Dlaczego Potrzebujemy Modelu Warstwowego?

Wyobraź sobie projektowanie kompletnego systemu komunikacyjnego od zera. Musiałbyś pomyśleć o sygnałach elektrycznych, adresowaniu, sprawdzaniu błędów, formatowaniu danych, interfejsach aplikacji i wielu innych rzeczach. Zajmowanie się tym wszystkim naraz jest niezwykle złożone. Model OSI stosuje do tego problemu strategię „dziel i zwyciężaj”.

Model OSI (Open Systems Interconnection) to abstrakcyjny, koncepcyjny model, który standaryzuje funkcje systemu telekomunikacyjnego lub komputerowego, dzieląc je na siedem logicznych warstw. Jego głównym celem jest zapewnienie, że systemy od różnych producentów mogą współpracować ze sobą, dostarczając wspólny punkt odniesienia do projektowania protokołów sieciowych.

Zasady Komunikacji Warstwowej

Modele warstwowe działają w oparciu o kilka kluczowych zasad:

• Abstrakcja: Każda warstwa wykonuje określony, dobrze zdefiniowany zestaw funkcji. Nie musi znać skomplikowanych szczegółów działania warstw powyżej lub poniżej.
• Komunikacja Równorzędna (Peer-to-Peer): Koncepcyjnie, warstwa N na maszynie wysyłającej komunikuje się z warstwą N na maszynie odbierającej. To jest proces równorzędny. Mówią one tym samym „językiem”, czyli protokołem.
• Usługi i Interfejsy: W rzeczywistości dane przechodzą pionowo. Każda warstwa świadczy usługi warstwie znajdującej się bezpośrednio nad nią i korzysta z usług warstwy znajdującej się bezpośrednio pod nią poprzez dobrze zdefiniowany interfejs.

Proces: Enkapsulacja i Dekapsulacja

Gdy dane przemieszczają się w dół przez warstwy na urządzeniu wysyłającym, każda warstwa dodaje własne informacje kontrolne, zwane nagłówkiem (a czasem stopką). Ten proces nazywa się enkapsulacją. To jak wkładanie listu do koperty, a następnie wkładanie tej koperty do większej torby kurierskiej i tak dalej. Jednostka danych na każdej warstwie ma swoją specyficzną nazwę, znaną jako Jednostka Danych Protokołu (PDU).

Odbiornik wykonuje proces odwrotny, dekapsulację, usuwając nagłówki na każdej warstwie, gdy dane przemieszczają się w górę w kierunku aplikacji.

Jednostki Danych Protokołu (PDU) wg Warstw

• Warstwy 7, 6, 5 (Aplikacji, Prezentacji, Sesji): PDU jest ogólnie nazywane Danymi.
• Warstwa 4 (Transportowa): PDU to Segment (dla TCP) lub Datagram (dla UDP).
• Warstwa 3 (Sieciowa): PDU to Pakiet.
• Warstwa 2 (Łącza Danych): PDU to Ramka.
• Warstwa 1 (Fizyczna): PDU to Bity (lub czasem Symbole).

Analogia: Wysyłanie Notatki Służbowej

Aby zrozumieć role poszczególnych warstw, posłużmy się analogią z twoich notatek, dotyczącą wysyłania wiadomości od Kierownika Projektu Eryka do Kierownika Ludwika w innym biurowcu.

1. (Warstwa 7) Aplikacji - Eryk, Kierownik Projektu: Tworzy oryginalną wiadomość lub żądanie (np. "Proszę o dane sprzedażowe za IV kwartał").
2. (Warstwa 6) Prezentacji - Tłumacz: Tłumaczy wiadomość na standardowy format i język firmowy, zrozumiały dla biura Ludwika. Może ją zaszyfrować dla poufności.
3. (Warstwa 5) Sesji - Szyfrant/Urzędnik Sesji: Ustanawia i zarządza formalną „sesją” komunikacyjną z biurem Ludwika, upewniając się, że obie strony są gotowe do komunikacji.
4. (Warstwa 4) Transportowa - Sekretarka: Bierze długą wiadomość i dzieli ją na ponumerowane strony, aby mieć pewność, że wszystko dotrze i będzie można to złożyć w odpowiedniej kolejności. Obsługuje potwierdzenia.
5. (Warstwa 3) Sieciowa - Postmaster: Wkłada strony do koperty z pełnym adresem pocztowym Ludwika (ulica, miasto, kod pocztowy). Wyznacza najlepszą ogólną trasę dla furgonetki pocztowej.
6. (Warstwa 2) Łącza Danych - Pracownik Sortowni: Bierze kopertę od postmastera i umieszcza ją w odpowiednim worku kurierskim na następny przystanek (np. worek jadący do centralnej sortowni w śródmieściu). Dodaje lokalną etykietę dostawy.
7. (Warstwa 1) Fizyczna - Kurier (Samochód, Samolot): Fizyczny środek transportu. Kuriera nie interesuje, co jest w liście, a jedynie fizyczne przemieszczenie go z punktu A do punktu B.

Siedem Warstw Modelu OSI

Przyjrzyjmy się szczegółowym funkcjom każdej z siedmiu warstw, od góry do dołu.