Modelo OSI - Open Systems Interconnection

El Modelo OSI (Open Systems Interconnection) es un marco de referencia conceptual que describe cómo los datos se transmiten a través de una red, dividiendo el proceso en 7 capas distintas.

¿Qué es el Modelo OSI?

El Modelo OSI es un estándar internacional desarrollado por la ISO (International Organization for Standardization) que define un marco conceptual para la comunicación de red. Cada capa tiene responsabilidades específicas y se comunica con las capas adyacentes.

Las 7 Capas del Modelo OSI

Capa 7: Aplicación (Application Layer)

Función: Interfaz entre el usuario y la red

Características:

  • Servicios: Servicios de red para aplicaciones
  • Protocolos: HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet
  • Funciones: Autenticación, compresión, cifrado
  • Ejemplos: Navegadores web, clientes de email

Datos: APDU (Application Protocol Data Unit)

Capa 6: Presentación (Presentation Layer)

Función: Formato y conversión de datos

Características:

  • Codificación: ASCII, Unicode, EBCDIC
  • Compresión: Reducción del tamaño de datos
  • Cifrado: Seguridad de datos
  • Conversión: Formato de datos entre sistemas

Datos: PPDU (Presentation Protocol Data Unit)

Capa 5: Sesión (Session Layer)

Función: Control de sesiones entre aplicaciones

Características:

  • Establecimiento: Creación de sesiones
  • Mantenimiento: Gestión de sesiones activas
  • Terminación: Cierre de sesiones
  • Sincronización: Puntos de control

Datos: SPDU (Session Protocol Data Unit)

Capa 4: Transporte (Transport Layer)

Función: Transferencia confiable de datos

Características:

  • Segmentación: División de datos en segmentos
  • Control de flujo: Gestión del tráfico
  • Control de errores: Detección y corrección
  • Multiplexación: Múltiples conexiones

Protocolos: TCP, UDP, SCTP Datos: Segmentos (TCP) / Datagramas (UDP)

Capa 3: Red (Network Layer)

Función: Enrutamiento y direccionamiento lógico

Características:

  • Enrutamiento: Determinación de rutas
  • Direccionamiento: Direcciones IP
  • Fragmentación: División de paquetes
  • Control de congestión: Gestión del tráfico

Protocolos: IP, ICMP, OSPF, BGP Datos: Paquetes

Función: Transferencia confiable entre nodos adyacentes

Características:

  • Direccionamiento físico: Direcciones MAC
  • Detección de errores: CRC, checksums
  • Control de acceso: CSMA/CD, Token Ring
  • Sincronización: Marcos de datos

Protocolos: Ethernet, PPP, HDLC Datos: Marcos (Frames)

Capa 1: Física (Physical Layer)

Función: Transmisión de bits a través del medio

Características:

  • Señales eléctricas: Voltajes, corrientes
  • Medios físicos: Cables, fibra óptica, inalámbrico
  • Codificación: Representación de bits
  • Sincronización: Relojes de transmisión

Protocolos: Ethernet, WiFi, Bluetooth Datos: Bits

Comparación OSI vs TCP/IP

Modelo OSI (7 capas)

Aplicación     ←→  Aplicación
Presentación   ←→  Aplicación
Sesión         ←→  Aplicación
Transporte     ←→  Transporte
Red            ←→  Internet
Enlace         ←→  Enlace
Física         ←→  Enlace

Modelo TCP/IP (4 capas)

Aplicación     ←→  HTTP, FTP, SMTP, DNS
Transporte     ←→  TCP, UDP
Internet       ←→  IP, ICMP
Enlace         ←→  Ethernet, WiFi

Flujo de Datos en OSI

Encapsulación (Envío)

Datos de Usuario
    ↓ (Capa 7) + Header Aplicación
APDU
    ↓ (Capa 6) + Header Presentación
PPDU
    ↓ (Capa 5) + Header Sesión
SPDU
    ↓ (Capa 4) + Header Transporte
Segmento
    ↓ (Capa 3) + Header Red
Paquete
    ↓ (Capa 2) + Header Enlace + Trailer
Marco
    ↓ (Capa 1) + Señales Físicas
Bits

Desencapsulación (Recepción)

Bits
    ↓ (Capa 1) - Señales Físicas
Marco
    ↓ (Capa 2) - Header Enlace - Trailer
Paquete
    ↓ (Capa 3) - Header Red
Segmento
    ↓ (Capa 4) - Header Transporte
SPDU
    ↓ (Capa 5) - Header Sesión
PPDU
    ↓ (Capa 6) - Header Presentación
APDU
    ↓ (Capa 7) - Header Aplicación
Datos de Usuario

Protocolos por Capa

Capa de Aplicación

  • HTTP/HTTPS: Navegación web
  • FTP: Transferencia de archivos
  • SMTP: Correo electrónico
  • DNS: Resolución de nombres
  • Telnet: Terminal remoto
  • SSH: Terminal seguro

Capa de Presentación

  • SSL/TLS: Cifrado y autenticación
  • JPEG, PNG: Compresión de imágenes
  • MPEG: Compresión de video
  • ASCII, Unicode: Codificación de texto

Capa de Sesión

  • NetBIOS: Sesiones de red
  • RPC: Llamadas a procedimientos remotos
  • SQL: Sesiones de base de datos
  • PPTP: Túneles VPN

Capa de Transporte

  • TCP: Transferencia confiable
  • UDP: Transferencia rápida
  • SCTP: Transferencia de flujos múltiples
  • DCCP: Transferencia de datos congestionada

Capa de Red

  • IP: Protocolo de Internet
  • ICMP: Mensajes de control
  • OSPF: Enrutamiento interno
  • BGP: Enrutamiento externo
  • RIP: Protocolo de información de rutas

Capa de Enlace

  • Ethernet: Redes locales
  • PPP: Conexiones punto a punto
  • HDLC: Control de enlace de datos
  • Frame Relay: Redes WAN
  • ATM: Modo de transferencia asíncrona

Capa Física

  • Ethernet: Cableado de cobre
  • WiFi: Redes inalámbricas
  • Bluetooth: Conexiones de corto alcance
  • Fibra óptica: Transmisión óptica
  • DSL: Líneas telefónicas

Ventajas del Modelo OSI

✅ Modularidad: Cada capa tiene responsabilidades específicas
✅ Estandarización: Facilita la interoperabilidad
✅ Troubleshooting: Facilita el diagnóstico de problemas
✅ Desarrollo: Permite desarrollo independiente por capas
✅ Escalabilidad: Fácil agregar nuevas tecnologías

Desventajas del Modelo OSI

❌ Complejidad: Más complejo que TCP/IP
❌ Implementación: No se implementa completamente
❌ Overhead: Más overhead que TCP/IP
❌ Flexibilidad: Menos flexible que TCP/IP

Casos de Uso Prácticos

1. Diagnóstico de Problemas de Red

Problema: No se puede acceder a un sitio web
Diagnóstico por capas:
- Capa 7: ¿Funciona el navegador?
- Capa 6: ¿Hay problemas de cifrado?
- Capa 5: ¿La sesión está establecida?
- Capa 4: ¿TCP/UDP funciona?
- Capa 3: ¿IP está configurado?
- Capa 2: ¿Ethernet funciona?
- Capa 1: ¿El cable está conectado?

2. Diseño de Redes

Arquitectura por capas:
- Capa 7: Servidores de aplicaciones
- Capa 6: Servidores de presentación
- Capa 5: Servidores de sesión
- Capa 4: Balanceadores de carga
- Capa 3: Routers
- Capa 2: Switches
- Capa 1: Cables y medios físicos

3. Seguridad por Capas

Seguridad en cada capa:
- Capa 7: Autenticación de usuarios
- Capa 6: Cifrado de datos
- Capa 5: Control de sesiones
- Capa 4: Firewalls de aplicación
- Capa 3: Firewalls de red
- Capa 2: VLANs, port security
- Capa 1: Control de acceso físico

Herramientas de Análisis por Capa

Capa de Aplicación

  • Wireshark: Análisis de protocolos
  • tcpdump: Captura de paquetes
  • netstat: Conexiones de red
  • ss: Información de sockets

Capa de Red

  • ping: Prueba de conectividad
  • traceroute: Ruta de paquetes
  • ip: Configuración de red
  • route: Tablas de rutas

Capa de Enlace

  • arp: Tabla ARP
  • ifconfig: Interfaces de red
  • ethtool: Información de Ethernet
  • iwconfig: Interfaces inalámbricas

Conceptos Relacionados

Referencias

Glosario

  • Encapsulación: Proceso de añadir headers a los datos
  • Desencapsulación: Proceso de remover headers de los datos
  • PDU: Protocol Data Unit (Unidad de Datos de Protocolo)
  • SDU: Service Data Unit (Unidad de Datos de Servicio)
  • SAP: Service Access Point (Punto de Acceso al Servicio)
  • Primitiva: Operación entre capas adyacentes