El modelo OSI es un modelo de referencia para los protocolos de la redes separando la arquitectura en capas. Dado a que es un modelo de referencia, este sirve para identificar cualquier tipo de protocolo industrial:
- Modbus
- Modbus TCP
- Ethernet IP
- Profibus
- Fieldbus Foundation
- entre otros
El modelo OSI define siete capas. Las capas son las siguientes:
La ISO ha especificado protocolos para todas las capas, aunque algunos son poco utilizados. En función del tipo de necesidades del usuario no siempre se utilizan todas ellas.
NIVEL 1 OSI: La Capa Física
Esta capa transmite los bits entre dos entidades directamente conectadas. Puede tratarse de un enlace punto a punto o de una conexión multipunto (una red broadcast, por ejemplo Ethernet). También en esta capa se define si la comunicación puede ser dúplex, semi-dúplex o simplex. Esta capa se encarga de transformar una trama de datos proveniente del nivel de enlace en una señal adecuada al medio físico utilizado en la transmisión.
También en este nivel determinan las especificaciones de que si la información se transmite por impulsos eléctricos se deben especifican los voltajes permitidos y su codificación (como será interpretado un 1 ó 0 transmitido/recibido). Análogamente se definen normas para el caso de fibra óptica y señales electromagnéticas. También se especifican las características mecánicas del conector, la codificación básica, etc.
NIVEL 2 OSI: La capa de enlace (data link)
La principal función de la capa de enlace es ofrecer un servicio de comunicación fiable, libre de errores, a partir de los servicios que recibe de la capa física, también entre dos entidades contiguas de la red. Esto supone que se realice detección y posiblemente corrección de errores.
A diferencia de la capa física, que transmitía los bits de manera continua, la capa de enlace transmite los bits en grupos denominados tramas (frames en inglés) cuyo tamaño es típicamente de unos pocos cientos a unos pocos miles de bytes.
En caso de que una trama no haya sido transmitida correctamente se deberá enviar de nuevo; también debe haber mecanismos para reconocer cuando una trama se recibe duplicada. Generalmente se utiliza algún mecanismo de control de flujo, para evitar que un transmisor rápido pueda saturar a un receptor lento.
Cuando ya el enlace es multipunto, se generan redes broadcast las cuales aprovechan un mismo canal para transmitir información entre varios nodos, y es por ello que las redes broadcast utilizan funciones especiales de la capa de enlace para controlar el acceso al medio de transmisión, ya que éste es compartido por todos los nodos de la red. Esto añade una complejidad a la capa de enlace que no está presente en las redes basadas en líneas punto a punto, razón por la cual en las redes broadcast la capa de enlace se subdivide en dos subcapas:
MAC (Media Access Control): subcapa inferior, que se ocupa de resolver el problema de acceso al medio, y
LLC (Logical Link Control): subcapa que cumple una función equivalente a la capa de enlace en las líneas punto a punto.
Como ejemplo de subcapa MAC, podemos citar:
IEEE 802.3 o Ethernet,
IEEE 802.5 o Token Ring,
ISO 9314 o FDDI,
Como ejemplo de subcapa LLC podemos citar:
IEEE 802.2.
Con estas especificaciones, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico entre nodos en una red punto a punto y/o broadcast. Los Switches realizan su función en esta capa.
NIVEL 3 OSI: La capa de red
La capa de red se ocupa del control de la subred. Esta es la capa que tiene ‘conciencia’ de la topología de la red, y se ocupa de decidir por que ruta va a ser enviada la información; la decisión de la ruta a seguir puede hacerse de forma estática, o de forma dinámica en base a información obtenida de otros nodos sobre el estado de la red. En este nivel se realiza el direccionamiento lógico y la determinación la ruta de los datos hasta su receptor final. Como direccionamiento lógico, acá se ve lo que son el protocolo IP.
De forma análoga a la capa de enlace la capa de red maneja los bits en grupos discretos que aquí reciben el nombre de paquetes. Los paquetes tienen tamaños variables, pudiendo llegar a ser muy elevados, sobre todo en protocolos recientes, para poder aprovechar eficientemente la elevada velocidad de los nuevos medios de transmisión (fibra óptica, ATM, etc.). Por ejemplo en TCP/IP el tamaño máximo de paquete es de 64 KBytes, pero en el nuevo estándar, llamado IPv6, el tamaño máximo puede llegar a ser de 4 GBytes (4.294.967.296 Bytes).
Entre las funciones de la capa de red cabe destacar, aparte de la ya mencionada de elegir la ruta a seguir, el control del tráfico para evitar situaciones de congestión o ‘atascos’. En el caso de ofrecer servicios con QoS el nivel de red debe ocuparse de reservar los recursos necesarios para poder ofrecer el servicio prometido con garantías. También debe ser capaz de efectuar labores de contabilidad del tráfico en caso necesario (por ejemplo si el servicio se factura en base a la cantidad de datos transmitidos).
Los routers y firewalls hacen su función en esta capa.