Tema 2. Redes de comunicación: Topología y enlaces. - UV

1 Sistemas Industriales Distribuidos 18 Tema 2. Redes de comunicaci n: Topolog a y enlaces. El modelo ISO/OSI Cuando se produce un intercambio de datos entre equipos a trav s de un sistema de bus es preciso definir el sistema de transmisi n y el m todo de acceso, as como informaciones relativas al establecimiento de los enlaces. Por este motivo, la International Standards Organization (ISO) especific el modelo de referencia ISO/OSI, convertido en un est ndar esencial a la hora de describir Redes de comunicaci n y sus diferentes partes en las que se divide. Este modelo propone una serie de niveles o capas para intentar reducir la complejidad de comprensi n de estos sistemas.

2 El est ndar describe siete capas, de tal modo que una se fundamenta en la anterior, aunque no es necesario emplear todas ellas para construir un sistema de comunicaci n ya que eso depende de su complejidad y aplicaci n. Esta separaci n estructurada permite que exista una independencia de cada capa, de tal modo que cada una puede ser modificada internamente sin afectar al resto, siendo responsable de extraer la informaci n de control contenida en los datos recibidos y necesaria para esa capa, as como de enviar los datos a la siguiente capa. Dentro de cada capa la comunicaci n se lleva a cabo siguiendo reglas y convenciones predefinidas, que constituyen lo que generalmente se conoce por protocolo.

3 Entre las capas adyacentes debe existir un interfaz que permite el intercambio de informaci n, lo que se conoce como especificaciones de servicio. El conjunto total de capas y protocolos constituye la arquitectura de una red. Este modelo es v lido tanto para grandes flujos de informaci n (intercambio de datos entre entidades bancarias) como aplicaciones muy sencillas (transmisi n de estado de sensores todo/nada), por ello, no se establecieron restricciones de tiempo, ya que la prioridad principal es la exactitud de la datos recibidos. Esto supone una limitaci n para las aplicaciones industriales, pues en estos casos, adem s de la exactitud de los datos, resulta necesaria una caracterizaci n temporal (condiciones de tiempo cr tico), por lo que bajo el modelo OSI han nacido est ndares que incluyen dichas restricciones de tiempo en la transmisi n.

4 Tambi n es necesario comentar que este modelo no es de obligado cumplimiento, sino que constituye un manual de buenas pr cticas para que el sistema pueda formar parte de los Sistemas Abiertos . Estas capas del modelo OSI son las que deben ser implementadas en cada nodo de la red, donde la capa 1 constituye el medio f sico de transmisi n, y la capa 7 es la formada por la aplicaci n o interfaz de usuario. La tabla muestra una breve descripci n de estas capas. Tabla. Capas y descripci n del modelo OSI. Capa Nombre Funci n Caracter sticas 7 Capa de Aplicaci n Application layer Funciones de usuario. Intercambio de variables. Servicios de comunicaci n espec ficos de usuario Servicios de comunicaci n: Read/Write, Start/Stop 6 Capa de Presentaci n Presentation layer Representaci n de datos.

5 Conversi n del tipo de representaci n del sistema de comunicaci n en un formato adecuado al equipo. Diagn stico. 5 Capa de sesi n Session layer Sincronizaci n. Requerimiento de respuestas. Establecimiento, disoluci n y vigilancia de una sesi n. Coordinaci n de la sesi n. 4 Capa de Transporte Transport layer Establecimiento/disoluci n de enlace. Formaci n, repetici n y clasificaci n de paquetes. Transmisi n asegurada de paquetes. 3 Capa de Red Network layer Direccionamiento de otras Redes y control de flujo. Rutas de comunicaci n. Comunicaci n entre dos subredes. 2 Capa de Enlace de Datos Data link layer M todo de acceso. Gesti n de colisiones. Limitaci n de los bloques de datos, transmisi n asegurada, detecci n y eliminaci n de errores.

6 CRC-Check. CSMA/CD, Token 1 Capa F sica Physical layer Medio f sico de transmisi n. Test de errores a nivel de bit. Cable coaxial/triaxial. Cable ptico. Cable bifilar. ITP Sistemas Industriales Distribuidos 19 Nivel 1: Capa F sica (Physical Layer). Este nivel procura la transmisi n transparente de bits a trav s del soporte f sico en el orden definido por el nivel de enlace (capa 2). Se definen las caracter sticas el ctricas y mec nicas de la l nea de transmisi n (bus), as como conectores o medios de enlace hardware. Tambi n define los sistemas de modulaci n y demodulaci n de la se al transmitida/recibida, las se ales de control que determinan la temporizaci n y el orden de transmisi n y realiza un diagn stico de errores a nivel de bit.

7 Entre otros est ndares usados en este nivel, los m s conocidos son el RS-232 y el RS-422. El cable de conexi n no pertenece a este nivel ya que el modelo s lo se aplica a los nodos de la red y no a la red misma. Nivel 2: Capa de enlace de datos (Data Link Layer). Este nivel tiene como funci n asegurar la transmisi n de la cadena de bits entre dos sistemas. Este nivel es el encargado de recoger los datos del nivel de red (capa 3) para formar las tramas de env o (a adiendo datos de control), y viceversa. Tambi n impone los m todos de direccionamiento, detecci n y recuperaci n de errores, reenv o de tramas perdidas y regulaci n del tr fico de informaci n en cuanto a velocidades de transmisi n.

8 En Redes locales, el nivel de enlace procura tambi n el acceso exclusivo al soporte de transmisi n (acceso al medio). Para ello, dicho nivel se divide en dos subniveles, Medium Access Control (MAC) y Logic Link Control (LLC), que se designan tambi n como niveles 2a y 2b respectivamente. Las normas m s conocidas para los m todos de acceso aplicados en el subnivel MAC son IEEE (Ethernet, CSMA/CD), IEEE (Token Bus), IEEE (Token Ring). Para el subnivel LLC se aplica generalmente la norma IEEE , aunque debido a las caracter sticas de tiempo real exigidas normalmente a sistemas de bus de campo, stos utilizan m todos de acceso considerablemente modificados.

9 Nivel 3: Capa de red (Network Layer). Este nivel se encarga de la operatividad de la red, controlando la ruta de la comunicaci n de datos entre sistemas finales (nodos y caminos), entendiendo por sistemas finales el emisor y el receptor de una informaci n cuyo recorrido puede llevar bajo circunstancias a trav s de diversos sistemas de tr nsito. Por ello, el nivel de red debe seleccionar la ruta a seguir, lo que normalmente se denomina encaminamiento (Routing). Las estaciones, por medio de este nivel a aden una cabecera indicando la direcci n de destino, asegurando que el encaminamiento de los paquetes de datos es apropiado para poder llegar hasta su destino.

10 Este nivel es encargado de traducir nombres l gicos en direcciones f sicas y controlar la congesti n en la red. Conforme la red posee una topolog a m s compleja, esta tarea resulta m s complicada. En un enlace punto a punto no entra en juego este nivel. Nivel 4: Capa de Transporte (Transport Layer). Este nivel entra en juego una vez que se ha producido el enlace entre nodos en la red. La comunicaci n es ya independiente de la red, siendo el nivel que enlaza lo que quiere transmitir el usuario con la informaci n que hay que enviar. Este nivel tiene como misi n ofrecer al usuario un enlace entre nodos fiable, entregando datos libres de error al nivel 5.