Jerárquico de Red.

9.1.3.1.Capa Core

La capa Core, es la capa que transporta la mayor cantidad de tráfico, por lo que corresponde al backbone de una red. Para cumplir con su función debe tener una serie de características como son la alta velocidad de transmisión de datos, alta confiabilidad (como lo pueden ser redes redundantes) y baja latencia (este último punto, es muy importante el tiempo de convergencia y adaptabilidad de los protocolos de enrutamiento). La capa Core, por lo general es transparente al usuario final.

9.1.3.2.Capa de Distribución

La capa de distribución corresponde a la capa de servidores y es la interfaz de acceso entre las capas Core y Acceso. Dentro de sus funciones se encuentra el enrutamiento, filtrado, políticas, seguridad, enrutamiento entre VLANs y separación entre protocolos de enrutamiento estáticos y dinámicos.

9.1.3.3.Capa de Acceso

Como lo indica el nombre, esta capa provee acceso a los recursos de parte de los usuarios y se caracteriza por ser conmutada y compartir el ancho de banda. La capa de acceso segmenta la red, conecta a los usuarios a la LAN y aísla de broadcast a los servidores.