Capa de presentación del modelo osi. Modelo de red OSI. Descripción de los niveles del modelo de red.

El hecho de que un protocolo sea un acuerdo adoptado por dos entidades que interactúan, en este caso dos computadoras que operan en una red, no significa que sea necesariamente estándar. Pero en la práctica, a la hora de implementar redes, suelen utilizar protocolos estándar. Estos pueden ser de marca, nacionales o estándares internacionales.

A principios de los años 80, varias organizaciones internacionales de normalización (ISO, UIT-T y algunas otras) desarrollaron un modelo que jugó un papel importante en el desarrollo de las redes. Este modelo se llama modelo ISO/OSI.

Modelo de interoperabilidad de sistemas abiertos (Interconexión de sistemas abiertos, OSI) define diferentes niveles de interacción entre sistemas en redes de conmutación de paquetes, les da nombres estándar y especifica qué funciones debe realizar cada capa.

El modelo OSI se desarrolló basándose en la amplia experiencia adquirida en la creación de redes informáticas, principalmente globales, en los años 70. Una descripción completa de este modelo ocupa más de 1000 páginas de texto.

En el modelo OSI (Fig. 11.6), los medios de comunicación se dividen en siete niveles: aplicación, representante, sesión, transporte, red, canal y físico. Cada capa se ocupa de un aspecto específico de la interacción de los dispositivos de red.

Arroz. 11.6.

El modelo OSI describe únicamente las comunicaciones del sistema implementadas por el sistema operativo, utilidades del sistema y hardware. El modelo no incluye medios para la interacción de la aplicación del usuario final. Las aplicaciones implementan sus propios protocolos de comunicación accediendo a las herramientas del sistema. Por tanto, es necesario distinguir entre el nivel de interacción entre aplicaciones y capa de aplicación.

También hay que tener en cuenta que la aplicación puede asumir las funciones de algunas de las capas superiores del modelo OSI. Por ejemplo, algunos DBMS tienen herramientas integradas. acceso remoto a archivos. En este caso, la aplicación no utiliza el servicio de archivos del sistema al acceder a recursos remotos; evita las capas superiores del modelo OSI y accede directamente a las instalaciones del sistema responsables de transporte mensajes a través de la red, que se encuentran en los niveles inferiores del modelo OSI.

Entonces, digamos que una aplicación realiza una solicitud a una capa de aplicación, como un servicio de archivos. En función de esta solicitud, el software a nivel de aplicación genera un mensaje en un formato estándar. Un mensaje típico consta de un encabezado y un campo de datos. El encabezado contiene información de servicio que debe pasar a través de la red a la capa de aplicación de la máquina de destino para indicarle qué trabajo debe realizarse. En nuestro caso, el encabezado obviamente debe contener información sobre la ubicación del archivo y el tipo de operación que se debe realizar. El campo de datos del mensaje puede estar vacío o contener algunos datos, como datos que deben escribirse en un archivo remoto. Pero para hacer llegar esta información a su destino aún quedan muchas tareas por resolver, cuya responsabilidad recae en los niveles inferiores.

Después de generar el mensaje capa de aplicación lo envía a la pila nivel representativo. Protocolo nivel representativo basándose en la información recibida del encabezado del nivel de la aplicación, realiza las acciones requeridas y agrega su propia información de servicio al mensaje: encabezado nivel representativo, que contiene instrucciones para el protocolo. nivel representativo máquina de destino. El mensaje resultante se transmite nivel de sesión, que a su vez agrega su encabezado, etc. (Algunos protocolos colocan información de servicio no solo al principio del mensaje en forma de encabezado, sino también al final, en forma del llamado "trailer"). Finalmente, el mensaje llega al fondo, nivel fisico , que, de hecho, lo transmite a través de líneas de comunicación a la máquina receptora. En este punto, el mensaje está “cubierto” de encabezados de todos los niveles (

Modelo Interconexión de sistemas abiertos (OSI) es el esqueleto, fundamento y base de todas las entidades de la red. El modelo define protocolos de red, distribuyéndolos en 7 capas lógicas. Es importante señalar que en cualquier proceso, el control de la transmisión de la red se mueve de una capa a otra, conectando secuencialmente los protocolos en cada capa.

Vídeo: modelo OSI en 7 minutos.

Las capas inferiores son responsables de los parámetros de transmisión física, como las señales eléctricas. Sí, sí, las señales en los cables se transmiten mediante representación en corrientes :) Las corrientes se representan como una secuencia de unos y ceros (1 y 0), luego los datos se decodifican y se enrutan a través de la red. Los niveles superiores cubren consultas relacionadas con la presentación de datos. En términos relativos, las capas superiores son responsables de los datos de la red desde el punto de vista del usuario.

El modelo OSI fue acuñado originalmente como enfoque estándar, una arquitectura o patrón que describiría la interacción de red de cualquier aplicación de red. Echemos un vistazo más de cerca, ¿de acuerdo?

#01: capa física

En el primer nivel Modelos OSI Las señales físicas (corrientes, luz, radio) se transmiten desde la fuente al receptor. En este nivel operamos con cables, contactos en conectores, codificación de unos y ceros, modulación, etc.

Entre las tecnologías que se encuentran en el primer nivel, podemos destacar el estándar más básico: Ethernet. Ahora está en todos los hogares.

Tenga en cuenta que no sólo Corrientes eléctricas. En las redes modernas también se utilizan radiofrecuencias, ondas luminosas o infrarrojas.

Los dispositivos de red que pertenecen al primer nivel son concentradores y repetidores, es decir, piezas de hardware "estúpidas" que pueden funcionar simplemente con una señal física sin profundizar en su lógica (sin decodificar).

#02: nivel de enlace de datos

Imagínese, recibimos una señal física del primer nivel: física. Se trata de un conjunto de voltajes de diferentes amplitudes, ondas o radiofrecuencias. Al recibirlos, el segundo nivel verifica y corrige los errores de transmisión. En el segundo nivel operamos con el concepto de “marco”, o como también dicen “marco”. Aquí aparecen los primeros identificadores: direcciones MAC. Constan de 48 bits y se parecen a esto: 00:16:52:00:1f:03.

La capa de enlace es compleja. Por lo tanto, se divide convencionalmente en dos subniveles: control de canal lógico (LLC, Logical Link Control) y control de acceso a medios (MAC, Media Access Control).

En este nivel se encuentran dispositivos como interruptores y puentes. ¡Por cierto! El estándar Ethernet también está aquí. Está cómodamente ubicado en el primer y segundo nivel (1 y 2) del modelo OSI.

#03: capa de red

¡Vamos arriba! La capa de red introduce el término "enrutamiento" y, en consecuencia, la dirección IP. Por cierto, para convertir direcciones IP a direcciones MAC y viceversa, se utiliza protocolo ARP.

Es en este nivel donde se produce el enrutamiento del tráfico como tal. Si queremos ir al sitio sitio web, luego enviamos, recibimos una respuesta en forma de dirección IP y la sustituimos en el paquete. Sí, sí, si en el segundo nivel usamos el término marco/marco, como dijimos antes, entonces aquí usamos un paquete.

De los dispositivos, aquí vive Su Majestad el Enrutador :)

El proceso cuando los datos se transfieren de las capas superiores a las inferiores se llama encapsulación datos, y cuando por el contrario, hacia arriba, desde el primero, físico hasta el séptimo, entonces este proceso se llama decapsulación datos

#04: capa de transporte

La capa de transporte, como su nombre indica, proporciona la transmisión de datos a través de la red. Aquí hay dos estrellas de rock principales: TCP y UDP. La diferencia es que se utilizan diferentes transportes para diferentes categorías de tráfico. El principio es este:

• El tráfico es sensible a las pérdidas.- ¡No hay problema, TCP (Protocolo de control de transmisión)! Proporciona control sobre la transferencia de datos;
• Perderemos un poco, no es gran cosa- de hecho, ahora que estás leyendo este artículo, es posible que se hayan perdido un par de paquetes. Pero usted como usuario no siente esto. UDP (Protocolo de datagramas de usuario) es bueno para usted. ¿Y si fuera telefonía? La pérdida de paquetes allí es crítica, ya que la voz en tiempo real simplemente comenzará a "croar";

#05: capa de sesión

Pídale a cualquier ingeniero de redes que le explique la capa de sesión. Le resultará difícil hacer esto, infante al 100%. El hecho es que en el trabajo diario, un ingeniero de redes interactúa con las primeras cuatro capas: física, canal, red y transporte. El resto, o los llamados niveles "superiores", se relacionan más con el trabajo de los desarrolladores de software :) ¡Pero lo intentaremos!

La capa de sesión es responsable de gestionar las conexiones o, simplemente, las sesiones. Él los destroza. Recuerda el meme sobre “ NO HUBO NI UNA SOLA DESCANSO"? Recordamos. Entonces, este es el quinto nivel probado :)

#06 Capa de presentación

En el sexto nivel, se produce la conversión de formatos de mensajes, como codificación o compresión. JPEG y GIF, por ejemplo, viven aquí. El nivel también es responsable de transmitir el flujo a la cuarta (capa de transporte).

#07 Nivel de aplicación

¡En el séptimo piso, en la punta del iceberg, vive la capa de aplicación! Aquí existen servicios de red que nos permiten, como usuarios finales, navegar por Internet. Mira, ¿qué protocolo utilizas para abrir nuestra base de conocimientos? Así es, HTTPS. Este tipo es del séptimo piso. HTTP, FTP y SMTP simples también se encuentran aquí.

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En la ciencia de redes, como en cualquier otro campo del conocimiento, existen dos enfoques fundamentales del aprendizaje: el movimiento de lo general a lo específico y viceversa. Bueno, no es que en la vida la gente utilice estos enfoques en su forma pura, pero aun así, en las etapas iniciales, cada estudiante elige por sí mismo una de las direcciones mencionadas anteriormente. Para la educación superior (al menos el modelo (post)soviético) el primer método es más típico, para la autoeducación suele ser el segundo: una persona trabajaba en la red, resolviendo de vez en cuando pequeñas tareas administrativas de un solo usuario, y De repente quiso descubrir cómo, en realidad, ¿cómo funciona toda esta basura?

Pero el propósito de este artículo no son discusiones filosóficas sobre metodología de la enseñanza. Me gustaría presentarles a los usuarios novatos que general y lo más importante, desde el que, como desde un fogón, se puede bailar al ritmo de las tiendas privadas más sofisticadas. Al comprender el modelo OSI de siete capas y aprender a “reconocer” sus capas en las tecnologías que ya conoce, podrá avanzar fácilmente en cualquier dirección de la industria de redes que elija. El modelo OSI es el marco sobre el que se sustentará cualquier nuevo conocimiento sobre redes.

Este modelo se menciona de una forma u otra en casi cualquier literatura moderna sobre redes, así como en muchas especificaciones de protocolos y tecnologías específicos. Sin sentir la necesidad de reinventar la rueda, decidí publicar extractos del trabajo de N. Olifer, V. Olifer (Centro Tecnologías de la información) titulado “El papel de los protocolos de comunicación y el propósito funcional de los principales tipos de equipos en redes corporativas”, que considero la mejor y más completa publicación sobre este tema.

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modelo

El hecho de que un protocolo sea un acuerdo entre dos entidades que interactúan, en este caso dos computadoras que trabajan en una red, no significa que sea necesariamente un estándar. Pero en la práctica, al implementar redes, tienden a utilizar protocolos estándar. Estos pueden ser estándares propietarios, nacionales o internacionales.

La Organización Internacional de Normalización (ISO) ha desarrollado un modelo que define claramente los diferentes niveles de interacción entre sistemas, les da nombres estándar y especifica qué trabajo debe realizar cada nivel. Este modelo se denomina modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) o modelo ISO/OSI.

En el modelo OSI la comunicación se divide en siete capas o capas (Figura 1.1). Cada nivel trata de un aspecto específico de la interacción. Así, el problema de interacción se descompone en 7 problemas particulares, cada uno de los cuales puede resolverse independientemente de los demás. Cada capa mantiene interfaces con las capas superiores e inferiores.

Arroz. 1.1. Modelo de interconexión de sistemas abiertos ISO/OSI

El modelo OSI describe sólo las comunicaciones del sistema, no las aplicaciones del usuario final. Las aplicaciones implementan sus propios protocolos de comunicación accediendo a las instalaciones del sistema. Hay que tener en cuenta que la aplicación puede asumir las funciones de algunas de las capas superiores del modelo OSI, en cuyo caso, si es necesario, al interconectarse accede directamente a las herramientas del sistema que realizan las funciones de las restantes capas inferiores del modelo OSI. Modelo OSI.

Una aplicación de usuario final puede utilizar herramientas de interacción del sistema no solo para organizar un diálogo con otra aplicación que se ejecuta en otra máquina, sino también simplemente para recibir los servicios de un servicio de red en particular, por ejemplo, acceder a archivos remotos, recibir correo o imprimir en una impresora compartida.

Entonces, digamos que una aplicación realiza una solicitud a una capa de aplicación, como un servicio de archivos. En base a esta solicitud, el software a nivel de aplicación genera un mensaje en formato estándar, que contiene información de servicio (encabezado) y, posiblemente, datos transmitidos. Este mensaje luego se envía al nivel de representante. La capa de presentación agrega su encabezado al mensaje y pasa el resultado a la capa de sesión, que a su vez agrega su encabezado, y así sucesivamente. Algunas implementaciones de protocolos proporcionan que el mensaje contenga no solo un encabezado, sino también un final. Finalmente, el mensaje llega a la capa física más baja, que en realidad lo transmite a lo largo de las líneas de comunicación.

Cuando un mensaje llega a otra máquina de la red, asciende secuencialmente de un nivel a otro. Cada nivel analiza, procesa y elimina el encabezado de su nivel, realiza las funciones correspondientes a este nivel y pasa el mensaje al nivel superior.

Además del término mensaje, existen otros nombres utilizados por los especialistas en redes para designar una unidad de intercambio de datos. Los estándares ISO para protocolos de cualquier nivel utilizan el término "unidad de datos de protocolo": Unidad de datos de protocolo (PDU). Además, a menudo se utilizan los nombres marco, paquete y datagrama.

Funciones de capa del modelo ISO/OSI

Capa Física: Esta capa se ocupa de la transmisión de bits a través de canales físicos como cable coaxial, cable de par trenzado o cable de fibra óptica. Este nivel está relacionado con las características de los medios físicos de transmisión de datos, como ancho de banda, inmunidad al ruido, impedancia característica y otras. En el mismo nivel se determinan las características de las señales eléctricas, como los requisitos de flancos de pulso, los niveles de voltaje o corriente de la señal transmitida, el tipo de codificación, la velocidad de transmisión de la señal. Además, aquí se estandarizan los tipos de conectores y la finalidad de cada contacto.

Las funciones de la capa física se implementan en todos los dispositivos conectados a la red. En el lado de la computadora, las funciones de la capa física las realiza el adaptador de red o el puerto serie.

Un ejemplo de protocolo de capa física es la especificación de tecnología Ethernet 10Base-T, que define el cable utilizado como un par trenzado no blindado de categoría 3 con una impedancia característica de 100 Ohmios, un conector RJ-45, longitud máxima segmento físico de 100 metros, código Manchester para representar datos en el cable, y otras características del entorno y señales eléctricas.

Capa de enlace de datos: la capa física simplemente transfiere bits. Esto no tiene en cuenta que en algunas redes en las que las líneas de comunicación son utilizadas (compartidas) alternativamente por varios pares de computadoras que interactúan, el medio de transmisión físico puede estar ocupado. Por tanto, una de las tareas de la capa de enlace es comprobar la disponibilidad del medio de transmisión. Otra tarea de la capa de enlace es implementar mecanismos de detección y corrección de errores. Para ello, en la capa de enlace de datos, los bits se agrupan en conjuntos llamados tramas. La capa de enlace garantiza que cada trama se transmita correctamente colocando una secuencia especial de bits al principio y al final de cada trama para marcarla, y también calcula una suma de verificación sumando todos los bytes de la trama de una manera determinada y sumando la suma de verificación. al marco. Cuando llega la trama, el receptor vuelve a calcular la suma de verificación de los datos recibidos y compara el resultado con la suma de verificación de la trama. Si coinciden, el marco se considera correcto y aceptado. Si las sumas de verificación no coinciden, se registra un error.

En los protocolos de capa de enlace utilizados en redes locales, se establece una determinada estructura de conexiones entre computadoras y métodos para abordarlas. Aunque la capa de enlace de datos proporciona entrega de tramas entre dos nodos cualesquiera en una red local, lo hace sólo en una red con una topología de conexión muy específica, precisamente la topología para la que fue diseñada. Las topologías típicas admitidas por los protocolos de capa de enlace LAN incluyen bus compartido, anillo y estrella. Ejemplos de protocolos de capa de enlace son Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

En las redes de área local, las computadoras, puentes, conmutadores y enrutadores utilizan protocolos de capa de enlace. En las computadoras, las funciones de la capa de enlace se implementan mediante los esfuerzos conjuntos de los adaptadores de red y sus controladores.

En las redes globales, que rara vez tienen una topología regular, la capa de enlace de datos garantiza el intercambio de mensajes entre dos computadoras vecinas conectadas por una línea de comunicación individual. Ejemplos de protocolos punto a punto (como a menudo se les llama a estos protocolos) son los protocolos PPP y LAP-B, ampliamente utilizados.

Nivel de red Este nivel sirve para formar un sistema de transporte unificado que une varias redes con diferentes principios para transmitir información entre nodos finales. Veamos las funciones de la capa de red usando las redes locales como ejemplo. El protocolo de capa de enlace de red local garantiza la entrega de datos entre cualquier nodo solo en una red con la adecuada topología típica. Esta es una limitación muy estricta que no permite construir redes con una estructura desarrollada, por ejemplo, redes que combinan varias redes empresariales en una sola red, o redes altamente confiables en las que existen conexiones redundantes entre nodos. Para, por un lado, mantener la simplicidad de los procedimientos de transferencia de datos para topologías estándar y, por otro lado, permitir el uso de topologías arbitrarias, se utiliza una capa de red adicional. En este nivel se introduce el concepto de “red”. En este caso, se entiende por red un conjunto de ordenadores conectados entre sí de acuerdo con una de las topologías típicas estándar y utilizando uno de los protocolos de capa de enlace definidos para esta topología para transmitir datos.

Así, dentro de la red, la entrega de datos está regulada por la capa de enlace de datos, pero la entrega de datos entre redes está regulada por la capa de red.

Los mensajes de la capa de red generalmente se denominan paquetes. Al organizar la entrega de paquetes a nivel de red, se utiliza el concepto. "número de red". En este caso, la dirección del destinatario consta del número de red y el número de computadora en esta red.

Las redes están conectadas entre sí mediante dispositivos especiales llamados enrutadores. Enrutador es un dispositivo que recopila información sobre la topología de las conexiones de red y, en función de ella, reenvía paquetes de la capa de red a la red de destino. Para transmitir un mensaje desde un remitente ubicado en una red a un destinatario ubicado en otra red, es necesario realizar una serie de transferencias de tránsito (saltos) entre redes, eligiendo cada vez la ruta adecuada. Por tanto, una ruta es una secuencia de enrutadores por los que pasa un paquete.

El problema de elegir el mejor camino se llama enrutamiento y su solución es la tarea principal del nivel de red. Este problema se complica por el hecho de que el camino más corto no siempre es el mejor. A menudo, el criterio para elegir una ruta es el tiempo de transmisión de datos a lo largo de esta ruta, depende de la capacidad de los canales de comunicación y de la intensidad del tráfico, que puede cambiar con el tiempo. Algunos algoritmos de enrutamiento intentan adaptarse a los cambios de carga, mientras que otros toman decisiones basadas en promedios a largo plazo. La ruta se puede seleccionar en función de otros criterios, por ejemplo, la fiabilidad de la transmisión.

A nivel de red, se definen dos tipos de protocolos. El primer tipo se refiere a la definición de reglas para transmitir paquetes de datos del nodo final desde el nodo al enrutador y entre enrutadores. Estos son los protocolos a los que normalmente nos referimos cuando la gente habla de protocolos de capa de red. La capa de red también incluye otro tipo de protocolo llamado protocolos de intercambio de información de enrutamiento. Utilizando estos protocolos, los enrutadores recopilan información sobre la topología de las conexiones de red. Los protocolos de capa de red se implementan mediante módulos de software del sistema operativo, así como mediante software y hardware de enrutador.

Ejemplos de protocolos de capa de red son el protocolo de interconexión IP de pila TCP/IP y el protocolo de interconexión de red IPX de Novell.

Capa de transporte: en el camino desde el remitente hasta el destinatario, los paquetes pueden dañarse o perderse. Si bien algunas aplicaciones tienen su propio manejo de errores, hay otras que prefieren lidiar con una conexión confiable de inmediato. El trabajo de la capa de transporte es garantizar que las aplicaciones o las capas superiores de la pila (aplicación y sesión) transfieran datos con el grado de confiabilidad que requieren. El modelo OSI define cinco clases de servicios proporcionados por la capa de transporte. Estos tipos de servicios se distinguen por la calidad de los servicios prestados: urgencia, la capacidad de restaurar las comunicaciones interrumpidas, la disponibilidad de medios para multiplexar múltiples conexiones entre diferentes protocolos de aplicación a través de un protocolo de transporte común y, lo más importante, la capacidad de detectar y corregir errores de transmisión, como distorsión, pérdida y duplicación de paquetes.

La elección de la clase de servicio de la capa de transporte está determinada, por un lado, por la medida en que el problema de garantizar la confiabilidad se resuelve mediante aplicaciones y protocolos de niveles superiores al de transporte y, por otro lado, esta elección depende de qué tan confiable es todo el sistema de transporte de datos en línea. Entonces, por ejemplo, si la calidad de los canales de comunicación es muy alta y la probabilidad de errores no detectados por los protocolos de nivel inferior es pequeña, entonces es razonable utilizar uno de los servicios de capa de transporte livianos que no están sobrecargados con numerosas comprobaciones. , apretón de manos y otras técnicas para aumentar la confiabilidad. Si vehículos inicialmente son muy poco confiables, entonces es aconsejable recurrir al servicio de nivel de transporte más desarrollado, que funciona utilizando los medios máximos para detectar y eliminar errores, estableciendo primero una conexión lógica, monitoreando la entrega de mensajes usando sumas de control y numeración cíclica de paquetes, configuración de tiempos de espera de entrega, etc.

Como regla general, se implementan todos los protocolos, comenzando desde la capa de transporte y superiores. software Nodos finales de la red: componentes de sus sistemas operativos de red. Ejemplos de protocolos de transporte incluyen los protocolos TCP y UDP de la pila TCP/IP y el protocolo SPX de la pila Novell.

Capa de sesión: la capa de sesión proporciona gestión de conversaciones para registrar qué parte está actualmente activa y también proporciona funciones de sincronización. Estos últimos le permiten insertar puntos de control en transferencias largas para que, en caso de falla, pueda volver al último punto de control, en lugar de comenzar todo de nuevo. En la práctica, pocas aplicaciones utilizan la capa de sesión y rara vez se implementa.

Capa de presentación: esta capa proporciona la seguridad de que la información transmitida por la capa de aplicación será entendida por la capa de aplicación en otro sistema. Si es necesario, la capa de presentación convierte los formatos de datos a algún formato de presentación común y, en consecuencia, en la recepción realiza la conversión inversa. De esta manera, las capas de aplicación pueden superar, por ejemplo, diferencias sintácticas en la representación de datos. En este nivel se puede cifrar y descifrar datos, gracias a lo cual se garantiza el secreto del intercambio de datos para todos los servicios de la aplicación a la vez. Un ejemplo de un protocolo que opera en la capa de presentación es el protocolo Secure Socket Layer (SSL), que proporciona mensajería segura para los protocolos de la capa de aplicación de la pila TCP/IP.

Capa de aplicación. La capa de aplicación es en realidad solo un conjunto de varios protocolos con los que los usuarios de la red acceden a recursos compartidos, como archivos, impresoras o páginas web de hipertexto, y también organizan su colaboración, por ejemplo, utilizando el protocolo. Correo electrónico. La unidad de datos sobre la que opera la capa de aplicación generalmente se llama mensaje .

Existe una variedad muy amplia de protocolos de capa de aplicación. Pongamos como ejemplos al menos algunas de las implementaciones más comunes de servicios de archivos: NCP en el sistema operativo Novell NetWare, SMB en Microsoft Windows NT, NFS, FTP y TFTP incluidos en la pila TCP/IP.

El modelo OSI, aunque muy importante, es sólo uno de muchos modelos de comunicación. Estos modelos y sus pilas de protocolos asociados pueden diferir en el número de capas, sus funciones, formatos de mensajes, servicios proporcionados en las capas superiores y otros parámetros.

Características de las pilas de protocolos de comunicación populares

Entonces, la interacción de las computadoras en las redes se produce de acuerdo con ciertas reglas para el intercambio de mensajes y sus formatos, es decir, de acuerdo con ciertos protocolos. Un conjunto de protocolos organizados jerárquicamente, resolviendo el problema La interacción de los nodos de la red se denomina pila de protocolos de comunicación.

Existen muchas pilas de protocolos que se utilizan ampliamente en las redes. Se trata de pilas que cumplen con los estándares nacionales e internacionales, y pilas patentadas que se han generalizado debido a la prevalencia de equipos de una empresa en particular. Ejemplos de pilas de protocolos populares incluyen la pila IPX/SPX de Novell, la pila TCP/IP utilizada en redes de internet y en muchas redes operativas Sistemas UNIX, pila OSI de la Organización Internacional de Normalización, pila DECnet de Digital Equipment Corporation y algunos otros.

El uso de una pila de protocolos de comunicación particular en una red determina en gran medida la apariencia de la red y sus características. Las redes más pequeñas pueden utilizar sólo una pila. En grandes redes corporativas conectando varias redes Por regla general se utilizan varias pilas en paralelo.

Los equipos de comunicación implementan protocolos de capa inferior que están más estandarizados que los protocolos de capa superior, y este es un requisito previo para el éxito. colaboración equipos de diversos fabricantes. La lista de protocolos admitidos por un dispositivo de comunicación en particular es una de las características más importantes de este dispositivo.

Las computadoras implementan protocolos de comunicación en forma de elementos de software correspondientes de un sistema operativo de red; por ejemplo, los protocolos de nivel de enlace generalmente se implementan en forma de controladores de adaptadores de red y los protocolos de nivel superior se implementan en forma de componentes de servidor y cliente. de servicios de red.

La capacidad de funcionar bien en un entorno de sistema operativo particular es una característica importante de los equipos de comunicaciones. A menudo puede leer en los anuncios de un adaptador o concentrador de red que fue diseñado específicamente para funcionar en una red NetWare o UNIX. Esto significa que los desarrolladores de hardware han optimizado sus características para los protocolos utilizados en ese sistema operativo de red, o para una versión determinada de su implementación si estos protocolos se utilizan en diferentes sistemas operativos. Debido a las peculiaridades de la implementación de protocolos en varios sistemas operativos, una de las características de los equipos de comunicación es su certificación de la capacidad para trabajar en el entorno de un determinado sistema operativo.

En los niveles inferiores (físico y de enlace de datos), casi todas las pilas utilizan los mismos protocolos. Se trata de protocolos bien estandarizados: Ethernet, Token Ring, FDDI y algunos otros, que permiten utilizar el mismo equipo en todas las redes.

Los protocolos de red y de capa superior de las pilas estándar existentes son muy variables y generalmente no se ajustan a las capas recomendadas por el modelo ISO. En particular, en estas pilas, las funciones de las capas de sesión y presentación se combinan con mayor frecuencia con la capa de aplicación. Esta discrepancia se debe al hecho de que el modelo ISO apareció como resultado de una generalización de pilas ya existentes y realmente utilizadas, y no al revés.

Pila OSI

Debe hacerse una distinción entre la pila de protocolos OSI y el modelo OSI. Mientras que el modelo OSI define conceptualmente el procedimiento para la interacción de sistemas abiertos, descomponiendo la tarea en 7 capas, estandariza el propósito de cada capa e introduce nombres estándar para las capas, la pila OSI es un conjunto de especificaciones de protocolo muy específicas que forman un sistema consistente. pila de protocolos. Esta pila de protocolos cuenta con el respaldo del gobierno de EE. UU. en su programa GOSIP. Todo Red de computadoras Las instalaciones gubernamentales posteriores a 1990 deben soportar directamente la pila OSI o proporcionar un medio para migrar a esa pila en el futuro. Sin embargo, la pila OSI es más popular en Europa que en EE. UU., ya que Europa tiene menos redes heredadas instaladas que utilizan sus propios protocolos. También existe una gran necesidad de una pila común en Europa, ya que hay muchos países diferentes.

Se trata de una norma internacional independiente del fabricante. Puede permitir la colaboración entre corporaciones, socios y proveedores. Esta interacción se complica por cuestiones de dirección, denominación y seguridad de los datos. Todos estos problemas se resuelven parcialmente en la pila OSI. Los protocolos OSI requieren mucha potencia informática procesador central, haciéndolos más adecuados para máquinas potentes que para redes Computadoras personales. La mayoría de las organizaciones recién están planificando la transición a la pila OSI. Entre quienes trabajan en esta dirección se encuentran el Departamento de Marina de los EE. UU. y la red NFSNET. Uno de los mayores fabricantes que respaldan OSI es AT&T. Su red Stargroup se basa completamente en la pila OSI.

Por razones obvias, la pila OSI, a diferencia de otras pilas estándar, cumple totalmente con el modelo de interconexión OSI; incluye especificaciones para las siete capas del modelo de interconexión de sistemas abiertos (Figura 1.3).

Arroz. 1.3. Pila OSI

En La pila OSI admite los protocolos Ethernet, Token Ring, FDDI, así como los protocolos LLC, X.25 e ISDN. Estos protocolos se analizarán en detalle en otras secciones del manual.

Servicios red, transporte y sesión niveles También están disponibles en la pila OSI, pero no son muy comunes. La capa de red implementa protocolos basados ​​en conexión y sin conexión. El protocolo de transporte de pila OSI, coherente con las funciones definidas para él en el modelo OSI, oculta las diferencias entre servicios de red orientados a conexión y sin conexión para que los usuarios reciban la calidad de servicio deseada independientemente de la capa de red subyacente. Para proporcionar esto, la capa de transporte requiere que el usuario especifique la calidad de servicio deseada. Se han definido 5 clases de servicio de transporte, desde la clase más baja 0 hasta la clase más alta 4, que se diferencian en el grado de tolerancia a errores y los requisitos para la recuperación de datos después de errores.

Servicios nivel de aplicación incluyen transferencia de archivos, emulación de terminal, servicios de directorio y correo. De estos, los más prometedores son el servicio de directorio (estándar X.500), el correo electrónico (X.400), el protocolo de terminal virtual (VT), el protocolo de transferencia, acceso y gestión de archivos (FTAM), y el protocolo de reenvío y gestión de trabajos (JTM). . Recientemente, ISO ha concentrado sus esfuerzos en servicios de alto nivel.

Las Recomendaciones X.400 definen el siguiente conjunto mínimo requerido de servicios que se deben proporcionar a los usuarios: control de acceso, mantenimiento de identificadores únicos de mensajes del sistema, notificación de entrega o no entrega de mensajes con motivo, indicación del tipo de contenido del mensaje, indicación de conversión del contenido del mensaje, transmisión y marcas de tiempo de entrega, seleccionar una categoría de entrega (urgente, no urgente, normal), entrega multidifusión, entrega retrasada (hasta un momento específico), transformar contenido para interactuar con sistemas de correo incompatibles como servicios de télex y fax, consultar si se entregó un mensaje específico, listas de correo, que pueden tener una estructura anidada, medios para proteger los mensajes del acceso no autorizado, basados ​​en un criptosistema de clave pública asimétrica.

El propósito de las recomendaciones. X.500 es el desarrollo de estándares globales mesa de ayuda. El proceso de entrega de un mensaje requiere conocimiento de la dirección del destinatario, lo cual es un problema en redes grandes, por lo que es necesario contar con una mesa de ayuda que ayude a obtener las direcciones de remitentes y destinatarios. En general, un servicio X.500 es una base de datos distribuida de nombres y direcciones. Todos los usuarios tienen potencialmente permiso para iniciar sesión en esta base de datos utilizando un conjunto específico de atributos.

Las siguientes operaciones están definidas en la base de datos de nombres y direcciones:

• leer: obtener una dirección con un nombre conocido,
• solicitud: obtener un nombre basado en atributos de dirección conocidos,
• Modificación que implica eliminar y agregar registros en una base de datos.

Los principales desafíos para implementar las recomendaciones X.500 surgen de la escala de este proyecto, que pretende ser un servicio de referencia a nivel mundial. Por lo tanto, el software que implementa las recomendaciones X.500 es muy engorroso y exige mucho rendimiento del hardware.

Protocolo Vermont Resuelve el problema de incompatibilidad entre diferentes protocolos de emulación de terminal. Actualmente, un usuario de una computadora personal compatible con una IBM PC necesita comprar tres varios programas para emulación de terminal varios tipos y utilizando diferentes protocolos. Si cada computadora host tuviera un software de protocolo de emulación de terminal ISO, entonces el usuario solo necesitaría un programa que admitiera el protocolo VT. En su estándar, ISO ha acumulado funciones de emulación de terminal ampliamente utilizadas.

La transferencia de archivos es el servicio informático más común. Todas las aplicaciones necesitan acceso a archivos, tanto locales como remotos. editores de texto, correo electrónico, bases de datos o programas de lanzamiento remoto. ISO proporciona dicho servicio en el protocolo. FTAM. Junto con el estándar X.400, es el estándar de pila OSI más popular. FTAM proporciona funciones para localizar y acceder al contenido del archivo e incluye un conjunto de directivas para insertar, reemplazar, ampliar y borrar el contenido del archivo. FTAM también proporciona funciones para manipular el archivo en su totalidad, incluida la creación, eliminación, lectura, apertura, cierre del archivo y selección de sus atributos.

Protocolo de Reenvío y Control de Trabajo JTM Permite a los usuarios reenviar el trabajo que debe completarse en la computadora host. El lenguaje de control de trabajos que permite el envío de trabajos le dice a la computadora host qué acciones deben realizarse en qué programas y archivos. El protocolo JTM admite el procesamiento por lotes tradicional, el procesamiento de transacciones, la entrada remota de trabajos y el acceso distribuido a bases de datos.

Pila TCP/IP

La pila TCP/IP, también llamada pila DoD y pila de Internet, es una de las pilas de protocolos de comunicación más populares y prometedoras. Si actualmente se distribuye principalmente en redes con SO UNIX, entonces su implementación en Últimas Versiones Los sistemas operativos de red para ordenadores personales (Windows NT, NetWare) son un buen requisito previo para el rápido crecimiento del número de instalaciones de la pila TCP/IP.

La pila fue desarrollada por iniciativa del Departamento de Defensa de EE. UU. (DoD) hace más de 20 años para conectar la red experimental ARPAnet con otras redes satelitales como un conjunto de protocolos comunes para entornos informáticos heterogéneos. La red ARPA apoyó a desarrolladores e investigadores en campos militares. En la red ARPA la comunicación entre dos computadoras se realizaba mediante el Protocolo de Internet (IP), que hasta el día de hoy es uno de los principales de la pila TCP/IP y aparece en el nombre de la pila.

La Universidad de Berkeley hizo una contribución importante al desarrollo de la pila TCP/IP implementando protocolos de pila en su versión del sistema operativo UNIX. La adopción generalizada del sistema operativo UNIX también condujo a la adopción generalizada de IP y otros protocolos de pila. Todo el mundo trabaja en la misma pila red de información Internet, cuya división, Internet Engineering Task Force (IETF), es un importante contribuyente a la mejora de los estándares de pila publicados en forma de especificaciones RFC.

Dado que la pila TCP/IP se desarrolló antes de la llegada del modelo de interconexión de sistemas abiertos ISO/OSI, aunque también tiene una estructura de múltiples niveles, la correspondencia de los niveles de la pila TCP/IP con los niveles del modelo OSI es bastante condicional. .

La estructura de los protocolos TCP/IP se muestra en la Figura 1.4. Los protocolos TCP/IP se dividen en 4 capas.

Arroz. 1.4. Pila TCP/IP

El más bajo ( nivel IV ) - nivel entre interfaces de red- Corresponde a las capas física y de enlace de datos del modelo OSI. Este nivel en los protocolos TCP/IP no está regulado, pero admite todos los estándares populares de la capa física y de enlace de datos: para canales locales, estos son Ethernet, Token Ring, FDDI, para canales globales, sus propios protocolos para operar en dial analógico. Líneas activas y arrendadas SLIP/PPP, que establecen conexiones punto a punto a través de enlaces serie. redes globales y protocolos WAN X.25 e ISDN. También se ha desarrollado una especificación especial que define el uso de la tecnología ATM como transporte de capa de enlace de datos.

Siguiente nivel ( nivel III ) es la capa de interconexión que se ocupa de la transmisión de datagramas utilizando varias redes locales, redes de área X.25, líneas ad hoc, etc. La pila utiliza el protocolo IP, que fue diseñado originalmente como un protocolo para transmitir paquetes en redes compuestas que constan de una gran cantidad de redes locales conectadas mediante conexiones tanto locales como globales. Por lo tanto, el protocolo IP funciona bien en redes con topologías complejas, aprovechando racionalmente la presencia de subsistemas en ellas y gastando económicamente. rendimiento Líneas de comunicación de baja velocidad. El protocolo IP es un protocolo de datagramas.

El nivel de interconexión de redes también incluye todos los protocolos relacionados con la compilación y modificación de tablas de enrutamiento, como los protocolos para recopilar información de enrutamiento. ROTURA.(Protocolo de Internet de enrutamiento) y OSPF(Abra primero la ruta más corta), así como el Protocolo de mensajes de control de Internet ICMP(Protocolo de mensajes de control de Internet). Este último protocolo está diseñado para intercambiar información de error entre el enrutador y la puerta de enlace, el sistema de origen y el sistema de destino, es decir, para organizar comentario. Al utilizar paquetes ICMP especiales, se informa que es imposible entregar un paquete, que se ha excedido la vida útil o la duración de ensamblar un paquete a partir de fragmentos, valores de parámetros anómalos, un cambio en la ruta de reenvío y el tipo de servicio, el estado de el sistema,etc

Siguiente nivel ( nivel II) se llama básico. El protocolo de control de transmisión opera en este nivel. tcp(Protocolo de control de transmisión) y protocolo de datagramas de usuario UDP(Protocolo de datagramas de usuario). El protocolo TCP proporciona una conexión virtual estable entre procesos de aplicaciones remotas. El protocolo UDP garantiza la transmisión de paquetes de aplicaciones mediante el método de datagramas, es decir, sin establecer una conexión virtual y, por lo tanto, requiere menos gastos generales que TCP.

Nivel superior ( nivel yo) se llama aplicado. Durante muchos años de uso en las redes de varios países y organizaciones, la pila TCP/IP ha acumulado una gran cantidad de protocolos y servicios a nivel de aplicación. Estos incluyen protocolos tan ampliamente utilizados como el protocolo de copia de archivos FTP, el protocolo de emulación de terminal telnet, el protocolo de correo protocolo SMTP, utilizado en el correo electrónico de Internet y su sucursal rusa RELCOM, servicios de hipertexto para acceder a información remota, como WWW y muchos otros. Echemos un vistazo más de cerca a algunos de ellos que están más relacionados con los temas de este curso.

Protocolo SNMP(Protocolo simple de administración de red) se utiliza para organizar la administración de la red. El problema de la gestión se divide aquí en dos problemas. La primera tarea está relacionada con la transferencia de información. Los protocolos de transferencia de información de control determinan el procedimiento de interacción entre el servidor y el programa cliente que se ejecuta en el host del administrador. Definen los formatos de mensajes que se intercambian entre clientes y servidores, así como los formatos de nombres y direcciones. El segundo desafío está relacionado con los datos controlados. Los estándares regulan qué datos deben almacenarse y acumularse en las puertas de enlace, los nombres de estos datos y la sintaxis de estos nombres. El estándar SNMP define una especificación base de información datos de gestión de red. Esta especificación, conocida como Base de información de gestión (MIB), define los elementos de datos que un host o puerta de enlace debe almacenar y las operaciones permitidas sobre ellos.

Protocolo de transferencia de archivos ftp(Transferencia de archivos Protocolo) implementa el acceso remoto a archivos. Para garantizar una transferencia fiable, FTP utiliza el protocolo orientado a conexión TCP como medio de transporte. Además del protocolo de transferencia de archivos, FTP ofrece otros servicios. Esto le da al usuario la oportunidad trabajo interactivo con una máquina remota, por ejemplo, puede imprimir el contenido de sus directorios; FTP permite al usuario especificar el tipo y formato de los datos que se almacenarán. Finalmente, FTP autentica a los usuarios. Antes de acceder al archivo, el protocolo requiere que los usuarios proporcionen su nombre de usuario y contraseña.

En la pila TCP/IP, FTP ofrece el conjunto más completo de servicios de archivos, pero también es el más complejo de programar. Las aplicaciones que no requieren todas las capacidades de FTP pueden utilizar otro protocolo más rentable: el Protocolo simple de transferencia de archivos. TFTP(Protocolo trivial de transferencia de archivos). Este protocolo solo implementa la transferencia de archivos y el transporte utilizado es un protocolo sin conexión más simple que TCP: UDP.

Protocolo Telnet proporciona la transferencia de un flujo de bytes entre procesos, así como entre un proceso y un terminal. Muy a menudo, este protocolo se utiliza para emular un terminal de computadora remoto.

Pila IPX/SPX

Esta pila es la pila de protocolos original de Novell, que desarrolló para su sistema operativo de red NetWare a principios de los años 80. Los protocolos Internetwork Packet Exchange (IPX) y Sequenced Packet Exchange (SPX), que dan nombre a la pila, son adaptaciones directas de los protocolos XNS de Xerox, que son mucho menos comunes que IPX/SPX. En términos de instalaciones, los protocolos IPX/SPX son los líderes, y esto se debe al hecho de que el propio sistema operativo NetWare ocupa una posición de liderazgo con una cuota de instalaciones en todo el mundo de aproximadamente el 65%.

La familia de protocolos Novell y su correspondencia con el modelo ISO/OSI se presentan en la Figura 1.5.

Arroz. 1.5. Pila IPX/SPX

En niveles físicos y de enlace de datos Las redes Novell utilizan todos los protocolos populares de estos niveles (Ethernet, Token Ring, FDDI y otros).

En nivel de red el protocolo funciona en la pila de Novell IPX, así como protocolos de intercambio de información de enrutamiento. ROTURA. Y PNL(análogo al protocolo OSPF de la pila TCP/IP). IPX es un protocolo que se ocupa del direccionamiento y enrutamiento de paquetes en redes Novell. Las decisiones de enrutamiento IPX se basan en los campos de dirección en el encabezado del paquete, así como en la información de los protocolos de intercambio de información de enrutamiento. Por ejemplo, IPX utiliza información proporcionada por RIP o NLSP (Protocolo de estado de enlace de NetWare) para reenviar paquetes a la computadora de destino o al siguiente enrutador. El protocolo IPX admite únicamente el método de datagramas para el intercambio de mensajes, por lo que consume recursos informáticos de forma económica. Entonces, el protocolo IPX proporciona tres funciones: establecer una dirección, establecer una ruta y enviar datagramas.

La capa de transporte del modelo OSI en la pila de Novell corresponde al protocolo SPX, que realiza la transferencia de mensajes orientada a la conexión.

En la parte superior Niveles de aplicación, presentación y sesión. Los protocolos NCP y SAP funcionan. Protocolo PNC(NetWare Core Protocol) es un protocolo para la interacción entre el servidor NetWare y el shell de la estación de trabajo. Este protocolo de capa de aplicación implementa la arquitectura cliente-servidor en las capas superiores del modelo OSI. Utilizando las funciones de este protocolo, la estación de trabajo se conecta al servidor, asigna los directorios del servidor a letras de unidades locales, explora el sistema de archivos del servidor, copia archivos eliminados, cambia sus atributos, etc., y también realiza división. impresora de red entre estaciones de trabajo.

Los servidores y enrutadores utilizan SAP para anunciar sus servicios y direcciones de red. El protocolo SAP permite que los dispositivos de red actualicen constantemente información sobre los servicios que están disponibles actualmente en la red. Al inicio, los servidores utilizan SAP para notificar al resto de la red sobre sus servicios. Cuando un servidor se apaga, utiliza SAP para notificar a la red que sus servicios han cesado.

En las redes Novell, los servidores NetWare 3.x envían paquetes de difusión SAP cada minuto. Los paquetes SAP obstruyen significativamente la red, por lo que una de las principales tareas de los enrutadores que acceden a las comunicaciones globales es filtrar el tráfico de los paquetes SAP y los paquetes RIP.

Las características de la pila IPX/SPX están determinadas por las características del sistema operativo NetWare, es decir, su orientación. versiones anteriores(hasta 4.0) para trabajar en pequeñas redes locales formadas por ordenadores personales con recursos modestos. Por lo tanto, Novell necesitaba protocolos que requirieran un número mínimo de memoria de acceso aleatorio(limitado en computadoras compatibles con IBM que ejecutan MS-DOS a 640 KB) y que se ejecutaría rápidamente en procesadores de baja potencia de procesamiento. Como resultado, los protocolos de pila IPX/SPX hasta hace poco funcionaban bien en redes locales y no tan bien en grandes redes corporativas, ya que sobrecargaban enlaces globales lentos con paquetes de difusión que son utilizados intensivamente por varios protocolos en esta pila (por ejemplo, para establecer comunicaciones entre clientes y servidores).

Esta circunstancia, así como el hecho de que la pila IPX/SPX es propiedad de Novell y requiere una licencia para implementarla, ha limitado durante mucho tiempo su distribución sólo a redes NetWare. Sin embargo, cuando se lanzó NetWare 4.0, Novell había realizado y continúa realizando cambios importantes en sus protocolos con el objetivo de adaptarlos para funcionar en redes corporativas. Ahora la pila IPX/SPX se implementa no sólo en NetWare, sino también en varios otros sistemas operativos de red populares: SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

Pila NetBIOS/SMB

Microsoft e IBM trabajaron juntos en herramientas de red para computadoras personales, por lo que la pila de protocolos NetBIOS/SMB es su creación conjunta. NetBIOS se introdujo en 1984 como una extensión de red de las funciones estándar del sistema básico de entrada/salida (BIOS) de IBM PC para programa de red PC Network de IBM, que a nivel de aplicación (Fig. 1.6) utilizó el protocolo SMB (Server Message Block) para implementar servicios de red.

Arroz. 1.6. Pila NetBIOS/SMB

Protocolo NetBIOS Funciona en tres niveles del modelo de interacción de sistemas abiertos: red, transporte y sesión. NetBIOS puede proporcionar un nivel de servicio superior a los protocolos IPX y SPX, pero no tiene capacidades de enrutamiento. Por tanto, NetBIOS no es un protocolo de red en el sentido estricto de la palabra. NetBIOS contiene muchas funciones de red útiles que se pueden atribuir a las capas de red, transporte y sesión, pero no se puede utilizar para enrutar paquetes, ya que el protocolo de intercambio de tramas NetBIOS no introduce el concepto de red. Esto limita el uso del protocolo NetBIOS a redes locales que no están divididas en subredes. NetBIOS admite comunicaciones basadas en datagramas y conexiones.

Protocolo PYME, correspondiente a los niveles de aplicación y representativos del modelo OSI, regula la interacción de la estación de trabajo con el servidor. Las funciones SMB incluyen las siguientes operaciones:

• Gestión de sesiones. Creación y ruptura de un canal lógico entre la estación de trabajo y los recursos de red del servidor de archivos.
• Acceso a archivos. Una estación de trabajo puede comunicarse con el servidor de archivos con solicitudes para crear y eliminar directorios, crear, abrir y cerrar archivos, leer y escribir en archivos, cambiar el nombre y eliminar archivos, buscar archivos, obtener y configurar atributos de archivos y bloquear registros.
• Servicio de impresión. La estación de trabajo puede poner en cola archivos para imprimir en el servidor y obtener información sobre la cola de impresión.
• Servicio de mensajería. SMB admite mensajería simple con las siguientes funciones: enviar un mensaje simple; enviar un mensaje de difusión; enviar inicio del bloque de mensajes; enviar texto de bloque de mensajes; enviar bloque de fin de mensaje; reenviar nombre de usuario; cancelar el envío; obtener el nombre de la máquina.

Debido a la gran cantidad de aplicaciones que utilizan las funciones API proporcionadas por NetBIOS, muchos sistemas operativos de red implementan estas funciones como una interfaz para sus protocolos de transporte. NetWare tiene un programa que emula funciones de NetBIOS basadas en el protocolo IPX y existen emuladores de software para NetBIOS para Windows NT y la pila TCP/IP.

¿Por qué necesitamos este valioso conocimiento? (editorial)

Una vez un colega me hizo una pregunta complicada. Bueno, dice, ya sabes qué es el modelo OSI... ¿Y por qué lo necesitas? ¿Cuál es el beneficio práctico de este conocimiento: a menos que te muestres delante de tontos? No es cierto, los beneficios de este conocimiento son un enfoque sistemático para resolver muchos problemas prácticos. Por ejemplo:

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