OSI modelllager och protokoll i datornätverk

Vad är OSI-modellen?

Ocuco-landskapet OSI-modellen (Open Systems Interconnection) är en konceptuell referensmodell som beskriver hur data flyttas mellan system i ett nätverk. Den delar upp kommunikation i sju abstract-lager, vart och ett med ett tydligt definierat ansvar och en specifik uppsättning protokoll. Modellen är inte implementerad exakt som den ritats i verkliga nätverk – TCP/IP är den protokollstack som faktiskt används – men OSI-lagren är fortfarande den standardvokabulär som ingenjörer använder för att resonera kring nätverksproblem.

OSI-modellens egenskaper

• Ett lager skapas endast där en distinkt nivå av magmusklertraction behövs.
• Varje lagers funktion är vald så att den överensstämmer med ett internationellt standardiserat protokoll.
• Lagren bör vara tillräckligt många för att separera problem men tillräckligt få för att undvika skenande komplexitet.
• Varje lager förlitar sig på lagret omedelbart under det för primitiva tjänster och exponerar tjänster för lagret omedelbart ovanför.
• En förändring inom ett lager bör inte kräva förändringar i lagren ovanför eller under det.

Varför använda OSI-modellen?

• Ger ett gemensamt ordförråd för att förstå kommunikation över ett nätverk.
• Gör felsökning enklare genom att separera funktioner i oberoende nätverkslager.
• Hjälper ingenjörer att ta till sig nya teknologier via kartorping dem på bekanta lager.
• Låter dig jämföra funktionella relationer mellan olika protokollstackar.

OSI-modellens historia

• Sent på 1970-talet — ISO inledde ett program för att definiera allmänna nätverksstandarder.
• 1973 — ett experimentellt paketkopplat system i Storbritannien belyste behovet av protokoll på högre nivå.
• 1983 — OSI-modellen publicerades först som en detaljerad gränssnittsspecifikation.
• 1984 — ISO antog formellt OSI-arkitekturen som en internationell standard (ISO 7498).

De 7 lagren i OSI-modellen

OSI-modellen är en referensarkitektur i flera lager där varje lager utför en specifik funktion. De sju lagren arbetar tillsammans för att leverera data från sändare till mottagare.

• Övre lager (applikation, presentation, session): hantera applikationssemantik och köras främst i programvara.
• Lägre lager (transport, nätverk, datalänk, fysisk): hanterar datatransport, paketering, inramning och det fysiska mediet. Datalänk och fysiskt inkluderar även hårdvara.

De sju lagren, från topp till botten, är:

1. Ansökan
2. Presentation
3. Session Test
4. Johtin
5. nätverks
6. Data länk
7. Mått

Diagram över nätverkslager.

Fysiskt lager

Ocuco-landskapet Fysiskt skikt definierar de elektriska, mekaniska och fysiska specifikationerna för dataanslutningen. Den transporterar råa bitar över ett överföringsmedium och är oberoende av protokoll eller semantik på högre lager. PRI (Primary Rate Interface) är ett exempel på telekommunikation som fungerar på detta lager – läs mer i PRI-handledning.

Exempel på hårdvara i det fysiska lagret inkluderar nätverkskort, Ethernet-kablar, repeatrar och nätverkshubbar.

Datalänkskikt

Ocuco-landskapet Datalänkslager upptäcker och korrigerar fel som kan uppstå på det fysiska lagret och hanterar protokollet som upprättar och avslutar en länk mellan två direktanslutna enheter. Den ramar in råa bitar i strukturerade ramar och hanterar fysisk (MAC) adressering.

Datalänken är uppdelad i två underlager:

1. Mediaåtkomstkontroll (MAC): styr hur enheter får åtkomst till det delade mediet och hur de transmit data.
2. Logisk länkkontroll (LLC): identifierar och inkapslar nätverkslagerprotokoll och upptäcker fel.

Viktiga funktioner i datalänklagret

• Inramning: delar upp nätverkslagerdata i ramar.
• Lägger till en rubrik som innehåller den fysiska adressen (MAC-adressen) för källa och destination.
• Tillhandahåller hop-to-hop-leverans av bildrutor mellan intilliggande enheter.
• Upptäcker fel och begär skadade eller förlorade ramar på nytt.
• Erbjuder en mekanism för att korsa oberoende nätverk som är sammanlänkade.

Nätverkslager

Ocuco-landskapet Nätverkslager tillhandahåller funktionella och procedurella metoder för att överföra datasekvenser med variabel längd mellan värdar som finns på olika nätverk. Den hanterar logisk adressering (IP), routing och vidarebefordran av paket.

Leverans på nätverkslagret är inte i sig tillförlitlig – den garantin är transportlagrets uppgift. Lagerhanteringsprotokoll på detta lager inkluderar:

1. Routingprotokoll (OSPF, BGP, RIP).
2. Multicast-grupphantering (IGMP).
3. Adresstilldelning på nätverkslagret (DHCP).

Transportlager

Ocuco-landskapet Transportlager bygger på nätverkslagret för att tillhandahålla end-to-end-datatransport mellan processer på käll- och destinationsmaskiner. Den upprätthåller tjänstekvalitetsegenskaper som ordning, tillförlitlighet och flödeskontroll.

Transportlagret delar upp meddelanden i det övre lagret i segment, numrerar dem och sätter ihop dem igen hos mottagaren. Det garanterar felfri leverans i sekvens när det används med tillförlitliga protokoll som TCP, eller accepterar förlust i utbyte mot hastighet när det används med UDP.

Viktiga funktioner i transportlagret

• Segmenterar meddelandet som tas emot från sessionslagret och numrerar varje segment.
• Levererar varje segment till rätt process på destinationsdatorn med hjälp av portar.
• Säkerställer att hela meddelandet kommer fram utan fel,transmitnär det behövs.
• Hanterar flödeskontroll så att en snabb sändare inte överbelastar en långsam mottagare.

Layer session

Ocuco-landskapet Sessionslager styr dialogerna (sessionerna) mellan två datorer. Den upprättar, hanterar och avslutar logiska anslutningar, hanterar autentisering där det behövs och stöder både fullduplex- och halvduplexdialoger. Den implementeras oftast i miljöer som använder fjärrproceduranrop.

Viktiga funktioner i sessionslagret

• Upprättar, underhåller och avslutar en session mellan två system.
• Gör det möjligt för båda systemen att inleda en kontrollerad dialog.
• Lägger till kontrollpunkter i en dataström så att en session kan återupptas efter ett avbrott.

Presentationslager

Ocuco-landskapet Presentationslager definierar formatet i vilket data utbyts mellan två kommunicerande enheter och hanterar komprimering och kryptering. Det kallas ibland syntaxlager.

Funktioner i presentationslagret

• Översättning av teckenuppsättningar (till exempel ASCII till EBCDIC).
• Datakomprimering för att minska bitar på kabeln.
• Datakryptering — till exempel TLS för att skydda nyttolastens integritet och konfidentialitet.
• Ger formatstöd för tjänster som e-post och filöverföring.

Applikationslager

Ocuco-landskapet Appliceringslager är lagret närmast slutanvändaren och det enda som interagerar direkt med applikationer. Det innehåller inte själva applikationerna – istället exponerar det de nätverkstjänster som applikationerna använder.

Funktioner i applikationslagret

• Identifierar kommunikationspartners, fastställer resurstillgänglighet och synkroniserar kommunikationen.
• Låter användare logga in på en fjärrvärd.
• Erbjuder e-posttjänster och katalogåtkomst.
• Erbjuder distribuerad databasåtkomst för global information om objekt och tjänster.

Interaktion mellan OSI-modelllager

Information som skickas från en datorapplikation till en annan flyter ner genom OSI-lagren på sändaren, över kabeln och tillbaka upp genom lagren på mottagaren.

• Varje lager kommunicerar med lagret ovanför, lagret under och motsvarande peer-lager på fjärrsystemet.
• I diagrammet nedan kommunicerar datalänklagret i det första systemet med nätverks- och fysiska lagren på samma värd och med datalänklagret i fjärrsystemet.

Protokoll som stöds på varje OSI-lager

skikt	Namn	Gemensamma protokoll
Layer 7	Ansökan	SMTP, HTTP, HTTPS, FTP, POP3, SNMP, DNS
Layer 6	Presentation	MPEG, ASCII, SSL, TLS
Layer 5	Session Test	NetBIOS, SAP, RPC
Layer 4	Johtin	TCP, UDP, SCTP
Layer 3	nätverks	IPv4, IPv6, ICMP, IPsec, ARP, MPLS
Layer 2	Data länk	Ethernet, PPP, Frame Relay, ATM, HDLC
Layer 1	Mått	RS-232, 100BaseTX, ISDN, IEEE 802.11 (fysisk signalering)

Skillnader mellan OSI och TCP/IP

OSI-modell	TCP/IP-modell
Ger en tydlig åtskillnad mellan gränssnitt, tjänster och protokoll.	Drar inte en strikt gräns mellan tjänster, gränssnitt och protokoll.
Har sju lager.	Har fyra lager (applikation, transport, internet, nätverksåtkomst).
Använder ett dedikerat nätverkslager för routing.	Använder ett enda internetlager som kombinerar routing och adressering.
Har separata fysiska och datalänklager.	Kombinerar de fysiska lagren och datalänklagren till ett nätverksåtkomstlager.
Transportlagret är anslutningsorienterat.	Ocuco-landskapet TCP / IP- Transportskiktet är både anslutningsorienterat (TCP) och anslutningslöst (UDP).
Minsta OSI-headerstorlek är cirka 5 byte.	Minsta TCP/IP-headerstorlek är 20 byte.

Fördelar med OSI-modellen

• Standardiserar routrar, switchar och annan hårdvara kring väldefinierade lagergränser.
• Minskar komplexiteten och standardiserar gränssnitt.
• Underlättar modulär konstruktion – leverantörer kan förnya sig inom ett lager utan att bryta mot andra.
• Garanterar interoperabel teknik mellan leverantörer.
• Accelererar utvecklingen av nätverksprotokoll.
• Ger stöd för både anslutningsorienterade och anslutningslösa tjänster.
• Förblir standardreferensmodellen inom utbildning i datornätverk.
• Erbjuder flexibilitet att anpassa sig till många typer av protokoll.

Nackdelar med OSI-modellen

• Att anpassa verkliga protokoll till OSI-lager kan vara mödosamt.
• Det är endast en referensmodell – den definierar inte specifika protokoll.
• Vissa tjänster dupliceras över olika lager (till exempel felkontroll vid Transport och Data Link).
• Lager kan inte köras parallellt – varje lager väntar på det föregående lagrets utdata.

Vanliga frågor