OSI-mallitasot ja -protokollat ​​tietokoneverkossa

by: Bryce Leo Bryce Leo
Hours Päivitetty

⚡ Älykäs yhteenveto

OSI-mallin kerrokset ja protokollat ​​määrittelevät, miten verkkoviestintä on käsitteellisesti jäsennelty seitsemään kerrokseen: fyysinen, datalinkki, verkko, siirto, istunto, esitys ja sovellus. Jokaisella kerroksella on omat vastuualueensa ja protokollansa, ja se palvelee vain sitä ylempänä ja alempana olevaa kerrosta.

  • 📚 Opettele seitsemän kerrosta ulkoa: Fyysinen, datalinkki, verkko, siirto, istunto, esitys ja sovellus — kaapelista käyttäjäsovellukseen.
  • 🔗 Ryhmittele alemmat ja ylemmät kerrokset: Alemmat kerrokset (1–4) siirtävät bittejä ja paketteja; ylemmät kerrokset (5–7) käsittelevät istuntoa, muotoa ja sovelluksen semantiikkaa.
  • 🧾 Yhdistä protokollat ​​tasoihin: IP ja ICMP tasolla L3, TCP ja UDP tasolla L4, HTTP ja SMTP tasolla L7 – tason tunteminen paljastaa oikean työkalun.
  • 🆚 Vertaa TCP/IP:hen: OSI:lla on seitsemän kerrosta ja tarkka viitejärjestelmä, kun taas TCP/IP tiivistää ne neljään käytännölliseen kerrokseen, joita käytetään nykyaikaisessa Internetissä.
  • 🤖 Käytä tekoälyä pinojen debugaamiseen: Tekoälyavustajat selittävät Wireshark tallentaa kerroksittain, korostaa, missä OSI-kerroksessa vika sijaitsee, ja ehdottaa oikeaa diagnostiikkakomentoa.
Lue lisää

7 OSI-mallin kerrosta

Mikä on OSI-malli?

OSI-malli (avoimet järjestelmät yhteenliittämiseen) on käsitteellinen viitemalli, joka kuvaa, miten data liikkuu verkoston järjestelmien välillä. Se jakaa viestinnän seitsemään osaantract-kerroksia, joilla kullakin on selkeästi määritelty vastuu ja tietty joukko protokollia. Mallia ei toteuteta täsmälleen samalla tavalla kuin todellisissa verkoissa – TCP/IP on todellisuudessa käytössä oleva protokollapino – mutta OSI-kerrokset ovat edelleen standardisanasto, jota insinöörit käyttävät verkko-ongelmien päättelyyn.

OSI-mallin ominaisuudet

  • Kerros luodaan vain silloin, kun vatsalihakset ovat selvästi erottuvia.tractiota tarvitaan.
  • Kunkin kerroksen toiminto valitaan siten, että se on linjassa kansainvälisesti standardoidun protokollan kanssa.
  • Kerroksia tulisi olla riittävän monta erottamaan osa-alueet toisistaan, mutta riittävän vähän, jotta vältetään liiallinen monimutkaisuus.
  • Jokainen kerros on riippuvainen välittömästi sen alapuolella olevasta kerroksesta primitiivisten palveluiden osalta ja altistaa palvelut välittömästi sen yläpuolella olevalle kerrokselle.
  • Yhden kerroksen sisällä tapahtuvan muutoksen ei pitäisi vaatia muutoksia sen ylä- tai alapuolella oleviin kerroksiin.

Miksi käyttää OSI-mallia?

  • Tarjoaa jaetun sanaston verkostoviestinnän ymmärtämiseen.
  • Helpottaa vianmääritystä erottamalla toiminnot itsenäisiin verkkokerroksiin.
  • Auttaa insinöörejä omaksumaan uusia teknologioita kartan avullaping ne tutuille kerroksille.
  • Voit vertailla toiminnallisia suhteita eri protokollapinojen välillä.

OSI-mallin historia

  • 1970-luvun lopulla — ISO aloitti ohjelman yleisten verkkostandardien määrittelemiseksi.
  • 1973 — kokeellinen pakettikytkentäinen järjestelmä Isossa-Britanniassa korosti korkeamman tason protokollien tarvetta.
  • 1983 — OSI-malli julkaistiin ensimmäisen kerran yksityiskohtaisena rajapintaspesifikaationa.
  • 1984 — ISO hyväksyi OSI-arkkitehtuurin virallisesti kansainväliseksi standardiksi (ISO 7498).

OSI-mallin 7 kerrosta

OSI-malli on kerroksellinen viitearkkitehtuuri, jossa jokainen kerros suorittaa tietyn toiminnon. Seitsemän kerrosta toimivat yhdessä toimittaakseen dataa lähettäjältä vastaanottajalle.

  • Ylemmät tasot (sovellus, esitys, istunto): käsittelevät sovellussemantiikkaa ja toimivat pääasiassa ohjelmistoissa.
  • Alemmat kerrokset (kuljetus, verkko, datayhteys, fyysinen): käsittelevät tiedonsiirtoa, paketointia, kehystämistä ja fyysistä tallennusvälinettä. Tiedonsiirtoyhteys ja fyysinen sisältävät myös laitteiston.

Seitsemän kerrosta ylhäältä alas ovat:

  1. Hakemus
  2. esittely
  3. istunto
  4. liikenne
  5. verkkotuotteet
  6. Tietolinkki
  7. fyysinen

7 OSI-mallin kerrosta

Verkkokerrosten kaavio.

Fyysinen kerros

Fyysinen kerros määrittelee datayhteyden sähköiset, mekaaniset ja fyysiset ominaisuudet. Se kuljettaa raakabittejä siirtovälineen kautta eikä ole kiinnostunut protokollista tai ylemmän tason semantiikasta. PRI (Primary Rate Interface) on yksi esimerkki tällä tasolla toimivasta tietoliikenneyhteydestä – lue lisää kohdasta PRI-opetusohjelma.

Esimerkkejä fyysisen kerroksen laitteistosta ovat verkkosovittimet, Ethernet-kaapeloinnit, toistimet ja verkkokeskittimet.

AIHEESEEN LIITTYVÄT ARTIKKELIT

Tietolinkkikerros

Tiedonsiirtokerros havaitsee ja korjaa fyysisellä tasolla mahdollisesti esiintyviä virheitä ja hallitsee protokollaa, joka muodostaa ja lopettaa yhteyden kahden suoraan yhdistetyn laitteen välillä. Se kehystää raakabitit strukturoiduiksi kehyksiksi ja käsittelee fyysisen (MAC) osoitteiden jakamisen.

Data Link on jaettu kahteen alikerrokseen:

  1. Median käyttöoikeuksien hallinta (MAC): hallitsee, miten laitteet pääsevät käsiksi jaettuun tallennusvälineeseen ja miten ne transmit tietoja.
  2. Looginen linkkiohjaus (LLC): tunnistaa ja kapseloi verkkokerroksen protokollat ​​ja havaitsee virheet.

Tiedonsiirtokerroksen tärkeät toiminnot

  • Kehystys: jakaa verkkokerroksen datan kehyksiin.
  • Lisää otsikon, joka sisältää lähteen ja kohteen fyysisen osoitteen (MAC).
  • Tarjoaa kehysten hop-to-hop-toimituksen vierekkäisten laitteiden välillä.
  • Havaitsee virheet ja pyytää uudelleen vaurioituneita tai kadonneita kehyksiä.
  • Tarjoaa mekanismin toisiinsa linkitettyjen itsenäisten verkkojen läpikäymiseen.

Verkkokerros

Verkkotaso tarjoaa toiminnalliset ja proseduraaliset keinot siirtää vaihtelevan pituisia datasarjoja eri verkoissa sijaitsevien isäntien välillä. Se käsittelee loogisen osoituksen (IP), reitityksen ja pakettien edelleenlähetyksen.

Verkkokerroksen toimitus ei ole luonnostaan ​​luotettava – tämän takaaminen on siirtokerroksen tehtävä. Tämän kerroksen kerroksenhallintaprotokollia ovat:

  1. Reititysprotokollat ​​(OSPF, BGP, RIP).
  2. Monilähetysryhmien hallinta (IGMP).
  3. Verkkokerroksen osoitteenmääritys (DHCP).

Kuljetuskerros

Kuljetuskerros rakentaa verkkokerroksen päälle tarjotakseen päästä päähän -tiedonsiirron lähde- ja kohdekoneiden prosessien välillä. Se ylläpitää palvelun laatua koskevia ominaisuuksia, kuten järjestystä, luotettavuutta ja virtauksen hallintaa.

Siirtokerros jakaa ylemmän kerroksen viestit segmentteihin, numeroi ne ja kokoaa ne uudelleen vastaanottajalla. Se takaa virheettömän ja oikeassa järjestyksessä tapahtuvan toimituksen käytettäessä luotettavia protokollia, kuten TCP:tä, tai hyväksyy hävikin nopeuden vastineeksi UDP:tä käytettäessä.

Kuljetuskerroksen tärkeät toiminnot

  • Segmentoi istuntokerrokselta vastaanotetun viestin ja numeroi jokaisen segmentin.
  • Toimittaa jokaisen segmentin oikealle prosessille kohdekoneella porttien avulla.
  • Varmistaa, että koko viesti saapuu perille virheettömästitransmittikkausta tarvittaessa.
  • Hallitsee tiedonsiirtoa niin, että nopea lähettäjä ei ylikuormita hidasta vastaanottajaa.

Istunnon kerros

Istuntokerros ohjaa kahden tietokoneen välisiä dialogeja (istuntoja). Se muodostaa, hallitsee ja lopettaa loogisia yhteyksiä, käsittelee todennuksen tarvittaessa ja tukee sekä täysdupleksi- että vuorodupleksidialogeja. Se toteutetaan useimmiten ympäristöissä, jotka käyttävät etäproseduurikutsuja.

Istuntokerroksen tärkeät toiminnot

  • Muodostaa, ylläpitää ja lopettaa istunnon kahden järjestelmän välillä.
  • Mahdollistaa molempien järjestelmien hallitussa vuoropuhelussa.
  • Lisää tarkistuspisteitä tietovirtaan, jotta istunto voi jatkua keskeytyksen jälkeen.

Esityskerros

Esityskerros määrittelee muodon, jossa dataa vaihdetaan kahden kommunikoivan yksikön välillä, ja käsittelee pakkaamisen ja salauksen. Sitä kutsutaan joskus syntaksikerros.

Esityskerroksen toiminnot

  • Merkistöjen muunnos (esimerkiksi ASCII-merkistöstä EBCDIC-merkistöksi).
  • Tiedon pakkaus bittien vähentämiseksi langalla.
  • Tietojen salaus – esimerkiksi TLS hyötykuorman eheyden ja luottamuksellisuuden suojaamiseksi.
  • Tarjoaa muototukea palveluille, kuten sähköpostille ja tiedostonsiirrolle.

Sovelluskerros

Sovelluskerros on loppukäyttäjää lähimpänä oleva kerros ja ainoa, joka on suoraan vuorovaikutuksessa sovellusten kanssa. Se ei sisällä itse sovelluksia – sen sijaan se paljastaa sovellusten käyttämät verkkopalvelut.

Sovelluskerroksen toiminnot

  • Tunnistaa viestintäkumppanit, määrittää resurssien saatavuuden ja synkronoi viestinnän.
  • Antaa käyttäjien kirjautua etäisäntään.
  • Tarjoaa sähköpostipalveluita ja hakemiston käyttöoikeuksia.
  • Tarjoaa hajautetun tietokannan käyttöoikeuden objekteja ja palveluita koskevaan globaaliin tietoon.

OSI-mallin kerrosten välinen vuorovaikutus

Tietokonesovelluksesta toiseen lähetetyt tiedot virtaavat lähettäjän OSI-kerrosten läpi, johtimen yli ja takaisin ylös vastaanottajan kerrosten läpi.

  • Jokainen kerros kommunikoi yläpuolella olevan kerroksen, sen alapuolella olevan kerroksen ja vastaavan vertaiskerroksen kanssa etäjärjestelmässä.
  • Alla olevassa kaaviossa ensimmäisen järjestelmän tiedonsiirtokerros kommunikoi saman isännän verkko- ja fyysisen kerroksen sekä etäjärjestelmän tiedonsiirtokerroksen kanssa.

OSI-mallin kerrosten välinen vuorovaikutus

Jokaisella OSI-kerroksella tuetut protokollat

kerros Nimi Yhteiset pöytäkirjat
Kerros 7 Hakemus SMTP, HTTP, HTTPS, FTP, POP3, SNMP, DNS
Kerros 6 esittely MPEG, ASCII, SSL, TLS
Kerros 5 istunto NetBIOS, SAP, RPC
Kerros 4 liikenne TCP, UDP, SCTP
Kerros 3 verkkotuotteet IPv4, IPv6, ICMP, IPsec, ARP, MPLS
Kerros 2 Tietolinkki Ethernet, PPP, Frame Relay, ATM, HDLC
Kerros 1 fyysinen RS-232, 100BaseTX, ISDN, IEEE 802.11 (fyysinen signalointi)

Erot OSI:n ja TCP/IP:n välillä

OSI:n ja TCP/IP:n väliset erot

OSI-malli TCP/IP malli
Tarjoaa selkeän eron rajapintojen, palvelujen ja protokollien välille. Ei vedä tarkkaa rajaa palveluiden, rajapintojen ja protokollien välille.
Siinä on seitsemän kerrosta. Siinä on neljä tasoa (sovellus, siirto, internet, verkkoyhteys).
Käyttää reititykseen erillistä verkkokerrosta. Käyttää yhtä Internet-kerrosta, joka yhdistää reitityksen ja osoitteiden määrityksen.
Siinä on erilliset fyysiset ja datalinkkikerrokset. Yhdistää fyysiset ja datalinkkikerrokset yhdeksi verkkoyhteyskerrokseksi.
Siirtokerros on yhteydekeskeinen. TCP / IP Siirtokerros on sekä yhteydellinen (TCP) että yhteydetön (UDP).
OSI-otsikkotiedoston vähimmäiskoko on noin 5 tavua. TCP/IP-otsikkotiedon vähimmäiskoko on 20 tavua.

OSI-mallin edut

  • Standardoi reitittimet, kytkimet ja muut laitteet tarkasti määriteltyjen kerrosrajojen ympärille.
  • Vähentää monimutkaisuutta ja standardoi käyttöliittymiä.
  • Helpottaa modulaarista suunnittelua — toimittajat voivat innovoida yhden kerroksen sisällä rikkomatta muita.
  • Takaa yhteentoimivan teknologian eri toimittajien välillä.
  • Nopeuttaa verkkoprotokollien kehitystä.
  • Tarjoaa tukea sekä yhteydellisille että yhteydettömille palveluille.
  • On edelleen tietokoneverkkojen koulutuksen vakioviitemalli.
  • Tarjoaa joustavuutta mukautua monenlaisiin protokolliin.

OSI-mallin haitat

  • Reaalimaailman protokollien sovittaminen OSI-kerroksiin voi olla työlästä.
  • Se on vain referenssimalli – se ei määrittele tiettyjä protokollia.
  • Jotkin palvelut kopioidaan kerrosten välillä (esimerkiksi virheentarkistus Transport- ja Data Link -yhteyksissä).
  • Tasot eivät voi toimia rinnakkain – jokainen taso odottaa edellisen tason tulostetta.

UKK

ISO (International Organization for Standardization) kehitti OSI-mallin 1970-luvun lopulla ja otti sen virallisesti käyttöön vuonna 1984 standardina ISO 7498. Se on edelleen kaanoninen viitearkkitehtuuri verkkojen opettamiseen.

OSI on seitsemänkerroksinen referenssimalli. TCP/IP on Internetissä itse asiassa käytetty nelikerroksinen protokollapino, jossa fyysinen ja datayhteys yhdistetään verkkoyhteydeksi ja istunto/esitystapa taitetaan sovellukseksi.

HTTP toimii sovellustasolla (taso 7). Se kulkee TCP:n päällä siirtotasolla (taso 4), joka puolestaan ​​kulkee IP:n yli verkkotasolla (taso 3).

Molemmat. Tilattomat pakettisuodattimet toimivat tasolla 3/4 tarkastamalla IP-osoitteita ja TCP/UDP-portteja. Sovelluspalomuurit (WAF) ja välityspalvelimet tarkastavat tasolla 7 ymmärtämällä HTTP-, DNS- tai muita protokollia.

”Älä heitä makkarapizzaa pois” — Fyysinen, datalinkki, verkko, siirto, istunto, esitys, sovellus — alhaalta ylös. Reverse sitä ylhäältä alas muistamista varten.

Vakiokytkimet toimivat tasolla 2 (tiedonsiirtoyhteys) ja välittävät kehyksiä MAC-osoitteen perusteella. Taso 3 -kytkimet lisäävät reititysominaisuuksia ja välittävät paketteja IP-osoitteen perusteella yhdistäen kytkentä- ja reititysjärjestelmän samaan laitteeseen.

Tekoälyavustajat tekevät kommentteja Wireshark tallentaa kerros kerrokselta, luo harjoitustestejä tiettyihin tasoihin yhdistettynä ja selittää tosielämän häiriöt (DNS-vika, TLS-kättelyvirhe) vastuussa olevan OSI-kerroksen avulla.

Kyllä. Jos ilmenee oire, kuten "sivusto latautuu hitaasti vain Wi-Fi-yhteydellä", tekoälytyökalut yhdistävät sen todennäköisimpään kerrokseen (fyysinen tai datayhteys) ja ehdottavat komentoja (ping, traceroute, iperf), ja selitä, miten perimmäinen syy vahvistetaan.

Tiivistä tämä viesti seuraavasti: