Capas y protocolos del modelo OSI en la red informática

¿Qué es el modelo OSI?

El Modelo OSI es un modelo lógico y conceptual que define la comunicación en red utilizada por sistemas abiertos a la interconexión y comunicación con otros sistemas. La interconexión de sistemas abiertos (modelo OSI) también define una red lógica y describe de manera efectiva la transferencia de paquetes de computadora mediante el uso de varias capas de protocolos.

Características del modelo OSI

Estas son algunas características importantes del modelo OSI:

Sólo se debe crear una capa donde se necesiten niveles definidos de abstracción.
La función de cada capa debe seleccionarse según los protocolos estandarizados internacionalmente.
El número de capas debe ser grande para que no se coloquen funciones separadas en la misma capa. Al mismo tiempo, debe ser lo suficientemente pequeño para que la arquitectura no se vuelva muy complicada.
En el modelo OSI, cada capa depende de la siguiente capa inferior para realizar funciones primitivas. Cada nivel debería poder proporcionar servicios a la siguiente capa superior.
Los cambios realizados en una capa no deberían necesitar cambios en otras capas.

¿Por qué el modelo OSI?

Le ayuda a comprender la comunicación a través de una red.
La resolución de problemas es más sencilla al separar las funciones en diferentes capas de red.
Le ayuda a comprender las nuevas tecnologías a medida que se desarrollan.
Le permite comparar relaciones funcionales primarias en varias capas de red.

Historia del modelo OSI

Aquí hay hitos esenciales de la historia del modelo OSI:

A finales de la década de 1970, la ISO llevó a cabo un programa para desarrollar estándares y métodos generales de creación de redes.
En 1973, un sistema experimental de conmutación de paquetes en el Reino Unido identificó la necesidad de definir protocolos de nivel superior.
En el año 1983, el modelo OSI inicialmente pretendía ser una especificación detallada de las interfaces reales.
En 1984, la arquitectura OSI fue adoptada formalmente por ISO como estándar internacional.

7 capas del modelo OSI

El modelo OSI es un sistema de arquitectura de servidores en capas en el que cada capa se define según una función específica a realizar. Todas estas siete capas trabajan en colaboración para transmitir los datos de una capa a otra.

Las capas superiores: Se ocupa de cuestiones de aplicaciones y, en su mayoría, se implementa únicamente en software. El más alto es el más cercano al usuario final del sistema. En esta capa, la comunicación de un usuario final a otro comienza mediante la interacción entre la capa de aplicación. Se procesará hasta llegar al usuario final.
Las capas inferiores: Estas capas manejan actividades relacionadas con el transporte de datos. La capa física y las capas de enlace de datos también implementadas en software y hardware.

Las capas superior e inferior dividen aún más la arquitectura de red en siete capas diferentes como se muestra a continuación

Solicitud
Presentación
Sesión
Transporte
Red, enlace de datos
Capas físicas

7 capas del modelo OSI — Diagrama de capas de red

Estudiemos cada capa en detalle:

Capa fisica

La capa física ayuda a definir las especificaciones eléctricas y físicas de la conexión de datos. Este nivel establece la relación entre un dispositivo y un medio de transmisión físico. La capa física no se ocupa de protocolos ni de otros elementos de capas superiores similares. Un ejemplo de una tecnología que opera en la capa física en las telecomunicaciones es PRI (interfaz de velocidad primaria). Para obtener más información sobre PRI y cómo funciona, puedes visitar este artículo informativo.

Ejemplos de hardware en la capa física son adaptadores de red, ethernet, repetidores, concentradores de redes, etc.

Capa de enlace de datos

La capa de enlace de datos corrige los errores que pueden ocurrir en la capa física. La capa le permite definir el protocolo para establecer y finalizar una conexión entre dos dispositivos de red conectados.

Es una capa comprensible de dirección IP, que le ayuda a definir el direccionamiento lógico para que se identifique cualquier punto final.

La capa también le ayuda a implementar el enrutamiento de paquetes a través de una red. Le ayuda a definir la mejor ruta, que le permite llevar datos desde el origen al destino.

La capa de enlace de datos se subdivide en dos tipos de subcapas:

Capa de control de acceso a medios (MAC): es responsable de controlar cómo el dispositivo en una red obtiene acceso al medio y permite transmitir datos.
Capa de control de enlace lógico: esta capa es responsable de identificar y encapsular los protocolos de la capa de red y le permite encontrar el error.

Funciones importantes de la capa de enlace de datos

Encuadre que divide los datos de la capa de red en marcos.
Le permite agregar un encabezado al marco para definir la dirección física de la máquina de origen y de destino.
Agrega direcciones lógicas del remitente y los receptores.
También es responsable del proceso de abastecimiento al proceso de entrega de destino del mensaje completo.
También ofrece un sistema de control de errores en el que detecta daños en retransmisiones o tramas perdidas.
La capa de enlace de datos también proporciona un mecanismo para transmitir datos a través de redes independientes que están interconectadas.

Capa de transporte

La capa de transporte se basa en la capa de red para proporcionar transporte de datos desde un proceso en una máquina de origen a un proceso en una máquina de destino. Se aloja mediante redes únicas o múltiples y también mantiene la calidad de las funciones de servicio.

Determina cuántos datos se deben enviar, dónde y a qué velocidad. Esta capa se basa en los mensajes que se reciben desde la capa de aplicación. Ayuda a garantizar que las unidades de datos se entreguen sin errores y en secuencia.

La capa de transporte le ayuda a controlar la confiabilidad de un enlace mediante el control de flujo, el control de errores y la segmentación o desegmentación.

La capa de transporte también ofrece un acuse de recibo de la transmisión de datos exitosa y envía los siguientes datos en caso de que no se hayan producido errores. TCP es el ejemplo más conocido de la capa de transporte.

Funciones importantes de las capas de transporte

Divide el mensaje recibido de la capa de sesión en segmentos y los numera para formar una secuencia.
La capa de transporte se asegura de que el mensaje se entregue al proceso correcto en la máquina de destino.
También se asegura de que el mensaje completo llegue sin ningún error; de lo contrario, deberá retransmitirse.

Capa de Red (IP)

La capa de red proporciona los medios funcionales y de procedimiento para transferir secuencias de datos de longitud variable de un nodo a otro conectado en "redes diferentes".

La entrega de mensajes en la capa de red no garantiza que el protocolo de capa de red sea confiable.

Los protocolos de gestión de capas que pertenecen a la capa de red son:

protocolos de enrutamiento
gestión de grupos de multidifusión
asignación de direcciones de capa de red.

Capa de sesión

Session Layer controla los diálogos entre computadoras. Le ayuda a establecer el inicio y la finalización de las conexiones entre la aplicación local y remota.

Esta capa solicita una conexión lógica que debe establecerse según los requisitos del usuario final. Esta capa maneja toda la validación importante de inicio de sesión o contraseña.

La capa de sesión ofrece servicios como la disciplina de diálogo, que puede ser dúplex o semidúplex. Se implementa principalmente en entornos de aplicaciones que utilizan llamadas a procedimientos remotos.

Función importante de la capa de sesión

Establece, mantiene y finaliza una sesión.
La capa de sesión permite que dos sistemas entren en un diálogo
También permite que un proceso agregue un punto de control al flujo de datos.

Capa de presentación

La capa de presentación le permite definir la forma en que se intercambiarán los datos entre las dos entidades comunicantes. También le ayuda a manejar la compresión y el cifrado de datos.

Esta capa transforma los datos en la forma aceptada por la aplicación. También formatea y cifra los datos que deben enviarse a través de todas las redes. Esta capa también se conoce como capa de sintaxis.

La función de las capas de presentación.

Traducción de códigos de caracteres de ASCII a EBCDIC.
Compresión de datos: Permite reducir la cantidad de bits que es necesario transmitir en la red.
Cifrado de datos: le ayuda a cifrar datos por motivos de seguridad, por ejemplo, cifrado de contraseña.
Proporciona una interfaz de usuario y soporte para servicios como correo electrónico y transferencia de archivos.

Capa de aplicación

La capa de aplicación interactúa con un programa de aplicación, que es el nivel más alto del modelo OSI. La capa de aplicación es la capa OSI, la más cercana al usuario final. Significa que la capa de aplicación OSI permite a los usuarios interactuar con otras aplicaciones de software.

La capa de aplicación interactúa con las aplicaciones de software para implementar un componente de comunicación. La interpretación de los datos por parte del programa de aplicación siempre está fuera del alcance del modelo OSI.

Un ejemplo de la capa de aplicación es una aplicación como transferencia de archivos, correo electrónico, inicio de sesión remoto, etc.

La función de las Capas de Aplicación es

La capa de aplicación le ayuda a identificar socios de comunicación, determinar la disponibilidad de recursos y sincronizar la comunicación.
Permite a los usuarios iniciar sesión en un host remoto.
Esta capa proporciona varios servicios de correo electrónico.
Esta aplicación ofrece fuentes de bases de datos distribuidas y acceso a información global sobre diversos objetos y servicios.

Interacción entre capas del modelo OSI

La información enviada desde una aplicación informática a otra debe pasar a través de cada una de las capas OSI.

Esto se explica en el siguiente ejemplo:

Cada capa dentro de un modelo OSI se comunica con las otras dos capas que están debajo de ella y con su capa par en algún otro sistema informático en red.
En el diagrama a continuación, puede ver que la capa de enlace de datos del primer sistema se comunica con dos capas, la capa de red y la capa física del sistema. También le ayuda a comunicarse con la capa de enlace de datos del segundo sistema.

Protocolos soportados en varios niveles.

Capa	Nombre	Protocolos
Capa 7	Solicitud	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Capa 6	Presentación	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Capa 5	Sesión	NetBIOS, SAP
Capa 4	Transporte	TCP, UDP
Capa 3	Nuestra Red	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Capa 2	Enlace de datos	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Cable de Fibra, etc.
Capa 1	Física	RS232, 100BaseTX, RDSI, 11.

Diferencias entre OSI y TCP/IP

A continuación, se muestran algunas diferencias importantes entre el modelo OSI y TCP/IP:

Modelo OSI	modelo TCP/IP
El modelo OSI proporciona una distinción clara entre interfaces, servicios y protocolos.	TCP/IP no ofrece puntos de distinción claros entre servicios, interfaces y protocolos.
OSI utiliza la capa de red para definir estándares y protocolos de enrutamiento.	TCP/IP utiliza sólo la capa de Internet.
El modelo OSI utiliza dos capas separadas, física y de enlace de datos, para definir la funcionalidad de las capas inferiores.	TCP/IP utiliza sólo una capa (enlace).
En el modelo OSI, la capa de transporte solo está orientada a la conexión.	Una capa de la modelo TCP/IP está orientado a la conexión y no tiene conexión.
En el modelo OSI, la capa de enlace de datos y la física son capas separadas.	En TCP, la capa de enlace de datos y la capa física se combinan como una única capa de host a red.
El tamaño mínimo del encabezado OSI es de 5 bytes.	El tamaño mínimo del encabezado es de 20 bytes.

Ventajas del modelo OSI

A continuación, se detallan los principales beneficios/ventajas de utilizar el modelo OSI:

Le ayuda a estandarizar enrutadores, conmutadores, placas base y otro hardware.
Reduce la complejidad y estandariza las interfaces
Facilita la ingeniería modular.
Le ayuda a garantizar la tecnología interoperable
Te ayuda a acelerar la evolución.
Los protocolos pueden ser reemplazados por nuevos protocolos cuando la tecnología cambia.
Brindar soporte para servicios orientados a la conexión, así como para servicios sin conexión.
Es un modelo estándar en redes informáticas.
Admite servicios sin conexión y orientados a conexión.
Ofrece flexibilidad para adaptarse a varios tipos de protocolos.

Desventajas del modelo OSI

Aquí hay algunas desventajas/desventajas de usar el modelo OSI:

La elaboración de protocolos es una tarea tediosa.
Sólo puedes utilizarlo como modelo de referencia.
No define ningún protocolo específico.
En el modelo de capa de red OSI, algunos servicios están duplicados en muchas capas, como las capas de transporte y enlace de datos.
Las capas no pueden funcionar en paralelo ya que cada capa debe esperar para obtener datos de la capa anterior.

Resumen

El Modelo OSI es un modelo lógico y conceptual que define la comunicación en red que utilizan los sistemas abiertos a la interconexión y comunicación con otros sistemas.
En el modelo OSI, la capa sólo debe crearse donde se necesitan niveles definidos de abstracción.
La capa OSI le ayuda a comprender la comunicación a través de una red
En 1984, la arquitectura OSI fue adoptada formalmente por ISO como estándar internacional.

Capa	Nombre	Función	Protocolos
Capa 7	Solicitud	Para permitir el acceso a los recursos de la red.	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Capa 6	Presentación	Para traducir, cifrar y comprimir datos.	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Capa 5	Sesión	Establecer, gestionar y terminar la sesión.	NetBIOS, SAP
Capa 4	Transporte	La capa de transporte se basa en la capa de red para proporcionar transporte de datos desde un proceso en una máquina de origen a un proceso en una máquina de destino.	TCP, UDP
Capa 3	Nuestra Red	Para proporcionar interconexión de redes. Para mover paquetes de origen a destino	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Capa 2	Enlace de datos	Organizar bits en marcos. Para proporcionar entrega de salto a salto	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Cable de Fibra, etc.
Capa 1	Física	Para transmitir bits a través de un medio. Proporcionar especificaciones mecánicas y eléctricas.	RS232, 100BaseTX, RDSI, 11.