Explicación de las 7 capas de red OSI

El modelo de red de interconexión de sistemas abiertos (OSI) define el marco conceptual para la comunicación entre sistemas informáticos. El modelo es un estándar ISO que define siete capas de red básicas, desde hardware físico hasta aplicaciones de software de alto nivel.

Cada capa del modelo maneja una función de red específica. El estándar ayuda a los administradores a visualizar redes, aislar problemas y comprender casos de uso de nuevas tecnologías. Muchos proveedores de equipos de red anuncian la capa OSI para la que están diseñados sus productos.

OSI fue adoptado como estándar internacional en 1984. Sigue siendo relevante hoy, a pesar de los cambios en la implementación de la red que se han producido desde su primera publicación. En el modelo se pueden incluir la nube, los dispositivos perimetrales y el Internet de las cosas.

En este artículo, explicaremos cada una de las siete capas OSI por separado. Comenzaremos en el nivel más bajo, etiquetado como Capa 1.

1. Capa física

Cualquier red comienza con un equipo físico. Esta capa encapsula el equipo involucrado en el intercambio de datos, como conmutadores y cables. Los datos se transmiten como un flujo de dígitos binarios (0 o 1) que el hardware prepara a partir de los datos de entrada. La capa física define las señales eléctricas que se utilizan para codificar datos a través del cable, como un pulso de 5 voltios para representar un «1» binario.

Los errores en la capa física, por regla general, conducen al hecho de que los datos no se transmiten en absoluto. Una conexión rota podría deberse a un enchufe faltante o a una fuente de alimentación incorrecta. También pueden surgir problemas cuando dos componentes no están de acuerdo sobre la codificación física de los valores de los datos. En el caso de conexiones inalámbricas, una señal débil puede resultar en pérdida de bits durante la transmisión.

2. Capa de enlace

El segundo nivel del modelo se refiere a la comunicación entre dos dispositivos que están directamente conectados entre sí en la misma red. Es responsable de establecer un canal que permita el intercambio de datos utilizando un protocolo acordado. Muchos conmutadores de red funcionan en la capa 2.

La capa de enlace eventualmente pasará bits a la capa física. Debido a que se encuentra por encima del hardware, la capa de enlace puede realizar la detección y corrección de errores básicos en respuesta a problemas de transmisión física. Estas responsabilidades están definidas por dos subcapas: control de enlace lógico (LLC), que maneja la sincronización de tramas y la detección de errores, y el control de acceso a medios (MAC), que utiliza direcciones MAC para restringir la forma en que los dispositivos pueden transmitir datos.

3. Capa de red

La capa de red es la primera capa que admite la transferencia de datos entre dos redes servidas por separado. Esto es redundante en situaciones en las que todos sus dispositivos están en la misma red.

Los datos que ingresan a la capa de red desde las capas superiores primero se dividen en paquetes adecuados para la transmisión. Los paquetes recibidos de la red remota en respuesta se vuelven a ensamblar en datos utilizables.

En la capa de red, se encuentran por primera vez varios protocolos importantes. Estos incluyen IP (para determinar la ruta al destino), ICMP, enrutamiento y VLAN. Juntos, estos mecanismos facilitan el interfuncionamiento con el grado familiar de usabilidad. Sin embargo, las operaciones a este nivel no son necesariamente confiables: los mensajes no tienen que tener éxito y no tienen que repetirse.

4. Capa de transporte

La capa de transporte proporciona abstracciones de mayor nivel para coordinar las transferencias de datos entre dispositivos. Los controladores de transporte determinan dónde se enviarán los datos y a qué velocidad se deben transmitir.

La capa 4 implementa TCP y UDP, proporcionando números de puerto que permiten que los dispositivos abran múltiples canales de comunicación. Como resultado, el equilibrio de carga suele estar en la capa 4, lo que permite enrutar el tráfico entre los puertos del dispositivo de destino.

Se espera que los mecanismos de transporte garanticen una comunicación exitosa. Se aplican estrictos controles de error para recuperarse de la pérdida de paquetes y fallas de retransmisión. El control de flujo se aplica para que el remitente no sobrecargue el dispositivo remoto al enviar datos más rápido de lo que permite el ancho de banda disponible.

5. Capa de sesión

La capa 5 crea sesiones de comunicación continua entre dos dispositivos. Las sesiones se utilizan para negociar nuevas conexiones, negociar su duración y cerrar correctamente la conexión una vez que se completa el intercambio de datos. Esta capa garantiza que las sesiones permanezcan abiertas el tiempo suficiente para transmitir todos los datos que se envían.

La gestión de puntos de control es otra responsabilidad de la capa 5. Las sesiones pueden definir puntos de control para facilitar la actualización del progreso y la reanudación de las transferencias. Se puede establecer un nuevo punto de interrupción cada pocos megabytes para la carga de un archivo, lo que permite que el remitente continúe desde un punto determinado si se interrumpe la transferencia.

Muchos protocolos importantes operan en la capa 5, incluidas las tecnologías de autenticación e inicio de sesión, como LDAP y NetBIOS. Establecen canales de comunicación semipersistentes para controlar la sesión del usuario final en un dispositivo en particular.

6. Capa de presentación

La capa de presentación es responsable de preparar los datos para la capa de aplicación que le sigue en el modelo. Una vez que se han recibido los datos del hardware, el enlace de datos y el transporte, están casi listos para ser utilizados por componentes de nivel superior. La capa de presentación completa el proceso realizando cualquier tarea de formateo que pueda ser necesaria.

Descifrado, decodificación y descompresión son las tres operaciones comunes que se pueden encontrar en esta capa. La capa de presentación procesa los datos recibidos en formatos que eventualmente pueden ser utilizados por la aplicación cliente. De manera similar, los datos salientes se reformatean en estructuras comprimidas y encriptadas adecuadas para la transmisión a través de la red.

TLS es una de las tecnologías centrales que forma parte de la capa de presentación. La validación de certificados y el descifrado de datos se realizan antes de que las solicitudes lleguen al cliente de la red, lo que permite utilizar la información con la confianza de que es auténtica.

7. Capa de aplicación

La capa de aplicación es la parte superior de la pila. Representa la funcionalidad percibida por los usuarios finales de la red. Las aplicaciones en el modelo OSI brindan una conveniente interfaz de extremo a extremo para facilitar la transferencia completa de datos sin obligarlo a pensar en hardware, rutas de datos, sesiones y compresión.

A pesar de su nombre, esta capa no está relacionada con el software del lado del cliente, como su navegador web o su cliente de correo electrónico. Una aplicación en términos OSI es un protocolo que proporciona una transferencia completa de datos complejos a través de las capas 1-6.

HTTP, FTP, DHCP, DNS y SSH existen en la capa de aplicación. Estos son mecanismos de alto nivel que permiten la transferencia directa de datos de usuario entre el dispositivo de origen y el servidor remoto. Solo necesita un conocimiento mínimo de cómo funcionan las otras capas.

Resumen

Las siete capas OSI describen la transmisión de datos a través de redes informáticas. Comprender las funciones y responsabilidades de cada nivel puede ayudarlo a identificar el origen de los problemas y evaluar el caso de uso previsto para las nuevas funciones.

OSI es un modelo abstracto que no está directamente relacionado con las implementaciones de redes específicas que se usan comúnmente en la actualidad. Por ejemplo, el protocolo TCP/IP se ejecuta en su propio sistema más simple de cuatro capas: acceso a la red, Internet, transporte y aplicación. Abstraen y absorben las capas OSI equivalentes: la capa de aplicación cubre las capas OSI L5 a L7, y las capas L1 y L2 se combinan en los conceptos de acceso a la red TCP/IP.

OSI sigue siendo aplicable a pesar de la falta de aplicación práctica directa. Ha existido durante tanto tiempo que los administradores de todos los orígenes lo entienden ampliamente. Su nivel relativamente alto de abstracción también asegura que siga siendo relevante frente a los nuevos paradigmas de redes, muchos de los cuales están dirigidos a la capa 3 y más allá. Ser consciente de las siete capas y sus responsabilidades aún puede ayudarlo a apreciar el flujo de datos a través de la red, al tiempo que abre oportunidades de integración para nuevos componentes.