EL MODELO OSI

Creada en 1947, la Organización Internacional de Estandarización (ISO, International Standards Organization) es un organismo multinacional dedicado a establecer acuerdos mundiales sobre estándares internacionales. Un estándar ISO que cubre todos los aspectos de las redes de comunicación es el modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconnection). Un sistema abierto es un modelo que permite que dos sistemas diferentes se puedan comunicar independientemente de la arquitectura subyacente. Los protocolos específicos de cada vendedor no permiten la comunicación entre dispositivos no relacionados. El objetivo del modelo OSI es permitir la comunicación entre sistemas distintos sin que sea necesario cambiar la lógica del hardware o el software subyacente. El modelo OSI no es un protocolo; es un modelo para comprender y diseñar una arquitectura de red flexible, robusta e interoperable.

El modelo OSI

El modelo de interconexión de Sistemas Abiertos es una arquitectura por niveles para el diseño de sistemas de red que permite la comunicación entre todos los tipos e computadoras. Esta compuesto por siete niveles separados, pero relacionados, cada uno de los cuales define un segmento del proceso necesario para mover la información a través de una red. Comprender los aspectos fundamentales del modelo OSI proporciona una base solida para la exploración de la transmisión de datos.

Funciones de los niveles

Nivel físico

El nivel físico coordina las funciones necesarias para transmitir el flujo de datos a través de un medio físico. Trata con las especificaciones eléctricas y mecánicas de la interfaz y del medio de transmisión. También define los procedimientos y las funciones que los dispositivos físicos y las interfaces tienen que llevar a cabo para que sea posible la transmisión.

El nivel físico se relaciona con lo siguiente:

• Características físicas de las interfaces y el medio. El nivel físico define las características de la interfaz entre los dispositivos y el medio de transmisión. También define el tipo de medio de transmisión.
• Representación de los bits. los datos del nivel físico están compuestos por un flujo de bits sin ninguna interpretación. Para que puedan ser transmitidos, es necesario codificarlos en señales, eléctricas y ópticas. El nivel físico define el tipo de codificación.
• Tasa de datos. el nivel físico también define la tasa de transmisión: el numero de bits enviados cada segundo. En otras palabras, el nivel físico define la duración de un bit, es decir, cuánto tiempo dura.
• Sincronización de los bits. el emisor y el receptor deben estar sincronizados a nivel de bit. En otras palabras, los relojes del emisor y el receptor debe estar sincronizados.
• Configuración de la línea. el nivel físico esta relacionado con la conexión de dispositivo al medio. En una configuración punto a punto se conectan dos dispositivos a través de un enlace dedicado. En una configuración multipunto, un enlace es compartido por varios dispositivos.
• Topología física. La topología física define cómo están conectados los dispositivos para formar una red. Los dispositivos deben estar conectados usando una topología en malla (cada dispositivo conectado a otro dispositivo), una topología en estrella (dispositivos conectados a través de un dispositivo central), una topología en anillo (un dispositivo conectado al siguiente, formando un anillo) o una topología de bus (cada dispositivo a un enlace común).
• Modo de transmisión. El nivel físico también define la dirección de la transmisión entre dos dispositivos: símplex, semidúplex o full-dúplex. 

Nivel de enlace de datos

El nivel de enlace de datos transforma el nivel físico, un simple medio de transmisión, en un enlace fiable y es responsable de la entrega nodo a nodo. Hace que el nivel físico aparezca ante el nivel superior (nivel de red) como un medio libre de errores.

Responsabilidades especificas del nivel de enlace de datos:

• Tramado. El nivel de enlace de datos divide el flujo de bits recibidos del nivel de red en unidades de datos manejables denominadas tramas.
• Direccionamiento físico. Si es necesario distribuir las tramas por distintos sistemas de la red, el nivel de enlace de datos añade una cabecera a la trama para definir la dirección física del emisor y/o receptor de la trama.
• Control de flujo. si la velocidad a la que el receptor recibe los datos es menos que la velocidad de transmisión del emisor, el nivel de enlace de datos impone un mecanismo de control de flujo para prevenir el desbordamiento del receptor.
• Control de errores. el nivel de enlace de datos añade fiabilidad al nivel físico al incluir mecanismos para detectar y retransmitir las tramas defectuosas o perdidas. También usa un mecanismo para prevenir el duplicado de tramas.
• Control de acceso. cuando se conectan dos o mas dispositivos al mismo enlace, los protocolos de nivel de enlace deben determinar en todo momento que dispositivo tiene el control del enlace.

Nivel de red

El nivel de red es responsable de la entrega de un paquete desde el origen al destino y, posiblemente, a través de múltiples redes (enlaces). Mientras que el nivel de enlace de datos supervisa la entrega del paquete entre dos sistemas de la misma red, el nivel de red asegura que cada paquete va del origen al destino sean estos cuales sean.

Responsabilidades especificas del nivel de red:

• Direccionamiento lógico. El nivel de red añade una cabecera al paquete que viene del nivel superior que, entre otras cosas, incluye las direcciones lógicas del emisor y el receptor.
• Encaminamiento. Cuando un conjunto de redes o enlaces independientes se conectan juntas para crear una red de redes (una Internet) i una red mas grande, los dispositivos de conexión encaminan los paquetes hasta su destino final.

Nivel de transporte

 El nivel de transporte es responsable de la entrega origen a destino de todo el mensaje. Asegura que todo el mensaje llega intacto y en orden, supervisando tanto el control de errores como el control de flujo a nivel origen a destino.

Para mayor seguridad, el nivel de transporte puede crear una conexión entre dos puertos finales. La creación de una conexión involucra tres pasos; establecimiento de la conexión, transferencia de datos y liberación de la conexión.

Las responsabilidades especificas del nivel de transporte:

• Segmentación y reensamblado. Un mensaje se divide en segmentos transmitibles, cada uno de los cuales contiene un cierto número de secuencias. Estos números permitan al nivel de transporte reensamblar el mensaje correctamente a su llegada al destino e identificar y reemplazar paquetes que se han perdido en la transmisión.
• Control  de conexión. el nivel de transporte puede estar orientado a conexión o no. Un nivel de transporte no orientado a conexión trata cada segmento como un paquete independiente y lo pasa al nivel de transporte de la maquina destino.
• Control de flujo. Al igual que el nivel de enlace de datos, el nivel de transporte es responsable del control de flujo. Sin embargo, el control de flujo de este nivel se lleva a cabo de extremo a extremo y no solo en un único enlace.

Nivel de sesión

Los servicios provistos por los tres primeros niveles (físico, enlace de datos y redes) no son suficientes para alguno procesos. El nivel de sesión es el controlador de dialogo de la red. Establece, mantiene y sincroniza la interacción entre sistemas de comunicación.

Algunas responsabilidades especificas del nivel de sesión:

• Control de dialogo. el nivel de sesión permite que dos sistemas establezcan un dialogo. Permite que la comunicación entre dos procesos tenga lugar en modo semiduplex o full-duplex.
• Sincronización. El nivel de sesión permite que un proceso pueda añadir puntos de prueba en un flujo de datos.

Nivel de presentación

El nivel de presentación esta relacionado con la sintaxis y la semántica de la información intercambiada entre dos sistemas.

Las responsabilidades específicas de el nivel de presentación:

• Traducción. los procesos en los sistemas intercambian habitualmente la información en forma de tiras de caracteres, números, etc. Es necesario traducir la información a flujos de bits antes de transmitirla. Debido a que cada computadora usa un sistema de codificación distinto, el nivel de presentación es responsable de la interoperabilidad entre los distintos métodos de codificación. El nivel de presentación en el emisor cambia la información del formato dependiente del emisor a un formato común. El nivel de presentación en la maquina receptora cambia el formato común en el formato especifico del receptor.
• Cifrado. Para transportar información sensible, un sistema debe ser capaz de asegurar la privacidad. El cifrado implica que el emisor transforma la información original a otro formato y envía el mensaje resultante por la res. El descifrado ejecuta el proceso inverso del proceso original para convertir el mensaje a su formato original.
• Compresión. La compresión de datos reduce el numero de bits a transmitir. La compresión de datos es particularmente importante en la transmisión de datos multimedia tales como texto, audio y vídeo.

Nivel de aplicación

El nivel de aplicación permite al usuario, tanto humano como software, acceder a la red. Proporciona las interfaces de usuario y el soporte para servicios como el correo electrónico, el acceso y la transferencia de archivos remotos, la gestión de datos compartidos y otros tipos de servicios para información distribuida.

Algunos de los servicios específicos provistos por el nivel de aplicación incluyen:

• Terminal virtual de red. Un terminal virtual de red es una versión de un terminal físico y permite al usuario acceder a una maquina remota. Para hacerlo, la aplicación crea una emulación software de un terminal en la maquina remota. La computadora del usuario habla al terminal software , que a su vez, habla al host y viceversa. La maquina remota cree que se esta comunicando con uno de sus propios terminales y permite el acceso.
• Transferencia, acceso y gestión de archivos (FTAM). Esta aplicación permite al usuario acceder a archivos en una computadora remota (para cambiar datos o leer los datos), recuperar archivos de una computadora remota y gestionar o controlar los archivos en una computadora remota.
• Servicios de correo. Esta aplicación proporciona las bases para el envío y almacenamiento del correo electrónico.
• Servicios de directorios. Esta aplicación proporciona acceso a bases de datos distribuidas que contienen información global sobre distintos objetos y servicios.

Bibliografía

Transmisión de datos y redes de comunicaciones. Behrouz A. Forouzan. McGraw-Hill. Segunda edición 2002.

DISPOSITIVOS DE INTERCONEXION DE REDES

Por: Flor Edith Zárate Rodríguez

Repetidor

Figura 1. D-Link DE-804 (Parte delantera)

Un repetidor es un dispositivo electrónico que opera solo en el nivel físico del modelo OSI. Las señales que transportan información dentro de una red pueden viajar a una distancia fija antes de que la atenuación dañe la integridad de los datos. Un repetidor instalado en un enlace recibe la señal antes de que se vuelva demasiado débil o corrupta, regenera el patrón de bits original y coloca la copia refrescada de nuevo en el enlace.

 Repetidor Ethernet D-Link DE-804

Figura 2. D-Link DE-804 (Parte trasera)

D-Link es uno de los líderes mundiales en proveer equipamiento de networking, conectividad y de comunicaciones de datos. La compañía diseña, fabrica y comercializa hardware necesario para permitir a los usuarios compartir recursos y comunicarse sobre una red de área local, y equipos que permiten a los individuos y oficinas conectarse a WANs y a Internet fáciles, rápidos y con una buena relación calidad-precio.

Figura 3. Interior del repetidor D-Link DE-804

Las características técnicas principales de este dispositivo son las siguientes:

• Protocolo de enlace de datos: Ethernet
• Tipo de Cableado: Ethernet 10Base2 Ethernet AUI
• Tasa de transferencia de datos: 10 Mbps
• Estándar IEEE-802.3
• voltaje necesario CA 110/220 V ±10% (50/60 Hz)
• Trabaja hasta Nivel 1
• Repetidor Ethernet de coaxial DE-804
• La complejidad de la circuitería es baja (TTL)
• Regeneración de señal
• D-LINK 4 puertos con conectores AVI
• Conectividad: Con conexión de cable
• No cuenta con memorias ni micros para el procesamiento de datos 

Figura 4. Circuitos Integrados TTL 

Figura 5. Fuente de poder

Conmutador

Los conmutadores son dispositivos hardware y/o software capaces de crear conexiones temporales entre dos o mas dispositivos conectados al conmutador. En una red conmutada, algunos de estos nodos se conectan a dispositivos de comunicación. El resto se utiliza solo para realizar el encaminamiento.

Switch de 24 puertos Catalyst 1900

Figura 6. Interior del Catalyst 1900

Principales características del conmutador:

• Bus de 1 Gbps
• Ancho de banda de envío máximo: 370 Mbps
• Memoria de búfer de paquetes de 3 MB compartida dinámicamente por todos los puertos
• Direcciones MAC:  1,024 
• Control de flujo IEEE 802.3x en puertos 100BASE-T 
• Protocolo de árbol de conmutación IEEE 802.1d
• Compatible con las especificaciones IEEE 802.3u 100BASE-TX y 100BASE-FX
• Especificación IEEE 802.3 10BASE-T
• Especificación AUI IEEE 802.3
• Catalyst 1900C: puerto 100BASE-FX : conector MTRJ
• Un puerto de consola: Conector RJ-45
• Voltaje de entrada CA/frecuencia: de 90 a 127/200 a 250 VCA (autograduación) de 50 a 60 Hz
• Disipación de calor: 170,7 BTU/hr (Catalyst 1900), 375,4 BTU/hr (Catalyst 2820)

Switch Cabletron Systems ESXMIM

Figura 7. Cabletron Systems ESXMIM 

Las principales características técnicas del switch de 2° generación:

• Switch Ethernet de 10 Mbps. 
• 2da. Generación.  
• 2 microcontroladores.
• Opera a 48.000 MHz
• 5 puertos Ethernet.
• 2 puertos com.
• El puerto abierto se puede utilizar para módulos de interfaz opcional para FDDI
• Procesador i960 RISC integrado de 32 bit
• Con ranura para memoria donde es cargado el sistema.
• Capa en la que opera del Modelo OSI: Capa de Enlace

Figura 8. Parte trasera de la tarjeta del ESXMIM

Figura 9. Parte delantera del ESXMIM

En la figura 9 se puede observar que las ranuras para memoria SDRAM y LDRAM junto con los procesadores i960 RISC integrado de 32 bit. En la orilla superior derecha se puede observar un bus de red.

Encaminador

Los encaminadores retransmiten los paquetes entre múltiples redes interconectadas. Encaminan paquetes de una red a cualquiera de las posibles redes de destino o a una Internet. Un paquete enviado desde una estación de una red a una estación de la red vecina se encamina en primer lugar al encaminador que las une, que se encarga de conmutarlo a la red destino.

Router IGS-R

Figura 10. Router IGS-R desmontado

IGS es un router de dos puertos multiprotocolario en un sistema de configuración fijo. Este router compacto esta disponible o habilitado para conexiones ya sea Ethernet de puerto sincrono o 2 de conexiones ethernet así como soporta interfaces.

IGS Utiliza un procesador Motorola MC68020 de 16 Mhz. que no esta separado de la tarjeta principal.

Las principales características técnicas del IGS-R:

Figura 11. Fuente de poder

• Procesador Motorola 68020: 16 MHz
• Memory RAM: 1MB 
• ROM: 1MB
• 16KB Configuración no volátil
• Network Interfaces Ethernet and 1 Synchronous Serial or 2 Ethernet
• Interfaces Seriales:  RS-232, RS-449, V.35, X.21
• Puertos de consola: 2 RS-232 DB-25 conectores

Especificaciones del procesador:

Figura 12. Tarjeta del Router IGS-R

• Tipo microprocesador con proceso de fabricación de tecnología VLSI 
• Ancho del bus de datos de 32 bits 
• Paquete de 114 pines plástico ( 3,45 cm x 3,45 cm ) 
• Velocidad 16.7 MHz 
• Memoria física 4 GB 
• La memoria virtual 4 GB 
• 5 núcleos ( V ) 5 ± 5 % 

Router CISCO 2500

Los routers de la serie Cisco 2500 son una serie de 19 " para montaje en rack, estos routers de acceso normalmente se utilizan para conectar redes Ethernet o Token Ring a través de RDSI o conexiones en serie. Los routers se basan en un procesador Motorola 68EC030 CISC.

Figura 13. Puertos del Router 2500 CISCO

Las principales características técnicas del router 2500:

• CPU: Motorola 68EC030 20 MHz
• RAM: Up to 16 MB
• Flash: 4, 8 or 16 MB
• Alimentación: 110/240 V AC or 48 V DC
• Interfaces: Ethernet (10 Mbit/s), Token Ring (16 Mbit/s), ISDN BRI (128 kbit/s), Sync Serial (2 Mbit/s), Async Serial.
• Ancho de banda: 4400 paquetes-por-segundo (usando CEF)

Figura 14. Tarjeta del router 2500

Tiene 2 sockets de memoria flash disponibles , con el máximo de memoria flash de 16 MB. La memoria flash estándar era de 8 MB en la mayoría de los routers y 4 MB en modelos " misión específica " . Una actualización de la ROM de arranque puede ser necesaria para utilizar 16 MB de flash.

El 2500 corre el software directamente desde la memoria flash. En el 2500 la actualización del software de arranque es necesario para un sistema operativo BOOTROM con funcionalidad reducida para tener acceso de escritura en el sistema de archivos flash.

Router CPA 1005 CISCO

El router Cisco 1005 es un pequeño router de escritorio que enlaza pequeños sitios remotos con redes ethernet de área local (LAN) a oficinas regionales a través de conexiones de área global (WAN).

Figura 15. Puertos del router CPA 1005

El router 1005 CPA incluye las siguientes características:

• 1 puerto de ethernet 10BaseT (RJ45). 
• 1 puerto para consola (RJ45). 
• 1 puerto serial (DB-60) para comunicaciones WAN. 
• 1 ranura para memoria flash. 
• Configuración del router a través del puerto para consola, a través de SNMP (Simple Network Management Protocol) o Telnet. 
• Autoinstalación para descargar archivos de configuración automáticamente sobre una WAN.
• Voltaje de salida: 12 VDC
• Frecuencia: 100-240 VAC a 50-60 Hz. 
• Memoria: 4 MB DRAM SIMM, 1 MB boot PROM, 8 KB NVRAM. 
• Interfaz de Internet: 1 serial (DB-60). 
• Interfaz de Ethernet: 1 10BaseT (RJ-45). 
• Interfaz de consola - 1 asynchronous serial (EIA/TIA-232) (RJ-45). 

Figura 16. Tarjeta del router 1005 CPA

Procesador:

• Marca: Motorola 
• Modelo: Microprocesador MC68020RP16 
• Velocidad: 16 Mhz 

Memoria RAM

• 4-MB DRAM SIMM
• 1-MB boot PROM
• 8-KB NVRAM.

¿Qué es un microcontrolador?

Un microcontrolador es un circuito integrado o "chip" (es decir, un dispositivo electrónico que integra en un solo encapsulado un gran número de componentes) que tiene la característica de ser programable. Es decir, que es capaz de ejecutar de forma autónoma una serie de instrucciones previamente definidas por nosotros.

Por definición, un microcontrolador (también llamado comúnmente "micro") ha de incluir en su interior tres elementos básicos:

• CPU (Unidad Central de Proceso): es la parte encargada de ejecutar cada instrucción y de controlar que dicha ejecución se realice correctamente. Normalmente, estas instrucciones hacen uso de datos disponibles previamente (los "datos de entrada"), y generan como resultado otros datos diferentes (los "datos de salida"), que podrán ser utilizados (o no) por la siguiente instrucción.

• Diferentes tipos de memoria: son en general las encargadas de alojar tanto las instrucciones como los diferentes datos que estas necesitan. De esta manera posibilitan que toda esta información (instrucciones y datos) esté siempre disponible para que la CPU pueda acceder y trabajar con ella en cualquier momento. Generalmente encontraremos dos tipos de memorias: las que su contenido se almacena de forma permanente incluso tras cortes de alimentación eléctrica (llamadas "persistentes"), y las que su contenido de pierde al dejar de recibir alimentación (llamadas "volátiles"). Según las características de la información a guardar, esta se grabara en un tipo u otro de memoria de forma automática, habitualmente.
• Diferentes patillas de E/S (entrada/salida): son las encargadas de comunicar el microcontrolador con el exterior. En las patillas de entrada del microcontrolador podremos conectar sensores para que este pueda recibir datos provenientes de su entorno, y en sus patillas de salida podremos conectar actuadores para que el microcontrolador pueda enviarles ordenes e así interactuar con el medio físico. De todas formas, muchas patillas de la mayoría de microcontroladores no son exclusivamente de entrada o de salida, sino que pueden utilizados indistintamente para ambos propósitos (de ahí el nombre de E/S).

Es decir, un microcontrolador es un computador completo (aunque con prestaciones limitadas) en un solo chip, el cual esta especializado en ejecutar constantemente un conjunto de instrucciones predefinidas. Estas instrucciones irán teniendo en cuenta en cada momento la información obtenida y enviada por las patillas de E/S y reaccionaran en consecuencia. Lógicamente, las instrucciones serán diferentes según el uso que se le quiera dar al microcontrolador, y deberemos de decidir nosotros cuáles son.

Cada vez existen mas productos domésticos que incorporan algún tipo de microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo. Así, podemos encontrar microcontroladores dentro de multitud de dispositivos electrónicos que usamos en nuestra vida diaria, como pueden ser desde un simple timbre hasta un completo robot pasando por juguetes, frigoríficos, televisores, lavadoras, microondas, impresoras, el sistema de arranque de nuestro coche, etc.

Referencias

http://www.electronicaestudio.com/microcontrolador.htm

ARDUINO Curso práctico de formación, Óscar Torrente Artero, 2013, Alfaomega.

¿Qué es un switch?

Un switch es un dispositivo de hardware, que también es conocido como conmutador, utilizado para establecer interconexiones en redes informáticas. 

El switch puede agregar mayor ancho de banda, acelerar la salida de paquetes, reducir tiempo de espera y bajar el costo por puerto. Sirve para conectar varias elementos dentro de una red. Estos pueden ser un PC de escritorio, una impresora, la misma televisión, tu PS3 o cualquier aparato que posea una tarjeta Ethernet. 

Opera en la capa 2 del modelo OSI y reenvía los paquetes en base a la dirección MAC. Siendo completamente independiente de los protocolos que se ejecutan en las capas superiores de la red. Tiene la capacidad de escuchar todos los puertos y construir tablas para realizar un mapeo de las direcciones MAC, con el puerto a través del cual se pueden alcanzar estas direcciones.

¿Cómo funciona?

El switch segmenta económicamente la red dentro de pequeños dominios de colisiones, obteniendo un alto porcentaje de ancho de banda para cada estación final. No están diseñados con el propósito principal de un control íntimo sobre la red o como la fuente última de seguridad, redundancia o manejo.

Al segmentar la red en pequeños dominios de colisión, reduce o casi elimina que cada estación compita por el medio, dando a cada una de ellas un ancho de banda comparativamente mayor.

En resumen el switch o conmutador opera de manera similar a una pequeña central telefónica. Cada vez que un host envía un mensaje a un segmento de red en donde se encuentra el conmutador, dicho mensaje será leído por el conmutador y enviado directamente al equipo que corresponda, de esta manera, se limita las colisiones de red.

Diferencias entre hub, router y switch

Un hub es otro dispositivo que permite conectar varios elementos de una red. Para el usuario físicamente puede no existir diferencia. Pero es que el hub emite un mensaje por todos los canales. No distingue, ni entiende de direcciones físicas. Tiene la función de interconectar las computadoras de una red local. Su funcionamiento es más simple comparado con el switch y el router: el hub recibe datos procedentes de una computadora y los transmite a las demás. En el momento en que esto ocurre, ninguna otra conmutadora puede enviar una señal. Su liberación surge después que la señal anterior haya sido completamente distribuida. 

Si el cable de una máquina es desconectado o presenta algún defecto, la red no deja de funcionar. Actualmente, los hubs están siendo reemplazados por los switchs, debido a la pequeña diferencia de costos entre ambos.

El router es un dispositivo utilizado en redes de mayor porte. Es más " inteligente" que el switch, pues, además de cumplir la misma función, también tiene la capacidad de escoger la mejor ruta que un determinado paquete de datos debe seguir para llegar a su destino. En un router se trabaja con direcciones IP mientras que en un switch se trabaja con direcciones MAC. Es como si la red fuera una ciudad grande y el router elige el camino más corto y menos congestionado. 

Si colocas un router es por que no quieres que haya un acceso directo entre los equipos conectadas a ellos o al menos quieres controlarlo. Por ejemplo es común leer router ADSL, o router de fibra en relación a la red que después te conecta a Internet.

Referencias

http://www.aprendaredes.com/dev/articulos/que-es-el-switch.htm
http://culturacion.com/que-es-un-switch/
http://computadoras.about.com/od/redes/a/que-Es-Un-Switch.htm
http://www.informatica-hoy.com.ar/redes/Diferencias-entre-Hub-Switch-y-Router.php