Ghid retele - modelul OSI

Dupa cum v-am promis saptamana trecuta, am revenit cu o serie de articole despre retele. Ignorata de marea parte a utilizatorilor si de catre media (reviste, site-uri), reteaua este cea mai importanta componenta a tehnologiilor actuale. Stiti cu siguranta ca fara ajutorul unei retele ar fi imposibil sa utilizati chat-urile, Internetul, telefoanele mobile sau chiar televiziunea prin cablu. Toate tehnologiile existente in acest moment functioneaza pe baza conceptului de retea, chiar daca acestea au sau nu vreo legatura cu computerele. Operatorul GSM local are o retea de 'celule prin care sunt comunicate datele' si, cu toate ca o astfel de retea este diferita de o retea de computere, se bazeaza pe aceleasi principii. In acest articol vom discuta in principal despre retele de computere intrucat acesta este domeniul la care ma pricep cel mai bine, desi nu exclud in viitor publicare unor articole despre alte tipuri de retele.
PC Hardware se ocupa in principal cu tot ceea ce inseamna hardware, din aceasta cauza ma voi referi mai ales la partea hardware a unei retele. Cu toate acestea, hardware-ul si software-ul sunt intr-o legatura directa si ar fi imposibil sa nu mentionam nimic despre partea software, insa sa nu va asteptati sa aflati din acest articol cum se instaleaza serverele Linux/NT. In schimb, va pot promite ca dupa ce ati parcurs in intregime aceasta serie de articole despre retele veti putea fi capabili sa creati si sa realizati o retea sigura, expandabila, pe care te poti baza si in care poate fi utilizat orice tip de software de retea. Intai va voi prezenta bazele teoretice ale unei retele. Sa incepem cu cateva date istorice.

In anii 80 cand ideea de retea a castigat din ce in ce mai multi adepti, inginerii au inteles ca fara o standardizare a tehnologiei retelelor dezvoltarea acestui concept este condamnata la esec. Specialistii de la Organizatia Internationala pentru Standardizare (ISO) au cercetat o multime de modele pentru diferite retele pentru a o alege pe cea care oferea cea mai buna interconectare. Astfel, in 1984 au creat un model de retea care sa poata ajuta companiile sa dezvolte retele capabile de a lucra impreuna. Modelul a fost numit modelul de referinta OSI si a devenit disponibil imediat.
Dupa cum stiti, datele sunt transferate in biti, dar o retea care nu putea conecta un computer Macintosh cu un PC nu ar fi avut prea mult succes. ISO a pornit de la o idee foarte simpla; stiau ca o problema tehnologica poate fi extrem de usor rezolvata atunci cand te inspiri din natura. Cand doua persoane comunica trebuie sa parcurga mai multe faze:

• In primul rand trebuie sa apara ideea de comunicare (impulsul).
• In al doilea rand trebuie sa te gandesti la reprezentarea ideii. Daca esti in fata prietenei tale probabil ca doresti sa o saruti, in fata profesorului nu cred ca aceasta este cea mai buna idee.
• In al treilea rand trebuie sa gasesti o metoda de 'livrare': un sarut normal este suficient? Daca nu ce parere aveti despre un sarut frantuzesc?
• Dupa ce te-ai pregatit indelung trebuie sa treci la fapte: fa-o!

Asa ca ISO a decis crearea unui model care utilizeaza layere (straturi, nivele en.), fiecare layer ocupandu-se cu alta actiune, toate fiind insa in legatura unul cu altul pentru ca este imposibila realizarea comunicarii fara parcurgerea tuturor pasilor necesari. In reprezentarea de mai sus exista numai patru pasi, dar ISO a ales o schema mult mai detaliata. Layerele OSI (nu ISO - International Standards Organization ) au o multime de avantaje; unul dintre acestea fiind faptul ca pot fi invatati usor. Nu exista pe lume inginer de retea profesionist care sa nu stie ceva despre layerele OSI. Este imposibil sa dezvolti o retea fara sa le cunosti. Aceste layere constituie baza unei retele. Modelul de referinta OSI va permite sa vedeti care sunt functiile retelei la fiecare nivel. Modelul de referinta OSI este cadrul care permite intelegerea felului in care datele sunt transmise printr-o retea.
In modelul OSI exista sapte layere diferite, fiecare avand o functie specifica. Vom vedea in cele ce urmeaza ca TCP/IP simplifica modelul de referinta OSI, dar pentru inceput trebuie sa aflam cate ceva despre OSI.

 Layerele OSI

In imaginea de mai jos este realizata o reprezentare a layerelor OSI:

Dupa cum puteti vedea, OSI este un model stiva. Acest model simplifica evolutia, deoarece orice schimbare a unui layer nu ii afecteaza si pe ceilalti. De asemenea, standardizeaza reteaua si permite interoperabilitatea si modularizarea componentelor fabricate de diversi producatori. Haideti sa parcurgem layerele existente, incepand cu cel mai apropiat de utilizatori.

7. Layerul 'Aplicatie' ofera servicii de retea pentru aplicatiile utilizatorilor. Avand in vedere ca se afla in varful stivei, nu ofera sevicii pentru alte layere ci pentru aplicatiile exterioare. Layerul de aplicatii verifica partenerii de comunicare, integritatea si sincronizarea datele. Ganditi-va la ceea ce fac browserele.

6. Layerul 'Prezentare' ofera date pentru layerul de aplicatii. Se ocupa cu 'prezentarea datelor '. Cu alte cuvinte, verifica daca datele sunt intr-un format care poate fi inteles de ambele parti implicate in comunicare. Daca nu, le converteste la un format comun. De asemenea, negociaza pentru acest format comun. Este ca un translator intr-o conversatie.

5. Layerul 'Sesiune' stabileste, administreaza si termina sesiunile dintre partile implicate in comunicare. Dupa cum probabil ati ghicit, ofera date layerului de prezentare. Ajuta doua gazde sa isi sincronizeze dialogul si administreaza schimbul de date. Ofera resursele pentru un transfer de date eficient, raportarea erorilor proprii sau ale layerelor superioare.

4. Layerul 'Transport' se ocupa cu segmentarea datelor. Intai segmenteaza datele din sistemul gazdei care transmite si apoi le reasambleaza la destinatie si le transmite sistemului. Layerul de transport poate fi perceput ca un layer de granita intre layerele 'gazda' si asa numitele layere media. Layerele de transport incearca sa asigure cea mai buna comunicare utilizand tehnici de depistare a erorilor de transmisie si de recuperare si control al fluxului. Mentine layerele superioare departe de problemele de implementare.

3. Layerul 'Retea' este cel mai complex layer care conecteaza si asigura ruta potrivita dintre doua gazde aflate pe doua retele total diferite. Layerul 3 se ocupa cu selectarea rutelor, rutarea si adresarea.

2. Layerul 'Legatura' transmite datele printr-o legatura fizica. Aceasta este partea fizica a unei retele care se ocupa cu adresarea 'fizica', topologia retelei, accesul la retea, sesizarea erorilor, transportul cadrelor cerute si controlul fluxului.

1. Layerul 'Fizic' este layerul de baza care asigura serviciile fizice. Layerul fizic defineste specificatiile electrice, mecanice, procedurale si functionale pentru activarea, mentinerea si dezactivarea legaturii fizice intre sistemele finale. Este cel mai aproape de media si semnale. Totodata el controleaza specificatiile mediului de transmisie, controleaza tensiunea, semnalele, viteza de transmisie, distantele, conectorii.

 Incapsularea datelor

Nu am descris in detaliu aceste layere deoarece in articolele ce vor urma ne vom intoarce la fiecare dintre ele si le vom discuta pe larg. Acum este interesant de stiut cum sunt pregatite datele (de exemplu un mesaj prin email) pentru transmiterea prin retea. Acest procedeu poarta numele de incapsularea mesajului.

1. Primul pas este crearea datelor. Aceasta etapa este realizata la nivelul layerelor logice (7-6-5-4), ceea ce inseamna ca datele sunt convertite intr-un format care poate fi transmis prin retea.

2. Impachetarea datelor. Prin segmentarea datelor layerul de transport se asigura ca gazdele de la ambele capete pot comunica.

3. Adaugarea adresei retelei la headere. Datele sunt pregatite intr-un pachet care contine headerul cu sursa si adresele logice ale destinatiei. Aceste headere ajuta dispozitivele logice din retea pentru a transporta pachetul pe o anumita ruta la destinatia potrivita.

4. Adaugarea adresei locale la header. Fiecare dispozitiv din retea trebuie sa puna pachetul de date intr-un cadru. Cadrul permite conectarea la urmatorul dispozitiv din retea direct conectat pe fir. Fiecare dispozitiv aflat pe ruta aleasa necesita ca unitate de transmisie 'cadrul (frame en)' pentru a se conecta la urmatorul dispozitiv. Este ca si cum in timpul unui incendiu galetile pline cu apa merg din mana in mana pentru ca focul sa fie stins.

5. Convertirea in biti pentru transmisie. Cadrul trebuie sa fie convertit intr-un model de aranjare sub forma de biti pentru transmisia prin mediu ( cablu, aer, etc). De fapt nu conteaza care este acest mediu. Ganditi-va numai ca puteti transmite un email unui prieten din Japonia de pe GSM-ul vostru. Headerele and trailerele sunt adaugata pe masura ce datele inainteaza prin layerele modelului OSI.

In cadrul unei retele datele sunt transmise de la o gazda la alta si fiecare layer OSI comunica cu layerul corespondent (corespondentul sau) de la destinatie. Forma de comunicare in cazul in care fiecare layer realizeaza un schimb de date ( asa numitul protocol data units - PDU) cu layerul aflat la destinatie poarta numele de comunicare corespondent-corespondent (peer to peer). In cadrul unei retele fiecare layer depinde de layerul aflat dedesubt. Layerul aflat cel mai jos incapsuleaza PDU-ul de la layerul superior in campul sau de date, ii adauga headerele si trailerele proprii, iar datele trec la layerul urmator. De exemplu layerul 4 adauga mai multe informatii la datele provenite de la layerul 5 si le grupeaza intr-un segment. Layerul 3 (retea) trebuie sa transmita datele prin retea. Le ataseaza un header creand un PDU al layerului 3. In acest moment headerul contine informatii logice, dar Layerul 2 incapsuleaza intr-un cadru informatia despre adresa fizica necesara pentru ca transferul sa fie realizat. Layerul de 'legatura a datelor' asigura 'serviciul' layerului de retea prin incapsularea informatiilor acestuia din urma intr-un cadru. Layerul fizic asigura de asemenea 'serviciul' layerul de 'legatura a datelor'. Layerul fizic codeaza cadrul intr-un model de 1 si 0 (biti) pentru transmisia prin mediu la nivel fizic.

 Modelul de referinta TCP/IP

Am discutat despre modelul OSI, care are cateva avantaje importante. Cu toate acestea, standardul TCP/IP este folosit in acest moment pentru transmisiile de date din cea mai mare retea existenta - Internetul. Din punct de vedere istoric, modelul de referinta TCP/IP a fost creat de Ministerul Apararii din SUA pentru a deveni reteaua suprema - o retea capabila sa supravietuiasca in orice conditii, chiar si intr-un razboi nuclear. Era extrem de important sa fie creata o retea capabila sa opereze cu o infrastructura distrusa in proportie de peste 90%, fara sa aiba vreo importanta starea fizica a unor anumite segmente ale retelei. Imaginati-va ca Internetul are aceasta capacitate - doua gazde pot comunica chiar daca aproape toate serverele dintre ele nu au putut sa le raspunda cererii; sunt disponibile cai redundante. La urma urmei un uptime de 100% este imposibil. Chiar si un uptime de 99,9%, cu care se lauda multe companii de hostimg este foarte greu de realizat. Asa ca cei de la US DoD (Departament of Defence) doreau o retea inteligenta.
Atentie: Modelul de referinta TCP/IP are patru layere si, desi exista doua layere cu acelasi nume ca la modelul OSI, nu le confundati cu acelea pentru ca fiecare layer are functii total diferite.

4. Layerul 'Aplicatie' - Include primele trei layere aflate in varful modelului OSI: de Aplicatie, Prezentare si Sesiune. Se ocupa cu procesarea logica ca reprezentarea, codarea, dialogul. La fel ca in modelul OSI layerul pentru aplicatii pregateste datele pentru layerul urmator.
3. Layerul 'Transport' - Se ocupa cu controlul fluxului si corectarea erorilor. De fapt, prima parte a numelui modelului TCP/IP vine de la un protocol al Layerului de Transport, Transmission Control Protocol. Acest protocol se ocupa de verificarea erorilor. TCP este un protocol orientat pe conectare, adica permite comunicarea dintre doua gazde si de asemenea strange toate informatiile. Dupa cum probabil stiti deja, nu este neaparat necesar ca aceste doua gazde sa fie conectate direct prin cablu.
2. Layerul 'Internet' - Trebuie sa transmita informatii din orice punct al retelei si sa primeasca aceste pachete de date, independent de retelele dintre ele. Layerul pentru Internet este implementat cu ajutorul protocolului Internet Protocol (IP). Acest Layer trebuie sa gaseasca cea mai buna ruta pentru pachetele de date.
3. Layerul 'Acces la Retea' - La fel ca Layerul de Legatura a Datelor si ca cel Fizic din modelul OSI se ocupa in principal cu toate aspectele legaturilor fizice.

M-ati putea intreba de ce este necesar sa invatati doua modele cand unul (cel mai adesea TCP/IP) ar fi suficient. Problema principala este ca specialistii prefera modelul OSI pentru analize mai atente. Este adevarat ca TCP/IP este mai folositor pentru ca este implementat in lumea reala. Ca utilizator finali veti avea de-a face numai cu Layerul pentru Aplicatii, dar o cunoastere mai detaliata a layerelor este vitala pentru realizarea unei retele. Este adevarat ca majoritatea utilizatorilor nu stiu nimic despre protocoale de rutare sau alte detalii, dar este de asemenea adevarat ca acesti utilizatiri nu trebuie sa realizeze retele scalabile si sigure. Dar dupa toate standardele doua computere conectate cu ajutorul unui cablu crossover reprezinta inca o retea. :). In urmatorul articol vom discuta detalii ceva mai practice ca de exemplu cabluri, repetori, huburi, bridges, switches, routere, etc.