OSI-modellag og -protokoller i computernetværk

Hvad er OSI-modellen?

OSI-modellen (Open Systems Interconnection) er en konceptuel referencemodel, der beskriver, hvordan data bevæger sig mellem systemer på et netværk. Den opdeler kommunikation i syv abstrakte elementer.tract-lag, hver med et klart defineret ansvar og et specifikt sæt protokoller. Modellen er ikke implementeret præcis som tegnet på rigtige netværk — TCP/IP er den protokolstak, der rent faktisk er implementeret — men OSI-lagene forbliver det standardvokabular, som ingeniører bruger til at ræsonnere om netværksproblemer.

Karakteristika for OSI-modellen

• Et lag oprettes kun, hvor et tydeligt niveau af mavemusklertraction er nødvendig.
• Hvert lags funktion er valgt, så den er i overensstemmelse med en internationalt standardiseret protokol.
• Lagene bør være talrige nok til at adskille bekymringerne, men få nok til at undgå uoverskuelig kompleksitet.
• Hvert lag er afhængig af laget umiddelbart nedenunder for primitive tjenester og eksponerer tjenester for laget umiddelbart ovenover.
• En ændring inden for ét lag bør ikke kræve ændringer i lagene over eller under det.

Hvorfor bruge OSI-modellen?

• Giver et fælles ordforråd til forståelse af kommunikation på tværs af et netværk.
• Gør fejlfinding nemmere ved at opdele funktioner i uafhængige netværkslag.
• Hjælper ingeniører med at absorbere nye teknologier via kortping dem på velkendte lag.
• Giver dig mulighed for at sammenligne funktionelle relationer på tværs af forskellige protokolstakke.

OSI-modellens historie

• Sent i 1970'erne — ISO startede et program til at definere generelle netværksstandarder.
• 1973 — et eksperimentelt pakkekoblet system i Storbritannien fremhævede behovet for protokoller på højere niveau.
• 1983 — OSI-modellen blev først udgivet som en detaljeret grænsefladespecifikation.
• 1984 — ISO vedtog formelt OSI-arkitekturen som en international standard (ISO 7498).

De 7 lag i OSI-modellen

OSI-modellen er en lagdelt referencearkitektur, hvor hvert lag udfører en specifik funktion. De syv lag arbejder sammen om at levere data fra afsender til modtager.

• Øvre lag (Ansøgning, Præsentation, Session): beskæftiger sig med applikationssemantik og kører primært i software.
• Nedre lag (transport, netværk, datalink, fysisk): beskæftiger sig med datatransport, pakkedannelse, framing og det fysiske medie. Datalink og fysisk omfatter også hardware.

De syv lag, fra top til bund, er:

1. Anvendelse
2. Præsentation
3. Session
4. Transport
5. Netværk
6. Data Link
7. Fysisk

Diagram over netværkslag.

Fysisk lag

Fysisk lag definerer de elektriske, mekaniske og fysiske specifikationer for dataforbindelsen. Den transporterer rå bits over et transmissionsmedium og er uafhængig af protokoller eller semantik på højere lag. PRI (Primary Rate Interface) er et eksempel på telekommunikation, der opererer på dette lag — lær mere i PRI-vejledning.

Eksempler på hardware i det fysiske lag omfatter netværkskort, Ethernet-kabler, repeatere og netværkshubs.

Datalinklag

Datalink-laget registrerer og retter fejl, der kan opstå på det fysiske lag, og administrerer den protokol, der etablerer og afslutter en forbindelse mellem to direkte forbundne enheder. Den omdanner rå bits til strukturerede frames og håndterer fysisk (MAC) adressering.

Datalinket er opdelt i to underlag:

1. Medieadgangskontrol (MAC): styrer, hvordan enheder får adgang til det delte medie, og hvordan de transmit data.
2. Logisk linkkontrol (LLC): identificerer og indkapsler netværkslagsprotokoller og registrerer fejl.

Vigtige funktioner i datalinklaget

• Framing: opdeler netværkslagsdata i frames.
• Tilføjer en header, der indeholder den fysiske adresse (MAC-adresse) for kilde og destination.
• Giver hop-to-hop-levering af billeder mellem tilstødende enheder.
• Registrerer fejl og anmoder om beskadigede eller mistede rammer igen.
• Tilbyder en mekanisme til at krydse uafhængige netværk, der er forbundet med hinanden.

Netværkslag

Netværkslag Den leverer funktionelle og proceduremæssige midler til at overføre datasekvenser med variabel længde mellem værter placeret på forskellige netværk. Den håndterer logisk adressering (IP), routing og pakkevideresendelse.

Levering på netværkslaget er ikke i sagens natur pålidelig – den garanti er transportlagets opgave. Lagstyringsprotokoller på dette lag omfatter:

1. Routingprotokoller (OSPF, BGP, RIP).
2. Multicast-gruppestyring (IGMP).
3. Netværkslagsadressetildeling (DHCP).

Transportlag

Transportlag bygger på netværkslaget for at levere end-to-end datatransport mellem processer på kilde- og destinationsmaskiner. Det opretholder servicekvalitetsegenskaber såsom rækkefølge, pålidelighed og flowkontrol.

Transportlaget opdeler beskeder i det øvre lag i segmenter, nummererer dem og samler dem igen hos modtageren. Det garanterer fejlfri levering i rækkefølge, når det bruges med pålidelige protokoller som TCP, eller accepterer tab til gengæld for hastighed, når det bruges med UDP.

Vigtige funktioner i transportlaget

• Segmenterer den besked, der modtages fra sessionslaget, og nummererer hvert segment.
• Leverer hvert segment til den korrekte proces på destinationsmaskinen ved hjælp af porte.
• Sikrer, at hele beskeden ankommer uden fejl,transmitnår det er nødvendigt.
• Styrer flowkontrol, så en hurtig afsender ikke overbelaster en langsom modtager.

Sessionslag

Sessionslag styrer dialogerne (sessionerne) mellem to computere. Den etablerer, administrerer og afslutter logiske forbindelser, håndterer godkendelse, hvor det er nødvendigt, og understøtter både fuld-duplex og halv-duplex dialoger. Den implementeres oftest i miljøer, der bruger eksterne procedurekald.

Vigtige funktioner i sessionslaget

• Opretter, vedligeholder og afslutter en session mellem to systemer.
• Gør det muligt for begge systemer at indgå i en kontrolleret dialog.
• Tilføjer kontrolpunkter til en datastrøm, så en session kan genoptages efter en afbrydelse.

Præsentationslag

Præsentationslag definerer det format, hvori data udveksles mellem to kommunikerende enheder, og håndterer komprimering og kryptering. Det kaldes undertiden syntakslag.

Funktioner i præsentationslaget

• Oversættelse af tegnsæt (for eksempel ASCII til EBCDIC).
• Datakomprimering for at reducere bits på ledningen.
• Datakryptering — for eksempel TLS til at beskytte nyttelastens integritet og fortrolighed.
• Understøtter formater til tjenester som e-mail og filoverførsel.

Applikationslag

Påføringslag er det lag, der er tættest på slutbrugeren, og det eneste, der interagerer direkte med applikationer. Det indeholder ikke selve applikationerne – i stedet eksponerer det de netværkstjenester, som applikationerne bruger.

Funktioner i applikationslaget

• Identificerer kommunikationspartnere, bestemmer ressourcetilgængelighed og synkroniserer kommunikationen.
• Lader brugere logge på en fjernvært.
• Tilbyder e-mail-tjenester og adgang til kataloger.
• Tilbyder distribueret databaseadgang til global information om objekter og tjenester.

Interaktion mellem OSI-modellag

Information sendt fra et computerprogram til et andet flyder ned gennem OSI-lagene på afsenderen, over ledningen og tilbage op gennem lagene på modtageren.

• Hvert lag kommunikerer med laget over det, laget under det og det tilsvarende peer-lag på det eksterne system.
• I diagrammet nedenfor kommunikerer datalinklaget i det første system med netværks- og fysiske lag på den samme vært og med datalinklaget i det eksterne system.

Protokoller understøttet på hvert OSI-lag

lag	Navn	Fælles protokoller
Layer 7	Anvendelse	SMTP, HTTP, HTTPS, FTP, POP3, SNMP, DNS
Layer 6	Præsentation	MPEG, ASCII, SSL, TLS
Layer 5	Session	NetBIOS, SAP, RPC
Layer 4	Transport	TCP, UDP, SCTP
Layer 3	Netværk	IPv4, IPv6, ICMP, IPsec, ARP, MPLS
Layer 2	Data Link	Ethernet, PPP, Frame Relay, ATM, HDLC
Layer 1	Fysisk	RS-232, 100BaseTX, ISDN, IEEE 802.11 (fysisk signalering)

Forskelle mellem OSI og TCP/IP

OSI Model	TCP/IP-model
Giver en klar skelnen mellem grænseflader, tjenester og protokoller.	Trækker ikke en skarp linje mellem tjenester, grænseflader og protokoller.
Har syv lag.	Har fire lag (applikation, transport, internet, netværksadgang).
Bruger et dedikeret netværkslag til routing.	Bruger et enkelt internetlag, der kombinerer routing og adressering.
Har separate fysiske og datalink-lag.	Kombinerer de fysiske lag og datalink-lagene til ét netværksadgangslag.
Transportlaget er forbindelsesorienteret.	TCP / IP Transportlaget er både forbindelsesorienteret (TCP) og forbindelsesløst (UDP).
Minimum OSI-headerstørrelsen er omkring 5 bytes.	Minimumstørrelsen for TCP/IP-headeren er 20 bytes.

Fordele ved OSI-modellen

• Standardiserer routere, switche og anden hardware omkring veldefinerede laggrænser.
• Reducerer kompleksitet og standardiserer grænseflader.
• Letter modulær konstruktion — leverandører kan innovere inden for ét lag uden at bryde andre.
• Garanterer interoperabel teknologi på tværs af leverandører.
• Accelererer udviklingen af ​​netværksprotokoller.
• Yder understøttelse af både forbindelsesorienterede og forbindelsesløse tjenester.
• Forbliver standardreferencemodellen inden for computernetværksuddannelse.
• Tilbyder fleksibilitet til at tilpasse sig mange typer protokoller.

Ulemper ved OSI-modellen

• Det kan være besværligt at tilpasse virkelige protokoller til OSI-lag.
• Det er kun en referencemodel – den definerer ikke specifikke protokoller.
• Nogle tjenester duplikeres på tværs af lag (for eksempel fejlkontrol ved Transport og Data Link).
• Lag kan ikke køre parallelt – hvert lag venter på output fra det foregående lag.

Ofte Stillede Spørgsmål