Για να μπορέσει να γίνει πράξη η επικοινωνία μεταξύ δύο υπολογιστών, από το αρχικό στάδιο της ψηφιοποίησης της πληροφορίας, της διασύνδεσης των συσκευών μεταξύ τους και της εύρεσης τελικά της βέλτιστης διαδρομής που θα ακολουθήσουν τα δεδομένα, πρέπει να υπάρχουν κάποιοι κανόνες. Αυτοί οι κανόνες ονομάζονται επικοινωνιακά πρωτόκολλα και ορίζουν το πώς γίνεται η ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των δικτυακών συσκευών.
Μάλιστα, επειδή οι κανόνες πρέπει να ισχύουν ανεξαρτήτως κατασκευαστή ή λειτουργικού συστήματος, οδηγηθήκαμε στη δημιουργία του μοντέλου αναφοράς OSI (Open Systems Interconnection) από τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης (International Organization for Standardization – ISO), ο οποίος επέβαλλε ένα κοινό πρότυπο λειτουργίας. Η ιδέα ήταν το έργο της δικτύωσης να διασπαστεί σε επιμέρους λειτουργίες που θα ήταν ευκολότερα διαχειρίσιμες και με σαφή περιθώρια βελτίωσης. Το μοντέλο του OSI προδιαγράφει επτά στρώματα τα οποία υλοποιούν συγκεκριμένες λειτουργίες, ώστε διαφορετικά υπολογιστικά συστήματα να μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους, εφόσον στα αντίστοιχα επίπεδα χρησιμοποιούν τα ίδια επικοινωνιακά πρωτόκολλα [2].
Το Μοντέλο Αναφοράς OSI
Κάθε επίπεδο του OSI περιγράφει μια συγκεκριμένη λειτουργία δικτύου. Ο διαχωρισμός σε στρώματα είναι αυτός που τελικά διευκολύνει την κατανόηση, του πώς ταξιδεύει η πληροφορία μέσα από τα δίκτυα. Η αρχιτεκτονική αυτή του δικτύου είναι που βοηθά τα διάφορα τμήματα υλικού και λογισμικού να συνεργαστούν αρμονικά μεταξύ τους. Κατανοώντας το σκοπό και τη δομή του μοντέλου OSI κατανοεί κανείς καλύτερα το πώς τελικά επικοινωνούν οι κόμβοι ο ένας με τον άλλο [1]. Από τα επτά επίπεδα, τα τρία χαμηλότερα ελέγχουν τη μετάδοση των πληροφοριών που ταξιδεύουν μέσα στο δίκτυο, ενώ τα υπόλοιπα διασφαλίζουν την αξιοπιστία στη μεταβίβαση των δεδομένων.
Ξεκινώντας από το χαμηλότερο των επιπέδων, έχουμε ως εξής:
- Το Φυσικό Επίπεδο (Physical Layer), στο οποίο μετατρέπονται τα bit 0,1 στην μορφή που απαιτείται ώστε να μεταδοθούν από το εκάστοτε φυσικό μέσο. Το μέσο αυτό μπορεί να είναι καλώδιο, οπτική ίνα ή αν πρόκειται για ασύρματη μετάδοση, ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Στο επίπεδο αυτό εξετάζονται θέματα όπως τα επίπεδα τάσης που θα αντιστοιχούν στα bit 0 και 1, ποια είναι η μέγιστη απόσταση εκπομπής και άλλα παρόμοια ερωτήματα.
- Το Επίπεδο Σύνδεσης Δεδομένων (Data Link Layer), το οποίο διασφαλίζει την αξιοπιστία μεταφοράς των δεδομένων. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της ανίχνευσης και της διόρθωσης τυχόν σφαλμάτων αλλά και του ελέγχου ροής των πληροφοριών ώστε να στέλνονται όσα δεδομένα μπορεί να δεχτεί ο κόμβος προορισμού [3]. Σε αυτό το στάδιο γίνεται και ο τεμαχισμός των δεδομένων σε πλαίσια (frames). Μάλιστα, η αρχή και το τέλος των πλαισίων σηματοδοτούνται κατάλληλα ώστε να υπάρχει συγχρονισμός μεταξύ αποστολέα και παραλήπτη [2].
- Το Επίπεδο Δικτύου (Network Layer), το οποίο διευθυνσιοδοτεί τους κόμβους και φροντίζει να βρεθεί η διαδρομή που θα πρέπει να ακολουθήσουν τα πακέτα καθώς ταξιδεύουν από τον αποστολέα στον παραλήπτη. Η διαδρομή αυτή μάλιστα είναι επιθυμητό να είναι απαλλαγμένη από κυκλοφοριακή συμφόρηση, καθώς οι χρήστες του Internet συνεχώς αυξάνουν και θέλουμε η συνδεσιμότητα να είναι απρόσκοπτη.
- Το Επίπεδο Μεταφοράς (Transport Layer), το οποίο τεμαχίζει τα δεδομένα που φεύγουν από τον αποστολέα και τα επανασυνδέει στην πλευρά του παραλήπτη. Ο τεμαχισμός αυτός προσδίδει αξιοπιστία στην μεταφορά καθώς τα μικρότερα τμήματα έχουν πολύ λιγότερες πιθανότητες να αντιμετωπίσουν προβλήματα στο ταξίδι τους [1]. Το επίπεδο αυτό είναι ακόμη υπεύθυνο για την δημιουργία, τη διατήρηση και τον τερματισμό των καναλιών επικοινωνίας μεταξύ των τερματικών κόμβων του δικτύου.
- Το Επίπεδο Συνόδου (Session Layer), το οποίο εγκαθιστά, διαχειρίζεται και τερματίζει τις συνόδους μεταξύ των επικοινωνούντων κόμβων. Επίσης αποκαθιστά τη σύνδεση αν για κάποιο λόγο αυτή διακοπεί. Ακόμη περιλαμβάνει λειτουργίες όπως ο έλεγχος του συνθηματικού ενός χρήστη.
- Το Επίπεδο Παρουσίασης (Presentation Layer), το οποίο έχει σαν αντικείμενο την αναπαράσταση των δεδομένων, εξασφαλίζοντας την αναγνωσιμότητά τους από κόμβους που ενδεχομένως να χρησιμοποιούν διαφορετικούς κώδικες αναπαράστασης της πληροφορίας. Πολύ σημαντική είναι επίσης η διαδικασία συμπίεσης και κρυπτογράφησης των δεδομένων που επιτελείται σε αυτό το στάδιο, καθώς έτσι γίνεται καλύτερη εκμετάλλευση του περιορισμένου έτσι κι αλλιώς εύρους ζώνης, ενώ παράλληλα δεν αμφισβητείται η γνησιότητα της πληροφορίας.
- Το Επίπεδο Εφαρμογής (Application Layer), το ανώτερο και κοντινότερο στον χρήστη, το οποίο παρέχει δικτυακές υπηρεσίες στις εφαρμογές του χρήστη που χρειάζονται επικοινωνία στο δίκτυο [1]. Σε αυτό το επίπεδο γίνεται ο προσδιορισμός του πρωτοκόλλου στο οποίο αναφέρονται οι εφαρμογές και διαπιστώνεται αν είναι διαθέσιμη η εφαρμογή και στις δύο εμπλεκόμενες πλευρές.
Το Μοντέλο Δικτύωσης TCP/IP
Το μοντέλο αυτό διαστρωμάτωσης είναι παρόμοιο με το μοντέλο αναφοράς OSI. Το όνομα του είναι συνδυασμός των πρωτοκόλλων TCP και IP. Χωρίζεται και αυτό σε επίπεδα, το καθένα από τα οποία εκτελεί συγκεκριμένες λειτουργίες.
Τόσο το TCP/IP όσο και το μοντέλο OSI αναπτύχθηκαν από διαφορετικούς οργανισμούς περίπου ταυτόχρονα με σκοπό την οργάνωση και δημιουργία προτύπων σχετικά με την μετάδοση δεδομένων. Τελικά, παρόλο που το μοντέλο αναφοράς OSI είναι διεθνώς αναγνωρισμένο, η τεχνολογία TCP/IP κρίθηκε ανώτερη και πάνω σε αυτή στηρίχτηκε η λειτουργία του διαδικτύου. Επιλέγεται από τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα, διαθέτει πολλά εργαλεία και χρήσιμες λειτουργίες, ικανοποιώντας έτσι την ανάγκη σύνδεσης στο Internet. Αναλυτικά έχουμε:
- Το Επίπεδο Πρόσβασης Δικτύου (Network Access Layer), στο οποίο καθορίζονται όλες οι απαραίτητες ενέργειες ώστε ένας υπολογιστής να μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο και να στέλνει IP πακέτα.
- Το Επίπεδο Διαδικτύου (Internet Layer), τα πρωτόκολλα του οποίου αποτελούν τη βάση για τη λειτουργία του Internet. Αυτά είναι που ορίζουν τον τρόπο που θα επικοινωνήσουν δύο υπολογιστές μέσω του διαδικτύου, δηλαδή μέσω πολλών και μάλιστα διαφορετικών δικτύων που συνδέονται το ένα με το άλλο [5]. Σκοπός του συγκεκριμένου στρώματος είναι να δρομολογεί ανεξάρτητα πακέτα, να στέλνει δηλαδή δεδομένα από οποιοδήποτε δίκτυο προς το διαδίκτυο, μέσω ενός ή περισσότερων δρομολογητών, και να φροντίζει αυτά να φτάνουν στον προορισμό τους, ανεξαρτήτως του μονοπατιού που θα ακολουθήσουν [1]. Το πρωτόκολλο διαδικτύου (Internet Protocol) IP είναι το βασικό πρωτόκολλο αυτού του επιπέδου. Άλλα σημαντικά πρωτόκολλα είναι το ICMP (Internet Control Message Protocol) και το IGMP (Internet Group Management Protocol).
- Το Επίπεδο Μεταφοράς (Transport Layer), το οποίο διαθέτει τα πρωτόκολλα εκείνα που τηρούν τις προδιαγραφές ροής των δεδομένων, αποφυγής δικτυακής συμφόρησης καθώς και τους μηχανισμούς που διασφαλίζουν ότι τα δεδομένα θα λαμβάνονται από τον παραλήπτη με τη σωστή σειρά. Χαρακτηριστικό πρωτόκολλο αυτού του επιπέδου είναι το TCP (Transmission Control Protocol) που φροντίζει για την αξιοπιστία της επικοινωνίας στο δίκτυο.
- Το Επίπεδο Εφαρμογής (Application Layer), το οποίο περιλαμβάνει όλα τα πρωτόκολλα των γνωστών υπηρεσιών του Internet, δηλαδή τις προδιαγραφές για την ανταλλαγή μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, την μεταφορά ιστοσελίδων του World Wide Web, τις εφαρμογές των smartphones και πολλά άλλα.
