Modelo OSI

Modelo OSI

Modelo OSI. Aproximación a la teoría del diseño de redes.

Hola, mi sobrina quiere hablar de redes y dudo, porque el tema de hoy es un poco abstracto y agotador. Siguiendo los conceptos de la publicación anterior, el tema de hoy es inevitable. Haré un esfuerzo para resumirlo sin perder la idea y así asegurarme de que mi sobrina lo lea de principio a fin.

Introducción

El modelo de interconexión de sistemas abiertos, conocido como OSI, de las siglas de “Open System Interconnection”, fue publicado en 1984. En el año 1977 la Organización Internacional de Normalización presente en más de 170 países comenzó a analizar los modelos de conexión existentes con el fin de encontrar una estructura común y desarrollar una serie de reglas que permitan a todos los fabricantes producir modelos compatibles entre sí.

En el modelo OSI se definieron varias capas en las que se especificaron las funciones teóricas necesarias para obtener una red de comunicaciones independiente, modular y estándar. Este modelo no tuvo una aplicación práctica en las redes pero funcionó como un marco comparativo estándar para la interacción entre protocolos de diferentes fabricantes y diseñadores.

El modelo consta de siete capas definidas con sus principales características:

  • La capa física se encarga de interactuar con la propia red en su nivel más básico: señales eléctricas, ópticas, radiofrecuencia.
  • La capa de enlace de datos asegura la comunicación entre equipos dentro del alcance de la red.
  • La capa de red permite el envío de información fuera de la red.
  • La capa de transporte es responsable del envío de información a través de la red.
  • La capa de sesión gestiona los enlaces creados.
  • La capa de presentación asegura la correcta interpretación de los datos.
  • La capa de aplicación ofrece distintos protocolos diseñados para conexiones específicas según el tipo de envío de información.

La unión de todos los servicios de las distintas capas hace que funcione una red de comunicación a nivel global e independiente de los fabricantes.

Modelo OSI: Capa 1 – Física

La capa física gestiona la conexión física de los equipos de la red realizando todas las conversiones, adaptaciones y codificaciones necesarias, en otras palabras, traduce la información binaria que está en forma de señales eléctricas a señales que puedan ser transmitidas por el medio seleccionado. No todos los medios físicos tienen las mismas propiedades, ni todos los protocolos que utilizan el medio físico van a utilizar las mismas características de señal para enviar la información. Por esto, el modelo de referencia OSI tan solo enumera algunas de las funciones y conversiones que se pueden necesitar y dependerá de cada caso concreto el cómo debe enviar la información. Por ejemplo, los sistemas inalámbricos utilizan señales de radiofrecuencia, la fibra óptica utiliza pulsos de luz, etc.

Modelo OSI: Capa 2 – Enlace de datos

La función de la capa de enlace de datos es enviar información sin errores, entre dos máquinas que están conectadas directamente. Para asegurar que no haya error de transmisión, esta capa incorpora servicios de detección y corrección de errores, así como un control de flujos de tráfico para asegurar la máxima eficiencia en el traspaso de información.

Al ser un modelo teórico se le pueden aplicar a diferentes sistemas de comunicaciones, por ejemplo, PPP, “Point-to-Point Protocol”, o HDLC, “High-level Data Link Control” aunque el protocolo más conocido es el Ethernet, que forma parte de la familia de protocolos IEEE.

El modelo de capas OSI permite que la capa de enlace de datos realice las funciones independientemente del medio físico utilizado.

  • Esta capa proporciona un enlace fiable dentro de la red local. Para esto se establecen los procedimientos de establecimiento, control y finalización de enlaces. Como capa intermedia, recibe peticiones de su capa superior, la capa de red y es probable que la información recibida sea de mayor dimensión que los bits que caben en un único paquete de capa dos, por lo que esta capa debe gestionar cómo dividir esta información en el envío y de igual forma, unificar esta información una vez recibida.
  • Esta capa incorpora un sistema de gestión y control de errores. Debe ser capaz de localizar cualquier error en la transferencia para solventarlo por ella misma si la codificación lo permite o bien solicitar el reenvío de la información comprometida. Aunque cada protocolo establece sus propios sistemas, generalmente se utilizan códigos de detección de errores que se añaden a la información enviada y asegurar a las capas superiores la fiabilidad de las comunicaciones.
  • Esta capa incorpora sistemas de control de flujo. Como en una misma red pueden convivir diferentes equipos con diferentes capacidades, la idea es evitar que un equipo muy potente sature las capacidades de un equipo más sencillo.

Modelo OSI: Capa 3 – Red

La capa de red, permite la conexión y una transmisión fiable de información entre dispositivos que están ubicados en redes diferentes. Así se consigue que haya comunicación cuando no hay una conexión directa entre equipos.

Esta capa utiliza los servicios de la capa de enlace de datos que está justo por debajo. Para poder realizar esta comunicación no local, es necesario un sistema que asigne direcciones de red únicas para cada equipo que utilice ese protocolo. Esta asignación de direcciones permite la comunicación entre cualquiera de los nodos que forman esa red. Aquí encontramos los protocolos de enrutamiento que son los encargados de encontrar el camino más eficiente para enviar la información entre dos nodos de una red. Algunos ejemplos de protocolos de esta capa serían “Internet Protocol” (IP), “Internet Control Message Protocol” (ICMP), “Internet work Packet Exchange” (IPX), “Internet Group Management Protocol” (IGMP).

Los protocolos dependen en gran medida del formato y distribución de las direcciones de red, por lo que ante diferentes protocolos de red nos encontraremos diferentes protocolos de enrutamiento.

Hay dos grandes bloques de protocolos de enrutamiento:

Protocolos de enrutamiento estáticos.

Estos protocolos simplemente siguen un mapa de rutas prefijadas por los administradores de red, son rápidos y de fácil gestión, pero proclives a generar problemas en caso de fallos no previstos en la red.

Protocolos de enrutamiento dinámicos.

Son aquellos que van aprendiendo las mejores rutas ayudados por la propia actividad de la red. Puede que en el momento de arrancar tengan una tabla prefijada, pero con el tiempo se van modificando en función del comportamiento de la red, bien sea por el tráfico que ellos mismos gestionan o por la información que reciben de otros equipos de enrutamiento.

Modelo OSI: Capa 4 – Transporte

La capa de transporte, busca ofrecer un sistema para transferir información libre de errores al conjunto de elementos de las capas superiores. En esta capa se añaden algunos conceptos muy útiles para que múltiples aplicaciones puedan utilizar la conectividad. Si esta capa detecta un error de la transmisión, gestiona su repetición o simplemente descarta la información, pero no la entrega a los niveles superiores.

La capa de transporte añade algunas mejoras de control de flujo sobre la capa de red y consigue gestionar mejor los problemas de congestión o cortes de servicio parciales. Teniendo en cuenta que pueden surgir problemas en la red que hagan que la información no se reciba en el mismo orden en el que se envió, esta capa se encarga de entregar la información en el orden correcto.

Actualmente es impensable que una única aplicación pueda trabajar con el acceso a la red, lo habitual es tener diferentes aplicaciones con acceso a la información funcionando de forma simultánea, para ello, se realiza una diferencia de flujos de tráfico mediante puertos, así esta capa puede entregar la información correcta a cada aplicación de nivel superior sin mezclarse, ofreciendo su servicio de forma simultánea a tantas aplicaciones como lo necesiten. Existen múltiples protocolos de transporte, por ejemplo “AppleTalk Transport Protocol” (actualmente en desuso), “Remote Desktop Protocol” RDP o “Stream Control Transmission” y los más conocidos “Protocolo de control de transmisión” (TCP) y “Protocolo de datagramas de usuario” (UDP).

Modelo OSI: Capa 5 – Sesión

La capa de sesión, facilita los mecanismos de gestión de la sesión en las comunicaciones entre aplicaciones de nivel superior.

Si bien solemos entender las comunicaciones como un flujo constante de información, la verdad es que no siempre es así, no todas las aplicaciones requieren de comunicación constante y basan su funcionamiento en la gestión del estado de dichas comunicaciones. Si un programa necesita recibir una información por red, antes de realizar cualquier trabajo lo más probable es que consulte de forma periódica si dicha información ya está disponible y mientras tanto realice otras tareas. Esta comunicación no continua podría gestionarse por parte de la propia aplicación pero al ser recurrente, se han implantado estos sistemas para un uso más generalizado en la capa de sesión.

La gestión de comunicaciones simultáneas en ambos sentidos, “full-duplex”, o alternando, “half-duplex”. (En este caso, antes de poder emitir información debemos asegurarnos de que es nuestro turno).

La capa de sesión permite a la aplicación en uso saber si ya puede enviar información o aún debe esperar. Nuestra aplicación podrá consultar si el envío de información ya ha terminado antes de enviar nuevos datos o si ha habido un fallo parcial que pueda solventar. La característica más importante de la capa de sesión es la capacidad de gestionar la autenticación y autorización del envío o recepción de información mediante técnicas criptográficas.

Algunos ejemplos de protocolos de esta capa podrían ser “AppleTalk Session Protocol”, “Layer 2 Tunneling Protocol”, “Network Basic Input/Output System” más conocido como NetBIOS, o el protocolo de control de telefonía IP H.245. Como vemos, esta capa proporciona un sistema mejorado de la capa de transporte con nuevas características.

Modelo OSI: Capa 6 – Presentación

La capa de presentación se encarga de interpretar los datos de forma tal que ambos extremos de una red puedan trabajar con la información.

En el momento de la creación del modelo OSI cada fabricante diseñaba su propio sistema operativo y por lo tanto utilizaba su propios métodos de almacenar la información con su propia codificación.

Sus principales funciones son la conversión de datos a formatos y codificaciones normalizadas, independiente del idioma o el sistema operativo utilizado en cada extremo.

Otra función importante es la compresión de los datos para asegurar que la información ocupe el menor número de bits posible. El hecho de ahorrar bits facilita la transmisión de la información y reduce la carga de los equipos intermedios. Utilizando los servicios de seguridad de la capa inferior, la capa de presentación se encargará del cifrado de la información. Esta capa tiene unas funcionalidades más cercanas a la propia aplicación que a las comunicaciones, pero aún así se encarga de asegurar una conectividad correcta independientemente tanto de las aplicaciones como del sistema operativo que tengamos en otros equipos. Algunos de los protocolos más conocidos dentro de esta capa serían “NetWare Core Protocol”, “External Data Representation”, “Apple Filing Protocol”.

Modelo OSI: Capa 7 – Aplicación

La capa de aplicación es la responsable de gestionar la información de las aplicaciones del cliente. Aquí encontraremos diferentes protocolos que, usando las capacidades de las capas inferiores, ofrecen a los programas del cliente diferentes opciones de comunicación diseñadas para una tarea específica.

Ejemplo, los protocolos SMTP, POP e IMAP son los responsables de gestionar el correo electrónico. Otros protocolos están pensados para transferencia eficiente de archivos, como pueden ser FTP, SFTP o TFTP. Para la navegación web se suelen usar los protocolos HTTP o HTTPS. Para la conexión a otros equipos remotos podemos usar Telnet, SSH o RDP. Los protocolos “peer-to-peer” como BitTorrent también se localizan esta capa. En general cualquier protocolo que permita la comunicación remota con un fin específico suele ubicarse en esta capa.

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