Modelo OSI: que es y para que se utiliza

En este artículo vamos a tratar de definir de forma detalla qué es el modelo OSI. A pesar de que el modelo de red que se utiliza en las redes de área local no coincide de forma teórica con este modelo de comunicación, sí que tienen muchas características propias de él. Además, debemos tener en cuenta que este varía en función de las distintas topologías de red utilizadas sobre todo en entorno de negocio y grandes empresas. Lo que el modelo OSI pretende es que entendamos de un modo estandarizado los distintos niveles de comunicación.

Actualmente se tiene siempre a la construcción de modelos estandarizados para diferentes aspectos de nuestro entorno. Esto lo vemos de una forma más acusada en los protocolos telecomunicaciones entre máquinas. La estandarización es necesaria para un entorno en el que existen gran cantidad de redes y tipos de máquinas conectados a ellos, por no decir el gran número de operadores de telecomunicaciones que existen en el mercado.

Ejemplo de ello es el modelo que propone ISO, este ha sido clave para lograr precisamente el desarrollar de estas comunicaciones entre multitud de elementos en esencia totalmente distintos entre ellos. Veamos ahora en detalle sus principales puntos de interés.

Que es el modelo OSI

El modelo OSI lo desarrolló allá por 1984 la organización ISO (International Organization for Standarization). Este estándar perseguía el ambicioso objetivo de conseguir interconectar sistema de procedencia distinta para que esto pudieran intercambiar información sin ningún tipo de impedimentos 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.

Otra cosa que debemos tener muy presente es que el modelo OSI no es la definición de una topología ni un modelo de red en sí mismo. Tampoco especifica ni define los protocolos que se utilizan en la comunicación, ya que estos están implementados de forma independiente a este modelo. Lo que realmente hace OSI es definir la funcionalidad de ellos para conseguir un estándar.

Los niveles de los que se compone el modelo OSI son:

Tipos de servicio

El modelo OSI establece los dos tipos de servicio básicos que existen para las telecomunicaciones:

• Con conexión: es necesario establecer primero una conexión mediante un circuito para intercambiar información. Un tipo de comunicación con conexión es la telefónica, tanto móvil como fija.
• Sin conexión: para enviar o recibir información no será necesario establecer un circuito. El mensaje se envía con una dirección de destino y este llegará de la forma más rápida posible, pero no necesariamente ordenado. Un ejemplo típico es el envío de emails.

Conceptos y terminología que se utiliza en el modelo OSI

Para hable de OSI también debemos conocer distintos términos que están directamente relacionados con él. Si ellos no entenderíamos muchos de los conceptos del modelo.

Sistema

Es el elemento físico en donde se aplica el modelo. Es el conjunto de máquinas físicas de diversa índole que, conectadas, son capaces de transferir información

Modelo

Un modelo ayuda a definir una estructura junto a una serie de funciones que realizará el sistema de telecomunicaciones. Un modelo no aporta la definición de cómo se debe implementar una red de telecomunicaciones, sino que solamente define cual debe ser el procedimiento normalizado para intercambiar información.

Nivel

Es un conjunto de funciones específicas para facilitar la comunicación agrupadas en una entidad que a su vez se relaciona tanto con un nivel inferior como con un nivel superior.

Las interacciones entre niveles se denominan primitivas, y pueden ser indicaciones, respuestas, peticiones o confirmaciones. Cada nivel presenta estas características:

• Cada nivel está diseñado para realizar funciones específicas. Cuando necesitemos implementar unas determinadas funciones a la red aplicaremos el nivel que corresponda a estas funciones.
• Cada uno de estos niveles se relaciona con el anterior y el posterior en la escala de abstracción. Obtiene datos del nivel inferior y proporciona estos al nivel superior
• Cada nivel contiene unos servicios que son independientes a la implantación práctica
• Se debe establecer unos límites para cada nivel siempre y cuando aseguren el flujo de información entre cada uno

Función o Algoritmo

Es un conjunto de instrucciones que se relación entre sí para que, a través de estímulos de entrada (argumentos) produzca determinadas salidas (outputs).

Capas OSI

Funcionamiento básico

Ahora nos toca hablar de los siete niveles que establece el estándar de comunicación OSI. Cada uno de estos niveles tendrá sus propias funciones y protocolos que trabajaran para comunicarse con otros niveles.

Los protocolos de cada nivel se comunican con sus homólogos o peer, es decir su mismo protocolo situado en el otro extremo de la comunicación. De esta forma no tendrán influencia otros protocolos de otros niveles.

Para establecer el flujo de información, la máquina origen envía la información que partirá desde la capa más superficial hasta la capa física. Luego en la máquina de destino el flujo llegará a esta capa física y subirá hasta la capa más superficial que exista.

Además, cada nivel trabaja de forma independiente de las demás, si necesidad se saber el funcionamiento del resto de niveles. De esta forma cada uno es modificable sin que exista influencia en los demás. Por ejemplo, si queremos añadir un equipo físico o una tarjeta de red esto influirá solamente en la capa que controle estos dispositivos.

Los niveles se pueden dividir en dos grupos, los que están orientados a la red y los que están orientados a la aplicación.

Niveles OSI orientados a red

Estos niveles se encargan de gestionar el apartado físico de la conexión, como el establecimiento de la comunicación, el enrutamiento de ésta y el envío

Capa 1: Física

Este nivel se encarga directamente de los elementos físicos de la conexión. Gestiona los procedimientos a nivel electrónico para que la cadena de bits de información viaje desde el transmisor al receptor sin alteración alguna.

• Define el medio físico de transmisión: cables de pares trenzados, cable coaxial, ondas y fibra óptica
• Maneja las señales eléctricas y transmite el flujo de bits
• Define las características de los materiales, como conectores y niveles de tensión

Algunas normas relativas a este nivel son: ISO 2110, EIA-232, V.35, X.24, V24, V.28

Capa 2: Enlace de datos

Este nivel se encarga de proporcionar los medios funcionales para establecer la comunicación de los elementos físicos. Se ocupa del direccionamiento físico de los datos, el acceso al medio y especialmente de la detección de errores en la transmisión.

Esta capa construye las tramas de bits con la información y además otros elementos para controlar que la transmisión se haga de forma correcta. El elemento típico que realiza las funciones de esta capa es el switch o también el router, que se encarga de recibir y enviar datos desde un transmisor a un receptor

Los protocolos más conocidos de este enlace son los IEEE 802 para las conexiones LAN y IEEE 802.11 para las conexiones WiFi.

Capa 3: Red

Esta capa se encarga de la identificación del enrutamiento entre dos o más redes conectadas. Este nivel hará que los datos puedan llegar desde el transmisor al receptor siendo capaz de hacer las conmutaciones y encaminamientos necesarios para que el mensaje llegue. Debido a esto es necesario que esta capa conozca la topología de la red en la que opera.

El protocolo más conocido que se encarga de esto es el IP. También encontramos otros como IPX, APPLETALK o ISO 9542.

Capa 4: Transporte

Este nivel se encarga de realizar el transporte de los datos que se encuentran dentro del paquete de transmisión desde el origen al destino. Esto se realiza de forma independiente al tipo de red que haya detectado el nivel inferior. La unidad de información o PDU antes vista, también le llamamos Datagrama si trabaja con el protocolo UDP orientado al envío sin conexión, o Segmento, si trabaja con el protocolo TCP orientado a la conexión.

Esta capa trabaja con los puertos lógicos como son el 80, 443, etc. Además, es la capa principal en donde se debe proporcionar la calidad suficiente para que la transmisión del mensaje se realice correctamente y con las exigencias del usuario.

Niveles OSI orientados a aplicación

Estos niveles trabajan directamente con las aplicaciones que solicitan los servicios de niveles inferiores. Se encarga de adecuar la información para que sea comprensible desde el punto de vista de un usuario, mediante una interfaz y un formato.

Capa 5: Sesión

Mediante este nivel se podrá controlar y mantener activo el enlace entre las máquinas que están transmitiendo información. De esta forma se asegurará que una vez establecida la conexión, esta e mantengas hasta que finalice la transmisión.

Se encargará del mapeo de la dirección de sesión que introduce el usuario para pasarlas a direcciones de transporte con las que trabajan los niveles inferiores.

Capa 6: Presentación

Como su propio nombre intuye, esta capa se encarga de la representación de la información transmitida. Asegurará que los datos que nos llegan a los usuarios sean entendibles a pesar de los distintos protocolos utilizados tanto en un receptor como en un transmisor. Traducen una cadena de caracteres en algo entendible, por así decirlo.

En esta capa no se trabaja con direccionamiento de mensajes ni enlaces, sino que es la encargada de trabajar con el contenido útil que nosotros queremos ver.

Capa 7: Aplicación

Este es el último nivel, y en encargado de permitir a los usuarios ejecutar acciones y comandos en sus propias aplicaciones como por ejemplo un botón para enviar un email o un programa para enviar archivos mediante FTP. Permite también la comunicación entre el resto de capas inferiores.

un ejemplo de la capa de aplicación puede ser el protocolo SMTP para el envío de correos electrónicos, programas de transmisión de ficheros por FTP, etc.

Entidades de Datos en el modelo OSI

Es un elemento que procesa información en un sistema abierto para aplicarlo a funciones determinadas. En este caso se tratará de procesar información para su intercambio entre máquinas. Un proceso está formado por:

• Punto de acceso al servicio (SAP): lugar en el que cada capa encuentra los servicios de la capa que hay justo debajo
• Unidad de Datos de la Interfaz (IDU): bloque de información que una capa pasa a una capa inferior
• Unidad de datos del protocolo (N-PDU): paquetes de información que transporta la información que se pretende envía por la red. Esta información estará fraccionada y compuesta por una cabecera que lleva información de control. Esta información se intercambia entre dos entidades que pertenecen al mismo nivel en lugares distintos.
• Unidad de datos de servicio (SDU): cada IDU se compone de un campo de información para el control de la interfaz (ICI) y otro campo con información con la información de la red (SDU). Una SDU de un nivel n representa la PDU del nivel n+1, de esta forma n+1-PDU = n-SDU

Gráficamente se podría representar de la siguiente forma:

Proceso de transmisión de los datos en el modelo OSI

Veamos ahora como es el funcionamiento de las capas del modelo OSI en la transmisión de los datos.

1. La capa de aplicación recibirá el mensaje por parte del usuario.
2. El mensaje está situado en la capa de aplicación. Esta capa le añade una cabecera ICI para formar así la PDU de la capa de aplicación y pasa a llamarse IDU. Ahora se pasa a la siguiente capa
3. El mensaje está ahora situado en la capa de presentación. Esta capa le añade su propia cabecera y se transfiere a la siguiente capa
4. El mensaje ahora está en la capa de sesión y otra vez se vuelve a repetir el procedimiento anterior. Se envía después las capas físicas
5. En las capas físicas el paquete será direccionado debidamente hasta el receptor
6. Cuando el mensaje llega al receptor cada capa elimina la cabecera que su capa homologa a colocado para transmitir en mensaje
7. Ahora el mensaje llega a la capa de aplicación del destino para entregarse al usuario de forma comprensible

Así concluye nuestro artículo sobre el modelo OSI

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