El modelo Open System Interconnect (OSI) funciona como una guía para desarrolladores y proveedores para crear soluciones de software interoperables y seguras.
Este modelo describe las complejidades de cómo fluyen los datos en una red, los protocolos de comunicación como TCP y las diferencias entre herramientas y tecnologías.
Aunque muchos argumentan la relevancia de las capas del modelo OSI, de hecho es relevante, especialmente en la era de la ciberseguridad.
Conocer las capas del modelo OSI lo ayudará a medir las vulnerabilidades técnicas y los riesgos asociados con las aplicaciones y los sistemas. También puede ayudar a los equipos a identificar y distinguir la ubicación de los datos y el acceso físico y definir su política de seguridad.
En este artículo, profundizaremos en las capas del modelo OSI y exploraremos su importancia tanto para los usuarios como para las empresas.
Tabla de contenido
¿Qué es el modelo de interconexión de sistema abierto (OSI)?
El modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) es un modelo de referencia que consta de siete capas utilizadas por los sistemas informáticos y las aplicaciones para comunicarse con otros sistemas a través de una red.
El modelo desglosa los procesos, estándares y protocolos de transmisión de datos en siete capas, donde cada uno de ellos realiza algunas tareas específicas relacionadas con el envío y la recepción de datos.
Capas del modelo OSI
El modelo OSI fue desarrollado por la Organización Internacional de Normalización (ISO) en 1984 y es el primer estándar de referencia para establecer cómo deben comunicarse los sistemas en una red. Este modelo fue adoptado por todas las empresas líderes en telecomunicaciones e informática.
El modelo representa un diseño visual donde las siete capas se colocan una encima de la otra. En la arquitectura del modelo OSI, la capa inferior sirve a la capa superior. Entonces, cuando los usuarios interactúan, los datos fluyen hacia abajo a través de estas capas a través de la red, comenzando desde el dispositivo de origen y luego subiendo a través de las capas para llegar al dispositivo receptor.
El modelo OSI incluye varias aplicaciones, hardware de red, protocolos, sistemas operativos, etc., para permitir que los sistemas transmitan señales a través de medios físicos como fibra óptica, cobre de par trenzado, Wi-Fi, etc., en una red.
Este marco conceptual puede ayudarlo a comprender las relaciones entre los sistemas y tiene como objetivo guiar a los desarrolladores y proveedores en la creación de aplicaciones y productos de software interoperables. Además, promueve un marco que describe el funcionamiento de los sistemas de redes y telecomunicaciones en uso.
¿Por qué necesita conocer el modelo OSI?
Comprender el modelo OSI es importante en el desarrollo de software ya que cada aplicación y sistema funcionan sobre la base de una de estas capas.
Los profesionales de redes de TI aprovechan el modelo OSI para conceptualizar cómo fluyen los datos en una red. Este conocimiento es valioso no solo para los proveedores y desarrolladores de software, sino también para los estudiantes que desean aprobar exámenes como la certificación Cisco Certified Network Associate (CCNA).
Algunas de las ventajas de aprender las capas del modelo OSI son:
- Comprender el flujo de datos: el modelo OSI facilita a los operadores de red comprender cómo fluyen los datos en una red. Esto les ayuda a comprender cómo el hardware y el software funcionan juntos. Con esta información, puede crear un mejor sistema con mayor seguridad y resiliencia utilizando el software y el hardware adecuados.
- Fácil solución de problemas: la solución de problemas se vuelve más fácil porque la red está dividida en siete capas con sus propias funcionalidades y componentes. Además, se necesita menos tiempo para que los profesionales diagnostiquen el problema. De hecho, puede identificar la capa de red responsable de causar los problemas para que pueda cambiar su enfoque en esa capa en particular.
- Promueve la interoperabilidad: los desarrolladores pueden crear sistemas de software y dispositivos que sean interoperables para que puedan interactuar fácilmente con productos de otros proveedores. Esto aumenta la funcionalidad de esos sistemas y permite a los usuarios trabajar de manera eficiente.
Puede definir con qué componentes y piezas deben trabajar sus productos. Esto también le permite comunicar a los usuarios finales la capa de red en la que operan sus productos y sistemas, ya sea en toda la pila tecnológica o solo en una capa en particular.
Diferentes capas del modelo OSI
Capa fisica
La capa física es la capa más inferior y la primera en el modelo OSI que describe la representación física y eléctrica de un sistema.
Puede incluir el tipo de cable, disposición de pines, enlace de radiofrecuencia, voltajes, tipo de señal, tipo de conectores para conectar los dispositivos y más. Es responsable de una conexión inalámbrica o por cable físico entre diferentes nodos de la red, facilita la transmisión de datos sin procesar y controla las tasas de bits.
Capa fisica
En esta capa, los datos sin procesar en bits o 0 y 1 se convierten en señales y se intercambian. Requiere que los extremos del remitente y el receptor estén sincronizados para permitir una transmisión de datos fluida. La capa física proporciona una interfaz entre diferentes dispositivos, medios de transmisión y tipos de topología para redes. El tipo de modo de transmisión requerido también se define en la capa física.
La topología de red utilizada puede ser bus, anillo o estrella, y el modo puede ser simplex, full-duplex o half-duplex. Los dispositivos en la capa física pueden ser conectores de cable Ethernet, repetidores, concentradores, etc.
Si se detecta un problema de red, los profesionales de redes primero verifican si todo en la capa física funciona bien. Pueden comenzar con la verificación de los cables si están conectados correctamente y si el enchufe de alimentación está conectado al sistema, como un enrutador, entre otros pasos.
Las principales funciones de la capa-1 son:
- Definición de topologías físicas, la forma en que se organizan los dispositivos y sistemas en una red determinada
- Definir el modo de transmisión es cómo fluyen los datos entre dos dispositivos conectados en la red.
- Sincronización de bits con un reloj que controla el receptor y el emisor a nivel de bits.
- Control de la tasa de bits de la transmisión de datos
Capa de enlace de datos
La capa de enlace de datos está por encima de la capa física. Se utiliza para establecer y terminar conexiones entre dos nodos conectados presentes en una red. Esta capa divide los paquetes de datos en diferentes marcos, que luego van desde el origen hasta el destino.
La capa de enlace de datos tiene dos partes:
- El control de enlace lógico (LLC) detecta protocolos de red, sincroniza marcos y verifica errores.
- Media Access Control (MAC) utiliza direcciones MAC para vincular dispositivos y establecer permisos para transmitir datos.
Las direcciones MAC son direcciones únicas asignadas a cada sistema en una red que ayudan a identificar el sistema. Estos números de 12 dígitos son sistemas de direccionamiento físico supervisados en la capa de enlace de datos de una red. Controla cómo se accede a una variedad de componentes de red a un medio físico.
Capa de enlace de datos
Ejemplo: las direcciones MAC pueden comprender 6 octetos, como 00:5e:53:00:00:af, donde los primeros tres números corresponden a los identificadores únicos de la organización (OUI) mientras que los últimos tres corresponden al controlador de interfaz de red (NIC) .
Las principales funciones de la capa-2 son:
- Detección de errores: la detección de errores ocurre en esta capa pero no la corrección de errores, que ocurre en la capa de transporte. En algunos casos, las señales no deseadas denominadas bits de error se encuentran en las señales de datos. Para contrarrestar este error, el error debe detectarse primero a través de métodos como la suma de verificación y la verificación de redundancia cíclica (CRC).
- Control de flujo: la transmisión de datos entre el receptor y el remitente a través de un medio debe ocurrir a la misma velocidad. Si los datos como trama se envían a un ritmo más rápido que la velocidad a la que el receptor los recibe, es posible que se pierdan algunos datos. Para resolver este problema, la capa de enlace de datos involucra algunos métodos de control de flujo para que se mantenga una velocidad constante a lo largo de la línea de transmisión de datos. Estos métodos podrían ser:
- El método de ventana deslizante en el que ambos extremos decidirán cuántos fotogramas se deben transmitir. Ahorra tiempo y recursos durante la transmisión.
- El mecanismo de detener y esperar requiere que el remitente se detenga y comience a esperar al receptor después de que se transmiten los datos. El remitente debe esperar hasta que reciba un reconocimiento del receptor de que ha recibido los datos.
- Habilite el acceso múltiple: la capa de enlace de datos también le permite acceder a múltiples dispositivos y sistemas para transmitir datos a través del mismo medio de transmisión sin colisiones. Para ello utiliza protocolos de detección de colisión o acceso múltiple con detección de portadora (CSMA/CD).
- Sincronización de datos: en la capa de enlace de datos, los dispositivos que comparten datos deben estar sincronizados entre sí en cada extremo para facilitar la transmisión de datos sin problemas.
La capa de enlace de datos también aprovecha dispositivos como puentes y conmutadores de capa 2. Los puentes son dispositivos de 2 puertos que se conectan a diferentes redes LAN. Funciona como un repetidor, filtra datos no deseados y los envía al punto final de destino. Conecta redes utilizando el mismo protocolo. Por otro lado, los conmutadores de capa 2 envían datos a la capa posterior en función de la dirección MAC del sistema.
Capa de red
La capa de red se encuentra encima de la capa de enlace de datos y es la tercera desde abajo del modelo OSI. Utiliza direcciones de red, como direcciones IP, para enrutar paquetes de datos a un nodo receptor que opera en diferentes o los mismos protocolos y redes.
Realiza dos tareas principales:
- Divide segmentos de red en diferentes paquetes de red mientras vuelve a ensamblar los empaquetadores de red en el nodo de destino.
- Descubre la ruta óptima en una red física y enruta los paquetes en consecuencia.
Por ruta óptima, quiero decir que esta capa encuentra la ruta más corta, más eficiente en el tiempo y más fácil entre un remitente y un receptor para la transmisión de datos utilizando conmutadores, enrutadores y varios métodos de manejo y detección de errores.
Capa de red
Para ello, la capa de red utiliza una dirección de red lógica y el diseño de división en subredes de la red. Ya sea que los dispositivos estén en la misma red o no, usen el mismo protocolo o no, y funcionen en la misma topología o no, esta capa enrutará los datos utilizando una dirección IP lógica y un enrutador desde un origen a un destino. Entonces, sus componentes principales son direcciones IP, subredes y enrutadores.
- Dirección IP: Es un número de 32 bits globalmente único asignado a cada dispositivo y funciona como una dirección de red lógica. Tiene dos partes: dirección de host y dirección de red. Una dirección IP suele estar representada por cuatro números separados por un punto, por ejemplo, 192.0.16.1.
- Enrutadores: en la capa de red, los enrutadores se utilizan para comunicar datos entre dispositivos que operan en diferentes redes de área amplia (WAN). Dado que los enrutadores utilizados para la transmisión de datos no conocen la dirección de destino exacta, los paquetes de datos se enrutan.
Solo tienen información sobre la ubicación de su red y aprovechan los datos recopilados en la tabla de enrutamiento. Esto ayuda a los enrutadores a encontrar la ruta para entregar los datos. Cuando finalmente entrega los datos a la red de destino, los datos se enviarán al host de destino en la red.
- Máscaras de subred: una máscara de subred consta de 32 bits de la dirección lógica que un enrutador puede usar además de una dirección IP para descubrir la ubicación del host de destino para entregar los datos. Es importante ya que las direcciones de host y de red no son suficientes para encontrar la ubicación, ya sea que se encuentre en una red o subred remota. Un ejemplo de máscara de subred podría ser 255.255.255.0.
Al mirar una máscara de subred, puede averiguar la dirección de red y la dirección del host. Entonces, cuando llega un paquete de datos desde la fuente con la dirección de destino calculada, el sistema recibirá los datos y los transmitirá a la siguiente capa. Esta capa no requiere que el remitente espere el reconocimiento del receptor, a diferencia de la capa 2.
Capa de transporte
La capa de transporte es la cuarta desde abajo en el modelo OSI. Toma datos de la capa de red y los entrega a la capa de aplicación. En esta capa, los datos se denominan «segmentos» y la función principal de la capa es entregar el mensaje completo. También reconoce cuando la transmisión de datos se lleva a cabo con éxito. Si hay algún error, devuelve los datos.
Aparte de esto, la capa de transporte realiza el control del flujo de datos, transmite datos a la misma velocidad que el dispositivo receptor para permitir una transmisión fluida, gestiona los errores y solicita datos nuevamente después de encontrar errores.
Capa de transporte
Entendamos lo que sucede en cada extremo:
- Al final del remitente, al recibir los datos formateados de las capas superiores del modelo OSI, la capa de transporte realiza la segmentación. Luego implementa técnicas de control de flujo y error para permitir una transmisión de datos fluida. A continuación, agregará los números de puerto de origen y destino en el encabezado y finaliza los segmentos a la capa de red.
- Al final del receptor, la capa de transporte identificará el número de puerto mirando el encabezado y luego enviará los datos recibidos a la aplicación de destino. También secuenciará y volverá a ensamblar los datos segmentados.
La capa de transporte proporciona una conexión sin errores y de extremo a extremo entre dispositivos o hosts en una red. Suministra segmentos de datos de intra e inter subredes.
Para habilitar la comunicación de un extremo a otro en una red, cada dispositivo debe tener un punto de acceso al servicio de transporte (TSAP) o un número de puerto. Esto ayudará al host a reconocer los hosts pares por el número de puerto en una red remota. Por lo general, se encuentra de forma manual o predeterminada, ya que la mayoría de las aplicaciones usan un número de puerto predeterminado de 80.
La capa de transporte utiliza dos protocolos:
- El protocolo de control de transmisión (TCP): este protocolo confiable primero establece la conexión entre los hosts antes de comenzar la transmisión de datos. Requiere que el receptor envíe el acuse de recibo de si ha recibido los datos o no. Al recibir el reconocimiento, envía el segundo lote de datos. También monitorea la velocidad de transmisión y el control de flujo y corrige errores.
- Protocolo de datagramas de usuario (UDP): se considera poco fiable y no está orientado a la conexión. Después de que los datos transiten entre los hosts, no es necesario que el destinatario envíe el acuse de recibo y sigue enviando datos. Es por eso que es propenso a ataques cibernéticos como inundaciones UDP. Se utiliza en juegos en línea, transmisión de video, etc.
Algunas funciones de la capa de transporte son:
- Direcciones de los puntos de servicio: la capa de transporte tiene una dirección llamada dirección de puerto o dirección de punto de servicio que ayuda a entregar un mensaje al receptor correcto.
- Detección y control de errores: Esta capa ofrece detección y control de errores. Puede ocurrir un error mientras el segmento o los datos se almacenan en la memoria del enrutador, incluso si no se detectan errores mientras los datos se mueven a través de un enlace. Y si ocurre un error, la capa de enlace de datos no podrá detectarlo. Además, todos los enlaces pueden no ser seguros; por lo tanto, se necesita la necesidad de detección de errores en la capa de transporte. Se realiza a través de dos métodos:
- Verificación de redundancia cíclica
- Generador y comprobador de suma de comprobación
Capa de sesión
capa de sesión
La quinta capa desde abajo del modelo OSI es la capa de sesión. Se utiliza para crear canales de comunicación, también conocidos como sesiones, entre diferentes dispositivos. Realiza tareas como:
- Sesiones de apertura
- Sesiones de clausura
- Manteniéndolos abiertos y completamente funcionales cuando se está produciendo la transmisión de datos.
- Ofreciendo sincronización de diálogo entre diferentes aplicaciones para promover la transmisión de datos sin interrupciones y sin pérdida en el extremo receptor.
La capa de sesión puede crear puntos de control para garantizar una transferencia de datos segura. En caso de que la sesión se interrumpa, todos los dispositivos reanudarán la transmisión desde su último punto de control. Esta capa permite a los usuarios que utilizan diferentes plataformas crear sesiones de comunicación activa entre ellos.
Capa de presentación
La sexta capa desde abajo es la capa de presentación o capa de traducción. Se utiliza para preparar los datos que se enviarán a la capa de aplicación que se encuentra arriba. Presenta datos a los usuarios finales que los usuarios pueden entender fácilmente.
La capa de presentación describe cómo dos dispositivos en una red deben comprimir, cifrar y codificar los datos para que el receptor los reciba correctamente. Esta capa utiliza datos que la capa de aplicación transmite y luego envía a la capa de sesión.
La capa de presentación maneja la sintaxis ya que el remitente y el receptor pueden usar diferentes modos de comunicación, lo que puede generar inconsistencias. Esta capa permite que los sistemas se comuniquen y se entiendan fácilmente en la misma red.
La capa-6 realiza tareas como:
- Cifrado de datos en el lado del remitente
- Descifrado de datos en el lado del receptor
- Traducción, como formato ASCII a EBCDIC
- Comprimir datos para multimedia antes de la transmisión
La capa divide los datos que contienen caracteres y números en bits y luego los transmite. También traduce datos para una red en el formato requerido y para diferentes dispositivos como teléfonos inteligentes, tabletas, PC, etc., en un formato aceptado.
Capa de aplicación
La aplicación es la séptima y la capa superior en el modelo OSI. El software y las aplicaciones del usuario final, como los clientes de correo electrónico y los navegadores web, utilizan esta capa.
La capa de aplicación proporciona protocolos que permiten que los sistemas de software transmitan datos y proporcionen información significativa a los usuarios finales.
Ejemplo: los protocolos de la capa de aplicación pueden ser el famoso Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP), el Protocolo simple de transferencia de correo (SMTP), el Sistema de nombres de dominio (DNS), el Protocolo de transferencia de archivos (FTP) y más.
TCP/IP vs. Modelo OSI: Diferencias
Las diferencias clave entre TCP/IP y el modelo OSI son:
- El TCP/IP, creado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD), es un concepto más antiguo que el modelo OSI.
- El modelo funcional TCP/IP se construyó para resolver problemas de comunicación específicos y se basa en protocolos estándar. El modelo OSI, por otro lado, es un modelo genérico que es independiente del protocolo que se utiliza para definir las comunicaciones de red.
- El modelo TCP/IP es más directo y tiene menos capas que el modelo OSI. Tiene cuatro capas, típicamente:
- La capa de acceso a la red, que combina las capas 1 y 2 de OSI.
- La capa de Internet, que se denomina capa de red en el modelo OSI
- Capa de transporte
- Capa de aplicación, que combina las capas OSI 5, 6 y 7.
- El modelo OSI tiene siete capas: la capa física, la capa de enlace de datos, la capa de red, la capa de transporte, la capa de sesión, la capa de presentación y la capa de aplicación.
- Las aplicaciones que usan TCP/IP utilizan todas las capas, pero en el modelo OSI, la mayoría de las aplicaciones no utilizan las siete capas. De hecho, las capas 1-3 solo son obligatorias para la transmisión de datos.
Conclusión
Conocer el modelo OSI puede ayudar a los desarrolladores y proveedores a crear aplicaciones y productos de software que sean interoperables y seguros. También le ayudará a diferenciar entre diferentes herramientas y protocolos de comunicación y cómo funcionan entre sí. Y si usted es un estudiante que aspira a aprobar un examen de redes como la certificación CCNA, conocer el modelo OSI será beneficioso.