Warstwy modelu OSI i protokoły w sieci komputerowej

Co to jest model OSI?

Model OSI to model logiczny i koncepcyjny, który definiuje komunikację sieciową wykorzystywaną przez systemy otwarte na wzajemne połączenia i komunikację z innymi systemami. Open System Interconnection (model OSI) definiuje również sieć logiczną i skutecznie opisuje przesyłanie pakietów komputerowych przy użyciu różnych warstw protokołów.

Charakterystyka modelu OSI

Oto kilka ważnych cech modelu OSI:

• Warstwę należy tworzyć tylko tam, gdzie wymagany jest określony poziom abstrakcji.
• Funkcja każdej warstwy powinna zostać wybrana zgodnie z międzynarodowymi standardami protokołów.
• Liczba warstw powinna być duża, aby oddzielne funkcje nie były umieszczane na tej samej warstwie. Jednocześnie powinna być wystarczająco mała, aby architektura nie stała się zbyt skomplikowana.
• W modelu OSI każda warstwa opiera się na następnej, niższej warstwie, która wykonuje prymitywne funkcje. Każdy poziom powinien być w stanie świadczyć usługi następnej wyższej warstwie
• Zmiany dokonane w jednej warstwie nie powinny wymagać zmian w innych warstwach.

Dlaczego model OSI?

• Pomaga zrozumieć komunikację w sieci
• Rozwiązywanie problemów jest łatwiejsze dzięki rozdzieleniu funkcji na różne warstwy sieci.
• Pomaga zrozumieć nowe technologie w miarę ich opracowywania.
• Umożliwia porównanie podstawowych relacji funkcjonalnych w różnych warstwach sieci.

Historia modelu OSI

Oto najważniejsze punkty orientacyjne z historii modelu OSI:

• Pod koniec lat 1970. ISO przeprowadziła program mający na celu opracowanie ogólnych standardów i metod tworzenia sieci.
• W 1973 roku w Wielkiej Brytanii w ramach eksperymentalnego systemu komutacji pakietów zidentyfikowano potrzebę zdefiniowania protokołów wyższego poziomu.
• W roku 1983 model OSI miał początkowo stanowić szczegółową specyfikację rzeczywistych interfejsów.
• W 1984 roku architektura OSI została formalnie przyjęta przez ISO jako standard międzynarodowy

7 warstw modelu OSI

Model OSI to warstwowy system architektury serwera, w którym każda warstwa jest zdefiniowana zgodnie ze szczególną funkcją do wykonania. Wszystkie te siedem warstw współpracuje, aby przesyłać dane z jednej warstwy do drugiej.

• Górne warstwy: Zajmuje się problemami aplikacji i jest wdrażany głównie w oprogramowaniu. Najwyższy znajduje się najbliżej użytkownika systemu końcowego. W tej warstwie komunikacja od jednego użytkownika końcowego do drugiego rozpoczyna się poprzez interakcję pomiędzy warstwą aplikacji. Będzie przetwarzany aż do użytkownika końcowego.
• Niższe warstwy: Te warstwy obsługują działania związane z transportem danych. Warstwa fizyczna i warstwy łącza danych są również zaimplementowane w oprogramowaniu i sprzęcie.

Warstwy górna i dolna dzielą architekturę sieciową na siedem różnych warstw, jak pokazano poniżej

• Zastosowanie
• Prezentacja
• Sesja
• Transport
• Sieć, łącze danych
• Warstwy fizyczne

Przeanalizujmy szczegółowo każdą warstwę:

Warstwa fizyczna

Warstwa fizyczna pomaga zdefiniować specyfikacje elektryczne i fizyczne połączenia danych. Ten poziom ustanawia relację między urządzeniem a fizycznym medium transmisyjnym. Warstwa fizyczna nie zajmuje się protokołami ani innymi tego typu elementami wyższej warstwy. Jednym z przykładów technologii, która działa na warstwie fizycznej w telekomunikacji, jest PRI (Primary Rate Interface). Aby dowiedzieć się więcej PRI i jak to działa, możesz odwiedzić ten artykuł informacyjny.

Przykładami sprzętu w warstwie fizycznej są karty sieciowe, sieć Ethernet, wzmacniacze, koncentratory sieciowe itp.

Warstwa łącza danych

Warstwa łącza danych koryguje błędy, które mogą wystąpić w warstwie fizycznej. Warstwa umożliwia zdefiniowanie protokołu nawiązywania i kończenia połączenia pomiędzy dwoma połączonymi urządzeniami sieciowymi.

Jest to warstwa zrozumiała adres IP, która pomaga zdefiniować adresowanie logiczne, tak aby każdy punkt końcowy mógł zostać zidentyfikowany.

Warstwa pomaga również w implementacji routingu pakietów przez sieć. Pomaga zdefiniować najlepszą ścieżkę, która pozwala na pobranie danych ze źródła do miejsca docelowego.

Warstwa łącza danych jest podzielona na dwa typy podwarstw:

1. Warstwa Media Access Control (MAC) – odpowiada za kontrolowanie sposobu, w jaki urządzenie w sieci uzyskuje dostęp do medium i zezwala na transmisję danych.
2. Warstwa kontroli łącza logicznego – ta warstwa jest odpowiedzialna za tożsamość i hermetyzację protokołów warstwy sieciowej oraz pozwala znaleźć błąd.

Ważne funkcje warstwy łącza danych

• Ramkowanie, które dzieli dane z warstwy sieci na ramki.
• Umożliwia dodanie nagłówka do ramki w celu zdefiniowania adresu fizycznego maszyny źródłowej i docelowej
• Dodaje adresy logiczne nadawcy i odbiorcy
• Odpowiada także za proces pozyskiwania do docelowego procesu dostarczenia całej wiadomości.
• Oferuje także system kontroli błędów, który wykrywa uszkodzenia retransmisji lub utracone ramki.
• Warstwa łącza danych zapewnia również mechanizm przesyłania danych przez niezależne, połączone ze sobą sieci.

Warstwa transportowa

Warstwa transportowa opiera się na warstwie sieciowej, aby zapewnić transport danych z procesu na maszynie źródłowej do procesu na maszynie docelowej. Jest hostowany przy użyciu jednej lub wielu sieci, a także utrzymuje jakość funkcji usług.

Określa, gdzie i z jaką szybkością należy przesłać ile danych ma zostać przesłanych. Warstwa ta opiera się na komunikatach otrzymywanych z warstwy aplikacji. Pomaga zapewnić, że jednostki danych są dostarczane bez błędów i po kolei.

Warstwa transportowa pomaga kontrolować niezawodność łącza poprzez kontrolę przepływu, kontrolę błędów oraz segmentację lub desegmentację.

Warstwa transportowa oferuje również potwierdzenie pomyślnej transmisji danych i wysyła następne dane, jeśli nie wystąpiły żadne błędy. TCP jest najbardziej znanym przykładem warstwy transportowej.

Ważne funkcje warstw transportowych

• Dzieli komunikat otrzymany z warstwy sesji na segmenty i numeruje je, tworząc sekwencję.
• Warstwa transportowa dba o to, aby wiadomość została dostarczona do prawidłowego procesu na maszynie docelowej.
• Zapewnia również, że cała wiadomość dotrze bez żadnych błędów, w przeciwnym razie należy ją ponownie przesłać.

Warstwa sieci

Warstwa sieciowa zapewnia funkcjonalne i proceduralne środki przesyłania sekwencji danych o zmiennej długości z jednego węzła do drugiego, połączonego w „różne sieci”.

Dostarczanie komunikatów w warstwie sieciowej nie gwarantuje niezawodności protokołu warstwy sieciowej.

Protokoły zarządzania warstwami należące do warstwy sieciowej to:

1. protokoły routingu
2. zarządzanie grupą multiemisji
3. przydzielanie adresów w warstwie sieci.

Sesja warstwowa

Warstwa sesji kontroluje dialogi między komputerami. Pomaga w ustanawianiu początkowych i końcowych połączeń pomiędzy aplikacją lokalną i zdalną.

Ta warstwa żąda połączenia logicznego, które powinno zostać ustanowione na żądanie użytkownika końcowego. Warstwa ta obsługuje całą ważną weryfikację logowania i hasła.

Warstwa sesji oferuje usługi takie jak dyscyplina dialogowa, która może być dupleksowa lub półdupleksowa. Jest ona głównie implementowana w środowiskach aplikacji, które używają zdalnych wywołań procedur.

Ważna funkcja warstwy sesji

• Ustanawia, utrzymuje i kończy sesję.
• Warstwa sesji umożliwia dialog dwóm systemom
• Umożliwia także procesowi dodanie punktu kontrolnego do pary danych.

Warstwa prezentacji

Warstwa prezentacji umożliwia zdefiniowanie formy, w jakiej dane mają być wymieniane pomiędzy dwoma komunikującymi się podmiotami. Pomaga także w obsłudze kompresji i szyfrowania danych.

Warstwa ta przekształca dane do postaci akceptowanej przez aplikację. Formatuje i szyfruje również dane, które powinny być przesyłane we wszystkich sieciach. Warstwa ta jest również nazywana a warstwa składni.

Funkcja warstw prezentacji

• Tłumaczenie kodu znakowego z ASCII na EBCDIC.
• Kompresja danych: Pozwala zmniejszyć liczbę bitów, które należy przesłać w sieci.
• Szyfrowanie danych: pomaga szyfrować dane ze względów bezpieczeństwa — na przykład szyfrowanie hasła.
• Zapewnia interfejs użytkownika i obsługę usług takich jak poczta e-mail i przesyłanie plików.

Warstwa aplikacji

Warstwa aplikacji współdziała z aplikacją, co stanowi najwyższy poziom modelu OSI. Warstwa aplikacji to warstwa OSI, która jest najbliżej użytkownika końcowego. Oznacza to, że warstwa aplikacji OSI umożliwia użytkownikom interakcję z innymi aplikacjami.

Warstwa aplikacji współdziała z aplikacjami w celu wdrożenia komponentu komunikacyjnego. Interpretacja danych przez aplikację zawsze wykracza poza zakres modelu OSI.

Przykładem warstwy aplikacji jest aplikacja taka jak przesyłanie plików, poczta e-mail, zdalne logowanie itp.

Funkcją warstw aplikacji jest

• Warstwa aplikacji pomaga identyfikować partnerów komunikacyjnych, określać dostępność zasobów i synchronizować komunikację.
• Umożliwia użytkownikom logowanie się do zdalnego hosta
• Ta warstwa zapewnia różne usługi poczty elektronicznej
• Ta aplikacja oferuje rozproszone źródła baz danych i dostęp do globalnych informacji o różnych obiektach i usługach.

Interakcja pomiędzy warstwami modelu OSI

Informacje przesyłane z jednej aplikacji komputerowej do drugiej muszą przejść przez każdą warstwę OSI.

Wyjaśniono to na poniższym przykładzie:

• Każda warstwa w modelu OSI komunikuje się z dwiema pozostałymi warstwami, które znajdują się pod nią, oraz z warstwą równorzędną w innym sieciowym systemie komputerowym.
• Na poniższym schemacie widać, że warstwa łącza danych pierwszego systemu komunikuje się z dwiema warstwami, warstwą sieciową i warstwą fizyczną systemu. Pomaga także w komunikacji z warstwą łącza danych drugiego systemu.

Protokoły obsługiwane na różnych poziomach

Warstwa	Imię i nazwisko	protokoły
Warstwa 7	Zastosowanie	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Warstwa 6	Prezentacja	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Warstwa 5	Sesja	NetBIOS, SAP
Warstwa 4	Transport	TCP, UDP
Warstwa 3	Sieć	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Warstwa 2	Łącza danych	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, kabel światłowodowy itp.
Warstwa 1	Fizyczny	RS232, 100BaseTX, ISDN, 11.

Różnice pomiędzy OSI i TCP/IP

Oto kilka ważnych różnic między modelem OSI i TCP/IP:

Model OSI	modelu TCP/IP
Model OSI zapewnia wyraźne rozróżnienie między interfejsami, usługami i protokołami.	Protokół TCP/IP nie oferuje żadnych wyraźnych punktów rozróżnienia pomiędzy usługami, interfejsami i protokołami.
OSI wykorzystuje warstwę sieciową do definiowania standardów routingu i protokołów.	Protokół TCP/IP korzysta wyłącznie z warstwy internetowej.
Model OSI wykorzystuje dwie oddzielne warstwy fizyczne i łącze danych w celu zdefiniowania funkcjonalności dolnych warstw	Protokół TCP/IP wykorzystuje tylko jedną warstwę (łącze).
W modelu OSI warstwa transportowa jest zorientowana wyłącznie połączeniowo.	Warstwa modelu TCP/IP jest zorientowany połączeniowo i bezpołączeniowo.
W modelu OSI warstwa łącza danych i warstwa fizyczna są oddzielnymi warstwami.	W protokole TCP warstwa łącza danych i warstwa fizyczna są łączone w jedną warstwę host-sieć.
Minimalny rozmiar nagłówka OSI wynosi 5 bajtów.	Minimalny rozmiar nagłówka to 20 bajtów.

Zalety modelu OSI

Oto główne korzyści/zalety stosowania modelu OSI:

• Pomaga w standaryzacji routera, przełącznika, płyty głównej i innego sprzętu
• Zmniejsza złożoność i standaryzuje interfejsy
• Ułatwia inżynierię modułową
• Pomaga zapewnić interoperacyjną technologię
• Pomaga przyspieszyć ewolucję
• Protokoły można zastąpić nowymi protokołami w przypadku zmiany technologii.
• Zapewnij wsparcie dla usług połączeniowych i usług bezpołączeniowych.
• Jest to standardowy model w sieciach komputerowych.
• Obsługuje usługi bezpołączeniowe i zorientowane na połączenie.
• Oferuje elastyczność dostosowania do różnych typów protokołów

Wady modelu OSI

Oto kilka wad/wad korzystania z modelu OSI:

• Dopasowywanie protokołów jest żmudnym zadaniem.
• Można go używać jedynie jako modelu referencyjnego.
• Nie definiuje żadnego konkretnego protokołu.
• W modelu warstwy sieci OSI niektóre usługi są duplikowane w wielu warstwach, np. w warstwach transportu i łącza danych
• Warstwy nie mogą pracować równolegle, ponieważ każda warstwa musi czekać na uzyskanie danych z poprzedniej warstwy.

Podsumowanie

• Model OSI to model logiczny i koncepcyjny definiujący komunikację sieciową wykorzystywaną przez systemy otwarte na wzajemne połączenia i komunikację z innymi systemami
• W modelu OSI warstwę należy tworzyć tylko tam, gdzie wymagany jest określony poziom abstrakcji.
• Warstwa OSI pomaga zrozumieć komunikację w sieci
• W 1984 roku architektura OSI została formalnie przyjęta przez ISO jako standard międzynarodowy

Warstwa	Imię i nazwisko	Funkcjonować	protokoły
Warstwa 7	Zastosowanie	Aby umożliwić dostęp do zasobów sieciowych.	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Warstwa 6	Prezentacja	Aby tłumaczyć, szyfrować i kompresować dane.	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Warstwa 5	Sesja	Aby ustanowić, zarządzać i zakończyć sesję	NetBIOS, SAP
Warstwa 4	Transport	Warstwa transportowa opiera się na warstwie sieciowej, aby zapewnić transport danych z procesu na maszynie źródłowej do procesu na maszynie docelowej.	TCP, UDP
Warstwa 3	Sieć	Aby zapewnić łączność międzysieciową. Aby przenieść pakiety ze źródła do miejsca docelowego	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Warstwa 2	Łącza danych	Aby uporządkować bity w ramki. Aby zapewnić dostawę typu hop-to-hop	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, kabel światłowodowy itp.
Warstwa 1	Fizyczny	Do przesyłania bitów przez medium. Aby zapewnić specyfikacje mechaniczne i elektryczne	RS232, 100BaseTX, ISDN, 11.