01
febrero
2019

Modelo de Referencia OSI

La Organización Internacional para la Normalización (ISO) a finales de la década de 1960, desarrolló un modelo conceptual para la conexión en red que denominó: Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (Open Systems Interconnection Reference Model), y que se convirtió en poco tiempo en un referente como estándar internacional para las comunicaciones en red, al ofrecer un marco de trabajo conceptual que permite explicar el modo en que los datos se desplazan dentro de una red entre un dispositivo y otro.

El también conocido como Modelo OSI, divide en siete capas el proceso de transmisión de la información, donde cada capa se encarga de ejecutar una determinada parte del proceso global de comunicación. Este marco de trabajo estructurado en capas, puede utilizarse para describir y explicar el conjunto de protocolos reales que se utilizan para la conexión de las redes de trasmisión de datos.

El modelo OSI abarca una serie de eventos importantes que se producen durante la comunicación entre dispositivos, pues proporciona normas básicas para una serie de procesos distintos de conexión en la red. Entre ellos:

  • El modo en que los datos se traducen a un formato apropiado para la viajar por la red hasta llegar a su destino.
  • El modo en que los dispositivos de la red intercambian información utilizando un canal de comunicación entre el remitente y el destinatario.
  • El modo en que los datos se transmiten entre los dispositivos, y la forma en que se resuelve su secuenciación y comprobación de errores.
  • El modo en que el direccionamiento lógico de los paquetes pasa a convertirse en el direccionamiento físico que proporciona la red.

Capas del Modelo OSI

Las capas del modelo OSI describen el proceso de transmisión de los datos dentro de una red. Una pirámide de 7 niveles es uno de los modos que mejor ilustran la estructura del Modelo OSI, cada uno numerado de abajo hacia arriba; también esta estructura en capas es conocida como: la pila OSI.

Las capas que propone el Modelo OSI son:

  • Capa 7 o de Aplicación: la más cercana al usuario final. Interactúa directamente con el software y las aplicaciones que se emplean para la comunicación en red.
  • Capa 6 o de Presentación: especifica el formato, estructura de los datos, codificación, compresión y otros, asegurándose que lo que se envía de un dispositivo a otro pueda ser interpretado.
  • Capa 5 o de Sesión: responsable de establecer, mantener, administrar, y terminar sesiones de comunicación entre las aplicaciones de diferentes dispositivos.
  • Capa 4 o de Transporte: proporciona servicios para segmentar, transferir y volver a ensamblar los datos.
  • Capa 3 o de Red: responsable del direccionamiento, enrutamiento y definición de las mejores rutas posibles para el envío de los datos.
  • Capa 2 o de Enlace: define el formato de los datos para ser transmitidos a través de los medios físicos. Indica como acceder a la dirección física, el manejo de errores y el control del flujo.
  • Capa 1 o Física: define especificaciones como las condiciones eléctricas y mecánicas necesarias para activar, mantener y desactivar las conexiones físicas entre los dispositivos.

Las capas del modelo con las que interactúa directamente un usuario son la primera (interfaz de aplicación con que se interactúa) y la última (cables y conectores de red); las cinco capas intermedias desempeñan un papel decisivo en la transmisión de la información por la red de trasmisión de datos.

El modelo OSI describe, en términos abstractos, cuáles son los procesos que se han de llevar a cabo para que la comunicación funcione a través de una red; es decir, no especifica “como” se deben hacer las cosas, sino que “se necesita” para realizarlas.

Las 7 capas del modelo OSI están divididas en dos grupos: las superiores, y las inferiores. El término de capas inferiores abarca de la capa 1 a la 4 (de la capa física a la de transporte), y el de capas superiores se refiere desde la capa 5 a la 7 (de sesión hasta aplicación).

Las capas superiores están relacionadas con las cuestiones de las aplicaciónes (por ejemplo: la interface para el usuario y el formato de los datos), mientras que las capas inferiores están relacionas con las cuestiones del transporte (por ejemplo: cómo los datos atraviesan la red y las características físicas de la misma).

Capa 7 o de Aplicación:

La capa de aplicación proporciona la interfaz y los servicios que soportan las aplicaciones de usuario. También se encarga de ofrecer acceso general a la red.

Esta capa suministra las herramientas que el usuario, de hecho, observa. También ofrece los servicios de red relacionados con estas aplicaciones, como la gestión de mensajes, la transferencia de archivos y las consultas a bases de datos.

Capa 6 o de Presentación:

La capa de presentación puede considerarse el traductor del modelo OSI. Esta capa
toma los paquetes de datos de la capa de aplicación y los convierte a un formato genérico que pueden leer todos los dispositivos. Por ejemplo, los datos escritos en caracteres ASCII se traducirán a un formato más básico y genérico.

La capa de presentación también se encarga de cifrar los datos (si así lo requiere la
aplicación utilizada en la capa de aplicación) así como de comprimirlos para reducir su tamaño. El paquete que crea la capa de presentación contiene los datos prácticamente con el formato con el que viajarán por las restantes capas de la pila OSI (aunque las capas siguientes irán añadiendo elementos al paquete, lo cual puede dividir los datos en paquetes más pequeños).

Capa 5 o de Sesión:

La capa de sesión es la encargada de establecer el enlace de comunicación o sesión entre los dispositivos emisor y receptor. Esta capa también gestiona la sesión que se establece entre ambos nodos, que una vez establecida, pasa a encargarse de ubicar puntos de control en la secuencia de datos.

La capa de sesión proporciona cierta tolerancia a fallos dentro de la sesión de comunicación. Si una sesión falla y se pierde la comunicación entre los nodos, cuando después se restablezca sólo tendrán que volver a enviarse los datos situados detrás del último punto de control recibido. Así se evita el tener que enviar de nuevo todos los paquetes que incluía la sesión.

Los protocolos que operan en la capa de sesión pueden proporcionar dos tipos distintos de enfoques para que los datos vayan del emisor al receptor: la comunicación orientada a la conexión y la comunicación sin conexión.

Los protocolos orientados a conexión operan de forma similar a como se realiza una llamada telefónica entre dos personas: en este caso, la sesión se establece cuando la persona que llama solicita con quien desea hablar, y de este modo se establece una conexión directa mientras dura la conversación; para finalizarla, ambas se ponen de acuerdo para dar por terminada la sesión (conversación) y cuelgan el teléfono a la par.

El funcionamiento de los protocolos sin conexión se parece más bien a un sistema de correo tradicional. Para enviar una carta, el remitente proporciona la dirección del destinatario en el sobre y lo echa en el buzón de correos. Se sobrentiende que la dirección permitirá que la carta llegue sin contratiempos a su destino, y sin necesidad de un permiso previo (del destinatario) para recibirla.

Capa 4 o de Transporte:

La capa de transporte es la encargada de controlar el flujo de datos entre los nodos que establecen una comunicación; los datos no sólo deben entregarse sin errores, sino además en la secuencia que proceda.

La capa se ocupa también de evaluar el tamaño de los paquetes con el fin de que éstos tengan el requerido por las capas inferiores; el tamaño de los mismos lo dicta la arquitectura de red que se utilice.

Esta comunicación en la capa de transporte resulta muy útil cuando el dispositivo emisor manda paquetes de datos al receptor.  En este caso, el nodo receptor tomará todos los datos que pueda aceptar de una sola vez y pasará a enviar una señal de “ocupado” si se envían más datos. Una vez que los haya procesado y se encuentre listo para recibir más paquetes, enviará al emisor un mensaje para que continúe con los restantes.

Capa 3 o de Red:

La capa de red encamina los paquetes además de ocuparse de entregarlos. La determinación de la ruta que deben seguir los datos se produce en esta capa, lo mismo que el intercambio efectivo de los mismos dentro de dicha ruta.

La Capa 3 es donde las direcciones lógicas (como las direcciones IP de un dispositivo, por ejemplo) pasan a convertirse en direcciones físicas o dirección de hardware (NIC: Network Interface Card o Tarjeta de Interfaz para Red).

Los routers operan precisamente en la capa de red y utilizan los protocolos de encaminamiento de esta capa para determinar la ruta que deben seguir los paquetes de datos.

Capa 2 o de Enlace:

Cuando los paquetes de datos llegan a la capa de enlace de datos, éstos pasan a ubicarse en tramas (unidades de datos), que vienen definidas por la arquitectura de red que se está utilizando (como Ethernet, u otras).

La capa de enlace de datos se encarga de desplazar los datos por el enlace físico de comunicación hasta el nodo receptor, e identifica cada dispositivo incluido en la red de acuerdo con su dirección de hardware, que viene codificada en la NIC.

La capa de enlace de datos también se asegura de que las tramas enviadas por el enlace físico se reciban sin error alguno. Por ello, los protocolos que operan en esta capa adjuntan un Chequeo de Redundancia Cíclica (Cyclical Redundancy Check o CRC) al final de cada trama.

El CRC es básicamente un valor que se calcula tanto en la computadora emisora como en la receptora. Si los dos valores CRC coinciden, significa que la trama se recibió correcta e íntegramente, y no sufrió error alguno durante su transferencia.

Capa 1 o Física:

En la capa física las tramas procedentes de la capa de enlace de datos se convierten en una secuencia única de bits que puede transmitirse por el entorno físico de la red.

La capa física también determina los aspectos físicos sobre la forma en que el cableado está enganchado a la NIC de la computadora. En la computadora receptora de datos, la capa física es la encargada de recibir la secuencia única de bits (es decir, información formada por 1 y 0).

Encapsulado y Desencapsulado

Los paquetes de datos no solo recorren cada capa del modelo OSI del dispositivo remitente y destinatario, sino también el de todos aquellos dispositivos por los que deban pasar los paquetes, como routers, servidores específicos u otros dispositivos intermedios.

Cuando un router, por ejemplo, recibe un paquete de datos que previamente recorrió todo el modelo de capas OSI en el dispositivo remitente, decodifica las señales de bits en la capa 1, y a continuación, se leen las direcciones MAC de la capa 2 y las direcciones IP y los protocolos de enrutamiento de la capa 3. Con estos datos, el router ya se encuentra en condiciones de tomar una decisión en cuanto a su reenvío. El paquete de datos, encapsulado de nuevo y basándose en la información obtenida, puede ser reenviado entonces a la próxima estación, en su camino hacia el destino.

Por regla general, en la transmisión de datos participa más de un router u otros dispositivos, y en ellos tiene lugar el proceso de encapsulado y desencapsulado hasta que el paquete de datos llega a quien va dirigido.

Suit de Protocolos

El modelo OSI ofrece un marco para la comunicación de protocolos entre dispositivos conectados en red. En el intercambio de información, un protocolo es entendido como un conjunto de reglas que se deben seguir.

En una capa no se define un único protocolo sino una función de comunicación de datos que puede ser realizada por varios protocolos. Cada protocolo se comunica con su igual en la capa equivalente del sistema remoto, por lo que solo ha de ocuparse de la comunicación con su gemelo, sin preocuparse de las capas superior o inferior del modelo.

Existen conjuntos o suits de protocolos que definen funciones establecidas en las 7 capas de modelo de referencia OSI. La suit de protocolos más extensamente usada en la actualidad es la TCP/IP, que ha llegado a establecer un modelo de arquitectura más simple que el modelo OSI, como resultado de la agrupación de diversas capas en una sola o bien por no usar alguna de las capas propuestas en dicho modelo de referencia.