Fundamentos de Red

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Gestión de Redes de Datos

Qué es un Modelo de RED?

• Los modelos de red son estructuras de operación diseñadas
para reducir la complejidad a la hora de diseñar una
funcionalidad de red.
• Buscando así construir una arquitectura de red basada en el
uso de protocolos y servicios cooperando entre si para brindar
un servicio de transporte de información estándar
independiente de la tecnología usada o un fabricante en
particular.

Jesse Padilla Agudelo
Ingeniero Electrónico Especialista en


• Para reducir la complejidad de su diseño, la mayoría de las
redes está organizada como una pila de capas o niveles, cada
una construida a partir de la que está debajo de ella. El
número de capas, así como el nombre, contenido y función de
cada una de ellas difieren de red a red.
• El propósito de cada capa es ofrecer ciertos servicios a las
capas superiores, a las cuales no se les muestran los detalles
reales de implementación de los servicios ofrecidos.


Modelo de RED

• Varios tipos de dispositivos pueden comunicarse mediante el
mismo conjunto de protocolos. Esto se debe a que los
protocolos especifican la funcionalidad de red y no la
tecnología subyacente que soporta dicha funcionalidad.


Porqué usar un Modelo de RED?

• Asiste en el diseño del protocolo, porque los protocolos que
operan en una capa específica poseen información definida
que van a poner en práctica y una interfaz definida según las
capas por encima y por debajo.
• Fomenta la competencia, ya que los productos de distintos
proveedores pueden trabajar en conjunto.
• Evita que los cambios en la tecnología o en las capacidades de
una capa afecten otras capas superiores e inferiores.
• Proporciona un lenguaje común para describir las funciones y
capacidades de red.


Modelo de Referencia – Modelo de Protocolo

• Un modelo de referencia, proporciona una referencia común
para mantener la coherencia dentro de todos los tipos de
servicios y protocolos de red.

• Un modelo de protocolo, proporciona un modelo que
coincide estrechamente con la estructura de una suite de
protocolos específica, es implementarle.


Modelos de RED

• Disponemos de dos modelos de red altamente difundidos:
• Modelo OSI – Modelo de Interconexión de Sistemas
Abiertos, este es un modelo de referencia usado por la
industria para capacitarse en el área de redes de datos.
• Modelo TCP/IP – Protocolo de Control de
Transferencia/Protocolo de Internet, este es un modelo de
protocolo, estándar de facto de la industria de las redes e
Internet.


Modelo OSI - Open Systems Interconnection

• Este modelo conceptual, creado por la Organización
Internacional de Normalización (ISO) en 1978 y revisado en
1984, describe una arquitectura de red que permite que los
datos se pasan entre los sistemas informáticos.
• A pesar de que el modelo OSI es conceptual, la apreciación
de su propósito y función puede ayudar a entender mejor
cómo los conjuntos de protocolos y arquitecturas de red
trabajan en aplicaciones prácticas.


Modelo OSI

• En términos simples, el modelo OSI proporciona una
estructura que nos ayuda a trabajar con redes. Al
relacionar los servicios y dispositivos para una determinada
capa del modelo, puede tener una mejor idea de su función y
propósito.
• Este es un modelo de 7 capas.


Modelo OSI

• El modelo se utiliza para relacionar el transporte de datos
de un host a otro.


Modelo OSI - PDU

• Cuando hablamos de las PDU – Unidades de Datos de
Protocolo nos referimos a la encapsulación propia de cada
capa del modelo.
• Como se pasan los datos arriba o hacia abajo a través de la
estructura del modelo OSI, se agregan encabezados (hacia
abajo) o eliminado (hacia arriba) en cada nivel, un proceso
llamado encapsulación (suma) o des-encapsulación
(extirpación).


Modelo OSI – PDU de Cada Capa


Modelo OSI – PDU de Cada CAPA


Modelo OSI
Capa 7 – Capa de Aplicación
• Cada capa del modelo OSI define una funcionalidad
específica.
• En las secciones siguientes analizaremos cada una de las
capas por separado y analizar la función de cada una.
• La capa de Aplicación, es la capa superior de los modelos OSI
y TCP/IP.
• Es la capa que proporciona la interfaz entre las aplicaciones
que utilizamos para comunicarnos y la red subyacente en la
cual se transmiten los mensajes.


Modelo OSI
• Los protocolos de capa de aplicación se utilizan para
intercambiar los datos entre los programas que se ejecutan en
los hosts de origen y destino.
• Existen muchos protocolos de capa de aplicación y siempre se
desarrollan protocolos nuevos.


Modelo OSI


Modelo OSI
Capa 7 – Protocolos Capa de Aplicación
• Los protocolos de la capa de aplicación son utilizados tanto
por los dispositivos de origen como de destino durante una
sesión de comunicación.
• Para que las comunicaciones sean exitosas, deben coincidir
los protocolos de capa de aplicación implementados en el
host de origen y destino.


Modelo OSI
• Definen los procesos en cada uno de los extremos de la
comunicación.
• Define los tipos de mensajes.
• Define la sintaxis de los mensajes.
• Define el significado de los campos de información.
• Define la forma en que se envían los mensajes y la respuesta
esperada.
• Define la interacción con la próxima cada inferior del modelo.


Modelo OSI


Modelo OSI
Algunos protocolos de la Capa de Aplicación bien conocidos son:
• HTTP - Protocolo de Transferencia de Hipertexto
• FTP – Protocolo de Transferencia de Archivos
• DNS – Servicio de Nombres de Dominio
• SMTP - Protocolo de Transferencia Simple de Mensajes
• POP - Protocolo de Oficina de Correo
• SMB – Protocolo de Bloques de Mensajes de Servidor
• Telnet
• SSH


Modelo OSI
Capa 6 – Capa de Presentación
• La Capa de Presentación se ocupa del formato y la
representación de los datos y, si es necesario, esta capa puede
traducir entre distintos formatos de datos.
• Es una capa intermedia, diseñada para la manipulación de los
datos.


Modelo OSI
• La Capa de presentación está a cargo de la presentación de los
datos en una forma que el dispositivo receptor pueda
comprender.
• Esta capa cumple tres funciones principales y son las
siguientes:
– Formateo de datos (presentación)
– Cifrado de datos
– Compresión de datos


Modelo OSI
Ejemplos funciones de la Capa de Presentación:
• Codificación de Texto:
– Código ASCCII
• Compresión y Codificación de Imágenes
– JPG
– PNG
– TIFF
– GIFF
• Compresión y Codificación de Audio
– MP3
– WAV
– WMA

Modelo OSI
Ejemplos funciones de la Capa de Presentación:
• Compresión y Codificación de Video
– AVI
– MPEG
– MOV
• Cifrado
– Protocolos (TLS, SSL, SET, DSS)
– Algoritmos (RSA, MD5)


Modelo OSI
• La capa de presentación es la capa más baja en la que los
desarrolladores de aplicaciones cuentan con la estructura y
presentación de datos, en lugar de simplemente enviar datos
en forma de datagramas o paquetes entre los hosts.
• Ejemplo: Los Strings de Java, los cadenas de C/C++.


Modelo OSI
Capa 5 – Capa de Sesión
• Permite a los usuarios de diferentes host de una red
establecer sesiones entre ellos.
• A través de una sesión se puede llevar a cabo un transporte
de datos ordinario, aunque esta capa se diferencia de la de
transporte en los servicios que proporciona.


Modelo OSI
Funciones de la capa de sesión:
• Intercambio de datos
• Administración del dialogo.
– Iniciar
– Mantener
– Reiniciar
– Cerrar
• Sincronización
• Administración de actividades.
• Notificación de excepciones.

Modelo OSI
Algunos protocolos conocidos de la capa de sesión son:
• Sistema de archivos de red (NFS).
• Lenguaje de consulta estructurado (SQL).
• Llamada de procedimiento remoto (RPC)
• Sistema X Windows
• Protocolo de control de session DNA (SCP).


Tarea

• Implementar en C, C++, Java o en algun otro lenguaje de
programación una calculadora distribuida usando RPC.


Modelo OSI
Capa 4 – Capa de Transporte
• Los procesos descritos en la capa de Transporte del modelo
OSI aceptan los datos de la capa de Aplicación y los preparan
para el direccionamiento en la capa de Red.
• La capa de Transporte es responsable de la transferencia de
extremo a extremo general de los datos de aplicación.


Modelo OSI
• La capa de Transporte permite la segmentación de datos y
brinda el control necesario para reensamblar las partes
dentro de los distintos flujos de comunicación.


Modelo OSI
• Las responsabilidades principales que debe cumplir son:
– Seguimiento de la comunicación individual entre
aplicaciones en los hosts origen y destino.
– Segmentación de datos y gestión de cada porción.
– Reensamble de segmentos en flujos de datos de
aplicación,.
– identificación de las diferentes aplicaciones.


Modelo OSI


Modelo OSI
Capa 4 – Soporte a comunicaciones confiables


Modelo OSI
Capa 4 – TCP y UDP
• Los dos protocolos más comunes de la capa de Transporte del
conjunto de protocolos TCP/IP son el Protocolo de control de
transmisión (TCP) y el Protocolos de datagramas de usuario
(UDP). Ambos protocolos gestionan la comunicación de
múltiples aplicaciones.
• Las diferencias entre ellos son las funciones específicas que
cada uno implementa.


Modelo OSI
Capa 4 – TCP
• TCP es un protocolo orientado a la conexión. TCP incurre en el
uso adicional de recursos para agregar funciones. Las
funciones adicionales especificadas por TCP están en el
mismo orden de entrega, son de entrega confiable y de
control de flujo.
• Las aplicaciones que utilizan TCP son:
– Exploradores Web
– Mail
– Transferencia de archivos


Modelo OSI
Capa 4 – UDP
• UDP es un protocolo simple, sin conexión. Cuenta con la
ventaja de proveer la entrega de datos sin utilizar muchos
recursos.
• Las porciones de comunicación en UDP se llaman datagramas.
Este protocolo de la capa de Transporte envía estos
datagramas como "maximo esfuerzo".
• Entre las aplicaciones que utilizan UDP se incluyen:
– Sistema de nombres de dominios (DNS).
– Streaming de vídeo.
– Voz sobre IP (VoIP).


Modelo OSI
Capa 4 – Los Números de Puerto
• Los servicios basados en TCP y UDP mantienen un
seguimiento de las varias aplicaciones que se comunican.
• Para diferenciar los segmentos y datagramas para cada
aplicación, tanto TCP como UDP cuentan con campos de
encabezado que pueden identificar de manera exclusiva estas
aplicaciones.
• Estos identificadores únicos son los números de los puertos.


Modelo OSI


Modelo OSI
• La Autoridad de números asignados de Internet (IANA) asigna
números de puerto. IANA es un organismo de estándares
responsable de la asignación de varias normas de
direccionamiento.
• Estos son números de 16 bits representados en decimal.


Lectura

• Consultar sobre el protocolo SPX
• Consultar sobre la socialización y su importancia en la capa de
presentación.


Modelo OSI
Capa 3 – Capa de Red
• La capa de red del modelo OSI se ocupa principalmente
de establecer un mecanismo por el cual los datos pueden
moverse entre dos redes o sistemas.
• La capa de red no define cómo los datos se mueven, sino
que se ocupa de proporcionar los mecanismos que se pueden
utilizar para ese fin.
• Los mecanismos que pueden ser utilizados incluyen la
definición de red de abordar y llevar a cabo el descubrimiento
de rutas y mantenimiento.


Modelo OSI
• Los protocolos de la capa de Red del modelo OSI especifican
el direccionamiento y los procesos que permiten que los
datos de la capa de Transporte sean empaquetados y
transportados.
• La encapsulación de la capa de Red permite que su contenido
pase al destino dentro de una red o sobre otra red con una
carga mínima.


Modelo OSI
• La Capa de red o Capa 3 de OSI provee servicios para
intercambiar secciones de datos individuales a través de la red
entre dispositivos finales identificados. Para realizar este
transporte de extremo a extremo la Capa 3 utiliza cuatro
procesos básicos:
• direccionamiento
• encapsulamiento
• enrutamiento
• desencapsulamiento.


Modelo OSI


Modelo OSI
• Los protocolos mas comunes que operan en la capa de red
son:
• IPv4 - versión 4 del Protocolo de Internet (Parte de la Suite
TCP/IP)
• IPv6 - versión 6 del Protocolo de Internet (Parte de la Suite
TCP/IP)
• IPX - intetercambio Novell de paquetes de internetwork (Parte
de la suite Novell IPX/SPX )
• AppleTalk Internet (Parte de la Suite Apple Inc)
• ICMP – Protocolo de Control de Mensajes de Internet


Modelo OSI
Capa 3 – La MTU
• Una característica principal de los medios que la capa de Red
considera: el tamaño máximo de la PDU que cada medio
puede transportar.
• A esta característica se la denomina Unidad máxima de
transmisión (MTU).
• Parte de la comunicación de control entre la capa de Enlace
de datos y la capa de Red es establecer un tamaño máximo
para el paquete.
• La capa de Enlace de datos pasa la MTU hacia arriba hasta la
capa de Red. La capa de Red entonces determina de qué
tamaño crear sus paquetes.

Modelo OSI
Capa 2 – Capa de Enlace de Datos
• La capa de enlace de datos es responsable de enviar los
datos a la capa física para que pueda transmitirse a través
de la red.
• La capa de enlace de datos puede realizar sumas de
comprobación y detección de errores en los datos para
asegurarse de que los datos enviados son los mismos que los
datos recibidos.


Modelo OSI


Modelo OSI
• La capa de enlace de datos es diferente de las otras capas del
modelo OSI, dado que esta esa conformada por dos subcapas
con tareas bien diferenciadas.
• Subcapa LLC, o la subcapa de control de enlace lógico.
• Subcapa MAC, o la subcapa de control de acceso al medio.


Modelo OSI
Capa 2 – Subcapa LLC
• La subcapa LLC, esta definida por el estándar IEEE 802.2,
controla el acceso delos medios de comunicación, lo que
permite múltiples protocolos de alto nivel para utilizar una
conexión de red.


Modelo OSI
Capa 2 – Subcapa MAC
• La subcapa MAC administra y controla el acceso a los medios
de comunicación de red para los protocolos de intentar
usarlo. La dirección MAC se define en esta subcapa.


Modelo OSI
Capa 1 – Capa de Física
• La capa física define la conexión física a la red, también
define la topología física de la red.


Modelo OSI
• La capa física es la capa del modelo OSI que define las
características físicas de la red.
• Las características físicas pueden incluir el tipo de cable y el
conector. También se define cómo los datos en realidad
viajan a través de la red.
• La capa física define también el voltaje que se utiliza en el
cable y la frecuencia con la que las señales portadoras llevan
los datos. Estas características afectan directamente a la
velocidad de un medio determinado y la distancia máxima en
que puede ser un cierto tipo de material utilizado.


Modelo OSI


Tarea

• Realizar un documento que describa las codificaciones de
Línea, como funcionan y para que se usan estas.


Modelo de TCP/IP

• A diferencia del Modelo OSI que es un modelo de referencia
el Modelo TCP/IP es un modelo de protocolo, es decir, es el
estándar de facto de la industria, es el protocolo mas usado
en redes de datos.
• A finales de 1970 y principios de 1980, el Departamento de
Defensa de EE.UU y la Agencia de Proyectos Avanzados de
Investigación (ARPA), necesitaba un sistema que le permita
compartir los recursos de sus costosos sistemas de
computación central. A partir de este, la red ARPANET,
precursora de la actual Internet fue desarrollado.


Modelo de TCP/IP

• El original de la red ARPANET utiliza un protocolo de
comunicación conocido como NCP,
pero las limitaciones de este se presentaron muy pronto, y un
nuevo protocolo se necesitaba para satisfacer las
demandas de redes nuevas.
• El nuevo protocolo fue TCP / IP, que pronto se convirtió en el
líder indiscutible en el ámbito de las redes de datos.


Modelo de TCP/IP

• TCP/IP siempre ha estado en la suite de protocolos de Internet
y todos los principales sistemas operativos de red incluyen
soporte para TCP / IP.


Modelo de TCP/IP
Proceso de Comunicación


Modelo de TCP/IP

• Aunque TCP/IP se refiere a menudo como un protocolo único,
el conjunto de protocolos TCP/IP está compuesto por muchos
protocolos.
• Cada uno de los protocolos en el conjunto de protocolos
TCP/IP proporciona una función diferente, y
juntos proporcionan la funcionalidad que se conoce
como TCP/IP.


Modelo de TCP/IP

• TCP/IP debe su nombre a los dos principales protocolos de la
suite: TCP y el IP.
• TCP es responsable de proporcionar transmisiones confiables
de un sistema a otro, y el protocolo IP es responsable de
dirigir y seleccionar rutas.


Modelo de TCP/IP


Modelo de TCP/IP – Las PDU


Equivalencia entre
Modelo OSI y Modelo TCP/IP


Ejemplo del Suite TCP/IP aplicado a la
Transferencia HTTP


Los RFC

• Los RFC o los Request for Comments, son las normas
publicadas por la Internet Engineering Task Force (IETF) que
describen los métodos, los comportamientos, la
investigación, o las innovaciones aplicables a la operación de
la Internet y los sistemas de Internet conectadas.
• Cada RFC tiene un nuevo número de referencia
asociado. Mirando este número proporciona información
sobre la tecnología específica.
• Para más información sobre RFC ir a la Internet Engineering
Task línea de la Fuerza (www.ietf.org).


Lectura

• Consultar el RFC 791 y analizar en que consiste este.


Preguntas!

• Contacto a jpadillaa@gmail.com

Jesse Padilla Agudelo Ingeniero Electrónico
Especialista en Gestión de Redes de Datos

Bibliografía en Español

• Currículo de Cisco CCNA versión 3.1
• Currículo de Cisco CCNA Exploration versión 4.0
• Andrew Tanenbaum. (2003). Redes De Computadoras -
Cuarta Edición. Editorial Pearson.
• James F. Kurose y Keith W. Ross. Redes de Computadores: Un
Enfoque descendente basado en Internet - Segunda Edición.
Editorial Pearson.
• Pat Eyler. (2001). Redes Linux con TCP/IP - Primera Edición.
Editorial Prentice Hall.
• Behrouz A. Forouzan. (2002). Transmisión de Datos y Redes
de Comunicaciones - Segunda Edición - Editorial McGraw Hill.

Bibliografía en Ingles
• Al Anderson & Ryan Benedetii. (2009). Head Firs Networking.
Editorial O'Reilly
• Bruce Hartpence. (2011). Packet Guide to Core Network Protocols -
Primera Edicón. Editorial O'Reilly
• Craig Hunt. (2002). TCP/IP Network Administration - Tercera Edición,
Editorial O'Reilly
• Gary A. Donabue. (2011). Network Warrior - Segunda Edición.
Editorail O'Reilly
• Joe Casad. (2009). Sams Teach Yourself TCP/IP in 24 Hours - Cuerta
Edición, Editorial SAMS.
• Mike Harwood. (2011). Cert Guide CompTIA Network+ N10-004.
Editorial Pearson
• Silviu Angelescu. (2010). CCNA Certification All in One for dummies.
Editorial Wiley


Bibliografía en Ingles
• Shannon MCFarland, Muninder Sambi, Nikhil Sharmad & Sanjay
Hooda. (2011). IPv6 for Enterprise Networks - Primera Edición.
Editorial Cisco Press
• IIjitscb van Beijnum. (2002). BGP - Primera Edición. Editorial
O'Reilly.
• Jianguo Ding. (2010). Advances in Network Management - Primera
Edición. Editorial CRC.
• Priscilla Oppenheimer. (2010). Top Down Network Design - Tercera
Edición. Editorial Cisco Press.
• S.S. Shinde. (2009). Computer Network - Primera Edición. Editorial
New Age Publishers.
• Todd Lammle. (2007). CCNA: Cisco Certified Network Asocciante
Study Guide - Sexta Edición. Editorial Wiley.


Gracias

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