3. Model OSI oraz TCP/IP

3.1. Model warstwowy OSI

Model OSI (Open Systems Interconnection) opisuje sposób przepływu informacji między aplikacjami software'owymi w jednej stacji sieciowej a software'owymi aplikacjami w innej stacji sieciowej przy użyciu medium transmisyjnego. Model OSI jest ogólnym modelem koncepcyjnym, skomponowanym z siedmiu warstw, z których każda opisuje określone funkcje sieciowe. Nie określa szczegółowych metod komunikacji. Mechanizmy rzeczywistej komunikacji są określone w formie protokołów komunikacyjnych. Dzieli on zadanie przesyłania informacji między stacjami sieciowymi na siedem mniejszych zadań składających się na poszczególne warstwy. Zadanie przypisane każdej warstwie ma charakter autonomiczny i może być interpretowane niezależnie.

3.1.1. Warstwy OSI

• warstwa 7 - Aplikacji. Jest bramą, przez którą procesy aplikacji dostają się do usług sieciowych. Ta warstwa prezentuje usługi, które są realizowane przez aplikacje (przesyłanie plików, dostęp do baz danych, poczta elektroniczna itp.)

• warstwa 6 - Prezentacji danych. Odpowiada za format używany do wymiany danych pomiędzy komputerami w sieci. Na przykład kodowanie i dekodowanie danych odbywa się w tej warstwie. Większość protokołów sieciowych nie zawiera tej warstwy.

• warstwa 5 - Sesji. Pozwala aplikacjom z różnych komputerów nawiązywać , wykorzystywać i kończyć połączenie (zwane sesją). Warstwa ta tłumaczy nazwy systemów na właściwe adresy (na przykład na adresy IP w sieci TCP/IP).

• warstwa 4 - Transportu. Jest odpowiedzialna za dostawę wiadomości, które pochodzą z warstwy aplikacyjnej. U nadawcy warstwa transportu dzieli długie wiadomości na kilka pakietów, natomiast u odbiorcy odtwarza je i wysyła potwierdzenie odbioru. Sprawdza także, czy dane zostały przekazane we właściwej kolejności i na czas. W przypadku pojawienia się błędów warstwa żąda powtórzenia transmisji danych.

• warstwa 3 - Sieciowa. Kojarzy logiczne adresy sieciowe i ma możliwość zamiany adresów logicznych na fizyczne. U nadawcy warstwa sieciowa zamienia duże pakiety logiczne w małe fizyczne ramki danych, zaś u odbiorcy składa ramki danych w pierwotną logiczną strukturę danych.

• warstwa 2 - Łącza transmisyjnego (danych). Zajmuje się pakietami logicznymi (lub ramkami) danych. Pakuje nieprzetworzone bity danych z warstwy fizycznej w ramki, których format zależy od typu sieci: Ethernet lub Token Ring. Ramki używane przez tą warstwę zawierają fizyczne adresy nadawcy i odbiorcy danych.

• warstwa 1 - Fizyczna. Przesyła nieprzetworzone bity danych przez fizyczny nośnik (kabel sieciowy lub fale elektromagnetyczne w przypadku sieci radiowych). Ta warstwa przenosi dane generowane przez wszystkie wyższe poziomy. przy czym warstwy 1 do 4 s ą to tzw. warstwy niższe (transport danych) zaś warstwy 5 do 7 to warstwy wyższe (aplikacje).

Model OSI nie odnosi się do jakiegokolwiek sprzętu lub oprogramowania. Zapewnia po prostu strukturę i terminologię potrzebną do omawiania różnych właściwości sieci.

3.2 Uproszczony czterowarstwowy model sieci TCP/IP

Siedmiowarstwowy model OSI nie jest dokładnym wykazem - daje jedynie wskazówki, jak organizować wszystkie usługi sieciowe. W większości zastosowań przyjmuje się model warstwowy usług sieciowych, który może być odwzorowany w modelu odniesienia OSI. Na przykład model sieciowy TCP/IP można adekwatnie wyrazić przez uproszczony model odniesienia.

Aplikacje sieciowe zazwyczaj zajmują się trzema najwyższymi warstwami (sesji, prezentacji i aplikacji) siedmiowarstwowego modelu odniesienia OSI. Stąd te trzy warstwy mogą być połączone w jedną zwaną warstwą aplikacyjną.

Dwie najniższe warstwy modelu OSI (fizyczną i łącza transmisyjnego) także można połączyć w jedną warstwę.

W efekcie otrzymujemy uproszczony czterowarstwowy model:

warstwa 4 - Aplikacyjna - poczta, transmisja plików, telnet warstwa 3 - Transportu - TCP (Transmission Control Protocol) - protokół sterujący transmisją warstwa 2 - Sieciowa - IP (Internet Protocol) - protokół internetowy warstwa 1 - Fizyczna - Ethernet (karta sieciowa i połączenia sieciowe)

W każdej z tych warstw informacje są wymieniane przez jeden z wielu protokołów sieciowych.

3.2.1. Warstwa aplikacji

Architektura TCP/IP w warstwie aplikacyjnej jest niezależna od platformy sprzętowej i wykorzystuje technologię klient/serwer. Klient inicjuje (wywołuje) aplikacje, a serwer odpowiada na żądanie klientów. Realizacją tej koncepcji są podstawowe aplikacje TCP/IP : TELNET (aplikacja umożliwiająca pracę zdalną), FTP (aplikacja umożliwiająca transfer plików) oraz SMTP (aplikacja obsługująca pocztę elektroniczną). Na poniższym rysunku można zobaczyć TELNET, FTP, SMTP oraz inne usługi dostępne w warstwie aplikacyjnej sieci.

Innym ważnym elementem warstwy aplikacyjnej jest protokół X udostępniający rozproszone środowisko okienkowe. Praca w rozproszonym środowisku graficznym jest możliwa dzięki zastosowaniu technologii klient/serwer. W skład protokołu X wchodzą między innymi:

• Serwer X ( X Server) - Program udostępniający usługi w środowisku graficznym na żądanie aplikacji typu klient X.

• Klient X (X Client) - Program korzystający z usług udostępnianych przez program typu serwer X (np. emulacja terminala graficznego).

• Menedżer okien X (X Window Manager) - Program umożliwiający zmianę rozmiaru, przesuwanie i modyfikacje okien wyświetlanych na ekranie.

• .Biblioteka X (X Library) - Jest to biblioteka procedur w języku C i ułatwiających tworzenie aplikacji X Window. Jedną z funkcji XLIB jest przetwarzanie żądań klienta X na żądania protokołu X.

• Narzędzia X (X Toolkits) - Jest to biblioteka programów ułatwiająca tworzenie elementów interfejsu użytkownika (przyciski, paski menu, itp.).

• Widget - Jest to okno X, powiązane z nim dane oraz procedury służące do wykonywania operacji na tych danych.

TCP/IP zawiera protokół zabezpieczający nazwany Kerberos. Działanie tego protokołu opiera się na współpracy serwera kontrolującego z serwerem wydającym "bilety dostępu". Przykładowo po wysłaniu przez klienta żądania wydania biletu, specjalny serwer sprawdza "tożsamość" klienta i po pozytywnym przejściu weryfikacji wydaje "bilet", który może być przedstawiony serwerowi kontrolującemu, który udostępnia określone usługi sieciowe.

Kolejną usługą jest CMIS (Common Managment Information Service). Jest to usługa udostępniana przez protokół zarządzania informacjami CMIP. CMIP jest faktycznie metodą zarządzania siecią modelu OSI. Funkcje protokołu CMIP zaimplementowane w TCP/IP określa się jeszcze innym skrótem - CMOT. Przy tej implementacji jako mechanizm transportowy używany jest protokół TCP. Definicja CMIP jest napisana w języku ASN.1 (notacja składni abstrakcyjnej) używanym do ścisłego i jednoznacznego definiowania typów danych.

W skład TCP/IP wchodzi także protokół zarządzania siecią SNMP, który wykorzystuje protokół UDP jako mechanizm transportowy. SNMP ma własną terminologię, w której zamiast pojęć "klient" i "serwer" używa się terminów: "agent" i "menedżer". Agentem nazywa się program określający status węzła sieci. Aplikacja (menedżer) komunikuje się z agentami za pomocą komunikatów przesyłanych w sieci. Całość informacji o węźle jest przechowywana w bazie danych MIB.

Specjalne programy pozwalające aplikacjom wywoływać procedurę uruchamiającą serwer nazywają się RPC. Serwer zwraca wówczas odpowiednie zmienne i kody do adresata. W skrócie można powiedzieć, że RPC jest po prostu mechanizmem umożliwiającym działanie sieci w modelu klient/serwer.

NFS jest to zestaw protokołów opracowanych przez firmę SUN MicroSystems. Faktycznie jest to rozproszony system zarządzania plikami, w którym każdy komputer korzystający z NFS ma nieograniczony dostęp do katalogów wszystkich innych maszyn w systemie NFS.

TFTP jest bardzo prostym protokołem przesyłania plików wykorzystującym UDP jako mechanizm transportowy. Z tego względu TFTP nie gwarantuje takiego stopnia bezpieczeństwa i odporności na zakłócenia, jak FTP.

Ostatnim, choć bardzo ważnym elementem TCP/IP jest system adresowania DNS (Domain Name Service). Jest to rozproszona baza danych zawierająca adresy IP i ich aliasy (czyli przypisane im nazwy). DNS stworzono po to, aby rozwiązać problem zarządzania plikami identyfikacyjnymi (host files) na każdym z komputerów w sieci TCP/IP. Plik identyfikacyjny zawiera adresy IP oraz aliasy i musi być aktualizowany za każdym razem, gdy dodaje się nowy podsystem lub węzeł sieci. DNS eliminuje potrzebę nieustannego uaktualniania plików identyfikacyjnych na każdym z komputerów w sieci.

3.2.2. Warstwa transportowa

Protokoły TCP i UDP ujęte są w treści wykładu 4.

3.2.3. Warstwa transportowa

Protokoły IP, ICMP, ARP i RARP ujęte są w treści wykładu 4.

3.2.4. Warstwa łącza danych

W TCP/IP nie ma określonych standardowych protokołów na poziomie warstwy łącza. Wybór zależy od przeznaczenia i wymagań stawianych sieci. W sieci TCP/IP mogą być wykorzystywane różne protokoły łącza, np.:

• Ethernet

• Token Ring

• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

• X.25.

3.3. Kanał wirtualny TCP

Rozpatrując TCP z punktu widzenia funkcjonalności można potraktować jego pracę jako ustanowienie kanału wirtualnego realizującego komunikację między "końcówkami" - tak wygląda to z punktu widzenia aplikacji użytkownika. Rzeczywisty przepływ oczywiście odbywa się poprzez warstwę IP i warstwy niższe.

3.4. Realizacja niezawodnego połączenia

Aby zagwarantować, że dane przesyłane z jednej maszyny do drugiej nie są ani tracone, ani duplikowane używa się podstawowej metody znanej jako pozytywne potwierdzanie z retransmisją. Metoda ta wymaga, aby odbiorca komunikował się z nadawcą, wysyłając mu w momencie otrzymania danych komunikat potwierdzenia (ACK). Nadawca zapisuje sobie informację o każdym wysłanym pakiecie i przed wysłaniem następnego czeka na potwierdzenie. Oprócz tego nadawca uruchamia zegar w momencie wysyłania pakietu i wysyła ten pakiet ponownie, gdy minie odpowiedni czas, a potwierdzenie nie nadejdzie.

Poniższy rysunek pokazuje co się dzieje gdy pakiet został zgubiony lub gdy przekroczony został limit czasu. Po wysłaniu pakietu nadawca włącza zegar. Gdy mija określony czas, w czasie którego powinno nadejść potwierdzenie ACK nadawca przyjmuje, że pakiet został zagubiony i wysyła go ponownie.

Sieci komputerowe, wykład 3

studia uzupełniające magisterskie (zaoczne)

8

---