Understand No Restriction

  • June 2020
  • PDF

This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA


Overview

Download & View Understand No Restriction as PDF for free.

More details

  • Words: 3,966
  • Pages: 20
Lesson 3 

Understanding the Host­to­  Host Communications Model  Overview  The Open Systems Interconnection (OSI) reference model was created to help define how  network processes function in general, including the various components of networks and  transmission of data. Understanding the structure and purpose of the OSI model is central to  understanding how one host communicates with another. This lesson introduces the OSI model  and describes each of its layers. 

Objectives  Upon completing this lesson, you will be able to describe the layers of the OSI model and  describe how to classify devices and their functions according to their layer in the OSI model.  This ability includes being able to meet these objectives:  n 

Identify the requirements of a host­to­host communications model 



Define the purpose of the OSI reference model 



Define the characteristics, functions, and purposes of each of the OSI layers 



Describe the process of encapsulation and de­encapsulation 



Describe how peer­to­peer communication works 



List the purposes and functions of the TCP/IP suite in data communications

Understanding Host­to­Host Communications  Host­to­host communications requires a consistent model. The model addresses hardware,  software, and data transmission. This topic describes the purpose of this model. 

Understanding Host­to­Host  Communications 

§  Older model  – Proprietary  – Application and combinations software controlled by one  vendor  §  Standards­based model  – Multivendor software  – Layered approach 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­2 

The early development of networks was chaotic in many ways. The original host­to­host  communications models were proprietary with each vendor controlling its own application and  embedded communication software. An application written by one vendor would not function  on a network developed by another vendor.  Business drivers and technology advances led a push for a multivendor solution. The first step  was to separate application software from communications software. This allowed new  communications technologies to be implemented without requiring new applications, but it still  required a single­vendor solution for communications software and hardware.  It became apparent that a multivendor solution for communications software and hardware  would require a layered approach with clearly defined rules for interlayer interaction. Within a  layered model, hardware vendors could design hardware and software to support emerging  physical­level technologies (that is, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, and so on) while other  vendors could write software to be used by network operating systems that control host  communications.

1­44 

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

The OSI Reference Model  The OSI reference model provides a means of describing how data is transmitted over a  network. The model addresses hardware, software, and data transmission. This topic describes  the purpose of the OSI model. 

Why a Layered Network Model?  §  Reduces complexity  §  Standardizes interfaces  §  Facilitates modular engineering  §  Ensures interoperable  technology  §  Accelerates evolution  §  Simplifies teaching and learning 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­3 

The early development of networks was chaotic in many ways. The early 1980s saw  tremendous increases in the number and sizes of networks. As companies realized that they  could save money and gain productivity by using networking technology, they added networks  and expanded existing networks as rapidly as new network technologies and products were  introduced.  By the mid­1980s, companies began to experience difficulties from all of the expansions they  had made. It became more difficult for networks using different specifications and  implementations to communicate with one another. The companies realized that they needed to  move away from proprietary networking systems—those systems that are privately developed,  owned, and controlled. In the computer industry, “proprietary” is the opposite of “open.”  Proprietary means that one company or a small group of companies controls all use of the  technology. Open means that use of the technology is available free to the public.  To address the problem of networks being incompatible and unable to communicate with one  another, the International Organization for Standardization (ISO) researched different network  schemes. As a result of this research, the ISO created a model that would help vendors create  networks that would be compatible with, and operate with, other networks.  The OSI reference model, released in 1984, was the descriptive scheme that the ISO created. It  provided vendors with a set of standards that ensured greater compatibility and interoperability  between the various types of network technologies produced by companies around the world.  Although other models exist, most network vendors today relate their products to the OSI  reference model, especially when they want to educate customers on the use of their products. © 2007 Cisco Systems, Inc. 

Building a Simple Network 

1­45 

The OSI model is considered the best tool available for teaching people about sending and  receiving data on a network.  The OSI reference model separates network functions into seven categories. This separation of  networking functions is called layering. The OSI reference model has seven numbered layers,  each illustrating a particular network function. The OSI model defines the network functions  that occur at each layer. More importantly, the OSI model facilitates an understanding of how  information travels throughout a network. In addition, the OSI model describes how data  travels from application programs (for example, spreadsheets) through a network medium, to  an application program located in another computer, even if the sender and receiver are  connected using different network media.  The OSI reference model provides a number of benefits in understanding how networks  function, by doing the following: 

1­46 



Reducing complexity: The OSI model breaks network communications into smaller,  simpler parts. 



Standardizing interfaces: The OSI model standardizes network components to allow  multiple­vendor development and support. 



Facilitating modular engineering: The OSI model allows different types of network  hardware and software to communicate with one another. 



Ensuring interoperable technology: The OSI model prevents changes in one layer from  affecting the other layers, allowing for quicker development. 



Accelerating evolution: The OSI model provides for effective updates and improvements  to individual components without affecting other components or having to rewrite the  entire protocol. 



Simplifying teaching and learning: The OSI model breaks network communications into  smaller components to make learning easier.

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

The OSI Model Layers and Their Functions  Each OSI layer has a specific function and associated software or devices. This topic describes  each layer and its functions. 

The Seven Layers of the OSI Model 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­4 

Layer 1: The Physical Layer  The physical layer defines the electrical, mechanical, procedural, and functional specifications  for activating, maintaining, and deactivating the physical link between end systems.  Characteristics such as voltage levels, timing of voltage changes, physical data rates, maximum  transmission distances, physical connectors, and other similar attributes are defined by physical  layer specifications.

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Building a Simple Network 

1­47 

The Seven Layers of the OSI Model (Cont.) 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­5 

Layer 2: The Data Link Layer  The data link layer defines how data is formatted for transmission and how access to the  physical media is controlled. This layer also typically includes error detection and correction to  ensure reliable delivery of the data.

1­48 

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

The Seven Layers of the OSI Model (Cont.) 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­6 

Layer 3: The Network Layer  The network layer provides connectivity and path selection between two host systems that may  be located on geographically separated networks. The growth of the Internet has increased the  number of users accessing information from sites around the world, and the network layer is the  layer that manages this connectivity.

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Building a Simple Network 

1­49 

The Seven Layers of the OSI Model (Cont.) 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­7 

Layer 4: The Transport Layer  The transport layer segments data from the system of the sending host and reassembles the data  into a data stream on the system of the receiving host. For example, business users in large  corporations often transfer large files from field locations to a corporate site. Reliable delivery  of the files is important, so the transport layer will break down large files into smaller segments  that are less likely to incur transmission problems.  The boundary between the transport layer and the session layer can be thought of as the  boundary between application protocols and data­flow protocols. Whereas the application,  presentation, and session layers are concerned with application issues, the lower four layers are  concerned with data transport issues.  The transport layer shields the upper layers from transport implementation details. Specifically,  issues such as reliability of transport between two hosts are assigned to the transport layer. In  providing a communication service, the transport layer establishes, maintains, and properly  terminates virtual circuits. Transport error detection and recovery and information flow control  ensure reliable service.

1­50 

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

The Seven Layers of the OSI Model (Cont.) 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­8 

Layer 5: The Session Layer  The session layer establishes, manages, and terminates sessions between two communicating  hosts. The session layer also synchronizes dialog between the presentation layers of the two  hosts and manages their data exchange. For example, web servers have many users, so there are  many communication processes open at a given time. It is important, then, to keep track of  which user communicates on which path. In addition to session regulation, the session layer  offers provisions for efficient data transfer, class of service (CoS), and exception reporting of  session layer, presentation layer, and application layer problems.

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Building a Simple Network 

1­51 

The Seven Layers of the OSI Model (Cont.) 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­9 

Layer 6: The Presentation Layer  The presentation layer ensures that the information sent at the application layer of one system is  readable by the application layer of another system. For example, a PC program communicates  with another computer, one using extended binary coded decimal interchange code (EBCDIC)  and the other using American Standard Code for Information Interchange (ASCII) to represent  the same characters. If necessary, the presentation layer translates between multiple data  formats by using a common format.

1­52 

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

The Seven Layers of the OSI Model (Cont.) 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­10 

Layer 7: The Application Layer  The application layer is the OSI layer that is closest to the user. This layer provides network  services to the applications of the user, such as e­mail, file transfer, and terminal emulation.  The application layer differs from the other layers in that it does not provide services to any  other OSI layer, but only to applications outside the OSI model. The application layer  establishes the availability of intended communication partners and synchronizes and  establishes agreement on procedures for error recovery and control of data integrity.

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Building a Simple Network 

1­53 

Encapsulation and De­Encapsulation  Information that is to be transmitted over a network must undergo a process of conversion at  both the sending end and the receiving end of the communication. That conversion process is  known as encapsulation and de­encapsulation of data. This topic describes the encapsulation  and de­encapsulation processes. 

Data Encapsulation 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­11 

Encapsulation  The information sent on a network is referred to as data or data packets. If one computer wants  to send data to another computer, the data must first be packaged by a process called  encapsulation. Encapsulation wraps data with the necessary protocol information before  network transit. As the data moves down through the layers of the OSI model, each OSI layer  adds a header (and a trailer, if applicable) to the data before passing it down to a lower layer.  The headers and trailers contain control information for the network devices and receiver to  ensure proper delivery of the data and to ensure that the receiver can correctly interpret the  data.  The figure illustrates how encapsulation occurs. It shows the manner in which data travels  through the layers. The following steps occur to encapsulate data: 

1­54 

Step 1 

The user data is sent from an application to the application layer. 

Step 2 

The application layer adds the application layer header (Layer 7 header) to the user  data. The Layer 7 header and the original user data become the data that is passed  down to the presentation layer. 

Step 3 

The presentation layer adds the presentation layer header (Layer 6 header) to the  data. This then becomes the data that is passed down to the session layer.

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Step 4 

The session layer adds the session layer header (Layer 5 header) to the data. This  then becomes the data that is passed down to the transport layer. 

Step 5 

The transport layer adds the transport layer header (Layer 4 header) to the data. This  then becomes the data that is passed down to the network layer. 

Step 6 

The network layer adds the network layer header (Layer 3 header) to the data. This  then becomes the data that is passed down to the data link layer. 

Step 7 

The data link layer adds the data link layer header and trailer (Layer 2 header and  trailer) to the data. A Layer 2 trailer is usually the frame check sequence (FCS),  which is used by the receiver to detect whether the data is in error. This then  becomes the data that is passed down to the physical layer. 

Step 8 

The physical layer then transmits the bits onto the network media. 

Example: Sending a Package through a Postal Service  Encapsulation works very similarly to sending a package through a postal service. The first step  is to put the contents of the package into a container. Next, you write the address of the location  to which you want to send the package on the outside of the container. Then you put the  addressed package into the postal service collection bin, and the package begins its route  toward its destination.

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Building a Simple Network 

1­55 

Data De­Encapsulation 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­12 

De­Encapsulation  When the remote device receives a sequence of bits, the physical layer at the remote device  passes the bits to the data link layer for manipulation. The data link layer performs the  following steps:  Step 1 

The data link layer checks the data­link trailer (the FCS) to see if the data is in error. 

Step 2 

If the data is in error, it may be discarded, and the data link layer may ask for the  data to be retransmitted. 

Step 3 

If the data is not in error, the data link layer reads and interprets the control  information in the data­link header. 

Step 4 

The data link layer strips the data­link header and trailer, and then passes the  remaining data up to the network layer based on the control information in the data­  link header. 

This process is referred to as de­encapsulation. Each subsequent layer performs a similar de­  encapsulation process. 

Example: Receiving a Package  The de­encapsulation process is similar to that of reading the address on a package to see if it is  for you, and then removing the contents of the package if it is addressed to you.

1­56 

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Peer­to­Peer Communication  So that data packets can travel from the source to the destination, each layer of the OSI model  at the source must communicate with its peer layer at the destination. This topic describes the  process of peer­to­peer communication. 

Peer­to­Peer Communication 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­13 

During the process of peer­to­peer communication, the protocols at each layer exchange  packets of information called protocol data units (PDUs) between peer layers.  These data packets originate at a source on a network and then travel to a destination. Each  layer depends on the OSI layer below it to provide a service. To perform its service function,  the lower layer uses encapsulation to put the protocol data unit (PDU) from the upper layer into  lower layer data field. Each layer then adds whatever headers the layer needs to perform its  function. As the data moves down from Layer 7 through Layer 2 of the OSI model, additional  headers are added.  The network layer provides a service to the transport layer, and the transport layer presents data  to the network subsystem. The network layer moves the data through the Internet by  encapsulating the data and attaching a header to create a packet (the Layer 3 PDU). The header  contains information required to complete the transfer, such as source and destination logical  addresses.  The data link layer provides a service to the network layer by encapsulating the network layer  packet in a frame (the Layer 2 PDU). The frame header contains the physical addresses  required to complete the data link functions, and the frame trailer contains the FCS.  The physical layer provides a service to the data link layer, encoding the data­link frame into a  pattern of 1s and 0s (bits) for transmission on the medium (usually a wire) at Layer 1.

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Building a Simple Network 

1­57 

TCP/IP Suite  The TCP/IP suite—whose name is actually a combination of just two individual protocols,  Transmission Control Protocol (TCP) and Internet Protocol (IP)—is divided into layers, each of  which performs specific functions in the data communication process. This topic describes how  the layers of TCP/IP are organized into a stack. 

TCP/IP Stack 

§  Defines four layers  §  Uses different names for Layers 1  through 3  §  Combines Layers 5 through 7 into  single application layer 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­14 

The TCP/IP suite was developed at approximately the same time as the OSI model. Like the  OSI model, the TCP/IP suite is a means of organizing components in an order that reflects their  functions in relation to one another. The components, or layers, of the TCP/IP stack are as  follows:  n 

1­58 

Network access layer: This layer covers the same processes as the two lower OSI layers:  — 

Physical layer: The physical layer defines the electrical, mechanical, procedural,  and functional specifications for activating, maintaining, and deactivating the  physical link between end systems. Characteristics such as voltage levels, timing of  voltage changes, physical data rates, maximum transmission distances, physical  connectors, and other similar attributes are defined by physical layer specifications. 

— 

Data link layer: The data link layer defines how data is formatted for transmission  and how access to the network is controlled. 



Internet layer: This layer provides routing of data from the source to the destination by  defining the packet and the addressing scheme, moving data between the data link and  transport layers, routing packets of data to remote hosts, and performing fragmentation and  reassembly of data packets. 



Transport layer: The transport layer is the core of the TCP/IP architecture, providing  communication services directly to the application processes running on network hosts.

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 



Application layer: The application layer provides applications for file transfer, network  troubleshooting, and Internet activities and supports network application programming  interfaces (APIs) that allow programs that have been created for a particular operating  system to access the network. 

Note 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Although this course refers to the TCP/IP stack, it has become common in the industry to  shorten this term to “IP stack.”

Building a Simple Network 

1­59 

TCP/IP Stack vs. the OSI Model 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­15 

Both the OSI model and the TCP/IP stack were developed, by different organizations, at  approximately the same time as a means to organize and communicate the components that  guide the transmission of data. The layers of the TCP/IP stack correspond to the layers of the  OSI model:  n 

The TCP/IP network access layer roughly corresponds to the OSI physical and data link  layers and is concerned primarily with interfacing with network hardware and accessing the  transmission media. 

Note 

1­60 

Because the TCP/IP network access layer contains both the OSI data link and physical  layers, it has become common to modify the classic four­layer TCP/IP module into a five­  layer module. In this course, the five­layer model is used. 



The TCP/IP Internet layer corresponds closely to the network layer of the OSI model and  deals with the addressing of and routing between network devices. 



The TCP/IP transport layer, like the OSI transport layer, provides the means for multiple  host applications to access the network layer, either in a best­effort mode or through a  reliable delivery mode. 



The TCP/IP application layer addresses applications that communicate with the lower  layers and corresponds to the separate application, presentation, and session layers of the  OSI model. The additional layers of the OSI model provide some additional organization of  features related to applications.

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Summary  This topic summarizes the key points that were discussed in this lesson. 

Summary  §  The OSI reference model defines the network functions that occur  at each layer.  §  The physical layer defines the electrical, mechanical, procedural,  and functional specifications for activating, maintaining, and  deactivating the physical link between end systems.  §  The data link layer defines how data is formatted for transmission  and how access to the physical media is controlled.  §  The network layer provides connectivity and path selection  between two host systems that may be located on geographically  separated networks. 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­16 

Summary (Cont.)  §  The transport layer segments data from the system of the sending  host and reassembles the data into a data stream on the system  of the receiving host.  §  The session layer establishes, manages, and terminates sessions  between two communicating hosts.  §  The presentation layer ensures that the information sent at the  application layer of one system is readable by the application  layer of another system.  §  The application layer provides network services to the  applications of the user, such as e­mail, file transfer, and terminal  emulation.

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

ICND1 v1.0—1­17 

Building a Simple Network 

1­61 

Summary (Cont.)  §  The information sent on a network is referred to as data or data  packets. If one computer wants to send data to another computer,  the data must first be packaged by a process called  encapsulation.  §  When the remote device receives a sequence of bits, the physical  layer at the remote device passes the bits to the data link layer for  manipulation. This process is referred to as de­encapsulation. 

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

ICND1 v1.0—1­18 

Summary (Cont.)  §  TCP/IP is now the most widely used protocol for a number of  reasons, including its flexible addressing scheme, its usability by  most operating systems and platforms, its many tools and utilities,  and the need to use it to connect to the Internet.  §  The components of the TCP/IP stack are the network access,  Internet, transport, and application layers.  §  The OSI model and the TCP/IP stack are similar in structure and  function, with correlation at the physical, data link, network, and  transport layers. The OSI model divides the application layer of  the TCP/IP stack into three separate layers.

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. 

1­62 

Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 

ICND1 v1.0—1­19 

© 2007 Cisco Systems, Inc. 

Related Documents