REDES II MODELO OSI Open System Interconnection Modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos

MODELO OSI INTRODUCCIÓN Creado por la Organización Internacional para la Estandarización en 1984. Marco de referencia descriptivo para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones. Se crearon numerosos protocolos los cuales deben ajustarse a la capa en la cual va a funcionar. Modelo dividido en 7 capas.

MODELO OSI VENTAJAS Divide la comunicación de red en partes mas pequeñas y sencillas. Normaliza los componentes de red para permitir el desarrollo y el soporte de los productos de diferentes fabricantes. Permite a los distintos tipos de hardware y software de red comunicarse entre sí de una forma definida. Evita que los cambios en una capa pueda afectar a las demás.

MODELO OSI

MODELO OSI CAPA FÍSICA Es la capa inicial inferior del modelo. Se encarga de las conexiones físicas del computador hacia la red, en lo que se refiere a medio físico y a la forma en que transmite. Define el medio por la que va a viajar los datos. Pueden ser cable de pares trenzados, coaxial, fibra óptica, aire. Define las características funcionales de la interfaz. Transmite el flujo de bits a través del medio. Maneja las señales eléctricas ( electromagnéticas del medio de transmisión, polos en un enchufe, etc. Garantiza la conexión (no fiabilidad).

MODELO OSI CAPA ENLACE DE DATOS Proporciona el tránsito de datos a través de un enlace físico. Se encarga del acceso del medio a la red. Se encarga de la detección de errores. En resumen se refiere a las “tramas” y al control de acceso al medio”

MODELO OSI CAPA DE RED Proporciona la conectividad y una selección de ruta entre dos sistemas (hosts). En resumen se encarga de la selección de la mejor ruta, enrutamiento y direccionamiento lógico.

MODELO OSI CAPA DE TRANSPORTE Se encarga de la segmentación de los datos que salen del sistema del host fuente y los reordena en un flujo de datos en el sistema del host destino. El objetivo es garantizar el servicio del transporte fiable entre dos hosts. Se encarga de establecer, mantener y finalizar adecuadamente los circuitos orientados a la conexión.

MODELO OSI CAPA DE SESIÓN Se encarga de establecer, administrar y finalizar las sesiones entre dos hosts. Proporciona su servicio a la capa de presentación. Sincroniza el diálogo entre las capas de presentación de los dos hosts. Informa de los problemas en las capas de sesión, presentación y aplicación.

MODELO OSI CAPA DE PRESENTACIÓN Se encarga de la compresión y el cifrado. Se encarga de definir el formato de los datos que se van a intercambiar entre las aplicaciones.

MODELO OSI CAPA DE APLICACIÓN Proporciona a los programas de aplicación un medio para que accedan al entorno OSI. Administra y posee los mecanismos genéricos necesarios para la implementación de aplicaciones distribuidas. Residen las aplicaciones de uso general. Ej. Transferencia de archivos, correo electrónico, acceso vía control remoto, etc.

CAPA FÍSICA Es la que se encarga de las conexiones físicas de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico como a la forma en la que se transmite la información. Trasmite los datos, definiendo las especificaciones eléctricas entre el origen y el destino. Los datos, imágenes, audio o vídeo viajan a través de los cables y están representados por la presencia de pulsos eléctricos o de luz.

FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD La unidad básica de toda materia es el átomo, constituido por: Protones, Neutrones y Electrones. Los Protones y Neutrones se agrupan en el núcleo del átomo. Los Electrones fluyen libremente en alrededor del núcleo. Partes del átomo Núcleo.- Parte central del átomo, formada por Protones y Neutrones.

FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Protones: Partículas con carga positiva Neutrones: Partículas sin carga (neutra) Electrones: Partículas con carga negativa. Por qué no se repelen los protones? Por qué no se atraen las cargas opuestas? Ley Coulomb Electricidad.- Es un flujo libre de electrones.

FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD ELECTRICIDAD ESTÁTICA Es cuando los electrones liberados se quedan en un sitio, sin moverse y con carga negativa. Si tienen oportunidad de saltar a un conductor, pueden ocasionar una descarga electroestática (ESD). ESD es inofensiva para las personas, pero a los equipos eléctricos. Ej. Computadora puede dañar los chips y/o sus datos.

TIPO DE MATERIALES ELÉCTRICOS Átomo o grupo de átomos = moléculas = materiales. Aislantes eléctricos Son materiales con escaso flujo de electrones. Ej. Plástico, vidrio, aire, caucho. Conductores eléctricos Son materiales con buen flujo de electrones. Los mejores son: Cobre (Cu), Plata (Ag) y Oro (Au). Soldaduras (plomo+estaño+agua ionizada) Semiconductores eléctricos El flujo de electrones (cantidad de electricidad) se puede controlar con precisión. Ej. Carbón (C ) **Silicio (Si) es el semiconductor más importante con el que se hacen los mejores circuitos electrónicos de tamaño microscópico. (Swtiches).

MEDICIÓN DE LA ELECTRICIDAD VOLTAJE Unidad de medida: Voltio Es cuando se produce la separación de los electrones y protones. Puede ser creado por fricción, magnetismo(generador eléctrico) o luz (solar). CORRIENTE ELÉCTRICA Es el flujo de cargas que se crea cuando se mueven los electrones. En circuitos eléctricos se crea mediante un flujo de electrones libres que le aplican el voltaje y hay un conductor para que éstos se muevan desde el terminal negativo al positivo. Representado por I, unidad de media Amp = # cargas por s. que pasa x un punto de conductor. RESISTENCIA Los materiales a través de los cuales fluye la corriente eléctrica ofrecen diferentes cantidades de oposición al movimiento de electrones. Representado por R, unidad de medida es ohmio.

MEDICIÓN DE LA ELECTRICIDAD CORRIENTE ALTERNA (AC) Es la forma de electricidad en la que la corriente eléctrica cambia de dirección regularmente. CORRIENTE CONTINUA (DC) Se mueve en un flujo constante alrededor del circuito. IMPEDANCIA (Z) Oposición total al flujo de corriente (DC y AC). La resistencia se emplea cuando se trata de voltajes DC. Impedancia es un término general y constituya una resistencia. Unidad de medida = ohmio

RELACIÓN ENTRE LA RESISTENCIA, EL VOLTAJE Y LA CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente sólo fluye en unos bucles cerrados llamados “circuitos”. Los “circuitos” deben estar compuestos por materiales de conducción y deben tener fuentes de voltaje. El voltaje hace que fluya la corriente, mientras que la resistencia y la impedancia se oponen a ella. TIERRA a) Puede referir al lugar del terreno. Cuando emplea un aparato eléctrico que tiene un enchufe con 3 clavijas, la 3era. Es la tierra. Los electrones fluirán hacia la tierra y no hacia su cuerpo. b) Punto de referencia o nivel cero voltios. Tierra de referencia.

USO DEL POLÍMETRO Puede ejecutar mediciones de voltajes, resistencias, y otras medidas importantes en la red. Para mediciones de la resistencia Emite un pitido si encuentra una ruta de baja resistencia: Cable categoría 5, terminal de cable cat.5 terminal de cable coaxial, línea telefónica, jacks cat 5, switches, enchufes de pared. Para mediciones de voltaje Debe situar el voltaje en DC cuando mida voltajes DC en Baterías, salidas de suministros eléctricos de computadoras, gneradores DC. Debe situar el voltaje en AC cuando mida V AC, 220V AC.

SEÑALES Y RUIDO EN LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN El término señal hace referencia al voltaje eléctrico, patrón de luz u onda electromagnética modulada que se desea. Modos se crear señal física: Pulsos eléctricos a través de cables de cobre Pulsos de luz a través de ramales de cristal Transmisiones de radio a través de ondas hertzianas Transmisiones vía satélite o láser Pulsos infrarrojos. Datos de red se convierten en pulsos de energía.

COMPARACIÓN ENTRE SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES Señal analógica es una onda electromagnética que cambian gradual y continuamente. Características Ondulación Gráfico de voltaje-tiempo Habitual en la naturaleza Usada en telecomunicaciones desde mas de 100 años atrás. Señal digital cambian de un estado a otro. (0 a 1). Gráficos voltaje-tiempo discretos Típico uso en la tecnología.

COMPARACIÓN ENTRE SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES La señalización digital es el formato más apropiado para transmitir datos. Resulta más económico crear los equipos digitales. Son menos vulnerables a los errores causado por las interferencias. El valor discreto no se ve afectado fácilmente por una pequeña distorsión. Las señales analógicas se pueden multiplexar fácilmente. Se pueden combinar para aumentar el ancho de banda. Son menos vulnerables a los problemas de atenuación (pérdida de señal). Pueden ir mas lejos sin debilitarse demasiado.

REPRESENTACIÓN DE UN BIT EN UN MEDIO FÍSICO El bloque de información básico es un dígito binario, conocido como bit o pulso. Un bit, o un medio eléctrico es una señal eléctrica que puede ser 0 ó 1. Sencillo como 0 voltios para el binario 0, +5 voltios para el binario 1. Con las señales ópticas, el cero binario se codifica como luz de baja intensidad u oscuridad, mientras que el 1 se puede codificar como luz de alta intensidad. Con las señales inalámbricas, el cero binario puede ser un pequeño estallido de onda y el uno binario puede se un estallido mayor de ondas, u otros patrones mas complejos.

PROBLEMAS CON LAS SEÑALES Y LAS COMUNICACIONES Problemas en tipos de cable, señalización (bit) 1. Propagación 2. Atenuación 3. Reflexión 4. Ruido 5. Problemas de cronometraje 6. Colisiones

PROPAGACIÓN DE LA SEÑAL POR LA RED Se trata cuando desde la NIC pone un pulso eléctrico (bit) a viajar por la red desde un host a otro. Se propagará a la velocidad que dependa del material que se haya empleado en el medio. El tiempo que tarda el bit en viajar desde un extremo del medio y volver, se llama tiempo de ida y vuelta. (RTT). El problema es que en ocasiones con la velocidad siempre creciente de transmisión de datos a veces deberá contar con el tiempo que necesita una señal para viajar.

ATENUACIÓN DE LA RED Es la pérdida de fuerza de la señal con la distancia. Significa que una señal de voltaje de un bit pierde amplitud mientras pasa la energía de la señal al cable. Alguna pérdida es inevitable cuando está presente una resistencia eléctrica. La atenuación se dá en las señales ópticas, dependiendo del la longitud de onda, de la fibra. La atenuación se produce en las ondas de radio y con las microondas mientras son absorbidas y esparcidas en la atmósfera.

REFLEXIÓN DE RED La reflexión sucede en las señales eléctricas. Cuando los pulsos de voltaje, o bits, son discontinuos, se puede reflejar algo de energía. Si no se controla, puede interferir dicha energía con los bits posteriores. Los reflejos pueden ocurrir con las señales ópticas. Éstas se reflejan siempre que se encuentran con una discontinuidad en la fibra de vidrio. También sucede a las ondas de radio y a las microondas cuando encuentran diferentes capas en la atmósfera. ** Para evitar el problema se aconseja que la red tenga la impedancia adecuada. Es conveniente tener un terminador (resistencia) en los extremos de las LAN ethernet coaxiales.

RUIDO Es una de las adiciones no deseadas de las señales ópticas o electromagnéticas. No existe señal que no tenga ruido. Cada bit recibe señales no deseadas adicionales desde varios orígenes. Demasiado ruido puede corromper el bit y dañar el mensaje. Existen 5 orígenes de ruido: Next-A y Next-B Ruido térmico Ruido de tierra de referencia y de corriente AC Dispersión, fluctuación de fase y latencia

NEXT-A NEXT-B Cuando el ruido eléctrico en el cable se genera a partir de señales de otros hilos del cable se llama DIAFONÍA. NEXT se sitúa cerca del extremo de la Diafonía. Cuando 2 cables están cerca y sin trenzar, la energía de uno de ellos puede envolver al adyacente, provocanod ruidos en ambos extremos del cable. Next-A se sitúa cerca del extremo de la diafonía en el computador A y Next-B lo hará en el computador B.

RUIDO TÉRMICO Es el ruido generado por el equilibrio de las fluctuaciones de la corriente eléctrica dentro de un conductor eléctrico, el cual puede darse bajo cualquier voltaje, debido al movimiento térmico aleatorio de los electrones. Es inevitable, pero también es relativamente pequeño comparado con el de otras señales.

Ruido de tierra de referencia y corriente AC Son problemas cruciales en la red. El ruido de una línea AC crea problemas en todo lado (hogares, oficinas,etc), ya que los cables están a nuestro alrededor y si no previno ese ruido de la corriente puede ser la causa del problema en la red. Lo ideal es aislar completamente la señal de referencia de masa de la toma de tierra. Cuando una señal digital viaja a través de los medios de la red hasta su destino. El destino está cerca de una toma de corriente eléctrica que se alimenta por los cables neutro y de tierra. Éstos actúan como posibles antenas para el ruido eléctrico.

EMI y RFI Las interferencias llamadas Interferencias Electromagnéticas (EMI) e Interferencias de Radiofrecuencia (RFI), son causados por los orígenes externos de impulsos eléctricos que pueden atacar la calidad de las señales eléctricas de un cable son la iluminación, los motores eléctricos y los sistemas de radio. Si el ruido alcanza un nivel alto, puede que sea difícil para las NIC diferenciar el ruido de las señales de dadtos. Gran problema pues la mayoría de las LAN usan frecuencias de 1 a 100mhz como las de radio fm y señales de tv.

FORMAS DE TRATAMIENTO PARA EL RUIDO La fibra óptica es inmune a NEXT y al ruido de tierra de referencia y de corriente AC. Los sistemas inalámbricos son propensos a las interferencias EMI/RFI. En los sistemas de cobre el problema de NEXT puede corregirse con el seguimiento estricto de los procedimientos de terminación estándar y con el uso de cables de par trenzado de calidad. Con el ruido térmico la única solución es dar a las señales una amplitud suficiente para que no haya problemas.

FORMAS DE TRATAMIENTO PARA EL RUIDO Para evitar el problema de la corriente AC y de la tierra de referencia puede indicar al electricista que le instale mejor y más cortas tomas de tierra. (Posible instalación de un transformador dedicado en el área de instalación de la LAN). Instalar paneles de distribución de corriente individuales para cada grupo de computadoras (aunque aumente el costo, reduce también la longitud de los cables de tierra y limita varios tipos de ruido eléctrico. Para evitar los ruidos EMI/RFI, existen las técnicas de Apantallamiento o Blindaje y Cancelación El Apantallamiento o Blindaje es la lámina o trenzado metálicos que rodea a cada par de cables o grupos de pares de cables para que actúe como barrera ante cualquier señal de interferencia.

FORMAS DE TRATAMIENTO PARA EL RUIDO La cancelación es cuando dos cables que van unidos, sus campos magnéticos son exactamente contrarios, de tal manera que se cancelan entre sí, y por ende cualquier campo magnético externo. Trenzar los cables es un método que proporciona autoblindaje para los pares de cables en los medios de la red.

DISPERSIÓN La Dispersión se produce cuando la señal es más amplia que el tiempo y la causa es el tipo del medio empleado. Un bit puede interferir en el siguiente y confundirse con los otros bits próximos a él. Es decir puede propagarse. La dispersión puede arreglarse empleando la impedancia adecuada y mediante el diseño del cable, limitando su longitud. En el caso de fibra óptica se puede controlar usando una luz de láser de una longitud de onda muy específica. En comunicaciones inalámbricas se puede minimizar mediante las frecuencias utilizadas en la transmsión

LATENCIA Es el retraso y sus causas son: 1. La teoría de la relatividad “Nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío”. Señales de redes inalámbricas = 2.0 x 108m/s Entonces, el bit necesita por lo menos una pequeña cantidad de tiempo para llegar a su destino. 2. Los transistores y la electrónica introducen una mayor latencia. **Para solucionar este problema se debe seleccionar los dispositivos de red, diferentes estrategias de codificación y de varios protocolos de capa.

FLUCTUACIÓN Los sistemas digitales están cronometrados, lo que significa que los pulsos de reloj hacen que suceda todo (que la NIC envíe bits). Si los relojes de fuente y destino no están sincronizados (bastante probable ) tiene una “Fluctuación” de fase cronometrada. Se puede arreglar mediante una serie de complicadas sincronizaciones de reloj, que involucran el hardware y software.

COLISIÓN Se producen cuando dos bits de dos comunicaciones de diferentes computadoras comparten el mismo medio y al mismo tiempo. En el caso de un medio de cobre, los voltajes de las 2 señales binarias se juntan y causan un 3er nivel de voltaje. (el bit se corrompe). En la tecnología Ethernet son parte natural del funcionamiento de la red (que no sean excesivas). El diseño debe orientarse a minimizarlos. Una forma es detectarla y tener un conjunto de normas para distribuirlas cuando sucedadn. En Token Ring, FDDI no tienen colisiones.

MENSAJES EN TÉRMINOS DE BITS El bit cuando alcanza un medio se “propaga” y puede experimentar: Atenuación, Reflexión, Ruido, Dispersión o Colisión. 8 bits forman un byte. Varios bytes forman una trama. Las tramas contienen datagramas o paquetes. Los paquetes transportan el mensaje que quiere comunicar.

CODIFICACIÓN DE LAS SEÑALES EN LA RED Para enviar un mensaje debe resolver 2 problemas: 1ro.: Expresar el mensaje (codificado o modulado) 2do. Seleccionar el método que va a usar para transportar el mensaje (transportador). Codificar significa convertir datos binarios a una forma que les permita viajar por un enlace de comunicaciones física. **Modulación es usar los datos binarios para manipular una onda analógica. Las computadoras emplean 3 métodos para codificar mensajes: Pulso eléctrico en un cable. Pulso de luz en una fibra óptica Ondas electromagnéticas en el espacio.

CODIFICACIÓN TTL Sencilla. Es uno de los métodos de codificación Lógica de Transistor a Transistor. Se caracteriza por una señal alta y otra baja +5 ó 3.3 v para el uno binario y 0 V para el cero binario. Para fibra óptica el uno binario puede ser un LED encendido o una luz de láser, y un cero binario puede ser apagado o sin luz. En las redes inalámbricas, el uno binario puede que esté presente una onda de transporte y un cero binario ningún transporte.

CODIFICACIÓN MANCHESTER Compleja pero más inmune al ruido y mejor para mantener la sincronización. En este esquema el voltaje en el cable de cobre,el LED encendido o la luz láser tienen los bits codificados como transicionales. De bajo a alto se codifica como un 1. De alto a bajo se codifica como un 0. Se garantiza que en el cambio la información se está introduciendo.

MODULACIÓN Estrechamente relacionado con la codificación. Significa tomar una onda y cambiarla (modularla) para que transporte información. Para una idea se expone 3 formas de modular una portadora de onda para codificar bits: AM (modulación de amplitud): La modulación o altura , del seno de una portadora de onda varía al transportar el mensaje. FM ( modulación de frecuencia): La frecuencia u ondulación de la portadora de onda varía al transportar el mensaje. PM (modulación de fase): La fase, o puntos de comienzo y final de un ciclo dado, de la onda varía al transportar el mensaje. **usadas en redes inalámbricas.