¿Qué es el modelo OSI?

El Open Systems Interconnection Model, conocido como modelo OSI por su abreviatura, fue creado por la Organización Internacional para la Normalización (ISO) como modelo de referencia para el establecimiento de una comunicación abierta en diferentes sistemas técnicos. Para entenderlo mejor, es necesario transportarse a los comienzos de la era de Internet: a finales de los años 70, los fabricantes más destacados en el ámbito de la tecnología de redes tuvieron que hacer frente al problema de que sus dispositivos solo podían conectarse a través de una arquitectura de red privada. Por aquel entonces, ningún fabricante pensó en crear componentes de software y hardware siguiendo las especificaciones de otros fabricantes y un proyecto como Internet presupone, en cambio, ciertos estándares que posibiliten la comunicación.

El protocolo OSI es el resultado de un intento de normalización y, como marco conceptual, ofrece los fundamentos de diseño para normas de comunicación no privativas. Para ello, el modelo de ISO OSI divide el complicado proceso de la comunicación en red en siete estadios denominados capas OSI. En la comunicación entre dos sistemas, cada capa requiere que se lleven a cabo ciertas tareas específicas. Entre ellas se encuentran, por ejemplo, el control de la comunicación, la direccionalidad del sistema de destino o la traducción de paquetes de datos a señales físicas. Sin embargo, el método solo funciona cuando todos los sistemas participantes en la comunicación cumplen las reglas. Estas se establecen en los llamados protocolos, que se aplican a cada una de las capas o que se utilizan en la totalidad de las mismas.

El modelo de referencia ISO no es propiamente un estándar de red concreto, sino que, en términos abstractos, describe cuáles son los procesos que se han de llevar a cabo para que la comunicación funcione a través de una red. 

Las capas OSI

A los usuarios puede parecerles que la comunicación entre dos ordenadores es algo trivial. Y, sin embargo, en lo que concierne a la transmisión de datos en una red, tienen que llevarse a cabo numerosas tareas y cumplirse determinados requisitos en cuanto a fiabilidad, seguridad e integridad, lo que ha puesto de manifiesto la necesidad de dividir la comunicación en red por capas. Cada una de ellas está orientada a una tarea diferente, por lo que los estándares solo cubren una parte del modelo de capas. Este tiene una estructura jerárquica, es decir, que cada capa tiene acceso a una inferior por medio de una interfaz y la pone a disposición para las capas que están por encima de ella. Este principio tiene dos ventajas esenciales:

  • Las tareas y requisitos que han de realizarse y cumplirse están claramente definidos. Los estándares para cada capa pueden desarrollarse de manera independiente.
  • Debido a que cada una de las capas está delimitada con independencia de las otras, los cambios realizados en las normas de una de ellas no influyen en los procesos que se están desarrollando en las otras capas, lo que facilita la introducción de nuevas normas.

En función de sus tareas, las siete capas del modelo ISO pueden subdividirse en dos grupos: capas orientadas a aplicaciones y capas orientadas al transporte. Los procesos que tienen lugar en cada una de las capas pueden visualizarse en el ejemplo de la transmisión por correo electrónico desde un terminal a un servidor de correo:

Capas orientadas a aplicaciones

Las capas superiores del protocolo OSI se denominan capas orientadas a aplicaciones. En este sentido, se establece una diferenciación entre capa de aplicación, capa de presentación y capa de sesión.

  • Capa 7 – Capa de aplicación (application layer): este es el nivel del modelo OSI que está en contacto directo con aplicaciones como programas de correo electrónico o navegadores web y en ella se produce la entrada y salida de datos. Esta capa establece la conexión para los otros niveles y prepara las funciones para las aplicaciones. Este proceso se puede explicar mediante el ejemplo de la transmisión por correo electrónico: un usuario escribe un mensaje en el programa de correo electrónico en su terminal y la capa de aplicación lo acepta en forma de paquete de datos. A los datos del correo electrónico se le adjuntan datos adicionales en forma de encabezado de la aplicación: a esto se le llama también “encapsulamiento”. Este encabezado indica, entre otras cosas, que los datos proceden de un programa de correo electrónico. Aquí también se define el protocolo que se usa en la transmisión del correo electrónico en la capa de aplicación (normalmente el protocolo SMTP).
  • Capa 6 – Capa de presentación (presentation layer): una de las tareas esenciales de la comunicación en red es garantizar el envío de datos en formatos estándar. En la capa de presentación, los datos se transportan localmente en formato estandarizados. En el caso de la transmisión de un correo electrónico, en esta capa se define el modo en que se tiene que presentar el mensaje. Para ello, el paquete de datos se completa para que se cree un encabezado de presentación que contiene los datos acerca de cómo se ha codificado el correo (en España se utiliza normalmente ISO 8859-1 (Latin1) o ISO 8859-15), en qué formato se presentan los archivos adjuntos (p. ej., JPEG o MPEG4) o cómo se han comprimido o cifrado los datos (p. ej., SSL/TLS). De esta manera se puede asegurar que el sistema de destino también ha entendido el formato del correo electrónico y que el mensaje se va a enviar.
  • Capa 5 – Capa de sesión (session layer): esta capa tiene la misión de organizar la conexión entre ambos sistemas finales, por lo que también recibe el nombre de capa de comunicación. En ella se incluyen los mecanismos especiales de gestión y control que regulan el establecimiento de la conexión, su mantenimiento y su interrupción. Para controlar la comunicación se necesitan unos datos adicionales que se deben añadir a los datos del correo electrónico transmitidos a través del encabezado de la sesión. La mayoría de protocolos de aplicación actuales como SMTP o FTP se ocupan ellos mismos de las sesiones o, como HTTP, son protocolos sin estado. El modelo TCP/IP, en calidad de competidor del modelo OSI, agrupa las capas OSI 5, 6 o 7 en una capa de aplicación. NetBIOS, Socks y RPC son otras de las especificaciones que recoge la capa 5. 

Capas de transporte

A las tres capas del protocolo OSI para las aplicaciones se suman cuatro capas de transporte y en ellas se puede distinguir entre la capa de transporte, la capa de red, la capa de vínculo de datos y la capa física.

  • Capa 4 – Capa de transporte (transport layer): la capa de transporte opera como vínculo entre las capas de aplicaciones y las orientadas al transporte. En este nivel del modelo OSI se lleva a cabo la conexión lógica de extremo a extremo (el canal de transmisión) entre los sistemas en la comunicación. Para ello, también se tiene que añadir cierta información en los datos del correo electrónico. El paquete de datos que ya se amplió para el encabezado de las capas orientadas a las aplicaciones se complementa en la capa 4 con un encabezado de transporte. En ello entran en juego protocolos de red estandarizados como TCP o UDP. Además, en la capa de transporte también se definen los puertos a través de los cuales las aplicaciones pueden dirigirse al sistema de destino. Asimismo, en la capa 4 también tiene lugar la asignación de un determinado paquete de datos a una aplicación.
  • Capa 3 – Capa de red (network layer): con la capa de mediación la transferencia de datos llega a Internet. Aquí se realiza el direccionamiento lógico del equipo terminal, al que se le asigna una dirección IP. Al paquete de datos, como los datos del correo electrónico del ejemplo, se le añadirá un encabezado de red en el estadio 3 del modelo OSI, que contiene información sobre la asignación de rutas y el control del flujo de datos. Aquí, los sistemas informáticos recurren a normas de Internet como IP, ICMP, X.25, RIP u OSPF. En lo relativo al tráfico de correo electrónico, se suele utilizar más TCP que IP.
  • Capa 2 – Capa de vínculo de datos (data link layer): en la capa de seguridad, las funciones como reconocimiento de errores, eliminación de errores y control del flujo de datos se encargan de evitar que se produzcan errores de comunicación. El paquete de datos se sitúa, junto a los encabezados de aplicación, presentación, sesión, transporte y red, en el marco del encabezado de enlace de datos y de la trama de enlace de datos. Además, en la capa 2 tiene lugar el direccionamiento de hardware y, asimismo, entran en acción las direcciones MAC. El acceso al medio está regulado por protocolos como Ethernet o PPP.
  • Capa 1 – Capa física (physical layer): en la capa física se efectúa la transformación de los bits de un paquete de datos en una señal física adecuada para un medio de transmisión. Solo esta puede transferirse a través de un medio como hilo de cobre, fibra de vidrio o aire. La interfaz para el medio de transmisión se define por medio de protocolos o normas como DSL, ISDN, Bluetooth, USB (capa física) o Ethernet (capa física).

Encapsulado y desencapsulado

Los paquetes de datos no solo recorren cada capa del modelo OSI, sino también el sistema del remitente y el sistema de destino. Cualquier otro dispositivo por el que deba pasar un paquete de datos forma parte de las capas 1 y 3. El correo electrónico del ejemplo pasa por el router como señal física antes de avanzar por Internet. Esta se establece en la capa 3 del protocolo OSI y solo procesa información de las tres primeras capas, sin tener en cuenta las capas que van desde la 4 a la 7. Para poder acceder a datos importantes, el router tiene que descomprimir (“desencapsular”) el paquete de datos encapsulado y, en este proceso, se recorren las diferentes capas OSI en orden inverso.

En primer lugar, se produce la decodificación de señales en la capa de transferencia de bits y, a continuación, se leen las direcciones MAC de la capa 2 y las direcciones IP y los protocolos de enrutamiento de la capa 3. Con estos datos, el router ya se encuentra en condiciones de tomar una decisión en cuanto a su reenvío. El paquete de datos, encapsulado de nuevo y basándose en la información obtenida, puede ser reenviado entonces a la próxima estación, en su camino hacia el sistema de destino.

Por regla general, en la transmisión de datos participa más de un router y en ellos tiene lugar el proceso de encapsulado y desencapsulado hasta que el paquete de datos llega a su destino (en este ejemplo, un servidor de correo electrónico) en forma de una señal física. El paquete de datos también pasa, aquí, por el proceso de desencapsulado, para lo que se recorrerán desde la primera hasta la séptima capa del modelo OSI. El mensaje enviado a través del cliente de correo electrónico llegará, por lo tanto, al servidor de correo electrónico, donde estará disponible para que otro cliente de correo electrónico pueda acceder a él.

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