Model OSI

Model OSI
OSI (ang. Open Systems Interconnection) lub Model OSI
(pełna nazwa ISO OSI RM, ang. ISO OSI Reference Model – model odniesienia łączenia systemów otwartych) –
standard zdefiniowany przez ISO oraz ITU-T opisujący
strukturę komunikacji sieciowej.
nagłówek segmentu, natomiast w warstwie sieciowej dane oprócz właściwych danych i nagłówka segmentu dodatkowo wzbogacone są o nagłówek sieciowy, który zawiera adresy logiczne: źródłowy i docelowy. Adresy te
pozwalają wyznaczyć drogę tych pakietów między dwiema stacjami, które pracują w odległych sieciach. W warstwie łącza danych pakiet z poprzedniej warstwy wzbogacony jest dodatkowo o nagłówek ramki, który określa sposób przekazania danych przez interfejs sieciowy
do sieci fizycznej. Ostatnia warstwa – fizyczna – pakiet
z poprzedniej warstwy przekształca do postaci pozwalającej przesłać informację przewodem sieciowym lub za
pomocą innego nośnika. Dane wędrują do stacji docelowej i tam są ponownie przekształcane, najpierw z bitów
na nagłówek ramki oraz pozostałe dane. Kiedy dane wędrują do wyższych warstw, to właśnie nagłówki są wykorzystywane do określenia w jaki sposób dane mają zostać
przekazane wyższym warstwom. W związku z tym, po
dotarciu danych do wyższej warstwy nagłówek warstwy
poprzedniej jest zdejmowany.
Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ang.
International Organization for Standardization) na
początku lat osiemdziesiątych dostrzegła potrzebę stworzenia modelu sieciowego, dzięki któremu producenci
mogliby opracowywać współpracujące ze sobą rozwiązania sieciowe. W taki sposób powstała specyfikacja
Open Systems Interconnection Reference Model, która do
polskich norm została zaadaptowana w 1995 roku.
Model ISO OSI RM jest traktowany jako model odniesienia (wzorzec) dla większości rodzin protokołów komunikacyjnych. Podstawowym założeniem modelu jest
podział systemów sieciowych na 7 warstw (ang. layers)
współpracujących ze sobą w ściśle określony sposób. Został przyjęty przez ISO w 1984 roku a najbardziej interesującym organem jest wspólny komitet powołany przez
ISO/IEC, zwany Joint Technical Committee 1- Information Technology (JTC1). Formalnie dzieli się jeszcze na
podkomitety SC.
2 Organizacja warstwowa
Dla Internetu sformułowano uproszczony Model TCP/IP,
Model OSI definiuje jakie zadania oraz rodzaje danych
który ma tylko 4 warstwy.
mogą być przesyłane między warstwami w całkowitym
oderwaniu od ich fizycznej i algorytmicznej realizacji,
czyli zakłada istnienie warstw abstrakcji w medium trans1 Kapsułkowanie danych
misyjnym, sprzęcie oraz oprogramowaniu i wokół tych
warstw orientuje specyficzne dla nich protokoły, realiModel OSI opisuje drogę danych od aplikacji w syste- zowane przez te protokoły usługi świadczone wyższym
mie jednej stacji roboczej do aplikacji w systemie dru- warstwom oraz posiadane interfejsy, umożliwiające dogiej. Przed wysłaniem dane wraz z przekazywaniem do stęp do warstwy przez procesy z innych warstw. Mimo
niższych warstw sieci zmieniają swój format, co nosi na- iż każda z warstw sama nie jest funkcjonalna, to możlizwę procesu kapsułkowania (enkapsulacji).
we jest projektowanie warstwy w całkowitym oderwaniu
od pozostałych. Jest to realne, jeżeli wcześniej zdefiniuje
Warstwa
Warstwa
aplikacji
aplikacji
się protokoły wymiany danych pomiędzy poszczególnyWarstwa
Warstwa
prezentacji
prezentacji
mi warstwami.
Warstwa
sesji
Warstwa
sesji
Nagłówek
ramki
Warstwa
fizyczna
Nagłówek
segmentu
Dane
Warstwa
transportowa
Nagłówek Nagłówek
sieciowy segmentu
Dane
Warstwa
sieciowa
Nagłówek Nagłówek
sieciowy segmentu
Dane
3 Warstwy wyższe
Warstwa
fizyczna
Wyróżniamy trzy warstwy górne, czyli warstwę aplikacji,
prezentacji i sesji. Ich zadaniem jest współpraca z oprogramowaniem realizującym zadania zlecane przez użytkownika systemu komputerowego. Tworzą one pewien
interfejs, który pozwala na komunikację z warstwami niższymi. Ta sama warstwa realizuje dokładnie odwrotne zadanie w zależności od kierunku przepływu danych. Przyj-
Na rysunku można zauważyć jak wraz z przenoszeniem
kombinacji składającej się z danych i nagłówka warstwy
poprzedniej w dół stacji wysyłającej (lewa strona) ulega
ona kapsułkowaniu pod nagłówkiem warstwy kolejnej. W
warstwie transportu dane obejmują właściwe dane oraz
1
2
4 WARSTWY NIŻSZE
mijmy, że dane przepływają w dół Modelu OSI, kiedy 4 Warstwy niższe
płyną od użytkownika do urządzeń sieciowych oraz w górę w przeciwnym wypadku.
Najniższe warstwy zajmują się odnajdywaniem odpowiedniej drogi do celu, gdzie ma być przekazana konkretna informacja. Dzielą również dane na odpowiednie dla
3.1 Warstwa 7: aplikacji
urządzeń sieciowych pakiety określane często skrótem
PDU (ang. Protocol Data Unit). Dodatkowo zapewniaWarstwa aplikacji jest warstwą najwyższą, zajmuje się ją weryfikację bezbłędności przesyłanych danych. Ważspecyfikacją interfejsu, który wykorzystują aplikacje do ną cechą warstw dolnych jest całkowite ignorowanie senprzesyłania danych do sieci (poprzez kolejne warstwy su przesyłanych danych. Dla warstw dolnych nie istniemodelu ISO/OSI). W przypadku sieci komputerowych ją aplikacje, tylko pakiety/ramki danych. Warstwy dolne
aplikacje są zwykle procesami uruchomionymi na od- to warstwa transportowa, sieciowa, łącza danych oraz fiległych hostach. Interfejs udostępniający programistom zyczna.
usługi dostarczane przez warstwę aplikacji opiera się na
obiektach nazywanych gniazdami (ang. socket).
Jeżeli użytkownik posługuje się oprogramowaniem działającym w architekturze klient-serwer, zwykle po jego
stronie znajduje się klient, a serwer działa na maszynie podłączonej do sieci świadczącej usługi równocześnie
wielu klientom. Zarówno serwer, jak i klient znajdują
się w warstwie aplikacji. Komunikacja nigdy nie odbywa
się bezpośrednio między tymi programami. Kiedy klient
chce przesłać żądanie do serwera, przekazuje komunikat w dół do warstw niższych, które fizycznie przesyłają
go do odpowiedniej maszyny, gdzie informacje ponownie
wędrują w górę i są ostatecznie odbierane przez serwer.
Jednocześnie zapewnia interfejs między aplikacjami, których używamy, a siecią (umożliwia komunikację).
3.2
Warstwa 6: prezentacji
Podczas ruchu w dół zadaniem warstwy prezentacji jest
przetworzenie danych od aplikacji do postaci kanonicznej
(ang. canonical representation) zgodnej ze specyfikacją
OSI-RM, dzięki czemu niższe warstwy zawsze otrzymują dane w tym samym formacie. Kiedy informacje płyną
w górę, warstwa prezentacji tłumaczy format otrzymywanych danych na zgodny z wewnętrzną reprezentacją systemu docelowego. Wynika to ze zróżnicowania systemów
komputerowych, które mogą w różny sposób interpretować te same dane. Dla przykładu bity w bajcie danych w
niektórych procesorach są interpretowane w odwrotnej
kolejności niż w innych. Warstwa ta odpowiada za kodowanie i konwersję danych oraz za kompresję / dekompresję; szyfrowanie / deszyfrowanie. Warstwa prezentacji
obsługuje np. MPEG, JPG, GIF itp.
3.3
Warstwa 5: sesji
Warstwa sesji otrzymuje od różnych aplikacji dane, które muszą zostać odpowiednio zsynchronizowane. Synchronizacja występuje między warstwami sesji systemu
nadawcy i odbiorcy. Warstwa sesji „wie”, która aplikacja
łączy się z którą, dzięki czemu może zapewnić właściwy kierunek przepływu danych – nadzoruje połączenie.
Wznawia je po przerwaniu.
4.1 Warstwa 4: transportowa
Warstwa transportowa segmentuje dane oraz składa je w
tzw. strumień. Warstwa ta zapewnia całościowe połączenie między stacjami: źródłową oraz docelową, które obejmuje całą drogę transmisji. Następuje tutaj podział danych na części, które są kolejno indeksowane i wysyłane
do docelowej stacji. Na poziomie tej warstwy do transmisji danych wykorzystuje się dwa protokoły TCP (ang.
Transmission Control Protocol) oraz UDP (ang. User Datagram Protocol). W przypadku gdy do transmisji danych
wykorzystany jest protokół TCP stacja docelowa po odebraniu segmentu wysyła potwierdzenie odbioru. W wyniku niedotarcia któregoś z segmentów stacja docelowa
ma prawo zlecić ponowną jego wysyłkę (kontrola błędów transportu). W przeciwieństwie do protokołu TCP
w protokole UDP nie stosuje się potwierdzeń. Protokół
UDP z racji konieczności transmisji mniejszej ilości danych zazwyczaj jest szybszy od protokołu TCP, jednakże
nie gwarantuje dostarczenia pakietu. Oba protokoły warstwy transportowej stosują kontrolę integralności pakietów, a pakiety zawierające błędy są odrzucane.
4.2 Warstwa 3: sieciowa
Warstwa sieciowa jako jedyna dysponuje wiedzą dotyczącą fizycznej topologii sieci. Rozpoznaje, jakie drogi
łączą poszczególne komputery (trasowanie) i decyduje,
ile informacji należy przesłać jednym z połączeń, a ile
innym. Jeżeli danych do przesłania jest zbyt wiele, to warstwa sieciowa po prostu je ignoruje. Nie musi zapewniać
pewności transmisji, więc w razie błędu pomija niepoprawne pakiety danych. Standardowa paczka danych czasami oznaczana jest jako NPDU (ang. Network Protocol Data Unit). Nie znajdują się w nim żadne użyteczne dla użytkowników aplikacje. Jedyne jego zadanie, to
zapewnienie sprawnej łączności między bardzo odległymi punktami sieci. Routery są podstawą budowy rozległych sieci informatycznych takich jak Internet, bo potrafią odnaleźć najlepszą drogę do przekazania informacji. Warstwa sieciowa podczas ruchu w dół umieszcza dane wewnątrz pakietów zrozumiałych dla warstw niższych
4.4
Warstwa 1: fizyczna
(kapsułkowanie). Jednocześnie warstwa sieci używa czterech procesów (adresowanie, enkapsulacja, routing, dekapsulacja). Protokoły warstwy sieci to: (IPv4, IPv6,
ICMP, NOVELL IPX, APPLE TALK, CLNS/DECN
itd.).
4.3
Warstwa 2: łącza danych
3
4.4 Warstwa 1: fizyczna
Fundamentem, na którym zbudowany jest model referencyjny OSI, jest jego warstwa fizyczna. Określa
ona wszystkie składniki sieci niezbędne do obsługi
elektrycznego, optycznego, radiowego wysyłania i odbierania sygnałów. Warstwa fizyczna składa się z czterech
obszarów funkcjonalnych:
• mechanicznego,
Warstwa łącza danych jest czasami nazywana warstwą liniową lub kanałową. Ma ona nadzorować jakość przekazywanych informacji. Nadzór ten dotyczy wyłącznie warstwy niższej. Warstwa łącza danych ma możliwość zmiany parametrów pracy warstwy fizycznej, tak aby obniżyć
liczbę pojawiających się podczas przekazu błędów. Zajmuje się pakowaniem danych w ramki i wysyłaniem do
warstwy fizycznej. Rozpoznaje błędy związane z niedotarciem pakietu oraz uszkodzeniem ramek i zajmuje się
ich naprawą. Podczas ruchu w dół w warstwie łącza danych zachodzi enkapsulacja pakietów z warstwy sieciowej
tak, aby uzyskać ramki zgodne ze standardem. Czasami
są one oznaczane jako LPDU (ang. data Link Protocol
Data Unit).
Ramka danych przeważnie składa się z:
• ID odbiorcy – najczęściej adres MAC stacji docelowej lub bramy domyślnej,
• elektrycznego,
• funkcjonalnego,
• proceduralnego.
Wspólnie obejmują one wszystkie mechanizmy potrzebne do obsługi transmisji danych, takie jak techniki sygnalizacyjne, napięcie elektryczne powodujące przepływ
prądu elektrycznego przenoszącego sygnał, rodzaje nośników i odpowiadające im właściwości impedancji,
elektroniczne składniki kart sieciowych, a nawet fizyczny
kształt złącza używanego do terminacji nośnika. Specyficznymi przykładami mechanizmów, które potrzebne są
do obsługi przesyłania danych, lecz które nie należą do
zakresu warstwy fizycznej, są:
• nośniki fizyczne,
• koncentratory.
• ID nadawcy – najczęściej adres MAC stacji źródłowej,
Warstwa fizyczna przesyła i odbiera sygnały zaadresowane dla wszystkich protokołów jej stosu oraz aplikacji,
• informacja sterująca – zawiera dane o typie ramki, które je wykorzystują. Musi ona więc wykonywać kilka
trasowaniu, segmentacji itp.,
istotnych funkcji – w szczególności:
• CRC (ang. Cyclic Redundancy Check) – kod kontro- Aby móc nadawać dane, musi ona:
li cyklicznej – odpowiada za korekcję błędów i weryfikację poprawności danych otrzymywanych przez
• zamieniać dane znajdujące się w ramkach na strustację docelową.
mienie binarne,
Warstwa łącza danych dzieli się na dwie podwarstwy:
• wykonywać taką metodę dostępu do nośnika, jakiej
żąda warstwa łącza danych,
• przesyłać ramki danych szeregowo (czyli bit po bi• LLC (ang. logical link control) – sterowania łączem
cie) w postaci strumieni binarnych.
danych – kontroluje poprawność transmisji i współpracuje przede wszystkim z warstwą sieciową w obsłudze usług połączeniowych i bezpołączeniowych. W celu odbierania danych konieczne jest natomiast:
• MAC (ang. media access control) – sterowania dostępem do nośnika – zapewnia dostęp do nośnika
sieci lokalnej i współpracuje przede wszystkim z
warstwą fizyczną.
• oczekiwanie na transmisje przychodzące do urządzenia hosta i do niego zaadresowane,
Urządzenia działające w tej warstwie to: most i
przełącznik.
• przesyłanie binarnych strumieni do warstwy danych
w celu złożenia ich z powrotem w ramki.
• odbiór odpowiednio zaadresowanych strumieni,
4
8
Lista ta, jak widać, nie obejmuje żadnych sposobów weryfikowania integralności danych. Warstwa fizyczna nie
posiada bowiem mechanizmu służącego rozpoznawaniu
znaczenia wysyłanych, jak też otrzymywanych danych.
Służy wyłącznie przesyłaniu logicznych zer i jedynek.
8 Linki zewnętrzne
Warstwa fizyczna, w postaci określonej przez Model Referencyjny OSI, składa się ze wszystkich procesów, mechanizmów, elektroniki oraz protokołów, które potrzebne są urządzeniu obliczającemu w celu wysłania i odbierania binarnych strumieni danych. W specyfikacji warstwy fizycznej technologii LAN zamieszczone są oczekiwania odnośnie wydajności nośnika łączącego komunikujące się ze sobą urządzenia. Model jednak nie określa
samego rodzaju nośnika.
• Zalecenia ITU-T serii X
5
Praktyczne znaczenie Modelu
OSI
W praktyce Model OSI został częściowo zmodyfikowany. Najczęstszą zmianą było połączenie warstwy fizycznej
oraz łącza danych w jedną. Wynikało to z praktycznych
cech tych warstw, które powodowały, że nie dało się odseparować ich pracy od siebie. Nie należy mylić Modelu
OSI-RM z TCP/IP. Mimo pewnego podobieństwa, oba
te modele nie są w pełni zgodne.
Pakiety przechodząc przez różne urządzenia sieciowe dochodzą do różnych warstw modelu OSI. Zasięg pakietu w
urządzeniu przedstawia rysunek:
Zasięg pakietu w urządzeniu
6
Porównanie warstw modelu OSI
i modelu TCP/IP
7
Bibliografia
• Parker T: TCP/IP. Helion, 1997. ISBN 83-8671855-2.
• Andrew Stuart Tanenbaum: Sieci komputerowe. Helion, 2004. ISBN 83-7361-557-1.
• Brian Komar: Administracja sieci TCP/IP dla każdego. Helion, 2000. ISBN 83-7197-189-3.
LINKI ZEWNĘTRZNE
• ISO standard 7498-1:1994 Information technology
– Open Systems Interconnection – Basic Reference
Model: The Basic Model
5
9
Text and image sources, contributors, and licenses
9.1
Text
• Model OSI Source: http://pl.wikipedia.org/wiki/Model%20OSI?oldid=40782222 Contributors: Topory, Jersz, Bercik, Filemon, Stok, Superborsuk, Tawbot, Vindicator, Robbot, Tsca, Wp, Selena von Eichendorf, Kimbar, LukKot, Kocio, ManiAkF, Zero, Tsca.bot, Tomekpe,
Roo72, Chrumps, Edk, Szumyk, Pimke, P, Eskim, Derbeth, Zolv, Box-mn, Fifrak, Palladinus, Visor, Ilario, Usher, Krzysiu, Maire, Zielony00, Marcin Robert, Bimbelt, Stepa, Astromp, Wiktoryn, Chobot, Leafnode, FlaBot, Argothiel, YurikBot, PawełMM, Bastian, The
boss, Dij Schdzjarvk, Masur, Kaszkawal, Tilia, ToAr, ChP94, NowotnyPL, Akira, Zaphod, Michał Sobkowski, DingirXul, Teceha, Radek68, T ziel, Camelek, Łukasz0584, Wpedzich, C41n, Konradek, Lolek01, Escarbot, Lampak, Farary, JAnDbot, Grotesque, Birczanin,
Gytha, CommonsDelinker, ToSter, Beau, Bugbot, Wiher, Piotrusgit, Masti, Ciacho5, Mpfiz, Qu3a, Kurt Vonnegut, Holek.Bot, Heathenreel,
Anpe2007, Jotempe, Fraximus, Michalgarbowski, Barthos, A.bot, Bukaj, Mateusz Gruca, Włodzimierz Wysocki, AlleborgoBot, SieBot,
Viatoro, Pitak, RedRad, MastiBot, Ignasiak, Przemo86, Szymon Żywicki, Hulek, DragonBot, Louve, LA2-bot, Swier, Zibi21, Alexbot,
ClueBot, Grimsson, Wojnarowski.michal, Dzid, Lmbanach, Snoflaxe, Muro Bot, HerculeBot, Pawmak, Ptbotgourou, Lord Ag.Ent, Nallimbot, Magalia, AlohaBOT, MAx 92, Cojan, Tufor, Xqbot, Cynko, Vladek7, Milek80, ToBot, Lahcim nitup, Mariusz76, RibotBOT,
TobeBot, Dinamik-bot, Gww, Marcin Łukasz Kiejzik, Abronikowski, GrouchoBot, EmausBot, Szymon9, Alan ffm, ZéroBot, Eluveitie,
ChuispastonBot, Robsuper, Doctore, MerlIwBot, DrVampir, Einsbor, Dexbot, Jdx, Pnapora, Emptywords, Addbot, Tomeklama oraz Anonymous: 230
9.2
Images
• Plik:Information_icon.svg Source: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/Information_icon.svg License: Public domain
Contributors: en:Image:Information icon.svg Original artist: El T
• Plik:Kapsułkowanie_danych_wg_modelu_odniesienia_OSI.svg Source: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/
Kapsu%C5%82kowanie_danych_wg_modelu_odniesienia_OSI.svg License: GFDL Contributors: Praca własna Original artist: ToAr
• Plik:UrzadzeniaWojnar.png Source: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0f/UrzadzeniaWojnar.png License: Public domain Contributors: Praca własna Original artist: Wojnarowski.michal
9.3
Content license
• Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0