Modelo de Referencia OSI

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Modelo de Referencia OSI
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Modelo de Referencia OSI, desarrollado por la ISO (International Standard Organisation, Organización Internacional de Normalización) como una guía para definir un conjunto de protocolos abiertos. Su finalidad es proporcionar una base común para la coordinación en el desarrollo de normas destinadas a la interconexión de sistemas, permitiendo a la vez situar las normas existentes en la perspectiva del modelo de referencia global. Tiene también como finalidad identificar los campos en los que se requiere la elaboración y el perfeccionamiento de normas, así como mantener la coherencia de todas las normas dentro de un marco común.

Contenido

Historia

Durante los años 60 y 70 se crearon muchas tecnologías de redes. Cada una basada en un diseño específico de hardware. Estos sistemas eran construidos de una sola pieza; lo que podríamos llamar una arquitectura monolítica. Esto significa que los diseñadores debían ocuparse de todos los elementos involucrados en el proceso. Podemos suponer que estos elementos forman una cadena de transmisión que tiene diversas partes: los dispositivos físicos de conexión; los protocolos software y hardware usados en la comunicación; los programas de aplicación que realizaban la comunicación, y la interfaz hombre-máquina que permiten al humano utilizar la red. Este modelo, que considera la cadena como un todo monolítico, es poco práctico, pues el más pequeño cambio puede implicar alterar todos sus elementos.

El diseño original de Internet del Departamento de Defensa americano disponía un esquema de cuatro capas. Aunque data de los 70 es mas o menos el que se sigue utilizando:

  • Capa Física o de Acceso de Red ("Network Access Layer"). Responsable del envío de la información sobre el sistema hardware utilizado en cada caso. Se utiliza un protocolo distinto según el tipo de red física.
  • Capa de Red también llamada capa Internet ("Internet Layer"). Es la responsable de enviar los datos a través de las distintas redes físicas que pueden conectar una máquina origen con la de destino de la información. Los protocolos de transmisión, como el IP están íntimamente asociados a esta capa.
  • Capa de transporte ("Host-to-Host Layer"). Controla el establecimiento y fin de la conexión; control de flujo de datos; retransmisión de datos perdidos, y otros detalles de la transmisión entre dos sistemas. Los protocolos mas importantes a este nivel son TCP y UDP (mutuamente excluyentes).
  • Capa de aplicación ("Application layer"). Conformada por los protocolos que sirven directamente a los programas de usuario; Navegador, EMAIL, FTP, TELNET, etc.

Respondiendo a la teoría general imperante el mundo de la computación, de diseñar el hardware por módulos y el software por capas, en 1978 la organización ISO (International Standards Organization www.iso.ch), propuso un modelo de comunicaciones para redes al que titularon "The reference model of Open Systems Interconnection", generalmente conocido como modelo OSI. Su filosofía se basa en descomponer la funcionalidad de la cadena de transmisión en diversos módulos, cuya interfaz con los adyacentes esté estandarizada. Esta filosofía de diseño presenta una doble ventaja: el cambio de un módulo no afecta necesariamente a la totalidad de la cadena. Además puede existir una cierta interoperabilidad entre diversos productos y fabricantes hardware/software, dado que los límites y las interfaces están perfectamente definidas. Esto supone por ejemplo, que dos softwares de comunicación distintos puedan utilizar el mismo medio físico de comunicación.

Estructura

El objetivo perseguido por OSI establece una estructura que presenta las siguientes particularidades:

  • Estructura multinivel: Se diseñó una estructura multinivel con la idea de que cada nivel se dedique a resolver una parte del problema de comunicación. Esto es, cada nivel ejecuta funciones especificas. El nivel superior utiliza los servicios de los niveles inferiores: Cada nivel se comunica con su similar en otras computadoras, pero debe hacerlo enviando un mensaje a través de los niveles inferiores en la misma computadora. La comunicación internivel está bien definida. El nivel N utiliza los servicios del nivel N-1 y proporciona servicios al nivel N+1.
  • Puntos de acceso : Entre los diferentes niveles existen interfaces llamadas "puntos de acceso" a los servicios.
  • Dependencias de Niveles: Cada nivel es dependiente del nivel inferior y también del superior.
  • Encabezados: En cada nivel, se incorpora al mensaje un formato de control. Este elemento de control permite que un nivel en la computadora receptora se entere de que su similar en la computadora emisora esta enviándole información. Cualquier nivel dado, puede incorporar un encabezado al mensaje. Por esta razón, se considera que un mensaje esta constituido de dos partes: Encabezado e Información. Entonces, la incorporación de encabezados es necesaria aunque representa un lote extra de información, lo que implica que un mensaje corto pueda ser voluminoso. Sin embargo, como la computadora destino retira los encabezados en orden inverso a como fueron incorporados en la computadora origen, finalmente el usuario

Capas del Modelo OSI

El modelo divide las redes en 7 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.

  • Capa 1 Nivel Físico: La capa física comunica directamente con el medio de comunicación; se ocupa de enviar y recibir bits. En esta capa se decide qué voltaje describe un 0 y cuál un 1; los microsegundos que dura un bit; si la transmisión se puede efectuar simultáneamente en ambas direcciones; cómo se establece la conexión inicial y cómo se interrumpe, etc.
  • Capa 2 Nivel Enlace de Datos: La capa de enlace de datos proporciona la comunicación nodo a nodo en una misma red de área local. Para ello debe proporcionar un mecanismo de direcciones que permita entregar los mensajes en los nodos correctos y debe traducir los mensajes de las capas superiores en bits que pueda transmitir la capa física. Cuando la capa de enlace recibe un mensaje, le da formato para transformarlo en una trama de datos (o marco). Las secciones de una trama de datos se denominan campos. Los campos de una trama tipo son los siguientes:
  • Capa 3 Nivel de Red: Este nivel define el enrutamiento y el envío de paquetes entre redes. Es su responsabilidad establecer, mantener y terminar las conexiones. Proporciona el enrutamiento de mensajes, determinando si un mensaje en particular deberá enviarse al nivel 4 (Nivel de Transporte) o bien al nivel 2 (Enlace de datos), Conmuta, enruta y controla la congestión de los paquetes de información en una sub-red y define el estado de los mensajes que se envían a nodos de la red.
  • Capa 4 Nivel de Transporte: La función básica de la capa de transporte es aceptar datos de la capa de sesión, dividirlos en unidades más pequeñas si es necesario, pasarlo a la capa de red y asegurar que todas las unidades lleguen correctamente al otro extremo. La capa de transporte también asegura un control de flujo, es decir, regula el flujo de información de forma que un nodo rápido no llegue a saturar a uno lento.
  • Capa 5 Nivel Sesión: Se encarga de proveer los servicios utilizados para la organización y sincronización del diálogo entre usuarios y el manejo e intercambio de datos. Establece el inicio y termino de la sesión, recuperación de la sesión, control del diálogo; establece el orden en que los mensajes deben fluir entre usuarios finales, Referencia a los dispositivos por nombre y no por dirección y permite escribir programas que correrán en cualquier instalación de red.
  • Capa 6 Nivel Presentación: Traduce el formato y asigna una sintaxis a los datos para su transmisión en la red. Determina la forma de presentación de los datos sin preocuparse de su significado o semántica, establece independencia a los procesos de aplicación considerando las diferencias en la representación de datos, proporciona servicios para el nivel de aplicaciones al interpretar el significado de los datos intercambiados, opera el intercambio y opera la visualización.
  • Capa 7 Nivel Aplicación: Proporciona servicios al usuario del Modelo OSI, además de comunicación entre dos procesos de aplicación, tales como: programas de aplicación, aplicaciones de red, etc. Proporciona aspectos de comunicaciones para aplicaciones específicas entre usuarios de redes: manejo de la red, protocolos de transferencias de archivos (FTP), etc. En este nivel se encuentra situado el Protocolo de Comunicación Modbus.

Ventajas

El modelo OSI esta separado por capas porque divide el proceso de comunicación en partes más pequeñas:

  • Facilita el desarrollo de componentes
  • Facilita el diseño de las redes
  • Facilita la corrección de errores
  • Facilita la administración de la red

MODELO TCP/IP

TCP/IP se diferencia del modelo OSI en que sólo tiene cuatro capas: una capa de enlace, una capa de red, una capa de transporte y una capa de aplicación. Algunos autores añaden una quinta capa, la capa física, debajo de la capa de enlace. Sin embargo esto es inapropiado, porque las especificaciones de TCP/IP no se ocupan de las diferencias entre las implementaciones de capa física de los protocolos de capa de enlace (por ejemplo, no hay una verdadera diferencia en el modo en que TCP/IP trata los paquetes de Ethernet desde un origen 10BaseT o desde un origen 100BaseTx).

Capas del Modelo TCP/IP

  • CAPA 4, Capa de Aplicación:La capa de aplicación está situada en la parte superior de la pila, con frecuencia se implementa en aplicaciones de usuario. Los datos de la capa de aplicación se manipulan en unidades, generalmente llamadas mensajes. Muchos protocolos (y programas asociados) forman parte de esta capa. Protocolos que funcionan en esta capa son:TELNET, FTP, SNMP, SMTP, DNS, HTTP
  • CAPA 3, Capa de Transporte:La capa de transporte está situada encima de la capa de red. Es la encargada de asegurarse que los datos "vienen de" y "se diregen a" los procesos correctos de un host. Los datos se manipulan en unidades, a menudo llamdas segmentos (pero a veces llamadas también datagramas). Los protocolos que funcionan en esta capa son: TCP: Se encarga de comprobar que los datos que se reciben son correctos. Para ello se establece una conexión entre el emisor y el receptor que garantiza que la información sea correcta y si no lo es se vuelve a solicitar. Envía los datos en paquetes (paquete tcp). Esta comunicación se hace entre un puerto que escucha y un puerto que transmite. Estos puertos son llamados sockets. UDP: Se encarga de enviar una determinada información. Esta información es llamada paquetes udp. No se establecen conexiones por lo que no se garantiza que la información llegue.
  • CAPA 2, Capa de Red:La capa de red se sitúa encima de la capa de enlace. Es la responsable de encaminar y direccionar porciones de datos. Estas porciones se llaman datagramas. Los protocolos que funcionan en esta capa son: IP: protocolo que lleva el dato de un nodo a otro. Si es físicamente posible siempre llega. ARP: Protocolo que averigua la mac de destino a partir de la ip RARP: Protocolo que averigua la IP a partir de la mac ICMP: Cuando un usuario envía datagramas a un equipo remoto y este no los recibe o los recibe mal por diversas circunstancias el protocolo ICMP se encargará de enviar un mensaje de error al host de origen.
  • CAPA 1, Capa de Enlace: La capa de enlace está situada en la parte inferior de la pila. Es la responsable de transmitir y recibir porciones de información (a menudo llamdos marcos o paquetes). Dos ejemplos de protocolos de esta capa son Ethernet y el PPP (Point-to-Point Protocol, Protocolo punto a punto). Aquí se transmite la información por el medio físico (cable, etc).

Bibliografía