Kommunikationsmodeller

Kommunikation över nätverk styrs av standarder. Standarder är absolut viktiga. När jag på min dator startar en webbläsare och skriver in webbadressen www.google.se så förväntar jag mig att få Googles hemsida och ingenting annata. Men för att det ska fungera krävs många standarder som ser till att alla kommunikationsfunktioner hålls ihop i skiktade kommunikationsmodeller.

En fördel med en skiktad arkitektur är att specifika funktioner sker i specifika skikt som till exempel komprimera data eller identifiera destinationsadressen. Det finns två kommunikationsmodeller OSI, Open System interconnection och TCP/IP.

Bild 1: Kommunikationsmodeller

OSI-modellen har bedrivits av organisationen ISO sedan 1980-talet och syftar dels till att ange en referensmodell med sju nivåer och dels till att ange standarder inom alla sju nivåer. I praktiken har TCP/IP ersatt OSI som praktisk tillämpning av en öppen och oberoende standard för kommunikation. OSI har till stor del blivit just en referens.

Enligt OSI och TCP/IP har alla kommunikationstyper fyra grundläggande element:

  • Regler och avtal för att styra hur meddelanden skickas, transporteras, tas emot och tolkas.
  • Ett medium som kan transportera meddelanden från en enhet till en annan
  • Enheter av information/meddelande som reser från en enhet (device) till en annan.
  • Kommunikationsenheter i nätverket som utbyter meddelanden med varandra

Fördelar med nivåbaserade kommunikation

En skiktad kommunikationsmodell visar driften av de protokoll som förekommer inom varje skikt, liksom interaktionen med skikten ovanför och under. Det gäller att ha strukturerade funktioner på varje nivå så att de kan vara oberoende av varandra men samtidigt kapabla att samarbeta.

En skiktad kommunikationsmodell hjälper till:

  • protokolldesign
  • Samarbete mellan olika nätverksenheter.
  • Nya tekniker eller förändringar i ett skikt ska inte påverka andra skikts funktionalitet.
  • Ger ett gemensamt språk för att beskriva nätverksfunktioner och kapacitet.

Protokoll och referensmodeller

Det finns två grundläggande typer av nätverksmodeller: protokollmodeller och referensmodeller.

  • En protokollmodell tillhandahåller en grundform som överensstämmer bäst med strukturen av en speciell protokollstack.
  • En referensmodell ger en gemensam referens för alla typer av nätverksprotokoll och tjänster.

Referensmodell OSI

OSI modellen hade skapats för att bli en internationell modell och för att användas av alla nätverk, men TCP/IP modellen utvecklades snabbare och blev en default standard modell. Default standard betyder att modellen har använts utan någon formell beslut. Trots detta tillhandahåller OSI modellen så pass omfattande beskrivningar över nätverksteknologier så att den har blivit en referensmodell.

Bild 2: OSI-kommunikationsmodell 

OSI referensmodellens sju skikt kan sammanfattas som följande:

  • Applikationsskiktet – Alla program som kräver anslutning till internet, eller till ett lokalt nät använder applikationsskiktet.
  • Presentationsskiktet – hanterar teckenkodning, dokumentstruktur, format för bilder och video, kryptering och komprimering.
  • Sessionsskiktet – inleder, genomför och avslutar kommunikation mellan två datorer (en session).
  • Transportskiktet – ser till att meddelanden kommer fram utan ändringar från avsändare till mottagare och, vid behov, begär rättelse.
  • Nätverksskiktet – ser till att avsändare och mottagare identifieras så att ett meddelande kan dirigeras fram till slutdestinationen.
  • Datalänkskiktet – styr dataflödet i ett nätverk exempelvis får inte sändas två meddelande samtidigt på samma kanal.
  • Fysiska skiktet – ser till att dataflödet i form av signaler sätts på transmissionsmedia åt rätt håll.

Protokollmodell TCP/IP

Den första skiktade protokollmodellen skapades i början av 1970-talet och kallades Internet modell. TCP/IP-protokollstacken följer strukturen i denna modell och därför kallas modellen istället TCP/IP modellen.

Bild 3: TCP/IP kommunikationsmodell

TCP/IP modellen är en öppen standard vilket innebär att standarder diskuteras i ett offentligt forum som resulterar i dokumentation som rekommenderas att följa. Dokumentationen kallas RFC, Request For Comments.

Följande protokoll inkluderas i TCP/IP modellen:

  • Applikationsskiktet: HTTP, Telnet, FTP, TFTP, SNMP, DNS, SMTP, X Windows mm.
  • Transportskiktet: TCP, UDP, RTP
  • Internet skiktet: IP, ICMP, ARP, RARP
  • Network Access: Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25, Frame Relay, RS-232, v.35

OSI vs TCP/IP modell

Bild 4: OSI vs TCP/IP

OSI och TCPI modellerna har utvecklas ungefär samtidigt och därför har de nästan samma funktioner men skillnader finns det mellan dem:

  • OSI skikt 5, 6 och 7 används som referens för programutveckling.
  • TCP/IP applikationsskikt inkluderar ett antal protokoll för programhantering.
  • Samma funktion och samma namn för Transportskikten
  • Samma funktion men olika namn för Network i OSI-modellen och Internet i TCP/IP-modellen
  • OSI skikt 1 och 2 definierar nödvändiga procedurer för åtkomst till nätverksmedia.
  • TCP/IP Network Access skikt anger inte vilka protokoll ska användas vid sändning över ett fysiskt medium, utan bara beskriver överlämning från Internet skikt till de fysiska nätverksprotokollen.

PDU inkapsling

Varje skikt bearbetar meddelandet och omformar till olika format. Vid varje utformning läggs till styrinformation som beskriver hur varje del av kommunikationen ska hanteras. Eftersom formen ändras kallas data generellt PDU, Protocol Data Unit. Under inkapslingsprocessen har en PDU ett annat namn för att reflektera dess nya utseende.

Bild 5: Datainkapsling

Generellt används följande namn:

  • Data – Applikationsskikt PDU
  • Segment – Transportskikt PDU
  • Packet – Internetskikt PDU
  • Frame – Network Access PDU
  • Bits – fysiskt dataöverföring.

Dataöverföringsprocess

Dataöverföringsprocess börjar när data genereras i applikationsskiktet. Genererade data skickas till transportskiktet för segmentering. Det är i detta skikt som läggs till styrinformation i varje segments header. Styrinformationen inkluderar sekvensnummer och portadressering.

Bild 6: Datainkapsling

Segmenten skickas till Internet skiktet där de paketeras och till varje paket läggs till styrinformation i paketets header. Styrinformationen inkluderar identifikation för specifika protokoll, QoS, avsändarens och destinationens IP adresser.

Sedan skickas paketen till Network Access där paketen utformas till Frames (ramar). Till varje ram läggs till styrinformation som inkluderar fysiska adresser för avsändaren och mottagaren.
Slutligen ramarna utformas i lämpliga signaler (bitar till elektriska/ljus signaler) enligt specifikt överföringsprotokoll, i detta exempel Ethernet.

När signalerna tas emot vid destinationen bearbetas de så att deras format ändras denna gång från elektriska/ljus signaler till bitar, från bitar till ramar, från ramar till paket, från paket till segment, från segment till applikationen.

Här nedan en youtube-video om OSI och TCP/IP kommunikationsmodeller: