6.1 Modelo ISO/OSI

Los fabricantes desarrollaron diferentes técnicas de transmisión (protocolos) como respuesta a la necesidad de las comunicaciones en el área de la computación, para explorar las mayores velocidades de transmisión y para implementar los grados de control más sofisticados. El inconveniente estaba que cada fabricante trabaja por separado y no existía la compatibilidad entre los equipos de diferentes marcas, comprometiendo al cliente con un solo fabricante, limitándolo.

Los problemas de heterogeneidad de las redes de cómputo de una organización y la dependencia hacia un solo fabricante influyó en el desarrollo de los sistemas abiertos. Éstos buscan de manera básica lograr la independencia del hardware y sofware, portabilidad de la aplicación y cumplimiento de los estándares.

ISO define un sistema abierto como todo el conjunto de interfaces, servicios y formatos de soporte, además de otros aspectos de usuario para la interperabilidad o portabilidad de aplicaciones, datos o personas, según se especifica en los estándares y perfiles de tecnología informática.

Desarrollo de OSI

El modelo de referencia para la interconexión de sistemas abiertos OSI (Open System Interconnection), fue aprobado por el organismo internacional ISO en 1984, bajo la norma ISO/IS 7498.

Este modelo fue desarrollado por la necesidad de interconectar sistemas de distintos fabricantes, por lo que fue hecho con base en necesidades generales de todos los sistemas, de tal forma que los fabricantes pudieran apegarse a estas funciones

El modelo de referencia OSI proporciona una arquitectura de 7 niveles, alrededor de los cuales se pueden diseñar protocolos específicos que permitan a diferentes usuarios comunicarse abiertamente. La elección de los 7 niveles se dividió básicamente en los 3 puntos siguientes:

• La necesidad de tener suficientes niveles para que cada uno no sea tan complejo en términos del desarrollo de un protocolo detallado con especificaciones corrrectas y ejecutables.

• El deseo de no tener tantos niveles y provocar que la integración y la descripción de éstos lleguen a ser demaciados difíciles.

• El deseo de seleccionar fronteras naturales, con funciones relacionadas que se recolectan en un nivel y funciones muy separadas en diversos niveles.

También se tomó en cuenta para el desarrollo del modelo OSI, que cada nivel debe contar con ciertas premisas, las cuales son las siguientes: 

• Cada nivel realiza tareas únicas y específicas y debe ser creado cunado se necesite un grado diferente de abstracción.

• Todo nivel debe tener conocimiento de los niveles inmediatamente adyacentes y sólo de éstos.

• Todo nivel debe servirse de los servicios del nivel anterior, a la vez que los debe de prestar al superior.

• Los servicios de un nivel determinado son independientes de su implantación práctica.

• Los límites de cada nivel se deben seleccionar, teniendo en cuenta que minimicen el flujo de información a través de las interfaces establecidas.

El modelo de referencia OSI se constituye como el marco de trabajo para el desarrollo de los protocolos y estándares para la comunicación entre dos capas homónimas ubicadas en equipos separados.

Niveles del modelo de referencia OSI

La estructura de una red de comunicaciones se compone de una serie de nodos que pueden estar formados por el sistema central, una unidad de control de comuniccaciones o un terminal. En ella se define usuario final como el elemento que da origen o es el destino de la información. Este usuario final puede ser un proceso, un dispositivo de entrada/salida o un medio de almacenamiento.

Por otra parte se define unidad funcional como proceso que se ejecuta dentro de un mismo nivel. En este caso, un nivel es cada una de las particiones en que se ha dividido la arquitectura del sistema teleinformático.

En la figura se muestra la estructura interna de un nivel donde se observa que para su interrelación con otros elementos físicos y lógicos existentes entre dos niveles adyacentes.

Los procesos que desarrolla una unidad a través de su correspondiente interfaz ofrecidos al nivel superior en forma de resultados es lo que se llama servicios de nivel.

La organización del modelo de referencia OSI es jerárquica por niveles, donde el nivel n proporciona servicios al nivel inmediatamente superior n+1. En esta estructura jerárquica se producen mensajes estructurados.

A continuación se describen los elementos y funciones de cada nivel del modelo de referencia OSI:

6.1.1 Capa Física

El nivel físico es el encargado, de la transmisión de los bits de datos (0s ó 1s) a través de los circuitos de comunicaciones. El propósito principal de este nivel es definir las reglas para garantizar que cuando la computadora emisora transmita el bit "1", la computadora receptora verifique que un "1" fue recibido y no un "0". Es el nivel de comunicación física de circuitos.

Adicionalmente, esta capa provee los medios mecánicos, eléctricos, funcionales y de procedimiento para establecer, mantener y liberar conexiones físicas entre el dispositivo terminal (DTE) y el punto de conexión a la red (DCE), o entre dos DTE.

• Mecánico: define el tipo de conector, sus dimensiones físicas, la distribución de pines, etc.

• Eléctricos: concierne a las características, como su voltaje, nivel, impedancia, etc.

• Funcionales: define el significado de los niveles de tensión en cada uno de los pines del conector.

• De procedimiento: define las reglas aplicadas a ciertas funciones y la secuencia en que éstas deben incurrir.

Como ejemplo, algunas de las normas dentro de este nivel son: X21, V.10, V.11, V.24, V.35, Y.430,Y.431 del CCITT, ISO2,110 (EIA 232), 4,902 (EIA-449) Y 9,314 (FDDI).

6.1.2 Capa de Enlace

Es el nivel de datos en donde los bits tienen algún significada en la red, y este nivel puede verse como el departamento de recepción y envío de una compañía de manufactura, el cual debe tomar los paquetes que recibe de la Capa de Red y prepararlos da le forma correcta (trama) para ser transmitidos por el nivel físico. De igual forma sucede cuando recibe paquetes (bits) del nivel físico y tiene que ponerlos en la forma correcta (tramas) para verificar si la información que está recibiendo no tiene errores, si los paquetes vienen en orden, si no faltan paquetes, etc., para entregarlos a nivel de red sin ningún tipo de error.

Dentro de sus funciones se incluyen la de notificar al emisor (computadora remota) si algún paquete (trama) se recibe en mal estado (basura); si alguna de las tramas no se recibieron y se requieren que sean enviadas nuevamente (retransmisión), o si una trama esta duplicada, también cuando la trama llegó sin problemas. En resumen, es responsable de la integridad de la recepción y envío de la información, así como de saber dónde comienza la transmisión de la trama y dónde termina, y garantizar que tanto la computadora transmisora como la receptora estén sincronizadas en su reloj y que emplean el mismo sistema de codificación y decodificación.

En esta capa se determina el uso de una disciplina de comunicaciones conocida como HDLC (protocolo de línea considerado como estándar universal, que muchos toman como modelo). Los datos en HDLC se organizan en tramas. La trama es un encuadre que incluye bits de redundancia y control para corregir los errores de transmisión; además, regula el flujo de las tramas para sincronizar su transmisión y recepción, también enmascara a las capas superiores de las imperfecciones de los medios de transmisión utilizados.

Dentro de esta capa se encuentra el protocolo HDLC (3,309), el procedimiento LAP B (7,706) y las normas IEEE 802,2-7 para LAN.

6.1.3 Capa de Red

El nivel de red es el responsable del direccionamiento de mensajes y de la conversión de las direcciones y nombres lógicos a físicos. También determina la ruta del mensaje desde la computadora emisora hasta a la computadora receptora, dependiendo de las condiciones de la red.

Dentro de las funciones de ruteo de mensajes evalúa la mejor ruta que debe seguir el paquete, dependiendo del tráfico en la red, el nivel de servicios, etc. . Los problemas de tráfico que controla tienen que ver con el ruteo (routing), intercambio (switching) y congestionamiento de paquetes en la red.

Asimismo, maneja pequeños paquetes de datos juntos para la transmisión a través de la red, así como la reestructuración de tramas de datos grandes (números de bits) en paquetes pequeños. En la computadora receptora se reensamblan los paquetes en su estructura de datos original (trama).

A la información proveniente de la capa de transporte se le agregan componentes apropiados para su ruteo en la red y para mantener un cierto nivel en el control de errores. La información es presentada según el método de comunicaciones para accesar a la red de área local, la red de área extendida (como los enlaces E1) y la conmutación de paquetes (como X.25, etc.).

El diseño de este nivel debe considerar que:

El servicio de la red se define en la recomendación X.213 (ISO 8,348 Y 8,880 para LANs). Como ejemplo de este nivel, tenemos las recomendaciones X.25, X.32, X.3, X.28, X.29 del CCITT para redes de conmutación de paquetes, la 8648 para sistemas de proceso de información.

6.1.4 Capa de Transporte

Este nivel es llamado ocacionalmente el nivel de host to host o el nivel de end to end, debido a que en él se establecen, mantienen y terminan las conexiones lógicas para la transferencia como niveles end to end y los niveles 1 a 3 son conocidos como niveles de protocolo.

El nivel de transporte se relaciona más con los beneficios de end to end, como son las direcciones de la red, el establecimiento de circuitos virtuales y los procedimientos de entrada y salida de la red. Solamente al alcanzar el nivel superior de transporte (sesión) se abordarán los beneficios que son visibles al usuario final.

Este nivel puede incluir las especificaciones de los mensajes de broadcast, los tipos de datagramas, los servicios de los errores de los correos electrónicos, las prioridades de los mensajes, la recolección de la información y su administración, seguridad, tiempos de respuesta, estrategias de recuperación en casos de falla y segmentación de la información cuando el tamaño es mayor al máximo del paquete según el protocolo.

Al recibir información del nivel de red, el nivel de transporte verifica que la información esté en el orden adecuado y revisa si existe información duplicada o extraviada. Si la información recibida está en desorden, lo cual es posible en redes grandes cuando se rutean las tramas, el nivel de transporte corrige el problema y transfiere la información al nivel de sesión en donde se le dará un proceso adicional.

Algunos principales parámetros de calidad de los que se hace mención son los siguientes:

• Retardo en el establecimiento de la conexión.

• Falla en el establecimiento de la conexión.

• Protección contra instrucciones

• Niveles de prioridad

• Interrupción por congestión

• Retardo en la liberación de la conexión

• Error en la liberación, etc.

En este nivel trabajan las recomendaciones X.214 (ISO 8,072) y X.224 (ISO 8,073).

En la figura se muestra el ordenamiento y funciones de las capas de acuerdo a lo mencionado.

6.1.5 Capa de Sesión

Este nivel es el que permite de 2 aplicaciones en diferentes computadoras establezcan, usen y terminen la conexión llamada sesión. El nivel de sesión maneja el diálogo que se requiere en la comunicación de 2 dispositivos. Establece reglas para iniciar y terminar la comunicación entre dispositivos y brinda el servicio de recuperación de errores; es decir, si la comunicación falla y ésta es detectada, el nivel de sesión puede retransmitir la información para completar el proceso en la comunicación.

El nivel de sesión es el responsable de iniciar, mantener y terminar cada sesión lógica entre usuarios finales.

Para entender mejor este nivel, se puede pensar en el sistema telefónico. Cuando se levanta el teléfono, espera el tono y marca un número, en ese momento se está creando una conexión física que va desde el nivel uno (físico) como un protocolo de persona a red. Al momento de hablar con la persona en el otro extremo de la línea, se encuentra en una sesión persona a persona. En otras palabras, la sesión es el diálogo de las dos personas que se transporta por el circuito de la conexión telefónica.

También en este nivel se ejecutan funciones de reconocimiento de nombres para el caso de seguridad relacionado a aplicaciones que requieren comunicarse a través de la red.

Se pueden resumir sus funciones de la siguiente manera:

• Establecimiento de la conexión a petición del usuario

• Liberación de la conexión cuando la transferencia termina

• Intercambio y mantenimiento de la sesión para proporcionar un intercambio ordenado de los datos entre las entidades de presentación.

En el nivel de sesión están las recomendaciones X.25 (ISO 8,326) y X.225 (ISO 8,327).

6.1.6 Capa de Presentación

El nivel de presentación define el formato en que la información será intercambiada entre aplicaciones, así como la sintaxis usada entre las mismas. Se traduce la información recibida en el formato del nivel de aplicación a otro intermedio reconocido. En la computadora receptora, la información es traducida del formato intermedio al usado en el nivel de aplicación de dicha computadora y es, a su vez, responsable de la obtención y liberación de la conexión de sesión cuando existan varias alternativas disponibles.

El nivel de Presentación maneja servicios como la administración de la seguridad de la red, como la encriptación y desncriptación, también brinda las reglas para la transformación (data transfer) y comprime datos para reducir el número de bits que necesitan ser transmitidos.

En este nivel se encuadran por ejemplo, las normas para videotex, telefax y teletex y las normas X.225 del CCITT.

6.1.7 Capa de Aplicación

Al ser el nivel más alto del modelo de referencia, el nivel de aplicación es el medio por el cual los procesos de aplicación acceden al entorno OSI. Por ello, este nivel no interactúa con uno más alto.

Proporciona los procedimientos precisos que permiten a los usuarios ejecutar los comandos relativos a sus propias aplicaciones. Estos procesos de aplicación son la fuente y el destino de los datos intercambiados.

Se distinguen primordialmente 3 tipos de procesos de aplicación:

• Procesos propios del sitema

• Procesos de gestión

• Procesos de aplicación del usuario

La transferencia de archivos y el acceso remoto a archivos, son probablemente sus aplicaciones más comunes. Las normas más conocidas de este nivel son: X.400 (Correo Electrónico) y X.500 (Directorio) del CCITT; otras son las FTMA (ISO 8,571), DS (9,594), MHS (10,021), ODA (8,613), VT (9.041), RDA (9,570), DTA (10,026) y CMIP.

En la figura se muestra, a título de ejemplo, algunos servicios incluidos en los distintos niveles.