MODELUL DE REFERINŢĂ OSI (Open System Interconnection)

Cap.2

MODELUL DE REFERINŢĂ OSI (Open System Interconnection)

Ce este modelul de referinta OSI

Comunicatia pe nivele

Functiunile fiecarui nivel

Încapsularea datelor

Ce este modelul de referinta OSI

Este cel mai raspândit (în industrie) model de protocoale

Este un model abstract (reprezinta un ghid) de reprezentare a procesului de comunicatie în retelele de calculatoare

A fost dezvoltat de catre ISO (International Standardization Organization) la începutul anilor '80 (1984)

Scopul: crearea posibilitatii de acces la piata retelelor (ocupata de IBM) a tuturor producatorilor - p 434d318e rintr-o standardizare în ansamblu

CARACTERISTICILE MODELULUI OSI

Modelul OSI a fost construit având la baza principiul comunicatiei pe nivele:

Împarte complexitatea interretelelor în pasi discreti

Permite dezvoltarea de software bazate pe standarde (IPSec)

Permite dezvoltarea specializata a software-ului modular (IP mai multe protocoale ale nivelului Legaturilor de date)

Permite comunicatia pereche, pe baza nivelelor pereche (comenzile TELNET sunt executate la nivelul de aplicatie al calculatorului destinatie

Comparatie cu aeroportul

STANDARDE DE RE EA si MODELUL OSI

Prezentare generala a standardelor de retea

Organizatiile de standardizare pentru retea

Modelul OSI

Aplicarea modelului OSI (componente de retea, specificatii pentru cadru - Ethernet, Token Ring)

Standarde IEEE 802

Standarde de retea

Ce este un standard - un set de proceduri dezvoltate pentru a asigura interoperabilitatea între componente, producatori, etc. Importanta standardizarii pentru proiectanti, pentru cei care construiesc si întretin retele.

Exemple: necesitatea interoperabilitatii placilor de retea, pentru a putea comunica între ele; posibilitatea de înlocuire componente cu unele ale altor fabricanti.

O serie de organizatii guvernamentale se ocupa de standardizarea în domeniul comunicatiei

ORGANIZAŢIILE DE STANDARDIZARE DE REŢEA

Cele cinci organizatii principale care si-au manifestat influienta în dezvoltarea industriei calculatoarelor:

ANSI - American National Standards Institute

Fondata în 1918, ANSI este o organizatie cu cca.1300 membri, ce supravegheaza standardele din industria calculatoarelor.

Aderarea la aceste standarde nu este obligatoriie, dar beneficiul utilizarii acestora este gradul ridicat de interoperabilitate între diferite platforme.

https://www.ansi.org

ISO - International Organization for Standardization

Fondata în 1946, ISO este o organizatie internationala, compusa din corpuri nationale de standardizare din >75 tari

ISO a definit o serie de standarde pentru industria calculatoarelor, dintre care cel mai important este modelul OSI - o arhitectura standardizata pentru proiectarea retelelor

https://www.iso.ch

ITU - International Telecomunication Union

Fondata în 1865 si devenita United Nations Agency în 1947, ITU este o organizatie interguvernamentala, prin intermediul careia organizatiile private si publice dezvolta telecomunicatiile. Raspunde de adoptarea tratatelor internationale, reglementarilor si standardelor care guverneaza telecomunicatiile, inclusiv frecventele radio si TV

https://www.itu.ch

IEEE - Institute of Electronics and Electrical Engineers

Fondat în 1884, IEEE este o organizatie compusa din ingineri profesionisti, oameni de stiinta, studenti. IEEE întretine standardele proprii pentru industria electronica si a calculatoarelor si contribuie regulat la activitatea altor organizatii de standardizare.

IEEE este cel mai bine cunoscut pentru dezvoltarea standardelorpentru calculatoaresi industria electronica, în special standardele IEEE 802 pentru retelele locale

https://www.ieee.org

EIA - Electronic Industry Alliance

Fondat în 1924, EIA este o asociatie comerciala, reprezentând comunitatea pentru tehnologia de vârf.
EIA sponsorizeaza un numar de activitati în folosul membrilor sai, inclusiv conferinte si târguri si ajuta la scrierea standardelor ANSI.
EIA a raspuns de dezvoltarea unor standarde foarte importante pentru conectarea dispozitivelor seriale: RS-232, RS - 422, RS - 423

https://www.eia.org

Modelul OSI (Open System Interconnect)

Dezvoltat de ISO ca un set universal de specificatii, care vor permite calculatoarelor de diferite tipuri sa comunice între ele peste întreaga lume - un cadru sau o arhitectura generala care reprezinta un ghid pentru dezvoltarea retelelor.

OSI este o reprezentare teoretica pe sapte nivele a ceea ce se întâmpla atunci când doua calculatoare sau dispozitive comunica într-o retea.

În cadrul modelului OSI fiecare nivel comunica cu nivelul corespunzator al celuilalt calculator.

4. APLICAREA MODELULUI OSI

4.1. Componente 

de retea

NIC (Network Interface Card)

Repetor

Hub

Switch

Router

Brouter

Gateway

Cadru (Frame) este în principiu un bloc de date

care se transmite de la un calculator la altul - un cadru rezulta din impartirea mesajului în mai multe part(mai mici). Cadrul difera în functie de tipul retelei => vor fi prezente specificatiile pentru retele

u   Standarde IEEE 802

Vom vorbi despre standardele cele mai raspandite pentru retele care sunt grupate sub denumirea 802. Acestea furnizeaza ghiduri pentru diferitele categorii de retele si componentele acestora.

1.1Componente de retea - care asigura conectivitatea

NIC (Network Interface Card)

Repetor

Hub

Punte (Bridge)

Switch

Router

B Router

Gateway

1.1.1. NIC

Asigura conectivitatea fizica la retea.

Obs: Motherboard-urile livrate în ultima vreme ofera si placa de retea integrate.

Fiecare placa de retea contine asa-numita adresa MAC (Media Acces Control) unica. Adresa MAC reprezinta un numar "ars" în cipul ROM al placii de retea si identifica unic placa respectiva si ca urmare automat si calculatorul în care e introdusa în retea.

Adresa MAC se mai numeste adreza hardware sau fizica. Adresa MAC este un numar pe 48 de biti sub forma hexazecimala, de exemplu:

03-C0-EF-3C-FE-9C

1.1.2. Repetor/Hub - concentrator

în realitate este vorba de doua dispozitive despre care vom vorbi în lectia despre hardware. La acest moment insa ele pot fi abordate impreuna datorita functionalitatii similare.

Repetorul/hub-ul reprezinta un concentrator de cabluri: repetorul - doua porturi

Hub-ul - mai multe porturi (4, 8, 24.)

Ceea ce face un repetor/hub este regenerarea (marirea tensiunii) semnalului la primirea acestuia, apoi de a-l trimite mai departe.

Semnalul care circula sufera o atenuare:

Dupa trecerea prin concentratorul de cabluri revine la forma initiala - mentine semnalul curat - efectul consta în extinderea lungimii retelei, deoarece atenuarea semnalului este rezolvata.

Dupa trecerea prin concentratorul de cabluri revine la forma initiala - mentine semnalul curat - efectul consta în extinderea lungimii retelei, deoarece atenuarea semnalului este rezolvata.

PC1 PC2 PC3 PC4

Comunicatia merge de la un PC la altul. Acest calculator plaseaza informatia pe cablu, iar prin hub este transmisa tuturor celorlalte calculatoare orice calculator legat la hub primeste intregul trafic transmis de celelalte calculatoare.

1.1.3. Punte (bridge)

Se utilizeaza pentru conectarea a doua LAN-uri sau pentru conectarea segmentelor în interiorul aceluiasi LAN, deci permite conectarea a doua portiuni de retea, asigura trecerea dintr-o parte în alta- 2 retele.

Sa presupunem ca intr-o parte este Internetul si în cealalta, o retea Token Ring.

Puntea permite transferul datelor de la o retea la cealalta.

Puntea poate conecta retele diferite, de exemplu ethernet si token ring, dar evident, poate conecta si retele de acelasi fel, de exemplu, de ambele parti a retelei Ethernet.

O punte de regula are doua porturi:

Puntea ia decizii daca sa pastreze pachetul intr-o retea sau sa-l trimita celeilalte retele pe baza adreselor MAC, a sursei si destinatiei

trimiterea pachetelor se face independent de protocoalele retelei ( ethernet, token ring, apple talk, ip, ipx, etc.) pe baza adreselor MAC.

Filtrarea pe baza adresei MAC semnifica ca puntea lucreaza independent de protocol - deci protocolul este irelevant aici. Rolul protocolului va aparea la nivel superior al modelului OSI, de exemplu la nivelul 3 de retea.

Puntea (Bridge) lucreaza la nivelul 2 (legaturi de date) ale modelului OSI, deci nu are suficienta inteligenta pentru a intelege protocoalele. Sa vedem cum functioneaza o punte: sa presupunem doua segmente de retea pe care sunt atasate PC-uri

în momentul când calculatoarele incep sa comunice puntea invata ce calculatoare sunt atasate la ce port.

În momentul când calculatorul 1 si 2 comunica, adresele MAC ale calculatorului 1 si 2 sunt adaugate ca intrari în tabela asociata portului A. Similar în tabele portului B sunt adaugate adresele MAC ale calculatorului 3 si 4. Deci puntea ,,invata" ce calculator se gaseste de fiecare parte a puntii.

Daca 1 comunica cu 2, puntea nu transmite pachetele pentru ca asa cum a invatat inainte, ambele calculatoare sunt de aceiasi parte a puntii - adresa MAC de destinatie pe care o citeste în tabela portului. A exista, deci nu accepta pachetele, deci, în acest caz, ,,filtrarea" pachetelor au ca rezultat aruncarea lor (pentru ca ele ajung si la punte), deci calculatoarele 3 si 4 nu vor vedea comunicatiile dintre calculatorele 1 si 2. Daca insa calculatorul 1 doreste sa comunice cu calculatorul 3, puntea analizeaza tabela de filtrare a portului A si nu gaseste adresa MAC a calculatorului 3 => trimite pachetul prin punte, la portul B. Acesta analizeaza propria tabela de filtrare, gaseste adresa MAC a calculatorului 3 si transmite pachetul

în celalalt segment de retea. Rezulta ca puntea functioneaza (sau filtreaza) pe baza adresei MAC ceea ce permite realizarea unei eficiente crescute pe baza construirii domeniilor de coliziune.

Exista domeniu de coliziune semnifica faptul ca pe cele doua segmente de retea pot avea loc comunicatii simultane (de ex: 1 - 2 si 3 - 4.) deoarece puntea separa traficul si ele nu intra în coliziune.

1.1.4. Switch

Poate fi g ndit ca o punte multiport. La prima vedere arata ca un hub cu porturi la care se conecteaza calculatoarele si alte dispozitive, dar au functionalitate de punte, deoarece:

Transmite sau filtreaza cadrele pe baza adreselor MAC.

creste eficienta retelei

creste nivelul de securitate al retelei.

Sa vedem cum functioneaza.

Se considera un switch la care sunt atasate PC-uri

Switch-ul cunoaste adresele MAC ale tuturor dispozitivelor legate la fiecare port individual (are tabele de filtrare pentru fiecare port).

în cazul hub-ului din exemplu, exista 3 dispozitive atasate portului F - 3 înregistrari cresterea eficientei retelei este data de faptul ca switch-ul nu va permite traficul decat catre portul la care este legat dispozitivul de destinatie (spre deosebire de hub, care trimite traficul tuturor porturilor sale tuturor dispozitivelor).

Daca comunica 1 cu 2, toate celelalte dispozitive nu vad traficul. Faptul ca celelalte calculatoare nu pot receptiona traficul, nu cunosc ce se transmite intre cele doua dispozitive care comunica => creste securitatea retelei.

1.1.5 Router

Este utilizat pentru a conecta doua sau mai multe retele, majoritatea retelelor de dimensine mai mare vor avea instalate unul sau doua routere.

Routerul filtreaza si transmite datele (de exemplu adrese IP) pe baza adreselor logice. Este dotat cu inteligenta superioara puntii pentru ca trebuie sa ia decizii pe baza adreselor logice nu a celor fizice (MAC).

Se considera un router care leaga 2 retele si asigura si conecatarea la Internet. Daca se doreste comunicarea intre cele 2 retele pe fiecare dintre aceste calculatoare trebuie configurat protocolul TCP/IP si trebuie setata asa numitele "default Gateway" =poarta implicita , care este defapt routerul , ce permite iesirea din retea

TCP/IP se va uita la adresa IP de destinatie si va stabila ca aceasta adresa se afla pe alta retea decat sursa. în cazul acesta pachetul este trimis portii implicite (Routerului) prin Hub-uri si Switch.

Routerul va lua o decizie pe baza adresei IP de destinatie , stabilind daca va trimite pachetul în Internet.

Cum insa se doreste comunicarea cu un calculator din cealalta retea, pachetul este transmis switchului si ajunge la calculatorul de destinatie.

Atentie, fiind vorba de hub-uri toate calculatorele conectate la Hub-uri primesc pachetul. Retinem ca Routerul ia decizii de transmisie/filtrare pe baza adresei IP.

Sa presupunem acum ca se doreste comunicarea cu un site web de pe Internet - Sa zicem Yahoo.com - Aici intervine rezolutia DNS care rezolva adresele web în adrese IP.

TCP/IP instalat pe calculatorul sursa , stabileste ca adresa de destinatie nu corespunde retelei proprii si trimite pachetul prin HUB-uri , Switch pana la router - Routerul trebuie sa decida daca trimite pachetul direct (celeilalte retele) sau portii implicite, cum este acum cazul. corespunzatoare lui yahoo.com, sau

Poarta implicita a routerului va fi un alt router pe Internet, la care este conectat - Pachetul va trece din router în router pâna va ajunge la adresa IP sau

Time Out si pachetul lui yahoo.com este aruncat ; sa zicem ca serverul este cazut! Sau s-a mutat.

Routerul lucreaza la nivelul 3 (retea) al modelului OSI.

Routerul necesita mai multa inteligenta deoarece opereaza cu adrese logice , lucreaza mai lent decat bridge sau switch , deoarece trebuie sa analizeze un volum mai mare de informatii , dar routerul lucreaza la nivelul interconectarii retelelor.

Brouter

Acesta indeplineste functiuni de punte si router

Executa functiunile de rutare pe baza adreselor logice de retea (adrese IP) deci pentru protocolul TCP/IP.

Pentru alte protocoale transmiterea pachetelor se face pe baza adreselor fizice (adr. MAC)

A fost prezentat ca dispozitiv care exista în retea , iar functionalitate este de router si punte.

1.1.7. Gateway

Este un termen mai nebulos. Nu reprezinta neaparat un echipament. Depinde de contextul în care este utilizat termenul.

Un Gateway poate fi :

o combinatie de hardware si software care leaga diferite tipuri de retele - asigura conectivitatea intre diferite tipuri de retele.

în principal termenul are semnificatia unei porti , a unui punct de intrare intr-o retea.

în functie de context , poate fi un router , un firewall , o poarta pentru mail (mail gateway) sau pentru transferul mail-ului dintr-un format în altul.

3 scenarii diferite => 3 definitii diferite. Trebuie retinut ca un gateway poate fi hard, soft sau o combinatie a acestora, si poate în principiu sa lucreze la oricare nivel al modelului OSI, dar de regula lucreaza la nivelul 4 (de transport) sau superior

Presupunem ca avem un client-gazda pe Internet, care doreste sa acceseze reteaua locala. Pentru aceasta trebuie sa treaca peste firewall. Din punct de vedere al clientului, firewall va fi un gateway de intrare în reteaua locala

Daca discutam din punct de vedere al retelei locale (schimbam persepctiva)

Presupunem un client din reteaua interna A, care doreste sa comunica cu alta retea interna B.

TCP/IP a fost configurat astfel încât, pentru a trimite altei retele pachetul, este trimis portii implicite (default gateway). în acest caz,

routerul default gateway.

Scenariul 2

Al treilea exemplu - gateway de mail.

Serverul exchange trimite mailul altei organizatii - de exemplu groupwise server. Exchange server functioneaza ca un gateway care transfera mailul din format Microsoft în format SMTP (Simple Mail Transport Protocol), l trimite pe Internet si ajunge la un al treilea server care are functie tot de gateway pentru a permite accesul la cealalta retea, în principal pentru a permite accesul utilizatorului la e-mailul din lumea exterioara

Cadre (Frame-uri)

Urmatorul concept abordat este cel de cadru.

Un cadru este rezultatul mpartirii unui mesaj în mai multe grupuri mai mici de informatie.

Comparatie cu un tren - mai multe vagoane compun un tren mai lung, la fel cum mai multe cadre combinate produc un mesaj mai lung.

Fig. Diagrama fluxului de date în modelul OSI

Initial exista un volum de date pe calculatorul sursa, iar pe masura ce acesta strabate modelul OSI, acestora li se adauga alte informatii, formand mesaj, segment, pachet, cadru, care e trimis pe retea sub forma de siruri de 0 si 1 (informatie binara), care circula pana la destinatie.

Notiunea de cadru difera de celelalte unitati de informatii, contine alte elemente, în funtie de tipul retelei - cadrul va fi diferit în retelele Ethernet de cel din retelele Token Ring.

Sa vedem cum arata cadrele pe fiecare din aceste tipuri de retea (cele mai uzuale).

Cadrul Ethernet (IEEE 802.3)

ajwhgeiwu

Dimensiunea maxima a cadrului: 1500 bytes.

Aceasta lungime dicteaza în c te cadre va fi mpartit mesajul. Se considera doua calculatoare care comunica

Un mesaj lung va fi impartit în cadre, care vor fi transmise pe r nd, c te unul odata

La statia receptoare, dupa ce ajung toate cadrele, ele sunt recombinate pentru a obtine mesajul.

Semnificatia câmpurilor cadrului:

Antet - este în principiu un anunt pentru retea, care comunica faptul ca urmeaza un cadru = anunta prezenta în retea a cadrului.

SFD în principal spune ca ,,urmeaza adresa de destinatie"

Date - contine datele initiale, comunica daca mesajul este complet sau este un cadru din secventa si atunci se precizeaza 1/5, pentru a putea fi recombinat 2/5 adresa IP.

FCS - Frame Check Sequence

CRC - Cyclical Redundancy Check

Daca cadrul este mai mic, dimensiunea minima = 46 bytes (exemplu este ultimul cadru al unui mesaj lung) -> câmpul pad va fi umplut cu informatie pâna când va atinge dimensiunea minima a cadrului de 48 de bytes.

FCS - Pe baza unui algoritm matematic calculeaza CRC pentru intregul continut al cadrului. în acest numar se introduce informatia continuta de cadru - aceasta valoare se recalculeaza la receptie, si daca cele doua numere coincid se considera cadrul necorupt.

. Cadrul Token Ring (IEEE 802.5)

Token Ring functioneaza pe baza altor premise decat Ethernet.

Presupunem ca avem o retea Token Ring cu calculatoare legate la ea. n loc ca fiecare calculator sa comunice cu celelalte, cum este în reteaua Ethernet, aici exista un cadru special, denumit Token (jeton), care circula de-a lungul retelei.

Jetonul nu contine nici un fel de date, si când un calculator trebuie sa transmita, ia în posesie jetonul. Adauga date jetonului, si il repune pe retea - acesta circula pana ajunge la destinatie.

Sa vedem acum semnificatia diferitelor câmpuri ale cadrului Token Ring.

Start delimiter: ca si în cazul cadrului Ethernet, anunta ca urmeaza un cadru.

Access control: Este un câmp care stabileste prioritatile de acces la mediu diferitelor statii de pe inel => diferitele statii por avea prioritati diferite, adica au sanse mai mari de a intra în posesia jetonului, si deci sanse mai mari de a comunica în retea.

Frame Control: Indica tipul cadrului.

Destination.

Source

Data - mesajul initial de transmis sau o portiune a acestuia ca si n cazul retelelor Ethernet.

Frame Check Sequence - Secventa de verificare a cadrului = CRC. Este rezultatul aplicarii unui algoritm bazat pe analiza continutului cadrului si care permite ca la receptie sa cunoasca daca cadrul a ajuns intact (fara erori).

End delimiter - Este un semnul care indica sfârsitul cadrului.

Frame status = starea cadrului = câmp care permite calculatorului receptor sa semnalizeze faptul ca a primit cadrul.

Referindu-ne la reteaua din figura, sa presupunem ca statia 7 doreste sa comunice cu statia 2, deci dupa ce intra în posesia jetonului, ii adauga datele necesare si repune cadrul pe retea - acesta circula pana ajunge la adresa de destinatie, unde i se modifica câmpul ,,starea cadrului" pentru a putea comunica sursei faptul ca a primit cadrul. Proceseaza datele ce trebuie procesate si retransmite cadrul pe retea. Acesta circula pana ajunge la statia sursa. în acest moment, daca statia mai are de transmis, de exemplu mesajul a fost lung si a trebuit sa fie impartit în mai multe cadre, procesul se repeta. în cazul când a terminat de comunicat, scoate orice informatie din cadru - il transforma în jeton si il pune pe retea - acum orice alt calculator poate intra în posesia jetonului, pentr a comunica în retea. Definitia completa pentru modificarea starii cadrului: Daca respectivul cadru a fost recunoscut si copiat sau daca adresa de destinatie a fost disponibila.

Reteaua Token Ring este cablata în stea, dar are o topologie logica inel (ring). Se utilizeaza concentratoare de cabluri denumite MSAU (MultiStation Attachment Unit), care asigura functionarea inelului.

2. Standardele IEEE 802

2.1 Specificatiile IEEE

Cuprind o serie de componente care se refera la retele -> vezi tabelul de pe pagina urmatoare. Diferite standarde se refera la conectivitatea în retea. Trebuie sa cunoasteti deja standardul 802.3 - CSMA/CD - Ethernet si 802.5 pentru retelele locale Token Ring - pentru cele doua categorii de cadre despre care s-a discutat.

Pentru viitor este necesara cunoasterea specificatiilor standardului 802.11 pentru retele fara fir (wireless) care devin din ce în ce mai raspandite.

Ceea ce mai trebuie stiut este faptul ca standardul 802 a aparut în 1980, luna februarie de aici si denumirea sa 802.

Standardul IEEE 802 a extins nivelul legaturilor de date din nivelul OSI creand doua subnivele.

Subnivelul LLC - se ocupa cu controlul fluxului , sincronizarea si controlul erorilor. De asemenea acceseaza Gateway pentru ca subnivelul inferior sa poata accesa nivelele superioare ale modelului OSI.

Subnivelul MAC - se ocupa de modul cum primesc acces la date calculatoarele de pe retea - în fapt conectivitatea fizica.

S-ar putea spune ca nivelul legaturilor de date reprezinta o linie de separatie în modelul OSI , ntre componentele software ale modelului OSI si cele hardware.