El Modelo OSI (capítulo 8)

8. ¿Qué es el modelo OSI?

El modelo OSI del inglés Open Systems Interconnection (interconexión de sistemas abiertos) es un modelo de referencia creado por la ISO (International Organization for Standardization) en 1984, que se encarga de describir cómo debe comunicarse cualquier sistema informático, dividiendo el proceso de comunicación en 7 capas u niveles encargados de agrupar funciones específicas.

• Estandarizar la comunicación entre sistemas de diferentes fabricantes.
• Dividir un problema complejo (la comunicación en red) en partes más pequeñas y manejables.
• Permitir que cada capa evolucione de forma independiente sin afectar a las demás.
• Facilitar el aprendizaje, el diseño y la resolución de problemas.

8.1 Características principales del modelo OSI**

• Cada capa proporciona servicios a la capa superior y utiliza los servicios de la capa inferior.
• Cada capa se comunica lógicamente con su capa homóloga (par) en el otro extremo.
• Los protocolos de cada capa definen las reglas de comunicación.
• El modelo es teórico; en la práctica se implementa con protocolos reales (TCP/IP, Ethernet, etc.).

Explicación simplificada a una situación de la vida real

El modelo OSI es como si se tratase del proceso de enviar una carta pero llevado al término informático. A continuación te explico, el significado de cada una de las capas u niveles para que puedas llegar a comprenderlo más sencillamente:

• Capa 7 (Aplicación): escribes la carta.
• Capa 6 (Presentación): traduces el contenido a un idioma común.
• Capa 5 (Sesión): decides cuándo empezar y terminar la conversación.
• Capa 4 (Transporte): decides si enviar la carta certificada (con acuse de recibo) o normal.
• Capa 3 (Red): escribes la dirección postal (calle, ciudad, país).
• Capa 2 (Enlace): el cartero organiza las cartas por rutas dentro de la ciudad.
• Capa 1 (Física): el medio por el que viaja la carta (camión, avión, tren).

A continuación, tienes una tabla con las capas OSI y una explicación un poco más extensa para cada una de ellas. Citando su funcionamiento y algún ejemplo que haga mejor su comprensión.

8.2 Tabla de las 7 Capas del Modelo OSI de un vistazo

8.3. Los 7 Niveles de las Capas OSI Explicados

A continuación, desglosaremos cada uno de los siete niveles del Modelo OSI y explicaremos su función en la comunicación de datos:

Capa 1. Capa Física (Physical Layer)

Función

Función: La capa física se encarga de la transmisión física de datos a través del medio de comunicación, como cables o señales inalámbricas. Convierte los bits en señales (eléctricas, ópticas o electromagnéticas) y viceversa.

Tareas:

• Definir conectores, cables, pines.
• Especificar niveles de tensión, velocidades, distancias.
• Codificación de bits en señales (Manchester, NRZ, etc.).
• Sincronización de bits.
• Topología física y modo de transmisión (simplex, half-duplex, full-duplex).

Estándares y tecnologías:

• Ethernet físico: 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-T.
• Fibra óptica: 1000BASE-LX, 10GBASE-SR.
• Wi-Fi físico: 802.11a/b/g/n/ac/ax (canales, frecuencias, modulación).
• Bluetooth, USB, etc.

Unidades de datos: Bits.

Dispositivos: Repetidores, hubs (obsoletos), transceptores, cables, conectores, antenas.

Ejemplo: El cable UTP categoría 6, los conectores RJ-45 y la tarjeta de red Ethernet trabajan en la capa física convirtiendo los bits en pulsos eléctricos.

Capa 2. Capa de Enlace de Datos (Data Link Layer)

Función:

Proporciona comunicación fiable entre dispositivos directamente conectados en el mismo medio físico (misma red local). Se encarga del direccionamiento físico (MAC), el control de acceso al medio y la detección de errores a nivel de trama.

Tareas:

• Direccionamiento físico: direcciones MAC de 48 bits.
• Control de acceso al medio (MAC): quién puede transmitir en cada momento.
• Delimitación de tramas: marcar inicio y fin de cada trama.
• Detección de errores: mediante CRC (código de redundancia cíclica).
• Control de flujo local.

Protocolos y estándares:

• Ethernet (IEEE 802.3): el más común en LAN cableadas.
• Wi-Fi (IEEE 802.11): LAN inalámbrica.
• PPP (Point-to-Point Protocol): enlaces punto a punto.
• HDLC (High-Level Data Link Control).

Unidades de datos: Tramas (frames).

Dispositivos: Switches, bridges, tarjetas de red (NIC), puntos de acceso.

Sublcapas:

• LLC (Logical Link Control): proporciona servicios a la capa de red.
• MAC (Media Access Control): gestiona el acceso al medio.

Ejemplo: En una LAN Ethernet, el switch utiliza las direcciones MAC para reenviar cada trama solo por el puerto donde se encuentra el destinatario.

Capa 3. Capa de Red (Network Layer)

Función:

Se encarga del direccionamiento lógico y del enrutamiento de paquetes desde el origen hasta el destino a través de múltiples redes. Decide la mejor ruta para cada paquete.

Tareas:

• Direccionamiento lógico: asignar direcciones IP únicas a cada dispositivo.
• Enrutamiento: elegir el camino óptimo para llegar al destino.
• Fragmentación de paquetes si la red no soporta el tamaño máximo.
• Control de congestión.

Protocolos principales:

• IP (Internet Protocol): IPv4 e IPv6.
• ICMP (Internet Control Message Protocol): diagnóstico y control (ping, traceroute).
• IGMP (Internet Group Management Protocol): multicast.
• Protocolos de enrutamiento: OSPF, EIGRP, BGP, RIP.

Unidades de datos: Paquetes.

Dispositivos: Routers (encaminadores), switches multicapa (capa 3), firewalls.

Ejemplo: Cuando envías un correo desde tu PC a un servidor en otro país, la capa de red determina la secuencia de routers por los que debe pasar cada paquete hasta llegar al destino.

Capa 4. Capa de Transporte (Transport Layer)

Función:

Proporciona una comunicación fiable y transparente de extremo a extremo entre aplicaciones, independientemente de la red subyacente. Asegura que los datos lleguen completos, en orden y sin errores (según el protocolo).

Tareas:

• Segmentación y reensamblado: divide los datos en segmentos y los vuelve a unir.
• Control de flujo: evita que el emisor sature al receptor.
• Control de errores: detección y recuperación de segmentos perdidos o dañados.
• Multiplexación: permite que múltiples aplicaciones usen la red simultáneamente mediante puertos.
• Fiabilidad: mediante acuses de recibo (ACK) y retransmisiones.

Protocolos principales:

• TCP (Transmission Control Protocol): orientado a conexión, fiable, con control de flujo y errores. Usado en HTTP, FTP, SSH.
• UDP (User Datagram Protocol): no orientado a conexión, no fiable, pero rápido y con poca sobrecarga. Usado en DNS, VoIP, streaming.

Unidades de datos: Segmentos (TCP) o datagramas (UDP).

Dispositivos: Se implementa en los sistemas finales; los firewalls y balanceadores pueden inspeccionar esta capa.

Ejemplo: Al descargar un archivo por FTP, TCP divide el archivo en segmentos, los numera, los envía, comprueba que todos llegan y los reordena antes de entregarlos a la aplicación.

Capa 5. Capa de Sesión (Session Layer)

Función:

Establece, gestiona y finaliza las sesiones de comunicación entre aplicaciones de dos equipos. Una sesión es una conversación lógica que puede durar desde segundos hasta horas.

Tareas:

• Establecer, mantener y terminar la conexión lógica.
• Sincronización: insertar puntos de control para reanudar la transferencia si se interrumpe.
• Control del diálogo: decidir quién transmite en cada momento (half-duplex, full-duplex).

Protocolos y tecnologías:

• NetBIOS (Windows).
• RPC (Remote Procedure Call).
• Parte de SSL/TLS (gestión de sesiones seguras).

Unidades de datos: Datos de sesión.

Dispositivos: Se implementa en los sistemas finales y en algunos servidores de aplicaciones.

Ejemplo: En una videoconferencia, la capa de sesión gestiona el inicio, el mantenimiento y el cierre de la llamada, así como la sincronización de audio y vídeo.

Capa 6. Capa de Presentación (Presentation Layer)

Función:

Se encarga de la representación, codificación y formato de los datos para que la capa de aplicación pueda interpretarlos. Asegura que los datos enviados por un sistema sean legibles para el otro, independientemente de las diferencias de formato.

Tareas:

• Traducción entre diferentes formatos de datos (ASCII, EBCDIC, Unicode).
• Compresión de datos para reducir el tamaño.
• Cifrado y descifrado para asegurar la confidencialidad.
• Conversión de formatos de imagen, audio, vídeo.

Protocolos y estándares asociados:

• SSL/TLS (aunque a menudo se considera de sesión, su función de cifrado es de presentación).
• MIME (para correo).
• JPEG, MPEG, GIF (estándares de formato).

Unidades de datos: Datos formateados/presentados.

Dispositivos: Generalmente no hay dispositivos dedicados; esta capa se implementa en los sistemas finales.

Ejemplo: Al enviar una imagen por correo, la capa de presentación la convierte al formato MIME y la codifica en base64 para que viaje como texto. La capa de seguridad del transporte.

Capa 7. Capa de Aplicación (Application Layer)

Es la capa más cercana al usuario. Proporciona servicios de red a las aplicaciones del usuario (navegador, cliente de correo, transferencia de archivos, etc.). No es la aplicación en sí, sino los protocolos que usan las aplicaciones para comunicarse.

Servicios y protocolos típicos:

• HTTP/HTTPS: navegación web.
• FTP/SFTP: transferencia de archivos.
• SMTP/POP3/IMAP: correo electrónico.
• DNS: resolución de nombres.
• DHCP: asignación automática de IP.
• Telnet/SSH: acceso remoto.
• SNMP: gestión de red.

Unidades de datos: Se denominan datos o mensajes.

Dispositivos: PCs, servidores, smartphones, impresoras de red (cuando ejecutan servicios), firewalls de aplicación.

Ejemplo: Cuando escribes https://www.ejemplo.com en el navegador, este utiliza el protocolo HTTP (o HTTPS) para solicitar la página al servidor web. SMTP (Protocolo de Transferencia de Correo Simple) para el correo electrónico. POP, IMAP, ETC.

8.4. Encapsulación de datos

La encapsulación es el proceso mediante el cual cada capa añade su propia información de control (cabecera o tráiler) a los datos que recibe de la capa superior. De esta forma, los datos van envueltos en sucesivas capas de información a medida que descienden por el modelo OSI.

Proceso de encapsulación (emisor):

1. El usuario escribe un mensaje en una aplicación (capa 7).
2. La capa de presentación formatea y cifra los datos (capa 6).
3. La capa de sesión añade información de sesión (capa 5).
4. La capa de transporte añade una cabecera de transporte (puertos, números de secuencia) → Segmento.
5. La capa de red añade una cabecera de red (direcciones IP) → Paquete.
6. La capa de enlace añade una cabecera de enlace (direcciones MAC) y un tráiler (CRC) → Trama.
7. La capa física convierte la trama en bits y los transmite por el medio.

Proceso inverso (receptor):

• La capa física recibe los bits y los convierte en trama.
• La capa de enlace verifica la integridad (CRC) y extrae el paquete.
• La capa de red examina las direcciones IP y extrae el segmento.
• La capa de transporte reordena y comprueba los segmentos, entregando los datos a la sesión.
• Las capas superiores interpretan los datos y los entregan a la aplicación.

Analogía: Es como meter una carta en un sobre. El sobre exterior (cabecera de enlace) contiene la dirección física del vecino, el interior (cabecera de red) la dirección postal completa, y la carta en sí son los datos. Al llegar, el receptor abre los sobres en orden inverso.

8.5. Unidades de Datos de Protocolo (PDU)

Una PDU (Protocol Data Unit) es la unidad de datos que se maneja en cada capa del modelo OSI. Cada capa le da un nombre específico a su PDU:

Ejemplo práctico: Si descargas un archivo de 1 MB:

• La capa de aplicación lo ve como datos.
• La capa de transporte lo divide en segmentos de, por ejemplo, 1460 bytes cada uno.
• La capa de red convierte cada segmento en paquetes añadiendo direcciones IP.
• La capa de enlace convierte cada paquete en tramas añadiendo direcciones MAC.
• La capa física transmite las tramas como secuencias de bits.

8.6. Importancia del modelo OSI para el técnico

Aunque en la práctica se utiliza el modelo TCP/IP, el modelo OSI sigue siendo fundamental:

• Diagnóstico de incidencias: Si un equipo no se conecta, el técnico puede aislar el problema por capas. ¿Falla el cable (capa 1)? ¿No hay link (capa 2)? ¿No hay IP correcta (capa 3)? ¿El puerto está bloqueado (capa 4)? ¿La aplicación no responde (capa 7)?
• Comprensión de dispositivos: Saber en qué capa opera cada dispositivo (switch = capa 2, router = capa 3) ayuda a elegir el equipo correcto.
• Configuración de equipos: Al configurar un switch se manejan conceptos de capa 2 (MAC, VLAN), al configurar un router de capa 3 (IP, rutas).
• Comunicación técnica: Permite hablar con precisión: “hay un problema de capa 2” o “el enrutamiento en capa 3 no funciona”.

Resumen de la lección

• El modelo OSI divide la comunicación en 7 capas: Aplicación, Presentación, Sesión, Transporte, Red, Enlace y Física.
• Cada capa tiene funciones específicas y se comunica con su capa homóloga en el otro extremo.
• Los datos se encapsulan añadiendo cabeceras en cada capa del emisor y se desencapsulan en el receptor.
• La PDU es la unidad de datos de cada capa: datos, segmento, paquete, trama y bits.
• Los dispositivos operan en capas concretas: switches en capa 2, routers en capa 3.
• El modelo OSI es esencial para diagnosticar problemas y entender el funcionamiento de las redes.

Preguntas de autoevaluación

1. Enumera las 7 capas del modelo OSI en orden.
2. ¿Cuál es la función principal de la capa de transporte?
3. ¿Qué diferencia hay entre TCP y UDP?
4. ¿En qué capa operan los routers? ¿Y los switches?
5. ¿Qué es la encapsulación? Descríbela con tus palabras.
6. ¿Qué PDU se utiliza en la capa 2? ¿Y en la capa 3?
7. Explica con un ejemplo cómo el modelo OSI ayuda a diagnosticar una incidencia.
8. ¿Qué capa se encarga del cifrado de datos?
9. Relaciona cada dispositivo con su capa: switch, router, cable UTP, navegador web.
10. ¿Por qué es importante para un técnico conocer el modelo OSI?

Conclusión

Es importante destacar que el Modelo OSI es un estándar conceptual y en la práctica, los protocolos y tecnologías de red pueden no encajar perfectamente en cada capa.

Además, otras arquitecturas, como el Modelo TCP/IP, son más comunes en la implementación de redes.

El Modelo OSI sigue siendo valioso como una referencia teórica para comprender cómo funcionan las redes de datos y cómo se pueden interconectar sistemas de diferentes fabricantes y tecnologías de manera interoperable.

• SIGUIENTE: Vocabulario del Modelo OSI
• ANTERIOR: Protocolos Más Comunes de Redes Locales
• Más Asignaturas: Ruta Aprendizaje SMR