El modelo de referencia OSI¶

Introducción¶

En los inicios de la informática y de las telecomunicaciones el diseño de un ordenador o de una red era algo tan complejo que no se tomaba en consideración la compatibilidad con otros modelos de ordenadores o de redes. Las redes y los protocolos se diseñaban pensando en el hardware a utilizar en cada momento, sin tener en cuenta la evolución previsible, ni por supuesto la interconexión y compatiblidad con equipos de otros fabricantes. A medida que la tecnología avanzaba y se mejoraba la red los programas de comunicaciones tenían que ser reescritos para utilizarlos con el nuevo hardware.

Para resolver este problema cada fabricante elaboró su propia arquitectura de red, que permitía independizar las funciones y el software del harware concreto utilizado. De esta forma cuando se quería cambiar algún componente sólo la función o el módulo afectado tenía que ser sustituido. La primera arquitectura de redes fue anunciada por IBM en 1974 y se llamó SNA (Systems Network Architecture). La arquitectura SNA se basa en la definición de siete niveles o capas, cada una de las cuales ofrece una serie de servicios a la siguiente. Cada capa puede implementarse en hardware, software o una combinación de ambos. SNA es una arquitectura altamente modular y estructurada. El modelo de capas que utiliza ha sido la base de todas las arquitecturas de redes actuales.

Las ideas básicas del modelo de capas son las siguientes:

• La capa \(n\) ofrece una serie de servicios a la capa \(n+1\).

• La capa \(n\) sólo “ve" los servicios que le ofrece la capa \(n-1\).

• La capa \(n\) en un determinado sistema sólo se comunica con su homóloga en el sistema remoto (comunicación de igual a igual o ‘peer-to-peer’). Esa “conversación" se efectúa de acuerdo a una serie de reglas conocidas como protocolo de la capa \(n\). Los procesos de cada sistema que se pueden comunicar en un determinado nivel se denominan procesos paritarios.

Un protocolo de comunicación se puede definir también como un conjunto de reglas y procedimientos que permite a los sistemas el intercambio de información.

El modelo de referencia OSI¶

El modelo de referencia OSI (open system interconnection, interconexión de sistemas abiertos) lo desarrolló 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. El modelo de referencia OSI se describe en la norma ISO 7498-1 (ITU-T X.200).

El modelo OSI tiene siete capas o niveles. Los principios que se aplicaron para llegar a las siete capas fueron:

1. Se debe crear una capa siempre que exista un nivel diferente de abstracción.

2. Cada capa debe realizar una función bien definida.

3. La función de cada capa se debe elegir pensando en la definición de protocolos estandarizados internacionalmente.

4. Los límites de las capas deben elegirse a modo de minimizar el flujo de información a través de las interfaces.

5. La cantidad de capas debe ser suficiente para no tener que agrupar funciones distintas en la misma capa y lo bastante pequeña para que la arquitectura no se vuelva inmanejable.

Los siete niveles que configuran el modelo OSI suelen agruparse en dos bloques. Los tres niveles inferiores (físico, de enlace, de red) constituyen el bloque de transmisión. Son niveles dependientes de la red de conmutación utilizada para la comunicación entre los dos sistemas. Por el contrario, los tres niveles superiores (de sesión, de presentación y de aplicación) son niveles orientados a la aplicación y realizan funciones directamente vinculadas con los procesos de comunicación. El nivel intermedio (de transporte) enmascara a los niveles orientados a la apliicación el funcionamiento detallado de los niveles dependientes de la red.

Interfaces entre niveles¶

El paso de los datos y la información de la red a través de los distintos niveles de la máquina emisora, y la subida a través de los niveles de la máquina receptora, es posible porque hay una interfaz entre cada par de niveles adyacentes. Cada interfaz decide qué información y servicios debe proporcionar un nivel al nivel superior. Las interfaces bien definidas y las funciones de los niveles proporcionan modularidad a la red.

Introducción a la capa física¶

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.

Introducción a la capa de 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:

• Indicador de inicio.

• Dirección de origen.

• Dirección de destino.

• Información de control.

• Datos.

• Control de errores.

Introducción a la capa de red¶

La capa de red se ocupa de controlar el funcionamiento de la subred, proporcionando un mecanismo que dirige los mensajes de una red a otra.

Para entregar mensajes en una red, cada subred debe estar identificada de forma única por una dirección de subred¹. Al recibir un mensaje de las capas superiores, la capa de red añade una cabecera al mensaje incluyendo las direcciones de subred de origen y destino. Este conjunto de datos sumado a la capa de red se denomina paquete. La información de la dirección de subred se utiliza para entregar el mensaje a la subred correcta; después la capa de enlace de datos puede utilizar la dirección del nodo para entregar el mensaje.

El proceso de hacer llegar los paquetes a la subred correcta se denomina encaminamiento, y los dispositivos que encaminan los paquetes se denominan encaminadores (o routers).

Introducción a la capa 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.

Introducción a la capa de sesión¶

La capa de sesión permite a los usuarios de máquinas diferentes establecer sesiones entre ellos. Una sesión permite el transporte ordinario de datos, como lo hace la capa de transporte, pero también proporciona servicios mejorados útiles en algunas aplicaciones.

Uno de los servicios de la capa de sesión es manejar el control del diálogo. El modo de diálogo puede ser de tres tipos:

• Simplex.

• Semiduplex.

• Duplex.

Introducción a la capa de presentación¶

El cometido de la capa de presentación es el de presentar los datos a la capa de aplicación; ocupándose de traducir datos con una codificación de caracteres a otra distinta, si fuese necesario (porque los nodos inicial y final utilizaran una codificación distinta, como ASCII y Unicode); ídem con la representación de datos numéricos.

Otras funciones que corresponden a la capa de presentación son la encriptación/desencriptación y la compresión/descompresión de los datos.

Introducción a la capa de aplicación¶

La capa de aplicación proporciona los servicios utilizados por las aplicaciones, como pueden ser:

• Correo electrónico,

• acceso a archivos remotos,

• ejecución de tareas remotas,

• administración de la red.

Como es la única capa que proporciona servicios directamente a los procesos de aplicación, la capa de aplicación ofrece todos los servicios de OSI directamente utilizables por los procesos de aplicación.

Servicios¶

Las entidades en un nivel \(N\) ofrecen servicios que son utilizados por las entidades del nivel \(N+1\). El nivel \(N\) es, entonces, el proveedor del servicio y el nivel \(N+1\) el usuario del servicio. A su vez, el nivel \(N\) para proporcionar sus servicios puede utilizar los servicios que le ofrece el nivel \(N-1\).

Los servicios se hacen disponibles en los SAP (puntos de acceso al servicio). Los SAP del nivel \(N\) son los puntos donde el nivel \(N+1\) puede acceder a los servicios ofrecidos.

Un servicio es invocado por el usuario, o es indicado por el proveedor del servicio mediante el intercambio de un conjunto de primitivas de servicio a través de la interfaz entre los niveles implicados. En el modelo OSI, estas primitivas son de cuatro tipos:

• Petición (Request). Una entidad solicita el servicio.

• Indicación (Indication). Una entidad es informada de algún evento.

• Respuesta (Response). Una entidad quiere responder a un evento.

• Confirmación (Confirm). Una entidad es informada sobre su solicitud.

Los servicios pueden ser confirmados o no confirmados. Un servicio confirmado utiliza las cuatro primitivas; un servicio no confirmado sólo utiliza petición e indicación. El establecimiento de la conexión siempre es un servicio confirmado; la transferencia de datos puede ser confirmada o no.

Capa física¶

La capa física proporciona los medios mecánicos, eléctricos, funcionales y de procedimiento necesarios para activar, mantener y desactivar conexiones físicas para la transmisión de bits entre entidades de enlace de datos.

Una conexión física puede comprender sistemas abiertos intermedios, cada uno de los cuales efectúa la retransmisión de los bits dentro de la capa física. Las entidades de la capa física están interconectadas por un medio físico.

Servicios proporcionados a la capa de enlace de datos¶

Los siguientes servicios o elementos de servicios son proporcionados por la capa física:

• Conexiones físicas.

• Unidades de datos del servicio físico.

• Puntos extremos de conexión física.

• Identificación de circuitos de datos.

• Secuenciación.

• Notificación de condiciones de fallo.

• Parámetros de calidad de servicio.

  • Tasa de errores,
  • disponibilidad del servicio,
  • velocidad de transmisión,
  • retardo de tránsito.

• Conexiones físicas. Se puede proporcionar una conexión física mediante la retransmisión de circuitos de datos, utilizando funciones de retransmisión en la capa física.

Funciones en la capa física¶

• Activación y desactivación de conexiones físicas.

• Transmisión de unidades de datos del servicio físico. La transmisión puede ser de dos tipos:

  • síncrona, o
  • asíncrona

• Multiplexación.

• Gestión de la capa física.

Capa de enlace de datos¶

La capa de enlace de datos transforma la capa física, un simple medio de transmisión, en un enlace fiable y es responsable de la entrega nodo a nodo. Hace que el nivel físico aparezca ante el nivel de red como un medio libre de errores. Proporciona los medios funcionales y de procedimiento para el modo sin conexión entre entidades de red y para el modo con conexión para establecer, mantener y liberar conexiones de enlace de datos entre entidades de red y para transferir unidades de datos del servicio de enlace de datos. Una conexión de enlace de datos está constituida por una o varias conexiones físicas.

La capa de enlace de datos detecta y, eventualmente, corrige los errores que se puedan producir en la capa física.

Además, la capa de enlace de datos permite a la capa de red controlar la interconexión de circuitos de datos dentro de la capa física.

Servicios proporcionados a la capa de red¶

• Modo con conexión:

  • Direcciones de enlace de datos.
  • Conexión de enlace de datos.
  • Unidades de datos del servicio de enlace de datos.
  • Identificadores de puntos extremos de la conexión de enlace de datos.
  • Notificación de errores.
  • Parámetros de calida de servicio.
  • Reiniciación.

• Modo sin conexión:

  • Direcciones de enlace de datos.
  • Transmisión de unidad de datos del servicio de enlace de datos de un tamaño máximo definido.
  • Parámetros de calidad de servicio.

Funciones en la capa de enlace de datos¶

• Modos con conexión y sin conexión:

  • Correspondencia de unidades de datos del servicio de enlace de datos.
  • Identificación e intercambio de parámetros.
  • Control de la interconexión de circuito de datos.
  • Detección de errores.
  • Encaminamiento y retransmisión.
  • Gestión de la capa de enlace de datos.

• Modo con conexión:

  • Establecimiento y liberación de conexión de enlace de datos.
  • Transmisión de datos por enlace de datos en modo con conexión.
  • División de la conexión del enlace de datos.
  • Control de secuencia.
  • Delimitación y sincronización.
  • Control del flujo.
  • Recuperación tras error.
  • Reiniciación.

• Modo sin conexión:

  • Transmisión de datos por el enlace de datos en el modo sin conexión.

Capa de red¶

La capa de red es responsable de la entrega de un paquete desde el origen al destino y, posiblemente, a través de múltiples redes. Mientras que el nivel de enlace de datos supervisa la entrega del paquete entre dos sistemas de la misma red (enlaces), el nivel de red asegura que cada paquete va del origen al destino, sena estos cuales sean.

Servicios proporcionados a la capa de transporte¶

El servicio básico de la capa de red consiste en proporcionar la transferencia transparente de datos entre entidades de transporte.

• Modo con conexión:

  • Direcciones de red.
  • Conexiones de red.
  • Identificadores de puntos extremos de conexión de red.
  • Transferencia de unidades de datos del servicio de red.

  • Parámetros de calidad de servicio.

    • Tasa de errores residuales,
    • disponibilidad,
    • fiabilidad,
    • caudal,
    • retardo de tránsito,
    • retardo de establecimiento de la conexión de red.
  • Notificación de errores.
  • Transferencia de unidades de datos aceleradas del servicio de red.
  • Reiniciación.
  • Liberación.
  • Recepción de confirmación.

• Modo con conexión:

  • Transmisión de unidades de datos del servicio de red de un tamaño máximo definido.
  • Parámetros de calidad de servicio.
  • Notificación de error local.

Funciones de la capa de red¶

• Encaminamiento y retransmisión.

• Conexiones de red.

• Multiplexación de conexiones de red.

• Segmentación y bloqueo.

• Detección de errores.

• Recuperación tras error.

• Secuenciación.

• Control de flujo.

• Transferencia de unidades datos aceleradas.

• Reiniciación.

• Selección del servicio.

• Correspondencia de direcciones de red con direcciones de enlace de datos.

• Correspondencia de transmisiones de red en el modo sin conexión con transmisiones de enlace de datos en el modo sin conexión.

• Conversión del servicio de enlace de datos en el modo con conexión al servicio de red en el modo con conexión.

• Mejora de un servicio de enlace de datos en el modo sin conexión para suministrar un servicio de red en el modo con conexión.

• Gestión de la capa de red.

Capa de transporte¶

El nivel de transporte es responsable de la entrega origen a destino (extremo a extremo) de todo el mensaje. Mientras que el nivel de red supervisa la entrega extremo a extremo de paquetes individuales, no reconoce ninguna relación entre estos paquetes. El nivel de transporte asegura que todo el mensaje llega intacto y en orden, supervisando tanto el control de errores como el control de flujo a nivel origen a destino.

Para mayor seguridad, el nivel de transporte puede crear una conexión entre dos puertos finales. Una conexión es un único camino lógico entre el origen y el destino asociado a todos los paquetes del mensaje.

Funciones de la capa de transporte¶

• Direccionamiento en punto de servicio.

• Segmentación y reensamblado.

• Control de conexión.

• Control de flujo.

• Control de errores.

Capa de sesión¶

La capa de sesión es el controlador de diálogo de la red; establece, mantiene y sincroniza la interacción entre sistemas de comunicación.

Funciones de la capa de sesión¶

• Control de diálogo.

• Sincronización.

Capa de presentación¶

La capa de presentación está relacionada con la sintaxis y la semántica de la información intercambiada entre dos sistemas.

Funciones de la capa de presentación¶

• Traducción.

• Cifrado.

• Compresión.

Capa de aplicación¶

La capa de aplicación permite al usuario, tanto humano como software, acceder a la red. Proporciona las interfaces de usuario y el soporte para servicios como el correo electrónico, el acceso y la transferencia de archivos remotos, la gestión de datos compartidos y otros tipos de servicios para información distribuida.