Μοντέλο OSI — Εξήγηση των 7 επιπέδων

Το μοντέλο OSI είναι ένα μοντέλο αναφοράς 7 επιπέδων για την επικοινωνία δικτύου. Με απλά λόγια, χωρίζει μία μεγάλη εργασία, τη μεταφορά δεδομένων από μία συσκευή σε μια άλλη, σε μικρότερες εργασίες ώστε να μπορείς να καταλάβεις τι κάνει κάθε μέρος του συστήματος.

Ο πιο γρήγορος τρόπος να το σκεφτείς είναι ο εξής: τα ανώτερα επίπεδα είναι πιο κοντά στο λογισμικό και τα κατώτερα επίπεδα είναι πιο κοντά στην πραγματική μετάδοση των δεδομένων. Αυτό κάνει το μοντέλο χρήσιμο τόσο για μάθηση όσο και για αντιμετώπιση προβλημάτων. Ένα χαλασμένο καλώδιο, ένα πρόβλημα δρομολόγησης και ένα πρόβλημα στο επίπεδο του browser δεν ανήκουν στο ίδιο επίπεδο.

Τα επίπεδα του μοντέλου OSI με μια ματιά

Από πάνω προς τα κάτω, τα επίπεδα OSI είναι:

7. Εφαρμογής
8. Παρουσίασης
9. Συνόδου
10. Μεταφοράς
11. Δικτύου
12. Ζεύξης Δεδομένων
13. Φυσικό

Μπορείς επίσης να τα διαβάσεις από κάτω προς τα πάνω όταν σκέφτεσαι πώς τα ακατέργαστα σήματα γίνονται αξιοποιήσιμα δεδομένα.

Τι κάνει κάθε επίπεδο του OSI

Επίπεδο 7: Εφαρμογής

Αυτό το επίπεδο είναι το πιο κοντινό στον χρήστη. Καλύπτει τις υπηρεσίες δικτύου που χρησιμοποιεί το λογισμικό, όπως η περιήγηση στον ιστό, το email ή η μεταφορά αρχείων.

Η βασική ιδέα εδώ είναι ο σκοπός. Αυτό το επίπεδο αφορά το τι προσπαθεί να κάνει το λογισμικό, όχι το πώς κινούνται τα bits.

Επίπεδο 6: Παρουσίασης

Αυτό το επίπεδο αφορά τον τρόπο αναπαράστασης των δεδομένων. Τυπικά παραδείγματα είναι η μετατροπή μορφής, η κρυπτογράφηση και η συμπίεση.

Στα πραγματικά συστήματα, αυτές οι λειτουργίες συχνά υλοποιούνται μέσα στις εφαρμογές ή στις βιβλιοθήκες και όχι σε μια καθαρά ξεχωριστή μονάδα.

Επίπεδο 5: Συνόδου

Το επίπεδο συνόδου αφορά την έναρξη, τη διαχείριση και τον τερματισμό συνεδριών επικοινωνίας μεταξύ συστημάτων.

Πολλά σύγχρονα συστήματα δεν το εμφανίζουν ως ξεχωριστό τμήμα, αλλά η ιδέα παραμένει χρήσιμη όταν σκέφτεσαι πώς δύο πλευρές διατηρούν μια ανταλλαγή ενεργή.

Επίπεδο 4: Μεταφοράς

Αυτό το επίπεδο χειρίζεται την άκρο-σε-άκρο παράδοση μεταξύ hosts. Εδώ συνήθως συζητούνται έννοιες όπως η τμηματοποίηση, η αξιοπιστία, η σειρά παράδοσης, ο έλεγχος ροής και οι αριθμοί θυρών.

Το TCP είναι το κλασικό παράδειγμα επιπέδου μεταφοράς. Το UDP ανήκει επίσης εδώ όταν το χαμηλό επιπλέον κόστος έχει μεγαλύτερη σημασία από την εγγυημένη παράδοση.

Επίπεδο 3: Δικτύου

Το επίπεδο δικτύου είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ διαφορετικών δικτύων. Η δρομολόγηση και η λογική διευθυνσιοδότηση ανήκουν εδώ.

Αν ένα πακέτο πρέπει να περάσει από πολλούς routers για να φτάσει σε άλλο δίκτυο, αυτό είναι συνήθως το πρώτο επίπεδο που εξετάζεις.

Επίπεδο 2: Ζεύξης Δεδομένων

Αυτό το επίπεδο χειρίζεται την παράδοση μέσω ενός μόνο τοπικού συνδέσμου. Ασχολείται με τη δημιουργία πλαισίων και τη διευθυνσιοδότηση σε επίπεδο ζεύξης σε εκείνο το τοπικό τμήμα δικτύου.

Μια χρήσιμη αντίθεση είναι η εξής: το Επίπεδο 3 μεταφέρει δεδομένα μεταξύ δικτύων, ενώ το Επίπεδο 2 μεταφέρει δεδομένα μέσω ενός τοπικού συνδέσμου.

Επίπεδο 1: Φυσικό

Το φυσικό επίπεδο είναι η πραγματική μετάδοση ακατέργαστων bits ως ηλεκτρικά, οπτικά ή ραδιοφωνικά σήματα.

Καλώδια, σύνδεσμοι, τάσεις, χρονισμός, οπτική ίνα και ασύρματα σήματα ανήκουν εδώ.

Ένα σαφές παράδειγμα του μοντέλου OSI

Ας υποθέσουμε ότι πληκτρολογείς μια διεύθυνση ιστοσελίδας σε έναν browser και πατάς Enter. Δες τι σε βοηθά να παρατηρήσεις το μοντέλο OSI.

Στο Επίπεδο 7, ο browser ζητά μια ιστοσελίδα. Στα Επίπεδα 6 και 5, τα δεδομένα μπορεί να κωδικοποιούνται, να κρυπτογραφούνται ή να διαχειρίζονται ως μέρος μιας συνεχιζόμενης ανταλλαγής, ανάλογα με το πώς είναι σχεδιασμένο το σύστημα.

Στο Επίπεδο 4, τα δεδομένα διαχειρίζονται για άκρο-σε-άκρο παράδοση. Στο Επίπεδο 3, το σύστημα αποφασίζει πώς θα τα δρομολογήσει μεταξύ δικτύων. Στο Επίπεδο 2, κάθε συσκευή στέλνει πλαίσια μέσω του τοπικού της συνδέσμου. Στο Επίπεδο 1, αυτά τα πλαίσια γίνονται ηλεκτρικά, οπτικά ή ραδιοφωνικά σήματα.

Στην πλευρά του παραλήπτη, η διαδικασία αντιστρέφεται. Τα σήματα εισέρχονται από τη βάση και ανεβαίνουν ξανά μέχρι ο browser να μπορέσει να εμφανίσει τη σελίδα.

Αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε πραγματική στοίβα δικτύου έχει επτά τακτοποιημένα και ξεχωριστά μπλοκ λογισμικού. Σημαίνει ότι το μοντέλο σου δίνει έναν καθαρό νοητικό χάρτη της εργασίας.

Γιατί το μοντέλο OSI παραμένει χρήσιμο

Το μοντέλο OSI εξακολουθεί να διδάσκεται επειδή εξηγεί καθαρά τη συμπεριφορά των δικτύων. Βοηθά φοιτητές και μηχανικούς να ξεχωρίζουν διαφορετικά είδη προβλημάτων που αλλιώς θα μπερδεύονταν μεταξύ τους.

Είναι επίσης πρακτικό στην αντιμετώπιση προβλημάτων. Αν ένας host δεν έχει link light, ξεκινάς κοντά στο φυσικό επίπεδο. Αν συσκευές στο ίδιο switch δεν μπορούν να επικοινωνήσουν, εξετάζεις ζητήματα ζεύξης δεδομένων. Αν η συνδεσιμότητα IP λειτουργεί αλλά η υπηρεσία εξακολουθεί να αποτυγχάνει, ανεβαίνεις προς τα πάνω.

Συνηθισμένα λάθη με το 7-επίπεδο μοντέλο OSI

Σύγχυση του μοντέλου OSI με το μοντέλο TCP/IP

Σχετίζονται, αλλά δεν είναι το ίδιο πράγμα. Το μοντέλο OSI έχει επτά επίπεδα και είναι κυρίως μοντέλο αναφοράς. Το TCP/IP είναι μια πρακτική σουίτα πρωτοκόλλων και συχνά περιγράφεται με λιγότερα επίπεδα.

Αντιμετώπιση και των επτά επιπέδων ως ξεχωριστών μονάδων λογισμικού σε κάθε σύστημα

Έτσι δεν μοιάζουν τα περισσότερα πραγματικά συστήματα. Ορισμένα επίπεδα συνδυάζονται, κρύβονται ή υλοποιούνται σε βιβλιοθήκες, λειτουργικά συστήματα, firmware και hardware.

Σύγχυση των αρμοδιοτήτων του επιπέδου δικτύου και του επιπέδου ζεύξης δεδομένων

Αυτό είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα λάθη των αρχαρίων. Το επίπεδο δικτύου αφορά τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ δικτύων. Το επίπεδο ζεύξης δεδομένων αφορά τη μεταφορά δεδομένων μέσω ενός τοπικού συνδέσμου.

Απομνημόνευση ονομάτων χωρίς να ρωτάς ποιο πρόβλημα λύνει κάθε επίπεδο

Αν απομνημονεύεις μόνο τη λίστα, το μοντέλο φαίνεται αυθαίρετο. Γίνεται πολύ πιο εύκολο όταν συνδέεις κάθε επίπεδο με μια συγκεκριμένη εργασία.

Πότε χρησιμοποιείται το μοντέλο OSI

Το μοντέλο OSI χρησιμοποιείται κυρίως στη διδασκαλία, στην τεκμηρίωση, στις συζητήσεις αρχιτεκτονικής και στην αντιμετώπιση προβλημάτων. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμο όταν διαφορετικές ομάδες χρειάζονται μια κοινή γλώσσα για το πού βρίσκεται μια βλάβη ή μια ευθύνη.

Είναι λιγότερο χρήσιμο αν το αντιμετωπίζεις ως αυστηρό χάρτη κάθε λεπτομέρειας υλοποίησης σε μια σύγχρονη στοίβα. Σε αυτή την περίπτωση, το μοντέλο TCP/IP ή ένα διάγραμμα αρχιτεκτονικής ειδικό για το προϊόν μπορεί να είναι καλύτερο εργαλείο.

Ένας απλός τρόπος να θυμάσαι το μοντέλο OSI

Σκέψου ότι η κορυφή του μοντέλου σημαίνει νόημα και η βάση σημαίνει μετάδοση.

Στην κορυφή, το λογισμικό ενδιαφέρεται για το περιεχόμενο, τις συνεδρίες και τη συμπεριφορά της παράδοσης. Στη βάση, το hardware ενδιαφέρεται για πλαίσια, χρονισμό και φυσικά σήματα. Τα ενδιάμεσα επίπεδα συνδέουν αυτούς τους δύο κόσμους.

Δοκίμασε ένα παρόμοιο παράδειγμα δικτύου

Πάρε μία καθημερινή εργασία, όπως η αποστολή ενός μηνύματος chat ή η αναπαραγωγή ενός βίντεο σε streaming, και ακολούθησέ τη μέσα από τα επτά επίπεδα με απλή γλώσσα. Αυτός είναι συνήθως ο πιο γρήγορος τρόπος για να σου μείνει το μοντέλο.