OSI-ISO modell (és a TCP/IP)

Több világcég megalkotta a saját elképzelései alapján a saját hálózati architektúráját, de az eltérések miatt egységesíteni kellett, amit csak nemzetközi szinten lehetett megoldani. Ez a szerep az ISO-ra (International Standards Organization -Nemzetközi Szabványügyi Szervezet) hárult. Ez a szervezet nem csak a számítástechnikában, hanem az élet más területein is igyekszik szabványokat teremteni, mint pl. a csavargyártásban. A hálózatokra vonatkozó rétegmodellt 1980-ban fogalmazta meg az OSI (Open System Interconnection) néven. Ez viszont nem szabvány, hanem csak egy ajánlás. Mindössze csak azt mondja meg, hogy milyen rétegekre kell osztani egy hálózatot és ezen rétegeknek mi legyen a feladatuk. Nem kötelező betartani. A megvalósított rendszerekben egyes rétegei szinte teljesen üresek, másokat tovább kellett osztani zsúfoltságuk miatt. Sok hiányossága ellenére a mai napig alapnak tekintik a gyártók.
Az OSI referencia modell szerint egy hálózatot 7 rétegre osztunk.

Az OSI rétegek feladatai:

Az adatátvitellel foglalkozó rétegek:
•    A fizikai réteg (physical layer)
A bitek kommunikációs csatornára való kibocsátásáért felelős. Biztosítania kell, hogy az adó által küldött jeleket a vevő is azonosként értelmezze. A gyakorlatban feladata az, hogy az 1-es jel mindenhol 1 legyen, míg a 0 mindenhol 0 maradjon. Lényeges, hogy a feszültség mennyi ideig tart egy bit továbbításához, az átvitel megvalósítható-e mindkét irányba, illetve az összeköttetés miként bomlik le, ha már nincsen szükség rá.

Kicsit részletesebben:
Ez a réteg határoz meg minden, az eszközökkel kapcsolatos fizikai és elektromos specifikációt, beleértve az érintkezők kiosztását, a használatos feszültség szinteket és a kábel specifikációkat. Ezen a szinten a legegyszerűbb eszközök, tehát a hubok, a repeaterek, valamint a hálózati adapterek számítanak a kezelt berendezések közé. A fizikai réteg által megvalósított fő funkciók:
- felépíteni és lezárni egy csatlakozást egy kommunikációs eszközzel
- részt venni egy folyamatban, amelyben a kommunikációs erőforrások több felhasználó közötti hatékony megosztása történik. Például: kapcsolat szétosztása és adatáramlás vezérlés.
- moduláció, vagy a digitális adatok olyan átalakítása, konverziója, jelátalakítása, ami biztosítja, hogy a felhasználó adatait a megfelelő kommunikációs csatorna továbbítani tudja. A jeleket vagy fizikai kábelen vagy rádiós kapcsolaton keresztül lehet továbbítani.
Ezen a szinten leginkább a megszokott Ethetnet eszközök használhatók, vagy egyes vezetékmentes szabványok. A számos Ethernet szabvány is ehhez a réteghez tartozik; az Ethernetnek ezzel a réteggel és az adatkapcsolati réteggel is együtt kell működnie. Hasonlóan együtt kell tudni működnie a helyi hálózatokkal is, mint például a Token ring, FDDI, és az IEEE 802.11.

•    Az adatkapcsolati réteg (data link layer)
Alapvető feladata a hibamentes átvitel biztosítása a szomszéd gépek között, vagyis a hibás, zavart, tetszőlegesen kezdetleges átviteli vonalat hibamentessé transzformálja az összeköttetés fennállása alatt. Az adatokat adatkeretekké (data frame) szabdalja, továbbítja, a nyugtázó keretet fogadja (acknowledgement frame), hibajavítást és forgalomszabályozást végez.

Kicsit részletesebben:
Az adatkapcsolati réteg biztosítja azokat a funkciókat és eljárásokat, amelyek lehetővé teszik az adatok átvitelét két hálózati elem között. Jelzi, valamint lehetőség szerint korrigálja a fizikai szinten történt hibákat is.
Az adatkapcsolati réteg nagyon hasonlít a hálózati réteghez, azzal a különbséggel, hogy az adatkapcsolati réteg lehetővé teszi az adatátvitelt ugyanazon a hálózaton lévő két eszköz között. Az adatkapcsolati réteg csomagokat vesz át a hálózati rétegből, valamint kisebb darabokra, úgynevezett keretekre (frame) bontja.
A használt egyszerű címzési séma fizikai szintű (tehát MAC címek), amelyeket a gyártó fixen állított be hálózati kártya szinten. A legismertebb példa itt is az Ethernet. Egyéb példák: ismert adatkapcsolati protokoll a HDLC és az ADCCP a pont-pont vagy csomag-kapcsolt hálózatoknál és az Aloha a helyi hálózatoknál. Az IEEE 802 szerinti helyi hálózatokon, és néhány nem-IEEE 802 hálózatnál, mint például az FDDI, ez a réteg használja a Media Access Control (MAC) réteget és az IEEE 802.2 Logical Link Control (LLC) réteget is. Ez az a réteg, ahol a bridge-ek és switchek is működnek.

•    A hálózati réteg (network layer)
A kommunikációs alhálózatok működését irányítja. Legfontosabb feladata az útvonalválasztás forrás és célállomás között. Az útvonalak meghatározása történhet statikus és dinamikus eljárással. Feladata továbbá, hogy a lehetővé tegye az egymástól eltérő hálózatok összekapcsolását. A nyújtott szolgáltatásminőség (késleltetés, átviteli idő, sebességingadozás, stb.) is ezen réteg feladatai közé tartozik. Az utolsó olyan réteg, amely ismeri a hálózat topológiáját.

Kicsit részletesebben:
A hálózati réteg biztosítja a változó hosszúságú adat sorozatoknak a küldőtől a címzetthez való továbbításához szükséges funkciókat és eljárásokat, úgy, hogy az adatok továbbítása a szolgáltatási minőség függvényében akár egy vagy több hálózaton keresztül is történhet.
A hálózati réteg felelős a két különböző hálózat közötti adatátvitel megkönnyítéséért. Ha a két kommunikáló eszköz ugyanazon a hálózaton van, akkor a hálózati réteg gyakorlatilag szükségtelen.
A hálózati réteg biztosítja a hálózati útvonalválasztást, az adatáramlás ellenőrzést, az adatok tördelését és összerakását, valamint (főként) a hiba ellenőrzési funkciókat. Az útvonalválasztók (router-ek) ezen a szinten működnek a hálózatban – adatküldés a bővített hálózaton keresztül, és az internet lehetőségeinek kihasználása (itt dolgoznak pl. az IP switch-ek). A hálózati réteg megtalálja a legjobb fizikai utat is, hogy az adatok elérjék a célt; ezt útválasztásnak nevezik. Itt már logikai címzési sémát használ a modell – az értékeket a hálózat karbantartója adja meg egy hierarchikus szervezésű címzési séma használatával. A legismertebb példa a 3. rétegen az Internet Protocol (IP).

•    A szállítási réteg (transport layer)
Feladata a végpontok közötti hibamentes adatátvitel biztosítása. Már nem ismeri a topológiát, csak a két végpontban van rá szükség. Feladata az összeköttetések felépítése, bontása, csomagok sorrendbe állítása. Ennek gyakorlati megvalósítása során adatokat fogad a viszonyrétegtől és szükség esetén feldarabolja azokat kisebb egységekre, majd továbbítja az egyes darabokat a hálózati rétegnek és biztosítja azt is, hogy a célállomásra minden kis egység hibátlanul megérkezzen.

Kicsit részletesebben:
A réteg biztosítja, valamint ellenőrzi egy adott kapcsolat megbízhatóságát. Ez magában foglalja az adatok felvételét a munkamenet rétegből, valamint szegmensekre bontását, mielőtt elküldené a hálózati rétegre. A fogadó eszköz szállítási rétege felelős a szegmensek újra összeállításáért a munkameneti réteg által felhasználható adatokká.
Néhány protokoll kapcsolat-orientált, azaz a réteg nyomon követi az adatcsomagokat; valamint fellépő hiba esetén gondoskodik a csomag(ok) újra küldéséről. A legismertebb 4. szintű protokoll a TCP.

A logikai összeköttetéssel foglalkozó rétegek:
•    A viszonyréteg (session layer)
Lehetővé teszi, hogy két számítógép felhasználói kapcsolatot, viszonyt (session) hozzon létre egymással. Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszéd szervezése. Szolgáltatásai többek között a párbeszéd-irányítás (dialog control), a vezérjel kezelés (token management) és a szinkronizáció (synchronizaion) ellenőrzési pontok beépítésével.

Kicsit részletesebben:
A viszony réteg a végfelhasználói alkalmazások közötti dialógus menedzselésére alkalmas mechanizmust valósít meg. Szükség esetén újraindítja a kommunikációs eljárást. A kommunikáció megnyitása és bezárása közötti időt munkamenetnek nevezzük. Ez a réteg biztosítja, hogy a kommunikációs csatorna elég ideig nyitva maradjon az adatok megfelelő cseréjéhez, majd azonnal lezárja, hogy ne használják feleslegesen a kommunikációs csatornát.
Ez a réteg ellenőrző pontokat is beállíthat a munkamenet ellenőrzésére. Például, ha egy 100 megabájtos fájl kerül átvitelre, a munkamenet réteg 5 megabájtonként beállíthat egy ellenőrzési pontot. Ha 52 megabájt átvitele után megszakad vagy összeomlik, a munkamenet az utolsó ellenőrzőponttól folytatható, vagyis csak 50 megabájtnyi adatot kell újra továbbítani. Az ellenőrző pontok nélkül a teljes transzfert elölről kellene kezdeni.

•    A megjelenítési réteg (presentation layer)
Szemben az alacsonyabb szintű rétegekkel a megjelenítési réteg nem a bitek mozgatásával foglalkozik, hanem az átvitt információ szintaktikájával és szemantikájával. Az egyetlen olyan réteg, amely megváltoztathatja az üzenet tartalmát. Tömörít, rejtjelez (adatvédelem és adatbiztonság miatt), kódcserét (pl.: ASCII - EBCDIC) végez el.

Kicsit részletesebben:
A megjelenítési réteg biztosítja az alkalmazási réteg számára, hogy az adatok a végfelhasználó rendszerének megfelelő formában álljon rendelkezésre. Tehát a legfontosabb feladata az alkalmazási réteg kiszolgálása. Feladata többek között a MIME visszakódolás, adattömörítés, titkosítás, valamint egyszerűbb adatkezelések. Előfordulhat az is, hogy az egyik eszköz más titkosítást használ, mint a másik, így a megfelelő átalakításért is ez a réteg felel. 
Ha a két kommunikáló eszköz titkosítást használ, akkor a küldő eszköznél ez a réteg felel a titkosításért, valamint a fogadó oldalon is ez a réteg felel a titkosítás feloldásáért.
Ez a réteg felel az alkalmazási rétegtől kapott adatok tömörítéséért, mielőtt azokat a viszonyrétegnek továbbítaná. Fordított irányban is a tömör adatokat ez a réteg alakítja át „emészthetővé”. Ez az eljárás sokat segít a kommunikáció megfelelő tömörítésében.
Főbb feladatai:

• két számítógép között logikai kapcsolat létesítése
• párbeszéd szervezése
• vezérjelkezelés
• szinkronizálás
• titkosítás (szükség esetén)
• tömörítés

•    Az alkalmazási réteg (application layer)
Széles körben igényelt szolgáltatásokat tartalmaz. Olyan protokollok változatos sokaságát tartalmazza, amelyekre a felhasználóknak igen sokszor szükségük van. Ilyen például az internet jelenlegi alapvető protokollja a HTTP, de ilyen például a fájlok másolása gépek között is.

Kicsit részletesebben:
Ez az egyetlen olyan réteg, amely közvetlenül érintkezik a felhasználó adataival.
Ez a réteg támogatja az egyes szolgáltatások közötti kommunikációt, aminek értelmezését az alsóbb szintű szolgáltatások képesek elemezni. Továbbá az alsóbb szintű alkalmazások képesek a küldött-fogadott adatok értelmezésére is. Az alkalmazási réteg protokolljain keresztül az alkalmazások képesek egyeztetni formátumról, további eljárásról, biztonsági, szinkronizálási vagy egyéb hálózati igényekről. A legismertebb alkalmazási réteg szintű protokollok a HTTP(S), az SMTP, az FTP és a Telnet. Ezt a réteget leggyakrabban a webböngészők, az e-mail kliensek, valamint az internetes továbbítást használó (pl. üzenetküldő) alkalmazások használják.

OSI-ISO összefoglalás

A különböző rétegek sorban meg lehet jegyezni, de mindkét nyelven van egy mondat, amivel ezt könnyebbé tehetjük az első betűk segítségével. Magyarul fentről lefelé olvasva: Alkalmas megjelenés valószínűleg szükséges hiszen azért fizetjük. Angolul pedig lentről felfelé: Please do not throw sausage pizza away. Ezt az alábbi táblázat mutatja be.

TCP/IP modell

Az idő előrehaladtával bebizonyosodott, hogy az eredeti OSI-ISO modell nem feltétlenül fedi a mindennapi gyakorlatot, hiszen lényegében egy elméleti modell. Nem helyette, hanem inkább mellette kellett egy újabb, ezúttal a gyakorlaton alapuló modell: ez lett a TCP/IP modell. Az OSI modell elsősorban a szolgáltatásokra, az interfészekre és a protokollokra összpontosít; világosan különválasztani ezeket a fogalmakat. Ezzel szemben a TCP modell nem képes megkülönböztetni ezeket a fogalmakat.

TCP (Transmission Control Protocol) / IP (Internet Protocol) modellt a Védelmi Minisztérium (DoD) projektügynöksége fejlesztette ki. Az OSI-modellel ellentétben négy rétegből áll, amelyek mindegyike rendelkezik saját protokollokkal. Az Internet Protokollok (IP-k) a hálózaton keresztüli kommunikációra meghatározott szabálykészletek. Míg a TCP kezeli az adatátvitelt, addig az IP elsősorban a címeket. Tehát a TCP/IP a hálózatépítés szokásos protokollmodellje.

A TCP/IP modell protokollkészlettel rendelkezik, amely tartalmazza a TCP-t, UDP-t, ARP-t, DNS-t, HTTP-t, HTTPS-t, ICMP-t stb. Ez egy robusztus és rugalmas modell. A TCP/IP modellt főként a számítógépek internetes összekapcsolására használják.

A TCP/IP modell rétegei

1. Hálózati interfész réteg: Ez a réteg interfészként működik a gazdagépek és az átviteli kapcsolatok között, így adatcsomagok továbbítására használható. Azt is meghatározza, hogy milyen műveleteket kell végrehajtani a hivatkozások, például a soros link és a klasszikus Ethernet között, hogy teljesítsék a kapcsolat nélküli internet réteg követelményeit.
2. Internet réteg: Ennek a rétegnek az a célja, hogy független csomagot továbbítson minden olyan hálózatba, amely a rendeltetési helyre utazik (ami elképzelhető, hogy egy másik hálózatban lakik). Ez magában foglalja a következő standard csomagformátumokat:
   • IP: Internet Protocol
   • ICMP: Internet Control Protocol
   • ARP: Address Resolution Protocol
3. Szállítási réteg: Lehetővé teszi az adatok hibamentes, végponttól történő továbbítását a forrás és a fogadó gazdagép között adatcsomagok formájában. A réteg legfontosabb feladata, hogy megvédje a legfelső, alkalmazási réteget az adatcsomagok bonyolultságától. A szállítási réteg által meghatározott protokollok:
   • TCP: Transmission Control Protocol - Megbízható és hibamentes kommunikációt biztosít a végrendszerek között. Az adatok szekvenálását és szegmentálását végzi. Nyugtázásra is képes, továbbá vezérli az adatok továbbítását egy ellenőrző rendszer segítségével.
   • UDP: User Datagram Protocol – Egyszerű, könnyen használható protokoll. Nem igényel megbízható, ellenőrzőtt szállítást, így nagyon költséghatékony. A kapcsolatorientált TSP-vel ellentétben az UDP alapvetően kapcsolati ellenőrzés nélkül is hatékonyan működik.
4. Alkalmazási réteg: Ez a réteg lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy hozzáférjenek a globális vagy a magához az internet szolgáltatásaihoz. E réteg működése az OSI-ISO modell legfelső három rétegének kombinációja. Az itt leírt protokollok:
   • TELNET: virtuális terminál. Alapvetően távoli bejelentkezésre használt protokoll. Előnye a rendkívül egyszerű megvalósítása. Mivel alapvetően titkosítás nélkül működik, ezért a gyakorlatban egyre kevesebbet használják. Helyette az SSH került előtérbe.
   • SMTP: Simple Mail Transfer Protocol = az elektronikus levél továbbítása
   • FTP: File Transfer Protocol = fájlátvitel
   • SSH: Secure Shell = biztonsági kapcsolati protokoll a helyi gép és egy távoli gép között.
   • DHCP: Domain Host Configuration Protocol = számítógépes hálózati állomás-konfiguráló protokoll. Ez a protokoll oldja meg azt is, hogy az egyes hálózatra kötött gépek automatikusan megkapják a hálózat használatához szükséges bejelentkezési adatokat. (IP-cím, átjáró, hálózati maszk, stb.) A DHCP-vel válnak kioszthatóvá a rendelkezésre álló IP-címek.
   • DNS: Domain Name System = Internetes domain névrendszer
   • HTTP: HyperText Transfer Protocol = Hiperszöveges átviteli protokoll. A világhálón a szerverek és a kliensgépek közötti kommunikációra használják. Felelős a weboldalak megfelelő megjelenítéséért (főleg).
   • HTTPS: A HTTP és az SSH kombinációja: biztonságos, megbízható internetezést tesz lehetővé, pl. űrlapok vagy banki adatok továbbítására.
   • NTP: Network Time Protocol = Hálózati (szabványos) idő protokoll. A szerverek és a kliensgépek közötti megfelelő idő-szinkronizálásért felel.
   • RTP: Real-time Transport Protocol = Valós idejű átviteli protokoll

A két modell összehasonlítása

A diagramot illetően világosan látszik, hogy a TCP/IP modell négy réteggel rendelkezik az OSI-ISO modell hét rétegével szemben. A TCP/IP modellben a hagyományos OSI-ISO modell két legalsó rétegét egybegyúrták, valamint az OSI-ISO három legfelső, logikai rétegét is egybe kombinálták.

Általános tapasztalat, hogy a TCP/IP modell megbízhatóbb és használhatóbb az OSI-ISO modellel szemben. A TCP/IP-t végpontok közötti kapcsolathoz használják az adatok továbbítására az interneten keresztül. A TCP/IP robusztus, rugalmas, kézzelfogható, továbbá elsődleges célja, hogy az adatokat az interneten továbbítsák, valamint ajánlásokat tartalmaz annak kivitelezésére is. A TCP/IP modell szállítási rétege ellenőrzi, hogy az adatok megérkeztek-e rendben, van-e hiba vagy sem, elveszett csomagokat küldenek vagy sem, visszaigazolást kapnak vagy sem, stb. Ezzel szemben az OSI modell csak egy fogalmi keret annak értelmezése, hogy az alkalmazások hogyan kommunikálnak hálózaton keresztül.

Felhasznált irodalom:

- http://www.miau.gau.hu/szgep/szgep3_05.html 
- http://www.gtbbp.hu/~szabol/tetelek/programming/C/isoosi.html
- http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/ISO%2FOSI+Reference+Model
- http://www.ektf.hu/~csabakom/halo/isoosi_hivatkozsi_modell.html
- https://hu.wikipedia.org/wiki/OSI-modell
- https://www.cloudflare.com/learning/ddos/glossary/open-systems-interconnection-model-osi/
- https://hu.fondoperlaterra.org/comdifference-between-tcp-ip-and-osi-model-30
- https://www.geeksforgeeks.org/tcp-ip-model/

© TFeri.hu, 2013.

Felújítva: 2020., illetve 2022.szept.