Model OSI
Model OSI, czyli Model Referencyjnych Połączonych Systemów Otwartych (ang. Open Systems Interconnection Model) stworzony został przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną ISO (International Organization for Standardization). Model OSI stanowi zbiór międzynarodowych standardów i reguł, dzięki którym możliwa jest wzajemna komunikacja wszystkich urządzeń i systemów opartych na tym modelu. Model podzielony jest na warstwy, dzięki czemu można bez trudności posegregować funkcje sieci a tym samym lepiej je zaprezentować i wyjaśnić.
Każda warstwa niezbędna jest do komunikacji sieciowej konkretnego procesu komunikacyjnego. Pojęcie warstwa odnosi się do grupy procesów zachodzących na danym etapie komunikacji. Proces nawiązywania komunikacji rozpoczyna się zawsze od warstwy siódmej, kolejno przechodząc przez warstwy niższe.
Warstwa Fizyczna (1) Jest odpowiedzialna za przesyłanie sygnałów w elektryczny, elektromagnetyczny, mechaniczny, optyczny czy też inny sposób, wykorzystując do tego fizyczne medium komunikacyjne (przewody miedziane, światłowody). Elementami warstwy fizycznej są na przykład karty sieciowe, okablowanie oraz topologie budowy sieci takie jak Ethernet i Token Ring. Warstwa fizyczna ma także kilka innych cech. Zaliczana jest do tzw. warstw nieinteligentnych, gdyż przesyła jedynie sygnały elektryczne, nie kontrolując przy tym ich przeznaczenia.
Warstwa łącza danych (2) Ma ona nadzorować jakość przekazywanych informacji. Nadzór ten dotyczy wyłącznie warstwy niższej. Warstwa łącza danych ma możliwość zmiany parametrów pracy warstwy fizycznej, tak aby obniżyć ilość pojawiających się podczas przekazu błędów. Zajmuje się pakowaniem danych w ramki i wysyłaniem do warstwy fizycznej. Rozpoznaje błędy związane z nie dotarciem pakietu oraz uszkodzeniem ramek i zajmuje się ich naprawą. Warstwa łączna danych umożliwia budowanie struktur danych, które będą przesyłane. Jednak by doszło do przesyłania jakiejkolwiek ramki, warstwa łącza danych musi wypełnić pewne powierzone jej zadania. Jednym z nich jest kontrola dostępu do nośnika MAC (Media Access Control).MAC w tym przypadku odpowiada za pozwolenie na nadawanie dla odpowiedniego hosta. MAC występuję również jako adres (MAC address) jest 48-bitowy i zapisywany jest heksadecymalnie (szesnastkowo).
Warstwa sieci (3) Została stworzona, by umożliwić komputerom komunikację z innymi komputerami znajdującymi się w różnych segmentach sieci. Wynika to z funkcji identyfikowania ścieżki, jaka prowadzi do docelowego hosta. W sieci zwykło się określać komputer jako tzw. host. Jest to pojęcie często pojawiające się podczas konfigurowania różnych usług sieciowych oraz samych protokołów sieciowych. Protokołami warstwy trzeciej są IP, IPX oraz Apple Talk którego używają komputery Mac. Nośnikiem danych na poziomie warstwy trzeciej jest pakiet. Protokół IP jest protokołem zawodnym - nie gwarantuje, że pakiety dotrą do adresata, nie zostaną pofragmentowane, czy też zdublowane, a ponadto mogą dotrzeć do odbiorcy w innej kolejności niż zostały nadane. Niezawodność transmisji danych jest zapewniana przez protokoły warstw wyższych znajdujących się w hierarchii powyżej warstwy sieciowej.
Warstwa transportowa (4) Zapewnienia niezawodność komunikacji pomiędzy odległymi komputerami lub abstrakcyjnymi portami komunikacyjnymi w tych komputerach. Warstwa ta dba, by odbiorca dostawał pakiety w tej samej kolejności w jakiej nadawca je wysyła, a w razie, gdy przez określony czas brak pakietów od nadawcy, lub przychodzą uszkodzone żąda ich retransmisji. Mechanizmy wbudowane w warstwę transportową pozwalają rozdzielać logicznie szybkie kanały łączności pomiędzy kilka połączeń sieciowych. Możliwe jest także udostępnianie jednego połączenia kilku warstwom sieciowym, co może obniżyć koszty eksploatacji sieci. Warstwa transportu stanowi niezbędne uzupełnienie do warstwy sieciowej. Wyposażona została w elementy kontroli transmisji danych. Protokołami warstwy transportu są: UDP, TCP, SPX. Protokoły warstw transportu wprowadzają jeszcze jedną bardzo ważną funkcję, bez której dzisiejsze sieci i usługi nie mogłyby istnieć. Jest to funkcja tzw. gniazd. Port pozwala na niezależne działanie wielu funkcji sieciowych i usług, choćby takich jak SMTP, POP3, FTP, http.
Warstwa sesji (5) Warstwa sesji otrzymuje od różnych aplikacji dane, które muszą zostać odpowiednio zsynchronizowane. Warstwa sesji "wie", która aplikacja łączy się z którą, dzięki czemu może zapewnić właściwy kierunek przepływu danych.
Warstwa prezentacji (6) Warstwa prezentacji wprowadzona została dla uzyskania zgodności informacji przesyłanych pomiędzy komunikującymi się hostami. Zawiera funkcje kodowania danych, tak by były one zrozumiałe dla końcowych systemów (może odpowiednio kodować np. informacje zapisane zarówno w kodzie ASCII, jak i EBCDIC. Dzięki temu zupełnie różne systemy, takie jak na przykład Windows i MacOS, mogą wzajemnie się komunikować, mimo, że używają różnych systemów kodowania danych. ASCII (American Standard Code for Information Interchange) - 7-bitowy kod przyporządkowujący liczby z zakresu 0-127 literom (alfabetu angielskiego), cyfrom, znakom przestankowym i innym symbolom oraz poleceniom sterującym. Przykładowo litera "a" jest kodowana liczbą 97, a polecenie "powrót karetki" liczbą 13. EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code, czyli rozszerzony dziesiętny zakodowany dwójkowo kod wymiany) to ośmiobitowe kodowanie znaków używane głównie w systemach IBM w latach sześćdziesiątych XX wieku. Można w nim zapisać do 256 różnych symboli, jednak kodowanie EBCDIC występowało w wielu wersjach, odmiennych dla różnych państw. Alternatywny system, ASCII w sposób standardowy koduje 128 znaków o numerach 0-127, natomiast dalsze numery są zależne od tzw. strony kodowej, np. CP852, CP1250, ISO-8859.
Warstwa aplikacji (7) Zadania tej warstwy są najbardziej różnorodne i polegają na świadczeniu końcowych usług, takich jak zdalne udostępnianie plików, drukarek, i innych zasobów, czy też sieciowe systemy baz danych. Przykładem protokołu warstwy aplikacji może być np. przeglądarka HTTP, która dzięki swojej wewnętrznej mechanice umożliwia wysyłanie zapytań o pożądane dane, a następnie interpretuje je tak, by były czytelne dla użytkownika.
W praktyce Model OSI został częściowo zmodyfikowany. Najczęstszą zmianą było połączenie warstwy fizycznej oraz łącza danych w jedną. Wynikało to z praktycznych cech tych warstw, które powodowały, że nie dało się odseparować ich pracy od siebie. Nie należy mylić Modelu OSI-RM z Modelem DoD. Mimo pewnego podobieństwa, oba te modele nie są w pełni zgodne.
Porty protokołu pojęcie związane z protokołami transportowymi TCP i UDP używanymi w Internecie do identyfikowania procesów działających na odległych systemach. Numery portów reprezentowane są przez liczby naturalne z zakresu od 0 do 65535 (2 16-1). Niektóre numery portów (od 0 do 1023) są ogólnie znane (wellknown port numbers) i zarezerwowane na standardowo przypisane do nich usługi takie, jak np. WWW czy poczta elektroniczna. Dzięki temu możemy identyfikować nie tylko procesy, ale ogólnie znane usługi działające na odległych systemach.
Lista niektórych standardowych usług: DNS 53 FTP 20, przesyłanie danych FTP 21, przesyłanie poleceń HTTP 80 HTTPS 443 IMAP - 143 IRC 6667 XMPP 5222 lub 5223 NNTP 119 POP3 110 POP3s 995 SMTP 25 SSH 22 Telnet 23 Lista portów i nazw odpowiadających im usług znajduje się w pliku /etc/services
Model TCP/IP
Warstwa Dostępu do sieci (1) Warstwa dostępu do sieci lub warstwa fizyczna (ang. network access layer) jest najniższą warstwą i to ona zajmuje się przekazywaniem danych przez fizyczne połączenia między urządzeniami sieciowymi. Najczęściej są to karty sieciowe lub modemy. Dodatkowo warstwa ta jest czasami wyposażona w protokoły do dynamicznego określania adresów IP.
Warstwa Sieciowa (2) Warstwa sieciowa lub warstwa protokołu internetowego (ang. internet protocol layer) to sedno działania Internetu. W tej warstwie przetwarzane są datagramy posiadające adresy IP. Ustalana jest odpowiednia droga do docelowego komputera w sieci. Niektóre urządzenia sieciowe posiadają tę warstwę jako najwyższą. Są to routery, które zajmują się kierowaniem ruchu w Internecie, bo znają topologię sieci. Proces odnajdywania przez routery właściwej drogi określa się jako trasowanie.
Warstwa Transportowa (3) Warstwa transportowa (ang. host-to-host layer) zapewnia pewność przesyłania danych oraz kieruje właściwe informacje do odpowiednich aplikacji. Opiera się to na wykorzystaniu portów określonych dla każdego połączenia. W jednym komputerze może istnieć wiele aplikacji wymieniających dane z tym samym komputerem w sieci i nie nastąpi wymieszanie się przesyłanych przez nie danych. To właśnie ta warstwa nawiązuje i zrywa połączenia między komputerami oraz zapewnia pewność transmisji.
Warstwa Aplikacji (4) Warstwa procesowa czy warstwa aplikacji (ang. process layer) to najwyższy poziom, w którym pracują użyteczne dla człowieka aplikacje takie jak, np. serwer WWW czy przeglądarka internetowa. Obejmuje ona zestaw gotowych protokołów, które aplikacje wykorzystują do przesyłania różnego typu informacji w sieci.
Każdy protokół sieciowy można przyporządkować do określonej warstwy modelu TCP/IP. Pewną szczególną cechą rodziny protokołów TCP/IP używanej w internecie jest podział protokołów z warstwy aplikacyjnej i połączeniowej. Niektóre protokoły z warstwy aplikacji wykorzystują tylko pewne protokoły z warstwy transportowej. Protokoły DNS, NTP wykorzystują tylko protokół UDP z warstwy transportowej. Protokoły FTP, SMTP, POP3, SSH, IRC posługują się tylko TCP. Natomiast SMB używa obu protokołów. Protokół SSL ma szczególną rolę. Może zostać umieszczony pomiędzy każdym połączeniowym protokołem warstwy aplikacji, a TCP. Dzięki jego wykorzystaniu dane przesyłane przez aplikacje mogą zostać zaszyfrowane. Niektóre protokoły z warstwy aplikacji, jak np. SMB nie działają zwykle w Internecie. Są wykorzystane w sieciach lokalnych do udostępniania usług, jak np. zdalne drukarki czy dyski.
Listę protokołów transportowych można znaleźć w pliku: /etc/protocols a listę protokołów z warstwy aplikacji w pliku /etc/services W systemach z rodziny Windows, odpowiednie pliki znajdują się w katalogu %ROOTDIR%\system32\drivers\etc gdzie %ROOTDIR to katalog z systemem, domyślnie: c:\windows\system32\drivers\etc
Protokoły warstwy dostępu do sieci: 802.11 to grupa standardów IEEE dotyczących sieci bezprzewodowych Ethernet to technologia, w której zawarte są standardy wykorzystywane w budowie głównie lokalnych sieci komputerowych. Obejmuje ona specyfikację kabli oraz przesyłanych nimi sygnałów. Ethernet opisuje również format ramek i protokoły z dwóch najniższych warstw Modelu OSI. ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line (ang. asymetryczna cyfrowa linia abonencka), to technika umożliwiająca asymetryczny dostęp do Internetu i będąca odmianą DSL. FDDI (ang. Fiber Distributed Data Interface) to standard transmisji danych, jest oparty na technologii światłowodowej.
Protokoły warstwy sieciowej: IP (Internet Protocol) Używany powszechnie w Internecie i sieciach lokalnych.dane w sieciach IP są wysyłane w formie bloków określanych mianem pakietów. ICMP (Internet Control Message Protocol, internetowy protokół komunikatów kontrolnych) wykorzystywany w diagnostyce sieci oraz trasowaniu. Pełni on przede wszystkim funkcję kontroli transmisji w sieci, ale ma też zastosowania, w których używany jest tylko on ping oraz traceroute. IPX (Internetwork Packet Exchange) to protokół będący częścią stosu IPX/SPX opracowanego przez firmę Novell na potrzeby środowiska sieciowego NetWare.
Protokoły warstwy transportowej: TCP (Transmission Control Protocol - protokół kontroli transmisji) strumieniowy protokół komunikacji między dwoma komputerami.w przeciwieństwie do UDP, TCP zapewnia wiarygodne połączenie dla wyższych warstw komunikacyjnych przy pomocy sum kontrolnych i numerów sekwencyjnych pakietów, w celu weryfikacji wysyłki i odbioru. Brakujące pakiety są obsługiwane przez żądania retransmisji. Host odbierający pakiety TCP porządkuje je według numerów sekwencyjnych tak, by przekazać wyższym warstwom modelu OSI pełen, złożony segment.
Protokoły warstwy transportowej: UDP (ang. User Datagram Protocol Datagramowy Protokół Użytkownika) protokół bezpołączeniowy, więc nie ma narzutu na nawiązywanie połączenia i śledzenie sesji. Nie ma też mechanizmów kontroli przepływu i retransmisji. Korzyścią płynącą z takiego uproszczenia budowy jest większa szybkość transmisji danych i brak dodatkowych zadań, którymi musi zajmować się host posługujący się tym protokołem. Z tych względów UDP jest często używany w takich zastosowaniach jak wideokonferencje, strumienie dźwięku w Internecie i gry sieciowe, gdzie dane muszą być przesyłane możliwie szybko, a poprawianiem błędów zajmują się inne warstwy modelu OSI. Przykładem może być VoIP lub protokół DNS.
Protokoły warstwy transportowej: SPX (ang. Sequenced Packet Exchange) to protokół warstwy transportowej (czwartej warstwy modelu OSI) będący częścią stosu IPX/SPX opracowanego przez firmę Novell na potrzeby środowiska sieciowego NetWare. Wzorowany na protokole SPP stosu protokołów XNS firmy Xerox. Protokół SPX jest połączeniowym protokołem zapewniającym transmisję danych. Głównym celem jego powstania było zapewnienie stabilnego i bezbłędnego połączenia w trudnych warunkach, nawet kosztem szybkości.
Protokoły warstwy aplikacyjnej: HTTP (HyperText Transfer Protocol) protokół przesyłania dokumentów hipertekstowych HTTPS (HTTP Secure) - to szyfrowana wersja protokołu HTTP DNS (ang. Domain Name System, system nazw domenowych) - protokół komunikacyjny zapewniający zamianę adresów znanych użytkownikom Internetu na adresy zrozumiałe dla urządzeń tworzących sieć komputerową. Dzięki wykorzystaniu DNS nazwa mnemoniczna, np. pl.wikipedia.org, może zostać zamieniona na odpowiadający jej adres IP, czyli 91.198.174.2 Telnet protokół używany do obsługi odległego terminala. Telnet jest usługą (programem) pozwalającą na zdalne połączenie się komputera (terminala) z oddalonym od niego komputerem (serwerem). Umożliwia on zatem ustanowienie użytkownikowi zdalnej sesji na serwerze tak jak gdyby siedział tuż przed nim. SSH (ang. secure shell) - następca Telnet. Transfer danych jest zaszyfrowany. W szerszym znaczeniu SSH to wspólna nazwa dla całej rodziny protokołów, nie tylko terminalowych, lecz także służących do przesyłania plików (SCP, SFTP), zdalnej kontroli
FTP (ang. File Transfer Protocol) - protokół który umożliwia przesyłanie plików z i na serwer. Do komunikacji wykorzystywane są dwa połączenia TCP. Jedno z nich jest połączeniem kontrolnym za pomocą którego przesyłane są np. polecenia do serwera, drugie natomiast służy do transmisji danych m.in. plików. FTP działa w dwóch trybach: aktywnym i pasywnym, w zależności od tego, w jakim jest trybie, używa innych portów do komunikacji. Jeżeli FTP pracuje w trybie aktywnym, korzysta z portów: 21 dla poleceń (połączenie to jest zestawiane przez klienta) oraz 20 do przesyłu danych. Połączenie nawiązywane jest wówczas przez serwer. Jeżeli FTP pracuje w trybie pasywnym wykorzystuje port 21 do poleceń i port o numerze > 1024 do transmisji danych, gdzie obydwa połączenia zestawiane są przez klienta.
POP3 (Post Office Protocol version 3 ) to protokół pozwalający na odbiór poczty elektronicznej ze zdalnego serwera do lokalnego komputera IMAP (Internet Message Access Protocol) to internetowy protokół pocztowy zaprojektowany jako następca POP3. W przeciwieństwie do POP3, który umożliwia jedynie pobieranie i kasowanie poczty, IMAP pozwala na zarządzanie wieloma folderami pocztowymi oraz pobieranie i operowanie na listach znajdujących się na zdalnym serwerze. IMAP pozwala na ściągnięcie nagłówków wiadomości i wybranie, które z wiadomości chcemy ściągnąć na komputer lokalny. Pozwala na wykonywanie wielu operacji, zarządzanie folderami i wiadomościami. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) protokół służący do przekazywania (wysyłania) poczty elektronicznej w Internecie.