Fundamentos de Redes y el Modelo de Referencia OSI: Estructura, Capas y Encapsulación de Datos

La Importancia de Trabajar en Red

El desarrollo de las redes de comunicación surgió como respuesta a las limitaciones inherentes a los primeros equipos aislados. Estas limitaciones incluían:

• Duplicación de dispositivos, equipos y recursos.
• Incapacidad para comunicarse de forma eficiente.
• Falta de control y administración centralizada de la red.

La Necesidad de Establecer Estándares

En la década de los 70, la falta de unificación de protocolos generaba serios problemas. Esto provocaba que, para expandir una red, una empresa dependiera exclusivamente del fabricante original, resultando en graves incompatibilidades entre sistemas de redes provenientes de diferentes proveedores.

El Modelo de Referencia OSI (Open Systems Interconnection)

Este modelo propone una estructura jerárquica en capas. Cada capa proporciona una serie de funciones específicas que son utilizadas por las capas adyacentes. El Modelo OSI consta de siete niveles, donde cada uno se sustenta en la capa inmediatamente inferior.

Las Siete Capas del Modelo OSI

1. Capa Física

Permite utilizar directamente el medio físico de transmisión. Su servicio principal es la transmisión de bits. En este nivel se definen las siguientes características:

• Características del medio: Tipos de conectores, el diámetro del cable, etc.
• Características eléctricas: Niveles de transmisión o el tipo de señal transmitida.
• Características funcionales: Especificación de la función de cada hilo o canal.

2. Capa de Enlace de Datos

Se encarga de que el enlace físico sea seguro, además de proporcionar los medios para activar, mantener y desactivar dicho enlace. Sus funciones más importantes son la detección de errores y el control de flujo. Se divide en dos subcapas:

• MAC (Media Access Control): Envía bloques de datos (tramas), llevando a cabo la sincronización, el control de errores y el control de flujo.
• LLC (Logical Link Control): Actúa como interfaz con la capa de red.

3. Capa de Red

Se encarga de suministrar una conexión de extremo a extremo, es decir, la transmisión de información entre sistemas finales a través de algún tipo de red de comunicación (internetworking).

4. Capa de Transporte

Garantiza la transmisión sin errores de extremo a extremo, independientemente del tipo de red subyacente. Se asegura de que los datos lleguen sin errores, ordenados, sin pérdidas ni duplicados.

5. Capa de Sesión

Se encarga de organizar y sincronizar el diálogo entre los dos extremos. Ofrece mecanismos para gestionar el diálogo mediante:

• Disciplinas de diálogo: Define quién debe emitir en cada instante.
• Agrupamiento: Organización de datos en unidades lógicas.
• Recuperación: Si se produce un problema, permite disponer de un punto de comprobación a partir del cual retransmitir los datos.

6. Capa de Presentación

En esta capa se define el formato de los datos que se van a intercambiar entre las aplicaciones y ofrece a los programas de aplicación un conjunto de servicios de transformación de datos. En caso de ser necesario, también se encarga de la compresión y del cifrado.

7. Capa de Aplicación

Este último nivel se encarga de las aplicaciones más frecuentes, como HTTP, transferencia de ficheros (FTP), acceso terminal a computadores remotos (Telnet), etc. También define ciertas funciones que pueden ser usadas por varias aplicaciones.

Protocolos y Unidades de Datos de Protocolo (PDU)

El protocolo de capa permite la comunicación lógica entre capas iguales de diferentes sistemas (comunicación horizontal). Este protocolo de cada capa intercambia información, denominada Unidades de Datos de Protocolo (PDU).

Encapsulación de Datos: El Proceso de Envío

La información enviada a través de la red se denomina datos o paquete de datos. Para su envío, la información se coloca en paquetes mediante un proceso denominado encapsulación.

Conversión de Datos, Tramas y Paquetes

Las redes deben realizar los siguientes cinco pasos secuenciales de conversión para encapsular los datos:

1. Crear los datos: Cuando un usuario envía un mensaje (ej. correo electrónico), los caracteres alfanuméricos se convierten en datos que pueden recorrer la internetwork.
2. Empaquetar los datos para transporte (Capa de Transporte): Los datos se empaquetan para ser transportados de extremo a extremo a través de la red.
3. Agregar la dirección de red IP (Capa de Red): Los datos se colocan en un paquete que contiene un encabezado con las direcciones lógicas (IP) de origen y de destino.
4. Agregar el encabezado y la información final de la capa de enlace de datos (Capa de Enlace): Cada dispositivo de la red debe colocar el paquete dentro de una trama.
5. Realizar la conversión a bits (Capa Física): La trama debe convertirse en un patrón de unos y ceros para su transmisión a través del medio físico.