Model OSI – 7 warstw sieci

Model OSI to teoretyczny podział komunikacji sieciowej na siedem warstw. Każda warstwa ma jedno zadanie i korzysta z usług warstwy niższej, nie wnikając w to, jak ta je realizuje. Dzięki temu można wymienić kabel na WiFi, a przeglądarka niczego nie zauważy.

Model powstał jako punkt odniesienia, a nie jako opis konkretnej sieci. Realny internet działa na prostszym modelu TCP/IP, w którym warstw są cztery. OSI jest jednak nadal używany do nazywania i porządkowania pojęć – to z niego pochodzi słownik, którym posługują się wszystkie pozostałe hasła o sieciach: warstwa druga, warstwa trzecia, ramka, pakiet.

Dane wędrują w dół warstw u nadawcy i w górę u odbiorcy. Po drodze każda warstwa dokleja własny nagłówek – ten proces nazywa się enkapsulacją.

Zanim przejdziesz do tabeli warstw, zapamiętaj trzy stwierdzenia, na których cały model stoi:

• Warstwa rozmawia z warstwą o tym samym numerze po drugiej stronie. Warstwa transportowa nadawcy „umawia się" z warstwą transportową odbiorcy, choć fizycznie nic między nimi nie leci – wszystko schodzi najpierw do warstwy pierwszej i dopiero tamtędy przechodzi przez sieć. To złudzenie bezpośredniej rozmowy jest sensem podziału: każda warstwa może pracować tak, jakby niższych nie było.
• Każda warstwa korzysta wyłącznie z warstwy bezpośrednio niższej. Warstwa aplikacji nie wie, czy dane pojadą kablem, czy falą radiową – prosi warstwę niższą o dostarczenie i tyle. Dlatego wymiana jednej warstwy nie rusza reszty: przejście ze skrętki na Wi-Fi zmienia warstwę pierwszą i drugą, a program pocztowy z warstwy siódmej nie wymaga ani jednej poprawki.
• Warstwa to zestaw zadań, nie kawałek sprzętu ani osobny program. Nie da się wskazać palcem „tu kończy się warstwa trzecia, a zaczyna czwarta" – to podział logiczny, wymyślony po to, żeby dało się o sieci mówić. Ten sam program albo to samo urządzenie zwykle obsługuje kilka warstw naraz.

Kolejność warstw trzeba znać na pamięć. Pomaga zdanie, w którym pierwsze litery odpowiadają warstwom od pierwszej do siódmej: Fizyczna, Łącza danych, Sieciowa, Transportowa, Sesji, Prezentacji, Aplikacji.

Cztery dolne warstwy odpowiadają za przeniesienie danych, trzy górne – za przygotowanie ich dla programu. Warstwa fizyczna zajmuje się samym sygnałem: zamienia zera i jedynki na napięcie w kablu, impuls światła albo falę radiową i z powrotem. Warstwa łącza danych dowozi dane do sąsiedniego urządzenia w tej samej sieci lokalnej i sprawdza, czy po drodze nic się nie przekręciło – nazwa jednostki, którą operuje, oraz adres sprzętowy należą do hasła o adresie MAC. Warstwa sieciowa nadaje adres logiczny i wybiera drogę między sieciami, więc to ona odpowiada za to, że pakiet z Polski trafia do serwera na innym kontynencie; sam adres opisuje hasło o adresowaniu IP. Warstwa transportowa dzieli strumień danych na kawałki, numeruje je, składa u odbiorcy w dobrej kolejności i decyduje, czy pilnować kompletu, czy nadawać bez potwierdzeń – tę decyzję rozstrzyga hasło o TCP i UDP.

Trzy górne warstwy pracują już na gotowych danych. Warstwa sesji otwiera, utrzymuje i zamyka rozmowę dwóch programów: dzięki niej wiele równoczesnych połączeń nie miesza się ze sobą. Warstwa prezentacji ujednolica postać danych – kodowanie znaków, format zapisu, szyfrowanie i kompresję – żeby ten sam tekst był czytelny po obu stronach, także wtedy, gdy systemy są różne. Warstwa aplikacji to nie jest sam program, tylko zestaw usług, z których program korzysta: pobranie strony, wysłanie wiadomości, przesłanie pliku.

Podczas wysyłania działa enkapsulacja. Wiadomość schodzi w dół i na każdym piętrze dostaje nagłówek z informacjami potrzebnymi warstwie o tym samym numerze po stronie odbiorcy. Wraz z nagłówkiem zmienia się nazwa jednostki danych: to, co wyszło z warstw górnych, jako dane wchodzi do warstwy transportowej i wychodzi z niej jako segment, w sieciowej staje się pakietem, w łącza danych ramką, a warstwa fizyczna nadaje już same bity. U odbiorcy dzieje się dokładnie odwrotnie: każda warstwa zdejmuje swój nagłówek i przekazuje resztę wyżej, aż na górze zostaje sama treść wiadomości.

Model TCP/IP opisuje to samo, tylko oszczędniej: ma cztery warstwy, bo trzy górne warstwy OSI (sesji, prezentacji i aplikacji) łączy w jedną warstwę aplikacji, a warstwy fizyczną i łącza danych traktuje razem jako warstwę dostępu do sieci. Warstwy transportowa i sieciowa mają w obu modelach ten sam sens. Który model opisuje działający internet i jakie protokoły w nim siedzą, tłumaczy hasło o protokołach TCP/IP; to, które urządzenie pracuje na której warstwie, opisuje hasło o urządzeniach sieciowych.

Mylenie modelu OSI z modelem TCP/IP. To dwa różne podziały tej samej rzeczy, a nie dwie nazwy jednego. OSI ma siedem warstw i jest modelem odniesienia; TCP/IP ma cztery i opisuje sieć, która faktycznie działa. Najczęściej rozjeżdża się góra stosu: warstwy sesji, prezentacji i aplikacji z OSI to w TCP/IP jedna warstwa aplikacji, więc zdanie „TCP/IP ma warstwę prezentacji" jest fałszywe. Jeśli w pytaniu pada liczba warstw, najpierw ustal, o którym modelu mowa – dopiero potem licz.

Przypisywanie warstwom urządzeń zamiast funkcji. Wyuczone na pamięć „switch to dwa, router to trzy" załamuje się przy pierwszym urządzeniu, które robi kilka rzeczy naraz: domowy router zwykle jest jednocześnie switchem i punktem dostępowym, więc obsługuje warstwy od pierwszej do trzeciej, a czasem wyżej. Warstwa opisuje zadanie, nie pudełko. Pytaj więc nie „czym jest to urządzenie", tylko „na jakiej informacji ono decyduje": na adresie sprzętowym w obrębie jednej sieci czy na adresie logicznym między sieciami. Przyporządkowanie konkretnych urządzeń rozpisuje hasło o urządzeniach sieciowych.

Przekonanie, że dane fizycznie przechodzą przez siedem osobnych programów. W komputerze nie ma siedmiu modułów ustawionych w kolejce – część zadań wykonuje karta sieciowa, część system operacyjny, część sam program, a warstw sesji i prezentacji często nie da się wskazać jako osobnego elementu, bo ich zadania robi biblioteka wewnątrz aplikacji. Model jest sposobem opisu, nie schematem instalacji. Z tego samego powodu nie ma sensu pytanie „gdzie w moim komputerze jest warstwa piąta".

• Model OSI ma siedem warstw, od fizycznej (1) do aplikacji (7); model TCP/IP opisuje to samo w czterech, bo scala trzy górne warstwy OSI w jedną i dwie dolne w jedną.
• Warstwa korzysta wyłącznie z warstwy bezpośrednio niższej i rozmawia z warstwą o tym samym numerze po drugiej stronie – dlatego zmiana medium nie wymaga zmiany programu.
• Enkapsulacja to doklejanie nagłówka przez każdą warstwę przy schodzeniu w dół; u odbiorcy nagłówki są zdejmowane w odwrotnej kolejności.
• Nazwa jednostki danych zmienia się z piętrem: dane, segment (warstwa 4), pakiet (warstwa 3), ramka (warstwa 2), bity (warstwa 1).
• Warstwa to zestaw zadań, a nie urządzenie ani program – jedno pudełko potrafi obsługiwać kilka warstw naraz.

Zagadnienia z tego samego obszaru matury – warto je powtórzyć razem: