TCP/IP si modelul de referinta OSI

Modelul de referinta OSI

Modelul OSI este prezentat în Fig. 1-16 (mai putin mediul fizic). Acest model se bazeaza pe o propunere dezvoltata de catre Organizatia Internationala de standardizare (International Standards Organization - OSI) ca un prim pas catre standardizarea internationaa a protocoalelor folosite pe diferite niveluri (Day si Zimmeimann, 1983). Modelul se numeste ISO OSI (Open Systems Interconnection - Interconectarea sistemelor deschise), pentru ca el se ocupa de conectarea sistemelor deschise - adica de sisteme deschise comunicarii cu alte sisteme, în continuare vom folosi mai ales termenul prescurtat de model OSI.

Fig. 1-16. Modelul de referinta OSI.

Modelul OSI cuprinde sapte niveluri. Principiile aplicate pentru a se ajunge la cele sapte niveluri sunt urmatoarele:

Un nivel trebuie creat atunci când este nevoie de un nivel de abstractizare diferit.

Fiecare nivel trebuie sa îndeplineasca un rol bine definit.

Functia fiecarui nivel trebuie aleasa acordându-se atentie definirii de protocoale standardizate pe plan international.

Delimitarea nivelurilor trebuie facuta astfel încât sa se minimizeze fluxul de informatii prin interfete.

Numarul de niveluri trebuie sa fie suficient de mare pentru a nu fi nevoie sa se introduca în acelasi nivel functii diferite si suficient de mic pentru ca arhitectura sa ramâna functionala.

Modelul OSI nu reprezinta în sine o arhitectura de retea, pentru ca nu specifica serviciile si protocoalele utilizate la fiecare nivel. Modelul spune numai ceea ce ar trebui sa faca fiecare nivel. ISO a produs de asemenea standarde pentru fiecare nivel, însa aceste standarde nu fac parte din modelul de referinta propriu-zis. Fiecare din standardele respective a fost publicat ca un standard international separat.

Nivelul fizic

Nivelul fizic se ocupa de transmiterea bitilor printr-un canal de comunicatie. Proiectarea trebuie sa garanteze ca atunci când unul din capete trimite un bit l, acesta e receptat în cealalta parte ca un bit l, nu ca un bit 0. Problemele tipice se refera la câti volti trebuie utilizati pentru a reprezenta un l si câti pentru un O, daca transmisia poate avea loc simultan în ambele sensuri, cum este stabilita conexiunea initiala si cum este întrerupta când au terminat de comunicat ambele parti, câti pini are conectorul de retea si la ce foloseste fiecare pin. Aceste aspecte de proiectare au o legatura strânsa cu interfetele mecanice, electrice, functionale si procedurale, ca si cu mediul de transmisie situat sub nivelul fizic.

Nivelul legatura de date

Sarcina principala a nivelului legatura de date este de a transforma un mijloc oarecare de transmisie într-o linie care sa fie disponibila nivelului retea fara erori de transmisie nedetectate. Nivelul legatura de date realizeaza aceasta sarcina obligând emitatorul sa descompuna datele de intrare în cadre de date (în mod tipic, câteva sute sau câteva mii de octeti), sa transmita cadrele secvential si sa prelucreze cadrele de confirmare trimise înapoi de receptor. Deoarece nivelul fizic nu face decât sa accepte si sa transmita un flux de biti, fara sa se preocupe de semnificatia sau de structura lor, responsabilitatea pentru marcarea si recunoasterea delimitatorilor între cadre îi revine nivelului legatura de date. Aceasta se poate realiza prin atasarea unor sabloane speciale de biti la începutul si la sfârsitul cadrului. În cazul în care sabloanele respective de biti pot aparea accidental în datele propriu-zise, trebuie luate masuri speciale de precautie pentru ca aceste sabloane sa nu fie incorect interpretate ca delimitatori de cadre.

Un zgomot aparut pe linie poate distruge un cadru în întregime. In acest caz, programele nivelului legatura de date de pe masina sursa pot sa retransmita cadrul. Transmiterile multiple ale aceluiasi cadru introduc posibilitatea cadrelor duplicate. Un cadru duplicat poate aparea la transmisie în situatia în care s-au pierdut cadrele de confirmare trimise de la receptor înapoi spre emitator. Rezolvarea problemelor datorate cadrelor deteriorate, pierdute sau duplicate cade în sarcina nivelului legatura de date. Acesta poate oferi nivelului re# 242h77c 5;ea câteva clase de servicii diferite, fiecare de o calitate si un pret diferit.

O alta problema care apare la nivelul legatura de date (si, de asemenea, la majoritatea nivelurilor superioare) este evitarea inundarii unui receptor lent cu date provenite de la un emitator rapid, în acest scop sunt necesare mecanisme de reglare a traficului care sa permita emitatorului sa afle cât spatiu tampon detine receptorul la momentul curent. Controlul traficului si tratarea erorilor sunt deseori integrate.

Daca linia poate fi folosita pentru a transmite date în ambele sensuri, atunci apare o noua complicatie, care trebuie rezolvata de catre programele de la nivelul legatura de date. Problema se refera la concurenta care exista pentru utilizarea liniei între cadrele de confirmare pentru traficul de la A la B si cadrele de date din traficul de la B la A Pentru rezolvarea ei a fost conceputa o solutie inteligenta: atasarea (piggybacking).

Retelele cu difuzare determina în nivelul legatura de date o problema suplimentara: cum sa fie controlat accesul la canalul partajat. De aceasta problema se ocupa un subnivel special al nivelului legatura de date, si anume subnivelul de acces la mediu.

Nivelul retea

Nivelul retea se ocupa de controlul functionarii subretelei. O problema cheie în proiectare este determinarea modului în care pachetele sunt dirijate de la sursa la destinatie. Dirijarea se poate baza pe tabele statistice care sunt "cablate" intern în retea si care sunt schimbate rar. Traseele pot fi de asemenea stabilite la începutul fiecarei conversatii, de exemplu la începutul unei sesiuni la terminal, în sfârsit, dirijarea poate fi foarte dinamica, traseele determinându-se pentru fiecare pachet în concordanta cu traficul curent din retea.

Daca în subretea exista prea multe pachete simultan, ele vor intra unul pe traseul celuilalt si astfel se vor produce gâtuiri. Controlul unor astfel de congestii îi revine tot nivelului retea.

Deoarece operatorii subretelei pot foarte bine sa astepte o plata pentru eforturile lor, în nivelul retea exista, de obicei, înglobata o functie de taxare a traficului. Pentru a calcula suma datorata de clientii retelei, programul trebuie cel putin sa numere câte pachete sau câte caractere sau câti biti a trimis fiecare client. Calculul se complica atunci când un pachet traverseaza frontiera dintre doua zone cu sisteme de preturi diferite.

Multe probleme pot aparea când un pachet trebuie sa calatoreasca dintr-o retea în alta ca sa ajunga la destinatie. Modul de adresare folosit de a doua retea poate sa difere de cel pentru prima. A doua retea poate chiar sa nu accepte deloc pachetul pentru ca este prea mare. De asemenea, protocoalele pot fi diferite si asa mai departe. Rezolvarea acestor probleme în vederea interconectarii retelelor eterogene este sarcina nivelului retea.

În retelele cu difuzare, problema dirijarii este simpla, astfel ca nivelul retea este deseori subtire sau chiar nu exista deloc.

Nivelul transport

Rolul principal al nivelului transport este sa accepte date de la nivelul sesiune, sa le descompuna, daca este cazul, în unitati mai mici, sa transfere aceste unitati nivelului retea si sa se asigure ca toate fragmentele sosesc corect la celalalt capat, în plus, toate acestea trebuie facute eficient si într-un mod care izoleaza nivelurile de mai sus de inevitabilele modificari în tehnologia echipamentelor.

În conditii normale nivelul transport creeaza o conexiune de retea distincta pentru fiecare conexiune de transport ceruta de nivelul sesiune, în cazul în care conexiunea de transport necesita o productivitate mare, nivelul transport poate totusi sa creeze conexiuni de retea multiple si sa divida datele prin conexiunile de retea, astfel încât productivitatea sa creasca. Pe de alta parte, daca crearea si întretinerea unei conexiuni de retea este costisitoare, nivelul transport ar putea reduce costul prin multiplexarea câtorva conexiuni de transport pe aceeasi conexiune de retea, în oricare dintre cazuri, nivelului transport i se cere sa faca mutiplexarea transparenta pentru nivelul sesiune.

Nivelul transport determina, de asemenea, ce tip de serviciu sa furnizeze nivelului sesiune si, în final, utilizatorilor retelei. Cel mai obisnuit tip de conexiune transport este un canal punct-la-punct fara erori care furnizeaza mesajele sau octetii în ordinea în care au fost trimisi. Alte tipuri posibile de servicii de transport sunt transportul mesajelor individuale - fara nici o garantie în privinta ordinii de livrare - si difuzarea mesajelor catre destinatii multiple. Tipul serviciului se determina când se stabileste conexiunea.

Nivelul transport este un adevarat nivel capat-la-capat, de la sursa la destinatie. Cu alte cuvinte, un program de pe masina sursa poarta o conversatie cu un program similar de pe masina destinatie, folosind în acest scop antetele mesajelor si mesaje de control, în nivelurile inferioare protocoalele au loc între fiecare masina si vecinii sai imediati, si nu direct între masinile sursa si destinatie, care pot fi separate de numeroase rutere. Diferenta între nivelurile de la l pâna la 3, care sunt înlantuite, si nivelurile de la 4 la 7, care sunt capat-la-capat, este ilustrata în Fig. 1-16.

Numeroase gazde sunt multiprogramate, ceea ce implica existenta unor conexiuni multiple care intra si ies din fiecare gazda. Trebuie sa existe o modalitate prin care sa se poata spune care mesaje apartin carei conexiuni. Unul din locurile unde poate fi pusa aceasta informatie este antetul de transport (H₄, în Fig. 1-11).

În plus fata de multiplexarea mai multor fluxuri de mesaje pe un singur canal, nivelul transport mai trebuie sa se ocupe de stabilirea si anularea conexiunilor în retea. Pentru acest lucru este necesar un mecanism de atribuire a numelor, astfel ca un proces de pe o anumita masina sa poata descrie cu cine vrea sa converseze. Trebuie, de asemenea, sa existe un mecanism pentru reglarea fluxului de informatii, astfel încât o gazda rapida sa nu suprasolicite o gazda lenta. Un astfel de mecanism se numeste controlul fluxului si joaca un rol cheie în nivelul transport (ca si în alte niveluri). Controlul fluxului între gazde este diferit fata de controlul fluxului între rutere, dar pentru amândoua se aplica principii similare.

Nivelul sesiune

Nivelul sesiune permite utilizatorilor de pe masini diferite sa stabileasca între ei sesiuni. Ca si nivelul transport, o sesiune permite transportul obisnuit de date, dar furnizeaza totodata si servicii îmbunatatite, utile în anumite aplicatii. O sesiune poate fi utilizata pentru a permite unui utilizator sa se conecteze la distanta pe un sistem cu divizarea timpului sau sa transfere un fisier între doua masini.

Unul dintre serviciile nivelului sesiune se refera la controlul dialogului. Sesiunile pot permite sa se realizeze trafic în ambele sensuri simultan sau numai într-un sens odata. Daca este permis traficul într-un singur sens odata (analog drumurilor cu sens unic), nivelul sesiune poate ajuta sa se tina evidenta emitatorilor carora le vine rândul sa transmita.

Un serviciu sesiune înrudit este gestionarea jetonului. În unele protocoale este esential ca cele doua parti sa nu încerce sa realizeze aceeasi operatie în acelasi timp. Pentru a trata aceste situatii, nivelul sesiune dispune de jetoane care pot circula între masini. Numai partea care detine jetonul are voie sa realizeze operatia critica.

Un alt serviciu sesiune este sincronizarea. De exemplu, probleme ar putea aparea atunci când se încearca transferarea unui fisier între doua masini, în conditiile în care transferul dureaza 2 ore, iar intervalul mediu de cadere a legaturii este l ora. Dupa fiecare esec, tot transferul va trebui initiat din nou si probabil ca nu va reusi nici încercarea urmatoare. Pentru a elimina problema respectiva, nivelul sesiune prevede o modalitate de a introduce în fluxul de date puncte de control, astfel încât dupa un esec sa se reia numai transferul datelor de dupa ultimul punct de control.

Nivelul prezentare

Nivelul prezentare îndeplineste câteva functii care sunt solicitate suficient de des pentru ca, în loc sa fie lasat fiecare utilizator sa rezolve problemele, sa se justifice gasirea unei solutii generale, în particular, spre deosebire de toate nivelurile inferioare, care se ocupa numai de transferul sigur al bitilor dintr-un loc în altul, nivelul prezentare se ocupa de sintaxa si semantica informatiilor transmise.

Un exemplu tipic de serviciu prezentare este codificarea datelor într-un mod standard prestabilit. Majoritatea programelor folosite de utilizatori nu fac schimb de siruri aleatoare de biti . Ele fac schimb de nume de persoane, adrese, date, sume de bani, anunturi. Aceste informatii suni reprezentate prin siruri de caractere, prin întregi, prin numere reale si prin structuri de date; compuse dintr-un numar de date mai simple. Diferite calculatoare au diferite coduri pentru reprezentarea sirurilor de caractere (de exemplu, ASCII si Unicode), întregilor (de exemplu, complementul fata de l si complementul fata de 2) si asa mai departe. Pentru a face posibila comunicarea între calculatoare cu reprezentari diferite, structurile de date pot fi definite într-un mod abstract, alaturi de o codificare standardizata ce va fi utilizata "pe cablu". Nivelul prezentare gestioneaza aceste structuri de date abstracte si le converteste din reprezentarea interna folosita în calculator în reprezentarea standardizata din retea si invers.

Nivelul aplicatie

Nivelul aplicatie contine o varietate de protocoale frecvent utilizate. De exemplu, în lume exista sute de tipuri de terminale incompatibile. Un exemplu ar fi impasul în care se afla un editor în mod ecran care trebuie sa lucreze într-o retea cu multe tipuri diferite de terminale, fiecare cu un aspect diferit al ecranului si cu secvente ESCAPE diferite pentru introducerea si stergerea textului, mutarea cursorului etc.

O modalitate de a rezolva problema este sa se defineasca un terminal virtual de retea abstract si sa se scrie editoare si alte programe care stiu sa lucreze cu acesta. Pentru a putea lucra cu orice tip de terminal, este necesar un program care sa puna în corespondenta functiile terminalului virtual de retea si terminalul real. De exemplu, atunci când editorul muta cursorul din terminalul virtual în coltul stânga-sus al ecranului, programul trebuie sa aplice secventa potrivita de comenzi pentru terminalul real, astfel încât sa se mute si cursorul acestuia. Toate programele terminalului virtual se afla pe nivelul aplicatie.

Un alt rol al nivelului aplicatie este transferul fisierelor. Sisteme de fisiere diferite au conventii de nume diferite, moduri diferite de a reprezenta liniile de text si asa mai departe. Transferul unui fisier între doua sisteme de fisiere diferite presupune rezolvarea acestor incompatibilitati si a altora de acelasi gen. si acest lucru cade tot în seama nivelului aplicatie, la fel ca si posta electronica, introducerea lucrarilor la distanta, examinarea cataloagelor si diverse alte facilitati cu scop general sau particular.

Transmiterea datelor în modelul OSI

Figura 1-17 prezinta un exemplu de transmitere a datelor folosind modelul OSI. Procesul emitator vrea sa trimita niste date procesului receptor. Emitatorul furnizeaza datele nivelului aplicatie, acesta le ataseaza în fata antetul aplicatiei, AH (care poate fi vid) si furnizeaza obiectul rezultat nivelului prezentare.

Nivelul prezentare poate sa modifice acest obiect în diferite moduri si poate eventual sa-i adauge în fata un antet, furnizând rezultatul catre nivelul sesiune. Este important de stiut ca nivelul prezentare nu cunoaste care portiune din datele primite de la nivelul aplicatie reprezinta AH, în cazul în care acesta exista, si care portiune reprezinta datele propriu-zise ale utilizatorului.

Acest proces se repeta pâna când datele ajung la nivelul fizic, unde vor fi trimise efectiv catre masina receptoare. Pe respectiva masina, diversele antele sunt eliminate succesiv, pe masura ce mesajul se propaga prin niveluri în sus, pâna când ajunge în final la procesul destinatie.

Ideea de baza este ca, desi în Fig. 1-17 transmiterea datelor este verticala, fiecare nivel este programat ca si cum transmiterea ar fi orizontala. De exemplu, atunci când nivelul transport emitator primeste un mesaj de la nivelul sesiune, el îi ataseaza un antet de transport si îl expediaza nivelului transport destinatie. Din punctul sau de vedere, faptul ca în realitate trebuie sa paseze mesajul nivelului retea de pe masina sa proprie este un detaliu tehnologic lipsit de importanta.

Protocolul aplicatie   Nivelul aplica'ie

AH

PH