OSI Modeli Nedir? Tanımı, Özellikleri ve Katmanları

OSI modeli, telekomünikasyon ve bilgi işlem sistemlerini standartlaştırmak için bir çerçevedir. İlk olarak, Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO) 1970’lerin sonlarında OSI teknolojisini önerdi.

Bu model, ağ sistemlerinin tasarımı ve uygulanmasına yönelik yapılandırılmış bir yaklaşım sunar. Ayrıca, bu makalede OSI modelinin ne olduğunu, katmanlarını ve nasıl çalıştığını açıklayacağım.

OSI Modeli (Open Systems Interconnection – Açık Sistemler Bağlantısı) Nedir?

OSI modeli, iletişim sistemleri için bir referans çerçevedir. İletişim görevleri için işlevsel bir kılavuzdur. Bu nedenle, bu tür görevler için bir iletişim standardı belirtmez. Bununla birlikte, birçok standart ve protokol, OSI modelinin yönergelerine uyar.

Tarihi

1960’lar ve 70’lerde birçok ağ teknolojisi oluşturdular. Her biri belirli bir donanım tasarımına dayanıyor. Ancak, bu sistemleri tek parça olarak yapmışlardır. Bu duruma monolitik mimari diyebiliriz. Bu yüzden, tasarımcılar tüm unsurlarla uğraşmak zorundaydı.

Bu unsurlar, iletim zincirinin bölümleridir. Bu zincir; fiziksel bağlantı cihazları, yazılım ve donanım protokolleri ve uygulama programlarını içerir.

Zinciri monolitik bir bütün olarak görmek pratik değildir. Çünkü en küçük değişiklik, tüm unsurları değiştirmeyi gerektirir. Amerikan Savunma Bakanlığı’nın orijinal internet tasarımı dört katmanlı bir plandır. Bu plan 70’lerden kalmadır ama hâlâ kullanılmaktadır. Yani, ilk katman, Ağ Erişim Katmanı’dır.

Her durumda kullanılan donanım sistemi hakkında bilgi gönderir. Farklı protokoller fiziksel ağın türüne bağlıdır. Ağ katmanı, aynı zamanda İnternet Katmanı anlamına da gelir. Kısacası bu verileri farklı fiziksel ağlar üzerinden göndermeyi sağlar.

OSI içindeki bu bölüm, verileri hedef makineye iletir. IP gibi iletim protokolleri, Aktarım Katmanıyla ilişkilidir. Aynı zamanda bağlantıyı kurmasını ve sonlandırmasını kontrol eder. Veri akışı kontrolü, kayıp verilerin yeniden iletimi ve iki sistem arasındaki iletimi yönetir. Burada en önemli protokoller TCP ve UDP‘dir.

Son katman, Uygulama Katmanıdır. Uygulama katmanı, doğrudan kullanıcı programlarına hizmet eder. Örneğin, tarayıcı, e-posta, FTP ve TELNET gibi programlar burada çalışır.

1978’de ISO, ağlar için bir iletişim modeli önerdi. Bu modeli OSI modeli olarak ifade edebiliriz. Açılımı ise Open Systems Interconnection’dir, fakat Türkçe’ye Açık Sistemler Bağlantısının Referans Modeli olarak çevirebiliriz.

OSI modeli, iletim zincirini çeşitli modüllere ayırır. Modüller bitişik olanlarla arabirim yapar. Bu tasarımın iki avantajı vardır: Bir modülün değiştirilmesi tüm zinciri etkilemez. Ayrıca, farklı üreticiler arasında birlikte çalışabilirlik sağlar. Bu, iki farklı iletişim yazılımının aynı fiziksel araçları kullanabileceği anlamına gelir.

OSI Modelinin Ana Bileşenleri Nelerdir?

OSI modelinin iki ana bileşeni vardır. İlk bileşen, Temel Referans Modeli veya Sunucu Katmanı adı verilen bir ağ modelidir. İkinci bileşen ise bir dizi özel protokoldür.

Ağ modeli, İnternet modelinden esinlenmiştir. Ancak, bundan daha fazla benzerliği yoktur. Yedi katmanlı bir modele dayanır. İlkel İnternet ise 4 katmana dayanıyordu. Şu anda, tüm gelişmeler yedi seviyeli modele dayanmaktadır.

Bu seviyeler şunlardır: Fiziksel, Bağlantı, Ağ, Ulaşım, Oturum, Sunum ve Uygulama. Her seviye belirli bir işlevi yerine getirir. Ayrıca, her seviye bilinen arayüzlerle bitişik olanlardan ayrılır.

Bu model, kavramsal bir soyutlamadır. Ancak, bu soyutlama fiziksel realiteye uyarlanmıştır. Uygulamanın sonuçları çok faydalıdır. Temel kavram, adresi ve bilgileri bir harfe koymak gibidir.

Mektup, posta hizmetinde bir dizi işlem takip eder. Bu işlemler, mektubu alıcıya ulaştırır. Alıcı, mektubu posta kutusundan alır ve okur. Benzer şekilde, ağlarda kullanılan cihazlar belirli seviyelerde çalışır.

Örneğin, bir Hub cihazı yalnızca katman 1’de çalışır. Bu cihaz sinyali tüm bağlantı noktalarından yükseltir ve iletir. Bir Switch cihazı ise katman 1 ve 2 üzerinde çalışır. Bir Router yani yönlendirici, katman 1, 2 ve 3 üzerinde çalışır.

Son olarak, bir kullanıcı iş istasyonu genellikle katman 5, 6 ve 7’yi işler. Yazılım ise her katmanın bitişik katmanlarla iletişim kurmasını sağlar. Ayrıca, her katman belirli bir protokol kullanır. Paket başlığına bazı ek bilgiler ekler. Bu bilgilere Protokol Başlığı denir.

OSI Katmanları Nedir?

Bu modeli oluşturan çeşitli katmanların şematik açıklaması aşağıdaki gibidir:

1) Physical Layer (Fiziksel Katman)

Fiziksel katman bilgi bitlerini iletim için kullanılan hat üzerinden iletmekten sorumludur. Ayrıca, çeşitli bileşenlerin fiziksel ve elektriksel özellikleri ile ilgilenir. Ayrıca iletim hızını ve yönünü de belirler. Artı, iletim tek yönlü, çift yönlü veya tam çift yönlü olabilir.

Buna ek olarak, elektrik sinyallerinin yorumlanması da bu katmanın görevlerindendir. Bağlantıların ve terminallerin mekanik yönleri de bu katmanın sorumluluğundadır. Bir ikili bilgi paketini, iletimde kullanılan fiziksel ortama uygun darbeye dönüştürmekten sorumludur.

Bu darbeler, elektrik (kablo iletimi), elektromanyetik (kablosuz iletim) veya ışıklı (optik iletim) olabilir. Alım modunda çalışırken, bu darbeleri ikili veri paketlerine dönüştürür. Bu veri paketleri, bağlantı katmanına iletilir.

Örneğin, bu seviye koaksiyel Ethernet kablosunun ölçülerini tanımlar. Kullanılan BNC konektörleri de bu katmanın tanımladığı bileşenlerdendir. Bu katmanla ilgili standartların bir başka örneği, seri iletişim için RS-232 ve X.21’dir.

2) Link Layer (Bağlantı Katmanı)

Bağlantı katmanı, mesajları fiziksel katmandan ağ katmanına aktarır. Ayrıca, verilerin belirli bir ortamda nasıl iletileceğini belirtir. Ethernet paketlerinin çerçevelerini tanımlar. Ayrıca, adresler ve sağlama toplamlarını da belirler.

Yerel adreslemeye ek olarak, hataların tespiti ve kontrolü bu katmanın işlevlerindendir. Ayrıca, veri bütünlüğü ve iletim güvenilirliği ile ilgilenir. Bu nedenle, bilgileri bloklar halinde gruplandırır.

Her blok, alıcının bütünlüğünü kontrol etmesini sağlayacak bir sağlama toplamı içerir. Alıcı, alınan datagramları doğrular. Ayrıca, bozulmuş datagramlar için kontrol mesajı gönderir. PPP protokolü, bu katmanın bir örneğidir.

Bağlantı katmanı, iki alt katmana ayrılır:

1. Mantıksal Bağlantı Kontrolü (LLC): Verilerin üst katmanlara servis sağlayarak aktarılma şeklini tanımlar.
2. Orta Erişim Kontrolü (MAC): Bu alt katman, ağ bağdaştırıcısı için denetleyici görevi görür. Ağ kartı sürücüsü, bazen “MAC sürücüsü” olarakta ifade ediyorlar. Ancak genellikle, fiziksel adresi, MAC adresi olarak biliyoruz.

Bu katmanın ana görevi, fiziksel araçların kullanımını kontrol etmektir. Ayrıca, birkaç takımın aynı anda ulaşım araçlarını kullanmasını sağlar. Ethernet’te kullanılan CSMA/CD mekanizmaları, bu alt katmanın bir örneğidir.

IEEE 802.11 standardı, WLAN’da çalışma kurallarını belirler. Ayrıca, OSI mimarisinin iki alt düzeyini tanımlar. 802.x şubesinin protokolleri, yerel ve büyükşehir alan ağlarının teknolojisini kapsar.

802.11i, kablosuz ağlarda güvenliği ele almak için onaylanmıştır. TKIP şifreleme algoritmasına dayanır. Ayrıca, daha güvenli olan AES’i de destekler.

3) Network Layer (Ağ Katmanı)

Ağ katmanı, datagramların iletilmesi ve yönlendirilmesiyle ilgilenir. İnternet gibi büyük ağlarda karmaşık olabilir. Paket hataları veya kayıplarıyla ilgilenmez. Örneğin, İnternet adresini ve güzergah yapısını tanımlar.

Ağ katmanı bölümünde iki tür paket kullanır: veri ve rota güncelleme paketleri. Sonuç olarak, ikiye ayırabiliriz:

1. Transport (Ulaşım): Verilerin kapsüllemek için çalışır. Bu durumda, IP protokolü ile veri paketleri kullanır.
2. Switching (Geçiş): Ağ bağlantı bilgilerini paylaşır. Bu yüzden etkinliğini kullanıcı oluşturur.

İşte bu yüzden, yönlendiriciler, bu bölümde çalışır ve rota güncelleme paketlerini kullanır. Ayrıca, ICMP protokolünü içerir. ICMP, iletim hataları meydana geldiğinde mesaj üretir. PING kullanılarak doğrulanabilen bir eko modu vardır.

Bu katmandaki yaygın protokoller X.25 ve IP‘dir.

4) Transport Layer (Taşıma Katmanı)

İletim katmanı, hizmetin güvenilirliğini sağlar. Ayrıca, veri sunumunun kalitesini ve niteliğini tanımlar. Yeniden iletimin ne zaman ve nasıl kullanılacağını belirler. Mesajı parçalara böler, sıralar ve ağ katmanına iletir.

Alım sırasında, datagramları yeniden sıralar. Ayrıca, veri bağlantıları arasında bir aktarım bağlantısını çoğaltır. Bu, verilerin aynı akışı paylaşmasına olanak tanır.

UDP, burada kullandığımız bir protokoldür. Bu sebeple İnternet’te bazı uygulama programları bunu kullanmaktadır.

5) Session Layer (Oturum Katmanı)

Taşıma katmanının bir uzantısıdır. Diyalog kontrolü ve senkronizasyon sunar. Ancak, pek çok uygulama bunu kullanmaz.

Örneğin, İnternet iletişimi bunu kullanmaz. Bazı yazarlar, oturum katmanının pratikte bir faydası olmadığını belirtir.

6) Presentation Layer (Sunum Katmanı)

Sunum katmanı, verinin semantik yönleriyle ilgilenir. Ayrıca, verinin sözdizimini tanımlar. Farklı dahili gösterimler kullanan makineler arasındaki iletişimi sağlar. Örneğin, kayan nokta sayılarının aktarımını açıklar.

Aynı zamanda kripto uygulamaları için uygundur. Teorik olarak, verileri uygulama katmanına sunar. Alınan verileri formatlara dönüştürür. Kısacası, metin, görüntü ve ses formatlarını içerir.

İstemci ve sunucu, kullanılacak formatı müzakere etmelidir. Bu fonksiyon ve veri formatlaması, bu katmanın işidir. 1970’lerde, ağ çalışmalarının çoğu “aptal” terminaller kullanan büyük bilgisayarlara veri girme ve çıktı vermeyle ilgiliydi.

Şu anda, veri biçimi için sadece bir seçenek vardır. Ancak, OSI protokolü kodlama şeması üzerinde anlaşmaya devam eder. İnternette, bu katmanı kullanan tek hizmet TELNET’tir. Bu hizmet, uzak terminallerin sunuculara erişimini sağlar. Sunum katmanı, terminalin sunucuya bağlanma özelliklerini yapılandırır.

7) Application Layer (Uygulama Katmanı)

Uygulama katmanı, programların işleyişini açıklar. Örneğin, sistem dosyalarıyla nasıl çalıştıklarını belirtir. Sunum katmanıyla etkileşime girer. Ayrıca, kullanıcı ara yüzünü temsil eder. Sonuç olarak, bilgiyi iletir ve iletişim komutlarını alır.

Bu katmandaki protokoller; HTTP, SMTP, POP, IMAP ve Modbus İletişim Protokolüdür.

Ağ Katmanının OSI Modeli İçinde Çalışması

Ağ katmanı, coğrafi olarak farklı ağlardaki makineleri bağlar. Kısacası, en iyi yolu seçerek hizmetlerini taşıma katmanına sağlar.

Bilgi anahtarlama ve yönlendirme işlevlerinden sorumludur. Ayrıca, mantıksal adreslemeyi de yönetir. Kaynak ve hedef arasında veri alışverişi prosedürlerini belirler. Bu nedenle, ağın topolojisini bilmelidir.

Ağ katmanının ana fonksiyonları:

• Aktarım katmanının iletilerini paketlere böler. Bu paketler, mantıksal adresler içerir.
• Ağ topolojisini bilir. Bu yüzden, kaynak ve hedef farklı ağlardaysa bunu yönetir.
• Paketleri yönlendirir ve anahtarlama yöntemlerini belirler. Daha sonra, yönlendiriciler aracılığıyla bilgi aktarır.
• Paketleri sanal devre veya datagram kullanarak gönderir. Ardından, hedef bilgisayara ulaşınca paketleri monte eder.

Sonuç olarak, yönlendiriciler bu kısımda çalışır. Veri paketlerini kaynaktan hedefe yönlendirir. Özetçe, en iyi yolu kullanarak cihazlar arasında veri taşırlar.

IP’nin OSI Modeli İçinde Çalışması

IP protokolü İnternet’in temel dayanağıdır. Özetçe, verileri kaynaktan hedefe göndermeyi sağlar. Ancak, aktarım seviyesi veri akışını datagramlara böler. Ayrıca, iletim sırasında datagram tekrar parçalara ayırır.

IP Paketleri:

• 4. Sürüm: Güncellemelere izin verir.
• IHL: Başlığın uzunluğu, maksimum 60 bayttır.
• Servis Tipi: Veri iletiminin güvenilirliğini belirler.
• Toplam Uzunluk: En fazla 65.535 bayta kadar.
• DF (Parçalanma): Hedef datagramı tekrar bağlayamaz.
• MF (Daha Fazla Parça): Son parçada belirlenmez.
• Parçanın Yer Değiştirmesi: Bu parça datagramın hangi kısmına ait olduğunu gösterir.
• Yaşam Süresi: Her atlamada azalır.
• Protokol: Datagramın dayandığı taşıma protokolüdür.

Veri İletimi için OSI Protokolü Adımlarını Anlama

OSI, verileri ağ üzerinden iletirken iki sistematik adım uygular. Her adım, diğerinde gerçekleşmeyen belirli eylemler içerir. Ayrıca, her adım kendi protokolünü içerir. Protokolleri uygun sırayla uygular ve ağdaki tüm bilgisayarlarda aynı yapar. Yani, kaynak bilgisayarda adımları yukarıdan aşağıya doğru işler.

Kaynak Bilgisayardaki OSI Protokoller:

• Verileri daha küçük paketlere ayırır.
• Paketlere IP adresi bilgisi ekler.
• Verileri NIC üzerinden iletir ve ağ kablosuyla gönderir.

Hedef Bilgisayardaki OSI Protokoller:

• Veri paketlerini kablodan alır.
• NIC aracılığıyla bilgisayara iletir.
• Eklenen bilgileri çıkarır.
• Paket verilerini arabelleğe kopyalar.
• Verileri yeniden düzenler ve uygulamaya gönderir.

Sonuç olarak, kaynak ve hedef bilgisayarlar aynı adımları izlemelidir. Böylece, veriler göndermede ve almada aynı yapıda çalışır.

OSI Modelinde TCP/IP Paketlerinin İşlenmesi

OSI içinde TCP/IP protokolleri, bilgisayarların ağlar üzerinden iletişimini sağlar. Ayrıca, bu protokoller genellikle protokol yığını olarak adlandırırız. Yani, her protokol yığını, belirli bir amacı yerine getirir.

TCP yığını, uygulama, sunum ve oturum yığınlarını birleştirir. Bu aynı zamanda uygulama yığını anlamına geliyor. Bu süreçte, veri iletimi için ambalajın özellikleri belirleniyor. Daha sonra, TCP uygulama yığını, verileri biçimlendirir ve alt yığın olan taşıma yığınına gönderir.

Ek olarak, bu yığın, üstteki üç OSI yığını tarafından yapılan eşdeğer işlemleri yapar: uygulamalar, sunumlar ve oturumlar.

Bir sonraki yığın, veri aktarımından sorumludur. Gönderilen ve alınan verilerin aynı olduğunu kontrol eder. Yani, veri gönderilirken hata olmadığını sağlar. TCP, verileri parçalara ayırır ve her parçaya bir başlık ekler. Bu başlık, verileri işlerken doğru bir şekilde birleşmesini kontrol eder.

Üçüncü yığın ise verileri IP datagramlarına yerleştirir. Tam İnternet adresini belirler ve teslim için hazırlar. IP protokolü, ağ yığını olarak da bilinen İnternet yığınında çalışır.

İşte bu yüzden her segmente bir başlık ekler. IP başlığı, gönderen ve alan bilgisayarların IP adresi gibi bilgileri içerir. Ayrıca, datagramın uzunluğu ve sıralama bilgilerini de içerir. Çünkü, datagram ağ paketleri için izin verilen boyutu aşabilir ve daha küçük paketlere böler. Daha sonra sıralama bilgilerini uygun şekilde yeniden birleştirir.

OSI İçin Ana Referans Nedir?

Bir iletişim sistemi, farklı üreticilerin ekipmanları arasında standartların oluşturulmasını gerektirir. Bu standartlar, aynı teknolojiyi kullanarak iletişim kurmayı sağlar. Elektronik ekipman arasındaki bağlantı zamanla standart hale gelmiştir. Bu sebeple OSI Modeli, ağ iletişimi için ana referanstır.

Bununla birlikte, diğer modeller de vardır. Ancak günümüzde çoğu ağ üreticisi, ürünlerini genellikle OSI modeliyle ilişkilendirir. Özellikle, kullanıcılara ürünlerin nasıl kullanılacağını öğretirken OSI modeline atıfta bulunurlar. Ayrıca, üreticiler bu modeli, veri iletimini öğretmek için en iyi araç olarak görür.

OSI referans modeli, kullanıcıların ağ işlevlerini her katmanda görmesini sağlar. Bu model, kullanıcılar için anlaşılır bir yapıya sahiptir. Ayrıca, IP’nin hem IPv4 hem de IPv6 sürümlerini tanımlar ve açıklar.

Yeni sürüm oluşturma ihtiyacı, eski IP adreslerinin tükenmesine dayanır. Bu nedenle, OSI modeli açıklanmış ve 3. katman üzerine vurgu yapılmıştır. İnternet protokolü bu katmanda çalışır ve verinin iletim yolunu belirler.

OSI Modeli Nasıl Çalışır?

OSI modeli yapısının temel prensibi, karşı tarafla iletişim kurmak için yığın düzeylerini karşılaştırmaktır. Örneğin, bir veri göndermek istediğinizde, cihazınız hedefteki uygulama yığınını gözlemler ve iletişim kurar.

Bu iletişim, Ethernet veya Token Ring gibi ağ yapılarından bağımsız olarak gerçekleşir. Ayrıca, TCP, OSI modelinin uygulama, sunum ve oturum alanlarını birleştirir. Kısacası, bu alanlar, uygulama yığını modelinde toplanarak çalışır.

OSI Modeli Hakkında Sık Sorulan Sorular (SSS / FAQ)

Sonuç

Sonuç olarak, Açık Sistemler Bağlantısı (OSI) modeli temel bir kavramdır. Bu sebeple ağ ve telekomünikasyon alanında önemli bir yer tutar. Yedi katmanlı çerçevesi, karmaşık sistemleri anlamak için ortak bir dil sağlar. Ayrıca, bu yapı, uygulama aşamasında da rehberlik eder.

Teknoloji geliştikçe, OSI modelinin ilkeleri önemlidir. Bu ilkeler, sağlam ve uyumlu ağ çözümleri için zamansız bir rehber sunar. Ek olarak, bu yapı standardizasyonu ve modüler tasarımı teşvik eder. Bu sayede, modern iletişim ve ağ teknolojilerinin evrimini şekillendirir.