El modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open Systems Interconnection) es un modelo de referencia de siete capas que divide la tarea de mover datos entre dos computadoras en responsabilidades separadas. Nadie implementa el modelo OSI exactamente como está escrito (internet en realidad funciona sobre el modelo TCP/IP, más simple), pero todo profesional de redes usa OSI como vocabulario común. Cuando un colega dice 'es un problema de capa 2', quiere decir que la falla está en la conmutación, las direcciones MAC o las VLAN, no en el enrutamiento ni en la aplicación. Network+ usa el modelo constantemente, tanto de forma directa (¿en qué capa trabaja X?) como indirecta, porque las preguntas de resolución de problemas esperan que razones capa por capa.
De abajo hacia arriba, las capas son: 1 Física, 2 Enlace de datos, 3 Red, 4 Transporte, 5 Sesión, 6 Presentación y 7 Aplicación. Una regla mnemotécnica común en inglés, de abajo hacia arriba, es 'Please Do Not Throw Sausage Pizza Away'; de arriba hacia abajo, 'All People Seem To Need Data Processing'. La capa 1 mueve bits en bruto como señales eléctricas, de luz o de radio a través de cables, conectores y el aire. La capa 2 organiza esos bits en tramas para entregarlos en el segmento local usando direcciones MAC (Media Access Control), y detecta la corrupción con una secuencia de verificación de trama (FCS). La capa 3 proporciona direcciones lógicas y enrutables (IPv4 e IPv6) y elige las rutas entre redes. La capa 4 ofrece entrega de extremo a extremo entre aplicaciones mediante números de puerto, con TCP (Transmission Control Protocol) para una entrega confiable y ordenada, o UDP (User Datagram Protocol) para una entrega ligera y sin conexión.
En la práctica, las capas superiores suelen mezclarse, y el modelo TCP/IP las fusiona en una sola capa de Aplicación. La capa 5, Sesión, establece, mantiene y termina las conversaciones entre aplicaciones, por ejemplo llevando el control de qué solicitud pertenece a qué diálogo. La capa 6, Presentación, se encarga del formato de los datos, la codificación de caracteres, la compresión y el cifrado, por lo que a veces se ubica TLS aquí. La capa 7, Aplicación, es la interfaz hacia la red que usan los programas: HTTP, DNS, SMTP, SSH y protocolos similares. La capa 7 no significa la aplicación en sí, como el navegador web; significa el protocolo que habla el navegador.
A medida que los datos bajan por la pila en el emisor, cada capa agrega su propio encabezado (y la capa 2 también agrega un tráiler, la FCS). Esto es el encapsulamiento; el receptor quita los encabezados en orden inverso, lo que se llama desencapsulamiento. El nombre del bloque de datos en cada capa es su unidad de datos de protocolo (PDU). Las capas 5 a 7 simplemente lo llaman datos. La capa 4 produce un segmento en TCP (una unidad UDP normalmente se llama datagrama). La capa 3 produce un paquete. La capa 2 produce una trama. La capa 1 transmite bits. Un detalle útil: cuando un paquete atraviesa routers, la trama de capa 2 se reconstruye en cada salto con nuevas direcciones MAC de origen y destino, mientras que las direcciones IP de origen y destino de capa 3 se mantienen iguales de extremo a extremo (a menos que NAT las cambie).
Recorre una solicitud real para verlo. Escribes una dirección web y presionas Enter. El navegador construye una solicitud HTTP (datos de capa 7), TLS la cifra (capa 6) y TCP la envuelve en un segmento con puerto de origen 51544 y puerto de destino 443 (capa 4). IP agrega un encabezado de paquete con tu dirección y la dirección del servidor (capa 3). Ethernet agrega un encabezado de trama con tu MAC y la MAC de tu puerta de enlace predeterminada, más el tráiler FCS (capa 2). La tarjeta de red convierte la trama en señales eléctricas en el cable (capa 1). El switch lee solo el encabezado de la trama; el router lee el encabezado del paquete, elige el siguiente salto y construye una nueva trama; el servidor desenvuelve todo en orden inverso. En Wireshark, cada paquete capturado muestra exactamente estas secciones apiladas: Ethernet II, Internet Protocol, Transmission Control Protocol y luego el protocolo de aplicación.
Los dispositivos se asocian con capas, y al examen le gustan estas parejas. Los hubs, repetidores, cables, paneles de conexión y convertidores de medios son de capa 1: solo pasan señales. Los switches y puentes (bridges) reenvían tramas por dirección MAC en la capa 2; los puntos de acceso inalámbricos también operan principalmente en la capa 2, puenteando tramas inalámbricas hacia la LAN cableada. Los routers reenvían paquetes por dirección IP en la capa 3, y un switch multicapa (de capa 3) puede hacer tanto conmutación como enrutamiento. Los balanceadores de carga, los proxies y los firewalls de nueva generación pueden inspeccionar hasta la capa 7. Un filtro de paquetes básico sin estado trabaja en las capas 3 y 4 porque lee direcciones y puertos.
Errores comunes: los estudiantes confunden segmento y paquete (el segmento es de capa 4, el paquete de capa 3), suponen que un switch usa direcciones IP (un switch simple no lo hace) o creen que la capa 7 es el programa del navegador. Otra trampa es ubicar ARP limpiamente en una sola capa; ARP resuelve direcciones de capa 3 a direcciones de capa 2, así que normalmente se describe como un protocolo que trabaja entre las capas 2 y 3. El modelo también es tu mapa de resolución de problemas. Un enfoque de abajo hacia arriba empieza por las luces de enlace y los cables, luego MAC y VLAN, luego direccionamiento IP y enrutamiento, y después puertos y servicios. Un enfoque de arriba hacia abajo empieza en la aplicación.
Las preguntas del examen plantean este tema de algunas formas predecibles. Nombran un dispositivo o protocolo y preguntan su capa, nombran una PDU y preguntan la capa, o describen un síntoma y preguntan qué capa investigar. Las palabras clave ayudan: 'bits', 'señal', 'cable' y 'atenuación' apuntan a la capa 1; 'MAC', 'trama', 'VLAN' y 'switch' a la capa 2; 'IP', 'paquete', 'ruta' y 'subred' a la capa 3; 'puerto', 'segmento', 'confiable' y 'sin conexión' a la capa 4; 'cifrado', 'codificación' y 'compresión' a la capa 6; y los protocolos de aplicación por nombre, como HTTP o DNS, a la capa 7.
Términos clave
- PDU (unidad de datos de protocolo)
- El nombre del bloque de datos en una capa determinada (bits, trama, paquete, segmento o datagrama, datos).
- Encapsulamiento (encapsulation)
- El proceso en el que cada capa agrega su encabezado (y en la capa 2, un tráiler) a los datos que recibe de la capa superior.
- Desencapsulamiento (de-encapsulation)
- El receptor quita el encabezado de cada capa en orden inverso para recuperar los datos originales.
- Dirección MAC
- Una dirección de hardware de 48 bits que se usa en la capa 2 para entregar tramas en el segmento de red local.
- Secuencia de verificación de trama (FCS)
- El campo del tráiler de capa 2 que contiene un valor CRC que el receptor usa para detectar tramas corruptas.
- Modelo TCP/IP
- El modelo de cuatro capas que realmente usa internet (Enlace, Internet, Transporte, Aplicación), que fusiona las capas 5 a 7 de OSI en una sola.
Un usuario no puede acceder a un sitio web interno. Revisas el puerto del switch y ves la luz de enlace encendida y ningún error en la interfaz, así que la capa 1 parece estar bien. Confirmas que la PC está en la VLAN correcta y que su dirección MAC aparece en el puerto correcto (capa 2), y luego haces ping a la IP del servidor con éxito (capa 3). Por último, ejecutas una prueba de puerto y descubres que nada escucha en TCP 443, así que la falla es el propio servicio web, en las capas 4 a 7. Trabajar metódicamente por las capas te llevó directo al equipo de servidores en lugar de perder tiempo con los cables.
Comprueba lo que sabes
Cuando un paquete atraviesa tres routers para llegar a un servidor, ¿qué direcciones cambian en cada salto y cuáles se mantienen iguales?
Las direcciones MAC de origen y destino de capa 2 cambian en cada salto porque cada router construye una nueva trama; las direcciones IP de origen y destino de capa 3 se mantienen iguales (a menos que intervenga NAT).
Un técnico observa que los errores CRC aumentan en un puerto de switch. ¿Qué capa OSI es la causa más probable y por qué?
Las capas 1 y 2. El CRC se verifica contra la secuencia de verificación de trama de capa 2, y las fallas suelen deberse a problemas físicos como un cable dañado, interferencia o una discrepancia de dúplex.
Un firewall bloquea el tráfico basándose solo en la IP de origen y el puerto de destino. ¿Hasta qué capa OSI está inspeccionando?
Hasta la capa 4. Las direcciones IP son de capa 3 y los números de puerto de capa 4; no está leyendo contenido de aplicación en la capa 7.
¿Por qué a veces se describe TLS como una función de capa 6 aunque funciona sobre TCP?
Porque cifra y da formato a los datos para la aplicación, que es el trabajo de la capa de Presentación en el modelo OSI; el modelo es una referencia, así que los protocolos reales no siempre encajan en una sola capa.