Capítulo IV: MODELO OSI

Contenido:
1. Introducción
2. Las Capas del Modelo OSI
3. La capa física
4. La capa de enlace de datos
5. La capa de red
6. La capa de transporte
7. La capa de sesión
8. La capa de presentación
9. La capa de aplicación
10. Resumen
 

Introducción
Este modelo se basa en una propuesta que desarrolló la Organización Internacional de Normas (ISO: International Standards Organization). El modelo se conoce como el  modelo de referencia de la ISO para la Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI: Open Systems Interconnection), puesto que se ocupa de la conexión de sistemas abiertos, esto es, sistemas que están abiertos a la conexión con otros sistemas. 
 

Las capas del modelo OSI
La estructura lógica del modelo OSI tiene siete capas.  Las capas inferiores (1 a 3) dependen de la red y se ocupan  de los protocolos relacionados con la red de comunicación de datos que se está usando para enlazar los computadores.  Las tres capas superiores (5 a 7) están orientadas a las aplicaciones y se ocupan de los protocolos que permiten interactuar a dos procesos de aplicación de usuario final.  La capa de transporte intermedia (capa 4) oculta a las capas superiores, los detalles del funcionamiento de las capas inferiores.  La capa 4 utiliza los servicios provistos por las ultimas capas para ofrecer a las capas superiores un servicio de intercambio de mensajes independiente de la red.
 
 

La capa física
Tiene que ver con la transmisión de bits por un canal de comunicación. Las consideraciones de diseño tienen que ver con la acción de asegurarse de que cuando un lado envíe un bit 1, se recibe en el otro lado como bit 1, no como bit 0. Las preguntas típicas aquí son: cuantos volts deberán usarse para presentar un 1 y cuantos para un 0; cuántos microsegundos dura un bit; si la transmisión se puede efectuar simultáneamente en ambas direcciones o no; cómo se establece la conexión inicial y cómo se interrumpe cuando ambos lados han terminado. Aquí las consideraciones de diseño tienen que ver mucho con las interfaces mecánica, eléctrica y de procedimientos, y con el medio de transmisión físico que está bajo la capa física.
 

La capa de enlace de datos
La tarea principal es tomar un medio de transmisión en bruto y transformarlo en una línea que parezca libre de errores de transmisión no detectados a la capa de red. Esta tarea la cumple al hacer que el emisor divida los datos de entrada en marcos de datos (unos cientos o miles de bytes, normalmente), que transmita los marcos en forma secuencial y procese los marcos de acuse de recibo que devuelve el receptor.  Una ráfaga de ruido en la línea puede destruir por completo un marco. En este caso, el software de la capa de enlace de datos de la máquina fuente puede retransmitir el marco. Corresponde a esta capa resolver el problema provocado por los marcos dañados, perdidos y duplicados. La capa de enlace de datos puede ofrecer varias clases de servicios distintas a la capa de red, cada una con diferente calidad y precio. 

Otra consideración que surge en la capa de enlace de datos (y también en la mayor parte las capas más altas) es como evitar que un transmisor veloz sature de datos a un receptor lento. Se debe emplear algún mecanismo de regulación de trafico para que el transmisor sepa cuanto espacio de almacenamiento temporal (buffer) tiene el receptor en ese momento. Con frecuencia esta regulación de flujos y el manejo de errores están integrados.
 

La capa de red
Es la que se ocupa de controlar el funcionamiento de la subred. Una consideración clave de diseño es determinar como se encaminan los paquetes de la fuente a su destino. Las rutas se pueden basar en tablas estáticas que se “alambran” en la red y rara vez cambian. También se pueden determinar al inicio de cada conversación, por ejemplo en una sesión terminal. Por ultimo, pueden ser altamente dinámicas, determinándose de nuevo con cada paquete para reflejar la carga actual de la red.

Cuando un paquete debe viajar de una red a otra para alcanzar su destino, pueden surgir muchos problemas. El tipo de direcciones que usa la segunda red puede ser diferente del de la primera; puede ser que la segunda no acepte en absoluto el paquete por ser demasiado grande; los protocolos pueden diferir y otras cosas. La capa de red debe resolver todos estos problemas para lograr que se interconecten redes heterogéneas.
 

La capa de transporte
La función básica es aceptar datos de la capa de sesión, dividirlos en unidades más pequeñas si es necesario, pasarlos a la capa de red y asegurar que todos los pedazos lleguen correctamente al otro extremo. Además, todo esto se debe hacer de manera eficiente y en forma que aísle a las capas superiores de los cambios inevitables en la tecnología del hardware.

En condiciones normales, la capa de transporte crea una conexión de red distinta para cada conexión de transporte que requiera la capa de sesión. Sin embargo, si la conexión de transporte requiere un volumen de transmisión alto, la capa de transporte podría crear múltiples conexiones de red, dividiendo los datos entre las conexiones para aumentar el volumen. Por otro lado, si es costoso crear o mantener una conexión de red, la capa de transporte puede multiplexar varias conexiones de transporte en la misma conexión de red para reducir el costo. En todos los casos, la capa de transporte debe lograr que la multiplexión sea transparente para la capa de sesión.

La capa de transporte determina también qué tipo de servicio proporcionará a la capa de sesión y, finalmente, a los usuarios de la red. El tipo más popular de conexión de transporte es un canal de punto a punto libre de errores que entrega mensajes o bytes en el orden en que se enviaron. Sin embargo, otras posibles cargas de transporte son el transporte de mensajes aislados sin garantía respecto al orden de entrega y la difusión de mensajes a múltiples destinos. El tipo de servicio se determina al establecer la 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 proporcionan servicios mejorados que son útiles en algunas aplicaciones. Se podría usar una sesión para que el usuario se conecte a un sistema remoto de tiempo compartido o para transferir un archivo entre dos máquinas.

Uno de los servicios de la capa de sesión es manejar el control del dialogo. Las sesiones pueden permitir que el tráfico vaya en ambas direcciones al mismo tiempo, o sólo en una dirección a la vez. Si el trafico puede únicamente en un  sentido a la vez (en analogía con una sola vía de ferrocarril), la capa de sesión puede ayudar a llevar el control de los turnos. 

Otro servicio de sesión es la sincronización. Hay que considerar los problemas cuando se trata de efectuar una transferencia de archivo de dos horas de duración entre dos máquinas que tienen un tiempo medio entre rupturas de 1 hora. Cada transferencia, después de abortar, tendría que empezar de nuevo desde el principio y probablemente fallaría también la siguiente vez. Para eliminar este problema, la capa de sesión ofrece una forma de insertar puntos de verificación en la corriente de datos, de modo que después de cada interrupción sólo se deban repetir los datos que se transfirieron después del ultimo punto de verificación.
 

La capa de presentación
Realiza ciertas funciones que se piden con suficiente frecuencia para justificar la búsqueda de una solución general, en lugar de dejar que cada usuario resuelva los problemas. En particular, y  a diferencia de todas las capas inferiores que se interesan sólo en mover bits de manera confiable de acá para allá, la capa de presentación se ocupa de la sintaxis y la semántica de la información que se transmite.

Un ejemplo típico de servicio de presentación es la codificación de datos en una forma estándar acordada. Las diferentes computadoras tienen códigos diferentes para representar cadenas caracteres (por ejemplo, ASCII y Unicode), enteros (por ejemplo, en complemento a uno y en complemento a dos), y demás. Con el fin de hacer posible la comunicación entre computadoras con representaciones diferentes, las estructuras por intercambiar se pueden definir en forma abstracta, junto con un código estándar que se use “en el cable”. La capa de presentación maneja estas estructuras de datos abstractas y las convierte de la representación que se usa dentro de la computadora a la representación estándar de la red y viceversa.
 

La capa de aplicación
Contiene varios protocolos que se necesitan con frecuencia. Por ejemplo, existen cientos de tipos de terminales incompatibles en el mundo. Considere la situación de un editor de pantalla completa que debe trabajar en una red con muchos tipos diferentes de terminal, cada uno con formatos diferentes de pantalla, secuencias de escape para insertar y eliminar texto, mover el cursor etc.

Una forma de resolver este problema es definir una terminal virtual de red abstracta que los editores y otros programas puedan manejar. Par cada tipo de terminal, se debe escribir un programa para establecer la correspondencia entre las funciones de la terminal virtual de red y las de la terminal real.

Otra función de la capa de aplicación es la transferencia de archivos. Los diferentes sistemas de archivos tienen convenciones diferentes para nombrar los archivos, formas diferentes de representar líneas de texto, etc. También pertenecen a la capa de aplicación, el correo electrónico, la carga remota de trabajos, la búsqueda en directorios y otros recursos de uso general y  especial.
 

Resumen
El modelo OSI (Open Systems Interconnection) fue propuesto por la ISO (International Standards Organization) como una norma para enlazar sistemas abiertos.  Este modelo consta de siete (7) capas las cuales se encargan desde establecer la conexión física y velar porque los datos enviados no se pierdan o dañen, hasta controlar porque los datos sean correctamente interpretados por diferentes aplicaciones.  Para el usuario final todo el proceso de verificación y chequeo realizado por estas capas es transparente, sobre todo por la rapidez con que se realizan.