Ghid CCNA

Modelul OSI vs TCP/IP explicat (cu exemple)

Modelele pe straturi sunt primul lucru pe care îl înveți în rețelistică și ultimul pe care îl mai folosești la depanare, după ani de meserie. „E o problemă de nivel 1” înseamnă „verifică cablul”; „merge ping-ul, dar nu merge site-ul” te duce spre straturile de sus. Modelul e un limbaj comun.

În ghidul ăsta vezi cele 7 straturi ale modelului OSI și cele 4 ale modelului TCP/IP, cum se numesc datele la fiecare strat, ce protocoale și echipamente aparțin fiecăruia, cum se încapsulează pas cu pas o cerere către un site și ce capcane apar la examen. La final ai 5 întrebări cu răspunsuri.

În cursurile CCNA v8 de la Networking Academy, modelele se predau în CCNA 1 · ITN, modulul 2 (protocoale și modele), iar straturile sunt apoi detaliate pe rând: fizic (modulul 3), legătura de date (modulul 5), rețea (modulul 9), transport (modulul 14) și aplicație (modulul 15).

De ce avem modele pe straturi

O rețea face multe lucruri deodată: transformă biți în semnale, găsește destinatarul pe același segment, alege drumul prin Internet, verifică dacă au ajuns toate datele, le livrează aplicației potrivite. Modelele pe straturi împart munca asta în bucăți, fiecare cu rolul ei:

• fiecare strat face un singur tip de treabă și folosește serviciile stratului de dedesubt;
• producătorii pot lucra independent: placa de rețea a unei firme merge cu sistemul de operare al alteia, pentru că amândouă respectă aceleași interfețe între straturi;
• poți schimba un strat fără să le atingi pe celelalte: treci de la cablu la Wi-Fi, iar browserul nu observă nimic;
• depanezi metodic: verifici straturile pe rând, de jos în sus sau de sus în jos.

Modelul OSI: cele 7 straturi

OSI (Open Systems Interconnection) a fost publicat de ISO ca model de referință. Protocoalele OSI propriu-zise nu s-au impus, dar împărțirea în 7 straturi a rămas vocabularul standard al meseriei.

Câteva precizări care te scapă de confuzii:

• Stratul 2 are în realitate două sub-straturi: LLC (legătura cu stratul de rețea) și MAC (accesul la mediu și adresarea fizică).
• Ethernet și Wi-Fi acoperă și stratul 1, și stratul 2. Standardul descrie atât semnalele, cât și formatul frame-ului.
• La stratul 4, dacă întrebarea nu precizează protocolul, răspunsul așteptat pentru PDU e segment.
• O placă de rețea lucrează la straturile 1 și 2, iar un calculator sau un server folosește toate cele 7.
• Un firewall modern poate inspecta trafic de la stratul 3 până la 7, în funcție de tip.

Straturile de sus (5, 6, 7): de ce par neclare

În practică, aplicațiile fac singure munca straturilor 5 și 6. Un browser deschide sesiunea, alege formatul datelor și criptează conexiunea (prin TLS), toate în același program. De aceea mulți le tratează împreună ca „partea de aplicație”, exact cum face modelul TCP/IP.

Modelul TCP/IP: 4 straturi (sau 5)

Modelul TCP/IP a apărut odată cu protocoalele pe care le folosește Internetul. Nu e o teorie scrisă înainte, ci descrierea modului în care funcționează efectiv rețelele de azi. În materialele CCNA are 4 straturi:

În unele cărți vei vedea un model TCP/IP cu 5 straturi: stratul Network Access e despărțit în Data Link și Physical. E aceeași idee, doar cu granița de jos mai clară. La examen, citește atent câte straturi are modelul din întrebare.

Comparație directă OSI vs TCP/IP

Pe scurt: când spui „switch de nivel 2” sau „problemă de nivel 1” vorbești în OSI. Când explici cum ajunge o pagină web din Internet pe telefon, gândești în TCP/IP. Cele două se suprapun ușor, iar la examen trebuie să treci dintr-unul în altul fără efort.

PDU-urile: cum se numesc datele la fiecare strat

Pe drumul în jos, fiecare strat adaugă propriul antet (header) în fața datelor primite de sus. Rezultatul se numește PDU (Protocol Data Unit) și are alt nume la fiecare strat:

Stratul 2 e singurul care pune ceva și la final: FCS (Frame Check Sequence), o sumă de control cu care destinatarul verifică dacă biții au ajuns nealterați. Un frame cu FCS greșit e aruncat.

Procesul de adăugare a anteturilor se numește încapsulare. Procesul invers, la destinatar, când fiecare strat își citește și își scoate antetul, se numește decapsulare.

Exemplu complet: ce se întâmplă când deschizi un site

Hai să urmărim o cerere reală. Ești pe laptop, conectat la routerul de acasă, și scrii în browser routerel.app. Datele de pornire (inventate, dar realiste):

Pasul 0: afli adresa IP a serverului (DNS)

Browserul știe un nume, dar rețeaua lucrează cu adrese. Laptopul întreabă un server DNS, de obicei prin UDP, portul 53, și primește adresa 203.0.113.10. Și cererea DNS trece prin toate straturile, exact ca mai jos, doar cu UDP în loc de TCP.

Pasul 1: stratul aplicație

Browserul pregătește cererea HTTP (în esență „dă-mi pagina principală de la routerel.app”). Pentru că site-ul folosește HTTPS, după ce se stabilește conexiunea TCP, cererea e criptată cu TLS. Pentru model, rezultatul sunt datele.

Pasul 2: stratul transport

HTTPS folosește TCP, portul 443. Înainte de orice date, TCP stabilește conexiunea prin acel „handshake” în trei pași (SYN, SYN-ACK, ACK). Apoi datele primesc un antet TCP cu:

• portul sursă: un număr ales temporar de sistemul de operare, de exemplu 51514, ca răspunsul să ajungă înapoi la conexiunea corectă a browserului;
• portul destinație: 443;
• numere de secvență și de confirmare, ca nimic să nu se piardă și totul să ajungă în ordine.

Acum ai un segment.

Pasul 3: stratul rețea

Segmentul primește un antet IP: sursa 192.168.1.10, destinația 203.0.113.10, un TTL (de exemplu 64 sau 128, în funcție de sistemul de operare) și câmpul care spune că înăuntru e TCP. Acum ai un packet.

Pasul 4: stratul legătură de date

Aici apare cea mai importantă idee a exemplului. Laptopul compară rețeaua destinației cu a sa: 203.0.113.10 nu e în 192.168.1.0/24. Deci packet-ul nu poate fi livrat direct, ci trebuie dat default gateway-ului.

Laptopul are nevoie de MAC-ul routerului, nu al serverului. Dacă nu îl are deja în cache, îl află prin ARP. Apoi construiește frame-ul Ethernet:

• MAC destinație: BB-BB-BB-22-22-22 (routerul de acasă);
• MAC sursă: AA-AA-AA-11-11-11 (laptopul);
• tipul: IPv4;
• la final, FCS-ul.

Acum ai un frame.

Pasul 5: stratul fizic

Placa de rețea transformă frame-ul în biți: semnale electrice pe cablu sau unde radio pe Wi-Fi.

Ce face routerul

Routerul primește biții, refăcând frame-ul. Verifică FCS-ul, vede că MAC-ul destinație e al lui și scoate frame-ul. Citește packet-ul IP, caută destinația în tabela de rutare, scade TTL-ul cu 1 și construiește un frame nou, cu adresele MAC potrivite pentru legătura următoare. Routerul de acasă mai face ceva: NAT, adică înlocuiește adresa IP sursă privată cu adresa publică primită de la furnizor.

Fiecare router de pe drum repetă povestea: frame nou la fiecare hop, packet-ul IP merge mai departe.

Ce face serverul

Serverul face drumul invers: biți → frame (verifică FCS, scoate antetul Ethernet) → packet (verifică IP-ul destinație, scoate antetul IP) → segment (vede portul 443 și dă datele serverului web) → date. Serverul web răspunde, iar răspunsul se încapsulează și pleacă înapoi, cu porturile inversate: sursa 443, destinația 51514.

Rezumatul anteturilor

Regula de reținut: MAC-urile se schimbă la fiecare hop, adresele IP rămân de la un capăt la altul (dacă nu intervine NAT).

Capcane frecvente la examen

1. Switch-ul e de nivel 2, routerul de nivel 3, hub-ul de nivel 1. Excepția: switch-ul multilayer (Layer 3), care poate ruta.
2. Segment vs. datagramă vs. packet vs. frame. TCP face segmente, UDP datagrame, IP packet-uri, Ethernet frame-uri. Dacă întrebarea zice „la stratul 2”, răspunsul e frame. Dacă întrebarea nu precizează protocolul, răspunsul așteptat pentru stratul 4 e segment.
3. Cine adaugă ce adresă. Porturi: stratul 4. Adrese IP: stratul 3. Adrese MAC: stratul 2.
4. Doar stratul 2 adaugă trailer. Antet adaugă straturile 4, 3 și 2; coadă (FCS) doar stratul 2.
5. Internet = Network. Stratul „Internet” din TCP/IP corespunde stratului 3 din OSI, nu întregului Internet.
6. Network Access = straturile 1 și 2. Nu doar stratul 1.
7. Criptarea, compresia și formatele (JPEG, ASCII) țin de stratul 6, Presentation. Dialogul (deschidere, închidere, reluare) ține de stratul 5, Session.
8. ICMP e la stratul 3, chiar dacă mesajele lui călătoresc în interiorul packet-urilor IP. Ping-ul nu folosește porturi.
9. ARP e la granița dintre straturile 2 și 3. Leagă o adresă IP de una MAC, iar mesajele lui sunt puse direct în frame-uri Ethernet, fără antet IP. Citește atent ce cere întrebarea: rolul lui sau unde sunt transportate mesajele.
10. MAC-ul destinație al unui packet spre Internet e al gateway-ului, nu al serverului. E poate cea mai frecventă capcană din tot capitolul.
11. Ordinea la încapsulare e de sus în jos (7 → 1), la decapsulare de jos în sus (1 → 7).

Trucuri de memorare (în română)

Pentru straturile OSI de jos în sus (Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application):

De sus în jos (A, P, S, T, N, D, P):

Pentru PDU-uri, de sus în jos (Data, Segment, Packet, Frame, Bits):

Cuvintele încep cu literele termenilor în engleză, pentru că la examen vei vedea Physical, Frame și Packet, nu traducerile lor.

Întrebări de exersat

1. Un PC trimite un e-mail. La ce strat OSI se adaugă portul destinație și cum se numește PDU-ul rezultat, dacă protocolul de transport este TCP?
2. Un switch primește un frame și se uită în tabela lui de adrese ca să decidă pe ce port îl trimite. După ce adresă decide și la ce strat lucrează în acest caz?
3. Un packet pleacă de la PC-ul A, trece prin două routere și ajunge la serverul B. Fără NAT, ce se schimbă la fiecare hop: adresele MAC, adresele IP sau amândouă?
4. Căror straturi din modelul OSI le corespunde stratul Network Access din modelul TCP/IP?
5. Un fișier e comprimat și criptat înainte de a fi trimis. Cărui strat OSI îi atribuie modelul aceste funcții?

Cum folosești modelul în practică

Modelul nu e doar pentru examen. Când „nu merge internetul”, o depanare ordonată de jos în sus arată așa:

• Stratul 1: e cablul conectat, ledul portului aprins, Wi-Fi-ul pornit?
• Stratul 2: e portul în VLAN-ul corect, apare MAC-ul în tabela switch-ului? (Despre VLAN-uri ai ghidul despre VLAN-uri și trunk-uri.)
• Stratul 3: are dispozitivul adresă IP, mască și gateway corecte? Merge ping spre gateway? (Pentru măști și subrețele: subnetting pas cu pas; pentru IPv6: adresele IPv6 explicate.)
• Stratul 4 și peste: merge ping spre server, dar nu și site-ul? Atunci verifici DNS-ul, portul, firewall-ul, aplicația.

Comenzile cu care faci aceste verificări pe echipamentele Cisco sunt adunate în fișa cu comenzile Cisco IOS.

Întrebări frecvente

Routerel este o aplicație independentă și nu este afiliată, sponsorizată sau aprobată de Cisco Systems, Inc. Cisco, CCNA, Cisco IOS și Networking Academy sunt mărci înregistrate ale Cisco Systems, Inc.