1.3 Software
de redes - 1.3.1 Jerarquías de protocolos
Se abordarán
las jerarquías de protocolos al igual que su significando, en que consiste cada
una de las capas y para qué sirven. Una interred se forma cuando se
interconectan redes diferentes. Desde nuestro punto de vista, al conectar una
LAN y una WAN o conectar dos LANs se forma una interred, pero existe poco acuerdo
en la industria en cuanto a la terminología de esta área. Una regla de oro es
que, si varias empresas pagaron por la construcción de diversas partes de la
red y cada una mantiene su parte, tenemos una interred más que una sola red.
Asimismo, si la terminología subyacente es diferente en partes diferentes (por
ejemplo, difusión y punto a punto), probablemente tengamos dos redes. Las primeras redes de computadoras se diseñaron
teniendo al hardware como punto principal y al software como secundario. Esta
estrategia ya no funciona. Actualmente el software de redes está altamente
estructurado. En las siguientes secciones examinaremos en detalle la técnica de
estructuración de software.
Para
que se pueda lograr reducir la complejidad de su diseño, la mayoría de las
redes están organizadas como una pila de capas o niveles, cada una está construida
a partir de la que está debajo de ella. El número de capas, así como el nombre,
contenido y función de cada una de ellas difieren de red a red. El propósito de
cada capa es ofrecer ciertos servicios a las capas superiores, a las cuales no
se les muestran los detalles reales de implementación de los servicios
ofrecidos.
La
capa n de una máquina mantiene una conversación con la capa n de otra máquina.
Las reglas y convenciones utilizadas en esta conversación se conocen de manera
colectiva como protocolo de capa n. Básicamente, un protocolo es un acuerdo
entre las partes en comunicación sobre cómo se debe llevar a cabo la
comunicación. Como una analogía, cuando se presenta una mujer con un hombre,
ella podría elegir no darle la mano. Él, a su vez, podría decidir saludarla de
mano o de beso, dependiendo, por ejemplo, de si es una abogada americana o una
princesa europea en una reunión social formal. Violar el protocolo hará más
difícil la comunicación, si no es que imposible.
En la
figura 1-13 se muestra una red de cinco capas. Las entidades que abarcan las
capas correspondientes en diferentes máquinas se llaman iguales (peers). Los
iguales podrían ser procesos, dispositivos de hardware o incluso seres humanos.
En otras palabras, los iguales son los que se comunican a través del protocolo.
En realidad, los datos no se transfieren de manera directa desde la capa n de
una máquina a la capa n de la otra máquina, sino que cada capa pasa los datos y
la información de control a la capa inmediatamente inferior, hasta que se
alcanza la capa más baja. Debajo de la capa 1 se encuentra el medio físico a
través del cual ocurre la comunicación real. En la imagen anterior muestra como
la comunicación virtual con líneas punteadas, en tanto que la física, con
líneas sólidas.
Entre
cada par de capas adyacentes está una interfaz. Ésta define qué operaciones y
servicios primitivos pone la capa más baja a disposición de la capa superior
inmediata. Un conjunto de capas y protocolos se conoce como arquitectura de
red. La especificación de una arquitectura debe contener información suficiente
para permitir que un implementador escriba el programa o construya el hardware
para cada capa de modo que se cumpla correctamente con el protocolo apropiado.
Debemos tomar muy en cuenta que ni los detalles de la implementación ni las
especificaciones de las interfaces son parte de la arquitectura porque están
ocultas en el interior de las máquinas y no son visibles desde el exterior. tampoco
es necesario que las interfaces de todas las máquinas en una red sean las
mismas, siempre y cuando cada máquina pueda utilizar correctamente todos los
protocolos. La lista de protocolos utilizados por un sistema, un protocolo por
capa, se conoce como pila de protocolos.
A
continuación, se presentará un ejemplo:
Una
analogía podría ayudar a explicar la idea de comunicación entre múltiples
capas. Imagine a dos filósofos (procesos de iguales en la capa 3), uno de los
cuales habla urdu e inglés, y el otro chino y francés. Puesto que no tienen un
idioma común, cada uno contrata un traductor (proceso de iguales en la capa 2)
y cada uno a su vez contacta a una secretaria (procesos de iguales en la capa
1). El filósofo 1 desea comunicar su afición por el oryctolagus cuniculus a su
igual. Para eso, le pasa un mensaje (en inglés) a través de la interfaz de las
capas 2-3 a su traductor, diciendo: “Me gustan los conejos”, como se ilustra en
la figura 1-14. Los traductores han acordado un idioma neutral conocido por
ambos, el holandés, para que el mensaje se convierta en “Ik vind konijnen leuk”.
La elección del idioma es el protocolo de la capa 2 y los procesos de iguales
de dicha capa son quienes deben realizarla. Entonces el traductor le da el
mensaje a una secretaria para que lo transmita por, digamos, fax (el protocolo
de la capa 1). Cuando el mensaje llega, se traduce al francés y se pasa al
filósofo 2 a través de la interfaz de las capas 2-3. Observe que cada protocolo
es totalmente independiente de los demás en tanto no cambien las interfaces.
Los traductores pueden cambiar de holandés a, digamos, finlandés, a voluntad,
siempre y cuando los dos estén de acuerdo y no cambien su interfaz con las
capas 1 o 3. Del mismo modo, las secretarias pueden cambiar de fax a correo
electrónico o teléfono sin molestar (o incluso avisar) a las demás capas. Cada
proceso podría agregar alguna información destinada sólo a su igual. Esta
información no se pasa a la capa superior. Ahora veamos un ejemplo más técnico:
cómo proporcionar comunicación a la capa superior de la red de cinco capas de
la figura 1-15. Un proceso de aplicación que se ejecuta en la capa 5 produce un
mensaje, M, y lo pasa a la capa 4 para su transmisión. La capa 4 pone un
encabezado al frente del mensaje para identificarlo y pasa el resultado a la
capa 3. El encabezado incluye información de control, como números de
secuencia, para que la capa 4 de la máquina de destino entregue los mensajes en
el orden correcto si las capas inferiores no mantienen la secuencia. En algunas
capas los encabezados también pueden contener tamaños, medidas y otros campos
de control. En muchas redes no hay límites para el tamaño de mensajes
transmitidos en el protocolo de la capa 4, pero casi siempre hay un límite
impuesto por el protocolo de la capa 3. En consecuencia, la capa 3 debe
desintegrar en unidades más pequeñas, paquetes, los mensajes que llegan, y a
cada paquete le coloca un encabezado. En este ejemplo, M se divide en dos
partes, M1 y M2. La capa 3 decide cuál de las líneas que salen utilizar y pasa
los paquetes a la capa 2. Ésta no sólo agrega un encabezado a cada pieza, sino
también un terminador, y pasa la unidad resultante a la capa 1 para su
transmisión física. En la máquina receptora el mensaje pasa hacia arriba de
capa en capa, perdiendo los encabezados conforme avanza. Ninguno de los
encabezados de las capas inferiores a n llega a la capa n.
La
abstracción del proceso de iguales es básica para todo diseño de red. Al
utilizarla, la inmanejable tarea de diseñar toda la red se puede fragmentar en
varios problemas de diseño más pequeños y manejables, es decir, el diseño de
las capas individuales. Aunque la sección 1.3 se llama “Software de redes”,
vale la pena precisar que las capas inferiores de una jerarquía de protocolos
se implementan con frecuencia en el hardware o en el firmware. No obstante,
están implicados los algoritmos de protocolo complejos, aun cuando estén
integrados (en todo o en parte) en el hardware.
Referencias
Tanenbaum,
A. S. (s. f.). REDES DE COMPUTADORAS. Recuperado 25 de agosto de 2020, de http://200.79.179.161:81/si/00081_redes_de_computadoras_tanenbaum_4ta_edicion.pdf
