Rozdział 2. Model OSI
Po ukończeniu tego rozdziału będziesz rozumiał następujące zagadnienia:
•
powłoki w ogólnym modelu komunikacji;
•
model OSI;
•
jak model OSI wypada w porównaniu z modelem TCP/IP.
Wprowadzenie
Podczas ostatnich dwóch dziesięcioleci miał miejsce olbrzymi wzrost liczby i wielkości
sieci. Jednakże, wiele sieci było tworzonych przy użyciu różnych implementacji sprzętu i
oprogramowania. W rezultacie, wiele sieci było niekompatybilnych i powstały trudności
dla sieci, używających różnych specyfikacji, w komunikowaniu się ze sobą. Aby zająć się
tym problemem Międzynarodowa Organizacja Standaryzacji (ISO) przebadała wiele
planów sieci. ISO dostrzegła potrzebę stworzenia modelu, który pomógłby tworzącym
sieć wdrożyć sieci, które mogłyby pracować i komunikować się ze sobą (ang.
interoperability – zdolność do wzajemnej komunikacji i współpracy) i dlatego w 1984 r.
wydano referencyjny model ISO.
Ten rozdział wyjaśnia jak standardy zapewniają większą kompatybilność i współpracę
pomiędzy różnego typu technikami sieciowymi. W tym rozdziale, będziesz się uczył jak
zaaprobowany przez ISO model planu sieci wspiera standardy sieciowe. Dodatkowo
zobaczysz jak informacje lub dane pokonują drogę od programów aplikacyjnych (takich
jak arkusze kalkulacyjne) przez środek przekazu (medium transmisyjne) sieci (np. kabel)
do innych aplikacji zlokalizowanych w innym komputerze, w danej sieci. Podczas pracy z
tym rozdziałem poznasz podstawowe funkcje występujące w każdej warstwie modelu
OSI. Funkcje te będą służyć jako podstawa gdy zaczniesz budować, projektować i
rozwiązywać problemy z związane z sieciami.
2.1 Ogólny Model Komunikacji
2.1.1
Użycie warstw w analizie problemów z przepływem
materiałów.
Koncept warstw pomoże ci zrozumieć działania występujące podczas komunikacji jednego
komputera z innym. Pokazane na rysunku 1 kwestie dotyczą przemieszczania fizycznych
obiektów takich jak elektroniczne dane lub ruch na autostradzie. Ten ruch obiektów,
obojętnie czy jest logiczny czy fizyczny, jest nazywany przepływem. Jest wiele warstw
które pomagają opisać szczegóły procesu przepływu. Innymi przykładami systemów
które działają na zasadzie przepływu są: publiczne wodociągi, system autostrad, system
pocztowy i telefoniczny.
Obejrzyj rysunek 2: listę porównywalnych sieci. Jaką sieć oglądasz? Co przepływa? Jak
różne są postaci obiektów które przepływają ? Jakie są zasady przepływu ? Gdzie
występuje przepływ ? Sieci wyliczone w tej liście dadzą ci analogie sieci komputerowych
co pomoże ci je zrozumieć.
Innym przykładem użycia koncepcji warstw w analizie codziennych tematów jest
obserwacja ludzkiej rozmowy. Kiedy chcesz przekazać jakąś ideę innej osobie pierwszą
rzeczą którą robisz jest wybranie sposobu wyrazu, później decydujesz jak ją odpowiednio
przekazać, i w końcu przekazujesz ją.
Wyobraź sobie jakiegoś chłopca, który siedzi na końcu bardzo długiego stołu. Na drugim
końcu tego stołu (całkiem daleko) siedzi jego babcia. Młodzieniec mówi po angielsku.
Babcia woli mówienie po hiszpańsku. Stół jest zastawiony wspaniałymi daniami
przyrządzonymi przez babcię. Nagle młodzieniec krzyczy z całych sił „Hej! Podaj mi ryż.”
I sięga przez stół aby go chwycić. W większości przypadków to zachowanie określono by
jako niegrzeczne. Co powinien zrobić ten chłopiec aby przekazać swoją prośbę w bardziej
akceptowalny sposób?
Aby pomóc ci w znalezieniu odpowiedzi na to pytanie, przeanalizujemy proces
komunikacji używając warstw. Najpierw jest pomysł – chłopiec chce ryż; potem jest
przedstawienie pomysłu – mówienie po angielsku (zamiast po hiszpańsku); następna jest
metoda przekazu – „Hej! Podaj mi ryż.”; na końcu środek przekazu – krzyczenie (dźwięk)
i sięgnięcie (fizyczna akcja) przez stół po ryż.
Możesz zauważyć że grupy czterech warstw, trzy uniemożliwiają chłopcu przekazanie
swojej idei w odpowiedni/akceptowalny sposób. Pierwsza warstwa (idea) jest do
zaakceptowania. Druga (przedstawienie) używając angielskiego zamiast hiszpańskiego, i
trzecia (przekaz) domaganie się zamiast uprzejmej prośby, definitywnie nie przestrzegają
zaakceptowanych reguł towarzyskich. Czwarta warstwa (środek przekazu), krzyczenie i
chwytanie ze stołu bardziej niż uprzejma prośba o pomoc innej osoby siedzącej w
pobliżu, nie jest, w większości towarzyskich sytuacji, akceptowalnym zachowaniem.
Poprzez analizę tej interakcji w kategoriach warstw możesz łatwiej zrozumieć niektóre
problemy porozumiewania się ludzi oraz komputerów i możesz łatwiej zrozumieć jak te
problemy rozwiązywać.
2.1.2
Źródło, cel, i pakiety danych
Jak się dowiedziałeś w rozdziale pierwszym, najbardziej podstawowy poziom
komputerowych informacji składa się z cyfr binarnych, inaczej bitów bity (zer i jedynek).
Komputery wysyłające jeden lub dwa bity informacji nie byłyby jednak zbyt użyteczne,
więc inne pogrupowania – bajty, kilobajty, megabajty i gigabajty – są konieczne. Żeby
komputery przesyłały informacje w sieci, wszystkie wiadomości w sieci biorą swój
początek w źródle i podróżują do celu swojego przeznaczenia.
Jak jest to zilustrowane na rysunku. Informacja która podróżuje w sieci nazywa na jest
danymi, pakietami lub pakietami danych. Pakiet danych jest logicznie pogrupowaną
jednostką informacji która porusza się pomiędzy systemami komputerowymi. Zawiera
ona informację o źródle danych wraz z innymi elementami które są potrzebne do
umożliwienia pewnej komunikacji z urządzeniem docelowym. Adres źródłowy w pakiecie
precyzuje tożsamość komputera który wysyła pakiet. Adres celu precyzuje tożsamość
komputera który ostatecznie odbiera pakiet.
2.1.3 Media
transmisyjne
Podczas twojej nauki o sieciach, będziesz słyszał nawiązanie do określenia medium
transmisyjne. W nauce o sieciach, medium transmisyjne jest to materiał, przez który
przemieszczają się pakiety danych. Może to być jeden z następujących materiałów:
•
druty telefoniczne;
•
skrętka nieekranowana kategorii piątej (używana w 10BASE-T Ethernet);
•
kable koncentryczne (używane jako kabel TV);
•
światłowody.
Są jeszcze dwa typy środków przekazu które są mniej oczywiste, ale pomimo to powinny
być brane pod uwagę w komunikacji sieciowej. Pierwszym jest atmosfera (głównie tlen,
azot i woda) które przenosi fale radiowe, mikrofale i światło.
Komunikacja bez jakiegokolwiek typu przewodu lub kabla nazywana jest bezprzewodową
(ang. wireless) lub inaczej przestrzenną (ang. free-space), Jest to możliwe przy użyciu fal
elektromagnetycznych (EM). Do fal elektromagnetycznych, które w próżni
przemieszczają się z prędkością światła, zaliczamy fale energetyczne, fale radiowe,
mikrofale,
światło podczerwone, widzialne, ultrafioletowe, promieniowanie
rentgenowskie (X-Rays) i promienie gamma. Fale elektromagnetyczne podróżują przez
atmosferę, a także przez próżnię przestrzeni kosmicznej (gdzie praktycznie nie ma
materii).
2.1.4 Protokół
Żeby pakiety danych podróżowały od źródła do celu w sieci, ważne jest aby wszystkie
urządzenia w sieci mówiły jednym językiem, czyli protokołem. Protokół jest to zbiór reguł
które czynią komunikację w sieci sprawniejszą. Oto kilka pospolitych przykładów:
•
W kongresie pewne zasady kolejności przemawiania, pozwala setkom deputowanych,
którzy chcą przemawiać, aby przekazali swoje idee w uporządkowany sposób.
•
Podczas jazdy samochodem, inne samochody powinny sygnalizować kiedy chcą
skręcić; jeżeli by tego nie robiły na drogach byłby chaos.
•
Podczas lotu samolotem pilot przestrzega wielu specyficznych zasad porozumiewania
się z innymi samolotami i kontrolą lotów.
•
Kiedy odbieramy telefon, ktoś mówi „Halo”, wtedy osoba dzwoniąca mówi „Halo. Mówi
...”; i tak w tą i z powrotem.
Jedną z technicznych definicji protokołu przesyłania danych jest: zbiór zasad, lub
porozumienie, które określa format i transmisję danych. Warstwa n na jednym
komputerze komunikuje się z warstwą n innego komputera. Reguły i konwencje
używane podczas tej komunikacji są znane pod wspólną nazwą Warstwa n protokołu.
Dlaczego Warstwowy Model Sieci?
Warstwa:
7. Aplikacji
6. Prezentacji
5. Sesji
4. Transportu
3. Sieci
2. Łącza danych
1. Fizyczna
•
Ogranicza złożoność
•
Ujednolica interfejs
•
Ułatwia budowę modularną
•
Zapewnia kompatybilność technologii
•
Przyśpiesza ewolucję
•
Ułatwia nauczanie i uczenie się
2.2 Referencyjny model OSI
2.2.1 Celowość modelu referencyjnego OSI
Referencyjny model OSI jest głównym modelem komunikacji sieciowej. Chociaż istnieją
jeszcze inne modele, większość sprzedawców sieci wiąże swoja produkty z referencyjnym
modelem OSI, szczególnie gdy chcą szkolić użytkowników w zakresie używania ich
produktów. Uważają go za najlepsze dostępne narzędzie do nauki ludzi o wysyłaniu i
odbieraniu danych w sieci.
Referencyjny model OSI pozwala na podgląd funkcji które występują w każdej warstwie.
Co ważniejsze referencyjny model OSI jest strukturą, którą możesz użyć aby zrozumieć
jak informacje przemieszczają się poprzez sieć. Dodatkowo, możesz użyć referencyjnego
modelu OSI aby pokazać jak informacja lub pakiet danych przemieszcza się od programu
aplikacyjnego (np. arkusze kalkulacyjne, dokumenty, itp.) przez medium transmisyjne
sieci (np. kable, itp.) do innych programów aplikacyjnych które są zlokalizowane w
innych komputerach należących do sieci, nawet jeżeli nadawca i odbiorca posiadają różne
typy sieci.
W referencyjnym modelu OSI, znajduje się siedem ponumerowanych warstw, każda z
nich ilustruje szczególną funkcję sieciową. Ta separacja funkcji sieciowych nazywana jest
warstwowaniem (layering). Podzielenie sieci na te siedem warstw dostarcza
następujących korzyści:
•
Dzieli komunikację sieciową na mniejsze, prostsze części, co czyni ją łatwiejszą do
zrozumienia.
•
Ujednolica komponenty sieciowe umożliwiając wielu producentom ich rozwój i
wspieranie.
•
Umożliwia różnym typom sprzętu i oprogramowania komunikowanie się ze sobą.
•
Uniemożliwia aby zmiany w jednej warstwie wpływały na inne warstwy, co wpływa na
ich szybszy rozwój.
2.2.2
Nazwy warstw w modelu OSI
7. Aplikacji
6. Prezentacji
5. Sesji
4. Transportu
3. Sieci
2. Łącza danych
1. Fizyczna
Procesy sieciowe do aplikacji
Reprezentacja danych
Komunikacja między węzłami sieci (hosts)
Połączenia końcowych węzłów (end-to-end)
Adresowanie i najlepsza ścieżka
Dostęp do mediów transmisyjnych
Transmisja binarna (kable, wtyczki,
napięcia, prędkości danych)
2.2.3 Funkcje
każdej z warstw
Każda indywidualna warstwa OSI posiada zestaw funkcji które musi wykonywać aby
pakiety danych w sieci podróżowały od źródła do celu. Poniżej znajduje się krótki opis
każdej z warstw modelu OSI które pokazano na rysunku.
Warstwa 7: Warstwa aplikacji
Warstwa aplikacyjna jest warstwą modelu OSI najbliższą użytkownikowi; dostarcza usługi
sieciowe aplikacjom użytkownika. Różni się od innych warstw tym, że nie dostarcza usług
żadnym innym warstwom modelu OSI, a raczej tylko aplikacjom z poza modelu OSI.
Przykładami takich aplikacji są arkusze kalkulacyjne, edytory tekstu i programy terminala
bankowego. Warstwa aplikacji ustala dostępność zamierzonych partnerów komunikacji,
synchronizuje i ustala porozumienie co do procedur korekcji błędów i kontroli
integralności danych. Jeżeli chcesz zapamiętać warstwę 7 w paru słowach, pomyśl o
przeglądarkach.
Warstwa 6: Warstwa prezentacji
Warstwa prezentacji zapewnia, że informacja wysłana przez warstwę aplikacji jest
czytelna dla warstwy aplikacji innego systemu. Jeśli jest to konieczne, warstwa
prezentacji tłumaczy pomiędzy wielorakimi formatami danych poprzez użycie wspólnego
formatu. Jeżeli chcesz zapamiętać co kryje się pod pojęciem warstwy 6, pomyśl o
wspólnym formacie danych.
Warstwa 5: Warstwa sesji
Jak sugeruje jej nazwa, warstwa sesji zakłada, zarządza, i zakańcza sesje pomiędzy
dwoma komunikującymi się komputerami w sieci (hosts). Warstwa sesji dostarcza swoich
usług warstwie prezentacji. Synchronizuje także dialog pomiędzy warstwami prezentacji
dwóch węzłów i zarządza ich wymianą danych. Oprócz kontroli sesji, warstwa sesji
oferuje zabezpieczenie efektywnego transferu danych, klas usług i zgłaszanie
wyjątkowych problemów warstwy sesji, warstwy prezentacji, i warstwy aplikacji. Jeżeli
chcesz zapamiętać warstwę 5 poprzez jak najmniejszą liczbę słów, pomyśl o dialogach i
rozmowach.
Warstwa 4: Warstwa transportu
Warstwa transportu dzieli dane wysyłane przez system komputera (hosta) sieciowego
wysyłającego je i ponownie składa je w strumienie danych w systemie hosta
odbierającego. Granica pomiędzy warstwą sesji a warstwą transportu może być
rozumiana jako granica pomiędzy protokołami warstw mediów transmisyjnych, a
protokołami warstwy hosta. Podczas gdy warstwy aplikacji, prezentacji i sesji zajmują się
kwestiami aplikacji, niższe trzy warstwy zajmują się kwestiami transportu danych.
Warstwa transportowa próbuje zapewnić usługę transportu danych, która to usługa
osłania trzy górne warstwy przed szczegółami przeprowadzania transportu. Szczególnie
kwestie takie, jak niezawodne transportowanie danych pomiędzy dwoma hostami,
dotyczy warstwy transportowej. W dostarczaniu usług komunikacyjnych, warstwa
transportowa nawiązuje, zarządza i odpowiednio zakańcza wirtualne obwody. Aby
dostarczyć niezawodnych usług używane są systemy wykrywania i usuwania błędów
transportowych oraz kontroli przepływu informacji. Jeżeli chcesz zapamiętać warstwę 4
poprzez jak najmniejszą ilość słów, pomyśl o jakości usług i niezawodności.
Warstwa 3: Warstwa sieci
Warstwa sieciowa jest warstwą kompleksową która zapewnia połączenie i wybór ścieżki
transportu pomiędzy dwoma systemami hostów, które mogą być zlokalizowane w
geograficznie oddzielonych sieciach. Jeżeli chcesz zapamiętać warstwę 3 poprzez jak
najmniejszą ilość słów, pomyśl o wyborze ścieżki, przełączaniu (routing) i adresowaniu.
Warstwa 2: Warstwa łącza danych
Warstwa łącza danych zapewnia niezawodny transfer danych poprzez fizyczne łącze.
Robiąc to, warstwa łącza danych jest zaangażowana w fizyczne (a nie logiczne)
adresowanie, topologie sieci, dostęp do sieci, zawiadomienie o błędach, uporządkowane
dostarczenie ramek i kontrolę przepływu danych. Jeżeli chcesz zapamiętać warstwę 2
poprzez jak najmniejszą liczbę słów, pomyśl o ramkach i kontroli dostępu do mediów
transmisyjnych.
Warstwa 1: Warstwa fizyczna
Warstwa fizyczna określa elektryczne, mechaniczne, formalne i funkcjonalne wymogi
aktywacji, utrzymywania, i deaktywacji fizycznego połączenia pomiędzy końcowymi
systemami. Takie cechy jak: poziom napięcia, przedział zmian napięcia, fizyczna
prędkość przesyłu, maksymalne odległości przy transmisji, fizyczne łączniki, i inne
podobne atrybuty są definiowane przez specyfikacje warstwy fizycznej. Jeżeli chcesz
zapamiętać warstwę 1 poprzez jak najmniejszą liczbę słów, pomyśl o sygnałach i mediach
transmisyjnych.
2.2.4
Obudowanie danych (encapsulation)
Wiesz że wszystkie wiadomości w sieci pochodzą od źródła i są wysyłane do miejsca
przeznaczenia, i że informacja która jest wysyłana w sieci jest nazywana danymi, lub
pakietami danych. Jeżeli jeden komputer (host A) chce wysłać dane do innego komputera
(host B), dane muszą być najpierw spakowane przez proces nazywany obudowaniem
(encapsulation).
Obudowanie pakuje dane z potrzebnymi informacjami o protokołach przed ich
transportem sieciowym. Dlatego też, podczas gdy pakiet danych przemieszcza się
poprzez warstwy modelu OSI, otrzymuje nagłówki (headers), „ogonki” (trailers), i inne
informacje. (Słowo „nagłówek” oznacza że została dodana informacja o adresie).
Aby wyjaśnić jak przebiega obudowanie, przeanalizujmy sposób w jaki dane podróżują
poprzez warstwy, jak jest to zilustrowane na rysunku. Zaraz po tym, jak informacja
zostanie wysłana ze źródła, co przedstawia ilustracja, podróżuje ona przez warstwę
aplikacji w dół, poprzez inne warstwy. Jak widać pakowanie danych i ich przepływ,
podlegają zmianom gdy sieć wykonuje swoje usługi dla końcowego użytkownika. Jak jest
to zilustrowane na rysunkach, sieci muszą wykonywać następujące kroki konwersji żeby
obudować dane:
Rys.1
1. Budowa danych
Gdy użytkownik wysyła wiadomość e-mail, jej alfanumeryczne znaki są konwertowane na
dane, które mogą podróżować poprzez sieć zewnętrzną (internetwork).
2. Pakowanie danych do transportu od końca do końca
Dane są pakowane do transportu w sieci zewnętrznej. Poprzez użycie segmentów,
funkcja transportowa zapewnia, że wiadomości hostów na obu końcach systemu e-
mailowego będą niezawodnie przekazane.
3. Dołączanie adresu sieciowego do nagłówka (header)
Dane są zebrane w pakiety, inaczej datagramy, które zawierają nagłówek sieciowy ze
źródła i logiczny adres miejsca przeznaczenia. Adresy te pomagają urządzeniom
sieciowym wysyłać pakiety poprzez sieć, wzdłuż wybranej ścieżki.
Rys. 2
4. Dodanie lokalnego adresu sieciowego do nagłówka łącza danych
Każde urządzenie sieciowe musi umieszczać pakiety w ramkach. Ramka umożliwia
połączenie z następnym bezpośrednio połączonym urządzeniem sieciowym w łączu.
Każde urządzenie na wybranej ścieżce sieciowej potrzebuje takiego „oprawiania w ramki”
aby połączyć się z następnym urządzeniem.
5. Konwersja na bity do transmisji
Ramka musi być skonwertowana do ciągu zer i jedynek (bitów) aby mogła być przesłana
poprzez medium (zazwyczaj przewód). Funkcja zegarowa umożliwia urządzeniom
rozpoznawanie tych bitów, gdy podróżują one poprzez medium. Medium transmisyjne w
faktycznej sieci może się różnić na poszczególnych odcinkach sieci. Na przykład
wiadomość sieciowa może powstawać w sieci LAN, pokonywać szkielet sieciowy
miasteczka studenckiego i wychodzić poprzez łącze sieci WAN dopóki nie znajdzie
swojego celu w innej odległej sieci LAN. Nagłówki (headers) i ogonki (trailers) są
dodawane gdy dane poruszają się poprzez warstwy modelu OSI.
2.2.5
Nazwy danych w każdej warstwie modelu OSI
Aby pakiety danych podróżowały od źródła do celu przeznaczenia, każda warstwa modelu
OSI u źródła musi komunikować się z jej odpowiadającą warstwą w miejscu
przeznaczenia. Ta forma komunikacji jest nazywana komunikacją jeden do jednego
(peer-to-peer). Podczas tego procesu, każdy protokół warstwy wymienia informacje,
nazywane jednostkami danych protokołu (PDU – protocol data unit), pomiędzy
odpowiednimi warstwami. Każda warstwa komunikacji na komputerze źródłowym,
komunikuje się ze specyficznym PDU warstwy, i z warstwą jej równą w komputerze
docelowym.
Pakiety danych sieciowych powstają u źródła i później podróżują do celu. Każda warstwa
zależy od funkcji usługowej warstwy OSI położonej poniżej jej. Aby dostarczyć tę usługę,
niższa warstwa używa obudowania aby umieścić PDU z górnej warstwy w swoim polu
danych; potem dodaje jakikolwiek nagłówek i ogonek który warstwa potrzebuje aby
wykonywać swoje funkcje. Następnie, gdy dane poruszają się w dół poprzez warstwy
modelu OSI, dodatkowe nagłówki i ogonki są dodawane. Po tym jak warstwy 7, 6 i 5
dodadzą swoje informacje, warstwa 4 dodaje więcej informacji. To grupowanie danych,
warstwy 4 PDU, jest nazwane segmentem.
Przykładowo warstwa sieciowa dostarcza usługę warstwie transportowej, a warstwa
transportowa prezentuje dane do podsystemu sieci. Warstwa sieciowa ma za zadanie
przemieścić dane poprzez sieć. Zakończy swoje zadanie przez obudowanie danych i
dodanie nagłówka, tworząc pakiet (PDU warstwy 3). Nagłówek zawiera informacje
potrzebne aby zakończyć transfer, takie jak adresy logiczne źródła i celu.
Warstwa łącza danych dostarcza usług warstwie sieciowej. Obudowuje informacje
warstwy sieciowej w ramki (PDU warstwy 2); nagłówek ramki zawiera informacje
(fizyczny adres) potrzebne do zakończenia funkcji łącza danych. Warstwa łącza danych
dostarcza usług warstwie sieciowej przez obudowanie informacji warstwy sieciowej w
ramkę.
Warstwa fizyczna także dostarcza usługę warstwie łącza danych. Warstwa fizyczna
koduje ramkę łącza danych na wzór zer i jedynek (bity) aby przesłać je poprzez środki
transportu (zazwyczaj przewody) do warstwy 1.
2.3 Porównanie modelu OSI z modelem TCP/IP
2.3.1
Referencyjny Model TCP/IP
Chociaż model referencyjny OSI jest powszechnie rozpoznawany, to historycznie i
technicznie otwartym standardem Internetu jest Transmission Control Protocol/Internet
Protocol (TCP/IP). Referencyjny model TCP/IP i stos protokołu TCP/IP umożliwiają przesył
danych pomiędzy dowolnymi dwoma komputerami, w dowolnym miejscu na świecie,
prawie z prędkością światła. Model TCP/IP posiada historyczne znaczenie, jako standard
który pozwolił telefonicznemu, elektrycznemu, kolejowemu, telewizyjnemu, i
wideofonicznemu przemysłowi kwitnąć.
2.3.2
Warstwy referencyjnego modelu TCP/IP
Departament Obrony Stanów Zjednoczonych (U.S Department of Defense – DoD)
stworzył referencyjny model TCP/IP ponieważ poszukiwał sieci, która mogłaby przetrwać
każde warunki, nawet wojnę nuklearną. Aby zilustrować to lepiej, wyobraź sobie świat
podczas wojny, poprzecinany przez różnego rodzaju połączenia – kable, mikrofale,
światłowody i łącza satelitarne. Teraz wyobraź sobie, że potrzebujesz aby
informacje/dane (w formie pakietów) przepływały, bez względu na stan jakiegoś
szczególnego węzła lub podsieci w ramach sieci (która w tym wypadku może być
zniszczona prze działania wojenne). Departament chciał aby jego pakiety dotarły do
adresata zawsze, niezależnie od okoliczności, z dowolnego miejsca do innego miejsca. To
był bardzo trudny problem projektowy który stał się przyczyną stworzenia modelu
TCP/IP, który od tego czasu stał się standardem na dzięki któremu rozwinął się Internet.
Gdy czytasz o modelu TCP/IP pamiętaj oryginalną intencję Internetu; to pomoże
zrozumieć ci dlaczego pewne rzeczy są takie jakie są. Model TCP/IP posiada 4 warstwy:
warstwę aplikacji, transportu, internetu, i sieci. Ważne jest aby zauważyć, że część z
warstw w modelu TCP/IP posiada taką samą nazwę jak warstwy w modelu OSI. Nie myl
warstw tych dwóch modeli, ponieważ warstwa aplikacyjna posiada inne funkcje w
każdym z tych modeli.
Warstwa aplikacji
Projektanci TCP/IP uważali, że protokoły wyższych poziomów powinny zawierać szczegóły
warstw sesji i prezentacji. Po prostu stworzyli oni warstwę aplikacyjną która radzi sobie z
protokołami wyższego poziomu, sprawami takimi jak reprezentacja, dekodowanie, i
kontrola dialogu. TCP/IP łączy wszystkie kwestie związane z aplikacjami w jednej
warstwie, i zakłada że dane są poprawnie spakowane dla kolejnej warstwy.
Warstwa transportowa
Warstwa transportowa zajmuje się jakością usług w zakresie niezawodności, kontroli
przepływu i korekcji błędów. Jeden z protokołów, protokół kontroli transmisji
(transmission control protocol – TCP), zapewnia doskonałe i elastyczne sposoby na
stworzenie niezawodnej komunikacji sieciowej. TCP jest protokołem zorientowanym na
połączenie. Prowadzi dialog pomiędzy źródłem a celem w czasie gdy pakuje informacje
warstwy aplikacyjnej w jednostki zwane segmentami. Zorientowanie na połączenie nie
oznacza, że istnieje obwód pomiędzy komunikującymi się komputerami (to byłaby
komutacja obwodów – circuit switching). Oznacza to natomiast, że segmenty 4 warstwy
podróżują w tą i z powrotem pomiędzy dwoma hostami aby potwierdzać logiczne
istnienie połączenia przez pewien okres. Jest to znane jako komutacja pakietów (packet
switching).
Warstwa internetowa
Zadaniem warstwy internetowej jest wysyłanie pakietów źródłowych z dowolnej sieci w
sieci rozległej (internetwork) i dostarczenie ich do celu niezależnie od ścieżki i sieci które
te pakiety muszą pokonać aby się tam dostać. Specyficzny protokół który rządzi tą
warstwą nazywany jest protokołem internetowym (IP). Określenie najlepszej ścieżki oraz
komutacja pakietów występują w tej właśnie warstwie. Myśl o nim w kategoriach
systemu pocztowego. Kiedy wysyłasz list, nie wiesz kiedy i w jaki sposób dotrze do celu
(jest wiele różnych możliwych tras), ale obchodzi cię czy dotrze.
Warstwa dostępu sieciowego
Nazwa tego poziomu jest bardzo ogólna i w pewnym stopniu zagmatwana. Jest także
nazywana warstwą host do sieci (host-to-network). Jest warstwą zajmującą się
wszystkimi kwestiami, których pakiet IP potrzebuje aby utworzyć łącze fizyczne, i potem
utworzyć kolejne łącze fizyczne. Obejmuje to szczegóły techniki sieci LAN i WAN, oraz
wszystkie szczegóły warstw fizycznej i łącz danych OSI.
2.3.3 Wykres
protokołu TCP/IP
Diagram pokazany na rysunku jest nazywany wykresem protokołu. Ilustruje kilka
powszechnych protokołów wyszczególnionych przez referencyjny model TCP/IP. W
warstwie aplikacyjnej zauważysz różne zadania sieciowe których możesz nie
rozpoznawać, ale jako użytkownik Inernetu prawdopodobnie używasz ich każdego dnia.
Przeanalizujesz te wszystkie zadania podczas kursu. Aplikacje te zawierają następujące
protokoły:
•
FTP –File Transport Protocol (Protokół transportu plików)
•
HTTP- Hypertext Transfer Protocol (protokół transferu tekstu)
•
SMTP- simple mail Transport protocol (prosty protokół transportu poczty)
•
DNS- Domain Name Service (serwis nazw domenowych)
•
TFTP- Trivial File Transport Protocol (trywialny protokół transportu plików)
Model TCP/IP udostępnia twórcom oprogramowania maksymalną elastyczność w warstwie
aplikacyjnej. Warstwy transportowej dotyczą dwa protokoły: protokół kontroli transmisji
(TCP) i protokół datagramu użytkownika (UDP). Przeanalizujesz to szczegółowo później
podczas kursu CCNA. Najniższa warstwa odnosi się do szczegółów wykorzystanej
technologii sieci LAN lub WAN.
W modelu TCP/IP, bez względu na to która aplikacja wymaga usług sieciowych i bez
względu na to który protokół transportu jest używany, jest tylko jeden protokół sieciowy
– protokół internetowy, inaczej IP (internet protocol). Jest to zamierzona decyzja
projektowa. IP służy jako uniwersalny protokół który pozwala dowolnemu komputerowi,
gdziekolwiek się on nie znajduje, na komunikowanie się niezależnie od czasu.
2.3.4
Porównanie modelu OSI z modelem TCP/IP
Jeżeli porównasz model OSI z modelem TCP/IP, zauważysz że modele te posiadają
pewne podobieństwa i różnice. Przykłady:
Podobieństwa
•
Oba posiadają warstwy.
•
Oba posiadają warstwy aplikacji, chociaż zawierają one bardzo różne usługi.
•
Oba posiadają porównywalne warstwy transportu i sieci.
•
Użyta jest komutacja pakietów (nie komutcja obwodów).
•
Fachowcy sieciowi powinni znać oba modele.
Różnice
•
TCP/IP łączy kwestie warstwy prezentacji i sesji w warstwę aplikacji.
•
TCP/IP łączy warstwę łącza danych i fizyczną modelu OSI w jedną warstwę.
•
TCP/IP wydaje się prostszy ponieważ posiada mniej warstw.
•
Protokoły TCP/IP są standardami wokół których rozwija się internet, więc model
TCP/IP zyskuje wiarygodność z powodu swoich protokołów. Z kolei żadna sieć nie jest
budowana według specyficznego protokołu związanego z OSI, chociaż każdy używa
modelu OSI, aby zrozumieć ich działanie.
2.3.5 Wykorzystanie modelu OSI i modelu TCP/IP w programie
nauczania.
Mimo że protokoły TCP/IP są standardami dzięki którym internet się rozwija, ten program
nauki używa modelu OSI z następujących przyczyn:
•
Jest on światowym, ogólnym, niezależnym od protokołów standardem.
•
Posiada więcej szczegółów, które czynią go bardziej pomocnym w nauczaniu i uczeniu
się.
•
Posiada więcej szczegółów, które mogą być bardziej pomocne podczas rozwiązywania
problemów z siecią (troubleshooting).
Wielu fachowców sieciowych posiada różne opinie co do tego który model używać.
Powinieneś się zapoznać z oboma. Będziesz używał modelu OSI jako mikroskopu przez
który będziesz analizował sieć, ale będziesz również używał protokołów TCP/IP przez cały
czas programu nauki. Pamiętaj że jest różnica pomiędzy modelem (warstwy, interfejs, i
specyfikacje protokołu) i faktycznym protokołem który jest używany w sieci. Będziesz
używał Modelu OSI ale protokołów TCP/IP.
Skupisz się na TCP jako protokole warstwy 4 OSI, IP jako protokole warstwy 3 OSI, i
Ethernecie jako technice warstwy 2 i 1. Diagram 1 pokazuje, że później podczas kursu
przeanalizujesz szczegółowo jedno łącze danych i technikę warstwy fizycznej z wielu
możliwych do wyboru.
Podsumowanie
Ten rozdział rozpoczął się opisem tego jak używane są warstwy w ogólnych formach
komunikacji. Dowiedziałeś się, że dane podróżują od źródła do miejsca przeznaczenia
poprzez środki przekazu i że protokół jest formalnym opisem zbioru zasad i konwencji
które rządzą tym jak urządzenia sieciowe wymieniają między sobą informacje.
Śledząc dyskusję o warstwowej komunikacji, nauczyłeś się że:
•
Referencyjny model OSI jest opisowym schematem którego standardy zapewniają
większą kompatybilność i zgodność pomiędzy różnymi typami technik sieciowych.
•
Model referencyjny OSI organizuje funkcje sieci w siedem ponumerowanych warstw:
! Warstwa 7- Warstwa aplikacji
! Warstwa 6- Warstwa prezentacji
! Warstwa 5- Warstwa sesji
! Warstwa 4- Warstwa transportu
! Warstwa 3- Warstwa sieci
! Warstwa 2- Warstwa łącza danych
! Warstwa 1- Warstwa fizyczna
•
Obudowanie jest procesem w czasie którego dane są pakowane w szczególny
nagłówek (header) protokołu przed ich wysłaniem poprzez sieć.
•
Podczas komunikacji peer-to-peer (jeden do jednego), każdy protokół warstw
wymieniał informacje, nazywane jednostkami danych protokołu (PDU), pomiędzy
równymi sobie warstwami.
W ostatnim podrozdziale dowiedziałeś się o modelu TCP/IP i jego porównaniu z modelem
OSI. W kolejnych rozdziałach tego kursu, teraz gdy już zrozumiałeś podstawy modelu
OSI, zaczniesz głębiej przyglądać się każdej warstwie modelu OSI.