Modelo OSI Y TCP/IP

Introducción


El modelo OSI es el Modelo estándar de comunicaciones entre equipos de diferentes fabricantes Cuyo fin es establecer una vía de comunicación fluida, que es la finalidad de la red. A medida que la comunicación, o mejor dicho la necesidad de comunicación se va incrementado progresivamente las redes se van haciendo cada vez más complejas de allí la necesidad de tener instrumentos (protocolos) de den una estructura coherente y estandarizada a su vez de servir de modelo didáctico para que sirvan de orientación dentro de la madejas de modelos, protocolos y tecnologías que complican aún más la comunicaciones en la red. El Modelo OSI con su estructura en capas permite un estudio detallado de las diferentes etapas en la comunicación en la Internet. Independientemente del modelo que se use para esta comunicación. El objetivo fundamental es que la interfaz Hombre –máquina pueda funcionar eficazmente sin que necesariamente el usuario conozca en intricado mecanismo de funcionamiento pero con la confianza de que funciona eficazmente. Las capas del Modelo OSI. (Física, enlace de datos, capa de red, transporte, sesión presentación, aplicación. Llevan la información de manera descendente del usuario que envía la información hasta el usuario que la recibe, asciende por el mismo camino de manera inversa para que este reciba la información en la capa de aplicación tal como la envió el primer usuario. Por ejemplo el correo electrónico.
En este trabajo trataremos de hacer un resumen de las funciones del Modelo OSI y su relación con el protocolo más usado que es TCP/IP













Modelo OSI
Principio de funcionamiento
El objetivo del modelo es apoyarse en la normalización para poder alcanzar la interoperabilidad. El modelo OSI (ISO 7498 y CCITT  x.200), define entre sistemas procedimientos normalizados permitiendo el intercambio de información.
Los sistemas (ordenadores, terminales, nodos de redes) que utilizan estos sistemas que se adaptan pueden ampliarse mediante otros sistemas. Las funciones de los sistemas son agrupados en capas.
Este concepto permite así:
                            Separar las diferentes funciones
                            Evitar una complejidad demasiado grade dentro de cada capa
                            Definir protocolos más sencillos
El objetivo es definir entre sistemas, procedimientos normalizados para el intercambio de información.  Es decir funciones definidas en capas.
Capas del modelo de Referencia OSI
Los sistemas abiertos en el modelo OSI fueron descompuestos en siete capas, a pesar de que algunos sistemas (nodos de redes) no llevan el conjunto de las siete capas. Una división macro puede establecerse de la siguiente manera: Capas Altas: Tratamiento de la Información y Capas bajas tratamiento de la información entre sistemas (PC, equipos distantes)
Capa de Aplicación:
 Brinda los servicios de comunicación a los usuarios. Es una caja de herramientas normalizadas. Los protocolos pueden ser:
Relativos a la gestión de las aplicaciones o del sistema, por ejem. Explorador de Windows, programas para monitorear las redes IP, clientes de correo, terminales remotos, transferencia de ficheros, etc. Representan la interfaz con el usuario, entregándole la información y recibiendo los comandos que dirigen la comunicación
Protocolos específicos de la aplicación, por ejem: servidores DHCP, DNS; Proxy, Nat, FTP, Email; Web, etc.
Esta capa debe poseer protocolos que sean capaces de crear un terminal virtual de red abstracta, la cual debe realizar la adaptación de los diferentes programas de aplicaciones que poseen las máquinas de una red, con el fin de lograr la compatibilidad de las mismas. Se debe crear u programa para lograr la correspondencia entre la terminal virtual y la terminal real.
Se utiliza para la transferencia de archivos, ya que soluciona las incompatibilidades que puede haber en el tratamiento de archivos entre sistemas diferentes. También se utiliza para el correo electrónico, la carga remota de trabajos, la búsqueda en directorios y otros recursos de uso general.
Capa de presentación.
Se hace carga de las diferentes sintaxis abstractas o de transferencia, así también como de la semántica de los datos intercambiados, estableciendo los arreglos necesarios para que puedan comunicar máquinas que utilicen diversa representación interne para los datos; facilitando el trabajo de la capa de aplicación. Sus servicios incluyen:
       Conversiones de código y de formatos de datos.
        La compresión y la encriptación de los datos.
La información en una computadora se representa como una cadena de caracteres, enteros, cantidades de punto flotante; estos códigos se representan como cadenas de caracteres como (ACSII, Unicode) y enteros (complemento a uno o a dos). Con el fin de comunicar computadores con representaciones diferentes, la información a intercambiar se puede definir en forma abstracta, junto con un código estándar que se use en el cable. De esta manera, la capa de presentación adapta la representación que se usa dentro de la computadora, a la representación estándar de la red y viceversa.
Capa Sesión:
 Permite establecer una relación entre dos aplicaciones, organizar y sincronizar el dialogo, permitiendo un intercambio full dúplex, semiduplex o simplex. Esta capa puede ayudar a llevar el control de los turnos. Para algunos protocolos es esencial que dos máquinas no intenten la misma operación al mismo tiempo, para ello esta capa otorga fichas que se pueden intercambiar. Solo el lado que posea la ficha podrá efectuar la operación. Gestiona las modalidades de recuperación en caso de incidente.
Para la sincronización de la transferencia de archivos, la capa sesión inserta puntos de verificación en la corriente de datos, de modo que después de cada interrupción sólo se deban repetir los datos que  se transfirieron después del último punto de verificación.
Capa de transporte:
 Se ubica en la frontera de las capas orientadas a transmisión y a tratamiento. Su función es ofrecer un servicio constante para las entidades de sesión, independientemente de QoS de la red, asegurando un servicio punto a punto.
Acepta los datos de la capa de sesión, los divide en unidades más pequeñas si es necesario, los pasa a la capa de red y asegura que todos los pedazos lleguen correctamente al otro extremo. Esta capa debe tener la suficiente versatilidad, como para aislar las capas superiores de los cambios tecnológicos.
La capa de transporte crea una conexión de red distinta para cada conexión de transporte que requiera de la capa de sesión. Si el volumen de transmisión es alto, esta capa puede crear múltiples conexiones de red, dividiendo los datos entre conexiones o puede multiplexar varias conexiones de transporte en la misma conexión de red para reducir el costo, la multiplexación deber ser transparente a la capa de sesión.
La capa de transporte es una verdadera capa de extremo a extremo, es decir un programa de la máquina fuente sostiene una conversación con un programa similar en la máquina destino. En las capas bajas los protocolos se usan entre cada máquina y sus vecinas inmediatas (routers), y no entre las máquinas de origen y destino que pueden estar separadas por muchas enrutadores. Las capas 1, 2, 3, están encadenadas (link to link), mientras que las capas 4, 5, 6,7 son de extremo a extremo (end to end).
La capa de transporte debe establecer y liberar conexiones, para ello debe poseer algún mecanismo de asignación de nombres, para que un proceso en una máquina pueda describir con quien quiere conversar. Posee un mecanismo denominado control de flujo para regular el flujo de información, a fin de que un nodo rápido no sature a uno lento.
Un ejemplo de protocolo usado en esta capa es TCP, que con su homólogo IP de la capa de red, configuran la suite TCP/IP utilizada en internet, aunque existan otros como UDP que es utilizada por algunos programas de aplicación en la Internet.
Capa de Red:
 Dos sistemas comunicándose, pueden no ser adyacentes; es por ello que existen otros sistemas intermediarios que sirven de relevo (nodos de redes). La capa de red brinda los medios de comunicación de un sistema extremo hacia otro, asegurando el encaminamiento poco a poco, es decir se ocupa del funcionamiento de sub red. Las rutas se pueden basar en tablas estáticas, se puede establecer al inicio de cada conversación o pueden ser altamente dinámicas.
Esta capa se ocupa de la transmisión de los datagramas (paquetes) y de encaminar cada uno en la dirección adecuada, sin ocuparse de los errores o perdidas. Define la estructura de direcciones y rutas de internet a este nivel se utilizan dos tipos de paquetes de datos y paquetes de actualización de ruta se sub divide en dos:
Transporte: encargada de encapsular los datos a transmitir (de usuario). En esta categoría   se encuentra el protocolo IP
Conmutación: esta parte en la encargada de intercambiar información de conectividad especifica de la red. Los routers son los dispositivos que trabajan en este nivel. En esta categoría se encuentra el protocolo ICMP responsable de generar mensajes cuando ocurren errores en la transmisión.
Los protocolos más frecuentemente utilizados en esta capa son dos. X.25 e IP
Controla que en la subred no se encuentren presentes demasiados paquetes a la vez, formando cuellos de botella. El software debe controlar cuantos paquetes o caracteres o bits envía cada cliente para producir información de facturación.
La capa de red debe solucionar  los siguientes problemas: cuando un paquete debe pasar por varias subredes hasta alcanzar su destino, puede que la dirección de las sub redes sea diferente  de la enviada por la anterior o que una sub red no acepte el paquete por ser muy grade
Capa de enlace de datos:
Transmite datos si error, sin duplicación sin perdida entre sistemas adyacentes. Enmascara a las capas superiores de las imperfecciones de los medios de transmisión utilizados
Toma un medio de transmisión en bruto y lo transforma en una línea que parezca libre de errores de transmisión no detectados en la capa de red. Esto lo lleva acabo haciendo que le emisor divida los dato de entrada en marcos (tramas) de datos, que transmiten de modo secuencial y procesa las tramas de acuse de recibo que devuelve al receptor. La capa de enlace de datos se ocupa de crear y de reconocer los límites de os marcos, lo cual se logra colocando patrones de bits al principio y al final del marco
Se ocupa de la retransmisión del marco, en caso de que una ráfaga de ruido lo haya destruido, pero las retransmisiones introducen la posibilidad de duplicar los marcos. Debe devolver los marcos dañados, perdidos y duplicados.
La capa de enlace puede considerarse dividida en dos sub capas:
Control lógico de enlace LLC: define la forma en que los datos son transferidos sobre el medio físico.
Control de acceso al medio MAC: esta capa actúa como controladora de hardware subyacente (el adaptador de red) su papel principal consiste en arbitrar la utilización de un mismo medio de transporte. El mecanismo CSMA/CD (carrier Sense Multiple Access wih Collision Detection) utilizado en Ethernet es un típico ejemplo de esta sub capa.
Capa física:
 Se hace cargo de la transmisión de series de bits sobre el medio físico de interconexión, se ocupa de las propiedades físicas y características eléctricas de los diversos componentes, de la velocidad de transmisión, si esta es unidireccional o bidireccional.
En resumen se encarga de transformar un paquete de información binaria en una sucesión de impulsos adecuados al medio físico utilizado en la transmisión. Estos pueden ser eléctricos (transmisión por cable), electromagnéticos (transmisión Wireless) o luminoso (transmisión óptica). Cuando actúa en modo recepción el trabajo es inverso, se encarga de transformar estos impulso en paquetes de datos binarios que serán entregados a la capa de enlace.
Las capas 7,6,5,4 son punto a punto es una conexión lógica, mientras que las capas 3,2,1 no son punto a punto, sino que deban pasar por elementos de interconexión nodos hasta llegar a su destino en este caso el encaminamiento es indirecto.


Introducción al TCP/IP
Las siglas TCP significan Transmisión Control Protocol y las siglas IP significan Internet Protocol
TCP/IP propone un método de interconexión lógico de las redes físicas y define un conjunto de convenciones para el intercambio de datos. Fue desarrollado por DARPA (Defence Advanced Research Proyects Agancy) y es operacional sobre la red Internet
TCP/IP especifica:
Programas de aplicaciones
Protocolos asegurando un transporte de principio a fin
Protocolos encaminando los datos dentro de la red.
Analogía con el modelo OSI
Capas 5-7: FTP, Telnet, SNMP; SMTP, DHCP, DNS, NAT, Firewalls
Capas 4: TCP, UDP.
Capas 3: IP; ICMP, ARP; RARP
Capas 1-2: Cualquier Red Física (Ethernet, Token Ring, FDDI)
El Modelo TCP/IP deriva de recomendaciones RCF (Request for comments)
Las capas que componen el Modelo TCp/IP
Las funciones de las cuatro capas del modelo TCP/IP son similares a las capas del modelo OSI. Son las siguientes
Nivel de aplicación:
Las aplicaciones interactúan con protocolos del nivel de transporte para recibir o emitir informaciones. Cada programa de aplicación elige el tipo de servicio de transporte deseado y transmite sus datos a nivel de transporte para encaminarlos. Los servidores DHCP, DNS, Proxy; NAT, SMTP, etc., operan en esta capa del modelo.
Nivel transporte
El nivel transporte brinda una comunicación de principio a fin entre dos programas de aplicación. Este nivel puede actuar:
             Modelo conectado (TCP)
             Modelo no conectado (UDP)
A los mensajes generados por la capa de aplicación, la capa de transporte los encapsula en mensajes llamados “segmentos”. Para que los paquetes no se pierdan y no se duplique en la Internet, esta capa agrega un encabezado. Además coloca un identificador para determinar cuál es la aplicación que está generando el mensaje y cuál será la aplicación que deberá recibir el mensaje generado por la computadora de origen. En esta capa operan los Firewalls, y algunos switches de la capa 4.
Internet
En esta capa actúan los protocolos IP, ICMP, ARP, IGMP. El protocolo IP actúa encapsulando los paquetes recibidos del nivel transporte en unidades llamados “datagramas IP”. Los niveles IP cooperan al encaminamiento de los datagramas según un modo no conectado (gracias a unos algoritmos de encaminamiento). A los segmentos que envía la capa de aplicación, la capa IP le agrega un encabezado para permitir que los datagramas puedan ser encaminados al a pasar por vario enrutadores antes de llegar a su destino final. Los enrutadores y swiches de la capa 3 operan en esta capa del modelo. El protocolo principal es el IP. Este se compone de 4 campos comprendidos entre 0 y el 255 inclusive y separados por puntos. No está permitido que coexistan en la Red dos computadores distintos con la misma dirección, pues la información no sabría a donde dirigirse. Las direcciones es un número de 32 bits y normalmente suelen representarse como cuatro cifras de 8 bits separados por puntos. Se establecen tres rangos de valores:
Clase A: son las que en su primer byte tienen un valor comprendido entre 1 y 126 incluyendo ambos valores. Este tipo de direcciones es usado por redes muy extensas, pero hay que tener en cuenta que solo puede haber 126 redes de este tamaño.
Clase B: estas direcciones utilizan en su primer byte un valor entre 128 y 191, incluyendo ambos. En este caso el identificador de la red se obtiene de los dos primeros bytes de la dirección, teniendo un valor 128.1 y 191.254. Se utiliza para redes intermedias.
Clase C: en este caso el valor del primer byte tendrá que estar comprendido entre 192 y 223 incluyendo ambos valores. Este tipo de direcciones utiliza los tres primeros byte para el número de red, con rango desde 192.1.1 hasta 223.254.254. Para redes extensas.
Clase D: las direcciones de esta clase están reservadas para multicating que son usadas por direcciones de computadoras en áreas limitadas.
IP (Internet Protocol) versión 6:
La nueva versión del protocolo IP recibe el nombre de IPV6, aunque es también comúnmente conocido como IPV6 (Protocolo de Internet de Nueva Generación) el número de este protocolo es el 6 frente a la versión 4 utilizada hasta entonces, puesto que la versión 5 no paso de la fase experimental. Los cambios que se introducen en esta nueva versión son muchos y de gran importancia, aunque la transición desde la versión 4 no debería ser problemática gracias a las características de compatibilidad que se han incluido en el protocolo.
Una de las características más llamativas es el nuevo sistema de  direcciones, en el cual se pasa de los 32 a 128 bits, eliminando todas las restricciones del sistema actual. Otro de los aspectos mejorados es la seguridad.
Formato de cabecera:
El formato de la cabecera que le protocolo IPV6 añade a los datos es de 320 bits, el doble que en la versión 4. Sin embargo, esta nueva cabecera se ha simplificado con respecto a la anterior. Algunos campos se han retirado de la misma, mientras que otros se han convertido en opcionales por medio de las extensiones. De esta manera los router no tienen que procesar parte de la información de la cabecera, lo que permite aumentar de rendimiento en la transmisión.
Direcciones en la versión 6
El sistema de direcciones es uno de los cambios más importantes que afectan a la versión 6 del protocolo IP, donde se ha pasado de los 32 a los 128 bit (cuatro veces mayor).
Estas nuevas direcciones identifican aun interfaz o conjunto de interfaces y no a un nodo, aunque como cada interfaz pertenece a un nodo, es posible referirse a estos a través de su interfaz.
El número diferentes de direcciones diferentes que pueden utilizarse es enorme. Teóricamente 2^128 direcciones posibles.
Existen tres tipos de direcciones IPV6 según se utilicen para identificar a una interfaz en concreto o un grupo de interfaces. Los bits de mayor peso de las que la componen la dirección IPV6 son los que permiten distinguir el tipo de dirección, empleando un número variable de bits para cada caso. Pueden ser:
Direcciones Unicast: Son las direcciones dirigidas a un único interfaz de la red
Direcciones Anycast: identifican a un conjunto de interfaces de la red. El paquete se enviara a un interfaz cualquiera de las que forman parte del conjunto.
Direcciones Multicast: este tipo de direcciones identifica a un conjunto de interfaces de la red, de manera que el paquete es enviado a cada una de ellos individualmente.
Motivo del surgimiento de la IP versión 6
El motivo principal fue la falta de direcciones IPV4 con espacio de 32 bit pasa a 128. Otro de los problemas de IpV4 es la gran dimensión de las tablas de ruteo en el backbone de internet lo hace ineficaz y perjudica los tiempos de respuestas.
Debido a la multitud de nuevas aplicaciones en las que IPV4 es utilizado, ha sido necesario agregar nuevas funcionalidades al protocolo básico, aspectos que no fueron contemplados en el análisis inicial IPV4, lo que genera complicaciones en su escalabilidad para nuevos requerimientos y en el uso simultaneo de dos o más de dichas funcionalidades.
Entre las más conocidas se pueden mencionar medidas para permitir la calidad de Servicio, Seguridad y movilidad.
Red
En esta capa encapsula el datagrama que proviene de la capa de red en un paquete denominado “trama”. Esta capa permite que le medio de transmisión físico sea confiable ya que otorga el control y detección de errores. En esta capa operan los Bridges y Swiches de la capa 2, ya que los mismos utilizan dos capos del encabezado de la trama para conmutar información desde una computadora de origen hacia una de destino. Los campos de la trama que utilizan los bridges y Swiches son la dirección “MAC de Origen” y la dirección “MAC de Destino”. Los bridges y swiches de la capa 2 operan en esta capa del modelo. Además esta capa de red se encarga del contacto físico y engloba la capa del nivel físico del Modelo OSI es decir utiliza los circuitos, cables, patch panells , conectores Jack, conectores Plug RJ-45, patch cord. etc.
Comparación entre el modelo OSI Y TCP/IP
Las diferencias entre la arquitectura OSI Y La TCP/IP se relacionan con las capas encima del nivel de transporte y aquellos del nivel de red. OSI tiene una capa de sesión y una de presentación en tanto que TCP/IP combina ambos en una capa de aplicación. El requerimiento de un protocolo sin conexión. También requirió que el TCP/IP incluyera además, las capas de sesión y presentación del modelo OSI en la capa de aplicación de TCP/IP.
En el nivel de red del TCP/IP se combina el enlace de datos y la capa física esto tiene un beneficio importante, permite que se diseñe una sub red independiente de cualquiera protocolo de red, debido a que TCP/IP no se percataba de los detalles. Esto permite a las redes patentadas autocontenidas poner en practica los protocolos TCP/IP para una conectividad fuera de sus sistemas cerrados.
El enfoque en caps dio origen al nombre TCP/IP, la capa de transporte usa el TrasmissiónControl Protocol (TCP) o una de diversas variantes, como USER. Datagrama Protocol UDP. Sin embargo, solo existe un protocolo para el nivel de red: El Internet Protocol ( IP). Esto es lo que asegura la conectividad Universal del sistema, uno de los objetivos primarios del diseño.



















Conclusión

Dada la complejidad de la Internet, la cual cada vez será mayor, debido a la necesidad que tiene los individuos de interconectarse tanto desde el punto de vista individual, como colectivo como lo está demostrando los recientes acontecimientos políticos en el medio Oriente en donde a través de las redes sociales se organizan protestas en contra de regímenes, precipitando su caída. Todo esto es posible debido a que existe una comunicación fiable. Esto sería imposible de hacer sin la existencia de protocolos y dentro de estos el Modelo OSI y su equivalente el TCP/IP ellos dan los esquemas que deben seguir las conexiones entre equipos electrónicos. Esto ha permitido la estandarización de las diferentes gamas de tecnología. Actualmente la mayoría de los fabricantes de redes relacionan sus productos con el Modelo OSI, además es utilizado como modelo de  referencia para la enseñanza y aprendizaje teórico de las comunicaciones en la Internet.


Antonio Rincones


















Bibliografía

www.monografias.com
www.youblisher.com/p/11343-modelos-osi-y-tcp-ip
www.protocols.com/
es.wikipedia.org/wiki/Modelo-OSI
es.wikipedia.org/wiki/Modelo-TCP/IP
www.alegsa.com.ar/DIC/osi.php
www.mitecnologico.com/Main/ComparacionModeloOsiconTccpIp