OSI-modellagen en protocollen in computernetwerken

Wat is het OSI-model?

De OSI-model (Open Systems Interconnection) Het is een conceptueel referentiemodel dat beschrijft hoe gegevens tussen systemen op een netwerk worden verplaatst. Het verdeelt communicatie in zeven abstraheren.tract lagen, elk met een duidelijk omschreven verantwoordelijkheid en een specifieke set protocollen. Het model wordt niet exact zo geïmplementeerd als getekend in echte netwerken — TCP/IP is de protocolstack die daadwerkelijk wordt gebruikt — maar de OSI-lagen blijven de standaardterminologie die ingenieurs gebruiken om netwerkproblemen te analyseren.

Kenmerken van het OSI-model

• Een laag wordt alleen gecreëerd waar een duidelijk niveau van abstraceen beslissing is nodig.
• De functie van elke laag is zo gekozen dat deze aansluit bij een internationaal gestandaardiseerd protocol.
• Er moeten voldoende lagen zijn om de verschillende aspecten van elkaar te scheiden, maar niet te veel om te voorkomen dat de complexiteit onbeheersbaar wordt.
• Elke laag is voor basisdiensten afhankelijk van de laag er direct onder en stelt diensten beschikbaar aan de laag er direct boven.
• Een verandering binnen één laag mag geen veranderingen in de lagen erboven of eronder vereisen.

Waarom het OSI-model gebruiken?

• Biedt een gedeelde woordenschat voor het begrijpen van communicatie binnen een netwerk.
• Vereenvoudigt het oplossen van problemen door functies te scheiden in onafhankelijke netwerklagen.
• Helpt ingenieurs nieuwe technologieën te begrijpen door middel van een kaart.ping ze op bekende lagen plaatsen.
• Hiermee kun je functionele relaties tussen verschillende protocolstacks vergelijken.

Geschiedenis van het OSI-model

• Late 1970s — De ISO startte een programma om algemene netwerkstandaarden te definiëren.
• 1973 — Een experimenteel pakketgeschakeld systeem in het Verenigd Koninkrijk benadrukte de behoefte aan protocollen op een hoger niveau.
• 1983 — Het OSI-model werd voor het eerst gepubliceerd als een gedetailleerde interfacespecificatie.
• 1984 — ISO heeft de OSI-architectuur formeel aangenomen als internationale standaard (ISO 7498).

De 7 lagen van het OSI-model

Het OSI-model is een gelaagde referentiearchitectuur waarin elke laag een specifieke functie vervult. De zeven lagen werken samen om gegevens van zender naar ontvanger te transporteren.

• Bovenste lagen (Applicatie, Presentatie, Sessie): Ze houden zich bezig met de semantiek van applicaties en draaien voornamelijk in software.
• Lagere lagen (transport, netwerk, datalink, fysiek): Het betreft het transport van gegevens, het maken van pakketten, het samenstellen van frames en het fysieke medium. Datalink en fysiek omvatten ook hardware.

De zeven lagen zijn, van boven naar beneden:

1. Toepassing
2. Presentatie
3. Sessie
4. Transport
5. Netwerk
6. Datalink
7. fysiek

Diagram van de netwerklagen.

Fysieke laag

De Fysieke laag Definieert de elektrische, mechanische en fysieke specificaties van de dataverbinding. Het transporteert ruwe bits over een transmissiemedium en houdt zich niet bezig met protocollen of semantiek op hogere lagen. PRI (Primary Rate Interface) is een voorbeeld van telecommunicatie dat op deze laag werkt — lees meer in de PRI-handleiding.

Voorbeelden van hardware op de fysieke laag zijn netwerkadapters, Ethernet-kabels, repeaters en netwerkhubs.

Datalinklaag

De Datalinklaag Het detecteert en corrigeert fouten die kunnen optreden op de fysieke laag en beheert het protocol dat een verbinding tot stand brengt en verbreekt tussen twee rechtstreeks verbonden apparaten. Het zet ruwe bits om in gestructureerde frames en verzorgt de fysieke (MAC) adressering.

Data Link is opgesplitst in twee sublagen:

1. Media Access Control (MAC): bepaalt hoe apparaten toegang krijgen tot het gedeelde medium en hoe ze transmit data.
2. Logical Link Control (LLC): Identificeert en encapsuleert netwerklaagprotocollen en detecteert fouten.

Belangrijke functies van de datalinklaag

• Framing: verdeelt data op de netwerklaag in frames.
• Voegt een header toe met het fysieke (MAC) adres van de bron en de bestemming.
• Biedt de mogelijkheid tot het rechtstreeks doorgeven van frames tussen aangrenzende apparaten.
• Detecteert fouten en vraagt ​​beschadigde of verloren frames opnieuw aan.
• Biedt een mechanisme om onafhankelijke netwerken te doorkruisen die met elkaar verbonden zijn.

Netwerklaag

De Netwerklaag Het biedt de functionele en procedurele middelen voor het overdragen van gegevensreeksen met variabele lengte tussen hosts op verschillende netwerken. Het verzorgt logische adressering (IP), routering en pakketdoorsturing.

Levering op netwerklaagniveau is niet inherent betrouwbaar; die garantie is de taak van de transportlaag. Laagbeheerprotocollen op deze laag omvatten:

1. Routeringsprotocollen (OSPF, BGP, RIP).
2. Multicast-groepsbeheer (IGMP).
3. Netwerklaag-adres toewijzing (DHCP).

Transport laag

De Transport laag Het bouwt voort op de netwerklaag om end-to-end datatransport te bieden tussen processen op bron- en doelmachines. Het handhaaft kwaliteitseigenschappen zoals volgorde, betrouwbaarheid en stroombeheer.

De transportlaag verdeelt berichten van de bovenliggende lagen in segmenten, nummert deze en voegt ze weer samen bij de ontvanger. Bij gebruik met betrouwbare protocollen zoals TCP garandeert de transportlaag foutloze en sequentiële levering, of accepteert verlies in ruil voor snelheid bij gebruik met UDP.

Belangrijke functies van de transportlaag

• Het segmenteert het bericht dat van de sessielaag is ontvangen en nummert elk segment.
• Levert elk segment via poorten aan het juiste proces op de bestemmingsmachine.
• Zorgt ervoor dat het hele bericht zonder fouten aankomt, opnieuwtransmitindien nodig.
• Regelt de gegevensstroom zodat een snelle zender een trage ontvanger niet overbelast.

Sessielaag

De Sessielaag Het beheert de dialogen (sessies) tussen twee computers. Het legt logische verbindingen tot stand, beheert en beëindigt deze, verzorgt de authenticatie waar nodig en ondersteunt zowel full-duplex als half-duplex communicatie. Het wordt het meest gebruikt in omgevingen die gebruikmaken van remote procedure calls.

Belangrijke functies van de sessielaag

• Hiermee wordt een sessie tussen twee systemen opgezet, onderhouden en beëindigd.
• Hiermee kunnen beide systemen een gecontroleerde dialoog aangaan.
• Voegt controlepunten toe aan een datastroom, zodat een sessie na een onderbreking kan worden hervat.

Presentatie laag

De Presentatie laag definieert het formaat waarin gegevens worden uitgewisseld tussen twee communicerende entiteiten en regelt compressie en encryptie. Het wordt soms ook wel de genoemd. syntaxis laag.

Functies van de presentatielaag

• Tekensetconversie (bijvoorbeeld van ASCII naar EBCDIC).
• Datacompressie om het aantal bits op de kabel te verminderen.
• Gegevensversleuteling — bijvoorbeeld TLS om de integriteit en vertrouwelijkheid van de gegevens te beschermen.
• Biedt formaatondersteuning voor diensten zoals e-mail en bestandsoverdracht.

Applicatielaag

De Toepassingslaag De netwerklaag is het dichtst bij de eindgebruiker en de enige die rechtstreeks met applicaties communiceert. Deze laag bevat niet de applicaties zelf, maar biedt in plaats daarvan toegang tot de netwerkdiensten die door de applicaties worden gebruikt.

Functies van de applicatielaag

• Identificeert communicatiepartners, bepaalt de beschikbaarheid van middelen en synchroniseert de communicatie.
• Hiermee kunnen gebruikers inloggen op een externe host.
• Biedt e-mailservices en toegang tot het telefoonboek.
• Biedt toegang tot gedistribueerde databases voor wereldwijde informatie over objecten en services.

Interactie tussen OSI-modellagen

Informatie die van de ene computerapplicatie naar de andere wordt verzonden, stroomt via de OSI-lagen op de zender, over de kabel en weer omhoog via de lagen op de ontvanger.

• Elke laag communiceert met de laag erboven, de laag eronder en de corresponderende peerlaag op het externe systeem.
• In het onderstaande diagram communiceert de datalinklaag van het eerste systeem met de netwerk- en fysieke lagen op dezelfde host en met de datalinklaag van het externe systeem.

Ondersteunde protocollen op elke OSI-laag

Verschillende Lagen	Naam	Algemene protocollen
Laag 7	Toepassing	SMTP, HTTP, HTTPS, FTP, POP3, SNMP, DNS
Laag 6	Presentatie	MPEG, ASCII, SSL, TLS
Laag 5	Sessie	NetBIOS, SAP, RPC
Laag 4	Transport	TCP, UDP, SCTP
Laag 3	Netwerk	IPv4, IPv6, ICMP, IPsec, ARP, MPLS
Laag 2	Datalink	Ethernet, PPP, Frame Relay, ATM, HDLC
Laag 1	fysiek	RS-232, 100BaseTX, ISDN, IEEE 802.11 (fysieke signalering)

Verschillen tussen OSI en TCP/IP

OSI-model	TCP/IP-model
Biedt een duidelijk onderscheid tussen interfaces, services en protocollen.	Trekt geen strikte scheidslijn tussen services, interfaces en protocollen.
Heeft zeven lagen.	Het bestaat uit vier lagen (applicatie, transport, internet, netwerktoegang).
Maakt gebruik van een aparte netwerklaag voor routering.	Maakt gebruik van één enkele internetlaag die routering en adressering combineert.
Heeft aparte fysieke en datalinklagen.	Combineert de fysieke laag en de datalinklaag tot één netwerktoegangslaag.
De transportlaag is verbindingsgericht.	De TCP / IP De transportlaag is zowel verbindingsgericht (TCP) als verbindingsloos (UDP).
De minimale grootte van een OSI-header is ongeveer 5 bytes.	De minimale grootte van de TCP/IP-header is 20 bytes.

Voordelen van het OSI-model

• Standaardiseert routers, switches en andere hardware rondom duidelijk gedefinieerde laaggrenzen.
• Vermindert de complexiteit en standaardiseert de interfaces.
• Faciliteert modulaire engineering: leveranciers kunnen binnen één laag innoveren zonder andere lagen te verstoren.
• Garandeert interoperabele technologie tussen verschillende leveranciers.
• Versnelt de evolutie van netwerkprotocollen.
• Biedt ondersteuning voor zowel verbindingsgerichte als verbindingsloze services.
• Het blijft het standaard referentiemodel in het computernetwerkonderwijs.
• Biedt de flexibiliteit om zich aan te passen aan vele soorten protocollen.

Nadelen van het OSI-model

• Het inpassen van protocollen uit de praktijk in OSI-lagen kan een moeizaam proces zijn.
• Het is slechts een referentiemodel; het definieert geen specifieke protocollen.
• Sommige services worden over meerdere lagen heen gedupliceerd (bijvoorbeeld foutcontrole bij Transport en Data Link).
• Lagen kunnen niet parallel worden uitgevoerd; elke laag wacht op de uitvoer van de vorige laag.

Veelgestelde vragen