Qué es el modelo OSI: un marco conceptual para redes

¿Qué es el modelo OSI?

El modelo de interconexión de sistemas abiertos (Open Systems Interconnection, OSI) es un marco conceptual que divide las funciones de comunicaciones de red en siete capas. El envío de datos a través de una red es complejo porque varias tecnologías de hardware y software deben funcionar de manera consistente a través de las fronteras geográficas y políticas. El modelo de datos OSI proporciona un lenguaje universal para las redes informáticas, de modo que diversas tecnologías pueden comunicarse mediante protocolos o reglas de comunicación estándar. Cada tecnología de una capa específica debe proporcionar ciertas capacidades y realizar funciones específicas para ser útil en las redes. Las tecnologías de las capas superiores se benefician de la abstracción, ya que pueden utilizar tecnologías de nivel inferior sin tener que preocuparse por los detalles de implementación subyacentes.

Importancia del modelo OSI

Las capas del modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) encapsulan todos los tipos de comunicación de red en los componentes de software y hardware. El modelo se diseñó para permitir que dos sistemas independientes se comuniquen a través de interfaces o protocolos estandarizados basados en la capa de operación actual.

Los beneficios del modelo OSI se describen a continuación.

Comprensión compartida de sistemas complejos

Los ingenieros pueden usar el modelo OSI para organizar y modelar arquitecturas de sistemas en red complejas. Pueden separar la capa operativa de cada componente del sistema según su funcionalidad principal. La capacidad para descomponer un sistema en partes más pequeñas y manejables mediante la abstracción facilita que las personas lo conceptualicen como un todo.

Investigación y desarrollo más rápidos

Con el modelo de referencia OSI, los ingenieros pueden entender mejor su trabajo. Saben para qué capas tecnológicas desarrollan cuando crean nuevos sistemas en red que necesitan comunicarse entre sí. Los ingenieros pueden desarrollar sistemas en red y aprovechar una serie de procesos y protocolos repetibles.

Estandarización flexible

El modelo OSI no especifica los protocolos que se deben usar entre los niveles, sino las tareas que realizan los protocolos. Estandariza el desarrollo de las comunicaciones de red para que las personas puedan entender, construir y descomponer rápidamente sistemas muy complejos, todo ello sin tener conocimientos previos del sistema. También abstrae los detalles, por lo que los ingenieros no necesitan comprender todos los aspectos del modelo. En las aplicaciones modernas, los niveles inferiores de redes y protocolos se abstraen para simplificar el diseño y el desarrollo del sistema. La siguiente imagen muestra cómo se usa el modelo OSI en el desarrollo de aplicaciones modernas.

Open Systems Interconnection (OSI) Model IoT OSI Model People & Process - Layer 7 - Transformational decision making based on "Thing" Applications & Data Business Value Applications - Layer 6 - Custom Applications built using "Thing" Data Presentation Layer Data Analytics - Layer 5 - Reporting, Mining, Machine Learning Big Data Transport Layer Data Ingestion - Layer 4 - Big Data, Harvest & storage of "Thing" Data Network Layer Global Infrastructure - Layer 3 - Cloud Infrastructure (public, private, hybrid, managed) Cloud Data Link Layer Connectivity/Edge Computing - Layer 2- Communications, Protocols, Networks, WiFi, Telecom Fog Physical Layer Things - Layer 1 - Devices, sensors, controllers, etc. Application Layer Session Layer

Las siete capas del modelo OSI

El modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) fue desarrollado por la Organización Internacional de Normalización y otros a fines de la década de 1970. Se publicó en su primera versión en 1984 como ISO 7498 y la versión actual es ISO/IEC 7498-1:1994. A continuación, se muestran las siete capas del modelo.

Capa física

La capa física se refiere al medio de comunicación físico y a las tecnologías para transmitir datos a través de ese medio. En esencia, la comunicación de datos es la transferencia de señales digitales y electrónicas a través de varios canales físicos, como cables de fibra óptica, cableado de cobre y aire. La capa física incluye estándares para tecnologías y métricas estrechamente relacionadas con los canales, como Bluetooth, NFC y velocidades de transmisión de datos.

Capa de enlace de datos

La capa de enlace de datos se refiere a las tecnologías utilizadas para conectar dos máquinas a través de una red donde la capa física ya existe. Gestiona los marcos de datos, que son señales digitales encapsuladas en paquetes de datos. El control del flujo y el control de errores de los datos suelen ser los enfoques clave de la capa de enlace de datos. Ethernet es un ejemplo de un estándar a este nivel. La capa de enlace de datos a menudo se divide en dos subcapas: la capa de control de acceso a los medios (MAC) y la capa de control de enlace lógico (LLC).

Capa de red

La capa de red se ocupa de conceptos como el enrutamiento, el reenvío y el direccionamiento a través de una red dispersa o de múltiples redes conectadas de nodos o máquinas. La capa de red también puede gestionar el control de flujo. En Internet, el Protocolo de Internet v4 (IPv4) y el IPv6 se utilizan como protocolos de capa de red principales.

Capa de transporte

El objetivo principal de la capa de transporte es garantizar que los paquetes de datos lleguen en el orden correcto, sin pérdidas ni errores, o que se puedan recuperar sin problemas si es necesario. El control del flujo, junto con el control de errores, suele ser un objetivo en la capa de transporte. En esta capa, los protocolos de uso común incluyen el Protocolo de Control de Transmisión (TCP), un protocolo basado en conexiones casi sin pérdidas y el Protocolo de datagramas de usuario (UDP), un protocolo sin conexiones con pérdidas. TCP se suele utilizar cuando todos los datos deben estar intactos (por ejemplo, cuando se comparten archivos), mientras que UDP se utiliza cuando retener todos los paquetes es menos crítico (por ejemplo, streaming de vídeo).

Capa de sesión

La capa de sesión es responsable de la coordinación de la red entre dos aplicaciones independientes en una sesión. Una sesión gestiona el inicio y el final de los conflictos de sincronización y conexión de una aplicación uno a uno. Network File System (NFS) y Server Message Block (SMB) son protocolos de uso común en la capa de sesión.

Capa de presentación

La capa de presentación se ocupa principalmente de la sintaxis de los datos en sí para que las aplicaciones los envíen y consuman. Por ejemplo, el lenguaje de marcas de hipertexto (HTML), la notación de objetos JavaScript (JSON) y los valores separados por comas (CSV) son lenguajes de modelado para describir la estructura de los datos en la capa de presentación.

Capa de aplicación

La capa de aplicación se refiere al tipo específico de aplicación en sí y a sus métodos de comunicación estandarizados. Por ejemplo, los navegadores pueden comunicarse mediante el Protocolo seguro de transferencia de hipertexto (HTTPS) y los clientes de correo electrónico y HTTP pueden comunicarse mediante POP3 (Protocolo de oficina de correo versión 3) y SMTP (Protocolo simple de transferencia de correo). No todos los sistemas que utilizan el modelo OSI implementan todas las capas.

Comunicación en el modelo OSI

Las capas del modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) están diseñadas para que una aplicación pueda comunicarse a través de una red con otra aplicación en un dispositivo diferente sin importar la complejidad de la aplicación y los sistemas subyacentes. Para ello, se utilizan varios estándares y protocolos para comunicarse con la capa superior o inferior. Cada una de las capas es independiente y solo conoce las interfaces para comunicarse con la capa superior e inferior.

Al encadenar todas estas capas y protocolos, se pueden enviar comunicaciones de datos complejas de una aplicación de alto nivel a otra. El proceso funciona de la siguiente manera:

1. La capa de aplicación del remitente transfiere la comunicación de datos a la siguiente capa inferior.
2. Cada capa añade sus propios encabezados y direccionamientos a los datos antes de transmitirlos.
3. La comunicación de datos desciende por las capas hasta que finalmente se transmite a través del medio físico.
4. En el otro extremo del medio, cada capa procesa los datos de acuerdo con los encabezados relevantes en ese nivel.
5. En el extremo receptor, los datos suben por la capa y se desempaquetan gradualmente hasta que la aplicación del otro extremo los recibe.

Alternativas al modelo OSI

En el pasado, se utilizaron varios modelos de redes, como el intercambio secuenciado de paquetes o el intercambio de paquetes por Internet (SPX/IPX) y el sistema básico de entrada y salida de red (NetBIOS). Hoy en día, la alternativa principal al modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) es el modelo TCP/IP.

El modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP se compone de cinco capas diferentes:

• La capa física
• La capa de enlace de datos
• La capa de red
• La capa de transporte
• La capa de aplicación

Aunque capas como la física, la de red y la de aplicación parecen corresponder directamente al modelo OSI, no es exactamente así. En cambio, el modelo TCP/IP se corresponde con mayor precisión con la estructura y los protocolos de Internet.El modelo OSI sigue siendo un modelo de red popular para describir cómo funcionan las redes desde una perspectiva holística con fines educativos. Sin embargo, el modelo TCP/IP es ahora el más utilizado en la práctica.

Nota sobre los protocolos y modelos propietarios

Es importante tener en cuenta que no todos los sistemas y aplicaciones basados en Internet siguen el modelo TCP/IP o el modelo OSI. Del mismo modo, no todos los sistemas y aplicaciones basados en red sin conexión utilizan el modelo OSI ni ningún otro modelo.

Tanto el modelo OSI como el TCP/IP son estándares abiertos. Están diseñados para que cualquiera pueda usarlos o ampliarlos para cumplir con requisitos específicos.

Las organizaciones también diseñan sus propios estándares internos patentados, incluidos protocolos y modelos, que son de código cerrado y solo para su uso en sus sistemas. A veces, pueden lanzarlos posteriormente al público para su interoperabilidad y un mayor desarrollo de la comunidad. Un ejemplo es s2n-tls, un protocolo TLS que originalmente era un protocolo patentado de Amazon Web Services (AWS) pero ahora es de código abierto.

AWS y los requisitos de redes informáticas

AWS ayuda a las organizaciones a diseñar, implementar y escalar aplicaciones y sistemas en red con menos fricción. Disponemos de un conjunto sólido de ofertas de redes y entrega de contenido de AWS. Están diseñados para complementar e integrarse con sus aplicaciones y servicios internos en todos los niveles de las operaciones de red.

A continuación, se indican varios ejemplos:

• AWS App Mesh proporciona redes seguras a nivel de aplicación para todos sus servicios, con monitoreo y control de comunicaciones integrados
• Amazon CloudFront es un servicio de red de entrega de contenido (CDN) creado para ofrecer un alto rendimiento, seguridad y comodidad para los desarrolladores
• AWS Direct Connect ofrece una conexión directa, que no afecta a Internet, desde su organización a sus recursos de AWS
• Elastic Load Balancing (ELB) distribuye el tráfico de red entrante entre los objetivos de AWS para mejorar la escalabilidad de las aplicaciones.