viernes, 17 de mayo de 2013

T.P. Nº3: Modelo O.S.I. (open system interconection)

T.P. Nº3: Modelo O.S.I. (open system interconection)


A comienzos de 1980 se produjo un importante aumento en el tamaño de las redes, las companias que utilizaban computadoras advirtieron que podían ahorrar dinero y ganar productividad, usando tecnología de redes. Una vez instalada las primeras redes  se expandieron rápidamente a medida que se introducían nuevas tecnologías y productos. A mediados de los 80s comenzaron a generar dificultades. Se hacia cada vez mas difícil que redes con distintas especificaciones e implementaciones se comunicasen entre si.
Las companias sintieron la necesidad de salir del sistema de redes "Propietario", es decir eran propiedad de aquellos que lo habian desarollado y por lo tanto eran quienes controlaban sus licencias y costos.
En computacion propietario es lo contrario de abierto. Propietario significa que una compania o grupos de companias controla en uso de la tecnologías. Abierto significa que la tecnología esta disponible para todo publico. Para solucionar el problema de las redes que eran incompatibles para comunicarse entre si la Org. estándar de comunicación (ISO) investigo los distintos esquemas de redes creo un modelo que permitió a los proveedores  construir redes compatibles entre ellas





El modelo osi separa las funciones del red en 7 categorías llamadas comúnmente capas (layers)
cada capa define una determinada función, describe como los datos viajan desde un programa de aplicación, por ejemplo una hoja de calculo a través de la red hacia otra red en otra pc las ventajas del modelo osi son:

a) Reducción de la complejidad al dividir la tarea de enviar y recibir datos en partes mas pequeñas
b) Estandarizacion de las interfaces lo que lleva un sistema abierto que permite que muchos fabricantes realicen desarrollos y soportes

Capas

Resultaría una tarea muy complicada escribir un solo paquete de software que lleve adelante todos los pasos requeridos para las comunicaciones entre dos computadoras. Aparte de tener que enfrentar distintas arquitecturas de hardware tan solo la estructura del código para todas las aplicaciones resultaría en un programa excesivamente grande para ejecutar y mantener.
El modelo OSI resolvió este problema dividiendo todos los requisitos en grupos de la misma forma que un programador divide el código en secciones lógicas con las comunicaciones de sistemas abiertos los grupos resultaron bastante obvios. Un grupo se ocuparía del transporte de los datos otra del fraccionamiento y empaqueta miento de los mensajes y otro de las aplicaciones de usuario final. Cada grupo es lo que se llama capa.

Capas física
La capa física se ocupa de los medios mecánicos, eléctricos, funcionales y de procedimientos que se requieren para la transmisión de datos, de acuerdo con la definición del modelo OSI.  Algunas características como los niveles de tensión, sincronizacion, frecuencia, distancia máxima de transmisión, conectores físicos y otros atributos similares son definidos por esta capa. El estándar que define estas características Ethernet


Capa de vinculo de datos o enlace de datos



De acuerdo con la norma OSI proporciona el control de la capa física y detecta y corrige los errores que pudieran ocurrir. Es decir, que en la practica es la responsable de la corrección de los errores ocurridos durante la transmisión de los datos. Esta capa soluciona las interferencias ocurridas en las señales cuando son transmitidas por los medios físicos. Estas interferencias ocurren por diversos motivos que van desde la acción de campos electromagnéticos hasta los rayos cósmicos. Esta capa define el formato de los datos para la transmisión y el modo de acceso al control de la capa física. Para lograr este objetivo arma bloques de información llamados paquetes o tramas, a los que agrega la dirección de la capa de enlace que no es ni mas ni menos que la dirección MAC. 







Capa de red



Proporciona el enrutamiento físico de los datos, determinando la ruta que seguiran los datos entre dos host. El es el tercer nivel del modelo OSI y su mision es conseguir que los datos lleguen desde el origen al destino aunque no tengan conexion directa. El crecimiento de Internet ha incrementado el numero de usuarios que accede a informacion alrededor del mundo y esta capa se encarga de su conectividad.
Su tarea consiste en interconectar distintas subredes, encaminar los paquetes de datos y realizar un control de congestión.



Capa de transporte


Según el modelo OSI "esta diseñada para la transferencia transparente de datos del extremo fuente de un sistema abierto al extremo destino de un sistema abierto. La capa de transporte establece, mantiene y termina la comunicación entre dos maquinas. La capa de transportes verifica que los datos enviados sean los recibidos y en caso de error es la encargada de realizar el reenvió de datos. Esta capa segmenta los datos desde el sistema que envía el emisor y también rearma los datos que recibe. Es decir que cuando se transmiten varios archivos la capa de transporte lo divide en pequeños segmentos a fin de que si hubiera problemas en la transmisión estos no afecten a la totalidad del archivo y realiza el proceso inverso con los datos que recibe. La frontera entre la capa de transporte y la capa de sesión (mas alta) puede pensarse como limite entre los protocolos de las aplicaciones y los protocolos del flujo de datos. Esta capa evita que las capas superiores deban ocuparse de los detalles de transporte de datos.  

Capa de sesión

Esta involucrada en la coordinación de las aplicaciones entre las diferentes aplicaciones organiza y sincroniza el intercambio de datos de los procesos de las aplicaciones, en forma simplificada puede pensarse como una capa de control y sincronizacion. Por ejemplo: Los servidores web, hay muchos usuarios y por lo tanto muchos procesos de sincronizacion al mismo tiempo. Es importante entonces mantener el control sobre cada usuario



Capa de presentación 

La tarea de las capas inferiores es dar el formato de datos para cada aplicación. La capa de presentación convierte los datos de la aplicación a un formato común, conocido como forma cononica (canon = ley) es decir que esta capa procesa  y convierte los datos provenientes de la capa de aplicación (superior) a un formato util para las capas inferiores. En esta capa se pierden los formatos de los archivos de la capa de aplicación incluso los formatos de carácter ascii. Esta capa hace lo contrario para los datos de llegada, es decir , convierte los datos de llegada al formato especifico de cada aplicación.



Capa de aplicación


La capa de aplicación es la interfaz del sistema OSI con el usuario final, es allí donde los datos se despliegan en las distintas aplicaciones, como por ejemplo los programas de las redes sociales, los navegadores, el correo electrónico, etc. En sentido contrario la capa de aplicación envía los datos del usuario a las capas inferiores.


Encapsulacion


Cuando una aplicación genera datos, como por ejemplo, un servidor de correo electrónico enviando el mensaje "Hola". Estos no pueden ser enviados por la red por si solos, ya que al igual que una carta escrita, se necesitan mas datos para poder enviar exitosamente el mensaje. Una buena analogía para entender el proceso de encapsulacion es justamente la utilización de una carta escrita en papel y que es enviada por el servicio tradicional de correo, donde la nota es colocada dentro de un sobre en el que se especifica las direcciones del destinatario y del remitente, ademas de indicar la forma en la que se debe enviar dicha carta (por ejemplo, por avión).
La encapsulacion difiere en algunos puntos pero en términos generales es parecida. La capa de aplicación genera el mensaje llamados "datos asecas". Cada capa tiene el llamado PDU (Protocol Data Unit). Las PDU de cada capa son:

-Aplicación: Datos
-Presentación: Datos
-Sesión: Datos
-Transportes: Segmentos
-Red: Paquete
-Enlace de datos: Trama
-Física: Bits

Cuando la capa de aplicación genera el mensaje se encarga de pasarle esos datos a la siguiente capa del modelo, que de acuerdo al modelo OSI, es la de presentación, que se encarga de la interpretación y semántica de los datos, esta capa le agrega la codificación y el formato. Si no existiese la capa de presentación seria como enviar una carta escrita en español a una persona que solamente habla japones. La carta llegaría y haría todo el viaje, no perdería nada de su contenido original, pero el destinatario no podría comprender lo que se envió.
Cada capa agrega su propio encabezado (header) a la PDU de la capa superior con información especifica única. Esto es parte de la encapsulacion. Así la capa de Sesión agrega a su encabezado de Sesión a los datos entregados por Presentación. Cuando la capa de Sesión entrega los datos a la capa de transporte (Los cuales ya vienen con los datos originales de la capa de Aplicación mas el encabezado de Presentación), se agrega el encabezado de transporte. Esto recibe el nombre de segmento. Dentro de la información que va en el encabezado de Transporte esta el tipo de protocolo de transporte (TCP, UDP, Numero de Puerto, etc). Luego, al segmento se le agrega el encabezado de red, que es por lo general del tipo IP. Este encabezado incluye campos como la dirección IP y origen y destino, versión del protocolo IP (4 o 6) y otros mas. En esta capa se habla de paquete que corresponde a la información contenida en un segmento mas el encabezado IP.


Este paquete completo se encapsula dentro de una trama cuando pasa a la capa dos. El hecho de encapsular quiere decir que todo el contenido del paquete de capa tres sera puesto en una trama, en la cual se agrega un encabezado (inicio de trama) y un trailer (fin de trama) (Ver figura).
La trama en la cual se pondrá el paquete es dependiente del medio físico por el cual se valla a enviar. Si se enviara por cable se puede encapsular dentro de una trama de Ethernet o si el medio es cogido en el aire se puede optar por encapsular en una trama 802.11 (Wi-Fi).
Una vez que se tenga la información de todas las capas puestas en la trama, estas se convierten en bit y son enviadas por el medio físico correspondiente en forma de pulsos eléctricos (cableado), pulsos de luz (fibra óptica) y ondas electromagnéticas (Wi-Fi).
A medida que el mensaje viaja por la red desde el origen hasta el destino pasa por múltiples dispositivos como routters, switchs, corta fuegos y puertos entre otros. Cada uno de estos dispositivos desencapsula la trama entrante para encontrar la información que le interesa según su propio funcionamiento. El routter desencapsulara hasta la capa tres ya que le interesa ver la dirección IP de origen y la de destino, mientras que el switch solamente abrirá la trama hasta determinar la dirección de la capa dos y volverá a encapsular nuevamente para realizar la conmutación.

Como funcionamos en Internet

El modelo tcpip



El modelo tcpip es la convinacion de dos modelos individuales, el protocolo tcp (transmission control protocol) y el protocolo ip (internet protocol) al igual que el modelo OSI el modelo tcpip esta dividico en capas cada una de las cuales cumple una funcion especifica en la comunicacion entre dos host los componentes o capas de la pila tcpip son los siguientes , la capa de acceso a la red cubre los mismos procesos de la capa fisica del modelo osi , dado que ambos modelos tcpip y osi fueron desarollados por diferentes organizaciones y existe cierta correspondencia entre las capas de cada una , debido a esta correspondencia es que muchas veces se modifica el modelo tcpip repasando la capa de acceso a la red por la capa fisica y de enlace de datos del modelo osi,  generando asi un modelo tcpip de 5 capas y la capa de internet del modelo tcpip cumple con las mismas funciones que la capa de red del modelo osi, lo mismo sucede con la capa de transporte. el nivel de app del modelo tcpip cumple con las mismas funciones que las capas de sesion, precentacion y aplicacion del modelo osi. Esta capa realiza la transferencia de archivos de todas las actividades relativas a la red y a internet dentro de las interfaces de app API's (aplication programming interface)

Capa de internet del modelo TCP/IP

las direcciones ipo desarolladas para proposito de enritamiento especifico y las direcciones ip publicas y privadas. Existen tambien dos clases de direcciones ip, la tradicional direccion ipv4 de 4 bytes (32 bits) y la nueva version v6 de 6 bytes (64 bits) cada terminal (host) debe tener una dieccion ip. la asignacion de la direccion ip puede ser realizada de forma manual pero dado que este procedimiento es complicado en muchos casos  la direccion ip es asignada en forma automatica.

Protocolo ip

El componente ip determina la ruta por donde se enviaran los paquetes de datos basandose  en su direccion de destino. El ip como ya hemos visto usa paquetes  para transportar la info a travez de la web, desde la fuente hasta el destino sin intercambio previo. Durante los primeros dias de internet, las clases de direcciones ip fueron determinadas por la autoridad de asignacion de las ip (IANA- internet asigned numbers authority)

Clase A: Las direcciones de red clase A usan solamente el primer byte para indicar la direccion de la red . Los restantes bytes se usan para asignar direcciones  los host. en esta clase el primer bit es siempre 0 es decir que una direccion clase A tiene 4 byte. La cantidad de redes podria ir desde 0 hasta 127. Sin embargo hay dos numeros de la direccion de red  que estan reservados: la direccion 0 y la 127 en conclusion las redes clase A estan comprendidas entre 1 y 126

Clase B: La clase B usa 2 de los 4 bytes comienza con 10 (esto asegura una separacion con los niveles mas altos de la clase A) los restante 6 bits de primer byte pueden ser 0 y 1. por lo tanto el numero mas bajo para una direccion clase B es 128 (10000000).

Clase C: usa 3 de los 4 bytes para designar la direccion ip. el byte restante  se usa para direcciones de host, pero el primer byte siempre comienza con 110 (lo que asegura una separacion con los niveles mas altos de la clase B) los restantes 5 bits del primer byte pueden ser 0 o 1. por lo tanto el numero mas bajo para una direccion clase C es 192 (11000000) y el mas alto es el 223 (11011111). Cualquier direccion ip cuyo primer byte esta comprendido entre 192 y 223 es una red clase C.

La clase D y E: La clase d (multicast) y la clase e (experimental) se usan para fines cuyos alcances escapan a esta materia

Ejercicio: determinar  para las redes clases A,B y C la cantidad posible de redes y host  para cada una de ellas (hacer los cálculos)


Máscara de subred

A fines de poder definir subredes se utiliza la máscara de subred. La misma está construida por 32 BITS agrupado en cuatro grupos de ocho BIT (cuatro bytes). Todas las posiciones ocupadas por unos en la máscara de subred determina la sección de red y la ocupada por ceros indica los HOSTS 
255.255.255.240 (PASAR A BINARIO)

Para obtener la dirección de la subred se debe realizar la operación lógica AND entre la dirección IP y la máscara de subred

                                      IP 176.2.16.17
MÁSCARA DE SUBRED  255.255.0.0
             
               IP= 10110000.00000010.00010000.00010001
 MÁSCARA=11111111.11111111.00000000.00000000
             RED=10110000.00000010.00000000.00000000

RED=176.2.0.0


Ejercicio: Para la dirección IP 172.16.2.17 y la máscara de sub red 255.255.255.240 determinar la subred, broadcast y rango de host.

IP
MÁSCARA DE SUBRED
CLASE
SUBRED
172.16.5.33
255.255.255.0
B
172.16.5.0
10.9.15.3
255.255.0.0
A
10.9.0.0
199.17.23.44
255.255.0.0
C
199.17.0.0








10101100.00010000.00000100.00100001
11111111.11111111.11111111.00000000
10101100.00010000.0000101.00000000


-----------------------------------------------------------------

10101100.00010000.00000010.00010001
11111111.11111111.11111111.11110000
10101100.00010000.00000010.00010000 } subred
   172       .      16      .      2        .   16          } HOST
   172       .      16      .      2        .   31          } broadcast
                                                (00011111)

Rango de host: 172.1.2.17-172.16.2.30



Para determinar la subred se tiene que pasar la máscara de subred y la dirección de ip a binario y luego por cada 1-1 = 1, 0-1=0, 0-0=0
10101100.0001000.00000101.00100001
+
11111111.1111111.11111111.00000000
_________________________________
10101100.0001000.00000101.00000000
=
172.16.5.0= subred
Si hubiera sido 172.16.5.255 seria broad cast



EJERCICIO 2:
Para la direccion IP 172.16.2.17 y la mascara de subred 255.255.255.240 indicar la direccion de subred, la direccion de broadcast y el rango de host.
172.16.12.0 Red 
172.16.12.1 rango de red
172.16.12.14 rango de red
172.16.12..15Broadcast
172.16.12.16Red
172.16.12.17rango de red
172.16.12.30rango de red
172.16.12.31Broadcast
172.16.12.32Red
172.16.12.33rango de red
172.16.12.46rango de red
172.16.12.47Broadcast
172.16.12.48Red
172.16.12.49rango de red
172.16.12.62rango de red
172.16.12.63 Broadcast
172.16.12.64Red
172.16.12.65rango de red
172.16.12.78rango de red
172.16.12.79 Broadcast
172.16.12.80Red
172.16.12.81rango de red
172.16.12.94rango de red
172.16.12.95 Broadcast
172.16.12.96Red
172.16.12.96 rango de red
172.16.12.110 rango de red
172.16.12.111 Broadcast
172.16.12.112 Red
172.16.12.113rango de red
172.16.12.126rango de red
172.16.12.127 Broadcast
172.16.12.128Red
172.16.12.129rango de red
172.16.12.142rango de red
172.16.12.143 Broadcast
172.16.12.144Red
172.16.12.145rango de red
172.16.12.158 rango de red
172.16.12.159 Broadcast
172.16.12.160 Red
172.16.12.161rango de red
172.16.12.174rango de red
172.16.12.175 Broadcast
172.16.12.176 Red
172.16.12.177rango de red
172.16.12.190rango de red
172.16.12.191 Broadcast
172.16.12.192 Red
172.16.12.193rango de red
172.16.12.206rango de red
172.16.12.207 Broadcast
172.16.12.208 Red
172.16.12.177rango de red
172.16.12.190rango de red
172.16.12.191 Broadcast
172.16.12.224 Red
172.16.12.225rango de red
172.16.12.238rango de red
172.16.12.239 Broadcast
172.16.12.240 Red


Direcciones validas :

172.16.12.45
172.16.12.49
172.16.12.53
172.16.12.57
172.16.12.80 
172.16.12.96 
172.16.12.112  
172.16.12.128 
172.16.12.144 
172.16.12.160 
172.16.12.176 
172.16.12.192 
172.16.12.208 
172.16.12.224 
172.16.12.240