3.1.4.1. Modelo OSI: unidades de datos del protocolo y encapsulamento
El Modelo OSI, de las siglas en inglés Open Systems Interconnection, es un estándar internacional elaborado en la década de los 70 con el objetivo de establecer una serie de normas para las comunicaciones en redes informáticas desde el punto de vista del diseño. Este estándar aglutina el conjunto de protocolos algunos de las cuales ya han sido descritos: IP, protocolos de routing, DHCP, etc., cada uno con una función específica pero vital para hacer efectiva la comunicación. De algún modo, el Modelo OSI vino a poner orden aun cuando el Internet actual no existía y diversas empresas de telecomunicaciones empezaban a desarrollar los protocolos actuales.
La comunicación entre equipos en una red, en su nivel más bajo, se produce mediante el envío de datos en formato binario (unos y ceros). No obstante, esta concatenación de datos en crudo debe elaborarse de acuerdo a unos criterios y también deben ser interpretable para la máquina que los recepcione. El Modelo OSI es un diseño de arquitectura gráfica que estandariza las comunicaciones de datos y define una serie de mecanismos y operaciones de las redes para dar coherencia a los datos que circulan en una red. Se define por las siguientes características:
1. Divide de forma abstracta cada componente de la red para explicar su función. A cada una de estas divisiones de les llama capas. Existen 7 capas y esta es su descripción y función y algunos de sus protocolos:
Capa | Descripción | Protocolos – Medios | |
1 | Física | Comprende los medios físicos de transmisión que hacen posible la comunicación (cable o inalámbrico). En esta capa, la información recibida y enviada es transformada e interpretada en código binario (bits 1 y 0). La capa física es la primera de todo el flujo en recibir información. | Ethernet, WLAN |
2 | Enlace | Se encarga de las identificaciones físicas de cada dispositivo de capa 1 que esté conectado a una red, estableciendo los enlaces necesarios entre dichos dispositivos (direccionamiento físico con MAC). Implementa una serie de características como son control de sesión, control de flujo, etc. y se encarga de recibir los bits sueltos que provienen de la capa 1 (física) para ordenarlos para que sean manejables para las capas superiores. | ARP, PPP MAC |
3 | Red | Esta capa hace posible la identificación lógica (i.e. mediante software) de los equipos conectados a una red y mantiene los enlaces establecidos entre ellos. También permite establecer las rutas para lograr el intercambio de información de paquetes. Esta capa hace posible el routing e interviene de forma decisiva el protocolo IP. | IP, ICMP, IGMP, RIP, OSPF Routers, switches |
4 | Trasporte | Hace posible la transferencia de datos entre dispositivos de manera confiable y eficiente. Esto incluye la fragmentación de la información que intercambian los dispositivos debido al límite en bytes que puede contener cada paquete de datos. Una vez la información llega a destino, esta se vuelve a componer para obtener la comunicación completa. También ofrece el servicio de multiplexación, que permite que varios equipos puedan establecer diferentes comunicaciones entre sí de forma simultánea sin entorpecer el flujo de comunicación. En esta capa interviene de forma decisiva el protocolo TCP y el uso de los puertos. | TCP, SCTP, UDP |
5 | Sesión | Se encarga de establecer, mantener y cerrar las sesiones de comunicación entre equipos. La capa 5 está muy relacionada con la capa 4, pues la primera permite que los segmentos de datos (ver abajo para esta noción) desordenados de la capa 4 sean ordenados y agrupados y puedan asociarse a todo un flujo de comunicación en concreto, estableciendo así una sesión de comunicación entre los equipos y saber en qué estados se encuentra la comunicación (sincronicidad). También ofrece transparencia hacia los protocolos de las capas superiores, es decir, evita que estos deban obtener información acerca de puertos, direccionamientos, etc. y puedan trabajar con la mínima información. | SCP, SSH, RPC, NetBios, PPTP, L2TP |
6 | Presentación | Permite establecer el formato de los datos transmitidos. Como en el sistema de las extensiones, esta capa traduce a un mapa de datos (raw code o código en crudo) producido por la capa 7 de la aplicación para que sea interpretado por las capas inferiores. En el momento de la recepción, esta capa también identifica el formato y rearma en raw code para que pueda usarlo la capa de aplicación. Los formatos clásicos: PDF, HTML, TXT, JPG… | – |
7 | Aplicación | Esta capa incluye todos los protocolos que interactúan directamente con el usuario, permitiendo ofrecer servicios, medios y recursos. Es importante destacar que las aplicaciones en sí no forman parte de esta capa, sino que son los protocolos. | HTTP, FTP, DNS, DHCP, SMTP, POP |
2. Generación de datos de la comunicación basada en la subordinación entre capas del modelo OSI (sistema de encapsulamiento). El mensaje que se traslada entre dispositivos está formado por porciones denominadas Unidades de Datos de Protocolo (PDU, de las siglas en inglés Protocol Data Unit) que incluyen cabeceras de información de los diferentes protocolos y tienen su correspondencia con las capas del modelo OSI.
Capa | Unidad de datos del protocolo | Notas | |
1 | Física | Bits | PDU de la capa física que se utiliza cuando se transmiten datos físicamente por el medio. |
2 | Enlace | Trama de red |
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3 | Red | Paquete de red | Incorpora la cabecera IP. |
4 | Trasporte | Segmento de red | Incorpora la cabecera TCP. |
5 | Sesión | Datos | Término general para la PDU que se utiliza en la capa de aplicación. |
6 | Presentación | ||
7 | Aplicación | ||
En el concepto de encapsulamiento, basado en las PDU, se encuentra la efectividad del modelo OSI. Para comprender su funcionamiento, hay que entender el concepto informático de pila (stack en inglés). Una pila es un conjunto de datos ordenado que se han ido apilando en porciones. Solo es posible acceder a la información de una porción si previamente se ha accedido a la lectura del nivel de datos anterior, siendo el modo de acceso basado en último en entrar, primero en salir para resumir. Este sistema suele utilizar un componente a modo indicador de nivel, que contiene información importante, denominadas cabeceras, que se van agregando al conformar la pila:
Así pues, basándose en el sistema de funcionamiento de una pila informática, el encapsulamiento en el Modelo OSI tiene las siguientes características:
- Con el encapsulamiento, en la creación del mensaje (empaquetado), cada capa incorpora a los datos provenientes de la capa inmediatamente superior su propia cabecera de información (o encabezado o header), que solo podrá ser interpretada por su contraparte. Las cabeceras más representativas son las de los protocolos IP/TCP. Las cabeceras aportan información determinante en la comunicación.
- Cada capa es un subordinado de su capa inmediatamente inferior. Se pueden establecer comunicaciones intermedias entre componentes de una misma capa en ambos extremos de la comunicación principal (dispositivo emisor y receptor). Si por ejemplo un equipo desea establecer una comunicación con un dispositivo, la capa de sesión envía la información a la capa de transporte, quien a su vez incorpora a las capas inferiores para armar los datos de la comunicación. Cuando la información llega al otro extremo (dispositivo receptor), las capas inferiores la entregan a la superiores, hasta llegar a la capa de sesión (proceso de desencapsulamiento).
Representación gráfica del sistema de encapsulación en el Modelo OSI basándose en el sistema de PDU:
