Modelo OSI

Modelo OSI

El modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnect) es un concepto muy importante para conocer como funcionan las redes, este modelo fue creado por la International Organization for Standardization (ISO) en 1978 y publicado en 1984, con el fin de facilitar la comprensión en una arquitectura de red sobre las funciones y procesos de los protocolos entre los sistemas computacionales.

Cuando las redes surgieron por primera vez, los ordenadores normalmente sólo podían comunicarse con ordenadores del mismo fabricante, el modelo OSI tenía la intención de ayudar a los proveedores a crear dispositivos de red y software interoperables en forma de protocolos para que las redes de diferentes proveedores pudieran funcionar entre sí.

El modelo OSI no es un modelo físico, más bien, es un conjunto de directrices que los desarrolladores de aplicaciones pueden utilizar para crear e implementar aplicaciones que se ejecutan en una red. También proporciona un marco para crear e implementar estándares de redes, dispositivos y esquemas de interconexión

El modelo OSI consta de 7 capas:

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Como modelo de referencia, el modelo OSI proporciona una amplia lista de funciones y servicios que pueden producirse en cada capa. También describe la interacción de cada capa con las capas directamente por encima y por debajo de él. Por ejemplo, la capa de presentación recibirá información de la capa de aplicación, le dará su formato y a continuación lo pasará a la capa de sesión. Un paso que no se puede relizar es que la de presentación trate directamente con la capa de red o la de enlace de datos.

Capa 1: Física

La capa uno del modelo OSI identifica las características físicas de la red, codifica en dígitos binarios las tramas que recibe de la capa de 2 de enalace de datos y viceversa para enviar y reciibir estas señales a través de los medios físicos disponibles (alambres de cobre, fibra óptica o medio inalámbrico) que conectan a los dispositivos de red.

La capa física identifica el medio utilizado en la red, como el tipo de cable, el tipo de conector y su standard (pinout), además del tipo de topología que utilizará la red como anillo, malla, estrella, bus. etc. Estas características dictan la velocidad y el ancho de banda de un medio dado, así como la distancia máxima sobre la cual se puede usar un cierto tipo de medio.

Capa 2: Enlace de datos

La capa de enlace de datos garantiza que los mensajes se envíen al dispositivo adecuado en una LAN utilizando direcciones de hardware, obtiene los datos en la capa física para que los pueda transmitir a través de la red y es responsable de la detección y corrección de errores. El término frame describe el agrupamiento lógico de datos en la capa de enlace de datos (Frame es el PDU de la capa de enlace de datos).

La capa de enlace de datos se divide en dos subcapas:

Media Access Control (MAC):

Define cómo se colocan los paquetes en el medio (cable). El acceso a los medios de comunicación (ethernet) es el acceso primero que llega/primero que se atiende (first come/first served) por asi traducirlo, donde todos comparten el mismo ancho de banda. Aquí se define el direccionamiento físico, así como las topologías lógicas, la notificación de errores (no la corrección), la entrega ordenada de marcos y el control de flujo también se pueden usar en esta subcapa.

El direccionamiento físico es una dirección que no es dada por el software, sino por el hardware. Cada tarjeta de red tiene una dirección MAC que se graba en el eprom de la tarjeta (un chip de memoria especial) y esta dirección especial se utiliza para identificar de forma exclusiva la tarjeta de red de su computadora de todos los demás en la red. La especificación de la capa MAC se incluye en el estándar IEEE 802.1

Logical Link Control (LLC)

La capa LLC es responsable de los mecanismos de error y de control de flujo de la capa de enlace de datos. La capa LLC se especifica en el estándar IEEE 802.2.

Esta subcapa es responsable de identificar los protocolos de capa de red y luego encapsularlos cuando están a punto de ser transmitidos a la red o desencapsularlos cuando recibe un paquete de la red y pasarlo a la capa superior, que es la capa de red. Una cabecera LLC le dice a la capa de enlace de datos qué hacer con un paquete una vez que se recibe un frame. Por ejemplo, un host (computadora) recibirá un frame y luego buscará en el encabezado LLC para entender que el paquete está destinado al protocolo IP en la capa de red. La LLC también puede proporcionar control de flujo y secuenciación de bits de control.

La capa de enlace de datos realiza dos servicios básicos:

  • Permite a las capas superiores acceder a los medios usando técnicas, como tramas.
  • Controla cómo los datos se ubican en los medios y son recibidos desde los medios usando técnicas como control de acceso a los medios y detección de errores.

Es decir, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico, topología de la red, acceso a la red, notificación de errores, distribución ordenada de tramas y el control del flujo.

Trama = el PDU de la capa de enlace de datos.

Utiliza protocolos de capa 2 orientados a hardware como Ethernet, Protocolo Punto a Punto (PPP), Control de enlace de datos de alto nivel (HDLC), Frame Relay, Modo de transferencia asincrónico (ATM), etc.

Capa 3 : Red

La responsabilidad principal de la capa de red es el enrutamiento o encaminamiento, proporcionando mecanismos mediante los cuales los datos pueden pasar de un sistema de red a otro. La capa de red no especifica cómo se pasan los datos, sino que proporciona los mecanismos para hacerlo. La funcionalidad en la capa de red se proporciona a través de protocolos de enrutamiento, que son componentes de software.

Los protocolos en la capa de red también son responsables de la selección de rutas, que se refiere a determinar la mejor ruta para que los datos lleguen a su destino.

En contraste con la capa de enlace de datos, que utiliza direcciones MAC para comunicarse en la LAN, los protocolos de capa de red utilizan direcciones lógicas y protocolos de enrutamiento especiales para comunicarse en la red. El término Paquete es la PDU para esta capa.

Para realizar el transporte de extremo a extremo la Capa 3 utiliza cuatro procesos básicos:

  • direccionamiento,
  • encapsulamiento,
  • enrutamiento ,
  • desencapsulamiento.

Los protocolos implementados en la capa de Red que llevan datos del usuario son:

  • versión 4 del Protocolo de Internet (IPv4),
  • versión 6 del Protocolo de Internet (IPv6),
  • intetercambio Novell de paquetes de internetwork (IPX),
  • AppleTalk,
  • servicio de red sin conexión (CLNS/DECNet).

Cuando se trabaja con redes, las rutas se pueden configurar de dos maneras: estática o dinámica. En un entorno de enrutamiento estático, las rutas se agregan manualmente a las tablas de enrutamiento. En un entorno de enrutamiento dinámico, se utilizan protocolos de enrutamiento como RIP (Routing Information Protocol) y Open Shortest Path First (OSPF). Lo relacionado a la tabla de enrutamiento y a los protocolos de enrutamiento se tratarán mas adelante.

Capa 4: Transporte

La función básica de la capa de transporte es proporcionar mecanismos para transportar datos entre dispositivos de red. Principalmente lo hace de tres maneras:

  • Comprobación de errores: los protocolos en la capa de transporte garantizan que los datos se envían o reciben correctamente.
  • Direccionamiento del servicio: Los protocolos tales como TCP/IP incluyen muchos servicios de red, la capa asegura que los datos se pasan al servicio correcto en las capas superiores del modelo OSI.
  • Segmentación: Para atravesar la red, los bloques de datos deben ser divididos en paquetes de un tamaño manejable para que las capas inferiores las puedan manipular, a este proceso se le denomina segmentación.

Los protocolos que operan en la capa de transporte pueden ser sin conexión como UDP (User Datagram Protocol) u orientados a la conexión como TCP (Transmission Control Protocol). La capa de transporte también es responsable del control de flujo de datos, que se refiere a cómo el dispositivo receptor puede aceptar las transmisiones de estos datos.

Dos métodos comunes de control de flujo son:

  • Buffering: Aquí los datos se almacenan temporalmente y esperan a que el dispositivo de destino esté disponible. El almacenamiento en búfer puede causar un problema si el dispositivo emisor transmite datos mucho más rápido de lo que el dispositivo receptor puede administrar.
  • Windowing: Aquí los datos se envían en grupos de segmentos que requieren sólo un acuse de recibo. El tamaño (es decir, cuántos segmentos encajan en un acuse de recibo) se define cuando se establece la sesión entre los dos dispositivos.

Muchas aplicaciones de red pueden ejecutarse simultáneamente en un equipo y debe haber algún mecanismo para identificar qué aplicación debe recibir los datos entrantes. Para que esto funcione correctamente, los datos entrantes de diferentes aplicaciones se multiplexan en la capa transporte y se envían a las capas inferiores, en el otro lado de la comunicación, los datos recibidos de las capas inferiores son desmultiplexados en la capa de transporte y entregados a la aplicación correcta, esto se logra utilizando “Números de puerto”.

La PDU para la capa de transporte es es el Segmento.

En resumen las responsabilidades principales que debe cumplir la capade transporte son:

  • seguimiento de la comunicación individual entre aplicaciones en los hosts origen y destino,
  • segmentación de datos y gestión de cada porción,
  • reensamble de segmentos en flujos de datos de aplicación
  • identificación de las diferentes aplicaciones.
Capa 5: Sesión

La capa de sesión es responsable de administrar y controlar la sincronización de datos entre las aplicaciones de dos dispositivos, esta tarea la realiza en tres fases: estableciendo, manteniendo y terminando las sesiones entre ellos, mientras que la capa de transporte es responsable de establecer y mantener la conexión entre los dos nodos, la capa de sesión realiza la misma función a nivel de la aplicación.

La capa de sesión coordina la comunicación entre sistemas y sirve para organizar su comunicación ofreciendo tres modos diferentes: simplex, half duplex y full duplex. Para resumir, la capa de sesión básicamente mantiene los datos de las aplicaciones separados de los datos de otras.

En la fase de establecimiento, el solicitante inicia el servicio y las reglas de comunicación entre los dos sistemas, estas reglas podrían incluir cosas como quién transmite y cuándo, así como cuánto datos pueden ser enviados a la vez. Ambos sistemas deben ponerse de acuerdo sobre las reglas, las reglas son como la etiqueta de la conversación, una vez establecidas las reglas comienza la fase de transferencia de datos. En este momento ambos lados saben cómo hablar entre sí, los métodos más eficientes de usar y cómo detectar errores, todo debido a las reglas definidas en la primera fase. Finalmente, la terminación se produce cuando la sesión está completa y la comunicación termina de manera ordenada.

Capa 6: Presentación

La función básica de la capa de presentación es convertir los datos destinados o recibidos hacia la capa de aplicación a otro formato, dicha conversión es necesaria debido a la forma en que se formatean los datos para que puedan transportarse a través de la red.

Algunos formatos de datos comunes manejados por la capa de presentación son los siguientes:

  • Los archivos gráficos: JPEG, TIFF, GIF, etc. requieren que se formateen de una manera determinada.
  • Texto y datos: La capa de presentación puede traducir los datos a diferentes formatos, como el Código Estándar Estadounidense para el Intercambio de Información (ASCII) y el Código Ampliado de Intercambio Decimal Codificado Binario (EBCDIC).
  • Sonido / vídeo: Los archivos MPEG, MP3 y MIDI tienen sus propios formatos de datos a los que se deben convertir.

La capa de presentación recibe su nombre por su propósito: presenta datos a la capa de aplicación y es responsable de la traducción de datos y el formato de código. Esta capa es esencialmente un traductor y proporciona funciones de codificación y conversión. Una técnica exitosa de transferencia de datos consiste en adaptar los datos a un formato estándar antes de la transmisión.

Otra función importante de la capa de presentación es la encriptación, que es la codificación de datos de modo que no pueda ser leída por nadie más que el destinatario.

El OSI tiene normas de protocolo que definen cómo se deben formatear los datos estándar, en resumen la capa de Presentación tiene tres funciones primarias:

  • Codificación y conversión de datos de la capa de aplicación para garantizar que los datos del dispositivo de origen puedan ser interpretados por la aplicación adecuada en el dispositivo de destino.
  • Compresión de los datos de forma que puedan ser descomprimidos por el dispositivo de destino.
  • Encriptación de los datos para transmisión y descifre de los datos cuando se reciben en el destino.
Capa 7: Aplicación

En términos simples, la función de la capa de aplicación es tomar las solicitudes y los datos de los usuarios y pasarlos a las capas inferiores del modelo OSI, en el lado del receptor la información entrante se pasa de la capa de presentación a la capa de aplicación y se muestra la información al usuario final a través un aplicativo (software).

El error más común sobre la capa de aplicación es creer que el programa cliente representa dicha capa, por ejemplo, un navegador web, procesador de textos o una hoja de cálculo. En su lugar, la capa de aplicación define los procesos que permiten a los programas utilizar servicios de red.

Por ejemplo, si con Microsoft Excel se necesita abrir un archivo desde una unidad de red, la funcionalidad es proporcionada por que se conecta con los protocolos de la capa de aplicación y seguida de las demás capas del modelo OSI. Recordar que la capa de aplicación sólo entra en juego cuando se necesita acceder a recurso de la red.

Nota: En ningún momento confundir un software cliente para un servicio determinado con la capa de aplicación, tal como un procesador de texto, navegador web, etc.

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