Modelos y Protocolos de Red
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Fundamentos de redes
Unidad 3. Modelos y protocolos de Red
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 1
Área de Ciencias Exactas, Ingenierías y Tecnológicas
Cuatrimestre CUATRO
Programa de la asignatura:
Fundamentos de Redes
Clave
220920415/210920415
Octubre de 2011
Fundamentos de redes
Unidad 3. Modelos y protocolos de Red
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 2
Unidad 3. Modelos y protocoles de Red
Presentación de la unidad
El objetivo del estudio de esta unidad es que el estudiante comprenda, conozca e
identifique los estándares que existen en el entorno de modelos y protocolos de rede
para intercambio de información, se mencionan y se explican los principales estándares
que actualmente rigen en el mundo. También se introduce al tema de los protocolos, las
funciones que desempeña porque son importantes, Así mismo, se explica la arquitectura
del modelo de referencia OSI y TCP por el impacto que han tenido en el desarrollo de las
TIC en referencia a los dispositivos físicos y características de transmisión, capacidad de
canales y frecuencia de medios que has estudiado en las unidades anteriores.
La presente unidad se complementa con actividades teóricas, así como un caso que
permite al estudiante una mejor comprensión de cada tema. Las actividades ayudan a
complementar los logros de aprendizaje.
Propósitos
Al finalizar la unidad
1. Se identificaran los modelos de referencia de transmisión de datos.
2. Se asociaran la arquitectura del modelo OSI con algún modelo de transmisión de
datos.
3. Identificar las características y funciones de un protocolo de red.
Competencia específica
Discriminar estándares de comunicación para determinar condiciones de envío de
información mediante protocolos de comunicación con modelos y estándares ya
preestablecidos.
3.1. Normas de Red
No todos los dispositivos de red son del mismo fabricantes, ni usan el mismo voltaje, ni
pertenece al mismo país, por lo que, para comunicarse entre ellos, se necesitan reglas de
comunicación llamadas protocolos.
Es decir un protocolo es el conjunto de normas que regulan la comunicación
(establecimiento, mantenimiento y cancelación) entre los distintos componentes de una
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red de computadoras. Existen dos tipos de protocolos: protocolos de bajo nivel y
protocolos de red:
Los protocolos de bajo nivel controlan la forma en que las señales se transmiten
por el cable o medio físico.
Los protocolos de red organizan la información (controles y datos) para su
transmisión por el medio físico a través de los protocolos de bajo nivel.
A manera de ejemplo y como una manera gráfica se representa el nivel de jerarquía en la
relación: estándar – protocolo – norma.
En ocasiones la relación podrá ser estándar –norma. Lo que quiere decir que no siempre
en la relación entre norma y estándar habrá un protocolo.
Estándar
Protocolo
Norma
Estándar
Norma
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En las redes existen protocolos para cualquier tipo de comunicación, por ejemplo: correo
electrónico, transferencia de archivos, mensajería instantánea, ver una página web, etc.
A estos tipos de comunicación se les llama servicios. Un servicio son acciones que
puede llevar a cabo un componente dentro de la red. Para proporcionar un servicio se
requieren servidores específicos para cada uno de ellos, entre los más conocidos están
los de Web (http, htpps), de correo electrónico (smtp, pop, imap, smtps, pops), de
videoconferencias, de mensajería instantánea, de telefonía de Intenet (VoIP), de Chat
(IRC), etc.
A manera de ejemplo se muestra un diagrama de relación estándar – protocolo – norma
utilizando el modelo OSI que se estudiará más adelante;
Las normas que dictan la comunicación e interacción entre computadoras se les llama
protocolos o estándares. Los estándares de comunicación han sido establecidos por
organismos, asociaciones y/o instituciones, a continuación mencionaremos algunas de las
más importantes.
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Estándares
ANSI (American National Standards Institute, Instituto Nacional Americano
de Estándares). Es una organización privada sin fines de lucro, que permiten la
estandarización de productos, servicios, procesos, sistemas y personal. Es el
representante de ISO e IEC. Entre sus estándares más conocidos se encuentra el
código ASCII y los subconjuntos de lenguajes de programación como ANSII C.
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Instituto de Ingenieros
Electricistas y Electrónicos). Asociación mundial técnico-profesional sin fines de
lucro, que aporta criterios de estandarización de dispositivos eléctricos y
electrónicos. Estándares conocidos son el WI-FI n (IEEE 802.1 ln).
ISO (International Organization for Standardization, Organización para la
Estandarización). Es una organización internacional (163 países), que regula una
serie de normas para fabricación, comercio y comunicación, en todas las ramas
industriales excepto la electrónica y eléctrica. Entre las normas ISO más usadas
son: las medidas de papel (ISO 216; DIN-A4, etc), nombre de lenguas (ISO 639),
sistemas de calidad (ISO 9000, 9001 Y 9004), de gestión medioambiental (ISO
14,000).
Se conoce por ISO tanto a la Organización como a las normas establecidas por la
misma para estandarizar los procesos de producción y control en empresas y
organizaciones internacionales.
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IETF (Internet Engineering Task Force, Grupo de Trabajo de Ingeniería de
Internet). Organización internacional sin fines de lucro abierta (todo el mundo
puede participar), que tiene como como objetivos el contribuir a la ingeniería de
Internet, actuando en diversas áreas, como transporte, encaminamiento,
seguridad. Para conocer algún tipo de protocolo o servicio de internet se debemos
consultar a la RFC (Request For Comments). Los RFC son utilizados para los
protocolos de SMTP, MIME, HTTP, HTTPS, POP3, etc.
ITU (Internacional Telecommunication Union, Unión Internacional de
Telecomunicaciones). Organismo de las Naciones Unidas encargado de regular
las telecomunicaciones entre las distintas administraciones y empresas
operadoras. Regula las telecomunicaciones, radiocomunicaciones y sus
desarrollos.
Ejemplos de protocolos asociados a estándares
Organización Protocolo Descripción breve del protocolo
ANSI ASCII Código Americano Estandarizado para el Intercambio de Información
IEEE WI-FI n (IEEE 802.11 n) Estándar que mejora significativamente el rendimiento de la red con un incremento significativo en la velocidad máxima de transmisión de 54 Mbps a un máximo de 600 Mbps
ISO ISO 216 Especifica los formatos de papel
ISO 639 Da códigos para lenguas y grupos o familias de
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lenguas
ISO 9000 Conjunto de normas sobre calidad y gestión continua de calidad
IETF RFC SMTP Protocolo Simple de Transferencia de Correo
MIME Es un estándar que clasifica los recursos y provee información (a los programas) acerca de cómo manejarlos
HTTP El protocolo de transferencia es el sistema mediante el cual se transfiere información entre los servidores y los clientes
HTTPS Versión de http para la transferencia segura de información
POP3 Estándar para recibir mensajes de e-mail.
ITU ITU-T H.323 Estándar para el despliegue de servicios multimedia (Voz, video, Datos)
3.1.1. Necesidad de reglas
Como se mencionó en el tema anterior, para que exista una comunicación es necesario
que exista un conjunto de reglas, denominadas protocolos. A su vez los protocolos
pertenecen a un estándar, por lo tanto, para cada medio existe un protocolo diferente, los
protocolos determinan el formato, la sincronización, la secuencia y el control de errores en
la comunicación.
Para que exista una comunicación de un host a través de la red, hacia otro host, se
requiere de la interacción de una gran cantidad de protocolos diferentes. Las suites de
protocolos son conjuntos de reglas que funcionan conjuntamente para realizar una función
de comunicación. Estos protocolos se implementan en el software y hardware que utiliza
cada host y dispositivo de red.
Los protocolos controlan todo lo relacionado con la comunicación, que incluye lo
siguiente:
Cómo se construye la red física
Cómo los host se conectan a la red
Formato o estructura del mensaje para su transmisión
Cuáles son los métodos por el cual los dispositivos envían y/o reciben datos
Cómo y cuándo se manejan los errores
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Capas
El concepto de capas o niveles se utiliza para describir la comunicación entre dos
dispositivos. Muchas redes están organizadas como una serie de capas o niveles, cada
una construida sobre la inferior. Sin embargo, en todas las redes el propósito de cada
capa es ofrecer ciertos servicios a las capas superiores de modo que no tengan que
preocuparse en cómo se implementan en la capa correspondiente.
Entonces las capas inferiores reciben datos, para procesar y ofrecer un resultado a la
capa superior. En este proceso se pueden modificar, corregir, encapsular, ampliar, etc.,
esos datos o paquetes; pero en la mayoría de los casos ese proceso se simplifica a añadir
cabeceras o información de control de datos que reciben, sin preocuparse de su
contenido.
Los protocolos pueden ser específicos de un fabricante por ejemplo el protocolo Appletalk
y Appleshare exclusivos de APPLE o pueden ser utilizados por distintas organizaciones
por ejemplo SMBs (Bloques de mensajes del servidor) de Microsoft y clientes o
redirectores con permiso del propietario, Otros, sólo se pueden implementar en equipos
fabricados por el proveedor propietario.
En la capa 1 está definido el medio físico a través del cual ocurre la comunicación. En
cada par de capas adyacentes hay una interfaz. La interfaz define cuáles operaciones y
servicios ofrece la capa inferior a la superior.
Modelo OSI
El conjunto de capas y protocolos recibe el nombre de arquitectura de red. Las
especificaciones de una arquitectura deben contener la información necesaria para que
cada capa obedezca en forma correcta al protocolo apropiado. La lista de protocolos se
llama pila de protocolos.
Transmisión binaria (cables, conectores velocidades de transmisión)
Control directo de enlaces, acceso a medios
Dirección de red y determinación de mejor ruta
Conexiones de extremo a extremo
Comunicación entre hosts
Representación de datos
Procesos de red a aplicación
Procesos de red a aplicacion
Procesos de red a aplicacion
Procesos de red a aplicacion
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Una analogía que nos ayudará a comprender la comunicación multicapas:
Imagina a dos filósofos (capa 3), uno de los cuales habla flamenco e inglés y el
otro habla chino y francés. Ya que no tienen un idioma en común, cada uno
contrata a un traductor (capa2), cada uno de los cuales, establecen contacto con
una secretaria (capa 1). El filósofo 1 desea comunicar que le gustan los conejos.
Para hacerlo, necesita a su traductor para que traduzca el mensaje, “I like rabbits”.
Los traductores acuerdan el uso del idioma, holandés, así que el mensaje se
convierte en “ik hou van konijnen”.
A continuación, el traductor entrega el mensaje a su secretaria para que lo
transmita, por ejemplo por fax (el protocolo de la capa 1). Cuando el mensaje llega,
se traduce al francés y se pasa al traductor para que le enviara el mensaje al
filósofo 2. Observe que cada protocolo es independiente por completo a los otros.
Los traductores pueden cambiar de idioma, siempre que ambos estén de acuerdo.
De igual manera las secretarias pueden cambiar el medio de comunicación físico,
ya sea por fax, correo electrónico, o teléfono sin necesidad de informar a las capas
superiores.
Actividad 1. Reglas y Normas
Esta es la primer actividad de la tercera unidad. El punto a destacar es que argumentes
el uso de reglas y normas para la transmisión de información.
Para esto con el software de tu preferencia:
1. Realiza un diagrama de red en el que mediante una situación que tu plantees,
hagas evidente el uso de reglas y normas en relación a la transmisión de
información en una red.
1. Guarda tu archivo y envíalo para su revisión a tu Facilitador(a).
FRE_U3_A1_XXYZ, espera las retroalimentaciones.
Filósofos
Traductores
Secretaria
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3.1.2. Estándares
Un estándar, según la ISO "son acuerdos documentados que contienen especificaciones
técnicas u otros criterios precisos para ser usados consistentemente como reglas, guías o
definiciones de características para asegurar que los materiales, productos, procesos y
servicios cumplan con su propósito". Por lo tanto un estándar de telecomunicaciones "es
un conjunto de normas y recomendaciones técnicas que regulan la transmisión en los
sistemas de comunicaciones" (Martínez, 1999).
Tipos de Estándares
Existen tres tipos de estándares: de facto, de jure y los propietarios. Los estándares de
facto son aquellos que tienen una alta penetración y aceptación en el mercado, pero aún
no son oficiales. Un estándar de jure u oficial, en cambio, es definido por grupos u
organizaciones oficiales tales como la ITU, ISO, ANSI, entre otras. Los estándares
propietarios que son propiedad absoluta de una corporación o entidad y su uso todavía no
logra una alta penetración en el mercado (Martínez, 1999).
Tipos de organizaciones de estándares
Básicamente, existen dos tipos de organizaciones que definen estándares: Las
organizaciones oficiales y los consorcios de fabricantes.
El primer tipo de organismo está integrado por consultores independientes, integrantes de
departamentos o secretarías de estado de diferentes países u otros individuos. Ejemplos
de este tipo de organizaciones son la ITU, ISO, ANSI, IEEE, IETF, IEC, entre otras.
Los consorcios de fabricantes están integrados por compañías fabricantes de equipo de
comunicaciones o desarrolladores de software que conjuntamente definen estándares
para que sus productos entren al mercado de las telecomunicaciones y redes (ATM
Forum, Frame Relay Forum, Gigabit Ethernet Alliance, ADSL Forum, etc.). Una ventaja de
los consorcios es que pueden llevar más rápidamente los beneficios de los estándares
promulgados al usuario final, mientras que las organizaciones oficiales tardan más tiempo
en liberarlos (Martínez, 1999).
Estándares de Red (IEEE)
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En 1980 el IEEE comenzó un proyecto llamado estándar 802 basado en conseguir un
modelo para permitir la intercomunicación de computadoras para la mayoría de los
fabricantes. Para ello se enunciaron una serie de normalizaciones que con el tiempo han
sido adaptadas como normas internacionales por la ISO. El protocolo 802 está dividido
según las funciones necesarias para el desempeño de las LAN. Cada división se
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identifica por un número: 802.x:
802.1 Definición Internacional de Redes. Define la relación entre los estándares 802 del
IEEE y el Modelo de Referencia para Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) de la ISO
(Organización Internacional de Estándares).
802.2 Control de Enlaces Lógicos. Estándar que describe la parte superior de la capa de
enlace de datos que usa el protocolo LLC (Logical Link Control).
802.3 Redes CSMA/CD. Estándar que incluye el formato del paquete de datos para
Ethernet, el cableado a usar y el máximo de distancia alcanzable para este tipo de redes.
Describe una LAN usando una topología de bus, con un método de acceso al medio
llamado CSMA/CD y un cableado coaxial de banda base de 50 ohms capaz de manejar
datos a una velocidad de 10 Mbps (López, s.f.).
802.4 Redes Token Bus. Hace referencia al método de acceso de Token pero para una
red con topología de anillo, o también conocida como Token Bus. Token Bus consiste en
un cable principal denominado bus, generalmente coaxial, al cual todos los equipos se
conectan mediante un adaptador que tiene forma de “T”; existe otra técnica que permite
conectarse mediante un “cable de bajada” al cable principal. En los extremos del bus hay
una resistencia llamada terminador. En esta topología todos los mensajes pasan por el
bus y llegan a todos los equipos conectados (López, s.f.).
802.5 Redes Token Ring. Este estándar define una red con topología de anillo la cual usa
token (paquete de datos) para transmitir información. En una estación de trabajo la cual
envía un mensaje lo sitúa dentro de un token y lo direcciona específicamente a un
destino, la estación destino copia el mensaje y lo envía a un token de regreso a la
estación origen la cual borra el mensaje y pasa el token a la siguiente estación (López,
s.f.).
802.6 Redes de Área Metropolitana (MAN). Basado en la topología propuesta por la
University of Western Australia, conocida como DQDB (Distributed Queue Dual Bus)
utiliza un bus dual de fibra óptica como medio de transmisión. Ambos buses son
unidireccionales, y en contra sentido. Con esta tecnología el ancho de banda es
distribuido entre los usuarios, de acuerdo con la demanda que existe, en proceso
conocido como inserción de ranuras temporales. Puesto que puede llevar transmisión de
datos síncronos y asíncronos, soporta aplicaciones de video, voz y datos.
802.7 Grupo Asesor Técnico de Anchos de Banda. Este comité provee consejos técnicos
a otros subcomités en técnicas sobre anchos de banda de redes (López, s.f.).
802.8 Grupo Asesor Técnico de Fibra Óptica. Provee consejo a otros subcomités en
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redes por fibra óptica como una alternativa a las redes basadas en cable de cobre. Los
estándares propuestos están todavía bajo desarrollo (López, s.f.).
802.9 Redes Integradas de Datos y Voz. Comité para la integración de voz y datos IVD
(Integrated Voice and Data) en la red ISDN. También para ISLAN (Integrated Service
LAN) para voz conmutada o en paquetes sobre LAN 802.3.
802.10 Grupo Asesor Técnico de Seguridad en Redes. Grupo que trabaja en la definición
de un modelo normalizado de seguridad que opera sobre distintas redes e incorpora
métodos de autenticación y cifrado.
802.11 Redes Inalámbricas. Este estándar define y gobierna las redes de área local
inalámbricas (WLAN) que operan en el espectro de 2.4 GHz y fue definida en 1997. El
estándar original especificaba la operación a 1 y 2 Mbps usando tres tecnologías
diferentes:
Frecuency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Direct Secuence Spread Spectrum (DSSS)
Infrarojos (IR)
El estándar original aseguraba la interoperabilidad entre equipos de comunicación dentro
de cada una de estas tecnologías inalámbricas, pero no entre las tres tecnologías. Desde
entonces, muchos estándares han sido definidos dentro de la especificación IEEE 802.11
que permiten diferentes velocidades de operación. El estándar IEEE 802.11b permite
operar hasta 11 Mbps y el 802.11ª, que opera a una frecuencia mucho mayor (5GHz),
permite hasta 54 Mbps.
802.12 Prioridad de Demanda (100VG-ANYLAN). Comité para formar el estándar de 100
base VG que sustituye CSMA/CD por asignación de prioridades.
802.15. Grupo de trabajo especializado en redes inalámbricas de área personal (wireless
personal area networks, WPAN). Se divide en cinco subgrupos, del 1 al 5. Los
estándares que desarrolla definen redes tipo PAN o HAN, centradas en distancias cortas.
Al igual que Bluetooth o ZigBee, el grupo de estándares 802.15 permite que dispositivos
portátiles como PC, PDAs, teléfonos, pagers, sensores y actuadores utilizados en
robótica, entre otros, puedan comunicarse e interoperar. Debido a que Bluetooth no
puede coexistir con una red inalámbrica 802.11.x, se definió este estándar para permitir
la interoperabilidad de las redes inalámbricas LAN con las redes tipo PAN o HAN.
802.22. Estándar de conexión Wi-Fi de alta velocidad o WRAN (Wireless Regional Área
Network), que utiliza bandas de frecuencia de televisión para trasmitir la señal. La
novedad en este sistema está en el uso del “ruido blanco”, un espacio en el espectro
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electromagnético que usa la TV analógica, pero que será liberado cuando se empiecen a
usar señales digitales. Este estándar aprovecha las bandas de frecuencia de televisión
VHF y UHF para transmitir la señal de internet de hasta 22 Mbps y en áreas de conexión
a 100 km alrededor del transmisor. Gracias a esto podrá llevarse internet de alta
velocidad a zonas rurales donde hasta ahora había dificultades para el envío y recepción
de la señal de forma más eficiente y como alternativa a la tecnología por satélite.
Modelo OSI
A finales de la década de los setenta, la Organización Internacional para la
Estandarización (ISO International Organization for Standardization) empezó desarrollar
un modelo conceptual para la conexión en red al que llamo Open Systems Interconnection
Reference Model o Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos. En los
entornos de trabajo con redes se le conoce comúnmente como el modelo OSI. En 1984,
este modelo comenzó a ser el estándar internacional para las comunicaciones en red al
ofrecer un marco de trabajo conceptual que permitía explicar el modo en que los datos se
desplazaban dentro de una red.
Las capas del modelo OSI son las siguientes:
Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet (TCP/IP)
TCP/IP es un sistema de protocolos de comunicaciones que hacen posibles servicios
Telnet, FTP y SMTP, HTTP, IP entre computadoras que no pertenecen a la misma red. Es
utilizado por muchos fabricantes de hardware, desde las computadoras personales hasta
las macrocomputadoras.
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Telnet
Protocolo de Internet estándar que permite a una computadora con conexión a Internet
establecer una sesión como terminal remoto de otro sistema de la Red. El protocolo
proporciona reglas básicas para vincular a un cliente (computadora) con un intérprete de
comandos (del lado del servidor). Utiliza una conexión TCP para enviar datos en formato
ASCII.
Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP)
Protocolo usado para la transferencia de archivos entre sistemas, que forma parte del
conjunto de protocolos TCP/IP, permitiendo la comunicación en Internet entre distintos
tipos de computadoras y redes. El protocolo asegura que el archivo se transmita sin
errores. El sistema que almacena archivos que se pueden solicitar por FTP se denomina
servidor de FTP.
Protocolo simple de transferencia de correo (SMTP)
Protocolo estándar usado para transmitir correo electrónico de un servidor a otro mediante
una conexión punto a punto.
Kerberos
Protocolo de seguridad soportado en entornos UNIX, así como otros sistemas operativos.
Utiliza una aplicación llamada servidor de autenticidad para validar contraseñas y
esquemas de encriptado. Este protocolo es uno de los más seguros ya que impide que las
claves de los usuarios sean enviadas a través de la red y sean divulgadas, además
centraliza la autenticación manteniendo una única base de datos de usuarios para toda la
red.
Sistema de nombres de dominio (DNS)
Permite traducir nombres inteligibles en identificadores binarios asociados a dispositivos
conectados a la red, con el propósito de localizar y direccionar dichos dispositivos
mundialmente.
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Protocolo simple de administración de red (SNMP)
Protocolo de la capa de aplicación que les permite a los administradores de red
administrar dispositivos y diagnosticar problemas en la red. Es parte de los protocolos
TCP/IP.
Llamada a Procedimiento Remoto (RPC)
Protocolo que permite a un programa ejecutar código en una computadora remota sin
tomar en cuenta el tipo de comunicación que hay entre las computadoras utilizadas.
Sistema de archivos de red (NFS)
Conjunto de protocolos desarrollados por Sun MicroSystems que permite a computadoras
remotas usar sistemas de archivos sobre la red e interactuar con esos sistemas de
archivos como si estuvieran montados localmente.
Protocolo de transferencia de archivos trivial (Trivial FTP)
Protocolo de transferencia de archivos sencillo que carece de seguridad, similar al FTP,
definido por primera vez en 1980 Se utiliza para transferir archivos pequeños entre redes
de computadoras.
Protocolo de Control de Transmisión (TCP)
Protocolo de comunicación que proporciona transferencia confiable de datos, creado entre
en 1973 por Vint Cerf y Robert Kahn. Es responsable de ensamblar los datos pasados de
aplicaciones de capas superiores hacia paquetes estándar y asegurar que los datos se
transfieran en forma segura, sin errores y en el mismo orden en que se transmitieron.
Protocolo de Transferencia de Hipertexto (HTTP)
Es el protocolo usado en cada transacción de la World Wide Web. Define la sintaxis y la
semántica que utilizan los elementos de software de la arquitectura web (clientes,
servidores) para comunicarse, es orientado a transacciones y sigue el esquema petición-
respuesta entre un cliente y un servidor.
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Protocolo Internet (IP)
Proporciona los medios necesarios para la transmisión de bloques de datos llamados
datagramas desde el origen al destino y si es necesario de la fragmentación y el
reensamblaje de grandes datagramas para su transmisión a través de redes de trama
pequeña.
3.2. Referencias
Por mucho tiempo se consideró al diseño de redes un proceso muy complicado de llevar a
cabo, esto es debido a que los fabricantes de computadoras tenían su propia arquitectura
de red, y ésta era muy distinta al resto, y en ningún caso existía compatibilidad entre
marcas. Más tarde los fabricantes consideraron acordar una serie de normas
internacionales para describir las arquitecturas de redes. Así la ISO (Organización
Internacional de Normalización) desarrolla una estructura de normas comunes dentro de
las redes. Estas normas se conocen como el Modelo de Referencia OSI (el cual se
conocerá a detalle más adelante), modelo bajo el cual empezaron a fabricar
computadoras con capacidad de comunicarse con otras marcas.
Este modelo se basa en el principio de Julio Cesar: "divide y vencerás", y está pensado
para las redes del tipo WAN. La idea es diseñar redes como una secuencia de capas,
cada una construida sobre la anterior.
El modelo OSI no es un estándar de comunicaciones ya que es un lineamiento funcional
para las tareas de comunicaciones, sin embargo muchos estándares y protocolos
cumplen con los lineamientos del modelo. Como se menciona anteriormente, OSI nace
como una necesidad de uniformar los elementos que participan en la solución de los
problemas de comunicación entre equipos de diferentes fabricantes.
Problemas de compatibilidad:
El problema de compatibilidad se presenta entre los equipos que van a comunicarse
debido a diferencias en:
Procesador Central.
Velocidad.
Memoria.
Dispositivos de Almacenamiento.
Interface para las Comunicaciones.
Códigos de caracteres.
• Sistemas Operativos.
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Lo que hace necesario atacar el problema de compatibilidad a través de distintos niveles o
capas.
Beneficios:
Mayor comprensión del problema.
La solución de cada problema específico puede ser optimizada individualmente.
3.2.1. Modelo de Referencia OSI
Este modelo se basa en una propuesta desarrollada por la Organización Internacional de
Normas (ISO, por sus siglas en inglés) como primer paso hacia la estandarización
internacional de los protocolos que se usan en diversas capas (Day y Zimmermann,
1983).
El modelo de referencia OSI (Open Systems Interconection), interconexión de sistemas
abiertos) considera siete capas para la comunicación entre computadoras las cuales se
muestran en la siguiente figura.
Indicar la aplicación en paquetes y el encapsulamiento por cada capa desde el origen
hasta el fin de la transmisión, es decir, análisis por capa del emisor y análisis por capa del
receptor.
La capa física
Se encarga de la transmisión de cadenas de bits no estructurados sobre el medio físico;
está relacionada con las características mecánicas, eléctricas, funcionales y de
procedimiento para acceder al medio físico.
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La capa de enlace de datos
Proporciona un servicio de transferencia de datos seguro a través del enlace físico; envía
bloques de datos (tramas) llevando a cabo la sincronización, el control de errores y el flujo
necesarios.
La capa de red
Proporciona independencia a los niveles superiores respecto a las técnicas de
conmutación y de transmisión utilizadas para conectar los sistemas. Una consideración
clave de diseño es determinar cómo se encaminan los paquetes desde su origen al
destino, es decir del funcionamiento de la subred.
La capa de transporte
Su función básica es aceptar datos de la capa de sesión, dividirlos en unidades más
pequeñas si es necesario, pasarlos a la capa de red y asegurar que todos lleguen
correctamente al otro extremo. Proporciona seguridad, procedimientos de recuperación de
errores y control de flujo origen-destino. Determina el tipo de servicio que proporcionará a
la capa se sesión y finalmente, a los usuarios de la red.
La capa de presentación
Proporciona a los procesos de aplicación independencia respecto a las diferencias en la
representación de los datos (sintaxis). Gestiona las estructuras de datos abstractas y las
convierte de la representación que se usa dentro de la computadora a la representación
estándar de la red y viceversa.
La capa de sesión
Permite a los usuarios de la red establecer sesiones entre ellos. Una sesión permite el
transporte ordinario de datos, como lo hace la capa de transporte, pero también
proporciona servicios mejorados que son útiles en algunas aplicaciones. Proporciona el
control de la comunicación entre las aplicaciones.
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La capa de aplicación
Proporciona el acceso al entorno OSI para los usuarios y los servicios de información
distribuida. Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las
demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones.
Cabe señalar que el modelo OSI es un estándar utilizado para garantizar la comunicación
en la red entre diferentes dispositivos y el Modelo TCP es un protocolo que fue
desarrollado para UNIX que adoptó internet como un estándar.
Modelo de Referencia TCP/IP
La arquitectura de la suite de protocolos TCP/IP sigue la estructura de este modelo. Por
esto, es común que al modelo de Internet se lo conozca como modelo TCP/IP.
Capa de Acceso a la red
Controla los dispositivos de hardware y los medios que forman la red.
Capa de Internet
Determina la mejor ruta a través de la red.
Capa de Transporte
Admite la comunicación entre distintos dispositivos de distintas redes.
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Capa de Aplicación
Representa datos para el usuario más el control de codificación y de dialogo.
Comparación entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP
La relación entre los dos modelos de red se produce en las Capas 3 y 4 del modelo OSI.
La Capa 3 del modelo OSI, la capa Red, se utiliza casi universalmente para analizar y
documentar el rango de los procesos que se producen en todas las redes de datos para
direccionar y enrutar mensajes a través de una internetwork. El Protocolo de Internet (IP)
es el protocolo de la suite TCP/IP que incluye la funcionalidad descrita en la Capa 3.
La Capa 4, la capa Transporte del modelo OSI, con frecuencia se utiliza para describir
servicios o funciones generales que administran conversaciones individuales entre los
hosts de origen y de destino. Estas funciones incluyen acuse de recibo, recuperación de
errores y secuenciamiento. En esta capa, los protocolos TCP/IP, Protocolo de control de
transmisión (TCP) y Protocolo de datagramas de usuario (UDP) proporcionan la
funcionalidad necesaria.
Actividad 2. Elección de estándares
En esta actividad deberás contestar al planteamiento que te hace tu Facilitador(a) y
entrar al foro para compartir tu punto de vista.
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Antes de ingresar al foro busca información más detallada de los protocolos para
entender más sobre su funcionamiento y así dar la respuesta más adecuada a la
pregunta planteada.
3.2.2. Protocolos
Una arquitectura de protocolos es una estructura de capas hardware y software que
facilita el intercambio de datos entre sistemas, y proporciona aplicaciones distribuidas
como el correo electrónico. En cada capa de la arquitectura se implementan uno o varios
protocolos. Cada protocolo proporciona un conjunto de reglas que regulan el intercambio
de datos entre los sistemas.
Las tareas típicas que realiza un protocolo son entre otras: encapsulamiento,
segmentación, ensamblado, control de la conexión, transmisión ordenada, control de flujo,
control del flujo, control de errores, direccionamiento y mutiplexación.
La capa de red presta un servicio a la capa de transporte y la capa de transporte presenta
datos al subsistema de internet. La tarea de la capa de red consiste en trasladar esos
datos a través del internet. Ejecuta esta tarea encapsulando los datos y agregando un
encabezado, con lo que crea un paquete (la PDU de la Capa 3). Este encabezado
contiene la información necesaria para completar la transferencia, como, por ejemplo, las
direcciones lógicas origen y destino.
La capa de enlace de datos suministra un servicio a la capa de red. Encapsula la
información de la capa de red en una trama (la PDU de la Capa 2). El encabezado de
trama contiene la información (por ejemplo, las direcciones físicas) que se requiere para
completar las funciones de enlace de datos. La capa de enlace de datos suministra un
servicio a la capa de red encapsulando la información de la capa de red en una trama.
Transmisión binaria (cables, conectores velocidades de transmisión)
Control directo de enlaces, acceso a medios
Dirección de red y determinación de mejor ruta
Conexiones de extremo a extremo
Comunicación entre hosts
Representación de datos
Procesos de red a aplicación
Procesos de red a aplicacion
Procesos de red a aplicacion
Procesos de red a aplicacion
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La capa física también suministra un servicio a la capa de enlace de datos. La capa física
codifica los datos de la trama de enlace de datos en un patrón de unos y ceros (bits) para
su transmisión a través del medio (generalmente un cable) en la Capa 1.
Características
Directos/indirectos: Si dos de los sistemas que se van a comunicar comparten una línea
punto a punto, las entidades de estos sistemas se podrán comunicar directamente entre
las entidades sin la intervención de un agente activo. Un intercambio de datos entre dos
entidades dependerá a su vez del buen funcionamiento de otras entidades. Un caso
complejo es cuando las dos entidades no comparten la misma red conmutada, aunque si
deberán de estar conectadas a través de dos o más redes, a este conjunto de redes
interconectadas se les llama Internet.
Monolíticos/estructurados: El carácter monolítico es aquel en que el emisor tiene el
control en una sola capa de todo el proceso de transferencia. En el carácter estructurado,
hay varias capas que se coordinan y que dividen la tarea de comunicación.
Simétricos/ asimétricos: Un carácter simétrico involucra entidades pares. En ciertas
situaciones la simetría impuesta por la naturaleza del intercambio (por ejemplo, un
proceso <<cliente>> y un <<servidor>>), o por la necesidad expresa de reducir la
complejidad de las entidades o de los sistemas.
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Estándares/ no estándares: Un carácter no estándar es aquel que se diseña y se
implementa para una comunicación particular, es decir no está diseñada para
comunicarse con otros protocolos.
Funciones
Encapsulamiento
Se denomina encapsulamiento al hecho de añadir a los datos información de control. Los
datos se aceptan o generan por una entidad, y se encapsulan en la PDU junto con la
información. Cada PDU no sólo contiene datos, sino que además debe incluir información
de control. La información de control se puede clasificar en las siguientes categorías:
Dirección: en la PDU se debe indicar la dirección de emisor y/o receptor.
Código para la detección de errores: para la detección de errores en la trama se
debe incluir alguna secuencia de comprobación.
Control de protocolo: en la PDU se incluye información adicional para llevar a
cabo las funciones del protocolo.
Segmentación y ensamblado
El protocolo es el encargado del intercambio de cadenas de datos entre dos entidades.
Normalmente, la transferencia se realiza mediante una secuencia de bloques de datos de
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tamaño limitado. En el nivel de aplicación la unidad lógica de datos a transmitir se
denomina mensaje. Tanto si la entidad de aplicación envía los datos agrupados en
mensajes o si los envía como cadena continúa, los protocolos de los niveles inferiores
pueden necesitar partir los datos en bloques más pequeños. Este procedimiento se
denomina segmentación. Se denomina PDU (Unidad de Datos del Protocolo) al bloque de
datos a intercambiar entre dos entidades.
El procedimiento contrario a la segmentación se le conoce como ensamblado. Los datos
segmentados tendrán que ensamblarse recuperando el formato de los mensajes
originales para ser entregados a la entidad de aplicación destino.
Control de la conexión
Cuando se prevé un intercambio voluminoso de datos y/o hay ciertos detalles del
protocolo que se deben controlar dinámicamente, será preferible la transferencia
orientada a la conexión, en este tipo de transferencia se dan tres fases:
Establecimiento de la conexión: Las dos entidades acordarán un intercambio de
datos. Se enviará una solicitud de conexión a la otra. En los protocolos, la entidad
de recepción aceptará o bien denegará la solicitud recibida, y consecuentemente
la conexión se establecerá o no.
Transferencia de datos: Una vez establecida la conexión se entra a esta fase y
durante esta fase se intercambia tanto los datos como la información de control. La
situación más típica es cuando los datos y confirmaciones de recibido se
transmiten en ambos sentidos.
Cierre de la conexión: Y cuando cualquiera de las dos entidades desee terminar
la conexión enviará una solicitud de cierre de la conexión. La principal
característica de esta fase es que cada extremo numera secuencialmente las PDU
que envía al otro extremo.
Entrega en orden
Si dos entidades de comunicación residen en estaciones diferentes conectadas a través
de una red, habrá un cierto riesgo de que las PDU lleguen con un orden diferente al de
partida, ya que pueden seguir rutas distintas para llegar al destino. En los protocolos
orientados a conexión, suele exigir que se mantenga el orden en las PDUs. De lo
contrario habrá conflictos al ordenar el paquete.
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Control de flujo
El control de flujo es una operación realizada por la entidad receptora para limitar la
velocidad o cantidad de datos que envía la entidad emisora. La aproximación más
esencial para el control de flujo es el procedimiento de parada y espera, en el que cada
PDU se debe confirmar antes de que se pueda enviar el siguiente.
Control de errores
Son necesarias para recuperar pérdidas o deterioros de los datos y de información de
control. Generalmente, el control de errores se implementa mediante dos funciones
separadas: detección de errores y la retransmisión. Para llevar a cabo la detección, el
emisor inserta en cada PDU transmitida un código que sea capaz de detectar errores,
este código será función de los bits que constituyan la PDU. El receptor comprueba el
valor del código en la PDU recibida, si se detecta un error el PDU se descarta.
Direccionamiento
El concepto direccionamiento dentro de una arquitectura es complejo y abarca una serie
de cuestiones como las siguientes:
Nivel del direccionamiento: Hace referencia al nivel de la arquitectura de
comunicaciones en el que se identifica a la entidad. Normalmente, cada sistema
está asociado a una única dirección y esta dirección es una dirección de nivel de
red. Una vez que los datos, deberán cederse a algún proceso o aplicación dentro
del sistema. Normalmente, el sistema destino podrá procesar varias aplicaciones y
cada aplicación podrá servir a varios usuarios.
Alcance del direccionamiento: Las características fundamentales de las
direcciones globales son:
No ambigüedad: una dirección global identifica a un solo sistema. Los sinónimos
están permitidos.
Aplicabilidad global: desde cualquier sistema se podrá identificar a cualquier
otro, utilizando su dirección global. Dado el carácter único y de aplicabilidad global
de las direcciones, con ellas se hace posible que se encaminen datos a cualquier
red.
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Identificadores de la conexión: es usado exclusivamente cuando se trata de
transferencias orientadas a la conexión, al momento de que una entidad acepta la
conexión se proporciona un identificador de la conexión y este se utilizará por
parte de las entidades en futuras transmisiones.
Modo de direccionamiento: hay tres tipos de direccionamiento, el primero es
unidestino (unicast)que es una dirección que alude a un único sistema o puerto, el
segundo es de tipo difusión (broadcast) es cuando alude a todas las entidades
dentro de un dominio y la última es multidestino (multicast) y es cuando se refiere
a un subconjunto específico de entidades.
Multiplexación
Es un concepto relacionado con el direccionamiento. Un posible esquema de
multiplexación es aquel en el que se establecen varias conexiones dentro de un único
sistema. La multiplexación se utiliza en particular en la asignación de conexiones de un
nivel a otro. Para cada conexión que se establezca en el nivel superior, se debe
establecer una conexión de circuito virtual en el nivel de acceso a la red.
Existen dos tipos de multiplexación:
Ascendente: Consiste en que varias conexiones del nivel superior comparten, o
se multiplexan sobre una única conexión de nivel inferior.
Descendente: Consiste en establecer una única conexión de nivel superior
utilizando varias conexiones del nivel inferior, así el trafico de la conexión del nivel
superior se divide entre las conexiones inferiores.
Servicios de transmisión
Un protocolo puede proporcionar una serie de servicios adicionales a las entidades que lo
utilicen por ejemplo:
Prioridad: ciertos mensajes pueden necesitar llegar más rápido que otros
otorgándoles el menor retardo posible.
Calidad de servicio: Ciertos tipos de datos requieren una velocidad de
transmisión mínima o un retardo máximo.
Seguridad: Implementar ciertos mecanismos de seguridad como: accesos
restringidos etc.
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Todos estos sistemas dependerán del sistema de transmisión subyacente y de cualquiera
de las entidades que intervengan en los niveles inferiores.
Actividad 3. OSI/TCP
Los dos modelos OSI y TCP son los más reconocidos. Es el momento de llevar a la
práctica lo que acabas de aprender, para hacerlo:
1. Realiza un mapa mental con ayuda del software de tu preferencia, en el que
muestres las características principales de los modelos OSI y TCP/IP así como
una comparación de ambos.
2. Para realizar la comparación puedes hacerlo mediante un diagrama de Venn, el
cual deberás incluir en tu documento.
3. Guarda tu archivo con el nombre FRE_U3_A3_XXYZ, súbelo y espera las
retroalimentaciones de tu Facilitador(a).
Autoevaluación
Contesta a los requerimientos que se te presentan. Al finalizar y de acuerdo a los
resultados obtenidos, determina que temas que es necesario que repases.
Evidencia de aprendizaje. Modelos y protocolos de red
La entrega de tus evidencias es muy importante para tu evaluación final de cada unidad.
De acuerdo a las condiciones dadas por tu Facilitador(a) en un archivo de presentación o
para realizar presentaciones. Complementa y resuelve de acuerdo a los modelos,
protocoles y estándares que correspondan
Cuando hayas terminado tu evidencia, guarda tu documento con el nombre
FRE_U3_EA_XXYZ y espera la retroalimentación de tu Facilitador.
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Autorreflexión
No olvides ingresar al Foro de Preguntas de autorreflexión, dónde tu Facilitador(a) te
proporcionará las líneas de reflexión del aprendizaje correspondiente a la unidad 1.
Una vez que reflexionaste sobre tu aprendizaje, debes entregar tu reporte en la
herramienta de Autorreflexiones, recuerda subir tu archivo después de asegurarte de que
éste sea la versión final.
Es importante que entregues solo un archivo por unidad, para que sea considerada la
entrega y obtener el 10% correspondiente.
Cierre de la unidad
Ahora que conoces los modelos divididos en capas como son OSI Y TCP que son los más
importantes dentro de la comunicación de redes entiendes a fondo como el enfoque de
capas resulta efectivo para el análisis de problemas.
Las 7 capas del modelo OSI son: aplicación, presentación, sesión, transporte, red, enlace
de datos y física y es importante que tengas siempre presente su funcionamiento ya que
te servirá para identificar los medios de transmisión de información, para distinguir su uso
a través de sus características y capacidades, poder describir los tipos de redes de
cómputo utilizados para la transmisión de información, mediante la revisión de las
topologías existentes
No debes olvidar que los protocolos son los encargados de que dos computadoras de
distintos lugares geográficos y de diferentes fabricantes puedan comunicarse entre sí. Ten
en cuenta que los protocolos no solo aplican para la redes de computo sino en diversos
ámbitos de las Telecomunicaciones, un punto importante es detectar los dispositivos y
medios involucrados para determinar el estándar a seguir.
En esta asignatura revisaste la arquitectura, estructura, funciones, componentes y
modelos de Internet y de otras redes básicas de computadoras. Asimismo, utilizaste los
modelos OSI y TCP en capas para examinar la naturaleza y las funciones de los
protocolos y servicios en las capas de aplicación, red, enlace de datos y la capa física.
A lo largo de la asignatura también se presentaron los principios y la estructura del
direccionamiento IP y los aspectos fundamentales de los conceptos, los medios y las
operaciones de Ethernet.
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La materia de Fundamentos de redes tiene importantes aplicaciones en diversas áreas
del conocimiento de la Telemática, pues indica desde como es el funcionamiento interno
de las capas del modelo OSI dentro de la computadora, hasta su interacción para tener
una comunicación de manera remota. Por lo anterior, analizaste la configuración de los
sistemas computacionales entendiendo así su relación con las TIC.
Ahora puedes determinar el tipo de comunicación con sus diferentes estándares y reglas,
partiendo de los protocolos de comunicación para su respectiva interacción
Para saber más…
Para conocer el proceso de ponchado de un cable UTP, en la sección de descargables
puedes el ver video que se ha realizado para brindarte elementos y que tú lo puedas
hacer.
Para profundizar más sobre los protocolos de comunicación y las redes de computadoras,
puedes consultar: Salavert, C.A.(2003). Los protocolos en las redes de ordenadores.
Madrid. Edicions UPC.
En relación a los protocolos de comunicación en internet puedes consultar: Barcelo, O. J.
M. (2008). Protocolos y aplicaciones Internet. Catalunya. Editorial UOC
Si deseas ver la información que está publicando el IEEE (The Institute of Electrical and
Electronics Engineers). Puedes referirte al sitio IEEE Sección México con la siguiente
referencia electrónica: http://www.ieee.org.mx
Fuentes de consulta
Andreu, J. (2011). Redes Locales. España. Editex.
Cisco Systems, Inc. (2007). Aspectos Básicos de Networking. Estados Unidos.
CNNA Exploration v4.0.
Cisco Systems, Inc. (s.f.). Conceptos Básicos de Networking. Estados Unidos
CNNA 1 v3.1.
Day, & Zimmermann. (1983). El modelo de referencia OSI. En El modelo de
referencia OSI (págs. 1334-1340). Cambridge, Massachusetts. Proc. of the IEE
vol.71.
Stallings, W. (2004). Comunicaciones y Redes de Computadores. Madrid. Pearson
Education.
Tanenbaum, A. S. (1997). Redes de Computadoras. Estados Unidos. Prentice
Hall.
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Fuentes de internet
Carlos Varela, Luis Domínguez (2002) Redes Inalámbricas. Escuela Técnica
Superior de Ingeniería Informática. Universidad de Valladolid. Disponible en:
http://blyx.com/public/wireless/redesInalambricas.pdf
Evelio Martínez (1999) Estándares de Telecomunicación. Disponible en:
http://www.eveliux.com/mx/estandares-de-telecomunicaciones.php
Espectro IEEE (2011). El super wifi ya tiene estándar. IEEE 802.22. Disponible en:
http://www.lavidawifi.com/2011/07/el-super-wifi-ya-tiene-estandar
Federico Reina, Juan Antonio Ruiz (2011). Redes de área Local. Disponible en:
www.forpas.us.es/aula/hardware/dia4_redes.pdf