Τομοντέλο αναφοράς Ανοικτής Διασύνδεσης Συστημάτων, ήμοντέλο αναφοράς OSI (αγγλ.OSI reference model) είναι μια διαστρωματωμένη, αφηρημένη περιγραφή για τη σχεδίασητηλεπικοινωνιακών καιδικτυακώνπρωτοκόλλων η οποία καθορίστηκε από την πρωτοβουλίαΑνοικτή Διασύνδεση Συστημάτων – OSI. Είναι γνωστό και ωςμοντέλο των επτά επιπέδων.
Τομοντέλο OSI υποδιαιρεί τις λειτουργίες ενός τηλεπικοινωνιακού δικτύου σε μια «κατακόρυφη» στοίβα από επίπεδα, για το καθένα από τα οποία μπορεί να οριστεί κάποιο πρωτόκολλο σε μία συγκεκριμένη υλοποίηση. Κάθε επίπεδο αξιοποιεί τις λειτουργίες του κατώτερού του στη στοίβα επιπέδου, ενώ στόχος του είναι να παρέχει λειτουργικότητα στο αμέσως ανώτερο επίπεδό του. Μία συγκεκριμένη υλοποίηση του μοντέλου, με καθορισμένα πρωτόκολλα για κάθε επίπεδο, ονομάζεταιστοίβα πρωτοκόλλων ή απλάστοίβα. Το κάθε πρωτόκολλο υλοποιείται είτε σευλικό είτε σελογισμικό. Συνήθως τα κατώτερα επίπεδα υλοποιούνται στο υλικό ενώ τα ανώτερα σε λογισμικό.
Τομοντέλο OSI είναι στενά συσχετισμένο με τον κλάδο τηςεπιστήμης υπολογιστών και τη δικτύωσηυπολογιστών. Το βασικό χαρακτηριστικό του είναι η διασύνδεση μεταξύ των επιπέδων, η οποία υπαγορεύει τις προδιαγραφές της αλληλεπίδρασής τους. Αυτό σημαίνει ότι ένα επίπεδο υλοποιημένο με κάποιο συγκεκριμένο πρωτόκολλο μπορεί να συνεργαστεί με το γειτονικό του στη στοίβα επίπεδο, το οποίο υλοποιείται με κάποιο άλλο πρωτόκολλο, υπό την προϋπόθεση ότι οι προδιαγραφές του καθενός έχουν δημοσιευθεί και έχουν γίνει αντιληπτές σωστά. Αυτές οι προδιαγραφές είναι τυπικά γνωστές ωςRFC (Requests for Comments) και αποτελούν πρότυπα τουΔιεθνούς Οργανισμού Τυποποίησης ISO.
Συνήθως τα επίπεδα είναι αυστηρά διαχωρισμένα μεταξύ τους: αξιοποιούν τις υπηρεσίες του κατώτερου επιπέδου τους και προσφέρουν υπηρεσίες στο ανώτερό τους, αλλά το καθένα δεν παρεμβαίνει στις λειτουργίες του άλλου· πιθανόν να μη γνωρίζει καν γι' αυτές. Αυτός ο λογικός διαχωρισμός των επιπέδων διευκολύνει πολύ τη μελέτη της συμπεριφοράς των πρωτοκόλλων και επιτρέπει τη σχεδίαση πολύπλοκων και αξιόπιστων στοιβών πρωτοκόλλων. Ορισμένες φορές όμως αυτή ηαρχή ανεξαρτησίας των επιπέδων παραβιάζεται, για λόγους βελτιστοποίησης της απόδοσης ή αύξησης της λειτουργικότητας, με πρωτόκολλα διαφορετικών επιπέδων να συγχωνεύονται ή να παρεμβαίνουν το ένα στη λειτουργία του άλλου.
Τομοντέλο OSI είναι μια ιεραρχική δομή επτά επιπέδων που καθορίζει τις προδιαγραφές επικοινωνίας μεταξύ δύο υπολογιστών, ορίζοντας επακριβώς τον σκοπό κάθε επιπέδου αλλά και τα χρησιμοποιούμενα πρωτόκολλα, και τυποποιήθηκε ως πρότυπο ISO 7498-1. Θεωρήθηκε ότι θα επέτρεπε τη λειτουργική συνεργασία μεταξύ ποικίλων ψηφιακών συσκευών που ήταν διαθέσιμες στην αγορά. Το μοντέλο επιτρέπει σε όλα τα στοιχεία ενός δικτύου να συλλειτουργούν, με κάθε στοιχείο να υλοποιεί ένα ή περισσότερα πρωτόκολλα δικτύωσης, ανεξάρτητα από το ποιος είναι ο κατασκευαστής τους. Περί τα τέλη τηςδεκαετίας του 1980 ο ISO συνιστούσε την εφαρμογή τουμοντέλου OSI ως κοινώς αποδεκτού υποδείγματος σχεδιασμού δικτύων.
Ωστόσο εκείνη την εποχή η στοίβα πρωτοκόλλωνTCP/IP, η οποία βασιζόταν σε ελαφρώς διαφορετική διαστρωμάτωση επιπέδων, ήταν ήδη επί πολύ καιρό σε ευρεία χρήση. Το TCP/IP ήταν θεμελιώδες για το δίκτυοARPANET και τα άλλα δίκτυα που εξελίχθηκαν στο σημερινόΔιαδίκτυο[1]. Ως αποτέλεσμα τομοντέλο OSI παραμερίστηκε και σήμερα μόνο ένα υποσύνολό του χρησιμοποιείται ακόμη. Η επικρατούσα αντίληψη είναι ότι οι περισσότερες προδιαγραφές του είναι περίπλοκες και η πλήρης λειτουργικότητά του θα χρειαζόταν μεγάλο χρόνο κατασκευής, αν και συνεχίζουν να υπάρχουν σθεναροί υποστηρικτές του.
| Μοντέλο OSI |
|---|
| Μονάδα δεδομένων | Επίπεδο | Λειτουργία |
|---|
Λογισμικό
| Δεδομένα | 7.Εφαρμογών | Παρέχεται στις εφαρμογές πρόσβαση στο δίκτυο |
|---|
| 6.Παρουσίασης | Αναπαράσταση δεδομένων και κρυπτογράφηση |
| 5. Συνόδου | Έλεγχος του διαλόγου μεταξύ των άκρων της επικοινωνίας |
| Τμήμα | 4.Μεταφοράς | Αξιόπιστη επικοινωνία από άκρο σε άκρο |
| Υλικό | Πακέτο | 3.Δικτύου | Καθορισμός διαδρομών και λογικών διευθύνσεων των κόμβων στα πλαίσια ενός διαδικτύου |
|---|
| Πλαίσιο | 2.Ζεύξης δεδομένων | Φυσική διευθυνσιοδότηση (MAC & LLC) |
| Bit | 1.Φυσικό | Δυαδική μετάδοση σήματος μέσω του φυσικού μέσου |
Τοεπίπεδο εφαρμογών (αγγλ. application layer) παρέχει στον χρήστη έναν τρόπο να προσπελάσει μέσω μιας εφαρμογής τις πληροφορίες ενός δικτύου. Αυτό το επίπεδο είναι η κύρια διασύνδεση του χρήστη με την εφαρμογή και, συνεπώς, με το δίκτυο. Στο επίπεδο αυτό γίνεται η διαχείριση των κατανεμημένων εφαρμογών, η αποστολή τουηλεκτρονικού ταχυδρομείου κλπ. Παραδείγματα πρωτοκόλλων επιπέδου εφαρμογών αποτελούν ταTelnet,FTP,SMTP καιhttp.
Τοεπίπεδο παρουσίασης (αγγλ. presentation layer) μετασχηματίζει τα δεδομένα σε τυπική μορφή που την αναμένει το επίπεδο εφαρμογών. Στο επίπεδο αυτό τα δεδομένα υφίστανταικρυπτογράφηση,συμπίεση, κωδικοποίησηMIME και όποια άλλη διαμόρφωση απαιτεί η μορφή δεδομένων ή ο σχεδιαστής του πρωτοκόλλου. Παραδείγματα αποτελούν η μετατροπή αρχείων από κώδικαEBCDIC σε κώδικαASCII και η μετατροπή της δομής των δεδομένων σε μορφήXML ή αντίστροφα (π.χ. από XML σε έγγραφο τύπου DOC).
Τοεπίπεδο συνόδου (αγγλ. session layer) ελέγχει τιςσυνόδους (δηλαδή τις ανταλλαγές δεδομένων) μεταξύ δύο υπολογιστών, του Α και του Β. Ξεκινά, διαχειρίζεται και τερματίζει τη σύνδεση μεταξύ μιας τοπικής και μιας απομακρυσμένης 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), ενώ υποστηρίζει διαδικασίες αποθήκευσης κατάστασης (αγγλ. checkpoint), αναβολής (αγγλ. adjournment), τερματισμού (αγγλ. termination) και επανεκκίνησης (αγγλ. restart). Αυτό το επίπεδο είναι υπεύθυνο για το ομαλό κλείσιμο της συνόδου (που είναι ιδιότητα τουTCP) και επίσης για τηναποθήκευση καιανάκτηση κατάστασης, λειτουργίες οι οποίες δεν χρησιμοποιούνται στην στοίβα πρωτοκόλλων του Διαδικτύου.
Τοεπίπεδο μεταφοράς (αγγλ. transport layer) διεκπεραιώνει τη μεταφορά των δεδομένων από χρήστη σε χρήστη, απαλλάσσοντας έτσι τα ανώτερα επίπεδα από κάθε φροντίδα να προσφέρουν αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων από το ένα άκρο της επικοινωνίας στο άλλο. Το επίπεδο μεταφοράς ελέγχει την αξιοπιστία ενός χρησιμοποιούμενου καναλιού μεέλεγχο ροής (αγγλ. flow control), κατάτμηση και αποτμηματοποίηση (αγγλ. segmentation / desegmentation), καθώς και έλεγχο σφαλμάτων (αγγλ. error control). Ορισμένα πρωτόκολλα καταγράφουν καταστάσεις και συνδέσεις, οπότε κρατούν λογαριασμό των πακέτων και επανεκπέμπουν αυτά που δεν παρελήφθησαν σωστά. Τα διάφορα πρωτόκολλα μοφοποιούν διαφορετικά τα εκπεμπόμενα πακέτα πληροφοριών, αλλά τα προς αποστολή δεδομένα παραλαμβάνονται αρχικά από τα ανώτερα επίπεδα.
Το συνηθέστερο παράδειγμα πρωτοκόλλου μεταφοράς είναι τοTCP (αγγλ. Transmission Control Protocol, πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης). Άλλα πρωτόκολλα μεταφοράς είναι ταUDP (αγγλ. User Datagram Protocol, πρωτόκολλο για ασυνδεσμική αποστολή δεδομένων,SCTP (αγγλ. Stream Control Transmission Protocol, πρωτόκολλο ελέγχου της ροής μετάδοσης), κλπ.
Τοεπίπεδο δικτύου (αγγλ. network layer) παρέχει τα λειτουργικά και διαδικαστικά μέσα για τη μεταφοράστοιχειοσειρών δεδομένων μεταβλητού μήκους από μια προέλευση σε έναν προορισμό, μέσα από ένα ή περισσότερα ενδιάμεσα δίκτυα, ενώ διατηρεί την ποιότητα εξυπηρέτησης που απαιτεί το επίπεδο μεταφοράς. Το επίπεδο δικτύου εκτελεί λειτουργίες δρομολόγησης, με πιθανές κατατμήσεις / αποτμηματοποιήσεις, και αναφέρει σφάλματα σχετικά με την παράδοση τωνπακέτων. Οιδρομολογητές (αγγλ. routers) λειτουργούν στο επίπεδο αυτό· διακινώντας δεδομένα σε διασυνδεδεμένα δίκτυα έκαναν τοΔιαδίκτυο 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 πλέον αναγνωρίσιμο παράδειγμα πρωτοκόλλου δικτύου είναι τοΠρωτόκολλο Διαδικτύου (αγγλ. Internet Protocol, IP).
Τοεπίπεδο ζεύξης (αγγλ. data link layer) δεδομένων παρέχει τα λειτουργικά και διαδικαστικά μέσα για τη μεταφορά δεδομένων από μια συσκευή ενόςτοπικού δικτύου σε άλλη, αλλά και για τηνανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων που συμβαίνουν στο φυσικό επίπεδο. Οι μη ιεραρχημένες διευθύνσεις των συσκευών εδώ είναι οι φυσικές (π.χ. MAC διευθύνσεις), δηλαδή είναι προκαθορισμένες και αποθηκευμένες στιςκάρτες δικτύου των επικοινωνούντων κόμβων από το εργοστάσιο.
Το πιο γνωστό πρότυπο αυτού του επιπέδου είναι τοEthernet, για τοπικά δίκτυα. Άλλα παραδείγματα πρωτοκόλλων ζεύξης δεδομένων αποτελούν τα:
Στα τοπικά δίκτυα της οικογένειας πρωτοκόλλωνIEEE 802, και σε κάποια άλλα όπως τοFDDI, αυτό το επίπεδο μπορεί να διαιρεθεί σε δύο μικρότερα:
- Ένα επίπεδο ελέγχου πρόσβασης στο κοινό μέσο, τουποεπίπεδο MAC (αγγλ. Media Access Control, Έλεγχος Πρόσβασης Μέσου)
- Ένα ανώτερο επίπεδο ελέγχου λογικών συνδέσεων, τουποεπίπεδο LLC (αγγλ. Logical Link Control, Έλεγχος Λογικών Ζεύξεων), όπου επικρατεί καθολικά το πρωτόκολλοIEEE 802.2 ανεξάρτητα από το υποκείμενο πρωτόκολλο MAC ή φυσικού επιπέδου.
Στο επίπεδο αυτό λειτουργούν οι δικτυακέςγέφυρες (αγγλ. bridge) και οι δικτυακοί διακόπτες (αγγλ. switch). Η συνδεσιμότητα παρέχεται μόνο για κόμβους που συνδέονται στο ίδιο κοινό μέσο (τοπικό δίκτυο ή σύνδεση από-σημείο-σε-σημείο).
Τοφυσικό επίπεδο (αγγλ. physical layer) ορίζει όλες τις ηλεκτρικές και φυσικές προδιαγραφές της επικοινωνίας. Σ’ αυτές περιλαμβάνονται οι σχηματισμοί των ακίδων, οι επιτρεπτέςτάσεις, οι προδιαγραφές των καλωδίων κλπ. Συσκευές φυσικού επιπέδου είναι οιδιανεμητές, οι επαναλήπτες (αγγλ. repeaters), οι κάρτες δικτύου, οι προσαρμοστέςδιαύλου (αγγλ. bus adapters). Οι κυριότερες λειτουργίες και υπηρεσίες του φυσικού επιπέδου είναι:
- Έναρξη και τερματισμός της ηλεκτρικής σύνδεσης μιας επικοινωνιακής συσκευής.
- Συμμετοχή σε διαδικασίες όπου οι επικοινωνιακές συσκευές εξυπηρετούν αποτελεσματικά πολλούς χρήστες (πολυπλεξία). Επιλύονται προβλήματα προτεραιότητας πρόσβασης και ελέγχου ροής δεδομένων.
- Διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση των ψηφιακών δεδομένων κατά τη 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 απόραδιοζεύξη ήδορυφορικά, να φθάσουν πάλι αναλογικά σε χάλκινο καλώδιο και να γίνουν ψηφιακά στον παραλήπτη.
Οι παράλληλοι δίαυλοιSCSI λειτουργούν στο επίπεδο αυτό. Επίσης τα επίπεδα 1 και 2 αφορούν οι προδιαγραφές των πρωτοκόλλωνEthernet,Token Ring,FDDI (αγγλ. Fiber Distributed Data Interface, Διασύνδεση Κατανεμημένων Δεδομένων με Οπτικές Ίνες) καιIEEE 802.11.
Τα διάφορα λειτουργικά συστήματα υποστηρίζουν, πέρα από τα ίδια τα πρωτόκολλα, τυποποιημένα πρότυπα για τηδιασύνδεση (interface) ενός επιπέδου με το αμέσως ανώτερο ή κατώτερό του στη στοίβα. Π.χ.
- ΣταMicrosoft Windows ηβιβλιοθήκη συστήματοςWinsock, στοUnix ταBerkeley Sockets και στο System-V τοTLI (αγγλ. Transport Layer Interface, Διασύνδεση Επιπέδου Μεταφοράς) είναι προτυποποιημένες διασυνδέσεις μεταξύ εφαρμογών (επίπεδα 5 και άνω) και επιπέδου μεταφοράς (επίπεδο 4).
- τοNDIS (αγγλ. Network Driver Interface Specification, Προδιαγραφή Διασύνδεσης Οδηγού Δικτύου), και τοODI (αγγλ. Open Data-Link Interface, Ανοικτή Διεπαφή Διασύνδεσης Δεδομένων) είναι διασυνδέσεις μεταξύ συσκευών (επίπεδο 2) και δικτυακού πρωτοκόλλου (επίπεδο 3).
| Επίπεδο | Παραδείγματα | ΣουίταIP | SS7[2] | ΣουίταAppleTalk | ΣουίταOSI | ΣουίταIPX | SNA | UMTS |
|---|
| # | Όνομα |
|---|
| 7 | Εφαρμογών | HL7,Modbus | NNTP,SIP,SSI,DNS,FTP,Gopher,HTTP,NFS,NTP,DHCP,SMPP,SMTP,SNMP,Telnet,RIP,BGP | INAP,MAP,TCAP,ISUP,TUP | AFP,ZIP,RTMP,NBP | FTAM,X.400,X.500,DAP,ROSE,RTSE,ACSE | RIP, SAP | APPC | |
| 6 | Παρουσίασης | TDI,ASCII,EBCDIC,MIDI,MPEG | MIME,XDR,SSL. (όχι ξεχωριστό επίπεδο):TLS | | AFP | ISO/IEC 8823, X.226, ISO/IEC 9576-1, X.236 | | | |
| 5 | Συνόδου | Named Pipes,NetBIOS,SAP,Half Duplex,Full Duplex,Simplex,SDP | Sockets. Εγκαθίδρυση συνόδου στοTCP.SIP (όχι ξεχωριστό επίπεδο):RTP | | ASP,ADSP,PAP | ISO/IEC 8327, X.225, ISO/IEC 9548-1, X.235 | NWLink | DLC; | |
| 4 | Μεταφοράς | NBF,nanoTCP,nanoUDP | TCP,UDP,SCTP | | DDP | ISO/IEC 8073, TP0, TP1, TP2, TP3, TP4 (X.224), ISO/IEC 8602, X.234 | SPX | | |
| 3 | Δικτύου | NBF,Q.931,IS-IS | IP,IPsec,ICMP,IGMP | SCCP,MTP | ATP (TokenTalk ήEtherTalk) | ISO/IEC 8208,X.25 (PLP), ISO/IEC 8878,X.223, ISO/IEC 8473-1,CLNP X.233. | IPX | | RRC (Radio Resource Control)Packet Data Convergence Protocol (PDCP) καιBMC |
| 2 | Ζεύξης δεδομένων | 802.3 (Ethernet),802.11a/b/g/n MAC/LLC,802.1Q (VLAN),ATM,HDP,FDDI,Fibre Channel,Frame Relay,HDLC,ISL,PPP,Q.921,Token Ring,CDP,ARP (απεικονίζει διευθύνσεις τρίτου επιπέδου σε διευθύνσεις δευτέρου επιπέδου) | OSPF,PPP,SLIP,PPTP,L2TP | MTP,Q.710 | LocalTalk,AppleTalk Remote Access,PPP | ISO/IEC 7666,X.25 (LAPB),Token Bus, X.222, ISO/IEC 8802-2LLC Type 1 και Type 2 | IEEE 802.3 πλαισίωση | SDLC | LLC (Έλεγχος Λογικής Ζεύξης),MAC (Έλεγχος Πρόσβασης Μέσου) |
| 1 | Φυσικό | RS-232,V.35,V.34,I.430,I.431,T1,E1,10BASE-T,100BASE-TX,POTS,SONET,SDH,DSL,802.11a/b/g/n PHY | | MTP,Q.710 | RS-232,RS-422,STP,PhoneNet | X.25 (X.21bis,EIA/TIA-232,EIA/TIA-449,EIA-530,G.703) | | Διαξονικό | UMTS L1 |
