MODELO DE REFERENCIAS

MODELO OSI

El modelo de interconexión de sistemas abiertos (ISO/IEC 7498-1), también llamado OSI (en inglés, Open System Interconnection 'interconexión de sistemas abiertos') es el modelo de red descriptivo, que fue creado por la ORGANIZACIÓN NACIONAL para la ESTANDARIZACIÓN (ISO) en el año 1980. Es un marco de referencia para la definición de arquitecturas en la interconexión de los sistemas de comunicaciones.

HISTORIA DEL MODELO OSI

A principios de 1980 el desarrollo de redes originó desorden en muchos sentidos. Se produjo un enorme crecimiento en la cantidad y tamaño de las redes. A medida que las empresas tomaron conciencia de las ventajas de usar tecnologías de conexión, las redes se agregaban o expandían a casi la misma velocidad a la que se introducían las nuevas tecnologías de red.

Para mediados de 1980, estas empresas comenzaron a sufrir las consecuencias de la rápida expansión. De la misma forma en que las personas que no hablan un mismo idioma tienen dificultades para comunicarse, las redes que utilizaban diferentes especificaciones e implementaciones tenían dificultades para intercambiar información. El mismo problema surgía con las empresas que desarrollaban tecnologías de conexiones privadas o propietarias. "Propietario" significa que una sola empresa o un pequeño grupo de empresas controlan todo uso de la tecnología. Las tecnologías de conexión que respetaban reglas propietarias en forma estricta no podían comunicarse con tecnologías que usaban reglas propietarias diferentes.

Para enfrentar el problema de incompatibilidad de redes, la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) investigó modelos de conexión como la red de Digital Equipment Corporation (DECnet), la Arquitectura de Sistemas de Red (Systems Network Architecture) y TCP/IP a fin de encontrar un conjunto de reglas aplicables de forma general a todas las redes. Con base en esta investigación, la ISO desarrolló un modelo de red que ayuda a los fabricantes a crear redes que sean compatibles con otras redes.

IMPORTANCIA DEL MODELO OSI

Los fabricantes desarrollaron diferentes técnicas de transmisión (protocolos) como
respuesta a la necesidad de las comunicaciones en el área de la computación para explotar
las mayores velocidades disponibles de transmisión y para implementar los grados de
control más sofisticados. Pero su gran inconveniente fue que cada fabricante trabaja por
separado, y no existía compatibilidad entre equipos de diferentes marcas. Si un cliente
compraba equipo a un fabricante quedaba comprometido en continuar con esa marca en
crecimientos y expansiones futuras., su equipo instalado no podía crecer con sistemas
diferentes. 

Otro problema surgió cuando distintos departamentos de una organización adquirieron
tecnologías de redes procedentes de diferentes fabricantes y el intercambio de información
fue necesario. Un escenario similar se presento cuando una empresa realizaba la compra de otra o establecía sucursales, ya que cada oficina manejaba diferentes tecnologías de red.
Los problemas de la heterogeneidad de las redes de computo de una organización y la
dependencia hacia un solo fabricante influyo en el desarrollo de los sistemas abiertos. Estos buscan de manera básica lograr la independencia del Hardware y Software, portabilidad de la aplicación y cumplimiento de los estándares.

CAPAS QUE INTEGRAN EL MODELO OSI

1. Capa física

Es la que se encarga de la topología de la red y de las conexiones globales de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico como a la forma en la que se transmite la información.

Sus principales funciones se pueden resumir como:

• Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados (o no, como en RS232/EIA232), cable coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica.
• Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos.
• Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico).
• Transmitir el flujo de bits a través del medio.
• Manejar las señales eléctricas del medio de transmisión, polos en un enchufe, etc.
• Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de dicha conexión).

2.  Capa de Enlace de Datos

Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, del acceso al medio, de la detección de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo. Es uno de los aspectos más importantes que revisar en el momento de conectar dos ordenadores, ya que está entre la capa 1 y 3 como parte esencial para la creación de sus protocolos básicos (MAC,IP), para regular la forma de la conexión entre computadoras así determinando el paso de tramas (trama = unidad de medida de la información en esta capa, que no es más que la segmentación de los datos trasladándolos por medio de paquetes), verificando su integridad, y corrigiendo errores, por lo cual es importante mantener una excelente adecuación al medio físico (los más usados son el cable UTP, par trenzado o de 8 hilos), con el medio de red que redirecciona las conexiones mediante un router. Dadas estas situaciones cabe recalcar que el dispositivo que usa la capa de enlace es el Switch que se encarga de recibir los datos del router y enviar cada uno de estos a sus respectivos destinatarios (servidor -> computador cliente o algún otro dispositivo que reciba información como celulares, tabletas y diferentes dispositivos con acceso a la red, etc.), dada esta situación se determina como el medio que se encarga de la corrección de errores, manejo de tramas, protocolización de datos (se llaman protocolos a las reglas que debe seguir cualquier capa del modelo OSI).

3.  Capa de Red

Se encarga de identificar el enrutamiento existente entre una o más redes. Las unidades de información se denominan paquetes, y se pueden clasificar en protocolos enrutables y protocolos de enrutamiento.

• Enrutables: viajan con los paquetes (IP, IPX, APPLETALK)
• Enrutamiento: permiten seleccionar las rutas (RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, BGP)

El objetivo de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan encaminadores o enrutadores, aunque es más frecuente encontrarlo con el nombre en inglés routers. Los routers trabajan en esta capa, aunque pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados casos, dependiendo de la función que se le asigne. Los firewalls actúan sobre esta capa principalmente, para descartar direcciones de máquinas.

En este nivel se realiza el direccionamiento lógico y la determinación de la ruta de los datos hasta su receptor final.

4.  Capa de Transporte

Capa encargada de efectuar el transporte de los datos (que se encuentran dentro del paquete) de la máquina origen a la de destino, independizándolo del tipo de red física que esté utilizando. La PDU de la capa 4 se llama Segmento o Datagrama, dependiendo de si corresponde a TCP o UDP. Sus protocolos son TCP y UDP; el primero orientado a conexión y el otro sin conexión. Trabajan, por lo tanto, con puertos lógicos y junto con la capa red dan forma a los conocidos como Sockets IP:Puerto (191.16.200.54:80).

5.  Capa de Sesión

Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos computadores que están transmitiendo datos de cualquier índole. Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. En muchos casos, los servicios de la capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles.

6.  Capa de Presentación

El objetivo es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres los datos lleguen de manera reconocible.

Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación que el cómo se establece la misma. En ella se tratan aspectos tales como la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintas computadoras pueden tener diferentes formas de manejarlas.

Esta capa también permite cifrar los datos y comprimirlos. Por lo tanto, podría decirse que esta capa actúa como un traductor.

7.  Capa de Aplicación

Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (Post Office Protocol y SMTP), gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP), por UDP pueden viajar (DNS y Routing Information Protocol). Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar.

Cabe aclarar que el usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la complejidad subyacente.

FUNCIONES BÁSICAS DE CADA CAPA DEL MODELO OSI

1. Capa Física.

· Transmisión de flujo de bits a través del medio. No existe estructura alguna.

· Maneja voltajes y pulsos eléctricos.

· Especifica cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de transmisión.
Capa Enlace de Datos.

   2.  Capa Enlace de Datos

· Estructura el flujo de bits bajo un formato predefinido llamado trama.

· Para formar una trama, el nivel de enlace agrega una secuencia especial de bits al principio y al final del flujo inicial de bits.

· Transfiere tramas de una forma confiable libre de errores (utiliza reconocimientos y retransmisión de tramas).

· Provee control de flujo.

· Utiliza la técnica de "piggybacking".
Capa de Red (Nivel de paquetes).

   3.  Capa de Red

· Divide los mensajes de la capa de transporte en paquetes y los ensambla al final.

· Utiliza el nivel de enlace para el enví o de paquetes: un paquete es encapsulado en una trama.

· Enrutamiento de paquetes.

· Enví a los paquetes de nodo a nodo usando ya sea un circuito virtual o como datagramas.

· Control de Congestión.

   4.  Capa de Transporte.

· Establece conexiones punto a punto sin errores para el enví o de mensajes.

· Permite multiplexar una conexión punto a punto entre diferentes procesos del usuario (puntos extremos de una conexión).

· Provee la función de difusión de mensajes (broadcast) a múltiples destinos.

· Control de Flujo.

   5.  Capa de Sesión.

· Permite a usuarios en diferentes máquinas establecer una sesión.

· Una sesión puede ser usada para efectuar un login a un sistema de tiempo compartido remoto, para transferir un archivo entre 2 máquinas, etc.

· Controla el diálogo (quién habla, cuándo, cuánto tiempo, half duplex o full duplex).

· Función de sincronización.

   6.  Capa de Presentación.

· Establece una sintaxis y semántica de la información transmitida.

· Se define la estructura de los datos a transmitir (v.g. define los campos de un registro: nombre, dirección, teléfono, etc).

· Define el código a usar para representar una cadena de caracteres (ASCII, EBCDIC, etc).

· Compresión de datos.

· Criptografía.

   7.  Capa de Aplicación.

· Transferencia de archivos (ftp).

· Login remoto (rlogin, telnet).

· Correo electrónico (mail).

· Acceso a bases de datos, etc.

PEQUEÑA DESCRIPCIÓN SOBRE LOS DIFERENTES DISPOSITIVOS UTILIZADOS EN LAS CUATRO PRIMERAS CAPAS DE MODELO OSI

El modelo OSI tiene dos componentes principales:

1. Un modelo de red, denominado modelo básico de referencia ("Basic Reference Model") o capa de servicio ("Server-layer").
2. Una serie de protocolos concretos.

El modelo de red, aunque inspirado en el de Internet no tiene mas semejanzas con aquel. Está basado en un modelo de siete capas, mientras que el primitivo de Internet estaba basado en 4. Actualmente todos los desarrollos se basan en este modelo de 7 niveles que son los siguientes:

• Físico
• de Enlace
• de Red
• de Transporte
• de Sesión
• de Presentación
• de Aplicación

Cada nivel realiza una función concreta, y está separado de los adyacentes por interfaces conocidas, sin que le incumba ningún otro aspecto del total de la comunicación. Observe que este modelo, al que se refieren absolutamente todos los libros que tratan de redes, es solo una abstracción conceptual, a la que se adapta (más o menos) la realidad física. Sin embargo, las consecuencias de la aplicación de este punto de vista son de gran utilidad. El concepto subyacente es el mismo que nos permite poner los datos de dirección y remite en una carta; franquearla y depositarla en el buzón del servicio de correos sin preocuparnos de nada más.

La carta sigue una serie de procesos dentro del servicio de correos sin que cada uno tenga que preocuparse de los que le han precedido o le sucederán. Finalmente, la carta es entregada al destinatario en su buzón, que solo tiene que leerla. Generalmente los dispositivos utilizados en las redes circunscriben su operación a uno o varios de estos niveles.Por ejemplo, un concentrador ("Hub") que amplifica y retransmite la señal a través de todos sus puertos, está operando exclusivamente en la capa 1, mientras que un conmutador ("Switch") opera en las capas 1 y 2; un enrutador ("Router") opera en las capas 1, 2 y 3.Finalmente una estación de trabajo de usuario generalmente maneja las capas 5, 6 y 7.

En lo que respecta al software, hay que señalar que cada capa utiliza un protocolo específico para comunicarse con las capas adyacentes, y que añade al la cabecera ("Header") del paquete cierta información adicional ("Protocol Header").

PRINCIPALES INCONVENIENTES EN LA CAPA FÍSICA DEL MODELO OSI

• La mala instalación del cableado, la atenuación, diafonía, impedancia, la caída de la red.

SUBDIVISIONES QUE EXISTEN EN LA CAPA DE ENLACE DEL MODELO OSI

El nivel de enlace trata de detectar y corregir los errores. Normalmente se parte el flujo de bits en marcos y se calcula un checksum (comprobación de datos) para cada uno.
Las tramas contendrán información como:

- Número de caracteres (un campo del encabezamiento guarda el número. Pero si el número es cambiado en una transmisión, es difícil recuperar.)
- Caracteres de inicio y fin.
- Servicios para el nivel de red.
- Servicio sin acuses de recibo. La máquina de fuente manda marcos al destino. Es apropiado si la frecuencia de errores es muy baja o el tráfico es de tiempo real (por ejemplo, voz).
- Servicio con acuses de recibo. El recibidor manda un acuse de recibo al remitente para cada marco recibido.
- Control de flujo.

- Se usan protocolos que prohiben que el remitente pueda mandar marcos sin la permisión implícita o explícita del recibidor.
Por ejemplo, el remitente puede mandar un número indeterminado de marcos pero entonces tiene que esperar.
- Detección y corrección de errores
Ejemplo: HDLC. En este ejemplo se verá un protocolo que se podría identificar con el segundo nivel OSI. Es el HDLC (High-level Data Link Control). Este es un protocolo orientado a bit, es decir, sus especificaciones cubren que información lleva cada uno de los bits de la trama.

¿QUÉ NIVELES OSI SON LOS NIVELES DE SOPORTE DE RED Y DE SOPORTE DE USUARIO?

Los niveles pertenecen a 3 subgrupos. Los niveles 1, 2 y 3 son los niveles de soporte de red, tienen que ver con los aspectos físicos de la transmisión (como especificaciones eléctricas, conexiones físicas, direcciones físicas y temporalidad de transporte y fiabilidad). Los niveles 5, 6 y 7 proporcionan servicios de soporte de usuario, permiten la interoperatividad entre sistemas software no relacionados. El nivel 4 asegura la transmisión fiable de datos en un único enlace. Los niveles superiores de OSI se implementan casi siempre en sotfware, los niveles inferiores son una combinación de hardware y software, excepto el nivel 1 que siempre es hardware.

¿CÓMO SE RELACIONAN LOS NIVELES DE LA FAMILIA DE PROTOCOLO TCP/IP CON LOS NIVELES DEL MODELO OSI?.

En la actualidad, las funciones propias de una red de computadoras pueden ser divididas en las siete capas propuestas por ISO para su modelo de sistemas abiertos (OSI). Sin embargo la implantación real de una arquitectura puede diferir de este modelo. Las arquitecturas basadas en TCP/IP proponen cuatro capas en las que las funciones de las capas de Sesión y Presentación son responsabilidad de la capa de Aplicación y las capas de Enlace de Datos y Física son vistas como la capa de Interface a la Red. Por tal motivo para TCP/IP sólo existen las capas Interface de Red, la de Intercomunicación en Red, la de Transporte y la de Aplicación. Como puede verse TCP/IP presupone independencia del medio físico de comunicación, sin embargo existen estándares bien definidos a los nivel de Enlace de Datos y Físico que proveen mecanismos de acceso a los diferentes medios y que en el modelo TCP/IP deben considerarse la capa de Interface de Red; siendo los más usuales el proyecto IEEE802, Ethernet, Token Ring y FDDI.