MODELO OSI
Capas del modelo OSI
viernes, 20 de junio de 2014
CCNA1 - Clase 8: Capa Física del Modelo OSI
Video del curso CCNA1 sobre la capa 1 o capa Física del Modelo OSI
La capa Física
Los
protocolos de la capa superior de OSI preparan los datos desde la red humana
para realizar la transmisión hacia su destino. La capa física controla de qué
manera se ubican los datos en los medios de comunicación.
La
función de la capa física de OSI es la de codificar en señales los dígitos
binarios que representan las tramas de la capa de Enlace de datos, además de
transmitir y recibir estas señales a través de los medios físicos (alambres de
cobre, fibra óptica o medio inalámbrico) que conectan los dispositivos de la
red.
La capa física de OSI proporciona los medios de transporte para los bits
que conforman la trama de la capa de Enlace de datos a través de los medios de
red. Esta
capa acepta una trama completa desde la capa de Enlace de datos y lo
codifica como una secuencia de señales que se transmiten en los medios locales.
Un dispositivo final o un dispositivo intermedio reciben los bits
codificados que componen una trama.
El envío
de tramas a través de medios de transmisión requiere los siguientes elementos
de la capa física:
• Medios
físicos y conectores asociados.
• Una
representación de los bits en los medios.
•
Codificación de los datos y de la información de control.
• Sistema
de circuitos del receptor y transmisor en los dispositivos de red.
Capa física: Funcionamiento
Los medios no transportan la trama como una única entidad. Los medios
transportan señales, una por vez, para representar los bits que conforman la
trama.
Existen
tres tipos básicos de medios de red en los cuales se representan los datos:
• Cable
de cobre
• Fibra
•
Inalámbrico
Capa física: Estándares
La capa
física consiste en un hardware creado por ingenieros en forma de conectores,
medios y circuitos electrónicos. Por lo tanto, es necesario que las principales
organizaciones especializadas en ingeniería eléctrica y en comunicaciones
definan los estándares que rigen este hardware.
Principios fundamentales de la
capa física
Las tres
funciones esenciales de la capa física son:
• Los
componentes físicos
•
Codificación de datos
•
Señalización
Los
elementos físicos son los dispositivos electrónicos de hardware, medios y
conectores que transmiten y transportan las señales para representar los bits.
Codificación
La
codificación es un método utilizado para convertir un stream de bits de datos
en un código predefinido. Los códigos son grupos de bits utilizados para
ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer tanto el emisor como el
receptor. La utilización de patrones predecibles permite distinguir los bits de
datos de los bits de control y ofrece una mejor detección de errores en los
medios.
Además de
crear códigos para los datos, los métodos de codificación en la capa física
también pueden proporcionar códigos para control, como la identificación del
comienzo y el final de una trama. El host que realiza la transmisión
transmitirá el patrón específico de bits o un código para identificar el
comienzo y el final de la trama.
Señalización
La capa
física debe generar las señales inalámbricas, ópticas o eléctricas que
representan el "1" y el "0" en los medios. El método de
representación de bits se denomina método de señalización. Los estándares de
capa física deben definir qué tipo de señal representa un "1" y un
"0". Esto puede ser tan sencillo como un cambio en el nivel de una
señal eléctrica, un impulso óptico o un método de señalización más complejo.
Capacidad para transportar datos
Los
diferentes medios físicos admiten la transferencia de bits a distintas
velocidades. La transferencia de datos puede medirse de tres formas:
• Ancho
de banda
•
Rendimiento
•
Capacidad de transferencia útil
Ancho de banda
La
capacidad que posee un medio de transportar datos se describe como el ancho
de banda de los datos sin procesar de los medios. El ancho de banda
digital mide la cantidad de información que puede fluir desde un lugar hacia
otro en un período de tiempo determinado. El ancho de banda generalmente
se mide en kilobits por segundo (kbps) o megabits por segundo (Mbps). El ancho
de banda práctico de una red se determina mediante una combinación de factores:
las propiedades de las tecnologías y los medios físicos elegidos para señalizar
y detectar señales de red.
Medios físicos: Conexión de la comunicación
Tipos de medios físicos
La capa
física se ocupa de la señalización y los medios de red. Esta capa produce la
representación y agrupación de bits en voltajes, radiofrecuencia e impulsos de
luz. Muchas organizaciones que establecen estándares han contribuido con la
definición de las propiedades mecánicas, eléctricas y físicas de los medios
disponibles para diferentes comunicaciones de datos. Estas especificaciones
garantizan que los cables y conectores funcionen según lo previsto mediante
diferentes implementaciones de la capa de Enlace de datos.
Los estándares para los medios de
cobre se definen según lo siguiente:
• Tipo de
cableado de cobre utilizado.
• Ancho
de banda de la comunicación.
• Tipo de
conectores utilizados.
•
Diagrama de pines y códigos de colores de las conexiones a los medios.
•
Distancia máxima de los medios.
Medios de cobre
El medio
más utilizado para las comunicaciones de datos es el cableado que utiliza
alambres de cobre para señalizar bits de control y datos entre los dispositivos
de red. El cableado utilizado para las comunicaciones de datos generalmente
consiste en una secuencia de alambres individuales de cobre que forman
circuitos que cumplen objetivos específicos de señalización.
Cable de par trenzado no blindado (UTP)
El
cableado de par trenzado no blindado (UTP), como se utiliza en las LAN
Ethernet, consiste en cuatro pares de alambres codificados por color que han
sido trenzados y cubiertos por un revestimiento de plástico flexible. Los
códigos de color identifican los pares individuales con sus alambres y sirven
de ayuda para la terminación de cables.
Tipos de cable UTP
El
cableado UTP, con una terminación de conectores RJ-45, es un medio común basado
en cobre para interconectar dispositivos de red, como computadoras, y
dispositivos intermedios, como routers y switches de red. Según las diferentes
situaciones, es posible que los cables UTP necesiten armarse según las
diferentes convenciones para los cableados. Esto significa que los alambres
individuales del cable deben conectarse en diferentes órdenes para distintos
grupos de pin en los conectores RJ-45. A continuación se mencionan los
principales tipos de cables que se obtienen al utilizar convenciones
específicas de cableado:
• Cable
directo de Ethernet
• Cruzado
de Ethernet
• Consola
Otros cables de cobre
Se
utilizan otros dos tipos de cable de cobre:
1.
Coaxial
2. Par
trenzado blindado (STP)
Cable coaxial
El cable
coaxial consiste en un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante
flexible.
Usos del cable coaxial
El diseño
del cable coaxial ha sido adaptado para diferentes necesidades. El coaxial es
un tipo de cable importante que se utiliza en tecnologías de acceso inalámbrico
o por cable. Estos cables se utilizan para colocar antenas en los dispositivos
inalámbricos. También transportan energía de radiofrecuencia (RF) entre las
antenas y el equipo de radio. Es el medio de uso más frecuente para transportar
señales elevadas de radiofrecuencia mediante cableado, especialmente señales de
televisión por cable. La televisión por cable tradicional, con transmisión
exclusiva en una dirección, estaba totalmente compuesta por cable coaxial.
Actualmente, los proveedores de servicio de cable están convirtiendo sistemas
de una a dos vías para suministrar conectividad de Internet a sus clientes.
Para ofrecer estos servicios, las partes de cable coaxial y los elementos de
amplificación compatibles se reemplazan por cables de fibra óptica multimodo.
Sin embargo, la conexión final hacia la ubicación del cliente y el cableado
dentro de sus instalaciones aún sigue siendo de cable coaxial. Este uso
combinado de fibra y coaxial se denomina fibra coaxial híbrida (HFC).
Cable de par trenzado blindado (STP)
Otro tipo
de cableado utilizado en las redes es el par trenzado blindado (STP). Como se
muestra en la figura, STP utiliza dos pares de alambres que se envuelven en una
malla de cobre tejida o una hoja metálica. El cable STP cubre todo el grupo de
alambres dentro del cable al igual que los pares de alambres individuales. STP
ofrece una mejor protección contra el ruido que el cableado UTP pero a un
precio considerablemente superior.
Medios de fibra
El
cableado de fibra óptica utiliza fibras de plástico o de vidrio para guiar los
impulsos de luz desde el origen hacia el destino. Los bits se codifican en la
fibra como impulsos de luz. El cableado de fibra óptica puede generar velocidades
muy superiores de ancho de banda para transmitir datos sin procesar
Medios inalámbricos
Los
medios inalámbricos transportan señales electromagnéticas mediante frecuencias
de microondas y radiofrecuencias que representan los dígitos binarios de las
comunicaciones de datos. Como medio de red, el sistema inalámbrico no se limita
a conductores o canaletas, como en el caso de los medios de fibra o de cobre.
Conectores de medios
Conectores comunes de medios de cobre
Los
diferentes estándares de la capa física especifican el uso de distintos
conectores. Estos estándares establecen las dimensiones mecánicas de los
conectores y las propiedades eléctricas aceptables de cada tipo de
implementación diferente en el cual se implementan.
jueves, 19 de junio de 2014
CCNA1 - Clase 7: Capa de Enlace de Datos del Modelo OSI
Video del curso CCNA1 sobre la capa n° 2, capa de Enlace de Datos del Modelo OSI.
La capa de Enlace de Datos
El objetivo de la capa de enlace es conseguir que la información fluya, libre de errores, entre dos máquinas que estén conectadas directamente (servicio orientado a conexión).
Para lograr este objetivo tiene que montar bloques de información (llamados tramas en esta capa), dotarles de una dirección de capa de enlace (Dirección MAC), gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del control de flujo entre equipos (para evitar que un equipo más rápido desborde a uno más lento).
Cuando el medio de comunicación está compartido entre más de dos equipos es necesario arbitrar el uso del mismo. Esta tarea se realiza en la subcapa de control de acceso al medio..
Dentro del grupo de normas IEEE 802, la subcapa de enlace lógico se recoge en la norma IEEE 802.2 y es común para todos los demás tipos de redes (Ethernet o IEEE 802.3, IEEE 802.11 o Wi-Fi, IEEE 802.16 o WiMAX etc.); todas ellas especifican un subcapa de acceso al medio así como una capa física distinta.
Otro tipo de protocolos de la capa de enlace serían PPP (Point to point protocol o protocolo punto a punto), HDLC (High level data link control o protocolo de enlace de alto nivel), por citar dos.
En la práctica la subcapa de acceso al medio suele formar parte de la propia tarjeta de comunicaciones, mientras que la subcapa de enlace lógico estaría en el programa adaptador de la tarjeta (driver en inglés).
Tramas
En la capa de enlace es la facilidad de área extensa por la que se pueden comunicar los sistemas mediante un protocolo de la capa de enlace de datos.Funciones
La capa de enlace de datos es responsable de la transferencia fiable de información a través de un circuito electrico de transmisión de datos. La transmisión de datos lo realiza mediante tramas que son las unidades de información con sentido lógico para el intercambio de datos en la capa de enlace. También hay que tener en cuenta que en el modelo TCP/IP se corresponde a la segunda capaSus principales funciones son:
- Iniciación, terminación e identificación.
- Segmentación y bloqueo.
- Sincronización de octeto y carácter.
- Delimitación de trama y transparencia.
- Control de errores.
- Control de flujo.
- Recuperación de fallos.
- Gestión y coordinación de la comunicación.
Iniciación, terminación e identificación
La función de iniciación comprende los procesos necesarios para activar el enlace e implica el intercambio de tramas de control con el fin de establecer la disponibilidad de las estaciones para transmitir y recibir información.Las funciones de terminación son de liberar los recursos ocupados hasta la recepción/envío de la última trama. También de usar tramas de control. La identificación es para saber a que terminal se debe de enviar una trama o para conocer quién envía la trama. Se lleva a cabo mediante la dirección de la capa de enlace.
Segmentación y bloque
La segmentación surge por la longitud de las tramas ya que si es muy extensa, se debe de realizar tramas más pequeñas con la información de esa trama excesivamente larga.Si estas tramas son excesivamente cortas, se ha de implementar unas técnicas de bloque que mejoran la eficiencia y que consiste en concatenar varios mensajes cortos de nivel superior en una única trama de la capa de enlace más larga.
Sincronización de octeto y carácter
En las transferencias de información en la capa de enlace es necesario identificar los bits y saber que posición les corresponde en cada carácter u octeto dentro de una serie de bits recibidos.Esta función de sincronización comprende los procesos necesarios para adquirir, mantener y recuperar la sincronización de carácter u octeto. Es decir, poner en fase los mecanismos de codificación del emisor con los mecanismos de decodificación del receptor.
Delimitación de trama
La capa de enlace debe ocuparse de la delimitación y sincronización de la trama. Para la sincronización puede usar 3 métodos:- El primero de ellos es "Principio y fin" (caracteres específicos para identificar el principio o el fin de cada trama).
- También puede usar "Principio y cuenta" (Utiliza un carácter para indicar comienzo y seguido por un contador que indica su longitud).
- Por último puede usar el "Guion" (se emplea una agrupación especifica de bits para identificar el principio y fin mediante banderas/flags).
Control de errores
Proporciona detección y corrección de errores en el envío de tramas entre computadores, y provee el control de la capa física. Sus funciones, en general, son:- Identificar Trama de datos.
- Codigos detectores y correctores de datos.
- Control de flujo
- Gestión y coordinación de la comunicación.
Para la Identificación de tramas puede usar distintas técnicas como:
- Contador de caracteres
- Caracteres de inicio y final con caracteres de relleno
- Secuencia de bits indicadora de inicio y final, con bits de relleno
Los métodos de control de errores son básicamente 2:
- FEC o corrección de errores por anticipado y no tiene control de flujo.
- ARQ: Posee control de flujo mediante parada y espera, o/y ventana deslizante.
- Parada y espera simple: Emisor envía trama y espera una señal del receptor para enviar la siguiente o la que acaba de enviar en caso de error.
- Envío continuo y rechazo simple: Emisor envía continuamente tramas y el receptor las va validando. Si encuentra una errónea, elimina todas las posteriores y pide al emisor que envíe a partir de la trama errónea.
- Envío continuo y rechazo selectivo: transmisión continua salvo que sólo retransmite la trama defectuosa.
- CRC (control de redundancia cíclica)
- Simple paridad
- Paridad cruzada (Paridad horizontal y vertical)
- Suma de verificación
Control de flujo
El control de flujo es necesario para no saturar al receptor de uno a más emisores. Se realiza normalmente en la capa de transporte, también a veces en la capa de enlace. Utiliza mecanismos de retroalimentación. Suele ir unido a la corrección de errores y no debe limitar la eficiencia del canal. El control de flujo conlleva dos acciones importantísimas que son la detección de errores y la corrección de errores.La detección de errores se utiliza para detectar errores a la hora de enviar tramas al receptor e intentar solucionarlos. Se realiza mediante diversos tipos de códigos del que hay que resaltar el CRC (códigos de redundancia cíclica), simple paridad (puede ser par, números de 1´s par, o impar) paridad cruzada (Paridad horizontal y vertical) y Suma de verificación.
La corrección de errores surge a partir de la detección para corregir errores detectados y necesitan añadir a la información útil un número de bits redundantes bastante superior al necesario para detectar y retransmitir. Sus técnicas son variadas. El Código Hamming, Repetición, que cada bit se repite 3 veces y en caso de fallo se toma el bit que más se repite; También puede hacerse mediante verificación de paridad cruzada, Reed-Solomon y de goyle.
También cabe destacar los protocolos HDLC que es un control de enlace de datos a alto nivel, orientado a bit y obedece a una ARQ de ventana deslizante o continuo. También existen protocolos orientados a carácter.
Recuperación de fallos
Se refiere a los procedimientos para detectar situaciones y recuperar al nivel de situaciones anómalas como la ausencia de respuesta, recepción de tramas inválidas, etc. Las situaciones más típicas son la pérdida de tramas, aparición de tramas duplicadas y llegada de tramas fuera de secuencia.Si no se tratasen correctamente estos eventos se perderá información y se aceptarán datos erróneos como si fuesen correctos. Generalmente se suelen utilizar contadores para limitar el número de errores o reintentos de los procesos y procedimientos. También se pueden usar temporizadores para establecer plazos de espera (timeout) de los sucesos.
Gestión y coordinación de la comunicación
- El primero de ellos es un sistema centralizado donde existe una máquina maestra y varias esclavas. Estas conexiones se pueden realizar punto a punto o multipunto.
- El segundo de ellos es el distribuido, donde no existe máquina maestra y todas compiten por el control del sistema de comunicación.
- La selección se puede implementar mediante sondeo/selección, donde el maestro recoge un mensaje de una secundaria y se la entrega a quien seleccione. También es posible asignando un testigo a una máquina que es la que puede emitir mensajes/tramas. Son típicas las configuraciones Token Ring y Token Bus.
- La contienda se basa en que cada ordenador emite su trama/mensaje cuando le apetece. Todos los componentes de la red son tanto emisores como receptores. Son típicos los sistemas ALOHA y CSMA/CD. Hay que tener cuidado con las colisiones.
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