Qué es el modelo OSI y cuál es su función
En el siguiente artículo vamos a echar un vistazo básico a qué es el modelo OSI y cual es su función. Este modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconnection) se lanzó en 1984, y fue el modelo de red descriptivo creado por ISO (International Organization for Standarization). El modelo OSI no es más que un estándar para los protocolos de red. Estos protocolos son reglas de comunicación que se utilizan para conectar dos o más equipos. Lo que hace el modelo OSI es agrupar estos protocolos en grupos específicos o capas.
Este estándar perseguía el ambicioso objetivo de conseguir interconectar sistemas de procedencia distinta, para que estos pudieran intercambiar información sin ningún tipo de impedimento, debido a los protocolos con los que estos operaban de forma propia según su fabricante. El modelo OSI está conformado por 7 capas o niveles de abstracción. Cada uno de estos niveles tendrá sus propias funciones, para que en conjunto sean capaces de poder alcanzar su objetivo final. Precisamente esta separación en niveles hace posible la intercomunicación de protocolos distintos, al concentrar funciones específicas en cada nivel de operación.
Como decía, cada capa del modelo OSI tiene una función específica y se comunica con las capas superiores e inferiores. Los protocolos serán los encargados de la comunicación entre equipos, de forma que un host pueda interactuar con otro distinto, capa a capa.
Hay que recordar que OSI es un modelo teórico de referencia, es decir, una normativa estándar útil para que sistemas de distintos fabricantes y/o empresas se comuniquen de forma óptima. Algo que se debe tener muy presente, es que el modelo OSI no es la definición de una topología ni un modelo de red en sí mismo. Lo que realmente hace OSI es definir la funcionalidad de ellos para conseguir un estándar. Este modelo tampoco especifica ni define los protocolos que se utilizan en la comunicación, ya que estos están implementados de forma independiente.
Las 7 capas del modelo OSI
Esta arquitectura aborda el problema de la comunicación electrónica con un método de 7 capas o niveles. La información de más alto nivel de la Capa 7, es donde se trabaja con datos de aplicación, y estos se van encapsulando y transformando hasta llegar a la Capa 1, o de más bajo nivel, la cual gestiona bits puros para ser transmitidos a un medio físico (señales eléctricas, ondas de radio, pulsos de luz…).
Capa Física (Nivel 1)
Esta es la capa más baja del modelo OSI, y se encarga de la topología de red y de las conexiones globales de los equipos hacia la red. Se refiere tanto al medio físico como a la forma en la que se transmite la información y de las redes. El nivel físico o capa física (Nivel 1) es donde se realizan las transformaciones que se le hacen a la secuencia de bits para transmitirlos de un lugar a otro.
Esta capa se encarga de transmitir los bits de información a través del medio utilizado para la transmisión. También se ocupa de las propiedades físicas y características eléctricas de los diversos componentes. Además se va a encargar de aspectos mecánicos de las conexiones y terminales, incluyendo la interpretación de las señales eléctricas/electromagnéticas.
La Capa Física (Nivel 1) es la que se encarga de las conexiones físicas de los equipos hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico (medios guiados y medios no guiados), a las características del medio (tipo de cable o calidad del mismo; tipo de conectores normalizados, etc …) y a la forma en la que se transmite la información.
La capa física recibe un flujo de bits e intenta enviarlo al destino, no siendo su responsabilidad entregarlos libre de errores, ya que esta responsabilidad es de la capa de enlace de datos. La capa física le proporciona servicios a la de enlaces de datos, con el objetivo que esta le proporcione servicios a la capa de red.
Capa de enlace de datos (Nivel 2)
Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, del acceso al medio, de la detección de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo. Es responsable de la transferencia fiable de la información a través de un circuito de transmisión de datos. Esta capa recibe peticiones de la capa de red y utiliza los servicios de la capa física.
Cualquier medio de transmisión debe ser capaz de proporcionar una transmisión sin errores, es decir, un tránsito de datos fiable a través de un enlace físico. Para lograr esto, tiene que montar bloques de información (llamados tramas en esta capa), dotarles de una dirección de capa de enlace (Dirección MAC), gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del control de flujo entre equipos. Por eso, esta capa debe crear y reconocer los límites de las tramas, así como resolver los problemas derivados del deterioro, pérdida o duplicidad de estos bloques de información.
También puede incluir algún mecanismo de regulación del tráfico, con el que evitar la saturación de un receptor que sea más lento que el emisor.
Las principales funciones de esta capa son: la iniciación, terminación e identificación, segmentación y bloqueo, la sincronización de octeto y carácter, delimitación de tramas y transparencia, control de errores, control de flujo, recuperación de fallos y gestión, además de la coordinación de la comunicación.
Capa de Red (Nivel 3)
Este es un nivel o capa que proporciona conectividad y selección de la ruta entre dos sistemas de hosts, los cuales pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. Las unidades de datos se denominan paquetes, y se pueden clasificar en protocolos enrutables y protocolos de enrutamiento. Ofrece servicios al nivel superior (capa de transporte) y se apoya en la capa de enlace de datos, es decir, utiliza sus funciones.
La tarea principal del nivel de enlace de datos es tomar una transmisión de datos y transformarla en una libre de errores para la capa de red. Logra esta función dividiendo los datos de entrada en marcos de datos (que no tramas), y transmitiendo los marcos en forma secuencial para procesar los marcos de estado que envía al nodo destino.
Para la consecución de su tarea, puede asignar direcciones de red únicas, interconectar subredes distintas, encaminar paquetes, utilizar un control de congestión y control de errores.
El cometido de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aun cuando ambos no estén conectados directamente. Los routers trabajan en esta capa, aunque pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados casos, dependiendo de la función que se le asigne. Además los firewalls actúan sobre esta capa principalmente, para descartar direcciones de máquinas.
Aquí se realiza el direccionamiento lógico del equipo terminal, al que se le asigna una dirección IP.
Algunos protocolos de la capa de red son: IP, OSPF, IS-IS, ICMP, ICMPv6, IGMP.
Capa de Transporte (Nivel 4)
Esta capa es la encargada de efectuar el transporte de los datos libres de errores, de la máquina origen a la de destino, independientemente del tipo de red física que esté utilizando.
La meta final de la capa de transporte es proporcionar un servicio eficiente y confiable a los usuarios, que normalmente son procesos de la capa de aplicación. Para lograr este objetivo, esta capa utiliza los servicios proporcionados por la capa de red. El hardware o software de la capa de transporte que se encarga del transporte se llama entidad de transporte.
Esta la primera capa que lleva a cabo la comunicación extremo a extremo, y esta condición ya se mantendrá en las capas superiores.
Su función básica es aceptar los datos enviados por las capas superiores, dividirlos en pequeñas partes (segmentos) si es necesario, y pasarlos a la capa de red. En el caso del modelo OSI, también se asegura que lleguen correctamente al otro lado de la comunicación. Otra característica a destacar es que, debe aislar a las capas superiores de las distintas posibles implementaciones de tecnologías de red en las capas inferiores.
En esta capa se proveen servicios de conexión para la capa de sesión, los cuales serán utilizados finalmente por los usuarios de la red al enviar y recibir paquetes. Internet tiene dos protocolos principales en la capa de transporte, uno no orientado a la conexión (UDP), y otro orientado a la conexión (TCP). Estos servicios estarán asociados al tipo de comunicación empleada, la cual puede ser diferente según el requerimiento que se le haga a la capa de transporte.
Capa de Sesión (Nivel 5)
La capa de sesión surge como una forma de organizar y sincronizar el diálogo y controlar el intercambio de datos. Tiene la misión de organizar la conexión entre ambos sistemas finales, por lo que también recibe el nombre de capa de comunicación. Una sesión permite el transporte ordinario de datos, como lo hace la capa de transporte, pero también proporciona servicios mejorados que son útiles en algunas aplicaciones.
Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos equipos que están transmitiendo datos de cualquier índole. Además proporciona los mecanismos para controlar el diálogo entre las aplicaciones de los sistemas finales.
Este Nivel 5 ofrece varios servicios que son cruciales para la comunicación, como son:
- Control de Diálogo. Puede ser simultáneo en los dos sentidos (full-duplex) o alternado en ambos sentidos (half-duplex)
- Control de Agrupamiento. Con este se consigue que dos comunicaciones no se efectúen al mismo tiempo.
- Recuperación (checkpoints). Estos sirven para que si ocurre una interrupción de transmisión, la misma se pueda reanudar desde el último punto de verificación y no desde el principio.
Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. En muchos casos, los servicios de la capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles.
Los protocolos que trabajan en la capa de Sesión son: Protocolo RPC (llamada a procedimiento remoto), SCP (Secure Copy) y ASP (Protocolo de sesión APPLE TALK).
Los firewalls actúan sobre esta capa, para bloquear los accesos a los puertos de un equipo.
Capa de Presentación (Nivel 6)
El objetivo de la capa de presentación es el de encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres (ASCII, Unicode, EBCDIC), números, sonido o imágenes, los datos lleguen de manera reconocible. Los datos se transportan localmente en formato estandarizados
Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación que en como se establece la misma. En ella se tratan aspectos como la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintos equipos pueden tener diferentes formas de manejarlos.
Podemos resumir esta capa como la encargada de manejar las estructuras de datos abstractas, y de realizar las conversiones de representación de datos necesarios para la correcta interpretación de los mismos. En pocas palabras es un traductor.
La Capa 6 cumple tres funciones principales. Estas funciones son: formateo de datos, cifrado de datos y compresión de datos.
Capa de Aplicación (Nivel 7)
Esta capa ofrece a las aplicaciones (de usuario o no) la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas, y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (POP y SMTP), gestores de bases de datos o un servidor de ficheros (FTP). Hay tantos protocolos como aplicaciones diferentes, ya que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar.
En esta capa se establece la conexión para los otros niveles y prepara las funciones para las aplicaciones. Contiene las aplicaciones visibles para el usuario. Hay que aclarar que el usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación.
Entre los protocolos genéricos más conocidos destacan:
- HTTP (HyperText Transfer Protocol) para el acceso a páginas web.
- FTP (Protocolo de transferencia de archivos) para la transferencia de archivos.
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) para el envío y distribución de correos electrónicos.
- POP (Post Office Protocol)/IMAP, para la recuperación del correo electrónico.
- SSH (Secure SHell) principalmente terminal remoto.
- Telnet para acceder a equipos remotos. Aun que ha caído en desuso por su inseguridad, ya que las claves viajan sin cifrar por la red.
Con la intención de facilitar el aprendizaje y memorización de los nombres de las capas que componen el modelo OSI, hay una regla sencilla que consiste en memorizarlas como una sigla nemotécnica: FERTSPA. Esta en inglés sonaría parecido a First Spa (primer spa en castellano):
- Física
- Enlace
- Red
- Transporte
- Sesión
- Presentación
- Aplicación
En resumen, se puede decir que la Pila OSI es un modelo basado en 7 capas o niveles de abstracción. Cada una de las capas presentan sus propias funciones, para en conjunto definir un estándar de comunicación en donde hardware y diferentes protocolos puedan interactuar.
