Modelo OSI

Sumérgete en los fundamentos del Modelo OSI y descubre cómo sus siete capas hacen posible la comunicación en redes modernas.

Introducción al Modelo OSI

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) es un modelo de referencia desarrollado por la ISO (Organización Internacional de Normalización) para estandarizar cómo los dispositivos se comunican en una red. A lo largo de tu carrera como profesional de redes, escucharás constantemente referencias como “eso pertenece a la capa 2” o “ese software actúa en la capa 6”. Comprender este modelo es esencial para identificar cómo se comporta y comunica un dispositivo o protocolo dentro de una red.

El modelo OSI consta de siete capas numeradas del 1 al 7 desde la más baja (física) hasta la más alta (aplicación). Este orden no es arbitrario: al igual que los pisos de un edificio, se numeran desde el suelo hacia arriba. Cada capa tiene funciones específicas y se apoya en la inmediatamente inferior para transmitir y recibir datos.

Por ejemplo:

Un switch opera principalmente en la capa 2 (Enlace de Datos), reenviando paquetes basados en direcciones MAC.
Un router funciona en la capa 3 (Red), tomando decisiones de enrutamiento según direcciones IP.
Protocolos como TCP y UDP residen en la capa 4 (Transporte).

En las capas superiores, como la capa 7 (Aplicación), encontramos servicios como directorios, servidores de correo, etc., que interactúan directamente con el usuario o con otras aplicaciones.

Es importante recordar que no todo encaja perfectamente en una única capa. Algunos protocolos o dispositivos pueden operar en más de una, y eso está bien: el OSI es un modelo de referencia, no una regla rígida. Su objetivo es ayudarnos a comunicarnos mejor sobre cómo funciona una red.

Capa 1 – Capa Física

La capa física es la base del modelo OSI. Se encarga de transmitir bits sin estructurar (unos y ceros) a través de un medio físico: cables, fibra óptica o señales inalámbricas. Su función no es interpretar los datos, sino garantizar que las señales eléctricas, ópticas o de radio viajen correctamente de un punto a otro.

Responsabilidades clave (explicadas)

Codificación de los bits: Define cómo representar un 1 o un 0 en el medio físico. Por ejemplo, un 1 puede ser un pulso de voltaje, y un 0 la ausencia de ese pulso. También se usan combinaciones de voltajes positivos y negativos, o cambios de estado.
Tipo de conexión física: Define cómo se conectan físicamente los dispositivos. Por ejemplo, una red donde todos los cables van a un solo punto central se llama “topología en estrella” (como una oficina con PCs conectados a un switch).
Estándares de cables y conectores: Establece cómo deben fabricarse los cables y conectores para que todo sea compatible. Por ejemplo, el conector típico de red (el que parece un teléfono grande) tiene un orden específico de cables en su interior que deben seguir todos los fabricantes.
Sincronización: Asegura que quien recibe los datos sepa cuándo empieza y termina cada bit. Esto puede lograrse enviando señales de inicio o usando relojes internos sincronizados.
Uso del canal de transmisión: Define cómo se utiliza el “espacio” para enviar datos. Por ejemplo:
- En banda base, todo el medio se usa para una sola comunicación a la vez.
- En banda ancha, el medio se divide en “canales” y se pueden enviar varias comunicaciones simultáneamente (como la TV por cable).
Multiplexación: Permite compartir un mismo medio entre varios flujos de datos. Puede hacerse:
- Dividiendo el tiempo (cada flujo transmite en turnos).
- Dividiendo las frecuencias (cada flujo usa una frecuencia distinta).
- Asignando dinámicamente el canal según la necesidad (más flexible y eficiente).

Capa 2 – Enlace de Datos

La capa de enlace de datos se encarga de asegurar una comunicación directa y confiable entre dos dispositivos conectados al mismo medio físico. Su unidad de datos se llama trama (frame).

¿Qué hace esta capa?

Recibe los bits de la capa física.
Agrupa esos bits en tramas.
Identifica el origen y destino mediante direcciones MAC.
Detecta errores y puede solicitar la retransmisión.

Subcapas

1. MAC (Media Access Control)

Gestiona cómo accede cada dispositivo al medio para evitar colisiones.
Usa la dirección MAC, que es un identificador único de 48 bits grabado en la tarjeta de red.
Decide cuándo transmitir en redes compartidas.
Controla la topología lógica, es decir, cómo fluye realmente la información (aunque físicamente la red tenga otra forma).

2. LLC (Logical Link Control)

Añade servicios como:
- Control de flujo: evita que un receptor se sature.
- Control de errores: verifica si una trama llegó correctamente.
- Sincronización: asegura que emisor y receptor entienden cuándo empieza y termina una trama.

Ejemplo de dispositivo

Switch Ethernet:

Aprende las direcciones MAC conectadas a cada uno de sus puertos.
Envía los datos solo al puerto destino (no a todos como lo haría un hub).
Optimiza el tráfico y mejora el rendimiento de la red.

Capa 3 – Red

La capa de red permite que los datos viajen de una red a otra. Aquí ya no hablamos solo de comunicación dentro de una oficina o casa, sino de enviar datos hacia otros lugares, como un servidor en otro país. Para eso, esta capa usa direcciones lógicas, como la IP, que identifican a cada dispositivo en todo el mundo, no solo dentro de una red local.

Cuando un dispositivo quiere comunicarse con otro que no está en su misma red, la capa de red decide el camino que deben tomar los datos. A este camino se le llama ruta, y el dispositivo que toma esa decisión es el router. Un router funciona como un “guardia de tránsito”: ve a dónde va el mensaje (mirando la dirección IP) y lo reenvía por el camino correcto.

Los datos que viajan se agrupan en paquetes, que son bloques de información con dos partes: el contenido (por ejemplo, una parte de un archivo o video) y una cabecera que dice de dónde viene, a dónde va, y qué hacer si algo falla.

Los routers aprenden cómo llegar a otras redes de tres formas:

Directamente conectados a esas redes.
Configurados manualmente por un administrador.
Aprendiendo automáticamente mediante protocolos llamados OSPF o RIP, que son como sistemas de navegación que los routers usan para compartir rutas entre sí.

Gracias a esta capa, es posible que un mensaje enviado desde tu teléfono llegue a un servidor en otro continente, pasando por muchos routers intermedios sin perderse.

Perfecto. Aquí tienes una explicación clara y profesional de la Capa 4 – Transporte, con un tono similar a las anteriores, pero explicando todos los conceptos técnicos de forma accesible:

Capa 4 – Transporte

La capa de transporte garantiza que los datos lleguen de forma completa y en orden desde un dispositivo a otro, incluso si pasan por múltiples redes. A diferencia de las capas anteriores, esta ya no se enfoca en el recorrido del paquete, sino en cómo controlar la entrega de la información.

En esta capa aparecen dos protocolos muy usados:

TCP (Transmission Control Protocol): Es confiable. Cada vez que se envían datos, el receptor debe confirmar que los recibió. Si algo falla, se vuelve a enviar. Ideal para correo electrónico, navegación web, archivos.
UDP (User Datagram Protocol): Es más rápido, pero no garantiza la entrega. No hay confirmación ni retransmisión. Si se pierde un dato, simplemente se sigue adelante. Es útil para voz o video en tiempo real, donde la velocidad es más importante que la precisión.

¿Cómo funciona TCP?

TCP usa un sistema llamado ventana deslizante. Al inicio, el emisor envía un pequeño grupo de datos y espera confirmación. Si todo va bien, va aumentando la cantidad que envía sin esperar tanto. Esto reduce el tiempo de espera y mejora la velocidad, sin dejar de ser seguro.

¿Qué pasa si un enlace va muy rápido y el siguiente es más lento?

Imagina que un router recibe datos a 1 gigabit por segundo pero solo puede enviarlos a 1.5 megabits. La capa de transporte permite que ese router guarde temporalmente esos datos en una memoria llamada buffer. Cuando haya espacio, los transmite. Este proceso se llama amortiguamiento, y ayuda a evitar pérdidas por saturación.

Cuando un sitio web se carga bien, sin errores ni partes faltantes, o una videollamada se mantiene fluida, es gracias a lo que hace esta capa.

Capa 5 – Sesión

La capa de sesión establece, gestiona y termina sesiones entre dos dispositivos. Una sesión es como una conversación entre dos puntos en la red: esta capa se asegura de que esa conversación comience correctamente, se mantenga mientras haya datos que intercambiar y finalice de forma ordenada.

También maneja:

Identificación de sesiones: si hay múltiples sesiones activas entre los mismos dispositivos, cada una tiene un identificador único.
Sincronización: puede insertar puntos de control, como marcadores que permiten retomar una sesión desde cierto punto en caso de fallo.
Reanudación: si la conexión se corta, puede reiniciar la sesión sin que el usuario tenga que empezar desde cero.

Un ejemplo claro es el protocolo SIP (Session Initiation Protocol), usado para iniciar y terminar llamadas en VoIP. También encontramos aquí protocolos como NetBIOS, que gestionan sesiones en redes antiguas de Windows.

En resumen, esta capa orquesta el inicio, control y cierre de las conexiones, asegurando que los intercambios de datos ocurran dentro de un canal lógico bien definido.

Capa 6 – Presentación

La capa de presentación es responsable de preparar los datos para su consumo o transmisión, garantizando que el emisor y el receptor los entiendan de la misma forma. Sus funciones principales son:

Traducción de formato: convierte datos entre diferentes representaciones. Por ejemplo, si un sistema usa texto codificado en ASCII y el otro en Unicode, esta capa los convierte.
Compresión: reduce el tamaño de los datos antes de enviarlos para optimizar el uso del ancho de banda.
Cifrado y descifrado: protege la información usando técnicas criptográficas. Solo el receptor que tenga la clave correcta podrá interpretar los datos.

Ejemplos de formatos gestionados aquí:

Texto: ASCII, Unicode, EBCDIC.
Imagen: JPEG, PNG.
Audio: MP3, AAC.

Ejemplo práctico: cuando visitas un sitio web HTTPS, el cifrado SSL/TLS (aunque hoy en día implementado en capas más bajas) conceptualmente pertenece aquí. La capa de presentación hace que los datos viajen seguros y comprensibles, sin importar diferencias técnicas entre los dispositivos.

Capa 7 – Aplicación

La capa de aplicación es el punto más cercano al usuario. No es la app (como Gmail o WhatsApp), sino los servicios de red que esas apps usan para funcionar.

Funciones clave:

Proveer servicios de red: como acceso a correo, transferencia de archivos, navegación web, impresión remota.
Identificación de recursos disponibles: como servidores, impresoras o carpetas compartidas.
Gestión de sesiones de usuario: login, autenticación, y preferencias específicas por usuario.

Protocolos típicos de esta capa:

HTTP/HTTPS: navegación web.
SMTP, IMAP, POP3: correo electrónico.
FTP, SFTP: transferencia de archivos.
DNS: traducción de nombres de dominio.
LDAP: servicios de directorio para autenticación y autorización.
SNMP: monitoreo de redes.

Un ejemplo claro: cuando imprimes desde tu iPad usando AirPrint, este detecta automáticamente las impresoras disponibles en la red. Ese descubrimiento ocurre en la capa 7 mediante un protocolo de publicación de servicios.

En resumen, esta capa permite que el software del usuario se conecte con los recursos y servicios de red, de forma transparente, segura y eficiente.