Μοντέλο αναφοράς OSI
Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Το Μοντέλο Αναφοράς ανοικτής διασύνδεσης συστημάτων ή Μοντέλο αναφοράς OSI (αγγλ. OSI reference model) είναι μια διαστρωματωμένη, αφηρημένη περιγραφή για σχεδίαση επικοινωνιών και δικτυακών πρωτοκόλλων για υπολογιστές, που δημιουργήθηκε από την πρωτοβουλία Ανοικτή διασύνδεση συστημάτων – OSI. Είναι γνωστό και ως Μοντέλο των επτά επιπέδων.
Πίνακας περιεχομένων |
[Επεξεργασία] Σκοπός
Το μοντέλο OSI διαιρεί τις λειτουργίες ενός πρωτοκόλλου σε μια σειρά από επίπεδα. Κάθε επίπεδο χρησιμοποιεί μόνο τις λειτουργίες του κάτω επιπέδου και προσφέρει λειτουργικότητα στο πάνω επίπεδο. Ένα σύστημα που παρουσιάζει συμπεριφορά πρωτοκόλλου και που είναι διαστρωματωμένο σε επίπεδα ονομάζεται στοίβα πρωτοκόλλων ή απλά στοίβα. Οι στοίβες κατασκευάζονται με υλικό είτε με λογισμικό. Τυπικά, τα κατώτερα επίπεδα κατασκευάζονται με υλικό, ενώ τα ανώτερα επίπεδα είναι εφαρμογές λογισμικού.
Το μοντέλο OSI είναι βασικά συνδεδεμένο με τον κλάδο των υπολογιστών και την δικτύωσή τους. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι η διεπαφή μεταξύ των επιπέδων, η οποία υπαγορεύει τις προδιαγραφές της αλληλεπίδρασης αυτών των επιπέδων. Αυτό σημαίνει ότι ένα επίπεδο δημιουργημένο από έναν κατασκευαστή μπορεί να συνεργαστεί με το διπλανό επίπεδο που έχει κατασκευάσει άλλος (με την προϋπόθεση ότι έχει γίνει αντιληπτή η προδιαγραφή σωστά). Αυτές οι προδιαγραφές είναι τυπικά γνωστές ως RFC (Requests for Comments) στους σχετικούς με τα πρωτόκολλα TCP/IP, και είναι πρότυπα για τον οργανισμό Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης ISO.
Συνήθως, η κατασκευή ενός πρωτοκόλλου έχει διαστρωμάτωση σε επίπεδα, όπως και η σχεδίασή του. Μπορεί όμως να κατασκευαστεί έτσι η πιο συχνή συναλλαγή (ή οι περισσότερο συχνές συναλλαγές) του συστήματος ώστε να γίνεται άμεσα από μια συσκευή που αποτελείται από πολλά συγχωνευμένα επίπεδα.
Αυτός ο λογικός διαχωρισμός των επιπέδων διευκολύνει πολύ την μελέτη της συμπεριφοράς των πρωτοκόλλων, και επιτρέπει να σχεδιάζουμε πολύπλοκες αλλά και πολύ αξιόπιστες στοίβες πρωτοκόλλων. Κάθε επίπεδο προσφέρει υπηρεσίες στο ανώτερό του και ζητά στοιχεία από το κατώτερό του.
Το μοντέλο OSI είναι μια ιεραρχική δομή επτά επιπέδων που καθορίζει τις απαιτήσεις για επικοινωνία δύο υπολογιστών μεταξύ τους και καθορίστηκε ως πρότυπο ISO 7498-1. Θεωρήθηκε ότι θα επέτρεπε την διαλειτουργικότητα μεταξύ διαφόρων συσκευών που προσέφεραν στην αγορά οι διάφοροι κατασκευαστές. Το μοντέλο επιτρέπει σε όλα τα στοιχεία ενός δικτύου να συλλειτουργούν ανεξάρτητα από το ποιος είναι ο κατασκευαστής τους. Περί τα τέλη της δεκαετίας 1980 ο ISO συνιστούσε την εφαρμογή του μοντέλου OSI ως δικτυακού προτύπου.
Βέβαια, εκείνη την εποχή, το πρωτόκολλο TCP/IP ήταν ήδη επί πολλά χρόνια σε χρήση. Το TCP/IP ήταν θεμελιώδες για το δίκτυο ARPANET και τα άλλα δίκτυα που εξελίχθηκαν στο σημερινό Διαδίκτυο. (Για σημαντικές διαφορές μεταξύ TCP/IP και ARPANET, δες το RFC 871.)
Μόνο ένα υποσύνολο του μοντέλου OSI χρησιμοποιείται σήμερα. Η γενική αντίληψη είναι ότι οι περισσότερες προδιαγραφές του είναι περίπλοκες και η πλήρης λειτουργικότητά του θα χρειαζόταν μεγάλο χρόνο κατασκευής, αν και υπάρχουν πολλοί άνθρωποι που υποστηρίζουν σθεναρά το μοντέλο OSI.
[Επεξεργασία] Μοντέλο αναφοράς OSI
μοντέλο OSI | |||
τι μεταφέρεται | επίπεδο | λειτουργίες | |
επίπεδα λογισμικού | Χρήσιμα δεδομένα | 7. Επίπεδο εφαρμογών (Application Layer) | Διαδικασίες δικτύου προς εφαρμογές |
6. Επίπεδο παρουσίασης (Presentation layer) | Παρουσίαση δεδομένων και κρυπτογράφηση | ||
5. Επίπεδο συνόδου (Session layer) | Επικοινωνία υπολογιστών, συγχρονισμός | ||
Τμήματα (Segments) | 4. Επίπεδο μεταφοράς (Transport layer) | Διασφάλιση συνδέσεων, αξιοπιστία | |
επίπεδα υλικού | Πακέτα (Packets) | 3. Επίπεδο δικτύου (Network layer) | Δρομολόγηση πακέτων, λογικές διευθύνσεις (IP) |
Πλαίσια (Frames) | 2. Επίπεδο διασύνδεσης δεδομένων (Data link layer) | Φυσικές διευθύνσεις (MAC & LLC) | |
Δυαδικά ψηφία (Bits) | 1. Φυσικό επίπεδο (Physical layer) | Μετάδοση ψηφίων στο κανάλι επικοινωνίας |
[Επεξεργασία] Περιγραφή των επιπέδων OSI
[Επεξεργασία] Επίπεδο 7: Εφαρμογών
Το επίπεδο εφαρμογών παρέχει στον χρήστη έναν τρόπο να προσπελάσει μέσω μιας εφαρμογής τις πληροφορίες ενός δικτύου. Αυτό το επίπεδο είναι η κύρια διεπαφή του χρήστη με την εφαρμογή, και συνεπώς με το δίκτυο. Στο επίπεδο αυτό γίνεται η διαχείριση των κατανεμημένων εφαρμογών και η αποστολή των ηλεκτρονικών επιστολών (αγγλ. e-mail).
Ως παραδείγματα πρωτοκόλλων επιπέδου εφαρμογών αναφέρουμε τα Telnet, FTP, SMTP και http.
[Επεξεργασία] Επίπεδο 6: Παρουσίασης
Το επίπεδο παρουσίασης μετασχηματίζει τα δεδομένα σε τυπική μορφή που την αναμένει το επίπεδο εφαρμογών. Στο επίπεδο αυτό γίνεται στα δεδομένα κρυπτογράφηση, συμπίεση, κωδικοποίηση MIME, και όποια άλλη διαμόρφωση απαιτεί η μορφή δεδομένων ή ο σχεδιαστής του πρωτοκόλλου.
Ως παραδείγματα αναφέρουμε την μετατροπή αρχείων από κώδικα EBCDIC σε κώδικα ASCII, και την μετατροπή της δομής των δεδομένων σε μορφή XML ή το αντίστροφο (π.χ. από XML σε έγγραφο DOC).
[Επεξεργασία] Επίπεδο 5: Συνόδου
Το επίπεδο συνόδου ελέγχει τις συνόδους (δηλαδή τους διαλόγους) μεταξύ δύο υπολογιστών, του Α και του Β. Ξεκινά, διαχειρίζεται και τερματίζει την σύνδεση μεταξύ μιας τοπικής και μιας απομακρυσμένης (αγγλ. remote) εφαρμογής. Αντιμετωπίζει λειτουργίες FDX (full duplex, οι Α και Β μιλούν ταυτόχρονα από δύο κανάλια) ή HDX (half-duplex, μιλάει ο Α και μετά απαντάει ο Β από το ένα διαθέσιμο κανάλι), και έχει διαδικασίες αποθήκευσης κατάστασης (αγγλ. checkpoint) αναβολής (αγγλ. adjournment), περαίωσης λειτουργίας (αγγλ. termination), και επανεκκίνησης (αγγλ. restart). Αυτό το επίπεδο είναι υπεύθυνο για το ομαλό κλείσιμο της συνόδου, (που είναι ιδιότητα του TCP), και επίσης για αποθήκευση κατάστασης και ανάκτηση (αγγλ. recovery), (που δεν χρησιμοποιούνται στην στοίβα πρωτοκόλλων του Διαδικτύου).
[Επεξεργασία] Επίπεδο 4: Μεταφοράς
Το επίπεδο μεταφοράς διεκπεραιώνει την μεταφορά των δεδομένων από χρήστη σε χρήστη, απαλλάσσοντας έτσι τα ανώτερα επίπεδα από κάθε φροντίδα να προσφέρουν αξιόπιστη και οικονομική μεταφορά δεδομένων. Το επίπεδο μεταφοράς ελέγχει την αξιοπιστία ενός χρησιμοποιούμενου καναλιού με έλεγχο ροής (αγγλ. flow control), τμηματοποίηση και αποτμηματοποίηση (αγγλ. segmentation / desegmentation), και έλεγχο σφαλμάτων (αγγλ. error control). Ορισμένα πρωτόκολλα καταγράφουν καταστάσεις και συνδέσεις, οπότε κρατούν λογαριασμό των πακέτων και επανεκπέμπουν αυτά που δεν παραλήφθηκαν σωστά. Τα διάφορα πρωτόκολλα σχηματίζουν διαφορετικά τα πακέτα πληροφοριών.
Το καλύτερο παράδειγμα πρωτοκόλλου μεταφοράς είναι το TCP (αγγλ. Transmission Control Protocol, πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης). Άλλα πρωτόκολλα μεταφοράς είναι τα UDP (αγγλ. User Datagram Protocol, πρωτόκολλο για γράμμα δεδομένων από έναν χρήστη), SCTP (αγγλ. Stream Control Transmission Protocol, πρωτόκολλο ελέγχου της ροής μετάδοσης), κλπ..
[Επεξεργασία] Επίπεδο 3: Δικτύου
Το επίπεδο δικτύου παρέχει τα λειτουργικά και διαδικαστικά μέσα για την μεταφορά στοιχειοσειρών δεδομένων μεταβλητού μήκους από μια προέλευση σε ένα προορισμό, μέσα από ένα ή περισσότερα δίκτυα, ενώ διατηρεί την ποιότητα εξυπηρέτησης που απαιτεί το επίπεδο μεταφοράς. Το επίπεδο δικτύου εκτελεί λειτουργίες δρομολόγησης, με πιθανές τμηματοποιήσεις / αποτμηματοποιήσεις, και αναφέρει σφάλματα σχετικά με την παράδοση των πακέτων. Οι δρομολογητές (αγγλ. routers) λειτουργούν στο επίπεδο αυτό, και στέλνοντας δεδομένα σε διασυνδεδεμένα δίκτυα έκαναν το Διαδίκτυο πραγματικότητα. Υπάρχουν και δικτυακοί διακόπτες που σχετίζονται με τις διευθύνσεις (IP). Εδώ υπάρχει μια λογική οργάνωση και τις τιμές των διευθύνσεων τις καθορίζει ιεραρχικά ο τεχνικός των επικοινωνιών.
Το καλύτερο παράδειγμα πρωτοκόλλου δικτύου είναι το Πρωτόκολλο Διαδικτύου (αγγλ. Internet Protocol, IP).
[Επεξεργασία] Επίπεδο 2: Διασύνδεσης Δεδομένων
Το επίπεδο διασύνδεσης δεδομένων παρέχει τα λειτουργικά και διαδικαστικά μέσα για την μεταφορά δεδομένων από την μια συσκευή του δικτύου στην άλλη, και για τον έλεγχο και την πιθανή διόρθωση σφαλμάτων που συμβαίνουν στο φυσικό επίπεδο. Οι μη ιεραρχημένες διευθύνσεις των συσκευών εδώ είναι οι φυσικές (π.χ. MAC διευθύνσεις), δηλαδή είναι καλωδιωμένες στις κάρτες δικτύου των συσκευών από το εργοστάσιο.
Το πιο γνωστό παράδειγμα είναι το Ethernet. Άλλα παραδείγματα πρωτοκόλλων διασύνδεσης δεδομένων είναι
- τα HDLC και ADCCP για άμεσες συνδέσεις (αγγλ. point-to-point) ή για δίκτυα μεταφοράς πακέτων,
- το Aloha για τοπικά δίκτυα (αγγλ. local area network, LAN).
Στα τοπικά δίκτυα με IEEE 802, και σε μερικά άλλα όπως το FDDI, αυτό το επίπεδο μπορεί να χωριστεί σε δύο στρώματα :
- ένα στρώμα φυσικών διευθύνσεων MAC (αγγλ. Media Access Control, έλεγχος πρόσβασης σε συσκευές), και
- το στρώμα IEEE 802.2 για διευθύνσεις LLC, (αγγλ. Logical Link Control, έλεγχος λογικών διασυνδέσεων).
Στο επίπεδο αυτό λειτουργούν οι δικτυακές γέφυρες (αγγλ. bridge) και οι δικτυακοί διακόπτες (αγγλ. switch). Η συνδεσιμότητα παρέχεται μόνο για κόμβους που είναι καλωδιωμένοι τοπικά. Πάντως, μπορούμε βάσιμα να ισχυριστούμε ότι αυτά ανήκουν σε κάποιο "επίπεδο 2.5", και όχι αποκλειστικά στο "επίπεδο 2".
[Επεξεργασία] Επίπεδο 1: Φυσικό
Το φυσικό επίπεδο ορίζει όλες τις ηλεκτρικές και φυσικές προδιαγραφές των συσκευών. Σ’ αυτές περιλαμβάνονται οι σχηματισμοί των ακίδων, οι επιτρεπτές τάσεις, οι προδιαγραφές των καλωδίων. Συσκευές φυσικού επιπέδου είναι οι διανεμητές (αγγλ. hub), οι αναμεταδότες (αγγλ. repeater), οι κάρτες δικτύου (αγγλ. card), οι προσαρμοστές (αγγλ. adaptor) αρτηρίας (αγγλ. bus). Οι κυριότερες λειτουργίες και υπηρεσίες του φυσικού επιπέδου είναι:
- Έναρξη και περαίωση της ηλεκτρικής σύνδεσης μιάς επικοινωνιακής συσκευής.
- Συμμετοχή σε διαδικασίες όπου οι επικοινωνιακές συσκευές εξυπηρετούν αποτελεσματικά πολλούς χρήστες. Επιλύονται προβλήματα προτεραιότητας πρόσβασης (αγγλ. contention) και ελέγχου ροής δεδομένων.
- Διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση των ψηφιακών δεδομένων κατά την μετάδοση από συσκευή σε συσκευή. Για παράδειγμα, τα ψηφιακά ηλεκτρικά σήματα μπορεί να ταξιδέψουν ως αναλογικά σε χάλκινο καλώδιο, μετά σε οπτική ίνα, μετά να μεταδοθούν από ραδιοζεύξη ή δορυφορικά, να φθάσουν πάλι αναλογικά σε χάλκινο καλώδιο, και να γίνουν ψηφιακά στον παραλήπτη.
Οι παράλληλες αρτηρίες SCSI λειτουργούν στο επίπεδο αυτό. Στα επίπεδα 1 και 2 λειτουργούν το Πρωτόκολλο Ethernet, το Token ring, το FDDI (αγγλ. Fiber distributed data interface, διεπαφή διανεμημένων δεδομένων σε οπτικές ίνες), και το IEEE 802.11.
[Επεξεργασία] Διεπαφές
Στα διάφορα λειτουργικά συστήματα υπάρχουν, επιπρόσθετα με τα πρωτόκολλα, τυποποιήσεις για την διεπαφή (αγγλ. interface) ενός επιπέδου με τα υπόλοιπα επάνω του ή κάτω του. Π.χ.
- στο Microsoft Windows το Winsock και στο Unix το Berkeley sockets και στο System-V το TLI (αγγλ. Transport Layer Interface, διεπαφή επιπέδου μεταφοράς), είναι διεπαφές μεταξύ εφαρμογών (επίπεδα 5 και άνω) και μεταφοράς (επίπεδο 4).
- το NDIS (αγγλ. Network Driver Interface Specification, προδιαγραφή διεπαφής οδηγού δικτύου), και το ODI (αγγλ. Open Data-Link Interface, ανοικτή διεπαφή διασύνδεσης δεδομένων) είναι διεπαφές μεταξύ συσκευών (επίπεδο 2) και δικτυακού πρωτοκόλλου (επίπεδο 3).
[Επεξεργασία] Παραδείγματα πρωτοκόλλων
Επίπεδο | Παραδείγματα | TCP/IP | SS7 | AppleTalk | OSI | IPX | SNA | UMTS | |
# | Όνομα | ||||||||
7 | Εφαρμογή | HL7, Modbus, SIP, SSI | HTTP, SMTP, SMPP, SNMP, FTP, Telnet, NFS, NTP, RTP | ISUP, INAP, MAP, TUP, TCAP | AFP | FTAM, X.400, X.500, DAP | APPC | ||
6 | Παρουσίαση | TDI, ASCII, EBCDIC, MIDI, MPEG | XDR, SSL, TLS | AFP | ISO 8823, X.226 | ||||
5 | Σύνοδος | Named Pipes, NetBIOS, SAP, SDP | καθορισμός συνόδου για TCP | ASP, ADSP, ZIP, PAP | ISO 8327, X.225 | NWLink | DLC | ||
4 | Μεταφορά | NetBEUI, nanoTCP, nanoUDP | TCP, UDP, SCTP | ATP, NBP, AEP, RTMP | TP0, TP1, TP2, TP3, TP4, OSPF | SPX, RIP | |||
3 | Δίκτυο | NetBEUI, Q.931 | IP, ICMP, IPsec, ARP, RIP, BGP | MTP-3, SCCP | DDP | X.25 (PLP), CLNP | IPX | RRC (Radio Resource Control) | |
2 | Διασύνδεση δεδομένων | Ethernet, 802.11 (WiFi), Token Ring, FDDI, PPP, HDLC, Q.921, Frame Relay, ATM, Fibre Channel | MTP-2 | LocalTalk, TokenTalk, EtherTalk, AppleTalk Remote Access, PPP | X.25 (LAPB), Token Bus | IEEE 802.3 framing, Ethernet II framing | SDLC | MAC (Media Access Control) | |
1 | Φυσικό | RS-232, V.35, V.34, I.430, I.431, T1, E1, 10BASE-T, 100BASE-TX, POTS, SONET, DSL, 802.11b, 802.11g | MTP-1 | RS-232, RS-422, STP, PhoneNet | X.25 (X.21bis, EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, EIA-530, G.703) | Twinax | PHY (φυσικό μέσο) |
[Επεξεργασία] Πηγές
Το λήμμα είναι μερική προσαρμογή στα ελληνικά του λήμματος OSI model της αγγλικής Βικιπαίδειας.
[Επεξεργασία] Εξωτερικοί σύνδεσμοι
- ISO standard 7498-1:1994 (σε μορφή ZIP)
- Cybertelecom — Layered Model of Regulation μοντέλο κανονισμών σε επίπεδα
- OSI Model Tutorial μαθήματα για το μοντέλο OSI
- OSI Model Tutorial in Flash σύντομα μαθήματα για το μοντέλο OSI
- Computer Networks and Protocol — The OSI Reference Model Δίκτυα υπολογιστών και πρωτόκολλο – Το μοντέλο αναφοράς OSI
- OSI Reference Model — The ISO Model of Architecture for Open Systems Interconnection το μοντέλο αναφοράς OSI – το μοντέλο αρχιτεκτονικής του ISO για ανοικτή διασύνδεση συστημάτων, Hubert Zimmermann, IEEE Transactions on Communications, vol. 28, no. 4, April 1980, pp. 425 - 432. (σε μορφή pdf)