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Figura 1 Interconexión de sistemas vía convertidor

1. MODELO DE REFERENCIA OSI1.1 INTRODUCCIÓN

Las redes de ordenadores, locales o de larga distancia, surgieron para hacer posible compartir deforma eficiente los recursos informáticos de los usuarios (hardware, software y datos). En general,esos recursos son sistemas heterogéneos: los equipos de fabricantes tienen característicasdiferentes, utilizan y ejecutan software con características específicas y distintas para lasaplicaciones deseadas por los usuarios, y manipulan y producen datos con formatos incompatibles.Asimismo, equipos idénticos de un único fabricante, que se integran en aplicaciones distintas,pueden presentar características heterogéneas.Esa heterogeneidad de los sistemas beneficia al usuario, que no está así limitado a un único tipode sistemas para sus distintas aplicaciones. Así, se puede seleccionar el sistema que mejor seadapte a las condiciones de aplicación que interesen y al presupuesto disponible. Por otro lado,tal heterogeneidad dificulta considerablemente la interconexión de equipos de fabricantesdiferentes.Conviene observar que hace ya algún tiempo, los grandes fabricantes dieron soluciones para lainterconexión de sus propios equipos. Un fabricante se refiere a su solución particular con eltérmino arquitectura de red (Network Architecture), que es sinónimo de "un conjunto deconvenios" para la interconexión de sus equipos. Obviamente la dificultad generada por laheterogeneidad persiste en el caso de la interconexión con equipos de otros fabricantes y/o en lainterconexión de redes distintas.La interconexión de redes, a su vez, contribuye a hacer más difícil el problema, ya que puedehaber redes diferentes con servicios de transmisión diferentes y que requieran interfacesdiferentes... Es necesario, pues, una manera por la cual, el problema de las heterogeneidades nohaga inviable la interconexión de sistemas distintos. En otras palabras, ¿cómo diseñar eimplementar una red para la interconexión de sistemas heterogéneos?La incompatibilidad de equipos y/o redes fue inicialmente resuelta a través del uso de conver-tidores, como se muestra en la Fig.1.

En esta figura, los sistemas A y B son incompatibles. El convertidor interpreta la informaciónoriginaria de uno de los sistemas y transfiere la información al sistema destinatario, traduciéndolaa una forma inteligible (compatible) para el destinatario. Por lo tanto, el uso de convertidores es

1Actualmente el CCITT ha pasado a denominarse ITU. International Telecommunication Union

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Figura 2 Sistemas conectados por medios físicos

deficiente. Son lentos e inadecuados para solucionar incompatibilidades a nivel de aplicacionesya que sería necesario su integración en el propio sistema operativo de cada uno de los dosequipos involucrados.

En 1977, la Organización Internacional de Normalización (International Standard Organization,ISO) vio la necesidad de normalizar la interconexión de sistemas heterogéneos y creó unsubcomité (SC16) para estudiar el problema. El objetivo del SC16 era definir normas para lainterconexión de sistemas abiertos («Open Systems Interconnection», OSI). Ya en 1978 el SC16 sugirió una arquitectura estratificada en categorías para que se desarrollasea partir de ahí una norma para el modelo de arquitectura que sirviera de soporte para el desarrollode protocolos normalizados. A mediados de 1979 el desarrollo del modelo de arquitectura estabaterminado y recibió el nombre de modelo de referencia para la interconexión de sistemas abiertos(Reference Model for Open Systems Interconnection, RM-OSI,). A finales de 1979 el ComitéTécnico 97 (de procesamiento de Datos) de la ISO al cual está subordinado el SC16 aceptó elRM-OSI como base para el desarrollo de protocolos, norma para la interconexión de sistemasabiertos. En torno a mayo de 1983, el RM-OSI era oficialmente aprobado por la ISO como unanorma internacional para la interconexión de sistemas abiertos a través del documento ISO 7498.El «Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique (CCITT)1 aceptó tambiénel RM-OSI a través de la recomendación X.200.El término abierto no se aplica a ninguna implementación, tecnología o interconexión particularde sistemas, pero si a la adopción de normas es decir, cualquier sistema que adoptando las normasde SC16 pueda interconectar con cualquier otro sistema que obedezca a las mismas normas. Eltérmino OSI se refiere, pues, a las normas para la transferencia de información entre terminales,ordenadores, personas, redes, procesos, etc., que estén abiertos a los demás, con el propósito detransferir información a través del uso de las normas aplicables. Se dice que un sistema queobedece a las normas OSI en su comunicación con otros sistemas, es un sistema abierto. En elentorno OSI, un sistema es un conjunto de ordenadores con un software asociado, periféricos,terminales, operadores humanos, procesos físicos, medios para la transferencia de información,etc., capaz de procesar información. La transferencia de información (comunicación) entresistemas se realiza por medios físicos, como puede verse en la Fig. 2.

Es importante observar que el «OSI» no se refiere apenas a los aspectos de comunicación entresistemas, sino también a cómo estos sistemascooperan para ejecutar una tarea distribuidade un proceso de aplicación. Un proceso deaplicación, según el concepto de OSI, es unelemento (dentro de un sistema abierto) queprocesa información para una aplicaciónparticular. Así, una persona que opera con unterminal bancario automatizado es un procesode aplicación manual; un programaFORTRAN que se ejecuta en un centro deinformática accediendo a un banco de datosremoto es un proceso de aplicacióninformatizado; el servidor del banco de datos

2El término "capa" se usa en terminología ISO. En ITU se utiliza el término "nivel"1.3

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es también un proceso de aplicación.

1.2 ESTRUCTURAS EN CAPAS

Cualesquiera que sea el tipo de comunicación entre sistemas que se comunican, es necesarioobservar un conjunto de reglas que dirijan la transferencia de información para que esta pueda serprovechosa. Así, usted en una conversación telefónica "oye y habla" lo que su interlocutor "hablay oye" en esta secuencia. Si usted no entiende lo que le hablan, interrumpe y pide que le “repitan”lo que le “hablaron”. Aquí hay un conjunto implícito de normas que reglamentan la comunicación.En la terminología de las redes de ordenadores, este conjunto de reglas recibe el nombre deprotocolo. Por tanto, cualquier proceso de comunicación, independientemente de los sistemas deque se trate, presupone la existencia de cierto(s) protocolo(s).El diseño de la «arquitectura» de una red de ordenadores que permita a sus usuarios (sistemas enla terminología del RM-OSI) comunicarse de forma eficiente no es una tarea simple. Por elcontrario, es muy compleja, pues el diseño, debe, además de otros aspectos menos importantes(esto es, los que no recordamos en este momento), considerar todos los eventos que puedanacontecer durante una comunicación, conocer todos los efectos y causas de esos eventos,especificar con detalle todos los aspectos técnico-operacionales de los medios físicos a utilizarpara soportar la comunicación y aportar posibles soluciones alternativas. ¡Ah! y lo másimportante: el diseño debe también ocuparse de los detalles de las propias aplicaciones (o deaquellas en potencia) a realizarse de forma distribuida en los diversos sistemas de la red con elsoporte de los servicios de comunicación. En suma, todo tiene que ser cuidadosa y correctamenteespecificado para que los diferentes procesos de aplicación pueden cooperar de forma armónicay compatible en el procesamiento de tareas distribuidas por la red. El problema es complejo; yasea el diseño de una red de larga distancia o de una red local.

Antes de Andrew Tanenbaum, Julio César (el auténtico) fue el primero en anunciar la clave parareducir la complejidad de diseño de redes de ordenadores: «divide y vencerás». El principio esproyectar una red con un conjunto jerárquico de capas2, cada capa superpuesta en la capa inferior.Reduciendo el diseño global de una red al diseño de cada una de las capas, se simplificaconsiderablemente el trabajo de desarrollo y de mantenimiento. El diseño de una capa se restringeal contexto de esa capa y supone que los problemas externos a este contexto ya están debidamenteresueltos.Fue así que el SC16 de la ISO, posiblemente influenciado por entusiastas del imperio romano,supuso un consenso ya en las primeras discusiones en torno al establecimiento de una arquitecturabásica en capas para el modelo de referencia para la interconexión de sistemas abiertos (RM-OSI).La definición del RM-OSI siguió entonces, una técnica de estructuración y abstracción,descomponiendo el problema de interconexión de sistemas abiertos en módulos o capas mássimples, lógicamente independientes. La arquitectura del RM-OSI está construida siguiendo unproceso jerárquico donde cada capa utiliza los servicios suministrados por la capa inmediatamenteinferior para dar un servicio de «mejor calidad» a la capa superior.Pero, ¿cuáles son claramente las ventajas prácticas de una arquitectura en capas? La respuesta sepuede dar en dos partes. Primero la complejidad del esfuerzo global de desarrollo se reduce através de abstracciones: no interesa a una determinada capa cómo las demás realizan oimplementan sus servicios; sólo importa lo que la capa ofrece como servicio, es decir, las demás

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Figura 3 Elementos básicos de OSI

capas son verdaderas «cajas-negras». En la arquitectura jerárquica una capa (N) apenas sabe queexiste una capa (N-1) prestadora de determinados servicios y, una capa (N+1) (que le solicitaservicios). La capa (N) no se apercibe de las capas (N+2), (N+3), etc. Segundo, una abstraccióninherente de la jerarquía lleva a la independencia entre las capas: la capa (N) sólo se preocupa deutilizar los servicios de la capa (N+1) y de realizar sus servicios a la capa (N+1)independientemente de su protocolo. Es así que una capa puede ser alterada sin cambiar a lasdemás (facilidad de mantenimiento), sin que los servicios que presta sean modificados. Y ocurretambién que otras (o nuevas) aplicaciones puedan ser implementadas, en la capa apropiada,aprovechando los mismos servicios ya efectuados por las otras capas (reducción de esfuerzos paraevolución).

La arquitectura del RM-OSI fue desarrollada a partir de tres elementos básicos, a saber [ISO 97]:

a) Los procesos de aplicación existentes en el entorno OSI.b) Las conexiones que unen los procesos de aplicación y que les permiten transferir

informaciones.c) Los sistemas

La Figura 3 muestra estos tres elementos.

La representación de la arquitectura de RM-OSI utilizada por el SC16 es mostrada en la Figura4, donde las capas sucesivas son representadas con una secuencia vertical, con los medios físicospara la interconexión de sistemas abiertos (OSI) debajo (véase también la Figura 3).

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Figura 4 Modelo del SC16 de la ISO para la representación jerárquica de capas

En la Figura 4, cada sistema individual está lógicamente descompuesto en subsistemas, y cadauno de éstos corresponde a la intersección del sistema con una capa, es decir, una capa estálógicamente compuesta por subsistemas del mismo nivel de todos los subsistemas interconectados.Cada subsistema está compuesto por una o varias entidades; por consiguiente, cada capa estácompuesta de entidades, perteneciendo cada entidad a uno de los sistemas. Las entidades de unamisma capa son llamadas entidades-pares. En la terminología de la ISO, una entidad en la capa(N) de la arquitectura es llamada entidad (N). Las entidades (N) representan una capacidad deprocesamiento distribuido de la capa (N) en el desempeño de sus funciones. Todas las entidadesde todas las capas de un mismo sistema representan la capacidad de procesamiento del sistema,cuando son vistos por los demás sistemas abiertos.Excepto para la capa más alta, cada capa (N) realiza servicios (N) a las entidades (N + 1), esdecir, las entidades (N) añaden valor, usando las funciones (N) implementadas en la capa (N), alservicio (N - 1) que reciben de la capa (N - 1) y ofrecen ese servicio más valioso, servicio N, ala entidades (N + 1). Las entidades (N) se comunican a través del servicio (N - 1), de la capainmediatamente inferior. La comunicación de las entidades (N) está reglamentada por losprotocolos (N). Zimmermann explicó que «la cooperación entre entidades (N) está gobernada porlos protocolos (N) que definen cómo trabajan conjuntamente las entidades (N), usando losservicios (N - 1) para implementar las funciones que "añaden valor" a los servicios (N - 1) yofrecen servicios (N) a las entidades (N-1).

Observe que las entidades de la capa más baja (capa 1) se comunican a través de los mediosfísicos de comunicación de OSI, que pueden ser vistos formando una capa (0). Conviene tambiénnotar que una comunicación directa entre entidades (N) en un mismo sistema, no es de interés alos demás sistemas y, por consiguiente, no es propia de la arquitectura OSI.Los servicios (N) son ofrecidos a las entidades (N + 1) en los puntos de acceso de servicio(«Service Access Points», SAP) o SAPs (N), que representan a las interfaces lógicas entre lasentidades (N) y (N + l). Así, una entidad (N) ofrece servicio (N) en las SAP (N), y una entidad(N + 1) da el mismo servicio (N) en la SAP (N). Un SAP (N) es servido y utilizado sólo por unaentidad (N) y una entidad (N + 1) respectivamente, por lo tanto, una entidad (N) puede servir avarios SAPs (N) y una entidad (N + 1) usar varios SAPs.Las informaciones entre entidades (N + 1) son transmitidas a través de una asociación llamada

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Figura 5 Términos usados en RM-OSI

punto terminal de conexión (N) (CEP (N), del término en inglés ? Connection End ofrececonexiones (N) como parte de los servicios (N). Las conexiones pueden ser del tipo punto a puntoo de puntos-terminales-múltiples, estas últimas corresponden a asociaciones múltiples entreentidades. La terminal de una conexión (N) se da en un SAP (N) y es llamada punto terminal deconexión (N). (CEP (N), del término en inglés Connection End Point). La Fig. 5 ilustra lostérminos aquí definidos.

1.3 LAS SIETE CAPAS DEL RM-OSI DE LA ISO

La propia ISO afirma que sería difícil probar que son siete capas las que forman la "mejor"arquitectura para una interconexión de sistemas abiertos (OSI). Por otro lado, la ISO describe enla cláusula 5 del documento, trece principios «arquitectónicos» que se aplicaron para llegar a lassiete capas de la arquitectura del RM-OSI. Esos principios son:

i) no crear un número muy grande de capas a fin de no dificultar el trabajo dedescripción e integración de esa capas

ii) demarcar dos capas adyacentes en un punto donde la descripción de serviciospueda ser pequeña y minimice las interacciones entre las capas

iii) cerrar capas separadas para tratar de funciones que sean claramente diferentes enel proceso ejecutado o con la tecnología utilizada

iv) las funciones similares deben ser agrupadas en una misma capa

v) demarcar dos capas adyacentes en un punto donde la experiencia haya demostradoser satisfactoria

vi) crear una capa de funciones fácilmente localizadas (en la capa) a fin de que unacapa pueda ser totalmente rediseñada y sus protocolos alterados sustancialmente

3En este apartado, ISO se preocupa de la normalización de servicios protocolos y funciones, pero no delas interfaces que dependen de cada implementación de los servicios.

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Figura 6 Las siete capas de la arquitectura OSI

para aprovecharse de los nuevos avances en la tecnología de software y hardwaresin alterar los servicios e interfaces con las capas adyacentes

vii) crear una capa que pueda ser de utilidad, en el futuro, para la normalización de lainterfaz correspondiente3

viii) crear una capa donde exista un nivel diferente de abstracción en el manejo dedatos, por ejemplo morfología, sintaxis, semántica

ix) posibilitar la modificación de funciones o protocolos dentro de una capa sinafectar a las otras capas

x) crear para cada capa interfaces sólo con las capas superior e inferior

xi) subagrupar y organizar las funciones para formar subcapas dentro de una capa enlos casos en los que sea necesario para los distintos servicios de comunicación

xii) crear, donde sea necesario, dos o más subcapas con funcionalidad común, y portanto mínima, para permitir el funcionamiento de la interfaz con capas adyacentes

xiii) posibilitar la adopción de alguna(s) subcapa(s).

En su justificación de las siete capas del RM-OSI, la ISO resuelve los dos principios anterioresde identificación de los propósitos de cada capa. Esa identificación, mencionada sólo de pasadaen la justificación, pero después detallada cuidadosamente, es aparentemente un factordeterminante de la arquitectura. En realidad, los apartados (iii), (iv), (vi) y (ix) están en ellaíntimamente relacionados. Así, cuando presentemos la explicación de ISO para la adopción decada capa, nos ocuparemos también de destacar sus funciones o propósitos. Antes convieneexaminar la arquitectura de las siete capas del RM-OSI, ilustrada en la Figura 5.

La capa más alta, capa (7), es la capa de aplicación; la capa (6) es la capa de presentación; la

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(5), la capa de sesión, la (4), la capa de transporte; la (3) la capa de red, la (2) la capa de enlacede datos, y la capa (1), la más baja, es la capa de medios físicos. A continuación estudiaremos condetalle cada una de las capas.

1.3.1 Capa de medios físicos

Esta capa fue identificada a través de la aplicación de los principios (iii), (v) y (viii). Con estacapa, la arquitectura del RM-OSI permite la flexibilidad de uso de varios medios físicos para lainterconexión con procedimientos de control diferentes, tales como las recomendaciones del ITUV.24, V.25, X.21, etc.La capa de medios físicos define las características mecánicas, eléctricas, funcionales y deprocedimientos para activar, mantener y desactivar conexiones físicas para la transmisión de bitsentre las entidades de la capa de enlace de datos (capa (2)), posiblemente a través de sistemasintermedios, realizando cada uno de ellos transmisiones de bits a través de la capa (1).

1.3.2 Capa de enlace de datos

De nuevo, los principios (iii), (v) y (viii) nos llevarán a la identificación de esta capa; algunosmedios físicos de comunicaciones (por ejemplo, líneas telefónicas) requieren el uso de técnicasespecíficas para que se pueda transmitir datos entre sistemas, igual que cuando hay condicionesde tasas de error relativamente altas (es decir, una tasa de error inaceptable para la gran mayoríade aplicaciones). Esas técnicas son utilizadas en procedimientos de control de enlace de datos yaestudiados, e incluso normalizados hace algún tiempo. Conviene hacer constar también que losnuevos medios físicos de comunicaciones (por ejemplo, fibras ópticas), podrán llegar a utilizardiferentes procedimientos de control de enlace de datos. Las funciones de esta capa son: a)detectar, y posiblemente corregir errores en la capa de medios físicos; y b) proporcionar una capade red con la capacidad de pedir el establecimiento de circuitos de datos en la capa (1) (es decir,con la capacidad de controlar el cierre de circuitos). El propósito de esta capa es proveer losmedios funcionales y de procedimiento para activar mantener y desactivar una o más conexionesde enlace de datos entre unidades de capa de red.

1.3.3 Capa de red

La capa de red fue adoptada a partir de los principios (iii), (v) y (vii). Obsérvese que en laarquitectura de sistemas abiertos, algunos sistemas serán terminales de datos destinatarios, encuanto otras funcionarán sólo como meras intermediarias que retransmitirán datos a otrossistemas (véase Figura 5). Por tanto, la capa de red debe proporcionar una trayectoria deconexión (conexión de red) entre una pareja de entidades de capa de transporte, pasandoposiblemente por unos intermediarios. En esta capa se agruparán protocolos de retorno para elfuncionamiento de la red propiamente dicha, tales como algoritmos de rotación y de control decongestión.La capa de red suministra los medios para establecer, mantener y terminar conexiones de red entresistemas que contienen entidades de aplicación que se comunican. Suministra también los mediosfuncionales y de procedimiento para la transferencia de información, a través de conexiones dered, entre dos entidades de capa de transporte.

1.3.4 Capa de transporte

4En la Figura 5 puede verse que la capa de transporte es la primera cuyo protocolo tiene significadoterminal a terminal.

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La ISO no presenta justificaciones explícitas en términos de los principios (i)-(xiii) para la capade transporte. En vez de ello, la ISO supone que existe la necesidad de controlar el transporte dedatos del sistema-fuente al sistema-destino, es decir, terminal-a-terminal4, para que el servicio detransporte alcance su totalidad. Así, se define la capa de transporte, capa (4} encima de la capade red, para liberar a las entidades de las capas superiores de las tareas de transporte de datosentre ellas.El propósito de la capa de transporte es, pues, proporcionar un servicio de transferenciatransparente de datos (de fin-a-fin) entre entidades de la capa de sesiones. El término"transparente" se refiere al hecho de que las entidades de sesión (usuarios del transporte) nonecesitan conocer los detalles por los cuales se consigue una transferencia de datos fiable yeconómica.Los usuarios del transporte son identificados por la capa de transporte sólo por su dirección detransporte; el servicio de transferencia de datos es suministrado a las entidades direccionables sinconsiderar su localización.Para que la transferencia de datos sea económica, la capa de transporte optimiza el uso derecursos disponibles. Esta optimización se hace respetando las restricciones a nivel deprestaciones, la demanda global y simultánea de todos los usuarios del transporte y el límitegeneral de recursos disponibles en la capa de transporte.Es necesario observar que el servicio de la capa de red suministra conexiones de red de unaentidad de transporte a otra. Esas conexiones pueden establecerse en una única subred decomunicaciones (en el caso de sistemas que se comuniquen, estarán localizados en una misma red)o a través de un número de subredes en serie. La capa de red se encarga de todos los detalles derealización de paquetes, rotación y transferencia de paquetes de una subred a otra. Por tanto, lacomplejidad de las funciones en la capa de transporte, que son responsables de la calidad delservicio ofrecido, depende de la calidad del servicio de la red disponible. Si la conexión ofrecidapor la capa de la red es fiable y económica, las funciones necesarias en la capa de transportequedarán proporcionalmente reducidas.Hay que recordar que todos los protocolos definidos en la capa de transporte tienen significadofin-a-fin, es decir, de una entidad de transporte a otra correspondiente, sin sistema remoto.

1.3.5 Capa de sesión

La capa de sesión (capa (5)) fue identificada con base a los principios (iii) y (iv).

El objetivo de la capa de sesión es organizar y sincronizar el diálogo, y gestionar la transferenciade datos entre entidades de la capa de presentación de dos sistemas que se comuniquen. Para ellola capa de sesión suministra servicios para el establecimiento de una conexión-de-sesión entre dosentidades de presentación, a través del uso de una conexión de transporte.Los servicios de la capa de sesión se clasifican en dos categorías:

a) «Servicio de administración de sesiones» que une dos entidades para una relación y que,más tarde, las separa (ejemplo de unión: login/reconocimiento; ejemplo de separación:logoff).

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b) «Servicio de diálogo de sesión» que controla una transferencia de datos, delimita ysincroniza operaciones con los datos entre dos entidades de presentación. Por ejemplo,se puede abrir una conexión de sesión para transferir informaciones en halfduplex,full-duplex, etc.

Los servicios ofrecidos por la capa de sesión son los primeros a realizar con las aplicacionespropiamente dichas, después del mero servicio de comunicación.

1.3.6 Capa de presentación

Una vez más, los principios (iii) y (iv) determinarán la adopción de la capa de presentación o capa(6).La capa de presentación realiza los servicios que pueden ser seleccionados por la capa deaplicaciones para la interpretación de la sintaxis de los datos transmitidos. Esos serviciosgestionan la entrada, transferencia, presentación y control de los datos estructurados. La capa depresentación resuelve problemas de diferencia de sintaxis entre sistemas abiertos.Las aplicaciones en el entorno OSI pueden comunicarse a través de los servicios de la capa depresentación sin costes excesivos propios de la variación de interfaces, transformaciones omodificaciones de las propias aplicaciones.

1.3.7 Capa de aplicaciones

Esta fue fácil. Todo comenzó a partir de aquí, la capa más alta del RM-OSI. Todas las otras capasexisten para dar soporte a ésta. Los servicios de esta capa son utilizados por los propios usuariosen el ambiente OSI.El propósito de la capa de aplicaciones es servir de «ventana», entre los usuarios en el entornoOSI, a través del cual se produce toda la transferencia de información significativa para esosusuarios. Cada usuario viene representado para los demás por su entidad-de-aplicacióncorrespondiente.Es importante observar que la totalidad de una aplicación final no reside completamente en estacapa. Sólo una parte de la aplicación que necesita comunicarse con las entidades remotas deaplicación forma parte de esta capa y utiliza protocolos de aplicación. La restante no se encuadraen el modelo de referencia para la interconexión de sistemas abiertos.La explicación de la ISO para las siete capas del RM-OSI en buena hora plausible sólo refleja elpunto de vista del SC16. Los más escépticos pueden hacerse preguntas del tipo: ¿Por qué no 8capas, 33, o 123...? La argumentación definitiva sólo admite 13. Esto no es relevante. Laestructuración de la arquitectura del RM-OSI en siete capas es plausible y, además, parece queserá acatada internacionalmente. La ISO se centra ahora en sugerir normas para los protocolosde las diversas capas. Hay que destacar, en este punto, que la presentación de las funciones ycaracterísticas de cada capa del RM-OSI hecha en esta sección sólo tiene un objetivointroductorio. En consecuencia, sólo consideramos las funciones generalizadas, tal y como se handescrito en el documento, de los protocolos de cada capa. Se hará un examen más profundo yespecífico en el estudio de los protocolos de las capas.

En resumen, las principales funcionalidades son:

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¿Como se muestra el otro proceso? Presentación

¿Con quién se establece la comunicación? Sesión

¿Dónde está el otro proceso? Trasporte

¿Por qué ruta se llega? Red

¿Como se realiza cada paso de la ruta? Enlace

¿Cómo se utiliza el medio para ese paso? Físico

Dentro de la red, la forma de realizar la comunicación entre los distintos niveles de un sistemaconsiste en añadir cabeceras de información a los datos que van de los niveles superiores a losinferiores y eliminarlas de los que van en sentido inverso:

Nivel (N+1) <--Datos--> | |Nivel (N) <---Cab--+--Datos--+--Cola--> | |Nivel (N-1)<--Cab--+-----------Datos-----------+--Cola--> La combinación cabecera+datos+cola es interpretada por el siguiente nivel como "datos". Así,siendo la parte de "datos" trasparente a cada nivel, se preserva la independencia entre los distintosniveles.

1.4 Niveles de descripción de OSI

Dentro del modelo de referencia se distinguen tres niveles de abstracción:

-Arquitectura OSI-Servicios proporcionados por cada nivel-Especificaciones de protocolos

El mayor nivel de abstracción, la arquitectura OSI, constituye el modelo de referencia descrito enel documento ISO 7498. Define los elementos básicos de los sistemas abiertos abstractos, talcomo son vistos exteriormente en su comunicación con otros sistemas.

Las especificaciones de servicios de OSI definen en mayor detalle el servicio proporcionado porcada nivel. Una especificación de servicio define las facilidades que se proporcionan al usuariodel servicio, independientemente de los mecanismos usados para realizar dicho servicio. Definepor tanto una interface abstracta para el nivel, al indicar las primitivas que puede pedir un usuariodel nivel, sin preocuparse de como se realiza dicha interface.

El nivel de abstracción más bajo son las especificaciones de protocolos de OSI, que definen lainformación de control que se envía entre las distintas entidades que están en comunicación y losprocedimientos empleados para interpretar dicha información de control.

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Figura 7 Elementos básicos de OSI

Las especificaciones de protocolos representan la mayor dificultad para la implementación de lasnormas OSI, ya que al tratarse de una arquitectura compleja, es muy difícil asegurar que laejecución de los protocolos es correcta. Actualmente se esta estudiando con gran interés técnicasde descripción formal para la validación y verificación de protocolos y servicios de comunicación.

1.5 Modelo de referencia de la arquitectura OSI Tal como se define en el documento ISO/OSI 7498, el modelo OSI hace referencia al intercambiode información entre sistemas abiertos y su capacidad de interrelación para llevar a cabo una tareacomún (distribuida). El concepto "abierto" significa que la realización y funcionamiento internono están afectados por el modelo OSI.

1.5.1 Elementos básicos

Dentro del modelo de referencia hay cuatro elementos básicos:

- Sistemas

- Entidades

- Conexiones

- El medio físico

Se entiende por sistema, un "conjunto de dos o mas ordenadores, el software asociado, losperiféricos, terminales, operadores humanos, procesos físicos, medios de trasferencia deinformación, etc que forman un todo autónomo, capaz de realizar proceso y/o trasferencia deinformación" [4.1.1 ISO/OSI 7498]

Así pues, un sistema puede ser desde un simple terminal a una red de ordenadores muy compleja.Por lo tanto el modelo de referencia sirve para dos tipos de problemas: interconexión de equiposo interconexión de redes.

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Figura 8 Sistemas, niveles y servicios en el entorno OSI

Un sistema que cumple las normas OSI en su comunicación con otros sistemas, se denominaabierto.

La técnica de estructuración utilizada en el Modelo de Referencia OSI es la división en niveles.Según esta técnica, cada sistema está compuesto lógicamente por un conjunto ordenado desubsistemas. Sólo hay comunicación entre los subsistemas adyacentes y ésta se realiza a través delos límites (interfaces) entre ellos.

Un subsistema es la intersección de un sistema con un nivel. Cada subsistema proporciona unosservicios al subsistema correspondiente de nivel superior.

Un nivel es, por tanto, una subdivisión de la arquitectura OSI, constituida por subsistemas delmismo rango.

Cada subsistema está compuesto por varias entidades. Así, se puede ver un nivel como unconjunto de entidades distribuidas en sistemas abiertos interconectados. Las entidades de unmismo nivel se denominan entidades pares.

La notación OSI, señala como nivel(N) a cualquier nivel específico, nivel(N+1) al inmediatamentesuperior y nivel(N-1) al inmediatamente inferior. Está notación es válida para el resto deconceptos (entidades, protocolos, servicio, conexión, ..)

Una conexión(N) es una asociación establecida por el nivel(N) entre dos o mas entidades(N+1)para la trasferencia de datos.

Las entidades(N) cooperan entre si según un determinado protocolo(N). Estas entidades(N)utilizan los servicios(N-1) proporcionados por los niveles inferiores. La estructura de estos nivelesinferiores es desconocida para el nivel(N) y este sólo considera los servicios ofrecidos por el nivelinferior.

De esta forma se asegura la independencia de cada nivel. Si se produce algún cambio en cualquiernivel, no afectará a los restantes mientras se sigan ofreciendo los mismos servicios al nivelsuperior.

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Figura 9 Niveles, entidades, servicios y protocolos

1.6 Servicios, funciones y protocolos

Para un nivel(N), se definen los conceptos de servicio(N), función(N) y protocolo(N). Unservicio(N) es una capacidad que el nivel(N) y los niveles inferiores a él, ofrecen a lasentidades(N+1) del nivel superior(N+1), en el límite entre ambos niveles. Así, un nivel(N) puedeofrecer un servicio de establecimiento de una conexión(N), el servicio de trasferencia de datos poresa conexión(N) o la liberación de la misma. Estos servicios son proporcionados a través depuntos de acceso al servicio(N) o (N)-SAP. Estos (N)-SAP representan las interfaces lógicasentre las entidades(N) y las entidades(N+1) de un mismo sistema. UN (N)-SAP se identifica poruna dirección-N o dirección de (N)-SAP.

Dado que un (N)-SAP puede mantener varias conexiones(N) a la vez, dentro de cada (N)-SAPse definen varios puntos extremos de conexión o (N)-CEP, que identifican cada conexión(N)existente.

Una entidad(N) puede servir a varios (N)-SAP a la vez, pero a un (N)-SAP, sólo puede servirleuna única entidad(N) y una entidad(N+1) puede utilizar varios (N)-SAP concurrentemente. Así,una entidad(N), puede estar unida a varias entidades(N+1), y una entidad(N+1) a variasentidades(N). No obstante, un (N)-SAP, sólo puede estar unido a una entidad(N+1) en unmomento dado, aunque pueda desligarse luego de esta y unirse a la misma o a otra entidad(N+1).

Resumiendo, al definir los (N)-SAP y los servicios(N) se define la comunicación entre entidadesadyacentes dentro de un mismo sistema.

Una función-N es parte de la actividad de una entidad(N). P.ej: el control de flujo, elsecuenciamiento, la trasformación de datos,..

Por protocolo(N), se entiende el conjunto de reglas y formatos que determinan elcomportamiento de la comunicación entre entidades(N) que realizan funciones(N) en sistemasabiertos diferentes. Esto quiere decir que los protocolos definen la comunicación entre entidadespares.

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Figura 10 Conexiones, SAPs y CEPs

La comunicación entre dos entidades del mismo nivel, está regulado por un protocolo para esenivel.

Dos entidades(N+1) se comunican a través de una conexión(N). Las entidades de nivel(N)realizan unas funciones(N), utilizando los servicios del nivel(N-1) y proporcionando a su vezservicios(N) a las entidades del nivel(N+1).

Vemos pues que ningún dato se trasmite directamente desde una entidad(N) a otra entidad(N),ya que cada nivel pasa información de control y datos al nivel inmediatamente inferior a el y asísucesivamente hasta que se alcance el nivel mas bajo. En este hay ya comunicación física en lugarde comunicación virtual.

1.7 Unidades de datos

Hemos visto que la información se trasfiere entre entidades pares de acuerdo a un protocolo, yentre entidades adyacentes a través de (N)-SAP. La unidad de información intercambiada en lacomunicación de dos entidades(N) pares, utilizando una conexión(N-1), consta de dos partes:

a) Unidad de datos de servicio(N) [(N)SDU]: son los datos que necesitan las entidades(N) pararealizar las funciones del servicio pedido por la entidad(N+1).Su identidad se conserva desde un extremo de la conexión(N) al otro, lo que quiere decir que losdatos pasan trasparentemente entre las entidades(N) a través de la conexión(N-1).

b) Información de control de protocolo(N) [(N)PCI]: es la información intercambiada entre dosentidades(N), usando una conexión(N-1), para coordinar su operación conjunta.

La combinación de (N)SDU y (N)PCI, se denomina unidad de datos de protocolo(N)[(N)PDU], que es la información trasferida entre las entidades(N), de acuerdo a un protocolo(N).Sin embargo no siempre tiene que existir una (N)SDU en una (N)PDU, dado que a veces lasentidades(N) pueden necesitar únicamente información para su coordinación mutua.

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Figura 11 Correspondencia lógica entre las unidades de datos en niveles adyacentes

En cada nivel se pueden definir dos tipos de SDU, las (N)SDU normales y las (N)SDUexpeditas. Las expeditas pueden llegar a su destino antes que las normales que hubieran sidoenviadas con anterioridad y se asegura que se enviarán antes que cualquier SDU normal que sehubiera enviado con posterioridad.

Para hacer llegarla unidad de datos a la entidad correspondiente, las entidades(N) deben pedir elservicio de una conexión(N-1) entre ellas. Para este propósito, la comunicación a través del límite(interface) con los servicios(N-1) se consigue a través de (N-1)SAP, al que se liga la entidad(N).La información pasada a través de dicho límite se compone de:

a) Información de control de interface(N-1) [(N-1)ICI]: información transferida entre unaentidad(N) y una entidad(N-1) para coordinar su operación conjunta.

b) Datos de interface(N-1) [(N-1)ID]: información transferida entre una entidad(N) y unaentidad(N-1), unidas por un (N-1)SAP, que contiene normalmente las (N)PDU..

La combinación de ambas, esto es, la información pasada entre dos niveles adyacentes en unainteracción simple, se denomina unidad de datos de interface(N-1) [(N-1)IDU].

Resumiendo, las (N)PDU están formadas por (N)PCI mas datos de usuario(N) y son trasferidasentre entidades(N) pares. El intercambio de (N)PDU entre las entidades(N) está gobernada porun protocolo(N) que interpreta las (N)PDU. Asimismo, las (N)IDU son trasferidas entre nivelesadyacentes dentro de un mismo sistema y están formadas por (N)ICI mas datos de interface(N).Las entidades de los niveles adyacentes en el mismo sistema interaccionan intercambiando (N)IDUen los (N)SAP.

Dentro de las (N)PDU, la parte de datos de usuario(N) cuya identidad es preservada de unextremo de la conexión al otro, es lo que hemos denominado (N)SDU. Una (N)SDU es trasferida

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Figura 12 Relaciones entre las SDU y las PDU

entre una entidad(N+1) y una entidad(N) a través de un (N)SAP, en la forma de una o mas(N)IDU. Esta (N)SDU es trasferida como datos de usuario(N) en una o mas (N)PDU.

El proceso de intercambio de unidades de datos alternativas se repite en cada nivel, con laexcepción del superior, donde no hay entidad (N+1) como tal y el inferior, donde no hay unaentidad(N-1) formal, sino el medio físico.

Sobre las unidades de datos, se pueden realizar varias funciones, cada una de las cuales tiene suinversa:

1) Segmentación y reensamblaje. La segmentación hace corresponder una (N)SDU en varias(N)PDU. El reensamblaje es la función inversa.

2) Bloqueo y desbloqueo. El bloqueo hace corresponder varias (N)SDU en una (N)PDU. Eldesbloqueo identifica varias (N)SDU que están contenidas en una (N)PDU.

3) Concatenación y separación. La concatenación es una función(N) realizada por el nivel(N),que hace corresponder varias (N)PDU en una sola (N-1)SDU. La separación identifica varias(N)PDU que están contenidas en una sola (N-1)SDU.

Además, para preservar el orden de los datos trasferidos a través del nivel(N), se utilizanmecanismos de secuenciamiento en el nivel(N+1).

1.8 Conexiones

Una conexión(N) es una asociación establecida entre dos o más entidades(N+1) identificadas porlas direcciones de los (N)SAP a los que están ligados. Una conexión(N) es uno de los serviciosque ofrece el nivel(N) para que se pueda intercambiar información entre las entidades(N+1).

El extremo de una conexión(N) en un (N)SAP se denomina punto extremo de conexión

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[(N)CEP conection endpoint]. Entre dos SAP puede haber varias conexiones. Siempre que seestablezca una conexión(N) se asignará un (N)CEP para cada dirección (N)referenciada. Un(N)CEP no puede ser compartido por varias entidades(N+1) o conexiones(N). Así, unaconexión(N) tiene al menos dos (N)CEP, uno en cada extremo.

Un (N)CEP tiene un identificador (N)CEP, que sirve para que una entidad (N+1) puedareferenciar la conexión(N). Obsérvese que este identificador no es lo mismo que una dirección(N).

Normalmente una conexión entre dos CEP es "punto a punto", pero puede ser tambiénmultipunto cuando hay varias asociaciones entre entidades (una conexión con mas de dos CEP).

Dos entidades(N) que están conectadas se denominan (N)correspondientes.

Las entidades(N+1) se comunican usando los servicios del nivel(N). A veces los serviciosproporcionados por un nivel no permiten el acceso directo entre dos entidades(N+1) que deseancomunicarse. En estos casos, la comunicación se puede realizar a través de otra entidad(N+1)intermedia entre ellas, denominada entidad retrasmisora.

La trasmisión de datos(N) es una facilidad que consiste en mandar (N)SDU desde unaentidad(N+1) a una o mas entidades(N+1), por medio de conexiones(N).

La transmisión de datos puede ser:

- dúplex, si se realiza en los dos sentidos a la vez - semidúplex, si se realiza en los dos sentidos, pero sólo uno en cada vez - simplex, si sólo puede hacerse en un sentido

La comunicación de datos(N), es una función(N) que consiste en trasferir (N)PDU de acuerdoa un protocolo(N) sobre una o mas conexiones. Puede ser:

- bidireccional simultánea- bidireccional alternada- unidireccional

1.9 Identificadores

Para diferenciar los objetos de un nivel o del limite entre dos niveles adyacentes, con el fin deestablecer una conexión entre dos SAP, la arquitectura OSI define unos identificadores para cadaentidad, SAP, y conexión, así como a las relaciones entre dichos identificadores.

Toda entidad se identifica con un título, que es único y la identifica respecto de las demásentidades dentro del dominio del título. Si el dominio es el entorno OSI, se denomina títuloglobal; en otro caso el título es local. Un título global está compuesto por un título local mas elnombre del dominio del título. Por ejemplo, dentro del dominio del nivel(N), las entidades(N) seidentifican por títulos globales(N) que son únicos dentro del nivel(N).

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Dentro del dominio de una conexión(N), se manejan los siguientes identificadores.

- dirección de (N)SAP o abreviado, dirección(N), que indica dónde se puede encontrarun (N)SAP, al que está ligado una entidad (N+1)

- identificador de (N)CEP, que identifica la conexión(N) correspondiente dentro de un(N)SAP

- identificador de conexión de protocolo(N+1), especifica unívocamente unaconexión(N+1) individual dentro del entorno de una conexión(N) multiplexada.

Cada (N)SAP está identificado por una dirección(N), única. Las relaciones entre entidades (N)y (N-1) se definen en un directorio(N), que indica las correspondencias entre títulos globales deentidades(N) y las direcciones(N) que pueden alcanzarse desde ellos, a través de las cualescooperan.

La correspondencia entre las direcciones(N) servidas por una entidad(N) y las direcciones(N-1)utilizadas para acceder a los servicios(N) la realiza una función de correspondencia dedirecciones(N). Esta puede ser de tres tipos: uno a uno, jerárquica, o por tablas.

La función de correspondencia jerárquica, se utiliza cuando una dirección(N) se corresponde auna sola dirección(N-1). En este caso, una dirección(N) consta de dos partes:

a) La dirección(N-1) de la entidad(N) que soporta el (N)SAP actual de la entidad(N+1)

b) Un sufijo(N) que identifica el (N)SAP únicamente dentro de la dirección(N-1).

Un caso particular de la correspondencia jerárquica es la correspondencia uno-a-uno.

Esta función es sencilla, pero a veces se requiere una mayor flexibilidad, en el caso de que unaentidad(N) esté unida a mas de un (N-1)SAP y soporte sólo un (N)SAP, o cuando unadirección(N) no esté unida permanentemente a la misma dirección(N). En estos casos no esposible la construcción jerárquica y la función de correspondencia de direcciones(N) puede utilizartablas que traduzcan direcciones(N) en direcciones(N-1). (Ver Figura 14)

Como se vio anteriormente, una entidad(N+1) puede establecer una conexión(N) con otra enti-dad(N+1) usando un servicio(N). Para ello cada entidad(N+1) usando un servicio(N). Para elloa cada entidad(N+1) se le asigna un identificador de (N)CEP único por la entidad(N) que losoporta. De esta manera la entidad(N+1) puede distinguir esta conexión(N) de todas las demásconexiones(N) accesibles en el (N)SAP que está utilizando. Este identificador de (N)CEP constade la dirección(N) del (N)SAP y un sufijo que lo identifica únicamente dentro de este (N)SAP.

Para una conexión multipunto, ver ? se requieren identificadores de conexión multipunto, queespecifiquen los CEP correspondientes.

La conexión multipunto puede ser:

a) centralizada, que tiene un CEP central. Los datos enviados por la entidad asociada al

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Figura 13 Las entidades de un nivel (N-1) se comunican a través del nivel N

CEP central son recibidos por las entidades asociadas con todos los demás CEP. Losdatos enviados por una entidad asociada con cualquier otro CEP se reciben sólo por laentidad asociada al CEP central.

b) descentralizada, donde los datos enviados por una entidad asociada a cualquier CEP sonrecibidos por las entidades asociadas con todos los demás CEP.

1.10 Operación de las conexiones

1.10.1 Establecimiento de la conexión

Cuando una entidad(N+1) quiere trasferir información a otra entidad(N+1), primero debeestablecer una conexión(N) desde uno de los (N)SAP que utiliza a otro (N)SAP, dando ladirección(N) del otro(N)SAP a través del (N)SAP local.

Para que se establezca esta conexión(N) se requieren dos factores:

1) La disponibilidad de una conexión(N-1) entre las entidades(N) que soportan la conexión,y que

2) ambas entidades(N) estén en un estado en el que puedan ejecutar el protocolo deestablecimiento de la conexión.

Se deberán cumplir estas condiciones para la conexión(N-1) y así sucesivamente hasta que setenga una conexión disponible o se encuentre el medio físico. Dentro del nivel(N), las conexionesse corresponden con conexiones(N-1). Esta correspondencia puede ser de tres tipos:

a) una conexión(N) se construye sobre una conexión(N-1) (correspondencia uno a uno)

b) muchas conexiones(N) son soportadas por una sola conexión(N-1), lo cual se denominamultiplexación.

c) una conexión(N) soporta muchas conexiones(N-1), lo cual se llama partición. La función

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Figura 14 Correspondencia entre conexiones

inversa es la recombinación.

Por último, existe una función de encaminamiento (routing) para la comunicación a través delas entidades intermedias (o retrasmisoras). Esta función traduce el título de una entidad o ladirección del SAP al que está ligada la entidad en un camino por el que se puede alcanzar esaentidad.

1.10.2 Trasferencia de datos en una conexión

La información se trasfiere en varios tipos de unidades de datos entre las entidades pares y entrelas entidades de niveles adyacentes, unidas por puntos de acceso a servicios específicos. Estasunidades de datos y sus relaciones están definidas en

Dentro de las funciones que son parte de la operación de nivel están, entre otras, el control deflujo y el control de errores.

El control de flujo puede ser:

- control de flujo par, que regula el flujo de (N)PDU entre entidades del mismo nivel.

- control de flujo de interface, que regula el flujo de (N)IDU entre una entidad(N+1) y unaentidad(N) a través de un (N)SAP.

Existen varias funciones para control de errores: reconocimiento (aknowledgement), deteccióny notificación de errores y reinicio (reset), para poder recuperar una pérdida de sincronizaciónentre entidades(N) que estaban en comunicación.

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1.10.3 Liberación de la conexión

Cuando ya no se va a utilizar mas una conexión(N), la entidad(N+1) que inició ésta, inicia ladesconexión entre las entidades(N+1) correspondientes.

Otras veces la desconexión puede deberse a un fallo de las entidades inferiores.

También puede producirse durante la fase de establecimiento de la conexión, cuando no es posibleobtener una conexión con los requisitos solicitados.

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INDICE

1. MODELO DE REFERENCIA OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.11.1 INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.11.2 ESTRUCTURAS EN CAPAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.31.3 LAS SIETE CAPAS DEL RM-OSI DE LA ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6

1.3.1 Capa de medios físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.81.3.2 Capa de enlace de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.81.3.3 Capa de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.81.3.4 Capa de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.91.3.5 Capa de sesión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.91.3.6 Capa de presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.101.3.7 Capa de aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.10

1.4 Niveles de descripción de OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.111.5 Modelo de referencia de la arquitectura OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.12

1.5.1 Elementos básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.121.6 Servicios, funciones y protocolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.141.7 Unidades de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.151.8 Conexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.171.9 Identificadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.181.10 Operación de las conexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.20

1.10.1 Establecimiento de la conexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.201.10.2 Trasferencia de datos en una conexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.211.10.3 Liberación de la conexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.22