Fundamentos de Redes - El modelo OSI

Este es el primero de una serie de artículos orientados a cubrir los aspectos fundamentales en el aprendizaje de redes.  La intención es proporcionar una perspectiva adicional a estudiantes y profesionales en el área de redes, que llegan al tema por primera vez, o que desean refrescar sus conocimientos.

Habrán notado que en todo estudio introductorio sobre redes, es inevitable encontrar el modelo OSI como uno de los primeros temas a tratar, en este post vamos a describir la razón por la que esto es así, la importancia del modelo OSI en el estudio de redes y algunas aplicaciones prácticas que el conocimiento de este tema nos puede aportar al trabajar en redes en el día a día.

Primero, un poco de historia

A mediados de los años 70, la tendencia en el mundo de las computadoras era el procesamiento centralizado, esto es, una computadora central con terminales remotas sin mayor inteligencia, esa computadora central conocida como Mainframe, era desarrollada por fabricantes como IBM o DEC, sin embargo, aun en esta época de procesamiento centralizado, se anticipaban las bondades de poder interconectar sistemas en red, por ejemplo IBM publicó en 1975 su primer sistema de red llamado SNA (System Network Architecture), por esa época otros vendedores también crearon sus propios sistemas de red, por ejemplo DECnet de la empresa DEC (Digital Equipment Corporation).

Hasta aquí todo bien (para los vendedores), si una empresa X quería interconectar sistemas en red, dependía del fabricante, ya que no había interoperabilidad entre diferentes marcas, esto se ilustra en la siguiente figura:

Figura 1: Arquitecturas de red incompatibles

Pronto se hizo evidente la necesidad de contar con un conjunto de estándares y protocolos que permitieran la interconexión de diferentes sistemas, a finales de los 70, la ISO (International Standards Organization) creo una comisión con el objetivo de desarrollar una arquitectura abierta para la interconexión de sistemas y es así como en Julio de 1979 se publica el modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnections)

El modelo OSI

Como se describe en el párrafo anterior, el principal objetivo perseguido por la ISO era el de crear un modelo, una arquitectura que sirviera como marco de referencia para la creación de protocolos y sistemas en red que pudieran comunicarse entre si.  El termino Arquitectura nos da una primera idea de lo que comprende, el modelo OSI no entra en detalles de implementación, en lugar de eso provee principios genéricos que sirven de base para el desarrollo de sistemas que se pueden interconectar entre si.

Una de las decisiones claves en el desarrollo del modelo OSI, fue el de utilizar un modelo de capas (Layering), esta es una técnica de estructuración que permite ver a un sistema como compuesto de una serie de capas, cada capa presta servicios a las capas superiores y a la vez dependen de los servicios prestados por las capas inferiores (superior o inferior es únicamente en relación a la posición de cada capa en el sistema y no es relativo a la importancia de las capas :-)

La estructura de capas del modelo OSI tiene muchos beneficios, el principal (y el cual es el objetivo por el que el modelo fue desarrollado) es la interoperabilidad, cada capa tiene ciertos estándares y especificaciones, al apegarse a estos lineamientos, diferentes fabricantes producen sistemas que pueden interconectarse entre si.

Otro beneficio importante del model de capas es que permite la innovación, un fabricante en particular puede enfocarse en una capa en particular, o en unas pocas capas del modelo OSI permitiendo una especialización y enriquecimiento de las funciones de esa capa en particular.

En el modelo OSI las capas en un sistema en particular se comunican entre si (adjacent-layer interaction) y a su vez cada capa en particular se comunica con la misma capa en otro sistema (same-layer interaction), en conjunto esta comunicación permite describir el proceso para transmitir información de un sistema a otro, estos conceptos se ilustran en la siguiente figura, en la que un sistema A, se comunica a un sistema B a través de un equipo intermedio ilustrado como GTW.

Figura 2. Comunicación entre sistemas

En este punto no es necesario entender a cabalidad la figura anterior, sin embargo se pueden hacer algunas observaciones importantes, las flechas verticales ilustran la comunicación entre capas adyacentes (adjacent-layer interaction) y las flechas horizontales ilustran la comunicación entre capas iguales en diferentes sistemas (same-layer interaction).

Otro detalle importante a observar en la figura 2, es que la comunicación entre el host A y el host B se da a través de un equipo intermedio que no necesariamente implementa el mismo numero de capas, esto ilustraría la comunicación entre dos computadoras a través de un equipo intermedio como un router que en este caso únicamente implementa hasta la capa 3 del modelo OSI.

Las capas del modelo OSI

Hasta ahora hemos descrito un poco la historia que llevo al desarrollo del modelo OSI y la decisión clave de utilizar una estructura de capas, específicamente se definieron 7 capas para el modelo OSI, las cuales se ilustran en la figura 3 y se describen a continuación (por facilidad he utilizado los términos en ingles)

Figura 3.  Las 7 capas del modelo OSI

Application:   Aplicaciones de red como telnet, ftp, http (no confundir con aplicaciones o programas) la capa de aplicación presta servicios a los programas o aplicaciones de una computadora.

Presentation: Formato de datos y encripción.

Session: Establecimiento y mantenimiento de sesiones.

Transport: Permite transferencia de datos de manera confiable (reliable) y no confiable (unreliable) entre sistemas finales (end-to-end)

Network: Envio de paquetes, incluye la importante función de ruteo.

Data Link: Envio de tramas (frames) y chequeo de error en un medio compartido.

Physical: Transmisión de bits en el medio físico.

Lo anterior es una descripción breve y generalizada de la función de cada capa del modelo OSI, en la práctica, cada capa tiene una serie de estándares, protocolos y especificaciones que son un mundo por si solas, este es precisamente una de esos beneficios del modelo de capas, un fabricante se puede especializar en una o varias capas del modelo OSI.  Una descripción más detallada escapa al alcance de este artículo, pero se proveen algunas referencias al final para un estudio más detallado.

Aplicaciones prácticas del modelo OSI

Ahora surge la pregunta legitima, de que me sirve conocer el modelo OSI?, tiene esto alguna aplicación práctica?, espero que con la lectura de los conceptos anteriores puedas visualizar que en realidad si, el modelo OSI cuando se desarrollo inicialmente tenia la aplicación práctica de servir como marco de referencia para el desarrollo de protocolos y estándares para la interconexión e interoperabilidad de redes, en la vida real, los protocolos desarrollados no tuvieron tanto éxito, hoy por hoy utilizamos el modelo TCP/IP (el cual será el tema del siguiente post), sin embargo aun utilizamos terminología asociada a este modelo OSI, me permito sugerir las siguientes aplicaciones practicas:

• El modelo OSI nos provee un marco de referencia para describir y entender la funcionalidad de un sistema, de un protocolo o de un componente, por ejemplo, es común describir un router como un dispositivo de capa 3, o a un switch como un dispositivo de capa 2, de igual manera describimos el protocolo TCP como un protocolo de capa 4, en artículos posteriores haremos uso extensivo de estas comparaciones.
• Entender la estructura de capas nos ayuda en la resolución de problemas, por ejemplo, al realizar una prueba de ping hacia un sistema remoto podemos establecer si tenemos conectividad a nivel de capa 3, es decir, el modelo nos ayuda a diagnosticar y segmentar un problema de comunicación entre sistemas en red.

Conclusión

El modelo OSI es una arquitectura de referencia, que hoy en día es utilizado para describir la funcionalidad de un sistema en red, esta compuesto por 7 capas y en conjunto permiten entender la transferencia de datos entre dos o más equipos conectados en red.

Es importante entender la funcionalidad de cada capa y la interacción entre ellas, tanto a nivel de adyacencia, entre capas inferiores y superiores en un sistema, como entre capas iguales, en dos o más sistemas (estos son temas que se desarrollaran con mayor amplitud en futuros artículos).

Referencias

A continuación algunos enlaces útiles para profundizar más en los conceptos descritos en este artículo, si tienes comentarios o algunas otras referencias que te han sido de utilidad, no dudes en dejar un comentario.

Definición de las 7 capas del modelo OSI

Modelo OSI en Wikipedia

Que es el Modelo OSI (Blog de Cesar Cabrera bastante información sobre el modelo OSI y otros temas interesantes)