El modelo OSI (Open Systems Interconnection, interconexión de sistemas abiertos) fue un intento de la Organización Internacional de Normas (ISO) para la creación de un estándar que siguieran los diseñadores de nuevas redes. Se trata de un modelo teórico de referencia: únicamente explica lo que debe hacer cada componente de la red sin entrar en los detalles de implementación.

El modelo divide las redes en capas. Cada una de estas capas debe tener una función bien definida y relacionarse con sus capas inmediatas mediante unos interfaces también bien definidos. Esto debe permitir la sustitución de una de las capas sin afectar al resto, siempre y cuando no se varíen los interfaces que la relacionan con sus capas superior e inferior. Los creadores del modelo OSI consideraron que era 7 el número de capas que mejor se ajustaba a sus requisitos.

7   Aplicación Aplicación
6   Presentación Presentación
5   Sesión Sesión
4   Transporte Transporte
3 Red Red Red Red
2   Enlace de datos Enlace de datos Enlace de datos Enlace de datos
1   Física Física Física Física
Red 1 Red 2 Red 3
Host A Router 1 Router 2 Host B

El gráfico anterior muestra las 7 capas del modelo OSI. Las tres primeras capas se utilizan para enrutar, esto es, mover la información de unas redes a otras. En cambio, las capas superiores son exclusivas de los nodos origen y destino. La capa física está relacionada con el medio de transmisión (cableado concreto que utiliza cada red). En el extremo opuesto se encuentra la capa de aplicación: un programa de mensajería electrónica, por ejemplo. El usuario se situaría por encima de la capa 7. El siguiente gráfico muestra el flujo de información entre capas.

 

Se envían datos
Datos
Se reciben datos
7   Aplicación
C Datos
Aplicación
6   Presentación
C Datos
Presentación
5   Sesión
C Datos
Sesión
4   Transporte
C Datos
Transporte
3 Red
C Datos
Red
2   Enlace de datos
C Datos F
Enlace de datos
1   Física
Bits
Física
Host A Host B

El host  A es el nodo origen y el host B, el nodo destino. Nótese que estos papeles se intercambian continuamente en cualquier comunicación. Supongamos que mediante este modelo queremos enviar un mensaje al usuario del host B. El mensaje son los “datos” que se han dibujado por encima de la capa 7. Estos datos van descendiendo de capa en capa hasta llegar a la capa física del host A. Cada capa añade un encabezado (C = cabecera)  a los datos que recibe de la capa superior antes de enviárselos a su capa inferior. En la capa de enlace de datos se ha añadido también una serie de códigos al final de la secuencia (F = final) para delimitar no sólo el comienzo sino también el final de un paquete de datos. La capa física no entiende de datos ni de códigos: únicamente envía una secuencia de bits por el medio de transmisión (un cable).

Estos bits llegarán, probablemente pasando por varios encaminadores intermedios, hasta la capa física del host destino. A medida que se van recibiendo secuencias de bits, se van pasando a las capas superiores. Cada capa elimina su encabezado antes de pasarlo a una capa superior. Obsérvese que el mensaje que envía cada capa del host A a su capa inferior es idéntico al que recibe la capa equivalente del host B desde una capa inferior. Finalmente los datos llegarán a la capa de aplicación, serán interpretados y mostrados al usuario del host B.

Los paquetes de datos de cada capa suelen recibir nombres distintos. En la capa de enlace de datos se habla de marcos o tramas; en la capa de red, de paquetes o datagramas. En la capa de transporte, en ocasiones se utiliza el término segmento.

Cada capa se comunica con la capa equivalente de otro host (por ejemplo, la capa de red de un host se entiende con la capa de red de otro host) . Sin embargo, como hemos visto, la comunicación realmente se realiza descendiendo capas en el host origen, transmitiendo por el medio físico y aumentando capas en el host destino. Cada capa añade algo nuevo a la comunicación, como vamos a ver ahora:

  • Capa física. Se encarga de la transmisión de bits por un medio de transmisión, ya sea un medio guiado (un cable) o un medio no guiado (inalámbrico). Esta capa define, entre otros aspectos, lo que transmite cada hilo de un cable, los tipos de conectores, el voltaje que representa un 1 y el que representa un 0. La capa física será diferente dependiendo del medio de transmisión (cable de fibra óptica, cable par trenzado, enlace vía satélite, etc.) No interpreta la información que está enviando: sólo transmite ceros y unos.
  • Capa de enlace de datos. Envía tramas de datos entre hosts (o routers) de una misma red. Delimita las secuencias de bits que envía a la capa física, escribiendo ciertos códigos al comienzo y al final de cada trama. Esta capa fue diseñada originalmente para enlaces punto a punto, en los cuales hay que aplicar un control de flujo para el envío continuo de grandes cantidades de información. Para lasredes de difusión (redes en las que muchos ordenadores comparten un mismo medio de transmisión) fue necesario diseñar la llamada subcapa de acceso al medio. Esta subcapa determina quién puede acceder al medio en cada momento y cómo sabe cada host que un mensaje es para él, por citar dos problemas que se resuelven a este nivel.
  • Capa de red. Se encarga del encaminamiento de paquetes entre el origen y el destino, atravesando tantas redes intermedias como sean necesarias. Los mensajes se fragmentan en paquetes y cada uno de ellos se envía de forma independiente. Su misión es unificar redes heterogéneas: todos los host tendrán un identificador similar a nivel de la capa de red (en Internet son las direcciones IP) independientemente de las redes que tengan en capas inferiores (Token Ring con cable coaxial, Ethernet con cable de fibra óptica, enlace submarino, enlace por ondas, etc.)
  • Capa de transporte. Únicamente se preocupa de la transmisión origen-destino. Podemos ver esta capa como una canalización fiable que une un proceso de un host con otro proceso de otro host. Un host puede tener varios procesos ejecutándose: uno para mensajería y otro para transferir archivos, por ejemplo. No se preocupa del camino intermedio que siguen los fragmentos de los mensajes. Integra control de flujo y control de errores, de forma que los datos lleguen correctamente de un extremo a otro.
  • Capa de sesión. Se encarga de iniciar y finalizar las comunicaciones. Además proporciona servicios mejorados a la capa de transporte como, por ejemplo, la creación de puntos de sincronismo para recuperar transferencias largas fallidas.
  • Capa de presentación. Codifica los datos que recibe de la capa de aplicación a un sistema convenido entre emisor y receptor, con el propósito de que tanto textos como números sean interpretados correctamente. Una posibilidad es codificar los textos según la tabla ASCII y los números en complemento a dos.
  • Capa de aplicación. Aquí se encuentran los protocolos y programas que utiliza el usuario para sus comunicaciones en red. Esta capa tendrá que ser adaptada para cada tipo de ordenador de forma que sea posible el envío de un correo electrónico (u otros servicios) entre sistemas heterogéneos como Macintosh, Linux o Windows.

El modelo OSI, patrocinado por la Comunidad Europea y, más tarde, por el gobierno de los Estados Unidos, nunca llegó a tener la implantación esperada. Entre otros motivos, porque el modelo TCP/IP ya había sido aceptado por aquella época entre investigadores los cuales se resistieron a un cambio que, para la mayoría, era un cambio a peor. Las bases que sustentan Internet son realmente sencillas y quizás esto ha sido la clave de su éxito; el modelo OSI, en cambio, fue tan ambicioso y complejo que terminó arrinconado en las estanterías de los laboratorios.

Sin embargo, la idea de la división por capas del modelo OSI es realmente valiosa. Esta misma idea se aplica a todas las redes actuales, incluyendo Internet.

Como hemos comentado al principio, OSI es un modelo teórico general que da preferencia a un buen diseño en papel, antes que a la implementación de los protocolos. El modelo TCP/IP se hizo justamente al revés: primero vinieron los protocolos y, después, se pensó en sus especificaciones. De tal forma, que el modelo TCP/IP únicamente es aplicable para la pila de protocolos TCP/IP pero no es válido para nuevas redes.

El modelo TCP/IP tiene únicamente 3 capas: capa de red, de transporte y de aplicación. No tiene las capas de sesión ni de presentación que, por otro lado, estaban prácticamente vacías en el modelo OSI. Tampoco dice nada de las capas física y de enlace a datos. Sin embargo, nosotros seguiremos un modelo de referencia fruto de combinar los modelos OSI y TCP/IP. Se trata del modelo real que se está utilizando actualmente en las redes TCP/IP. El siguiente gráfico refleja las 5 capas de nuestro modelo.

Capa de aplicación (HTTP, SMTP, FTP, TELNET…)
Capa de transporte (UDP, TCP)
Capa de red (IP)
Capa de acceso a la red (Ethernet, Token Ring…)
Capa física (cable coaxial, par trenzado…)

 

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