Sedmivrstvý referenční model ISO OSI
- fyzická a linková vrstva. Referenční model ISO OSI je pravděpodobně nejznámější metodou popisu komunikačních systémů. Znalost této architektury je základním předpokladem pro pochopení funkce počítačových sítí, přenosu dat a návazných technologií.
Pravděpodobně nejznámější metodu popisu komunikačních systémů představuje sedmivrstvá architektonická struktura, nazývaná referenční model OSI. Znalost této architektury je základním předpokladem pro pochopení funkce počítačových sítí, přenosu dat a návazných technologií.
Existují určité příměry usnadňující pochopení funkce datových přenosů. Tím nejoblíbenějším je srovnání s poštou. Srovnání s poštou dělí vrstvy na dvě části :
· 5 až 7 - uživatelská část
· 1 až 3 - síťová část
Uživatelská část odpovídá v poštovní analogii psaní dopisu a splnění konvencí používaným pro doručení dopisů.
Síťová část je v poštovní analogii přirovnávána ke službám zajišťujícím přenos dopisu mezi sběrnou schránkou do schránky domovní.
Mezi těmito částmi je 4. vrstva, která je chápána jako interfejs mezi uživatelskou částí a síťovými službami. Lze ji přirovnat k přepážkové službě, kde se rozhoduje zda dopis půjde standardní službou, expres, letecky, jako balíček, stylem dopisu v láhvi, ...
|
7. aplikační |
|
6. presentační |
|
5. spojová |
|
4. transportní |
|
3. síťová |
|
2. linková |
|
1. fyzická |
Zatímco první čtyři vrstvy jsou poměrně exaktně definovány, zbylé tři vrstvy nemusí být striktně použity tak, jak jsou definovány podle tohoto modelu. (Příkladem kdy nejsou v modelu použity všechny vrstvy je např. IP protokol).
Teoreticky každá vrstva přidává zepředu k balíku dat vlastní hlavičku s údaji této vrstvy a na závěr kontrolní součet nebo informaci o ukončení dat vrstvy. Paket si pak lze představit např. následovně:
Velikost celého balíku i jeho režijní části je značně závislá na použité přenosové technologii, použitých protokolech a typu aplikace. Např. Ethernet umožňuje variabilitu v délce rámce 64 až 1518 byte, samotná hlavička tohoto protokolu je min. xy byte. Pokud je pro přenos použit protokol IP, představuje IP hlavička velikost min. 20 byte. Hlavička protokolu TCP má velikost min. 24 byte.
Fyzická vrstva (Physical Layer)
Tato vrstva specifikuje bitový přenos z jednoho zařízení na druhé prostřednictvím fyzického média. Samotné fyzické médium není součástí vrstvy, v OSI modelu je pod touto vrstvou.
Fyzická vrstva zajišťuje synchronizaci (synchronní vs. asynchronní komunikace) a multiplexing – několik logických spojení lze realizovat jedním fyzickým médiem.
Datové jednotky přenášené fyzickou vrstvou jsou bity.
Tato vrstva je závislá technologicky (Ethernet, Token Ring, ATM, FDDI, ...), ale protokolově (IP, IPX, Vines IP, XNS, ...) je nezávislá! Prvky pracující na této vrstvě jsou opakovače a rozbočovače. Tyto prvky rozšiřují kolizní i broadcastovou doménu!
Linková vrstva (Data Link Layer)
Zajišťuje přístup ke sdílenému médiu a adresaci na fyzickém spojení – tj. v jednom síťovém segmentu. K adresaci jsou používány fyzické neboli MAC (Media Access Control) adresy. MAC adresa je 48 bitová adresa a je svázána se síťovým adaptérem připojujícím zařízení do sítě (např. 00-00-64-65-73-74). První tři oktety znamenají výrobce, další oktety zajišťují unikátnost MAC adresy. Výrobce je v tomto případě Xircom. Relaci mezi ostatními registrovanými výrobci a přidělenými čísly lze nalézt např. v RFC 1700.
Formát hlavičky linkové vrstvy je většinou ve formátu podle obrázku.
|
Úvodní sekvence |
cílová adresa |
zdrojová adresa |
... |
Úvodní sekvence (preamble) je často řazena do informace fyzické vrstvy. Cílová adresa (destination address) a zdrojová adresa (source address) jsou velmi významné součásti hlavičky linkové vrtsvy. Lze je nalézt téměř u všech síťových technologií (např. ArcNet, Ethernet, Token Ring, FDDI). Další části paketu jsou tvořeny zbývajícími údaji hlavičky, hlavičkami vyšších vrstev, přenášenými daty a údaji o ukončení příslušné vrstvy.
V závislosti na hodnotě prvního bitu prvního oktetu adresy určení se adresy (a tím i pakety) dělí na Unicastové a NonUnicastové. Unicastové adresy slouží pro komunikaci s konkrétním uzlem, adresa určení odpovídá MAC adrese tohoto uzlu sítě (nebo MAC adrese směrovače).NonUnicastové adresy slouží pro komunikaci s určitou skupinou uzlů (je-li adresa ve tvaru ff-ff-ff-ff-ff-ff-ff-ff, jde o tzv. Broadcast a příjemci jsou všechny uzly sítě; všechny ostatní jsou nazývané Multicastové adresy). Pokud binární adresa určení začíná číslem 1 jedná se vždy o NonUnicast adresu. Význam Broadcastů je např. pro vyhledávání specifických zařízení nebo zjišťování např. IP adresy. Význam Multicastových adres je v komunikaci určitých specifických aplikací (např. video stream) nebo protokolů (RIPv2, OSPF, ...).
Bylo řečeno, že MAC adresa je provázána s konkrétním adaptérem. Některé drivery umožňují náhradu pevně dané adresy adresou libovolnou (obvzlášťpovedený šprým je identifikovat svoji stanici MAC adresou 00-00-00-0a-ba-ba-da), jenom pozor aby si stejnou adresu nezvolilo víc uživatelů. MAC adresa musí být v rámci broadcastové domény unikátní!.
Datové jednotky přenášené linkovou vrstvou jsou rámce (frame).
Tato vrstva je závislá technologicky (Ethernet, Token Ring, ATM, FDDI, ...), ale protokolově (IP, IPX, Vines IP, XNS, ...) je nezávislá ! Prvky pracující na této vrstvě jsou můstky a přepínače. Tyto prvky rozšiřují broadcastovou doménu, ale rozdělují kolizní domény!
Síťová a vyšší vrstvy referenčního modelu ISO OSI
Síťová, transportní, spojová, presentační a aplikační vrstva referenčního modelu ISO OSI.
Síťová vrstva (Network Layer)
Zajišťuje adresaci v rámci síťového prostředí s více fyzickými segmenty. Používá logické adresy a prostřednictvím nich přenos dat z jednoho zařízení na druhé i z jedné sítě do jiné. Adresa zařízení má dvě části – část označující síť do níž zařízení patří (poštovní analogie – město + PSČ) a část označující konkrétní uzel (poštovní analogie např. ulice + číslo popisné).
Představme si, že kompletní adresa je interpretována dvěma čísly oddělenými tečkou ve formátu síť.uzel (např. 040.001). Část sítě musí být unikátní z globálního hlediska tzv. intersítě (neboli propojení několika lokálních sítí - subsítí). Pokud bude mít pardubická síť logickou adresu 040, žádná jiná lokalita spojená s Pardubicemi nemůže tuto adresu použít. Libovolný prvek může použít adresu uzlu 001, pak však tuto adresu uzlu nesmí použít žádný jiný prvek v dané lokalitě, ale v jiné lokalitě ji může použít bez problému – celková adresa 040.001 je totiž jiná než 02.001 !
Konkrétním příkladem protokolu třetí vrstvy OSI je protokol IP. Dalším příkladem je IPX.
Sítě jsou spojeny zařízeními pracujícími na této vrstvě. Jsou nazývány směrovače (routery) a mají přehled o okolních částech sítě. Síťová vrstva pak používá nejlepší cestu z jedné sítě do druhé – to je dáno buď konfigurací cest nebo použitím směrovacích protokolů (např. RIP – Routing Information Protocol).
Znalost logických a fyzických adres je bezpodmínenčně nutná – údaje všech vrstev musí být korektně vyplněny (viz. např. komunikace mezi dvěma uzli popsaná při vysvětlení pojmu odchozí brána). Protokoly 3. vrstvy musí tedy zajistit mechanismus vytvářející relaci mezi logickými a fyzickými adresami. U nejznámějších protokolů je to rozdílné. IPX má tuto relaci zajištěnu přímo - adresa uzlu na 3. vrstvě odpovídá MAC adrese. Protokol IP používá mechanismus nazývaný ARP.
Datové jednotky přenášené síťovou vrstvou jsou pakety (packet).
Síťová vrstva je technologicky (Ethernet, Token Ring, ATM, FDDI, …) nezávislá, ale je závislá protokolově (IP, IPX, Vines IP, XNS, ...) ! Technologická nezávislost je dána tím, že pro každou požadovanou technologii je ve směrovači příslušný adaptér.
Transportní (přenosová) vrstva (Transport Layer)
Účelem této vrstvy je zajistit spolehlivost a kvalitu přenosu jakou požadují vyšší vrstvy. Principielně nabízí tato vrstva dva typy služeb :
· spojově orientované (connection-oriented) služby
· nespojové (connectionless) služby
Spojově orientované služby zajišťují spolehlivý přenos navázáním virtuálního spojení, výměnou informací o průběhu přenosu (potvrzováním příjmu rámců) a ukončení spojení. Na základě potvrzování je vysílající uzel schopen zopakovat ztracené nebo opožděné rámce. Konkrétním představitelem tohoto typu protokolů jsou SPX nebo TCP.
Nespojové služby slouží k jednoduchému odeslání dat. Na této vrstvě neexistuje mechanismus kontroly spolehlivosti. Je ji nutno zajistit mechanismy vyšších vrstev. Typickým představitelem tohoto typu protokolů je UDP.
Datové jednotky přenášené přenosovou vrstvou jsou TPDU (Transport Layer Protocol Data Unit). U TCP protokolu je běžné označení TPDU segment, u UDP protokolu jde o user datagram.
Spojová vrstva (Session Layer)
Zajišťuje pravidla pro navazování a ukončování datových přenosů mezi uzly na síti. Dále zajišťuje služby typu překlad jmen na adresy nebo bezpečnost přístupu.
Poměrně zajímavou funkcí této vrstvy je synchronizace datových přenosů. Asi máte zkušenost se stahováním velkých objemů dat z Internetu. Uprostřed přenosu se rozpojí modem a nezbude než zanadávat na telekom a zkusit to znovu. Pak jsou dvě možnosti – buď používáte software, který je schopen navázat na již staženou část (samozřejmě umí-li to i server) nebo začínáte od začátku. Navazování je zajištěno pomocí značek, které vytváří právě spojová vrstva.
Příkladem protokolů spojové vrstvy jsou :
· Network File System NFS)
· Structured Query Language (SQL)
· Remote Procedure Call (RPC)
· AppleTalk Session Protocol (ASP)
· Digital Network Architecture Session Control Protocol (DNA SCP)
Datové jednotky přenášené spojovou vrstvou jsou TPDU (Session Layer Protocol Data Unit).
Presentační vrstva (Presentation Layer)
Presentační vrstva je zodpovědná za formátování a syntaxi dat. Různé systémy používají různé kódy pro presentaci znakových řetězců, čísel s plovoucí čárkou, apod. Presentační vrstva tedy zajišťuje převod datových struktur mezi syntaxí používanou na příslušném systému a syntaxí obecnou. Další funkcí presentační vrstvy je konverze přenášených dat do formátu srozumitelného pro přijímající zařízení. Příkladem pro tyto operace jsou např. šifrování /dešifrování a komprese/dekomprese dat, které mohou být realizovány touto vrstvou.
Shrnutí vlastností a funkcí presentační vrstvy :
· formát datové struktury (např. kódování znaků – EBCDIC, ASCII; formát obrázku – TIFF, JPEG; formát multimediálního souboru – AVI, MPEG, MIDI; struktura pro zobrazování webových stránek - HTML)
· šifrování dat
· komprimace
Datové jednotky přenášené presentační vrstvou jsou PPDU (Presentation Layer Protocol Data Unit).
Aplikační vrstva (Application Layer)
Aplikační vrstva představuje okno, prostřednictvím kterého mohou uživatelé nebo aplikace vidět výsledky služeb zajišťovaných všemi předcházejícími vrstvami. Jde o vrstvu nejbližší uživateli, která na rozdíl od ostatních nezajišťuje služby pro vyšší vrstvu (žádnou již nemá). Příklady funkcí zajišťovaných touto vrstvou jsou souborové přenosy, sdílení zdrojů, přístup k databázím, prohlížení webových stránek, ovládání programů, apod.
Datové jednotky přenášené aplikační vrstvou jsou APDU (Application Layer Protocol Data Unit).
Další informace o OSI modelu lze najít v dnes již poměrně hojně dostupné literatuře nebo na Internetu, např. na stránce RAD University (http://www.rad.com/networks/1994/osi/intro.htm) nebohttp://www.acm.org/sigcomm/sos.html.