Aunque al final a nosotros nos parezca sencillo, conectar en red dos equipos es un complicado problema de ingeniería. Cuando se abordan problemas de esta magnitud, la forma de solucionarlos suele ser dividir el problema grande en problemas pequeños. Esto es lo que propone el modelo de redes OSI (Open Systems Interconnection), publicado por la organización internacional ISO. Este modelo divide el "gran problema" en 7 pequeños problemas a los que se conoce como los siete niveles de red OSI.
- Físico : Conecta físicamente a dos transmisores
- Datos : Controla posibles errores entre dos puntos
- Red : Encamina la información a través de la red
- Transporte : Propicia la comunicación entre dos puntos no adyadcentes
- Sesión : Gestiona problemas ajenos a la comunicación
- Presentación : Convierte la información
- Aplicación : Proporciona servicios a la aplicaciones
Estos siete niveles se pueden reagrupar en una variante de 5 donde el nivel aplicación engloba a los niveles 5 y 6.
El nivel físico
El nivel físico viene a ser básicamente el "cable" que permite la comunicación y transmisión de datos, y que define la transmisión de bits a través de un canal. Esto quiere decir que se ha de asegurar que cuando un punto de la comunicación envía un bit 1, este se reciba como un bit 1, no como un bit 0. Las cuestiones que se tratarán será como cuantos voltios representan el 1, cuantos el 0, cuantos microsegundos dura un bit, si la transmisión se puede efectuar en los dos sentidos del canal, como se inicia una conexión, como se acaba, cuantos pins deben tener los conectores de red y que señal transporta cada uno de ellos. En esta capa se tratan conceptos mecánicos eléctricos, y procedimientos de interface así como el medio de transmisión.
- Medios de transmisión
- Par trenzado (twisted pair). Consiste en dos alambres de cobre enroscados (para reducir interferencia eléctrica).
- Cable coaxial. Un alambre dentro de un conductor cilíndrico. Tiene un mejor blindaje y puede cruzar distancias mayores con velocidades mayores
- Fibra óptica. Hoy tiene un ancho de banda de 50.000 Gbps, pero es limitada por la conversión entre las señales ópticas y eléctricas (1 Gbps). Los pulsos de luz rebotan dentro de la fibra.
Además de estos hay también medios inalámbricos de transmisión. Veamos algunos ejemplos :
- Radio. 10 KHz-100 MHz. Las ondas de radio son fáciles de generar, pueden cruzar distancias largas, y entrar fácilmente en los edificios. Son omnidireccionales, lo cual implica que los transmisores y recibidores no tienen que ser alineados.
- Las ondas de frecuencias bajas pasan por los obstáculos, pero el poder disminuye con la distancia.
- Las ondas de frecuencias más altas van en líneas rectas. Rebotan en los obstáculos y la lluvia las absorbe.
- Las ondas de frecuencias bajas pasan por los obstáculos, pero el poder disminuye con la distancia.
- Microondas. 100 MHz-10 GHz. Van en líneas rectas. Antes de la fibra formaban el centro del sistema telefónico de larga distancia. La lluvia las absorbe.
- Infrarrojo. Se usan en la comunicación de corta distancia (por ejemplo, controlo remoto de televisores). No pasan por las paredes, lo que implica que sistemas en distintas habitaciones no se interfieren. No se pueden usar fuera.
- Ondas de luz. Se usan lasers. Ofrecen un ancho de banda alto con costo bajo, pero el rayo es muy angosto, y el alineamiento es difícil.
- Par trenzado (twisted pair). Consiste en dos alambres de cobre enroscados (para reducir interferencia eléctrica).
- El sistema telefónico
- En general hay que usarlo para redes más grandes que un LAN.
- Consiste en las oficinas de conmutación, los alambres entres los clientes y las oficinas (los local loops), y los alambres de las conexiones de larga distancia entre las oficinas (los troncales). Hay una jerarquía de las oficinas.
- La tendencia es hacia la señalización digital. Ventajas:
- La regeneración de la señal es fácil sobre distancias largas.
- Se pueden entremezclar la voz y los datos.
- Los amplificadores son más baratos porque solamente tienen que distinguir entre dos niveles.
- La manutención es más fácil; es fácil detectar errores.
- La regeneración de la señal es fácil sobre distancias largas.
- En general hay que usarlo para redes más grandes que un LAN.
- Satélites
- Funcionan como repetidores de microondas. Un satélite contiene algunos transponedores que reciben las señales de alguna porción del espectro, las amplifican, y las retransmiten en otra frecuencia.
- Hay tres bandas principales: C (que tiene problemas de interferencia terrenal), Ku, y Ka (que tienen problemas con la lluvia).
- Un satélite tiene 12-20 transponedores, cada uno con un ancho de banda de 36-50 MHz. Una velocidad de transmisión de 50 Mbps es típica. Se usa la multiplexación de división de tiempo.
- La altitud de 36.000 km sobre el ecuador permite la órbita geosíncrona, pero no se pueden ubicar los satélites con espacios de menos de 1 o 2 grados.
- Los tiempos de tránsito de 250-300 milisegundos son típicos.
- Muy útil en la comunicación móvil, y la comunicación en las áreas con el terreno difícil o la infraestructura débil.
El nivel de enlace de datos
El tema principal son los algoritmos para la comunicación confiable y eficiente entre dos máquinas adyacentes.
Problemas: los errores en los circuitos de comunicación, sus velocidades finitas de transmisión, y el tiempo de propagación.
Problemas: los errores en los circuitos de comunicación, sus velocidades finitas de transmisión, y el tiempo de propagación.
Marcos
El nivel de enlace trata de detectar y corregir los errores. Normalmente se parte el flujo de bits en marcos y se calcula un checksum (comprobación de datos) para cada uno.
- Número de caracteres(un campo del encabezamiento guarda el número. Pero si el número es cambiado en una transmisión, es difícil recuperar.)
- Caracteres de inicio y fin.
- Servicios para el nivel de red
- Servicio sin acuses de recibo. La máquina de fuente manda marcos al destino. Es apropiado si la frecuencia de errores es muy baja o el tráfico es de tiempo real (por ejemplo, voz).
- Servicio con acuses de recibo. El recibidor manda un acuse de recibo al remitente para cada marco recibido.
- Control de flujo
Se usan protocolos que prohíben que el remitente pueda mandar marcos sin la permisión implícita o explícita del recibidor.
El nivel de red
Este nivel encamina los paquetes de la fuente al destino final a través de encaminadores (routers) intermedios. Tiene que saber la topología de la subred, evitar la congestión, y manejar saltos cuando la fuente y el destino están en redes distintas.
El nivel de red en la Internet
Funcionamiento del protocolo IP
El protocolo de IP (Internet Protocol) es la base fundamental de Internet. Hace posible enviar datos de la fuente al destino. El nivel de transporte parte el flujo de datos en datagramas. Durante su transmisión se puede partir un datagrama en fragmentos que se montan de nuevo en el destino.
- Versión. Es la 4. Permite las actualizaciones.
- IHL. La longitud del encabezamiento en palabras de 32 bits. El valor máximo es 15, o 60 bytes.
- Tipo de servicio. Determina si el envío y la velocidad de los datos es fiable. No usado.
- Longitud total. Hasta un máximo de 65.535 bytes.
- Identificación. Para determinar a qué datagrama pertenece un fragmento.
- DF (Don't Fragment). El destino no puede montar el datagrama de nuevo.
- MF (More Fragments). No establecido en el fragmento último.
- Desplazamiento del fragmento. A qué parte del datagrama pertenece este fragmento. El tamaño del fragmento elemental es 8 bytes.
- Tiempo de vida. Se decrementa cada salto.
- Protocolo. Protocolo de transporte en que se debiera basar el datagrama. Las opciones incluyen el enrutamiento estricto (se especifica la ruta completa), el enrutamiento suelto (se especifican solamente algunos routers en la ruta), y grabación de la ruta.
El nivel de transporte
El quinto nivel utiliza los servicios del nivel de red para proveer un servicio eficiente y confiable a sus clientes, que normalmente son los procesos en el nivel de aplicación. El hardware y software dentro del nivel de transporte se llaman la entidad de transporte. Puede estar en el corazón del sistema operativo, en un programa, en una tarjeta, etc. Sus servicios son muy semejantes a los del nivel de red. Las direcciones y el control de flujo son semejantes también. Por lo tanto, ¿por qué tenemos un nivel de transporte? ¿Por qué no solamente el nivel de red? La razón es que el nivel de red es una parte de la subred y los usuarios no tienen ningún control sobre ella. El nivel de transporte permite que los usuarios puedan mejorar el servicio del nivel de red (que puede perder paquetes, puede tener routers que no funcionan a veces, etc.). El nivel de transporte permite que tengamos un servicio más confiable que el nivel de red. También, las funciones del nivel de transporte pueden ser independiente de las funciones del nivel de red. Las aplicaciones pueden usar estas funciones para funcionar en cualquier tipo de red.
Protocolos de transporte
Los protocolos de transporte se parecen los protocolos de enlace. Ambos manejan el control de errores, el control de flujo, la secuencia de paquetes, etc. Pero hay diferencias:
En el nivel de enlace es fácil establecer la conexión; el host en el otro extremo del enlace está siempre allí. En el nivel de transporte este proceso es mucho más difícil.
Establecimiento de una conexión
Desconexión
La desconexión asimétrica puede perder datos. La desconexión simétrica permite que cada lado pueda liberar una dirección de la conexión a la vez.
Control de flujo
Se debe controlar que el número de paquetes enviados a un destino para que no colapse a este. Control de flujo
Multiplexación
A veces el nivel de transporte tiene que multiplexar las conexiones. Si se desea una transmisión de datos muy rápida se abrirán varias conexiones y los datos se dividirán para hacerlos pasar por estas.
Si solo se tiene una conexión pero se quieren pasar varios datos se deberá multiplexar el canal. Por tiempos transmitirá una conexión u otra.
Recuperación de caídas
Si una parte de la subred se cae durante una conexión, el nivel de transporte puede establecer una conexión nueva y recuperar de la situación.
El encabezamiento de TCP
TCP(Protocolo de control de transmisión) es el método usado por el protocolo IP (Internet protocol) para enviar datos a través de la red. Mientras IP cuida del manejo del envío de los datos, TCP cuida el trato individual de cada uno de ellos (llamados comúnmente "paquetes") para el correcto enrutamiento de los mismos a través de Internet.
Los flags:
- URG. Indica que el segmento contiene datos urgentes. El puntero urgente punta al desplazamiento del número de secuencia corriente donde están los datos urgentes.
- ACK. Indica que hay un número de acuse en el campo de acuse.
- PSH (Push). El recibidor no debiera almacenar los datos antes de entregarlos.
- RST (Reset). Hay un problema en la conexión.
- SYN. Se usa para establecer las conexiones. Una solicitud de conexión tiene SYN = 1 y ACK = 0, mientras que la aceptación de una conexión tiene SYN = 1 y ACK = 1.
- FIN. Indica que el mandador no tiene más datos a mandar.
El nivel de aplicación
El nivel de aplicación es siempre el más cercano al usuario. Por nivel de aplicación se entiende el programa o conjunto de programas que generan una información para que esta viaje por la red. El ejemplo más inmediato sería el del correo electrónico. Cuando procesamos y enviamos un correo electrónico este puede ir en principio a cualquier lugar del mundo, y ser leído en cualquier tipo de ordenador. Los juegos de caracteres utilizados por el emisor y el receptor pueden ser diferentes por lo que alguien se ha de ocupar de llevar a cabo estos ajustes. También se ha de crear un estándar en lo que la asignación de direcciones de correo se refiere. De todas estas funciones se encarga el nivel de aplicación. El nivel de aplicación mediante la definición de protocolos asegura una estandarización de las aplicaciones de red. En nuestro ejemplo del correo electrónico esto es lo que sucedería.....
El estándar que define esta codificación de mensajes es el protocolo SMTP. Cualquier ordenador del mundo que tenga un programa de correo electrónico que cumpla con el estandar SMTP será capaz de sacar por pantalla nuestro mensaje.
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