Modelo OSI: Guía completa de las 7 capas de la red y sus funciones
Descubre el Modelo OSI: guía completa de las 7 capas de la red, sus funciones y protocolos para entender y diseñar comunicaciones eficientes.
El modelo de interconexión de sistemas abiertos (modelo OSI) es un método para pensar en las redes informáticas en términos de capas de abstracción. Los distintos protocolos de comunicación con funciones similares se agrupan en diferentes capas lógicas del modelo OSI. Cada capa del modelo OSI hace uso de las funciones proporcionadas por las capas inferiores y proporciona funciones que son utilizadas por las capas superiores. Hay 7 capas.
Resumen rápido de las 7 capas
- Capa 1 — Física (Physical): transmisión de bits por el medio físico.
- Capa 2 — Enlace de datos (Data Link): entrega de tramas entre nodos conectados directamente, control de errores y de acceso al medio.
- Capa 3 — Red (Network): enrutamiento y direccionamiento lógico (p. ej. direcciones IP).
- Capa 4 — Transporte (Transport): entrega fiable u orientada a los segmentos, control de flujo y multiplexación (puertos).
- Capa 5 — Sesión (Session): gestión de sesiones y diálogos entre aplicaciones.
- Capa 6 — Presentación (Presentation): transformación de datos, codificación, cifrado y compresión.
- Capa 7 — Aplicación (Application): interfaz con las aplicaciones de usuario y servicios de red (HTTP, SMTP, DNS, etc.).
Capa 1 — Física
- Qué hace: transmite bits (0/1) por cables, fibra o aire (inalámbrico).
- Ejemplos: especificaciones eléctricas, señales ópticas, Ethernet PHY, USB, Wi‑Fi a nivel físico.
- Dispositivos: hubs, repetidores, transceptores.
- Troubleshooting: comprobar cables, conectores, LEDs, medir señal y ruido.
Capa 2 — Enlace de datos
- Qué hace: crea tramas, controla el acceso al medio (CSMA/CD, CSMA/CA), detecta y a veces corrige errores a nivel de enlace.
- Ejemplos: Ethernet (MAC), PPP, VLANs (802.1Q), ARP (operativo entre enlace y red).
- Dispositivos: switches, bridges.
- Troubleshooting: revisar direcciones MAC, tablas CAM de switches, errores de colisión o CRC.
Capa 3 — Red
- Qué hace: enruta paquetes entre redes, determina la mejor ruta.
- Ejemplos: IPv4, IPv6, ICMP, protocolos de enrutamiento (OSPF, BGP, RIP).
- Dispositivos: routers, algunos firewalls.
- Troubleshooting: usar ping y traceroute, comprobar rutas, tablas de enrutamiento y máscaras.
Capa 4 — Transporte
- Qué hace: entrega de datos extremo a extremo, control de flujo, control de errores y multiplexación mediante puertos.
- Ejemplos: TCP (conexión, fiable), UDP (sin conexión, más ligero), SCTP.
- Conceptos clave: puertos, segmentación, reensamblado, ventana de congestión.
- Troubleshooting: capturas con Wireshark para ver retransmisiones, latencia, bloqueos por firewall en puertos.
Capa 5 — Sesión
- Qué hace: establece, mantiene y finaliza sesiones o diálogos entre aplicaciones (control de puntos de sincronización, reanudación).
- Ejemplos: APIs de sesión remota, RPC, control de sesiones en algunos protocolos como SIP.
- Observación: en implementaciones reales muchas funciones de sesión se integran en las capas de aplicación o transporte.
Capa 6 — Presentación
- Qué hace: traducción, cifrado/descifrado y compresión de datos para que la capa de aplicación pueda entenderlos.
- Ejemplos: TLS/SSL (a menudo se considera entre presentación y transporte), codificaciones (ASCII, UTF‑8), formatos (JPEG, MPEG), compresión.
- Seguridad: cifrar en esta capa protege la semántica/forma de los datos; hoy en día TLS en la pila TCP/IP suele cubrir esta función.
Capa 7 — Aplicación
- Qué hace: proporciona servicios de red directamente a las aplicaciones de usuario.
- Ejemplos: HTTP, FTP, SMTP, DNS, SSH, SNMP.
- Herramientas: navegadores, clientes de correo, servidores web y de correo.
- Troubleshooting: comprobar configuración de servicios, autenticación, resoluciones DNS y logs de aplicación.
Encapsulación: cómo viaja un dato por las capas
Cuando una aplicación envía datos: la capa de Aplicación genera el mensaje (p. ej. una petición HTTP). Cada capa añade su cabecera (y a veces cola de control) formando primero un segmento (Transporte), luego un paquete (Red), después una trama (Enlace) y finalmente la secuencia de bits (Física). En el receptor cada capa quita su cabecera y procesa la información correspondiente.
Direcciones y unidades de datos (PDU)
- Capa Física: bits.
- Capa de Enlace: tramas (direcciones MAC).
- Capa de Red: paquetes (direcciones IP).
- Capa de Transporte: segmentos o datagramas (puertos).
- Capas superiores: datos/mensajes.
Relación con el modelo TCP/IP
El modelo OSI es conceptual; la pila TCP/IP usada en Internet agrupa funciones de forma distinta. De forma simplificada:
- Modelo TCP/IP — Capa de Aplicación = OSI (Aplicación + Presentación + Sesión).
- Modelo TCP/IP — Capa de Transporte = OSI Capa 4.
- Modelo TCP/IP — Capa de Internet = OSI Capa 3.
- Modelo TCP/IP — Capa de Acceso a la Red = OSI Capas 1 y 2.
Por qué es útil el modelo OSI
- Permite entender y enseñar redes separando responsabilidades.
- Facilita el diagnóstico: identificar en qué capa está el problema.
- Ayuda a estandarizar y diseñar protocolos interoperables.
Limitaciones y consideraciones prácticas
- El modelo OSI es una referencia teórica: muchos protocolos modernos abarcan varias capas o no encajan exactamente en una sola capa.
- Algunos protocolos (por ejemplo TLS) se sitúan entre capas o se implementan en capas distintas según la pila.
- No todos los dispositivos encajan estrictamente en una sola capa (p. ej. firewalls y NAT pueden operar en varias capas).
Consejos prácticos para resolución de problemas
- Comprobar primero la física: cables, conexión, LEDs (Capa 1).
- Verificar conectividad local y MAC/tables del switch (Capa 2).
- Usar ping/traceroute para diagnóstico de enrutamiento (Capa 3).
- Revisar puertos y sesiones TCP/UDP con netstat, tcpdump o Wireshark (Capas 4+).
- Comprobar resolución de nombres con nslookup/dig (Capa 7).
Breve historia
El modelo OSI fue publicado por la ISO en la década de 1980 como marco de referencia para estandarizar las comunicaciones entre sistemas abiertos. Aunque muchas implementaciones prácticas siguen la pila TCP/IP, el modelo OSI sigue siendo una herramienta pedagógica y conceptual muy valiosa.
Conclusión
El modelo OSI divide la complejidad de las comunicaciones en 7 capas con responsabilidades claras. Conocer cada capa, sus funciones, ejemplos de protocolos y cómo se encapsulan los datos ayuda a diseñar, asegurar y solucionar problemas en redes modernas. Aunque no siempre se implementa literalmente, su utilidad como guía conceptual sigue siendo fundamental.
Descripción de las capas OSI
Según el modelo OSI estándar, existen siete capas. Cada capa depende de las capas inferiores para funcionar.
| Modelo OSI | ||||
| Unidad de datos | Capa | |||
|
| 7. Aplicación | Proceso de red a programas informáticos | ||
| 6. Presentación | Representación de datos, cifrado de seguridad, conversión de código informático a código con formato de red | |||
| 5. Sesión | Comunicación entre hosts, gestión de sesiones entre programas | |||
| 4. Transporte | Conexiones de extremo a extremo, fiabilidad y control de flujo | |||
|
| 3. Red | Determinación de la ruta y direccionamiento lógico | ||
| 2. Enlace de datos | Direccionamiento físico | |||
| 1. Físico | La infraestructura física utilizada para enviar y recibir señales | |||
Algunos aspectos de las redes informáticas, como la gestión y la seguridad, utilizan o se utilizan en todas las capas.
Capa 7: Capa de aplicación
La capa de aplicación proporciona una interfaz para el usuario final que opera un dispositivo conectado a una red. Esta capa es lo que el usuario ve, en términos de carga de una aplicación (como el navegador web o el correo electrónico); es decir, esta capa de aplicación son los datos que el usuario ve mientras utiliza estas aplicaciones. Algunos ejemplos de la funcionalidad de la capa de aplicación son:
- Apoyo a las transferencias de archivos
- Posibilidad de imprimir en red
- Correo electrónico
- Mensajería electrónica
- Navegar por la Red.
Capa 6: Capa de presentación
Para poder interpretar correctamente un mensaje enviado a través de la red, esta capa es responsable de la traducción o interpretación adecuada.
Capa 5: Capa de sesión
Esta capa establece la comunicación solicitud/respuesta. Cuando se necesita, se inicia una sesión con autenticación, tras lo cual se envía una solicitud. Tras una respuesta, la sesión puede finalizar o se envía una nueva solicitud. Esta es la primera capa en la que se introduce el concepto de cliente/servidor. Un dispositivo específico puede cambiar el papel de cliente a servidor o viceversa.
Capa 4: Capa de transporte
La capa de transporte es el nivel en el que se garantiza la fiabilidad y la calidad del sistema. Esta capa gestiona el flujo de tráfico a través de la capa de red para reducir la congestión en una red, y realiza la comprobación de errores garantizando la calidad del servicio mediante el reenvío de datos cuando éstos se han corrompido. Algunos de los métodos más populares de encriptación y seguridad de los cortafuegos tienen lugar en esta capa.
Capa 3: Capa de red
La capa de enrutamiento trabaja para coordinar las partes relacionadas de una conversación de datos para garantizar la transferencia de archivos grandes. En otras palabras, mientras que la capa de enlace de datos se ocupa del método que utiliza la capa física para transferir datos, la capa de red se ocupa de organizar esos datos para su transferencia y reensamblaje. Esta capa también se ocupa de los aspectos de los protocolos de enrutamiento, encontrando la(s) mejor(es) ruta(s) disponible(s) de una red a otra para asegurar la entrega de los datos.
Capa 2: capa de enlace de datos
La capa de datos es principalmente el método por el que la información de la red se divide en tramas y se transmite por la capa física. Esta capa también es responsable de la detección y corrección de errores y del direccionamiento para que los distintos dispositivos puedan distinguirse en sistemas más grandes.
Capa 1: Capa física
La capa física se refiere a los aspectos eléctricos y físicos de los dispositivos. En concreto, especifica cómo un dispositivo envía y recibe información, por ejemplo, utilizando cables de cobre o de fibra óptica. Ejemplos de ello son los cables Ethernet o de fibra óptica, los cables telefónicos utilizados para los servicios de marcación o DSL, el cable coaxial utilizado para proporcionar Internet de banda ancha, los cables utilizados para conectar varios componentes de un ordenador o incluso las señales de radio utilizadas en la comunicación inalámbrica. Otras funciones de la capa física son la conversión de las señales en algo que pueda utilizar otra capa (lo que se conoce como bit) y el ajuste de la señal para permitir que varios usuarios utilicen las mismas conexiones.
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