TEMA 62

ISO-PAR 021

ASIR-PAR 02

T2. SISTEMAS DE COMUNICACIONES. ARQUITECTURAS BASADAS EN NIVELES. ESTNDARES.INTRODUCCINUna arquitectura de red es un conjunto de reglas que gobierna la interconexin y la interaccin de los componentes de una red; incluye los formatos para los datos, los protocolos y las estructuras lgicas para las funciones que proporcionan comunicaciones efectivas entre los sistemas de proceso de datos conectados a la red.TIPOS DE ARQUITECTURASLa estructura en niveles permite separar las funciones en distintos niveles que se comunican con los niveles equivalentes situados en nodos distantes.Las arquitecturas de red pueden clasificarse en jerrquicas y distribuidas, como se ilustra en la figura.

Figura 2.1. Comparacin de la arquitecturas Jerrquica y DistribuidaEn una arquitectura jerrquica, como la SNA, un sistema maestro est al cargo de toda la red y realiza funciones de gestin y control.Una red distribuida, como la DNA, asigna a cada sistema de comunicaciones de la red las mismas funciones, y todas las sesiones de la red tienen lugar entre sistemas parejos que ofrecen un conjunto de servicios a los usuarios y comparten las funciones de gestin de red.El CCITT, Comit Consultivo Internacional para Telegrafa y Telefona, se fund en 1965 para establecer recomendaciones que definiesen estndares abiertos para las comunicaciones de textos y voz entre ordenadores. El trabajo ms significativo en el establecimiento de estndares internacionales para la interconexin de sistemas abiertos de ordenadores se debe a la organizacin internacional de estndares (ISO, Internacional Standarization Organization).El primer paso hacia el establecimiento de una arquitectura abierta como alternativa a las arquitecturas comerciales lo dio en 1977 el comit ISO/TC97/SC16/ que desarroll un modelo de referencia para la interconexin de sistemas abiertos (OSI, Open Systems Interconnection); este modelo es la base para la coordinacin y el desarrollo de estndares para las redes de comunicaciones. ARQUITECTURAS BASADAS EN NIVELESMODELO DE REFERENCIA PARA LA INTERCONEXIN DE SISTEMAS ABIERTOS (OSI)Descripcin generalEn la primavera de 1983, el modelo bsico de referencia para OSI (ISO 7498) se transform en un estndar internacional y comenz la tarea de definir estndares para cada uno de sus niveles. Se intentaba que los estndares ya existentes para los niveles ms bajos (1 a 3) pudiesen integrarse en el modelo de siete niveles, y que los nuevos estndares se desarrollasen de acuerdo con el modelo.El ISO 7498 es un marco para coordinar el desarrollo de los estndares OSI. Emplea una arquitectura en niveles a fin de dividir los problemas de interconexin en partes manejables.El modelo de referencia OSI identifica las funciones necesarias para que los ordenadores que transfieren informacin sobre una red puedan alcanzar los propsitos distribuidos comunes.Estndares posteriores de ISO definieron las implementaciones en cada nivel para asegurar que se consigue una compatibilidad total entre ellos.La aproximacin en niveles asegura modularidad y la facilidad de que el software de red pueda mejorarse de forma incremental sin necesidad de introducir cambios revolucionarios.La modularidad permite al hardware y al software de un distribuidor funcionar con los productos de otro distribuidor que soporten los mismos estndares en cada nivel.Las funciones bsicas y los estndares ISO para los siete niveles se ilustran en la figura siguiente:

Figura 2.2. Modelo de Niveles OSIModelo de referencia de siete niveles del ISO aplicado a dos sistemas interconectados, ilustrando las funciones bsicas y los estndares del ISO para cada nivelDos sistemas abiertos interconectados implementan los mismos estndares en cada nivel, y dos entidades cualesquiera que pertenezcan al mismo nivel en el sistema correspondiente se comunican mediante un protocolo comn.Cuando se transmite un mensaje, pasa del nivel 7 al 1 del sistema emisor, y cada nivel aade su propia cabecera o trata el mensaje de alguna forma. Las tramas que constituyen el mensaje se transmiten sobre el medio hasta el sistema receptor en el que pasan del nivel 1 a la 7, eliminndose las cabeceras y reconstituyndose el mensaje.Cada nivel ofrece servicios especficos al nivel superior, y la comunicacin lgica tiene lugar entre los niveles correspondientes de los dos sistemas. Los datos no se transmiten directamente entre niveles, excepto en el nivel fsico.Los niveles 1 a 3 proporcionan los protocolos de bajo nivel, principalmente implementados en hardware o mediante controladores dedicados, mientras que los niveles 4 a 7 proporcionan los protocolos de aplicacin de ms alto nivel, que normalmente se implementan en el software del host (dispositivo de proceso de datos de gran tamao o controlador de red).Los siete niveles que configuran el modelo OSI suelen agruparse en dos bloques. Los tres niveles inferiores (nivel fsico, nivel de enlace y nivel de red) constituyen el bloque de transmisin. Son niveles dependientes de la red de conmutacin utilizada para la comunicacin entre los dos sistemas. Por el contrario, los tres niveles superiores (nivel de sesin, de presentacin y de aplicacin) son niveles orientados a la aplicacin y realizan funciones directamente vinculadas con los procesos de aplicacin que desean comunicarse. El nivel intermedio (nivel de transporte) enmascara a los niveles orientados a la aplicacin, el funcionamiento detallado de los niveles dependientes de la red.Pasemos a discutir brevemente cada nivel:Nivel fsico: El nivel fsico se ocupa de la transmisin de bits a travs de un canal de comunicacin. Regula aspectos de la comunicacin como el tipo de seal, el esquema de codificacin, el modo de comunicacin (dplex, semi-dplex o smplex) y, en general, todas las cuestiones elctricas, mecnicas y de procedimiento en la interfaz fsica entre los dispositivos que se comunican.Nivel de enlace de datos: Mientras el nivel fsico proporciona nicamente un servicio de transmisin de bits a travs de una canal, el nivel de enlace tiene el objetivo de hacer la comunicacin fiable y proporcionar los medios para activar, mantener y desconectar el enlace. El principal servicio proporcionado por este nivel es el de deteccin y control de errores. Con un protocolo suficientemente elaborado, el nivel de red puede asumir una transmisin libre de errores a travs del enlace. Pero, hay que tener en cuenta, que si los sistemas que se comunican no estn directamente conectados, sino a travs de varios enlaces, cada uno funcionar de forma independiente y los niveles superiores no estarn eximidos de la responsabilidad de controlar los errores.Nivel de Red: El servicio bsico de este nivel es proporcionar transferencia de datos transparente entre entidades de transporte. Es decir, libera al nivel de transporte de la necesidad de conocer el funcionamiento interno de la subred. Entre sus principales funciones se encuentran el encaminamiento y el control de la congestin.Nivel de Transporte: Es el primer nivel que lleva a cabo comunicacin extremo - extremo, condicin que se mantiene en los niveles superiores a l. Su objetivo es proporcionar mecanismos que garanticen que el intercambio de datos entre procesos de distintos sistemas se lleve a cabo de forma fiable. El nivel de transporte debe asegurar que los paquetes de datos se entregan libres de error, ordenadas y sin prdidas ni duplicados. Puede tambin optimizar el uso de los servicios de red (por ejemplo mediante multiplexacin) y proporcionar la calidad de servicio solicitada por los servicios de sesin.El tamao y la complejidad de un protocolo de transporte dependen del tipo de servicio proporcionado por el nivel de red. Con un servicio de red fiable, orientado a la conexin, un protocolo de transporte mnimo resultar suficiente. Por el contrario, si el nivel 3 proporciona un servicio no fiable y/o basado en datagramas el protocolo de transporte debe incluir deteccin y recuperacin de errores. De acuerdo con esto, ISO ha definido cinco clases de protocolo de transporte orientados a distintos tipos de servicios de red. Otro estndar de protocolo de transporte ampliamente extendido aunque fuera del entorno ISO es el protocolo TCP.Nivel de sesin: Este nivel proporciona los mecanismos para controlar el dilogo entre aplicaciones. Como mnimo el nivel de sesin proporciona un medio para que dos procesos de aplicacin puedan establecer y utilizar una conexin, llamada sesin. Adems de esto, puede proporcionar una serie de servicios de mejora sobre el nivel de transporte, como son:Gestin del dilogo, mediante la utilizacin de testigos.Mecanismos de recuperacin (checkpointing).Nivel de Presentacin: A diferencia de los niveles anteriores, interesados en la fiabilidad de los datos que se transmiten, el nivel de presentacin se ocupa de aspectos sintcticos y semnticos de la informacin transmitida.Un ejemplo tpico de un servicio de presentacin es la codificacin de datos de una forma estndar. Cada ordenador tiene su propia forma de representar strings de caracteres (ASCII, EBCDIC, ...), enteros (complemento a uno, dos, ...) nmeros en coma flotante y estructuras compuestas. Para hacer posible la comunicacin entre computadoras con distintos esquemas de representacin. Las estructuras de datos pueden definirse durante la comunicacin. El trabajo de gestionar estas estructuras de datos y convertirlas de la representacin usada en el ordenador a la representacin estndar y viceversa, es realizado por el nivel de presentacin. Adems de lo anterior, este nivel maneja otros aspectos de representacin de la informacin como compresin de datos y cifrado.Nivel de aplicacin: El nivel de aplicacin proporciona un medio a los procesos de aplicacin para acceder al entorno OSI. Contiene funciones de gestin y mecanismos tiles para soportar aplicaciones distribuidas. Ejemplos de protocolos a este nivel son los de transferencia de ficheros y correo electrnico.ARQUITECTURAS DE RED ALTERNATIVASAunque la mayora de los fabricantes de sistemas de comunicacin para ordenadores estn haciendo evolucionar sus productos hacia los estndares del ISO a medida que se van definiendo para cada nivel, existe una gran variedad de alternativas en lo que se refiere a las arquitecturas de red y protocolos.Han existido y aun existen redes basadas en estndares alternativos y su sustitucin ha sido un proceso lento.Entre las arquitecturas alternativas se encuentran:a) DARPA, TCP/IP.b) IBM, SNA.c) DEC, DNA.d) Xerox, XNS.e) Honeywell, DSA.f) Hewlett-Packard, Advancenet.g) Burroughs, BNA.h) ICL, IPA.i) Data General, Xodiac.j) Wang, WSN.A nivel fsico, de enlace y de red, la mayora de las arquitecturas soportan una gran diversidad de estndares para redes de rea local y para redes de rea extensa.Los estndares para redes de rea local IEEE 802.2 (LLC), IEEE 802.3 (CSMA/CD), IEEE 802.4 (paso de testigo o token bus), IEEE 802.5 (anillo con testigo) y ANSI FDDI (anillo de paso de testigo en fibra ptica) cubren los niveles 1 y 2, mientras que X.25 cubre los niveles 1, 2 y 3.Muchas redes de rea local instaladas antes de que se finalizaran los estndares ISO para los niveles ms altos hacen uso del estndar de control comn del enlace lgico IEEE 802.2 dentro del nivel de enlace de datos y del protocolo XNS de Xerox o del DARPA TCP/IP para los niveles ms altos.La arquitectura SNA de IBM ha sido el estndar de red dominante, particularmente en EE.UU., con la DNA de DEC como segundo favorito.Muchos fabricantes de sistemas no desean ofrecer la gama completa de facilidades que se incluyen en las siete niveles de OSI, y han seleccionado un conjunto de estndares funcionales, o un perfil estndar, que asegura la compatibilidad con otros suministradores del ramo.Vemos ahora los ms importantes:TCP/IPProtocolo de control de transmisin / protocolo entre redes (TCP/IP). (Transmission Control Protocol / Internet Protocol).El estndar IEEE 802.3 para redes de rea local entr en servicio varios aos antes que los estndares ISO para los niveles 3 a 7 del modelo OSI. Cuando se usaban LAN con equipos fabricados por una compaa que dispona de un estndar de red propio, el nivel fsico y el nivel de enlace se acomodaban al IEEE 802.3 y probablemente al IEEE 802.2; as, los fabricantes de DEC integraron el IEEE 802.3 en DECnet. En 1981, Xerox introdujo la red XNS, un desarrollo de TCP/IP basado en el uso de Ethernet para el nivel fsico y de enlace. Otros fabricantes de equipos para redes de rea local, as como los usuarios, deseaban un conjunto de estndares por encima del nivel 2 y adoptaron el protocolo del departamento de defensa de Estados Unidos TCP/IP.El TCP/IP se utiliza desde 1975 en redes de defensa y lo soportan muchos fabricantes de ordenadores.El desarrollo del TCP/IP comenz a principio de los aos setenta cuando DARPA (Agencia del Departamento de Defensa de Estados Unidos para Proyectos de Investigacin Avanzada) concedi varios contratos de desarrollo y fue adoptada rpidamente como arquitectura de red estndar por muchas redes del gobierno de Estados Unidos.El TCP/IP se ha incorporado tambin en la versin 4.2 del sistema operativo Berkeley Unix, junto con un protocolo de resolucin de direcciones que transforma las direcciones TCP/IP en direcciones IEEE 802.3, lo que ha respaldado su uso en redes de rea local.La combinacin Unix TCP/IP se ha transformado en una combinacin popular para los usuarios de redes de rea local que desean mantener una arquitectura abierta dado que los protocolos TCP/IP no son propiedad de ninguna casa comercial.Como se ilustra en la figura, el nivel de red se denomina protocolo entre redes (Internet Protocol, IP); este protocolo direcciona los mensajes a travs de la red, intercambiando datos entre sistemas independientemente de la topologa de la red y del medio empleado.Capa de aplicacin (HTTP, SMTP, FTP, TELNET...)

Capa de transporte (UDP, TCP)

Capa de red (IP)

Capa de acceso a la red (Ethernet, Token Ring...)

Capa fsica (cable coaxial, par trenzado...)

Figura 2.3. Los niveles TCP/IP comparados con los del OSIEl nivel de transporte se denomina protocolo de control de transmisin (TCP, Transmission Control Protocol) y es un protocolo de transporte orientado a la conexin que secuencia los mensajes en transacciones, y proporciona un servicio de transporte extremo a extremo similar al del protocolo ISO 8073 clase 4.Los niveles de sesin y presentacin, denominadas protocolos Telnet soportan circuitos virtuales entre terminales y ordenadores centrales, permitiendo al usuario de una mquina conectarse con otra.El protocolo transferencia de ficheros (FTP, File Transfer Protocol), que se corresponde rigurosamente con los niveles de presentacin y aplicacin, facilita transferencias de ficheros entre mquinas y sistemas operativos diferentes.Arquitectura IBM para redes (SNA)Antes de que el SNA (Systems Network Architecture) apareciese en 1975, IBM empleaba unos 200 productos de comunicaciones con ms de 35 mtodos de acceso y unos 15 protocolos. SNA es un estndar de diseo para los productos IBM a fin de resolver las incompatibilidades que se presentaban dentro de su lnea de productos y para mantenerse al da en las demandas de su continuamente cambiante mercado.La arquitectura SNA se desarroll para soportar redes de teleproceso y se adopt una arquitectura en niveles para minimizar el impacto de los cambios que inevitablemente supondra una red de este tipo. Otros objetivos eran los de lograr que la red pudiera manejar los datos de una forma transparente y sacar las funciones de control de las comunicaciones del software de aplicacin.Niveles de SNALa figura siguiente ilustra como SNA est dividida en 7 niveles.

Figura 2.4. Niveles SNA comparados con OSIEstos niveles difieren de los niveles OSI en dos puntos principales:1. SNA combina los niveles de red y transporte de OSI en el de control de direccionamiento.2. El nivel de sesin de OSI combina los niveles de control de flujo de datos y de control de transmisin de SNA.DEC, DNAIBM y DEC anunciaron sus arquitecturas de red a mediados de los aos setenta y ambos han introducido funciones adicionales en subsecuentes revisiones (release) de SNA y en las ltimas fases de DNA. DNA (Digital Network Arquitecture) es una red de comunicaciones entre iguales (peer-to-peer) sin un elemento central de control presentada en 1976. Los productos software que implementan DNA se conocen como DECnet.Niveles DNA

Figura 2.5. Comparacin Niveles DNA y OSi

BIBLIOGRAFA

Tanenbaum, Andrew S.Redes de ordenadoresPrentice Hall, 2 edicin, 1993

Flix Rabago, JosRedes localesPC Magazine, 1994