Modelo OSI
El modelo de interconexión de sistemas abiertos (ISO/IEC 7498-1), más conocido como
“modelo OSI”, (en inglés, Open System Interconnection) es un modelo de referencia para los protocolos de la red de arquitectura en
capas, creado en el año 1980 por la Organización
Internacional de Normalización (ISO, International Organization for
Standardization).1 Se
ha publicado desde 1983 por la Unión Internacional
de Telecomunicaciones (UIT)
y, desde 1984, la Organización Internacional de Normalización (ISO) también lo
publicó con estándar.2 Su
desarrollo comenzó en 1977.
Historia del modelo
osi
A principios de 1980 el desarrollo de redes originó
desorden en muchos sentidos. Se produjo un enorme crecimiento en la cantidad y
tamaño de las redes. A medida que las empresas tomaron conciencia de las
ventajas de usar tecnologías de conexión, las redes se agregaban o expandían a
casi la misma velocidad a la que se introducían las nuevas tecnologías de red.
Para mediados de 1980, estas empresas comenzaron a
sufrir las consecuencias de la rápida expansión. De la misma forma en que las
personas que no hablan un mismo idioma tienen dificultades para comunicarse,
las redes que utilizaban diferentes especificaciones e implementaciones tenían
dificultades para intercambiar información. El mismo problema surgía con las
empresas que desarrollaban tecnologías de conexiones propietarias. Una
tecnología es llamada «propietaria» cuando su implementación, (ya sea de
software o hardware) esta sujeta a un copyright. Esto supone que una empresa
controla esta tecnología y las empresas que quieran utilizarla en sus sistemas
tienen que pagar derechos por su uso. Las tecnologías de conexión que
respetaban reglas propietarias en forma estricta no podían comunicarse con
tecnologías que usaban reglas propietarias diferentes en incluso con las que
usen reglas de conexión copyleft.
Para enfrentar el problema de incompatibilidad de
redes, la ISO investigó modelos de conexión como la red de Digital
Equipment Corporation (DECnet), la Arquitectura de Sistemas de Red (Systems Network Architecture, SNA)
y TCP/IP, a fin de encontrar un conjunto
de reglas aplicables de forma general a todas las redes. Con base en esta
investigación, la ISO desarrolló un modelo de red que ayuda a los fabricantes a
crear redes que sean compatibles con otras redes.
Modelo de
referencia osi
Fue desarrollado en 1980 por la ISO,1 una federación global de
organizaciones que representa aproximadamente a 130 países. El núcleo de este
estándar es el modelo de referencia OSI, una normativa formada por siete capas
que define las diferentes fases por las que deben pasar los datos para viajar
de un dispositivo a otro sobre una red de comunicaciones.
Siguiendo el esquema de este modelo se crearon
numerosos protocolos. El advenimiento de protocolos más flexibles donde las
capas no están tan desmarcadas y la correspondencia con los niveles no era tan
clara puso a este esquema en un segundo plano. Sin embargo se usa en la
enseñanza como una manera de mostrar cómo puede estructurarse una «pila» de
protocolos de comunicaciones.
El modelo especifica el protocolo que debe usarse
en cada capa, y suele hablarse de modelo de referencia ya que se usa como una
gran herramienta para la enseñanza de comunicación de redes.
Se trata de una normativa estandarizada útil debido
a la existencia de muchas tecnologías, fabricantes y compañías dentro del mundo
de las comunicaciones, y al estar en continua expansión, se tuvo que crear un
método para que todos pudieran entenderse de algún modo, incluso cuando las
tecnologías no coincidieran. De este modo, no importa la localización
geográfica o el lenguaje utilizado. Todo el mundo debe atenerse a unas normas
mínimas para poder comunicarse entre sí. Esto es sobre todo importante cuando
hablamos de la red de redes, es decir, Internet.
Este modelo está dividido en siete (7) capas o
niveles:
Nivel físico
Es la primera capa del Modelo OSI. Es la que se
encarga de la topología de red y de las conexiones globales de la computadora hacia la red, se refiere
tanto al medio físico como a la forma en la que se transmite la información.
Sus principales funciones se pueden resumir como:
·
Definir
el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de
pares trenzados (o no, como en RS232/EIA232), cable coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica.
·
Definir
las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y
eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los
datos por los medios físicos.
·
Definir
las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento
y liberación del enlace físico).
·
Transmitir
el flujo de bits a través del medio.
·
Manejar
las señales eléctricas del medio de transmisión, polos en un enchufe, etc.
·
Garantizar
la conexión (aunque no la fiabilidad de dicha conexión).
Nivel de enlace de datos
Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, del
acceso al medio, de la detección de errores, de la distribución ordenada de
tramas y del control del flujo. Es uno de los aspectos más importantes que
revisar en el momento de conectar dos ordenadores, ya que está entre la capa 1
y 3 como parte esencial para la creación de sus protocolos básicos (MAC, IP), para regular la forma de la
conexión entre computadoras así determinando el paso de tramas (trama = unidad
de medida de la información en esta capa, que no es más que la segmentación de
los datos trasladándolos por medio de paquetes), verificando su integridad, y
corrigiendo errores, por lo cual es importante mantener una excelente
adecuación al medio físico (los más usados son el cable UTP, par
trenzado o de 8 hilos), con el medio de red que redirecciona las conexiones
mediante un router. Dadas estas situaciones cabe recalcar que el dispositivo
que usa la capa de enlace es el Switch que se encarga de recibir los datos del
router y enviar cada uno de estos a sus respectivos destinatarios (servidor
-> computador cliente o algún otro dispositivo que reciba información como
teléfonos móviles, tabletas y diferentes dispositivos con acceso a la red,
etc.), dada esta situación se determina como el medio que se encarga de la
corrección de errores, manejo de tramas, protocolización de datos (se llaman
protocolos a las reglas que debe seguir cualquier capa del modelo OSI).
Nivel de red
Se encarga de identificar el enrutamiento existente
entre una o más redes. Las unidades de datos se denominan paquetes, y se pueden
clasificar en protocolos enrutables y protocolos de enrutamiento.
El objetivo de la capa de red es hacer que los
datos lleguen desde el origen al destino, aun cuando ambos no estén conectados
directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan encaminadores o enrutadores, aunque es más frecuente
encontrarlo con el nombre en inglés routers. Los routers trabajan
en esta capa, aunque pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados
casos, dependiendo de la función que se le asigne. Los firewalls actúan sobre
esta capa principalmente, para descartar direcciones de máquinas.
En este nivel se realiza el direccionamiento lógico
y la determinación de la ruta de los datos hasta su receptor final.
Nivel de transporte
Capa encargada de efectuar el transporte de los
datos (que se encuentran dentro del paquete) de la máquina origen a la de
destino, independizándolo del tipo de red física que esté utilizando. La PDU de la capa 4 se llama
Segmento o Datagrama, dependiendo de si corresponde a TCP o UDP. Sus protocolos
son TCP y UDP; el primero orientado a conexión y el otro sin conexión.
Trabajan, por lo tanto, con puertos lógicos y junto con la capa red dan forma a
los conocidos como Sockets IP:Puerto (ejemplo: 191.16.200.54:80).
Nivel de sesión
Esta capa es la que se encarga de mantener y
controlar el enlace establecido entre dos computadores que están transmitiendo
datos de cualquier índole. Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es
la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas,
la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin,
reanudándolas en caso de interrupción. En muchos casos, los servicios de la
capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles.
Nivel de presentación
El objetivo es encargarse de la representación de
la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes
representaciones internas de caracteres los datos lleguen de manera
reconocible.
Esta capa es la primera en trabajar más el
contenido de la comunicación que el cómo se establece la misma. En ella se
tratan aspectos tales como la semántica y la sintaxis de los datos
transmitidos, ya que distintas computadoras pueden tener diferentes formas de
manejarlas.
Esta capa también permite cifrar los datos y
comprimirlos. Por lo tanto, podría decirse que esta capa actúa como un
traductor.
Nivel de aplicación
Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder
a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las
aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (Post Office Protocol y SMTP), gestores de bases de datos y
servidor de ficheros (FTP). Hay
tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se
desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar.
Cabe aclarar que el usuario normalmente no
interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con
programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la
complejidad subyacente.
Regla
nemotécnica
A fin de facilitar el aprendizaje y memorización de
los nombres de las capas que componen el modelo; una regla sencilla del BRAPE es
memorizarlas como una sigla nemotécnica: FERTSPA, que en inglés
sonaría como First Spa, primer spa en castellano, el cual se define
de la siguiente manera:
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace de datos
Física
Transmisión de los datos
La capa de aplicación recibe el mensaje del usuario
y le añade una cabecera constituyendo así la PDU de la capa de aplicación. La
PDU se transfiere a la capa de aplicación del modo destino, este elimina la
cabecera y entrega el mensaje al usuario.
Para ello ha sido necesario todo este proceso:
1. Ahora hay que entregar la PDU a
la capa de presentación para ello hay que añadirle la correspondiente cabecera
ICI y transformarla así en una IDU, la cual se transmite a dicha capa.
2. La capa de presentación recibe la
IDU, le quita la cabecera y extrae la información, es decir, la SDU, a esta le
añade su propia cabecera (PCI) constituyendo así la PDU de la capa de
presentación.
3. Esta PDU es transferida a su vez
a la capa de sesión mediante el mismo proceso, repitiéndose así para todas las capas.
4. Al llegar al nivel físico se envían los datos que son
recibidos por la capa física del receptor.
5. Cada capa del receptor se ocupa
de extraer la cabecera, que anteriormente había añadido su capa homóloga,
interpretarla y entregar la PDU a la capa superior.
6. Finalmente, llegará a la capa de
aplicación, la cual entregará el mensaje al usuario
Dirección IP
Una dirección IP es un número que identifica, de manera
lógica y jerárquica, a una Interfaz en red (elemento de comunicación/conexión)
de un dispositivo (computadora, tableta, portátil, smartphone) que utilice el
protocolo IP (Internet
Protocol), que corresponde al nivel de red del modelo TCP/IP.
Direcciones IPV4
Las direcciones IPv4 se expresan mediante un número
binario de 32 bits permitiendo un espacio de direcciones de hasta 4.294.967.296
(232) direcciones posibles. Las direcciones IP se
pueden expresar como números de notación decimal: se dividen los 32 bits de la
dirección en cuatro octetos. El valor decimal de cada octeto está comprendido
en el intervalo de 0 a 255 [el número binario de 8 bits más alto es 11111111 y
esos bits, de derecha a izquierda, tienen valores decimales de 1, 2, 4, 8, 16,
32, 64 y 128, lo que suma 255].
En la expresión de direcciones IPv4 en decimal se
separa cada octeto por un carácter único ".". Cada uno de estos
octetos puede estar comprendido entre 0 y 255.
·
Ejemplo
de representación de dirección IPv4: 10.128.1.253
En las primeras etapas del desarrollo del Protocolo
de Internet,1 los administradores de
Internet interpretaban las direcciones IP en dos partes, los primeros 8 bits
para designar la dirección de red y el resto para individualizar la computadora
dentro de la red. Este método pronto probó ser inadecuado, cuando se comenzaron
a agregar nuevas redes a las ya asignadas. En 1981 el direccionamiento internet
fue revisado y se introdujo la arquitectura de clases. (classful network
architecture).2 En esta arquitectura hay
tres clases de direcciones IP que una organización puede recibir de parte de la
Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN): clase A, clase B y clase C.
·
En una
red de clase A, se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando
los tres últimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los hosts,
de modo que la cantidad máxima de hosts es 224 -
2 (se excluyen la dirección reservada para broadcast (últimos octetos
a 1) y de red (últimos octetos a 0)), es decir, 16 777 214 hosts.
·
En una
red de clase B, se asignan los dos primeros octetos para identificar la red,
reservando los dos octetos finales (16 bits) para que sean asignados a
los hosts, de modo que la cantidad máxima de hosts por
cada red es 216 - 2, o 65 534 hosts.
·
En una
red de clase C, se asignan los tres primeros octetos para identificar la red,
reservando el octeto final (8 bits) para que sea asignado a los hosts,
de modo que la cantidad máxima de hosts por cada red es 28 - 2,
o 254 hosts.
· (*) La
dirección que tiene los bits de host iguales a 0 sirve para definir la red en
la que se ubica. Se denomina dirección de red. La dirección que
tiene los bits correspondientes a host iguales a 1, sirve para
enviar paquetes a todos los hosts de la red en la que se
ubica. Se denomina dirección de broadcast.
·
(**) La
dirección 0.0.0.0 es reservada por la IANA para identificación local.
·
(***) Las
direcciones 127.x.x.x se reservan para designar la propia máquina. Se
denomina dirección de bucle local o loopback.
·
(****) La
primera dirección se reserva para identificar la red (p.ej. 18.0.0.0), mientras
que la última dirección se emplea como dirección de difusión o broadcast (p.ej.
18.255.255.255). Ese es el motivo por el que el número de host en
una red es siempre igual al número de direcciones disponibles en un rango
específico menos dos.
El diseño de redes de clases (classful)
sirvió durante la expansión de internet, sin embargo este diseño no era
escalable y frente a una gran expansión de las redes en la década de los
noventa, el sistema de espacio de direcciones de clases fue reemplazado por una
arquitectura de redes sin clases Classless Inter-Domain Routing (CIDR)4 en el año 1993. CIDR está
basada en redes de longitud de máscara de subred variable (variable-length
subnet masking VLSM) que permite asignar redes de longitud de prefijo
arbitrario. Permitiendo una distribución de direcciones más fina y granulada,
calculando las direcciones necesarias y "desperdiciando" las mínimas
posibles.
Direcciones privadas
Existen ciertas direcciones en cada clase de
dirección IP que no están asignadas y que se denominan direcciones privadas. Las direcciones privadas pueden
ser utilizadas por los hosts que usan traducción de dirección
de red (NAT) para
conectarse a una red pública o por los hosts que no se
conectan a Internet. En una misma red no pueden existir dos direcciones
iguales, pero sí se pueden repetir en dos redes privadas que no tengan conexión
entre sí o que se conecten mediante el protocolo NAT. Las direcciones privadas
son:
·
Clase A: 10.0.0.0 a
10.255.255.255 (8 bits red, 24 bits hosts).
·
Clase B: 172.16.0.0 a
172.31.255.255 (16 bits red, 16 bits hosts). 16 redes clase B contiguas, uso en universidades y
grandes compañías.
·
Clase C: 192.168.0.0 a
192.168.255.255 (24 bits red, 8 bits hosts). 256 redes clase C continuas, uso de compañías
medias y pequeñas además de pequeños proveedores de internet (ISP).
Muchas aplicaciones requieren conectividad dentro
de una sola red, y no necesitan conectividad externa. En las redes de gran
tamaño a menudo se usa TCP/IP. Por ejemplo, los bancos pueden utilizar TCP/IP para conectar los cajeros automáticos que no se conectan a la red pública, de
manera que las direcciones privadas son ideales para estas circunstancias. Las
direcciones privadas también se pueden utilizar en una red en la que no hay
suficientes direcciones públicas disponibles.
Las direcciones privadas se pueden utilizar junto
con un servidor de traducción de direcciones de red (NAT) para suministrar
conectividad a todos los hosts de una red que tiene
relativamente pocas direcciones públicas disponibles. Según lo acordado,
cualquier tráfico que posea una dirección destino dentro de uno de los
intervalos de direcciones privadas no se enrutará a través de Internet.
Máscara de red
La máscara de
red permite distinguir dentro de la dirección IP, los bits que identifican a
la red y
los bits que identifican al host. En una dirección IP versión 4, de los 32 bits
que se tienen en total, se definen por defecto para una dirección clase A, que
los primeros ocho (8) bits son para la red y los restantes 24 para host, en una
dirección de clase B, los primeros 16 bits son la parte de red y la de host son
los siguientes 16, y para una dirección de clase C, los primeros 24 bits son la
parte de red y los ocho (8) restantes son la parte de host. Por ejemplo, de la
dirección de clase A 10.2.1.2 sabemos que pertenece a la red 10.0.0.0 y
el host al que se refiere es el 2.1.2 dentro de la
misma.
La máscara se forma poniendo en 1 los bits que identifican la red y en 0 los bits que
identifican al host. 5 De esta forma una dirección
de clase A tendrá una máscara por defecto de 255.0.0.0,
una de clase B 255.255.0.0 y una de clase C 255.255.255.0. Los dispositivos de red
realizan un AND entre la dirección IP y la
máscara de red para obtener la dirección de red a la que pertenece el host
identificado por la dirección IP dada. Por ejemplo:
Dirección IP: 196.5.4.44
Máscara de red (por defecto): 255.255.255.0
AND (en binario):
11000100.00000101.00000100.00101100 (196.5.4.44)
Dirección IP
11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0)
Máscara de red
11000100.00000101.00000100.00000000 (196.5.4.0)
Resultado del AND
Esta información la requiere conocer un router necesita
saber cuál es la red a la que pertenece la dirección IP del datagrama destino
para poder consultar la tabla de encaminamiento y poder enviar el datagrama por la interfaz de salida.
La máscara también puede ser representada de la siguiente forma 10.2.1.2/8
donde el /8 indica que los 8 bits más significativos de máscara que están
destinados a redes o número de bits en 1, es decir /8 = 255.0.0.0. Análogamente
(/16 = 255.255.0.0) y (/24 = 255.255.255.0).
Las máscaras de red por defecto se refieren a las
que no contienen subredes, pero cuando éstas se crean, las máscaras por defecto
cambian, dependiendo de cuántos bits se tomen para crear las subredes.
Creación de subredes
El espacio de direcciones de una red puede ser
subdividido a su vez creando subredes autónomas separadas. Un
ejemplo de uso es cuando necesitamos agrupar todos los empleados pertenecientes
a un departamento de una empresa. En este
caso crearíamos una subred que englobara las
direcciones IP de estos. Para conseguirlo hay que reservar bits del campo host para
identificar la subred estableciendo a uno los bits de red-subred en la máscara.
Por ejemplo la dirección 172.16.1.1 con máscara 255.255.255.0 nos indica que
los dos primeros octetos identifican la red (por ser una dirección de clase B),
el tercer octeto identifica la subred (a 1 los bits en la máscara) y el cuarto
identifica el host (a 0 los bits correspondientes dentro de la
máscara). Hay dos direcciones de cada subred que quedan reservadas: aquella que
identifica la subred (campo host a 0) y la dirección para realizar broadcast en la subred (todos los
bits del campo host en 1).
Las redes se pueden dividir en redes más pequeñas
para un mejor aprovechamiento de las direcciones IP que se tienen disponibles
para los hosts, ya que éstas a veces se desperdician cuando se crean subredes
con una sola máscara de subred.
La división en subredes le permite al administrador
de red contener los broadcast que se generan dentro de una LAN, lo que redunda
en un mejor desempeño del ancho de banda.
Para comenzar la creación de subredes, se comienza
pidiendo “prestados” bits a la parte de host de una dirección dada, dependiendo
de la cantidad de subredes que se deseen crear, así como del número de hosts
necesarios en cada subred.
IP dinámica
Una dirección IP dinámica es una
IP asignada mediante un servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
al usuario. La IP que se obtiene tiene una duración máxima determinada. El
servidor DHCP provee parámetros de configuración específicos para cada cliente
que desee participar en la red IP. Entre estos parámetros se
encuentra la dirección IP del cliente.
DHCP apareció como protocolo estándar en octubre de
1993. El estándar RFC 2131 especifica la última definición de DHCP
(marzo de 1997). DHCP sustituye al protocolo BOOTP, que es
más antiguo. Debido a la compatibilidad retroactiva de DHCP, muy pocas redes
continúan usando BOOTP puro.
Las IP dinámicas son las que actualmente ofrecen la
mayoría de operadores. El servidor del servicio DHCP puede ser configurado para
que renueve las direcciones asignadas cada tiempo determinado.
Ventajas
·
Reduce
los costos de operación a los proveedores de servicios de Internet (ISP).
·
Reduce la
cantidad de IP asignadas (de forma fija) inactivas.
·
El
usuario puede reiniciar el modem o router para que le sea
asignada otra IP y así evitar las restricciones que muchas webs ponen a sus
servicios gratuitos de descarga o visionado multimedia en línea.
Desventajas
·
Obliga a
depender de servicios que redirigen un host a
una IP.
Asignación de direcciones IP
Dependiendo de la implementación concreta, el
servidor DHCP tiene tres métodos para asignar las direcciones IP:
·
manualmente, cuando
el servidor tiene a su disposición una tabla que empareja direcciones MAC con
direcciones IP, creada manualmente por el administrador de la red. Solo
clientes con una dirección MAC válida recibirán una dirección IP del servidor.
·
automáticamente, donde el servidor DHCP asigna por un tiempo preestablecido ya por el
administrador una dirección IP libre, tomada de un intervalo prefijado también
por el administrador, a cualquier cliente que solicite una.
·
dinámicamente, el
único método que permite la reutilización de direcciones IP. El administrador
de la red asigna un intervalo de direcciones IP para el DHCP y cada ordenador
cliente de la LAN tiene su software de comunicación TCP/IP configurado para solicitar una dirección IP
del servidor DHCP cuando su tarjeta de interfaz de red se inicie. El proceso es
transparente para el usuario y tiene un periodo de validez limitado.
IP fija
Una dirección IP fija es una
dirección IP asignada por el usuario de manera manual (en algunos casos el ISP
o servidor de la red no lo permite), o por el servidor de la red (ISP en el
caso de internet, router o switch en caso de
LAN) con base en la Dirección MAC del cliente. Muchas
personas confunden IP fija con IP pública e IP dinámica con IP privada.
Una IP puede ser privada ya sea dinámica o fija
como puede ser IP pública dinámica o fija.
Una IP pública se utiliza generalmente para montar
servidores en internet y necesariamente se desea que la IP no cambie. Por eso
la IP pública se la configura, habitualmente, de manera fija y no dinámica.
En el caso de la IP privada es, generalmente,
dinámica y está asignada por un servidor DHCP, pero en algunos casos se
configura IP privada fija para poder controlar el acceso a internet o a la red
local, otorgando ciertos privilegios dependiendo del número de IP que tenemos.
Si esta cambiara (si se asignase de manera fuera dinámica) sería más complicado
controlar estos privilegios (pero no imposible).
Direcciones IPV6
La función de la dirección IPv6 es exactamente la
misma que la de su predecesor IPv4, pero dentro del protocolo IPv6. Está compuesta por 128 bits y se expresa en una
notación hexadecimal de 32 dígitos. IPv6 permite actualmente que cada persona
en la Tierra tenga asignados varios millones de IP, ya que puede implementarse
con 2128(3.4×1038 hosts direccionables). La ventaja
con respecto a la dirección IPv4 es obvia en cuanto a su capacidad de
direccionamiento.
Su representación suele ser hexadecimal y para la separación de cada par de octetos se emplea el símbolo
":". Un bloque abarca desde 0000 hasta FFFF. Algunas reglas de notación
acerca de la representación de direcciones IPv6 son:
·
Los ceros
iniciales se pueden obviar.
Ejemplo: 2001:0123:0004:00ab:0cde:3403:0001:0063
-> 2001:123:4:ab:cde:3403:1:63
·
Los
bloques contiguos de ceros se pueden comprimir empleando "::". Esta operación
solo se puede hacer una vez.
Ejemplo: 2001:0:0:0:0:0:0:4 -> 2001::4.
Ejemplo no válido: 2001:02001::2:0:0:1 o 2001:0:0:0:2::1
FARA0327
Muy bien profe.
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