Model OSI

Open Systems Interconnection Reference model (iné názvy: model OSI/ISO, referenčný model OSI/ISO, sedemvrstvový model OSI/ISO) je abstraktný, na vrstvách založený opis návrhu štruktúry komunikačných a počítačových sieťových protokolov, vyvinutý ako súčasť iniciatívy Open Systems Interconnect.

Účel

Model funkčne rozdeľuje sieťové protokoly do siedmich vrstiev. Každá vrstva má vlastnosť, že používa funkcie vrstvy pod ňou a poskytuje funkcionalitu vrstve nadradenej. Systém implementujúci protokol pozostávajúcich z týchto vrstiev sa nazýva protocol stack alebo stack (ako TCP/IP stack). Stack môže byť implementovaný hardvérovo, softvérovo alebo ich kombináciou. Obyčajne bývajú najnižšie dve vrstvy implementované hardvérovo a ostatné softvérovo.

Tento model sa zhruba drží výpočtového a sieťového priemyslu. Jeho hlavnou funkciou je spojenie vrstiev, ktoré určuje, akým spôsobom spolupracuje jedna vrstva s druhou. To znamená, že vrstva implementovaná jedným výrobcom spolupracuje s inou vrstvou od druhého výrobcu (za predpokladu správnej interpretácie špecifikácie). Tieto špecifikácie sa v TCP/IP komunite zvyčajne zverejňujú vo forme Request for comments (RFC).

Vrstvy implementácie protokolu zvyčajne zodpovedajú tomuto návrhu s možnou výnimkou "fast path", kedy sú najčastejšie operácie v systéme implementované ako jeden komponent zapuzdrujúci aspekty niekoľkých vrstiev.

Toto logické delenie vrstiev zdôvodňuje správanie protocol stackov oveľa jednoduchšie, čo umožňuje ich komplexný, ale vysoko spoľahlivý návrh.

Opis vrstiev

The OSI Model

• Fyzická vrstva (vrstva 1): Do fyzickej vrstvy patria fyzikálne a elektrické špecifikácie zariadení. Patrí sem rozloženie pinov, špecifikácia napätí, a typov kábla. Na fyzickej vrstve pracujú huby a opakovače (repeater). Hlavné funkcie a služby poskytované touto vrstvou sú:
  • nadviazanie a ukončenie spojenia komunikačným médiom
  • účasť na procese efektívneho zdieľania komunikačných zdrojov medzi viacerých používateľov. Napríklad riešenie konfliktov a kontrola toku dát.
  • modulácia, alebo konverzia medzi reprezentáciou digitálnych údajov v používateľskom koncovom zariadení a zodpovedajúcimi signálmi prenášanými komunikačným kanálom. Toto sú signály prenášané fyzickou kabelážou, napr. optickým vláknom alebo medeným drôtom. Na tejto vrstve pracuje SCSI.

• Linková vrstva (t. j. spojová) (vrstva 2): Spojová vrstva poskytuje funkcionalitu a prostriedky na prenos dát medzi sieťovými entitami a prípadné opravenie chýb, ktoré sa vyskytnú na fyzickej vrstve. Adresná schéma je fyzická, čo znamená, že adresy sú pevne zadané v sieťových kartách v čase výroby. Adresovacia schéma je plochá. Pozn.: Najznámejším príkladom je Ethernet. Iné príklady spojových protokolov sú HDLC a ADCCP pre point-to-point alebo systém s prepínaním paketov a LLC alebo Aloha pre LAN siete. Na tejto vrstve pracujú prepínače (switche) a bridge (premostenie dvoch podsietí). Konektivita je poskytovaná len medzi lokálne pripojenými uzlami siete.

• Sieťová vrstva (vrstva 3): Sieťová vrstva poskytuje funkčné a procedurálne prostriedky prenášania dátových sekvencií s premenlivou dĺžkou od zdroja k cieľu jednou alebo viacerými sieťami, zatiaľ, čo má na starosti kvalitu služby (quality of service) požadovanú transportnou službou. Sieťová vrstva sa stará o smerovanie (routing), kontrolu toku dát, segmentáciu/desegmentáciu a kontrolu chýb. Na tejto vrstve pracuje router. Posiela údaje sieťami a umožňuje fungovanie internetu, hoci existujú switche pracujúce na 3. vrstve (IP) switche. To je logická adresná schéma, t. j. hodnoty volí sieťový inžinier. Adresná schéma je hierarchická.

• Transportná vrstva (vrstva 4): Účelom transportnej vrstvy je poskytovať transparentný prenos dát medzi koncovými používateľmi, čim odbremeňuje vyššie vrstvy od nutnosti poskytovania spoľahlivého a efektívneho dátového prenosu. Transportná vrstva má na starosti spoľahlivosť daného spojenia. Niektoré protokoly sú stavové a spojovo orientované. Znamená to, že transportná vrstva dokáže sledovať a znova posielať pakety, ktoré neboli správne doručené. Najznámejším príkladom protokolu 4. vrstvy je TCP a UDP.

• Relačná vrstva (vrstva 5): Relačná vrstva poskytuje mechanizmus správy dialógu medzi aplikačnými procesmi koncového používateľa. Poskytuje buď duplexnú alebo poloduplexnú komunikáciu, zodpovedá za checkpointing, odloženie, ukončenie a reštart spojenia. Táto vrstva nadväzuje a ukončuje TCP/IP relácie (sessions).

• Prezentačná vrstva (vrstva 6): Prezentačná vrstva odbremeňuje aplikačnú vrstvu od starostí s rozdielnou syntaktickou reprezentáciou dát v rámci systému koncového používateľa. MIME kódovanie, kryptovanie a podobná manipulácia a reprezentácia dát sa odohráva na šiestej vrstve. Príkladom prezentačnej služby je konverzia súboru s EBCDIC kódovaním na kódovanie ASCII.

• Aplikačná vrstva (vrstva 7): Táto vrstva implementuje rozhranie pre aplikačné procesy a poskytuje im služby. Bežné aplikačné služby poskytujú sémantickú konverziu medzi príbuznými aplikačnými procesmi. Príkladmi spoločných aplikačných služieb sú virtuálny súbor, virtuálny terminál (napr. telnet) a „Job Transfer and Manipulation protocol“ (JTM, ISO/IEC 8832).

Model v reálnom svete

Skutočné balíky protokolov často striktne nesledujú sedemvrstvový model. Diskusia môže byť o tom, ako sú stanovené hranice medzi jednotlivými vrstvami; neexistuje jediná správna odpoveď. Ale väčšina balíkov protokolov zdieľa koncept troch všeobecných oblastí: médium, pokrýva vrstvy 1 a 2; transport, pokrýva vrstvy 3 a 4; a aplikácia pokrýva vrstvy 5 až 7.

DoD model vyvinutý v sedemdesiatych rokoch dvadsiateho storočia pre DARPA je štvorvrstvový model, ktorý úzko mapuje väčšinu dnešných internetových protokolov. Je založený na „pragmatickejšom“ prístupe k sieťam ako OSI.

Striktné dodržiavanie OSI modelu nebolo v skutočnom svete cieľom, čiastočne kvôli negativistickému pohľadu naň. Andrew Tanenbaum vo svojej populárnej knihe Počítačové siete ISBN 0-13-066102-3 vyjadril, že dôvodom neúspechu OSI modelu bolo zlé načasovanie, zlá technológia a zlá politika. Načasovanie bolo zlé z dôvodu dokončenia modelu až po tom, ako bolo značné množstvo času a peňazí investovaného na výskum TCP/IP modelu. Technológia bola „zlá“, pretože relačné a prezentačné vrstvy sú takmer prázdne, zatiaľ, čo spojová vrstva je preplnená. O skorých implementáciách bolo známe, že sú notoricky chybové, čím sa OSI stalo synonymom nízkej kvality. Na druhej strane implementácie TCP/IP boli spoľahlivejšie. A nakoniec zlá politika znamená, že TCP/IP bolo úzko spojené s UNIXom, čo ho činilo populárnym v akademických kruhoch, zatiaľ, čo OSI takéto spojenie nemalo.

Aj po tom všetkom, model stále slúži ako všeobecný referenčný štandard vo všetkej sieťovej dokumentácii. Všetky frázy vzťahujúce sa na očíslované vrstvy, ako „prepínanie na tretej vrstve“ sa vzťahujú na model OSI.

Rozhrania

Okrem štandardov pre jednotlivé komunikačné protokoly existujú aj špecifikácie rozhraní, ktorými jednotlivé vrstvy komunikujú navzájom. Zvyčajne sú špecifické pre operačný systém. Príkladmi sú Berkley BSD sockets, System V streams a Microsoft Windows Winsock ako rozhrania medzi aplikačnými (vrstva 5 a vyššie) vrstvami a transportnou vrstvou (vrstva 4). NDIS a ODI sú rozhrania medzi médiom (vrstva 2) a sieťovým protokolom (vrstva 3).

Tabuľka príkladov

Vrstva	rozhrania	TCP/IP sada	SS7	AppleTalk sada	OSI sada	IPX sada	SNA	UMTS
7 – aplikačná	HL7, SIP	HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, NFS, NTP	ISUP, INAP, MAP, TUP, TCAP	AFP, PAP	FTAM, X.400, X.500, DAP		APPC
6 – prezentačná	TDI, ASCII, EBCDIC, MIDI, MPEG	XDR		AFP, PAP
5 – relačná	Named Pipes, NetBIOS, SAP, SDP	Session establishment for TCP		ASP, ADSP, ZIP		NWLink	DLC?
4 – transportná	NetBEUI	TCP, UDP, RTP, SCTP		ATP, NBP, AEP, RTMP	TP0, TP1, TP2, TP3, TP4	SPX, RIP
3 – sieťová	NetBEUI, Q.931	IP, ICMP, IPsec, ARP, RIP, OSPF, BGP	MTP-3, SCCP	DDP	X.25 (PLP), CLNP	IPX		RRC (Radio Resource Control)
2 – spojová	Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP, HDLC, Q.921, Frame Relay, ATM, Fibre Channel	STP	MTP-2	LocalTalk, TokenTalk, EtherTalk, Apple Remote Access, PPP	X.25 (LAPB), Token Bus	802.3 framing, Ethernet II framing	SDLC	MAC (Media Access Control)
1 – fyzická	RS-232, V.35, V.34, Q.911, T1, E1, 10BASE-T, 100BASE-T, ISDN, SONET		MTP-1	Localtalk na tienenom, Localtalk na netienenom (PhoneNet)	X.25 (X.21bis, EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, EIA-530, G.703)		Twinax	PHY (fyzická vrstva)