Niveis do modelo OSI
De Wiki do Pazo da Mercé
Índice |
Nivel ou capa física
A capa física comunica directamente co medio de transmisión e ten dúas responsabilidades fundamentais: enviar bits e recibir bits. Outras capas se responsabilizan do agrupamento dos bits de forma que representen datos dunha mensaxe. Os bits represéntanse por cambios nos sinais do medio da rede.
Utilízase unha gran variedade de medios na comunicación de datos; entre outros, cables eléctricos, ondas de luz ou de radio e microondas. O medio empregado pode variar; para substituilo, basta con utilizar un conxunto distinto de protocolos de capa física. As capas superiores son totalmente independentes do proceso utilizado para transmitir os bits a través do medio da rede.
Unha distinción importante é que a capa física OSI non describe os medios, estritamente falando. As especificacións da capa física describen o modo no que os datos se codifican en sinais do medio e as características da interface de conexión co medio, pero non describen o medio en si.
Nivel ou capa de enlace de datos
Os dispositivos que poden comunicarse a través dunha rede soen denominarse nodos (en ocasións denomínanse estacións e dispositivos). A capa de enlace de datos é responsable de proporcionar a comunicación nodo a nodo nunha mesma rede de área local. Para iso, a capa de enlace de datos debe realizar dúas funcións. Debe proporcionar un mecanismo de direccións que permita entregar as mensaxes nos nodos correctos e debe traducir as mensaxes das capas superiores en bits que poidan ser transmitidos pola capa física.
Ademais, o nivel de enlace encárgase en moitos casos do control de erros, co propósito de converter o medio de transmisión nun medio libre de erros.
No caso das redes broadcast, o nivel de enlace conterá tamén un subnivel de acceso ao medio, que se encarga de controlar o acceso ó canle de comunicacións compartido.
Cando a capa de enlace de datos recibe unha mensaxe, dalle o formato para transformalo nunha trama de datos. As seccións dunha trama de datos denomínanse campos. Os campos comúns que se soen incluír no nivel de enlace son os seguintes:
- Indicador de inicio: Un conxunto de bits que indica o inicio dunha trama de datos.
- Dirección de orixe: A dirección do nodo que realiza o envío inclúese para poder dirixir as respostas á mensaxe.
- Dirección de destino: Cada nodo queda identificado por unha dirección. A capa de enlace de datos do remitente engade a dirección de destino á trama. A capa de enlace de datos do destinatario examina a dirección de destino para identificar as mensaxes que debe recibir.
- Control: En moitos casos é necesario incluír información adicional de control. Cada protocolo determina unha información específica.
- Datos: Este campo contén todos os datos enviados á capa de enlace de datos polas capas superiores do protocolo.
- Control de erros: Este campo contén información que permite que o nodo destinatario determine se se produciu algún erro durante a transmisión. O sistema habitual é a verificación de redundancia cíclica (CRC), que consiste nun valor calculado que resume todos os datos da trama. O nodo destinatario calcula novamente o valor e, se coincide co da trama, entende que a trama se transmitiu sen erros.
A entrega de tramas resulta moi sinxela nunha rede de área local. Un nodo remitente limítase a transmitir a trama. Cada nodo da rede ve a trama e examina a súa dirección de destino. Cando coincide coa súa dirección, a capa de enlace de datos do nodo recibe a trama e a envía á seguinte capa da pila.
Nivel ou capa de rede
As redes máis pequenas normalmente constan dunha soa rede de área local, pero a maioría das redes deben subdividirse, dando lugar así de varios segmentos de rede. As subdivisións dunha rede poden planificarse para reducir o tráfico dos segmentos ou para illar as redes remotas conectadas a través de medios de comunicación máis lentos. Cando as redes se subdividen, non é posible dar por sentado que as mensaxes se entregan sempre dentro da rede na que se atopa o equipo. É necesario recorrer a un mecanismo que dirixa as mensaxes dunha rede a outra, que será a función básica do nivel de rede.
Para iso, cada rede debe estar identificada de maneira única por unha dirección de rede. Ao recibir unha mensaxe das capas superiores, a capa de rede engade unha cabeceira á mensaxe que inclue as direccións de rede de orixe e destino. Esta combinación de datos sumada á capa de rede denominase paquete. A información da dirección de rede utilízase para entregar a mensaxe á rede correcta.
O proceso de facer chegar os paquetes á rede correcta denomínase encamiñamento ou enrutamento, e os dispositivos que encamiñan os paquetes denomínanse encamiñadores ou enrutadores (ou en inglés, routers). Desta forma, nunha interrede (rede de redes) podemos distinguir os seguintes elementos:
- Os nodos finais proporcionan servizos aos usuarios; Utilizan unha capa de rede para engadir as direccións de rede aos paquetes, pero non levan a cabo o encamiñamento. En ocasións, os nodos finais denomínanse sistemas finais ou hosts.
- Os encamiñadores incorporan mecanismos especiais para realizar o encamiñamento; Dado que se trata dunha tarefa complexa, os encamiñadores soen ser dispositivos adicados que non proporcionan servizos aos usuarios finais.
Os compoñentes de rede utilizan a información de direccionamento dos paquetes para dirixir os paquetes aos seus destinos ou para mantelos fóra das posicións da rede ás que non pertencen. As dúas funciones seguintes xogan un papel principal na dirección apropiada de paquetes:
- Reenvío de paquetes: Os equipos envían un paquete ao seguinte compoñente de rede apropiado en base á dirección do encabezado do paquete.
- Filtrado de paquetes: Os equipos utilizan criterios, como unha dirección, para seleccionar os paquetes que van a reenviar a outro segmento de rede.
A capa de rede opera con independencia do medio físico, que é competencia da capa física. Dado que os encamiñadores son dispositivos da capa de rede, poden utilizarse para intercambiar paquetes entre distintas redes físicas.
Nivel ou capa de transporte
Todas as tecnoloxías de rede establecen un tamaño máximo para as tramas que poden ser enviadas a través da rede. Por exemplo, Ethernet limita o tamaño do campo de datos a 1.500 bytes. Este límite é necesario por varias razóns:
- As tramas de tamaño reducido melloran o rendemento dunha rede compartida por moitos dispositivos. Se o tamaño das tramas fora ilimitado, a súa transmisión podería monopolizar a rede durante un tempo excesivo. As tramas pequenas permiten que os dispositivos se turnen a intervalos curtos de tempo e teñan máis opcións de acceder á rede.
- Ao utilizar tramas pequenas, é necesario volver a transmitir menos datos cando se produce un erro. Se unha mensaxe de 100 KB contén un erro en un só byte, é preciso volver a transmitir os 100 KB. Se a mensaxe se divide en 100 tramas de 1 KB, basta con retransmitir unha soa trama de 1 KB para corrixir o erro.
Unha das responsabilidades da capa de transporte consiste en dividir as mensaxes en fragmentos que coincidan co límite do tamaño da rede. No lado receptor, a capa de transporte reensambla os fragmentos para recuperar a mensaxe orixinal.
Cando unha mensaxe se divide en varios fragmentos, aumenta a posibilidade de que os segmentos non se reciban na orde correcta. Ao recibir os paquetes, a capa de transporte debe recompoñer a mensaxe reensamblando os fragmentos na orde correcta. Para facelo, a capa de transporte inclue un número de secuencia na cabeceira da mensaxe.
Por outro lado, moitas computadoras son multitarefa e executan varios programas simultaneamente. Por exemplo, a estación de traballo dun usuario pode estar executando ao mesmo tempo un proceso para transferir ficheiros a outra computadora, recuperando o correo electrónico e accedendo a unha base de datos da rede. A capa de transporte debe entregar as mensaxes do proceso dunha computadora ao proceso correspondente da computadora de destino.
Segundo o modelo OSI, a capa de transporte asigna unha identificación de punto de acceso a servizo (SAP, máis coñecido como porto) a cada paquete. O ID dun SAP é unha dirección que identifica o proceso que orixinou a mensaxe. O ID permite que a capa de transporte do nodo receptor encamiñe a mensaxe ao proceso adecuado.
A identificación de mensaxes de distintos procesos para posibilitar a súa transmisión a través dun mesmo medio de rede denomínase multiplexación. O procedemento de recuperación de mensaxes e do seu encamiñamento ós procesos adecuados denomínase demultiplexación. Esta práctica é habitual nas redes deseñadas para permitir que varios diálogos compartan un mesmo medio de rede. Dado que unha capa pode admitir distintos protocolos, a multiplexación e demultiplexación poden producirse en distintas capas.
Aínda que as capas de enlace de datos e de rede poden encargarse de detectar erros nos datos transmitidos, ademais esta responsabilidade soe recaer sobre a capa de transporte. A capa de transporte pode realizar dous tipos de detección de erros:
- Entrega fiable: Entrega fiable non significa que os erros non poidan ocorrer, senón que os erros se detectan cando ocorren. A recuperación pode consistir únicamente en notificar o erro aos procesos de las capas superiores. Sen embargo, a capa de transporte soe solicitar que o paquete erróneo se transmita de novo.
- Entrega non fiable: Non significa que os erros poidan producirse, senón que a capa de transporte non os verifica. Dado que a comprobación require certo tempo e reduce o rendemento da rede, é frecuente que se utilice a entrega non fiable cando se confía no funcionamento da rede. A entrega non fiable é preferible cando as mensaxes constan dun alto número de paquetes. Con frecuencia, denomínase entrega de datagramas e cada paquete transmitido deste modo denomínase datagrama.
Aínda que é máis frecuente utilizar a entrega fiable, a entrega non fiable é aconsellable polo menos en dúas situacións: cando a rede é altamente fiable e é necesario optimizar o seu rendemento ou cando os paquetes conteñen mensaxes completos e a perda dun paquete non supón un problema crítico.
Nivel ou capa de sesión
O control dos diálogos entre distintos nodos é competencia da capa de sesión. Un diálogo é unha conversa formal na que dous nodos acordan un intercambio de datos.
A comunicación pode producirse en tres modos de diálogo:
- Simple (Simplex): Un nodo transmite de maneira exclusiva mentres outro recibe de maneira exclusiva.
- Semidúplex (Half-duplex): Un só nodo pode transmitir nun momento dado, e os nodos altérnanse para transmitir.
- Dúplex total (Full-duplex): Os nodos poden transmitir e recibir simultaneamente.
As sesións permiten que os nodos se comuniquen de maneira organizada. Cada sesión ten tres fases:
1.Establecemento da conexión: Os nodos establecen contacto. Negocian as regras da comunicación incluíndo os protocolos utilizados e os parámetros de comunicación.
2.Transferencia de datos: Os nodos inician un diálogo para intercambiar datos.
3.Liberación da conexión: Cando os nodos non necesitan seguir comunicados, inician a liberación ordenada da sesión.
Os pasos 1 e 3 representan unha carga de traballo adicional para o proceso de comunicación. Esta carga pode non ser desexable para comunicacións breves. Por exemplo, nunha comunicación necesaria para unha tarefa administrativa da rede, varios dispositivos poden enviar periódicamente un breve informe de estado que soe constar dunha soa trama. Se todos estas mensaxes se enviaran como parte de unha sesión formal, as fases de establecemento e liberación da conexión transmitirían máis datos que os da propia mensaxe.
Nestas situacións, comunícase sen conexión. O nodo emisor limítase a transmitir os datos dando por sentado que o receptor está dispoñible.
Unha sesión con conexión é aconsellable cando a comunicación é complexa. Por exemplo, na transmisión dunha grande cantidade de datos dun nodo a outro, se non se utilizaran controis formais, un só erro durante a transferencia obrigaría a enviar de novo todos os datos. Unha vez establecida a sesión, os nodos implicados poden pactar un procedemento de comprobación. Se se produce un erro, o nodo emisor só debe retransmitir os datos enviados desde a última comprobación.
Nivel ou capa de presentación
A capa de presentación responsabilízase de presentar os datos á capa de aplicación. En certos casos, a capa de presentación traduce os datos directamente dun formato a outro. Hai ordenadores que utilizan a codificación de caracteres denominada EBCDIC, mentres que outros (a maioría) utilizan o conxunto de caracteres ASCII. Por exemplo, se se transmiten datos dun ordenador EBCDIC a outro ASCII, a capa de presentación pode encargarse de traducir dun conxunto de caracteres ao outro. Ademáis, a representación dos datos numéricos varía entre distintas arquitecturas de computadoras e debe converterse cando se transfiren datos dunha máquina a outra.
Unha técnica habitual para mellorar a transferencia de datos consiste en converter todos os datos a un formato estándar antes da súa transmisión. Pode que este formato estándar non sexa o formato nativo de calquera computadora, pero calquera de elas pode configurarse para recibir datos en formato estándar e convertelos ao seu formato nativo. As normas OSI definen a Abstract Syntax Representation, Revision 1 (ASN.1 -Representación de sintaxe abstracta, revisión 1) como sintaxe estándar para os datos a nivel da capa de presentación.
Outras funcións que poden corresponder á capa de presentación son o cifrado/descifrado e compresión/descompresión de datos.
A capa de presentación é a que se implementa con menor frecuencia das capas OSI. Hai definido poucos protocolos para esta capa. Na maioría dos casos, as aplicacións de rede desempeñan as funcións asociadas coa capa de presentación.
Nivel ou capa de aplicación
A capa de aplicación proporciona os servizos utilizados polas aplicacións para que os usuarios se comuniquen a través da rede. Algúns exemplos de servizos son:
- Transporte de correo electrónico: Gran variedade de aplicacións poden utilizar un protocolo para xestionar o correo electrónico. Os deseñadores de aplicacións que recorren ó correo electrónico non necesitan desenvolver os seus propios programas para xestionar o correo.
- Acceso a ficheiros remotos: As aplicacións locais poden acceder aos ficheiros situados nos nodos remotos.
- Execución de tarefas remotas: As aplicacións locais poden iniciar e controlar procesos noutros nodos.
- Transferencia de páxinas web: Os navegadores utilizan estes protocolos para transferir a páxina web dende un servidor web.
- Administración da rede: Os protocolos de administración da rede permiten que varias aplicacións podan acceder á información administrativa da rede.
É frecuente atopar o termo interface de programa de aplicación (API) asociado ós servizos da capa de aplicación. Unha API é un conxunto de funcións que permiten que as aplicacións escritas polos usuarios poidan acceder ós servizos dun sistema de software. Os deseñadores de programas e protocolos soen proporcionar varias APIs para que os programadores poidan adaptar facilmente as súas aplicacións e utilizar os servizos dispoñibles nos seus produtos. Unha API habitual de UNIX é Berkeley Sockets; Microsoft implementouno chamándoo Windows Sockets.
