Επίπεδα και πρωτόκολλα μοντέλων OSI σε δίκτυο υπολογιστών

Τι είναι το μοντέλο OSI;

Το μοντέλο OSI είναι ένα λογικό και εννοιολογικό μοντέλο που ορίζει την επικοινωνία δικτύου που χρησιμοποιείται από συστήματα ανοιχτά σε διασύνδεση και επικοινωνία με άλλα συστήματα. Το Open System Interconnection (Μοντέλο OSI) ορίζει επίσης ένα λογικό δίκτυο και περιγράφει αποτελεσματικά τη μεταφορά πακέτων υπολογιστή χρησιμοποιώντας διάφορα επίπεδα πρωτοκόλλων.

Χαρακτηριστικά Μοντέλου OSI

Ακολουθούν ορισμένα σημαντικά χαρακτηριστικά του μοντέλου OSI:

Ένα επίπεδο πρέπει να δημιουργείται μόνο όπου χρειάζονται τα καθορισμένα επίπεδα αφαίρεσης.
Η λειτουργία κάθε επιπέδου θα πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με τα διεθνώς τυποποιημένα πρωτόκολλα.
Ο αριθμός των επιπέδων πρέπει να είναι μεγάλος, έτσι ώστε να μην τοποθετούνται ξεχωριστές συναρτήσεις στο ίδιο επίπεδο. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να είναι αρκετά μικρό ώστε η αρχιτεκτονική να μην γίνεται πολύ περίπλοκη.
Στο μοντέλο OSI, κάθε επίπεδο βασίζεται στο επόμενο χαμηλότερο επίπεδο για να εκτελέσει πρωτόγονες λειτουργίες. Κάθε επίπεδο θα πρέπει να μπορεί να παρέχει υπηρεσίες στο επόμενο υψηλότερο επίπεδο
Οι αλλαγές που γίνονται σε μια στρώση δεν πρέπει να χρειάζονται αλλαγές σε άλλες λαβές.

Γιατί για το μοντέλο OSI;

Σας βοηθά να κατανοήσετε την επικοινωνία μέσω δικτύου
Η αντιμετώπιση προβλημάτων είναι ευκολότερη με το διαχωρισμό των λειτουργιών σε διαφορετικά επίπεδα δικτύου.
Σας βοηθά να κατανοήσετε τις νέες τεχνολογίες καθώς αναπτύσσονται.
Σας επιτρέπει να συγκρίνετε κύριες λειτουργικές σχέσεις σε διάφορα επίπεδα δικτύου.

Ιστορία του μοντέλου OSI

Ακολουθούν βασικά ορόσημα από την ιστορία του μοντέλου OSI:

Στα τέλη της δεκαετίας του 1970, ο ISO διεξήγαγε ένα πρόγραμμα για την ανάπτυξη γενικών προτύπων και μεθόδων δικτύωσης.
Το 1973, ένα πειραματικό σύστημα μεταγωγής πακέτων στο Ηνωμένο Βασίλειο προσδιόρισε την απαίτηση για τον καθορισμό των πρωτοκόλλων υψηλότερου επιπέδου.
Το έτος 1983, το μοντέλο OSI προοριζόταν αρχικά να είναι μια λεπτομερής προδιαγραφή των πραγματικών διεπαφών.
Το 1984, η αρχιτεκτονική OSI υιοθετήθηκε επίσημα από το ISO ως διεθνές πρότυπο

7 επίπεδα του μοντέλου OSI

Το μοντέλο OSI είναι ένα πολυεπίπεδο σύστημα αρχιτεκτονικής διακομιστή στο οποίο κάθε επίπεδο ορίζεται σύμφωνα με μια συγκεκριμένη λειτουργία που πρέπει να εκτελεστεί. Και τα επτά αυτά επίπεδα λειτουργούν συλλογικά για τη μετάδοση των δεδομένων από το ένα επίπεδο στο άλλο.

Τα ανώτερα στρώματα: Ασχολείται με θέματα εφαρμογών και ως επί το πλείστον υλοποιείται μόνο σε λογισμικό. Το υψηλότερο είναι πιο κοντά στον τελικό χρήστη του συστήματος. Σε αυτό το επίπεδο, η επικοινωνία από τον έναν τελικό χρήστη στον άλλο ξεκινά χρησιμοποιώντας την αλληλεπίδραση μεταξύ του επιπέδου εφαρμογής. Θα επεξεργαστεί μέχρι τον τελικό χρήστη.
Τα κατώτερα στρώματα: Αυτά τα επίπεδα χειρίζονται δραστηριότητες που σχετίζονται με τη μεταφορά δεδομένων. Το φυσικό επίπεδο και τα επίπεδα σύνδεσης δεδομένων υλοποιούνται επίσης σε λογισμικό και υλικό.

Τα ανώτερα και τα κάτω επίπεδα διαιρούν περαιτέρω την αρχιτεκτονική δικτύου σε επτά διαφορετικά επίπεδα όπως παρακάτω

Εφαρμογή
Παρουσίαση
Συνεδρία
Μεταφορά
Δίκτυο, σύνδεση δεδομένων
Φυσικά στρώματα

7 επίπεδα του μοντέλου OSI — Διάγραμμα επιπέδων δικτύου

Ας μελετήσουμε κάθε στρώμα λεπτομερώς:

Φυσική στρώση

Το φυσικό επίπεδο σάς βοηθά να ορίσετε τις ηλεκτρικές και φυσικές προδιαγραφές της σύνδεσης δεδομένων. Αυτό το επίπεδο καθορίζει τη σχέση μεταξύ μιας συσκευής και ενός φυσικού μέσου μετάδοσης. Το φυσικό επίπεδο δεν αφορά πρωτόκολλα ή άλλα τέτοια στοιχεία υψηλότερου επιπέδου. Ένα παράδειγμα τεχνολογίας που λειτουργεί στο φυσικό επίπεδο στις τηλεπικοινωνίες είναι το PRI (Primary Rate Interface). Για να μάθετε περισσότερα για PRI και πώς λειτουργεί, μπορείτε να επισκεφθείτε αυτό το ενημερωτικό άρθρο.

Παραδείγματα υλικού στο φυσικό επίπεδο είναι οι προσαρμογείς δικτύου, το ethernet, οι επαναλήπτες, οι κόμβοι δικτύου κ.λπ.

Επίπεδο συνδέσμου δεδομένων

Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων διορθώνει σφάλματα που μπορεί να προκύψουν στο φυσικό επίπεδο. Το επίπεδο σάς επιτρέπει να ορίσετε το πρωτόκολλο για τη δημιουργία και τον τερματισμό μιας σύνδεσης μεταξύ δύο συνδεδεμένων συσκευών δικτύου.

Είναι κατανοητό επίπεδο διεύθυνσης IP, το οποίο σας βοηθά να ορίσετε τη λογική διευθυνσιοδότηση έτσι ώστε να αναγνωρίζεται οποιοδήποτε τελικό σημείο.

Το επίπεδο σάς βοηθά επίσης να εφαρμόσετε τη δρομολόγηση των πακέτων μέσω ενός δικτύου. Σας βοηθά να ορίσετε την καλύτερη διαδρομή, η οποία σας επιτρέπει να μεταφέρετε δεδομένα από την πηγή στον προορισμό.

Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων υποδιαιρείται σε δύο τύπους υποστρωμάτων:

Επίπεδο ελέγχου πρόσβασης μέσων (MAC)- Είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο του τρόπου με τον οποίο η συσκευή σε ένα δίκτυο αποκτά πρόσβαση στο μέσο και επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων.
Επίπεδο ελέγχου λογικής σύνδεσης- Αυτό το επίπεδο είναι υπεύθυνο για την ταυτότητα και την ενθυλάκωση των πρωτοκόλλων επιπέδου δικτύου και σας επιτρέπει να βρείτε το σφάλμα.

Σημαντικές λειτουργίες του επιπέδου Datalink

Πλαίσιο που διαιρεί τα δεδομένα από το επίπεδο δικτύου σε πλαίσια.
Σας επιτρέπει να προσθέσετε κεφαλίδα στο πλαίσιο για να ορίσετε τη φυσική διεύθυνση της πηγής και του μηχανήματος προορισμού
Προσθέτει λογικές διευθύνσεις του αποστολέα και του παραλήπτη
Είναι επίσης υπεύθυνο για τη διαδικασία προέλευσης στη διαδικασία προορισμού παράδοση ολόκληρου του μηνύματος.
Προσφέρει επίσης ένα σύστημα ελέγχου σφαλμάτων στο οποίο ανιχνεύει ζημιές που αναμεταδίδονται ή χαμένα καρέ.
Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων παρέχει επίσης έναν μηχανισμό για τη μετάδοση δεδομένων μέσω ανεξάρτητων δικτύων που συνδέονται μεταξύ τους.

Μεταφορικό επίπεδο

Το επίπεδο μεταφοράς βασίζεται στο επίπεδο δικτύου για να παρέχει μεταφορά δεδομένων από μια διεργασία σε μια μηχανή προέλευσης σε μια διεργασία σε μια μηχανή προορισμού. Φιλοξενείται χρησιμοποιώντας μεμονωμένα ή πολλαπλά δίκτυα και διατηρεί επίσης τις λειτουργίες ποιότητας υπηρεσιών.

Καθορίζει πόσα δεδομένα πρέπει να σταλούν πού και με ποιο ρυθμό. Αυτό το επίπεδο βασίζεται στο μήνυμα που λαμβάνεται από το επίπεδο εφαρμογής. Βοηθά να διασφαλιστεί ότι οι μονάδες δεδομένων παραδίδονται χωρίς σφάλματα και με τη σειρά.

Το στρώμα μεταφοράς σάς βοηθά να ελέγχετε την αξιοπιστία μιας σύνδεσης μέσω ελέγχου ροής, ελέγχου σφαλμάτων και τμηματοποίησης ή αποτμηματοποίησης.

Το επίπεδο μεταφοράς προσφέρει επίσης μια επιβεβαίωση της επιτυχούς μετάδοσης δεδομένων και στέλνει τα επόμενα δεδομένα σε περίπτωση που δεν εμφανιστούν σφάλματα. Το TCP είναι το πιο γνωστό παράδειγμα του επιπέδου μεταφοράς.

Σημαντικές λειτουργίες των στρωμάτων μεταφοράς

Διαιρεί το μήνυμα που λαμβάνεται από το επίπεδο συνεδρίας σε τμήματα και τα αριθμεί για να δημιουργήσει μια ακολουθία.
Το στρώμα μεταφοράς διασφαλίζει ότι το μήνυμα παραδίδεται στη σωστή διαδικασία στο μηχάνημα προορισμού.
Επίσης, διασφαλίζει ότι ολόκληρο το μήνυμα φθάνει χωρίς κανένα σφάλμα, διαφορετικά θα πρέπει να επαναμεταδοθεί.

Επίπεδο δικτύου

Το επίπεδο δικτύου παρέχει τα λειτουργικά και διαδικαστικά μέσα μεταφοράς ακολουθιών δεδομένων μεταβλητού μήκους από έναν κόμβο σε έναν άλλο συνδεδεμένο σε «διαφορετικά δίκτυα».

Η παράδοση μηνυμάτων στο επίπεδο δικτύου δεν παρέχει εγγυημένα αξιόπιστο πρωτόκολλο επιπέδου δικτύου.

Τα πρωτόκολλα διαχείρισης επιπέδων που ανήκουν στο επίπεδο δικτύου είναι:

πρωτόκολλα δρομολόγησης
διαχείριση ομάδας πολλαπλών εκπομπών
εκχώρηση διεύθυνσης επιπέδου δικτύου.

Επίπεδο συνεδρίας

Το Session Layer ελέγχει τους διαλόγους μεταξύ των υπολογιστών. Σας βοηθά να δημιουργήσετε την έναρξη και τον τερματισμό των συνδέσεων μεταξύ της τοπικής και της απομακρυσμένης εφαρμογής.

Αυτό το επίπεδο ζητά μια λογική σύνδεση που θα πρέπει να δημιουργηθεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις του τελικού χρήστη. Αυτό το επίπεδο χειρίζεται όλη τη σημαντική επικύρωση σύνδεσης ή κωδικού πρόσβασης.

Το επίπεδο περιόδου λειτουργίας προσφέρει υπηρεσίες όπως η πειθαρχία διαλόγου, η οποία μπορεί να είναι αμφίδρομη ή ημι-αμφίδρομη. Εφαρμόζεται κυρίως σε περιβάλλοντα εφαρμογών που χρησιμοποιούν κλήσεις απομακρυσμένων διαδικασιών.

Σημαντική λειτουργία του Session Layer

Δημιουργεί, διατηρεί και τερματίζει μια συνεδρία.
Το επίπεδο περιόδου λειτουργίας επιτρέπει σε δύο συστήματα να εισέλθουν σε ένα διάλογο
Επιτρέπει επίσης σε μια διαδικασία να προσθέσει ένα σημείο ελέγχου στο steam δεδομένων.

Επίπεδο παρουσίασης

Το επίπεδο παρουσίασης σάς επιτρέπει να ορίσετε τη μορφή με την οποία θα ανταλλάσσονται τα δεδομένα μεταξύ των δύο οντοτήτων που επικοινωνούν. Σας βοηθά επίσης να χειριστείτε τη συμπίεση και την κρυπτογράφηση δεδομένων.

Αυτό το επίπεδο μετατρέπει τα δεδομένα στη μορφή που είναι αποδεκτή από την εφαρμογή. Επίσης μορφοποιεί και κρυπτογραφεί δεδομένα που πρέπει να αποστέλλονται σε όλα τα δίκτυα. Αυτό το στρώμα είναι επίσης γνωστό ως α επίπεδο σύνταξης.

Η λειτουργία των επιπέδων παρουσίασης

Μετάφραση κώδικα χαρακτήρων από ASCII σε EBCDIC.
Συμπίεση δεδομένων: Επιτρέπει τη μείωση του αριθμού των bit που πρέπει να μεταδοθούν στο δίκτυο.
Κρυπτογράφηση δεδομένων: Σας βοηθά να κρυπτογραφήσετε δεδομένα για λόγους ασφαλείας — για παράδειγμα, κρυπτογράφηση κωδικού πρόσβασης.
Παρέχει διεπαφή χρήστη και υποστήριξη για υπηρεσίες όπως email και μεταφορά αρχείων.

Επίπεδο εφαρμογής

Το επίπεδο εφαρμογής αλληλεπιδρά με ένα πρόγραμμα εφαρμογής, το οποίο είναι το υψηλότερο επίπεδο του μοντέλου OSI. Το επίπεδο εφαρμογής είναι το επίπεδο OSI, το οποίο βρίσκεται πιο κοντά στον τελικό χρήστη. Σημαίνει ότι το επίπεδο εφαρμογής OSI επιτρέπει στους χρήστες να αλληλεπιδρούν με άλλες εφαρμογές λογισμικού.

Το επίπεδο εφαρμογής αλληλεπιδρά με εφαρμογές λογισμικού για την υλοποίηση ενός στοιχείου επικοινωνίας. Η ερμηνεία των δεδομένων από το πρόγραμμα εφαρμογής είναι πάντα εκτός του πεδίου εφαρμογής του μοντέλου OSI.

Παράδειγμα του επιπέδου εφαρμογής είναι μια εφαρμογή όπως μεταφορά αρχείων, email, απομακρυσμένη σύνδεση κ.λπ.

Η λειτουργία των Επιπέδων Εφαρμογής είναι

Το επίπεδο εφαρμογής σάς βοηθά να εντοπίσετε συνεργάτες επικοινωνίας, να προσδιορίσετε τη διαθεσιμότητα πόρων και να συγχρονίσετε την επικοινωνία.
Επιτρέπει στους χρήστες να συνδεθούν σε έναν απομακρυσμένο κεντρικό υπολογιστή
Αυτό το επίπεδο παρέχει διάφορες υπηρεσίες ηλεκτρονικού ταχυδρομείου
Αυτή η εφαρμογή προσφέρει κατανεμημένες πηγές βάσης δεδομένων και πρόσβαση για παγκόσμιες πληροφορίες σχετικά με διάφορα αντικείμενα και υπηρεσίες.

Αλληλεπίδραση μεταξύ των επιπέδων μοντέλου OSI

Οι πληροφορίες που αποστέλλονται από μια εφαρμογή υπολογιστή σε μια άλλη πρέπει να περάσουν από κάθε ένα από τα επίπεδα OSI.

Αυτό εξηγείται στο παρακάτω παράδειγμα:

Κάθε επίπεδο σε ένα μοντέλο OSI επικοινωνεί με τα άλλα δύο επίπεδα που βρίσκονται κάτω από αυτό και με το ομότιμο επίπεδο σε κάποιο άλλο δικτυωμένο υπολογιστικό σύστημα.
Στο παρακάτω διάγραμμα, μπορείτε να δείτε ότι το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων του πρώτου συστήματος επικοινωνεί με δύο επίπεδα, το επίπεδο δικτύου και το φυσικό επίπεδο του συστήματος. Σας βοηθά επίσης να επικοινωνείτε με το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων του δεύτερου συστήματος.

Πρωτόκολλα που υποστηρίζονται σε διάφορα επίπεδα

Στρώμα	Όνομα	Πρωτόκολλα
Επίπεδο 7	Εφαρμογή	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Επίπεδο 6	Παρουσίαση	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Επίπεδο 5	Συνεδρία	NetBIOS, SAP
Επίπεδο 4	Μεταφορά	TCP, UDP
Επίπεδο 3	Δίκτυο	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Επίπεδο 2	Σύνδεσμος δεδομένων	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Fiber Cable κ.λπ.
Επίπεδο 1	Φυσικός	RS232, 100BaseTX, ISDN, 11.

Διαφορές μεταξύ OSI & TCP/IP

Ακολουθούν ορισμένες σημαντικές διαφορές μεταξύ του μοντέλου OSI & TCP/IP:

Μοντέλο OSI	Μοντέλο TCP/IP
Το μοντέλο OSI παρέχει μια σαφή διάκριση μεταξύ διεπαφών, υπηρεσιών και πρωτοκόλλων.	Το TCP/IP δεν προσφέρει σαφή σημεία διάκρισης μεταξύ υπηρεσιών, διεπαφών και πρωτοκόλλων.
Το OSI χρησιμοποιεί το επίπεδο δικτύου για να ορίσει πρότυπα και πρωτόκολλα δρομολόγησης.	Το TCP/IP χρησιμοποιεί μόνο το επίπεδο Internet.
Το μοντέλο OSI χρησιμοποιεί δύο ξεχωριστά επίπεδα φυσικής και σύνδεσης δεδομένων για να καθορίσει τη λειτουργικότητα των κατώτερων επιπέδων	Το TCP/IP χρησιμοποιεί μόνο ένα επίπεδο (σύνδεσμος).
Το μοντέλο OSI, το επίπεδο μεταφοράς είναι προσανατολισμένο μόνο στη σύνδεση.	Ένα στρώμα του Μοντέλο TCP/IP είναι και προσανατολισμένη στη σύνδεση και χωρίς σύνδεση.
Στο μοντέλο OSI, το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων και το φυσικό είναι ξεχωριστά επίπεδα.	Στο TCP, το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων και το φυσικό επίπεδο συνδυάζονται ως ένα ενιαίο επίπεδο κεντρικού υπολογιστή σε δίκτυο.
Το ελάχιστο μέγεθος της κεφαλίδας OSI είναι 5 byte.	Το ελάχιστο μέγεθος κεφαλίδας είναι 20 byte.

Πλεονεκτήματα του μοντέλου OSI

Ακολουθούν τα κύρια πλεονεκτήματα/πλεονεκτήματα της χρήσης του μοντέλου OSI:

Σας βοηθά να τυποποιήσετε τον δρομολογητή, τον διακόπτη, τη μητρική πλακέτα και άλλο υλικό
Μειώνει την πολυπλοκότητα και τυποποιεί τις διεπαφές
Διευκολύνει την αρθρωτή μηχανική
Σας βοηθά να εξασφαλίσετε διαλειτουργική τεχνολογία
Σας βοηθά να επιταχύνετε την εξέλιξη
Τα πρωτόκολλα μπορούν να αντικατασταθούν από νέα πρωτόκολλα όταν αλλάξει η τεχνολογία.
Παρέχετε υποστήριξη για υπηρεσίες προσανατολισμένες στη σύνδεση καθώς και για υπηρεσίες χωρίς σύνδεση.
Είναι ένα τυπικό μοντέλο στη δικτύωση υπολογιστών.
Υποστηρίζει υπηρεσίες χωρίς σύνδεση και προσανατολισμένες στη σύνδεση.
Προσφέρει ευελιξία προσαρμογής σε διάφορους τύπους πρωτοκόλλων

Μειονεκτήματα του μοντέλου OSI

Ακολουθούν ορισμένα μειονεκτήματα/μειονεκτήματα της χρήσης του μοντέλου OSI:

Η τοποθέτηση πρωτοκόλλων είναι μια κουραστική εργασία.
Μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε μόνο ως μοντέλο αναφοράς.
Δεν ορίζει κάποιο συγκεκριμένο πρωτόκολλο.
Στο μοντέλο επιπέδου δικτύου OSI, ορισμένες υπηρεσίες αντιγράφονται σε πολλά επίπεδα, όπως τα επίπεδα μεταφοράς και σύνδεσης δεδομένων
Τα επίπεδα δεν μπορούν να λειτουργήσουν παράλληλα, καθώς κάθε επίπεδο πρέπει να περιμένει για να λάβει δεδομένα από το προηγούμενο επίπεδο.

Περίληψη

Το μοντέλο OSI είναι ένα λογικό και εννοιολογικό μοντέλο που ορίζει την επικοινωνία δικτύου που χρησιμοποιείται από συστήματα ανοιχτά σε διασύνδεση και επικοινωνία με άλλα συστήματα
Στο μοντέλο OSI, το επίπεδο πρέπει να δημιουργείται μόνο όπου χρειάζονται τα καθορισμένα επίπεδα αφαίρεσης.
Το επίπεδο OSI σάς βοηθά να κατανοήσετε την επικοινωνία μέσω ενός δικτύου
Το 1984, η αρχιτεκτονική OSI υιοθετήθηκε επίσημα από το ISO ως διεθνές πρότυπο

Στρώμα	Όνομα	Λειτουργία	Πρωτόκολλα
Επίπεδο 7	Εφαρμογή	Για να επιτρέπεται η πρόσβαση σε πόρους δικτύου.	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Επίπεδο 6	Παρουσίαση	Για μετάφραση, κρυπτογράφηση και συμπίεση δεδομένων.	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Επίπεδο 5	Συνεδρία	Για τη δημιουργία, τη διαχείριση και τον τερματισμό της συνεδρίας	NetBIOS, SAP
Επίπεδο 4	Μεταφορά	Το επίπεδο μεταφοράς βασίζεται στο επίπεδο δικτύου για να παρέχει μεταφορά δεδομένων από μια διεργασία σε μια μηχανή προέλευσης σε μια διεργασία σε μια μηχανή προορισμού.	TCP, UDP
Επίπεδο 3	Δίκτυο	Για παροχή διαδικτύου. Για να μετακινήσετε πακέτα από την πηγή στον προορισμό	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Επίπεδο 2	Σύνδεσμος δεδομένων	Για την οργάνωση bits σε πλαίσια. Για την παροχή hop-to-hop παράδοσης	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Fiber Cable κ.λπ.
Επίπεδο 1	Φυσικός	Για μετάδοση bits σε ένα μέσο. Να παρέχει μηχανολογικές και ηλεκτρολογικές προδιαγραφές	RS232, 100BaseTX, ISDN, 11.