Model OSI
Wersja kursu do wydruku
Autorzy kursu
mgr inż. Sławomir Karmelita
E-mail: [e-mail]
mgr inż. Arkadiusz Majdański
E-mail: [e-mail]
OSI (Open System Interconnection) został opracowany w 1977 roku przez
Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (International Standard Organization).
Głównym celem stworzenia takiego modelu było umożliwienie współpracy urządzeń
pochodzących od innych producentów. Referencyjny model OSI stał się głównym
modelem komunikacji sieciowej i został podzielony na siedem warstw. Każda z warstwa
pełni inne funkcje sieciowe. Funkcje danej warstwy mogą być wykorzystywane przez
kilka różnych protokołów. Kolejne warstwy i odpowiadające im protokoły zawarte w
każdej z warstw komunikują się bezpośrednio z odpowiadającymi im warstwami w
oddalonym hoście. Dane od komputera nadającego przekazywane są od wierzchołka
stosu, kolejno przez wszystkie warstwy, aż do warstwy najniższej, której zadaniem jest
przesyłanie ich poprzez sieć do innego hosta. Na warstwach wyższych znajdują się
usługi świadczone bezpośrednio użytkownikowi przez aplikacje sieciowe, natomiast na
warstwie najniższej znajduje się sprzęt realizujący transmisję sygnałów niosących
informacje. Warstwowy model OSI jest strukturą pozwalającą zrozumieć jak informacje
przemieszczają się poprzez sieć. Podział sieci na warstwy dostarcza następujących
korzyści:
" pozwala różnym typom sprzętu i oprogramowania komunikowanie się ze sobą
" dzieli komunikację sieciową na mniejsze części, powodując łatwiejszą do
zrozumienia
" łatwiejsze projektowanie, rozwijanie obszaru wybranej funkcji warstwy może
rozwijać się szybciej
" ujednolica komponenty sieciowe umożliwiając wielu producentom ich rozwój i
wspieranie
Warstwa aplikacji
Rysunek 1: Warstwa aplikacji w modelu OSI
Warstwa aplikacji jest najwyższą warstwą modelu OSI, najbliższą użytkownikowi.
Warstwa aplikacji nie dostarcza usług żadnym innym warstwom modelu OSI jedynie
świadczy usługi końcowe dla aplikacji np.: udostępnianie zasobów (plików, drukarek),
arkusze kalkulacyjne, programy terminala bankowego. Pełni ona rolę interfejsu
pomiędzy aplikacjami użytkownika a usługami sieci. Warstwę tę można uważać za
inicjującą sesje komunikacyjne. Inne typowe usługi występujące w tej warstwie to:
- FTP (File Transfer Protocol) - międzysieciowa usługa transferu plików
- WWW (World Wide Web) - jest hipertekstowym, multimedialnym, wykorzystujący
mechanizmy TCP/IP systemem informacyjnym
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - mechanizm wymiany poczty w Internecie.
Warstwa prezentacji
Rysunek 2: Warstwa prezentacji w modelu OSI
Warstwa prezentacji - odpowiada za kontrolowanie sposobem kodowania wszystkich
danych, zapewnia, że informacja przesyłana przez warstwę aplikacji jest klarowna dla
warstwy aplikacji innego systemu. W razie konieczności, warstwa prezentacji ma za
zadanie tłumaczenie pomiędzy wielorakimi formatami danych używając wspólnego
formatu oraz odpowiednią składnię - umożliwia przekształcenie danych na postać
standardową, niezależną od aplikacji. Może rozwiązywać zagadnienia niezgodności
reprezentacji liczb, znaków końca wiersza, itp. Odpowiada także za kompresję i
szyfrowanie. Warstwa ta wykorzystywana jest także do szyfrowania i rozszyfrowywania
wiadomości. Metody te stosowne są podczas transmisji jeśli chcemy zabezpieczyć
informację przed niepowołanymi osobami.
Warstwa prezentacji przygotowuje dane, które są przesyłane do warstwy wyższej -
warstwy aplikacji, gdzie są odbierane przez użytkowników. Warstwa dostosowuje postać
danych wychodzących do wymogów sieciowej transmisji.
HTTP (Hypertext Transfer Protocol) jest przykładem protokołu służący do formatowania
informacji, które są umieszczane na witrynach internetowych. Ponadto oprogramowanie
warstwy prezentacji odpowiada za sterowanie urządzeniami peryferyjnymi takimi jak:
drukarki lub plotery.
Standardy warstwy aplikacji ustalają sposób, w jaki obrazy graficzne lub pliki dz
więkowe
są przedstawiane np.:
JPEG - używany do obrazów o jakości fotograficznej
TIFF - obrazy bitmapowe o wysokiej rozdzielczości
MIDI - standard opisujący sposób kodowania muzyki i dz
więku
MPEG - standard kompresji i kodowania filmów
Warstwa sesji
Rysunek 3: Warstwa prezentacji w modelu OSI
Głównym zadaniem warstwy sesji jest zarządzanie przebiegiem komunikacji podczas
połączenia miedzy dwoma komputerami. Komunikacja taka określana jest jako sesja.
Warstwa sesji zakłada, zarządza i zakańcza sesje pomiędzy dwoma komunikującymi się
komputerami w sieci. Określa czy komunikacja między połączonymi komputerami może
odbywać się w jednym, czy w obu kierunkach:
- (full-duplex) sterowanie wymianą danych w trybie dwukierunkowym
- (half-duplex) sterowanie wymianą danych w trybie jednokierunkowym
Warstwa ta odpowiada za ustanowienie punktów synchronizacji danych, które
umożliwiają na odzyskiwanie danych utraconych podczas przerwy w łączności, wysyłając
je ponownie.
Poza kontrolą sesji, warstwa sesji zapewnia zabezpieczenie efektywnego transferu
danych, klas usług oraz zgłaszanie wyjątkowych problemów warstwy sesji, warstwy
prezentacji i warstwy aplikacji.
Warstwa transportowa
Rysunek 4: Warstwa prezentacji w modelu OSI
Zadaniem warstwy transportowej jest podział danych wysłanych przez system
komputera sieciowego i ponownie składa je w strumień danych w systemie komputera
odbierającego dane. Warstwa transportowa potrafi wykrywać pakiety, które zostały
odrzucone przez routery i automatycznie generować żądanie retransmisji. Warstwa
transportu dba o kolejność pakietów otrzymywanych przez odbiorcę i ustawia je w
oryginalnej kolejności przed wysłaniem ich zawartości do warstwy sesji. Warstwy
aplikacji, prezentacji i sesji zajmują się kwestiami aplikacji, natomiast niższe trzy
warstwy zajmują się zagadnieniami transportu danych. Warstwa transportowa próbuje
zapewnić usługę transportu danych, izolując trzy górne warstwy przed szczegółami
przeprowadzania transportu - nawiązuje, zarządza i odpowiednio zakańcza wirtualne
obwody. W celu dostarczania niezawodnych usług używane są systemy wykrywania i
usuwania błędów transportowych oraz kontroli przepływu informacji. Jednym z
problemów, które mogą wyniknąć podczas transportu danych jest przepełnienie buforów
w urządzeniach odbiorczych. Przepełnienia mogą powodować stany krytyczne np. utratę
danych. Warstwa ta decyduje o jakości usług i niezawodności przepływu danych i
odpowiada za synchronizację połączeń. Funkcjonalność transportu jest realizowana
segment po segmencie tzn. i wykorzystują zasadę, że jeżeli pierwszy nadszedł wówczas
zostanie pierwszy obsłużony - kolejka FIFO.Warstwa transportowa zapewnia usługi
połączeniowe (protokół TCP) lub bezpołączeniowe (protokół UDP).
Warstwa sieciowa
Rysunek 5: Warstwa prezentacji w modelu OSI
Warstwa sieciowa jest warstwą odpowiedzialną za połączenie i wybór ścieżki transportu
pomiędzy dwoma systemami komputerów, które mogą być zlokalizowane w
oddzielonych sieciach. Zapewnia metody ustanawiania, utrzymywania i rozłączania
połączenia sieciowego. Warstwa sieci nie posiada żadnych wbudowanych mechanizmów
korekcji błędów i musi polegać na transmisji końcowej warstwy łącza danych.
Trasowanie (routing) pakietów w sieci pozwala na wyznaczaniu optymalnej trasy dla
połączeń. Urządzania, które umożliwiają realizację tych usług na poziomie warstwy sieci
to rutery(routery). Warstwa sieci jest wykorzystywana wtedy, gdy komputery
komunikujące się ze sobą zlokalizowane są w różnych segmentach sieci przedzielonych
routerem. Adresy w sieciach lokalnych mogą posiadać różne formaty i nie być
jednoznaczne dla przy połączeniu wielu sieci. Dlatego protokół IP, który jest ściśle
związany z warstwą sieci definiuje własny format adresu, który jest zrozumiały w całej
sieci Internet. Warstwa sieci odpowiada za proces adresacji poszczególnych sieci i
komputerów.
Warstwa łącza danych
Rysunek 6: Warstwa prezentacji w modelu OSI
Warstwa łącza danych pełni dwie zasadnicze funkcje: odbierania i nadawania. Jest ona
odpowiedzialna za końcową zgodność przesyłania danych. W zakresie zadań związanych
z przesyłaniem, warstwa łącza danych odpowiada za upakowanie instrukcji, danych itp.
w tzw. ramki. Warstwa łącza danych zapewnia niezawodny transfer danych poprzez
fizyczne łącze i zapewnia niezawodność łącza danych. Robiąc to, warstwa łącza danych
jest zaangażowana w fizyczne (a nie logiczne) adresowanie, dostęp do sieci,
zawiadomienie o błędach, uporządkowane dostarczenie ramek i kontrolę przepływu
danych. Warstwa łącza danych jest powiązana z warstwą fizyczną, która narzuca
topologię. Warstwa zajmuje się również kompresją danych. Urządzania, które są
związane z warstwą łącza danych to: karty sieciowe (NIC), mosty (bridge) i przełączniki
(switche). Jednostką informacji na poziomie wartstwy łącza danych jest ramka.
Pomyślna transmisja danych zachodzi wtedy, gdy ramki dotrą do miejsca przeznaczenie
w postaci niezmienionej w stosunku do postaci, w której zostały wysłane. Ramka
zawiera mechanizm umożliwiający weryfikowanie integralności jej zawartości podczas
transmisji. Wysyłane ramki nie zawsze osiągnąć miejsce docelowe lub mogą ulec
uszkodzeniu podczas transmisji. Odpowiedzialność za rozpoznawanie i naprawę każdego
takiego błędu realizuje warstwa łącza danych, która ponownie składa otrzymane z
warstwy fizycznej strumienie binarne i umieszcza je w ramkach. Warstwa łącza danych
nie tworzy ramek od nowa lecz buforuje przychodzące bity, aż nie zbierze w ten sposób
całej ramki.
Warstwę łącza danych możemy podzielić na dwie podwarstwy:
- sterowanie łączem logicznym (LLC - Logical Link Control) - znajduje się w górnej
warstwie warstwy łącza danych. Powoduje izolację protokołów wyższej warstwy od
właściwej metody dostępu oraz nośnika. Powoduje to, że protokoły wyższych warstw nie
muszą wiedzieć czy będą przesyłane Ethernet czy Token Bus.
- sterowanie dostępem do nośnika (MAC - Media Access Control) - umieszczona jest w
dolnej części warstwy łącza danych. Podwarstwa ta jest odpowiedzialna za połączenia z
warstwą fizyczną , a także za przebieg nadawania i odbioru (formatowanie ramek,
definiowanie fizycznej topologii sieci, detekcję błędów).
Warstwa fizyczna
Rysunek 7: Warstwa prezentacji w modelu OSI
Warstwa fizyczna jest to najniższą warstwą odpowiedzialną za przesyłanie strumieni
bitów, zapewnia transmisję danych pomiędzy węzłami sieci. Odbiera ramki danych z
warstwy łącza danych i przesyła szeregowo, bit po bicie, całą ich strukturę oraz
zawartość. Warstwa ta określa elektryczne, mechaniczne , formalne i funkcjonalne
wymogi aktywacji, utrzymywania, i deaktywacji fizycznego połączenia pomiędzy
końcowymi systemami. W zakresie tych funkcji znajdują się: poziomy napięć, prądów,
przedział zmian napięcia, fizyczna prędkość przesyłu, maksymalne odległości przy
transmisji, fizyczne złącza i wtyczki oraz inne podobne atrybuty definiowane przez
specyfikacje warstwy fizycznej. W skład jej obiektów wchodzą min.: przewody, karty
sieciowe, modemy, wzmacniaki, koncentratory. Warstwa fizyczna umożliwia nam za
przesyłanie sygnałów w sposób elektryczny, elektromagnetyczny, mechaniczny,
optyczny i każdy inny sposób, wykorzystując do tego fizyczne medium komunikacyjne.