Hay tres cosas seguras en este mundo: la muerte, los impuestos y los estudiantes de redes. Deben aprenderse de memoria el modelo OSI. A pesar de ser la parte menos agradable de las redes, el modelo OSI en capas es vital para comprender cómo se comunican las máquinas entre sí. Por eso, como no hay nada más emocionante que volver a lo básico, este artículo estará dedicado al «infame» modelo de interconexión de sistemas abiertos.
Aquí explicaremos qué es el modelo OSI, sus capas, funciones y servicios.
Indice
¿Qué es exactamente el modelo OSI?
Como mencioné en la introducción, OSI es el acrónimo de Interconexión de Sistemas Abiertos, un modelo conceptual que homogeneiza todas las funciones de comunicación de los sistemas informáticos o de telecomunicaciones. Para resumir, OSI muestra cómo las computadoras u otros tipos de sistemas «hablan» entre sí. ¿Por qué es importante OSI en o para las redes? Porque la variedad es la sal de la vida, lo que en este caso significa que necesitamos encontrar algún tipo de base para la comunicación entre dispositivos, rompiendo la barrera del idioma, por así decirlo.
Como cada sistema tiene sus propias particularidades tecnológicas y trabaja con distintos protocolos de telecomunicaciones, compararlo con un sistema que tenga las mismas características puede resultar complicado. Ésta es la razón por la que necesitamos OSI: para crear un estándar universal de comunicación entre dispositivos.
Piénsalo un segundo: si no fuera por este estándar, ¿cómo sería posible enviar un correo electrónico desde un dispositivo móvil a un ordenador de sobremesa o viceversa? Dejando de lado los aspectos epistemológicos, deberíamos estar de acuerdo en que sin OSI podríamos acabar teniendo una Torre de Babel (digital).
El modelo OSI de la ISO, desarrollado a finales de los años 70, se adoptaría oficialmente a principios de los 80, escribiendo así la primera página de la historia de las redes informáticas (estandarizadas). La necesidad del modelo OSI se hace más obvia –y estricta– con el rápido desarrollo de los métodos y tecnologías de redes informáticas.
Como referencia, en los años 70 surgieron tecnologías como Ethernet, LAN, WAN (Wide-Area Networking), televisión por cable, Arpanet (precursora de la Internet moderna), el modelo TCP/IP y, por supuesto, la World Wide Web. Naturalmente, la década siguiente trajo consigo aún más innovaciones en el campo de las redes informáticas. Ahora, con todos estos maravillosos protocolos y tecnologías en funcionamiento, hemos creado máquinas capaces de «hablar» entre sí, pero ¿hablan el mismo idioma? La respuesta es «no» y esta es exactamente la misma consideración que lleva a la creación del modelo OSI.
Una vez terminada la lección de historia, es hora de centrar nuestra atención en el modelo en sí. El modelo OSI se compone de siete capas o niveles interdependientes, cada uno de los cuales describe el recorrido de los datos a medida que viajan de una máquina a otra. Cada nivel realiza funciones específicas que abordan cuestiones de transmisión de datos, como direccionamiento físico, control de acceso, enrutamiento, reensamblado de datos y más. Nos familiarizaremos con ellos más adelante.
Explicación de las capas OSI: capas, funciones y servicios
Los niveles OSI son los siguientes:
1. Capa física (Capa 1)
El primer nivel OSI describe el medio físico (entorno) necesario para transmitir datos binarios sin procesar entre nodos (es decir, máquinas). La capa 1 incluye componentes como especificaciones de cables (por ejemplo, coaxial fino, par trenzado de categorías 3, 4 y 5, fibra óptica), repetidores, adaptadores de red, adaptadores de bus host, controladores de interfaz de red, tecnología inalámbrica y más. Como he mencionado, cada capa tiene sus propias funciones.
Funciones
En el caso de la capa uno, las funciones son sincronización de bits, control de velocidad de bits , topologías físicas y modo de transmisión.
¿Qué es la sincronización de bits?
En la comunicación de nodo a nodo, los flujos de bits «fluyen» entre el emisor y el receptor, y viceversa. Para garantizar que la señal esté perfectamente sincronizada (es decir, saber dónde comienza y termina la señal), utilizamos un reloj. En términos más técnicos, esto se denomina PLL o bucle de enganche de fase .
¿Qué es el control de velocidad de bits?
A menos que desees terminar con un aluvión de bits durante una transmisión de nodo a nodo, vas a necesitar algún tipo de mecanismo de control de velocidad. La función de control de velocidad de bits de la capa uno cumple exactamente este propósito: dictar cuántos bits se envían o reciben cada segundo.
¿Qué son las topologías físicas?
La capa física también proporciona información sobre cómo se organizan los distintos nodos, dispositivos y demás elementos de la red. Existen dos tipos de topologías de red: física (es decir, describe la disposición física de la red) y lógica (es decir, cómo está diseñada la red, es decir, la arquitectura de la red).
Como se trata de un tema bastante extenso, voy a nombrar solo algunas de las topologías de red más conocidas. Por lo tanto, en el caso de las topologías de red físicas, tenemos P2P, circular y en malla. En cuanto a las topologías lógicas, tenemos Bus y Ring.
¿Qué es el modo de transmisión?
La capa uno también se encarga de la forma en que se transmiten los datos entre nodos. Hay tres tipos de notas de transmisión definidas en la capa física: Simplex, Half-Duplex y Full-Duplex.
Resumiendo, simplex significa que la comunicación es unilateral (es decir, el receptor no puede responder al mensaje enviado por el remitente), half-duplex significa que la acción es bilateral, pero una a la vez (por ejemplo, el remitente puede responder al mensaje, pero no puede enviar la respuesta concomitantemente) y, por supuesto, full-duplex significa que tanto el remitente como el receptor pueden recibir y enviar respuestas al mismo tiempo).
2. Capa de enlace de datos (DLL)
El segundo nivel OSI se denomina capa de enlace de datos o DLL (no debe confundirse con DLL, como en el caso de la biblioteca de enlaces dinámicos). La DLL ayuda a determinar cómo enviar los datos de un nodo a otro a través de la capa 1 (es decir, el nivel físico).
Ahora que hemos cubierto la capa física y hemos avanzado hasta la segunda, es hora de comenzar a hablar sobre las PDU o unidades de datos de protocolo. Una PDU es una unidad de información específica del protocolo. Por ejemplo, la capa uno se ocupa de los bits y símbolos, mientras que la DLL maneja los marcos (básicamente, un contenedor para los paquetes de red). Hablaremos más sobre esto cuando abordemos la capa de red.
Dado que la DLL se construye sobre la capa física, su trabajo es garantizar que los datos enviados desde un nodo lleguen realmente al otro nodo y, lo más importante, que lleguen sin errores. Dado que la DLL se encarga de todo, desde la transmisión hasta el control de errores, necesitará algo de fuerza adicional en forma de dos subcapas: LLC (Control de enlace lógico) y MAC (Control de acceso al medio). Veamos cada una de ellas con más detalle.
Subcapas
Control de enlace lógico (LLC)
Al ser la subcapa superior de la DLL, una de las funciones de la LLC es proporcionar una conexión entre la DLL y la MAC, la segunda subcapa de la DLL. Además, la LLC también desempeña un papel clave en la multiplexación (es decir, la fusión de múltiples señales analógicas o digitales en una señal que viaja a través de un medio compartido), proporciona control de flujo, identifica protocolos de capa de red y los encapsula.
Control de acceso al medio (MAC)
El control de acceso al medio (MAC) es la segunda subcapa de la DLL y es responsable de controlar el aspecto de hardware de la comunicación de máquina a máquina. MAC también proporciona etiquetas únicas a los controladores de interfaz de red (NIC); estos identificadores se denominan direcciones MAC y son vitales para enviar los datos a la máquina conectada a la red correcta.
¿Cuál es la principal diferencia entre las direcciones MAC e IP? Las MAC se utilizan para la comunicación dentro de la red, mientras que las IP se utilizan en la comunicación de red a red. ¡No las confunda!
Funciones de la capa de enlace de datos
Las funciones de DLL son las siguientes: Enmarcado, Direccionamiento físico, Control de errores, Control de flujo y Control de acceso.
¿Qué es el enmarcado?
Enmarcar significa básicamente crear un contenedor para los datos transmitidos entre dos dispositivos. Un marco DLL típico se compone de cuatro elementos: el encabezado, que contendrá las direcciones de origen y destino, el campo de carga útil, que es el cuerpo del mensaje, el final que contiene los bits utilizados en la detección y ajuste de errores, y el indicador que se utiliza para marcar el comienzo y el final del marco. No olvide que los marcos son las PDU de la DLL.
¿Qué es el direccionamiento físico?
Si los marcos son como sobres, ¿qué debemos hacer para asegurarnos de que la carta enviada a X llegue realmente a su destino? Escribir la dirección correcta en el sobre, por supuesto. Ahora bien, en redes, la DLL incluye la dirección MAC del remitente/receptor en el encabezado del marco (ver arriba).
¿Qué es el control de errores?
La capa de enlace de datos proporciona los medios para identificar y corregir errores que puedan ocurrir durante la transmisión. Si detecta tramas perdidas o dañadas, las retransmitirá automáticamente.
¿Qué es el control de flujo?
La ley de conservación de la materia dice que todo lo que entra debe salir. La misma afirmación se aplica a los datos enviados y recibidos: si se envían demasiados datos, el mensaje en sí puede resultar dañado. Por ello, DLL utiliza el control de flujo para optimizar la transmisión de datos entre nodos.
¿Qué es el control de acceso?
Este es un escenario que probablemente encontrarás en las redes: varios dispositivos que intentan comunicarse a través del mismo canal. ¿Cómo se resuelve este enigma? Con control de acceso, por supuesto. MAC, la segunda subcapa de DLL, podrá elegir qué dispositivo puede ejercer control sobre el canal de comunicación en un momento dado.
3. Capa de red (Capa 3)
Hablemos de la tercera capa de la pila OSI, llamada capa de red. En pocas palabras, esta capa permite que los dispositivos ubicados en diferentes redes se comuniquen entre sí. ¿Recuerdas MAC, la segunda subcapa de DLL? MAC permite que las máquinas ubicadas en la misma red se comuniquen sin problemas, pero no puede hacer nada con los dispositivos fuera de los límites. Aquí es donde entra en juego la capa 3: utilizando direcciones IP (es decir, direccionamiento lógico) y enrutamiento de paquetes (es decir, los paquetes son las PDU de la capa de red) para garantizar que el mensaje correcto llegue a la parte correcta.
Funciones
Las funciones de la capa de red son el enrutamiento y el direccionamiento lógico.
¿Qué es el enrutamiento?
Dicen que la distancia más corta entre dos puntos es una línea recta, pero en redes no es así, porque a veces la ruta más corta puede no ser viable. Para superar este problema, la capa de red utiliza protocolos para trazar la mejor ruta posible.
¿Qué es el direccionamiento lógico?
El IP es para la capa de red lo que el MAC es para la capa de enlace de datos: permite al sistema identificar cada host conectado a la interconexión de redes y diseñar un esquema de direccionamiento. De manera similar al direccionamiento físico (consulte la capa 2 para obtener información adicional), en el direccionamiento lógico las direcciones IP del remitente y del receptor se colocarán en el encabezado.
4. Capa de transporte (Capa 4)
Antes de hablar de la capa de transporte, hay algo que me gustaría mencionar: la distinción entre las capas de medios y las capas de host. No, no son capas OSI adicionales, sino más bien otra forma de ver la pila OSI. Las capas física, de enlace de datos y de red se consideran capas de medios porque están orientadas al hardware (es decir, cada función descrita hasta ahora es manejada por hardware). Las capas de transporte, de sesión, de presentación y de aplicación se consideran capas de host porque están orientadas al software. Con esto en mente, ahora echemos un vistazo más de cerca a la capa número cuatro.
La capa de transporte, como su nombre lo indica, se encarga de todo lo relacionado con la logística, como la entrega de extremo a extremo, el reconocimiento de la transmisión de datos exitosa y el control de flujo y errores. En ese sentido, la «tarea» de la capa cuatro es retransmitir los datos en caso de que se encuentre un error.
Ahora bien, dado que se trata de una capa de host orientada al software, además de las funciones regulares, también tenemos servicios.
Funciones
Las funciones de la capa de transporte son la segmentación y el reensamblado y el direccionamiento de puntos de servicio.
¿Qué son la segmentación y el reensamblaje?
Ten paciencia: en la mayoría de los casos, el mensaje que se transmite entre el emisor y el receptor puede ser demasiado grande para transmitirse de una sola vez. Por lo tanto, la capa de transporte utiliza la función de segmentación para descomponer el mensaje que se transmite desde la capa de sesión (capa 5). El mensaje descompuesto se envía a continuación a la capa de transporte, que, a su vez, (re)ensambla el mensaje: ¡así de fácil!
¿Qué es el direccionamiento de puntos de servicio?
Hay muchas aplicaciones y procesos que aprovechan las funciones de red. Entonces, ¿cómo saber cuál necesita recibir el mensaje? Con el direccionamiento de punto de servicio, por supuesto: esta función permite que la capa de transporte agregue un tipo especial de dirección al encabezado del mensaje. De esa manera, la capa sabe exactamente dónde debe entregarse el mensaje. En términos técnicos, esta dirección se denomina dirección de punto de servicio, pero en el lenguaje (más) común se la conoce con el nombre de dirección de puerto.
Servicios
En el lado de los servicios, tenemos el servicio orientado a la conexión y el servicio sin conexión.
¿Qué es un servicio orientado a la conexión?
En esencia, es la versión (reducida) de la capa de transporte del protocolo de enlace de tres vías TCP/IP. El servicio orientado a la conexión tiene tres fases: conexión, transferencia de datos y desconexión. Por lo tanto, el remitente se conecta con el receptor, el mensaje se transmite y el receptor reconoce el transporte. Si todo está bien, se finaliza la conexión.
¿Qué es un servicio sin conexión?
Los servicios sin conexión solo se encargan de la parte de transferencia de datos, lo que significa que el receptor no necesita confirmar la aceptación del paquete. ¿Cuál es la diferencia entre ambos servicios? Los servicios orientados a la conexión son más seguros y más confiables, pero más lentos. En cambio, el servicio sin conexión sacrifica la confianza y la seguridad por la velocidad.
5. Capa de sesión (Capa 5)
La capa de sesión es la segunda capa del host (es decir, orientada al software) y maneja aspectos como la seguridad, la autenticación, el mantenimiento de la sesión y, por supuesto, el establecimiento.
Funciones
Las funciones de la capa 5 son el establecimiento y la finalización de la sesión, la sincronización y el control del diálogo.
¿Qué es el establecimiento y finalización de una sesión?
La capa de sesión le dice a las dos partes (es decir, remitente y receptor) cómo comunicarse y cómo debe establecerse y finalizar la comunicación.
¿Qué es la sincronización?
El mecanismo de control de errores de la capa de sesión permite que un proceso «conversacional» agregue puntos de control o banderas en la transmisión para identificar (y corregir) cualquier inconsistencia a lo largo de la marca.
¿Qué es el control de diálogo?
La capa de sesión puede «forzar» a un proceso a transmitir en modo semidúplex o dúplex completo.
6. Capa de presentación (Capa 6)
La capa número 6 o tercer nivel de host se encarga de traducir la información obtenida de la capa de aplicación (es decir, la capa 7). Por este motivo, el nivel de presentación también se denomina nivel de traducción. Otras «tareas» incluyen la compresión de datos, la traducción y el cifrado/descifrado.
Funciones
Las funciones de la capa de presentación son traducción, cifrado/descifrado y compresión.
¿Qué es la traducción en la capa de presentación?
¿Alguna vez intentaste traducir de ASCII a texto? Es un ejercicio excelente, pero un poco tedioso. La capa de presentación puede hacer algo así en un abrir y cerrar de ojos.
¿Qué es el cifrado/descifrado?
El cifrado implica utilizar una clave para convertir texto simple en texto cifrado y utilizar la misma clave (o PKI) para descifrar el mensaje. Para obtener un curso intensivo sobre criptografía, no olvide consultar mi artículo sobre cifrado PGP .
¿Qué es la compresión en la capa de presentación?
La capa de presentación utiliza esta función para eliminar un par de bits del mensaje con el fin de que la transmisión sea más fluida.
7. Capa de aplicación (Capa 7)
También llamada capa de escritorio, la capa de aplicación es el lugar donde podemos ver las capas OSI en acción. Aquí tienes tus aplicaciones favoritas, como navegadores y clientes de correo electrónico, juegos, reproductores de vídeo y demás.
Funciones
Las funciones de la capa de aplicación son Terminal Virtual de Red , FTAM (Acceso y Gestión de Transferencia de Archivos), Servicios de Correo y Servicios de Directorio.
¿Qué es un terminal virtual de red?
Una NVT es una aplicación que permite al usuario conectarse de forma remota a otro host o a un servidor mediante emulación de software.
¿Qué es FTAM (Acceso y gestión de transferencia de archivos)?
FTAM es un protocolo que permite a los usuarios distribuir y manipular archivos a través de la red. Sí, sé que estabas pensando en FTP, pero no se parecen en nada. FTAM tiene atributos más amplios en comparación con FTP (por ejemplo, impresión y spooling, generación de sistemas de archivos de red y búsqueda de registros de bases de datos remotas).
¿Qué son los servicios de correo?
Esta función permite el reenvío y almacenamiento de correo electrónico en la capa de aplicación; Outlook puede considerarse un excelente ejemplo de la función de servicio de correo de la capa 7.
¿Qué son los servicios de directorio?
Un servicio de directorio es una infraestructura de software general que te ayuda a localizar, organizar y administrar recursos de red (por ejemplo, LDAP, DNS, servicio de directorio Netware, etc.).
Ventajas del modelo OSI
El modelo OSI define la comunicación de un sistema informático en 7 capas diferentes. Entre sus ventajas se encuentran:
- Divide la comunicación de red en 7 capas, lo que facilita su comprensión y resolución de problemas.
- Estandariza las comunicaciones de red, ya que cada capa tiene funciones y protocolos fijos.
- Diagnosticar problemas de red es más fácil con el modelo OSI.
- Es más fácil mejorar con los avances ya que cada capa puede recibir actualizaciones por separado.
Desventajas
Entre las desventajas del modelo OSI destacamos:
- El modelo OSI tiene siete capas, que pueden resultar complicadas y difíciles de entender para los principiantes.
- En las redes de la vida real, la mayoría de los sistemas utilizan un modelo más simple llamado conjunto de protocolos de Internet (TCP/IP), por lo que el modelo OSI no siempre es directamente aplicable.
- Cada capa del modelo OSI agrega su propio conjunto de reglas y operaciones, lo que puede hacer que el proceso requiera más tiempo y sea menos eficiente.
- El modelo OSI es más bien un marco teórico, lo que significa que es excelente para comprender conceptos pero no siempre es práctico para la implementación.
Preguntas frecuentes
¿Pueden las capas OSI trabajar independientemente?
No, las capas OSI no funcionan de forma independiente. Cada capa depende de los servicios que brinda la capa inferior y, a su vez, brinda servicios a la capa superior. Este enfoque en capas garantiza que los datos se transmitan sin problemas desde el origen hasta el destino.
¿Cómo ayuda el modelo OSI a solucionar problemas de red?
Al dividir la comunicación en capas, el modelo OSI ayuda a los administradores de red a aislar los problemas más fácilmente.
¿Qué sucede si falla una capa del modelo OSI?
Si falla una capa OSI en particular, la transmisión de datos puede verse interrumpida o fallar por completo. El administrador de red revisará capa por capa para identificar y resolver el problema y se asegurará de que cada capa esté funcionando correctamente o no.
¿Cómo encaja el DNS en el modelo OSI?
El sistema de nombres de dominio (DNS) funciona en la capa 7 (capa de aplicación). Traduce los nombres de dominio en direcciones IP, lo que facilita la comunicación entre usuarios y servicios a través de la red.
Conclusión
En conclusión, el modelo OSI (Open Systems Interconnection) nos ayuda a entender cómo se mueven los datos en las redes. Consta de siete capas distintas: física, enlace de datos, red, transporte, sesión, presentación y aplicación. Cada capa tiene responsabilidades específicas e interactúa con las capas que se encuentran directamente por encima y por debajo de ella. Aunque se trata de un modelo conceptual, el marco OSI todavía se utiliza ampliamente para solucionar problemas y comprender los problemas de red.