Iso модель: The OpenNet Project: .

Это база. Сетевая модель OSI. Истоки / Хабр

Ни один курс по сетевым технологиям не обходится без модели Open Systems Interconnection или попросту OSI. Как говорится, «это баааза», на принципах которой создавались другие современные модели. Хотя сегодня она не особо применяется на практике, это не значит, что сетевым специалистам не нужно понимать ее принципы. 

История модели OSI задокументирована не полностью, но нам известны имена людей и названия организаций, вовлеченных в ее создание. Поэтому в этой статье были собраны известные факты об OSI на основе материалов из Интернета, например, онлайн-книги Джеймса Пелки «History And Development Of The Osi Model» и данных из интервью 1 и интервью 2 с Чарльзом Бакманом. Также на Habr я наткнулась на перевод статьи «OSI: Интернет, которого не было», где представлена история о моделях OSI и TCP/IP. Однако я решила самостоятельно изучить истоки OSI и больше углубится в этот период. Если вам интересно понять, что же тогда происходило, то приступим.

Ключевые герои в истории OSI

Начнем с главных героев этой истории. Honeywell Information System – американская корпорация, производящая электронные системы управления и автоматизации. Именно здесь была собрана группа ученых, работающая над созданием семиуровневой модели.

Спасибо Wikipedia за фото Чарльза Бахмана

Майк Канепа (Mike Canepa) и Чарльз Бакман (Charles Bachman) – ученые и главы группы разработки модели OSI в компании Honeywell Information System. К сожалению, о Майке Канепа известно мало, но он часто упоминается в этой истории. А вот Чарльз Бакман является известным специалистом, интервью которого позволяют понять, что происходило в период разработки OSI. Он был пионером в области управления компьютерными системами и разработки баз данных. В группе создания OSI Чарльз также являлся главным техническим специалистом. 

Юбер Циммерманн (Hubert Zimmerman) – французский инженер-программист, специалист по компьютерным сетям и один из председателей группы ISO. Был одной из ключевых фигур, продвигающей идею эталонной модели OSI.

Следующая и важнейшая компания в этой истории – это Международная организация по стандартизации (ISO). Независимая неправительственная организация, которая занимается разработкой международных стандартов. Здесь также стоит упомянуть американское объединение ANSI, поддерживающее деятельность ISO.

История разработки модели OSI

История разработки OSI началась с небольшой группы ученых, во главе которой стояли Майк Канепа и Чарльз Бакман. В начале и середине 1970-х годов основное внимание группы было сосредоточено на проектировании и разработке прототипов систем для компании Honeywell Information System. А в середине 1970-х группа поняла, что для поддержки машин с базами данных распределенного доступа и их взаимодействия необходима более структурированная коммуникационная архитектура.

Honeywell Information System

Ученые стали изучать некоторые из существующих тогда решений, в том числе и многоуровневую сетевую архитектуру IBM (SNA). Уже тогда они поняли, что будут конкурировать с ней, так как модель оказалась схожа с той, что разрабатывали в Honeywell. SNA (Systems Network Architecture) была создана IBM для определения общих соглашений связи и передачи данных между аппаратными и программными продуктами IBM. Она представляла собой иерархический подход к системам и имела архитектуру терминал-компьютер. В одном из своих интервью Чарльз Бакман отмечает, что у SNA были фундаментальные проблемы, связанные с ее иерархической системой, поэтому группа работала над собственной моделью.

SNA and OSI: Three Strategies for Interconnection. Matthew A. Tillman and David (Chi-Chung) Yen

Возвращаемся к истории. Результатом исследований и работы над проектированием собственного решения стала разработка в 1977 году многоуровневой архитектуры, известной как архитектура распределенных систем HDSA (Honeywell Distributed System Architecture). Этот проект создавался, чтобы предоставить виды протоколов «процессор-процессор» и «процессор-терминал», необходимые для взаимодействия произвольного количества машин и произвольного количества людей. Это должно было стать основой для создания системных приложений (Чарльз Бакман, интервью Джеймса Л.Пелки).

Создание комитета OSI

В 1977 году Британский институт стандартов предложил Международной организации по стандартизации (ISO) создать стандарты для открытого взаимодействия между устройствами. Новые стандарты должны были предложить альтернативу закрытым системам традиционных компьютеров, разработанных без возможности взаимодействия друг с другом. 

В результате ISO сформировала комитет по взаимосвязи открытых систем (OSI). А американскому национальному институту стандартов (ANSI), входящему в ISO, было поручено разработать предложения для первого заседания комитета. Бакман принял участие во встречах ANSI и представил многоуровневую модель. Она была выбрана как единственное предложение, которое представили комитету ISO SC-16.

Вашингтон, округ Колумбия, март 1978 года

С 28 февраля по 2 марта 1978 года в Вашингтоне проходило собрание ISO, где команда Honeywell презентовала свое решение ISO. На встрече собралось множество делегатов из десяти стран и наблюдатели из 4 международных организаций. На этом совещании было достигнуто соглашение, что многоуровневая архитектура HDSA удовлетворяет большинству требований и что ее можно будет расширить позже. 

Для дальнейшей работы над усовершенствованием модели было решено собрать рабочие группы. Их главной целью было составление общего международного архитектурного положения.

Юбер Циммерман. Источник: Джеймс Пелки, «The History of Computer Communication»

Модель, которую представили на собрании, состояла из шести слоев, куда изначально не входил нижний, физический уровень. И здесь вступает в игру Юбер Циммерманн, председатель OSI и глава архитектурной группы, который и предложил включить в модель физический уровень. Необходимо было узнать, как подавать импульсы на провода. Чарльз Бакман отмечает, что Юбер был одним из самых важных людей в этом комитете, с точки зрения его вклада в работу.

Принятие модели как стандарта

Ученые проводили собрания каждые шесть месяцев и укладывались в очень жесткие графики. В интервью Бакман вспоминает, что все ночи, в которые проходили встречи и велись работы, были долгими и поздними, группы стремились достичь главной цели и создать международное предложение по стандартизации.

Следующая встреча была в Париже. Перед ней группа ученых в 2 или 3 часа ночи обновляла и копировала текст документа (вспоминаются студенты перед сессией). Забавный факт: 6 или 7 человек группы Бакмана поместились, а точнее навалились друг на друга, в маленькую французскую машину Юбера Citroën 2CV (Deux Chevaux), чтобы успеть на собрание. Цель, которая двигала Бакмана и его коллег вперед – это возможность использовать модель на практике, познакомить всех с понятием многоуровневой архитектуры. 

Бакман отмечает, что каждая встреча была важна, на всех из них добивались прогресса. Однако на каждом собрании всегда присутствовали новые люди, поэтому часть времени тратилась на то, чтобы вовлечь их в процесс.

Начиная с 1977 года, ISO провела программу по разработке общих стандартов и методов создания сетей, но аналогичный процесс появился в некоммерческой организации по стандартизации информационных и коммуникационных систем (ECMA) и Международном консультативном комитете по телеграфу и телефону (CCITT). Делегаты от этих групп присутствовали на собраниях ISO, и все они работали над одной целью. Позже CCITT приняла документы, которые почти идентичны документам ISO, и группа стала сотрудничать с ISO.

В 1983 году документы CCITT и ISO были объединены, чтобы сформировать Базовую эталонную модель взаимодействия открытых систем или просто модель OSI. Общий документ был опубликован в 1984 году как стандарт ISO 7498.

Теперь немного подробнее о самой модели OSI и ее принципах.

Сетевая модель OSI – «это баааза»

Как вы поняли из истории, это набор правил, который описывает процесс взаимодействия устройств по сети. OSI выступает первой стандартной моделью в области сетевых коммуникаций.

Модель OSI

По модели процесс передачи данных по сети происходит постепенно от одного уровня к другому. На каждом из них используются информация с прошлого уровня и определенные протоколы. Главными героями здесь выступают устройства отправителя и получателя, а также сами передаваемые данные. И как раз процесс обмена информации между устройствами определяет модель OSI. 

На физическом уровне информация предстает в виде битов, а на прикладном она отражается в более привычном для нас виде, в виде данных. Существует два процесса перехода от первого уровня к седьмому и наоборот. Первый – это инкапсуляция, когда данные отправляются с устройства и переводятся в биты. Второй – декапсуляция, обратный переход, когда биты трансформируются в данные.

Разбираемся, что конкретно делают уровни, и что же там происходит. Смотрим на модель снизу вверх.

Уровень 1: Физический

Начнем (кто бы удивился) с уровня 1. Здесь происходит обмен оптическими, электрическими или радиосигналами между устройствами отправителя и получателя. 

На этом уровне железо не распознает данные в классическом для нас виде (картинки, текст, видео), но оно понимает биты (единицы и нули) и работает только с сигналами. Таким оборудованием выступают концентраторы, медиаконвертеры или репитеры. Здесь информация или биты передаются либо по проводам, кабелям, либо без них, например через Bluetooth, Wi-Fi.  

Когда возникает проблема с сетью, многие специалисты сразу же обращаются к физическому уровню, чтобы проверить, например, не отключен ли сетевой кабель от устройства.

Уровень 2: Канальный

Мы прошли первый уровень. Что же дальше? Если в локальной сети находится более двух устройств, то необходимо определить, куда конкретно направлять информацию. Этим занимается как раз канальный уровень, принимающий на себя важную роль адресации. 

Второй уровень принимает биты и трансформирует их в кадры (фреймы). Здесь существуют MAC-адреса (Media Access Control), которые необходимы для идентификации устройств. На втором уровне происходит еще проверка на ошибки, и исправление информации, а также управление ее передачей. Этим занимается LLC (Logical Link Control).

На канальном уровне работают уже более умные железки – коммутаторы. Их задачей является передача кадров от одного устройства другому, используя MAC-адреса.

Уровень 3: Сетевой

На третьем уровне происходит маршрутизация трафика. Этим занимаются такие устройства, как роутеры или маршрутизаторы. 

На сетевом уровне работает протокол ARP (Address Resolution Protocol), который определяет соответствие между логическим адресом сетевого уровня (IP) и физическим адресом устройства (MAC). Здесь пересылаемая информация выступает уже в виде пакетов, состоящих из заголовка и поля данных.

Информация об известных IP и MAC-адресах хранится в виде таблицы (ARP-таблица) с данными, что позволяет устройствам не тратить время на повторную идентификацию. 

Уровень 4: Транспортный

Четвертый уровень получает пакеты и передает их по сети. Он отвечает за установку соединения, надежность и управление потоком. Блоки данных делятся на отдельные фрагменты, размеры которых зависят от используемого протокола. Главными героями тут выступают 2 протокола TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). В чем их отличие и когда их применять?

При транспортировке данных, наиболее восприимчивых к потерям, например, web-страницы, задействуется протокол TCP с установлением соединения. Он контролирует целостность информации, в данном случае нашей страницы, ибо потеря какого-то контента заставит задуматься пользователя о его полезности. Чтобы сделать передачу более эффективной и быстрой, транспортный уровень разбивает данные на более мелкие сегменты.

UDP-протокол используется с данными, для которых потери не так критичны, например, мультимедиа-трафик. Для них более заметна будет задержка, поэтому UDP обеспечивает связь без установки соединения. Во время передачи данных с помощью протокола UDP, пакеты делятся уже на автономные датаграммы. Они могут доставляться по разным маршрутам и в разной последовательности.

Уровень 5: Сеансовый

Уровни с пятого по седьмой уже работают с чистыми данными. И здесь за дело берутся не сетевые инженеры, а разработчики.

Сеансовый уровень, исходя из названия, отвечает за поддержание сеанса или сессии. Он координирует коммуникацию между приложениями и отвечает за установление, поддержание и завершение связи, синхронизацию задач и сам обмен информацией. Примером для пятого уровня можно назвать созвон в Zoom или прямой эфир на YouTube. Во время сессии необходимо обеспечивать синхронизированную передачу аудио и видео для всех участников, а также поддерживать саму связь. За это как раз отвечают протоколы сеансового уровня (RPC, H.245, RTCP).

Уровень 6: Уровень представления

Шестой уровень подготавливает информацию для последнего и преобразует (сжимает, кодирует, шифрует) их в понятный язык для пользователя или машины. Например, если вы отправляете картинку, то она сначала приходит в виде битов, а потом трансформируются в JPEG, GIF или другой формат.

Уровень 7: Прикладной

Верхний уровень модели OSI – это прикладной. С помощью своих протоколов он отображает данные в понятном конечному пользователю формате. Сюда входят такие технологии, как HTTP, DNS, FTP, SSH и многое другое. Почти каждый человек ежедневно взаимодействует с протоколами прикладного уровня.

Как это все работает?

Чтобы информация могла быть передана по сети от устройства к устройству, данные должны пройти семь кругов, а точнее уровней по модели OSI. Информация передается с уровня 7 вниз на уровень 1 от отправителя, а затем передается с уровня 1 на уровень 7 на устройстве получателя. 

Примером передачи данных по модели OSI является приложение электронной почты. Когда пользователь отправляет письмо, оно приходит на уровень представления с использованием определенного протокола (SMTP для исходящей электронной почты). Уровень представления сжимает информацию и отправляет сообщение на сеансовый, который открывает сессию для связи между устройством отправителя и исходящим сервером.

Далее вступает в силу транспортный уровень, где сегментируются полученные данные. Затем сетевой уровень разбивает сегменты на пакеты и отправляет их на канальный уровень, где они разбиваются на фреймы. Фреймы переходят на физический уровень, где информация преобразуется в биты и передается через физическую среду, ​​беспроводные соединения или кабели.

Когда сообщение доходит до получателя, происходит обратный процесс, где информация переходит из битовых единиц и нулей в сообщение на почте получателя. Как-то так.

Что же дальше?

Если кратко разбирать, что произошло дальше, то в 1970-90-х существовало два конкурирующих стандарта: протокол TCP/IP и OSI. Несмотря на годы разработки, серьезные усилия со стороны лидеров отрасли, правительств и ученых, OSI была отвергнута на практике, и TCP/IP стал стандартом де-факто для всего интернет-трафика.

OSI была попыткой отрасли убедить участников согласовать общие сетевые стандарты. В течение периода в конце 1980-х и начале 1990-х инженеры, организации и страны поляризовались по вопросу о том, какой стандарт, модель OSI или TCP/IP сделает компьютерные сети надежными. Однако в то время как OSI разработала свои сетевые стандарты в конце 1980-х, TCP/IP стал широко использоваться для межсетевого взаимодействия. Строгую многоуровневую структуру OSI интернет-защитники считали неэффективной.

Модель OSI все еще используется в качестве эталона, однако протоколы, изначально задуманные для этой модели, не приобрели популярности. Некоторые инженеры утверждают, что эталонная модель по-прежнему актуальна для облачных вычислений. Другие говорят, что исходная модель OSI не соответствует сегодняшним сетевым протоколам, и предлагают вместо этого упрощенный подход.

В статье была описана история появления модели OSI и принцип ее работы. Она подходит для теоретического понимания сетевого стека, поскольку это базовая и обязательная технология для работы с сетями, но ее, на самом деле, не так просто использовать на практике. В настоящее время применяют модель TCP/IP, на которой работает Интернет. Она имеет аналогичную многоуровневую структуру, но не такую сложную, потому что объединяет некоторые уровни OSI. 

Если нашли неточности или знаете дополнительные факты об истории OSI, буду рада видеть их в комментариях.

Материалы

Здесь собраны материалы, которые использовались в статье и которые можно почитать/посмотреть, чтобы еще больше углубится в историю:

• Почитать об отличиях модели SNA и OSI можно в статье «SNA and OSI: Three Strategies for Interconnection» от Мэтью Тилмана (Matthew A. Tillman) и Дэвида Йена (David Chi-Chung Yen).

• В интервью Джеймса Пелки Чарльз Бакман отвечает на вопросы о модели OSI,  рассказывает о собраниях ISO и их участниках.

• Веб-сайт, созданный на основе книги Джеймса Пелки «The History of Computer Communications». Тут собраны личные рассказы людей, участвовавших в развитии компьютерных коммуникаций.

• В публикации на Habr представлен перевод статьи «OSI: Интернет, которого не было» Эндрю Л. Рассела. Если вы хотите узнать, как же TCP/IP превзошел OSI, то вам сюда.

• В видеоинтервью Гарденера Хендри Чарльз Бакман рассказывает про «Проект интегрированных систем 2» General Electric, который был предназначен для создания общей «Производственной информации и системы управления» или MIACS. Этот проект, в свою очередь, создал интегрированное хранилище данных (IDS), первую систему управления базами данных. Здесь он также упоминает и про OSI.

UPD: Citroën 2CV (Deux Chevaux) — это французский автомобиль, а не британский.

Модели OSI — пособие для начинающих

Современный мир ИТ — огромная ветвящаяся сложная для понимания структура. Чтобы упростить понимание и улучшить отладку ещё на этапе проектирования протоколов и систем была использована архитектура модульности. Нам гораздо проще выяснить, что проблема в видеочипе, когда видеокарта идет отдельным от остального оборудования устройством. Или заметить проблему в отдельном участке сети, чем перелопачивать всю сеть целиком.

Отдельно взятый пласт ИТ — сеть — тоже построена модульно. Модель функционирования сети назывется сетевая модель базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI. Кратко — модель OSI.

Модель OSI состоит из 7 уровней. Каждый уровень абстрагирован от других и ничего не знает о их существовании. Модель OSI можно сравнить с устройством автомобиля: двигатель выполняет свою работу, создавая крутящий момент и отдавая его коробке передач. Двигателю абсолютно без разницы что дальше будет происходить с этим крутящим моментом. Будет он крутить колесо, гусеницу или пропеллер. Точно так же как и колесу нет никакого дела откуда к нему пришел этот крутящий момент — от двигателя или рукоятки, которую крутит механик.

Здесь необходимо добавить понятие полезной нагрузки. Каждый уровень несет в себе какое-то количество информации. Часть этой информации является служебной для этого уровня, например, адрес. IP-адрес сайта не несет для нас никакой полезной информации. Нам важны только котики, которых нам показывает сайт. Так вот эта полезная нагрузка переносится в той части уровня, который называется protocol data unit (PDU).

Уровни Модели OSI

Рассмотрим каждый уровень Модели OSI подробнее.

1 уровень. Физический (physical). Единицей нагрузки (PDU) здесь является бит. Кроме единиц и нулей физический уровень не знает ничего. На этом уровне работают провода, патч панели, сетевые концентраторы (хабы, которые сейчас уже сложно найти в привычных нам сетях), сетевые адаптеры. Именно сетевые адаптеры и ничего более из компьютера. Сам сетевой адаптер принимает последовательность бит и передает её дальше.

2 уровень. Канальный (data link). PDU — кадр (frame). На этом уровне появляется адресация. Адресом является MAC адрес. Канальный уровень ответственен за доставку кадров адресату и их целостность. В привычных нам сетях на канальном уровне работает протокол ARP. Адресация второго уровня работает только в пределах одного сетевого сегмента и ничего не знает о маршрутизации — этим занимается вышестоящий уровень. Соответственно, устройства, работающие на L2 — коммутаторы, мосты и драйвер сетевого адаптера.

3 уровень. Сетевой (network). PDU пакет (packet). Наиболее распространенным протоколом (дальше не буду говорить про “наиболее распространенный” — статья для новичков и с экзотикой они, как правило,  не сталкиваются) тут является IP. Адресация происходит по IP-адресам, которые состоят из 32 битов. Протокол маршрутизируемый, то есть пакет способен попасть в любую часть сети через какое-то количество маршрутизаторов. На L3 работают маршрутизаторы.

4 уровень. Транспортный (transport). PDU сегмент (segment)/датаграмма (datagram). На этом уровне появляются понятия портов. Тут трудятся TCP и UDP. Протоколы этого уровня отвечают за прямую связь между приложениями и за надежность доставки информации. Например, TCP умеет запрашивать повтор передачи данных в случае, если данные приняты неверно или не все. Так же TCP может менять скорость передачи данных, если сторона приема не успевает принять всё (TCP Window Size).

Следующие уровни “правильно” реализованы лишь в RFC. На практике же, протоколы описанные на следующих уровнях работают одновременно на нескольких уровнях модели OSI, поэтому нет четкого разделения на сеансовый и представительский уровни. В связи с этим в настоящее время основным используемым стеком является TCP/IP, о котором поговорим чуть ниже.

5 уровень. Сеансовый (session). PDU данные (data). Управляет сеансом связи, обменом информации, правами. Протоколы — L2TP, PPTP.

6 уровень. Представительский (presentation). PDU данные (data). Преставление и шифрование данных. JPEG, ASCII, MPEG.

7 уровень. Прикладной (application). PDU данные (data). Самый многочисленный и разнообразный уровень. На нем выполняются все высокоуровненвые протоколы. Такие как POP, SMTP, RDP, HTTP и т.д. Протоколы здесь не должны задумываться о маршрутизации или гарантии доставки информации — этим занимаются нижестоящие уровни. На 7 уровне необходима лишь реализации конкретных действий, например получение html-кода или email-сообщения конкретному адресату.

Заключение

Модульность модели OSI позволяет проводить быстрое нахождение проблемных мест. Ведь если нет пинга (3-4 уровни) до сайта, нет смысла копаться в вышележащих слоях (TCP-HTTP), когда не отображается сайт. Абстрагировавшись от других уровней проще найти ошибку в проблемной части. По аналогии с автомобилем — мы ведь не проверяем свечи, когда проткнули колесо.

Модель OSI является эталонной моделью — эдаким сферическим конем в вакууме. Разработка её велась очень долго. Параллельно с ней разрабатывался стек протоколов TCP/IP, акивно применяемый в сетях в настоящее время. Соответственно, можно провести аналогию между TCP/IP и OSI.

Модель OSI и объяснение 7 уровней

You are here

Home:Cyber ​​Edu:Model OSI

Кибер Эду

Что такое модель OSI?

Модель OSI определена, объяснена и изучена

Определение модели OSI

Модель OSI (модель взаимодействия открытых систем) представляет собой концептуальную структуру, используемую для описания функций сетевой системы. Модель OSI характеризует вычислительные функции в виде универсального набора правил и требований для поддержки функциональной совместимости между различными продуктами и программным обеспечением. В эталонной модели OSI обмен данными между вычислительной системой разделен на семь различных уровней абстракции: физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представительский и прикладной.

Созданная в то время, когда сетевые вычисления находились в зачаточном состоянии, OSI была опубликована в 1984 году Международной организацией по стандартизации (ISO). Хотя модель OSI не всегда напрямую соотносится с конкретными системами, она до сих пор используется как средство описания сетевой архитектуры.

Защитите свои сетевые уровни с помощью Forcepoint NGFW

Узнайте, как

7 уровней модели OSI

Физический уровень

Самый нижний уровень модели OSI связан с электрической или оптической передачей битов необработанных неструктурированных данных по сети с физического уровня отправляющего устройства на физический уровень принимающего устройства. Он может включать такие характеристики, как напряжение, расположение контактов, кабели и радиочастоты. На физическом уровне можно найти «физические» ресурсы, такие как сетевые концентраторы, кабели, повторители, сетевые адаптеры или модемы.

Канальный уровень

На канальном уровне непосредственно подключенные узлы используются для передачи данных между узлами, когда данные упаковываются в кадры. Канальный уровень также исправляет ошибки, которые могли возникнуть на физическом уровне.

Канальный уровень включает в себя два собственных подуровня. Первый, управление доступом к среде (MAC), обеспечивает управление потоком и мультиплексирование для передачи устройств по сети. Второй, контроль логической связи (LLC), обеспечивает контроль потока и ошибок в физической среде, а также идентифицирует линейные протоколы.

Сетевой уровень

Сетевой уровень отвечает за получение кадров от канального уровня и их доставку по назначенным адресам на основе адресов, содержащихся внутри кадра. Сетевой уровень находит пункт назначения, используя логические адреса, такие как IP (интернет-протокол). На этом уровне маршрутизаторы являются важным компонентом, используемым для буквальной маршрутизации информации между сетями.

Транспортный уровень

Транспортный уровень управляет доставкой и проверкой ошибок пакетов данных. Он регулирует размер, последовательность и, в конечном счете, передачу данных между системами и хостами. Одним из наиболее распространенных примеров транспортного уровня является TCP или протокол управления передачей.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень управляет диалогами между разными компьютерами. Сеанс или соединение между машинами устанавливается, управляется и завершается на уровне 5. Услуги уровня сеанса также включают аутентификацию и повторные соединения.

Уровень представления

Уровень представления форматирует или преобразует данные для прикладного уровня на основе синтаксиса или семантики, которые принимает приложение. Из-за этого его иногда также называют синтаксическим уровнем. Этот уровень также может обрабатывать шифрование и дешифрование, требуемое прикладным уровнем.

Прикладной уровень

На этом уровне и конечный пользователь, и прикладной уровень напрямую взаимодействуют с программным приложением. Этот уровень видит сетевые службы, предоставляемые приложениям конечного пользователя, таким как веб-браузер или Office 365. Уровень приложений идентифицирует партнеров по связи, доступность ресурсов и синхронизирует связь.

Связанные

Интернет-трансляция

Согласуйте свои усилия по обеспечению безопасности с NIST Cybersecurity Framework

электронная книга

Четыре шага к сетевой безопасности будущего

Техническая спецификация

Брандмауэр нового поколения Forcepoint (NGFW) Лист данных

Интернет-трансляция

Обеспечение преимущества в высшем образовании: беседа у камина с SUNY Plattsburgh

CyberRatings: сетевой брандмауэр Forcepoint Cloud

Узнайте о нашем NGFW

с рейтингом AAA

Что такое модель OSI? Уровни модели OSI

Обзор

Модель OSI означает модель взаимодействия открытых систем. Модель OSI также известна как модель ISO-OSI, поскольку она была разработана ISO (Международной организацией по стандартизации). Это концептуальная эталонная модель, описывающая весь поток информации от одного компьютера к другому.

Модель OSI представляет собой 7-уровневую модель, поэтому она также известна как модель 7-уровневой архитектуры. Основная идея многоуровневой архитектуры состоит в том, чтобы разделить дизайн на более мелкие части. Большинство сетей организованы в виде ряда уровней, чтобы упростить проектирование.

Область применения

В статье рассматриваются такие темы, как:

• Введение в модель OSI и уровни OSI.
• Подробное обсуждение различных уровней OSI.
• Преимущества и недостатки модели OSI.

Что такое модель OSI?

Взаимосвязь открытых систем (OSI) — это эталонная модель, разработанная в 1984–19841984 годах Международной организацией по стандартизации и определяющая, каким образом информация из программного приложения одного компьютера передается через физический носитель в программное приложение другого компьютера.

Эталонную модель OSI можно представить как математическое задание из 7 вопросов, разделенных между 7 друзьями. Вместо одного человека, выполняющего всю задачу, у нас есть 7 друзей, каждый из которых отвечает на один вопрос, тем самым сокращая время на выполнение поставленной задачи. Каждый вопрос не зависит от другого, и, следовательно, каждый друг может независимо отвечать на вопросы. Более того, OSI должен был служить стандартом проектирования для обеспечения непрерывной глобальной связи между компьютерами, построенными на разных архитектурах. Следовательно, независимо от того, какой язык понимает каждый друг, будь то испанский или английский, указанный друг сможет понять вопрос, поскольку это математика.

По всему миру существует множество пользователей, и для обеспечения национальной и международной связи ISO разработала концептуальную модель, названную моделью OSI. Мы можем определить модель OSI как концептуальную эталонную модель, описывающую весь поток информации от одного компьютера к другому. Модель OSI представляет собой 7-уровневую модель, поэтому она также известна как модель 7-уровневой архитектуры.

На изображении ниже показано полное представление модели OSI.

Первые три уровня известны как программный уровень , а последние 3 уровня известны как аппаратный уровень . Транспортный уровень является сердцем модели OSI. Данные отправляются через физический уровень на прикладной уровень (на стороне отправителя). С другой стороны, данные принимаются через прикладной уровень на физический уровень (на стороне получателя).

Основная идея многоуровневой архитектуры состоит в том, чтобы разделить дизайн на более мелкие части. Большинство сетей организованы в виде ряда уровней, чтобы упростить проектирование. Преимущества этого многоуровневого разделения

Модель OSI обсуждается ниже:

• Изменение на одном уровне не влияет на другие уровни.
• Многоуровневая архитектура снижает сложность, разделяя задачу управляемым образом.
• Многоуровневая архитектура обеспечивает абстракцию от других уровней.
• Благодаря абстракции любой слой может быть изменен независимо.
• Каждый слой можно изменять, тестировать и анализировать независимо.

Примечание:
Открытые системы — это системы, открытые для связи и обмена информацией по сетям.

7 уровней модели OSI

Как известно, модель OSI представляет собой многоуровневую структуру для проектирования сетевых систем, обеспечивающую связь между всеми типами компьютерных систем.

Перед тем, как узнать о различных уровнях модели OSI, давайте сначала узнаем основные принципы разделения модели OSI:

• Уровни следует создавать только там, где есть необходимость в абстракции.
• Каждый уровень модели OSI должен формировать четко определенную структуру.
• Каждый уровень должен быть определен с учетом стандартных протоколов ISO.
• Граница слоя должна быть выбрана так, чтобы минимизировать поток информации через различные интерфейсы слоев.
• Количество слоев не должно быть очень большим (чтобы отдельные функции не были объединены вместе), и количество слоев не должно быть очень меньшим (чтобы функции стали громоздкими).

Модель OSI разделена на 7 уровней. Обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть базовый обзор различных уровней модели OSI.

Нижний уровень отвечает за все проблемы с передачей данных и также известен как аппаратный уровень. Уровни нижнего уровня модели OSI:

1. Сетевой уровень
2. Канальный уровень
3. Физический уровень.
   Верхний уровень отвечает за все проблемы, связанные с приложением, и также известен как программный уровень. Уровни, присутствующие в верхнем уровне модели OSI:
4. Прикладной уровень
5. Уровень представления
6. Сеансовый уровень
7. Транспортный уровень.

Давайте теперь подробно обсудим различные уровни модели OSI.

1. Физический уровень

Физический уровень координирует функции, необходимые для передачи битового потока данных по физической среде. Физический уровень — это самый нижний уровень модели OSI. Основная работа физического уровня модели OSI заключается в активации, поддержании и деактивации физического соединения. Физический уровень также отвечает за передачу и прием неструктурированных необработанных данных по сети.

Данные на физическом уровне состоят из потока битов. Биты данных должны быть закодированы в виде сигналов для передачи. Теперь для передачи физический уровень устанавливает напряжения, скорость света (в случае оптоволоконного кабеля) и скорость передачи данных (количество битов, передаваемых в секунду).

Функции, предоставляемые физическим уровнем, следующие:

• Физический уровень кодирует сигналы на стороне отправителя и декодирует сигналы на стороне получателя. Он также определяет тип используемой схемы кодирования (как 0 и 1 должны быть преобразованы в сигналы).
• Он занимается синхронизацией отправителя и получателя, чтобы получатель и отправитель находились на одном уровне битов. (Их часы должны быть синхронизированы).
• Физический уровень имеет дело с конфигурацией линии, т. е. с тем, как устройства подключаются через выделенный канал.
• Он касается типа используемой топологии, например, кольцо, ячеистая сеть, шина, звезда, гибрид и т. д. Топология сети — это физическое и логическое расположение узлов и соединений в компьютерной сети.
• Физический уровень также имеет дело с направлением и типом передачи между двумя или более устройствами. Режим передачи может быть симплексным, полудуплексным и дуплексным.

Примечание:

• Симплекс:
  канал связи, передающий информацию только в одном направлении.
• Полудуплекс :
  канал связи, который передает информацию в обоих направлениях, но по одному.
• Полный дуплекс:
  канал связи, который отправляет информацию в обоих направлениях по сети одновременно.

Обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть первичную передачу данных и работу физического уровня.

Различные протоколы, используемые на физическом уровне:

• Цифровая абонентская линия.
• Цифровая сеть с интеграцией служб.
• Ethernet и т. д.

Различные устройства, используемые на физическом уровне:

• Сетевые адаптеры,
• Ступицы,
• Кабели,
• Повторители,
• Модем и т. д.

2. Канальный уровень

Канальный уровень — это второй уровень модели OSI, который используется для передачи безошибочных кадров от одного узла к другому. Если два компьютерных узла находятся в одной сети, то канальный уровень обеспечивает соединение между двумя узлами. Основная работа уровня канала передачи данных заключается в преобразовании данных в форму кадров (подробности о кадрировании см. в подразделе ниже).

Физический уровень обеспечивает следующие функции:

• Он обеспечивает надежную и эффективную связь между двумя или более устройствами.
• Кадрирование :
  Фреймирование — это метод, при котором данные делятся на потоки битов (называемые кадрами ), получаемые с сетевого уровня. Наряду с преобразованием данных в кадры канальный уровень добавляет к кадрам заголовок и трейлер. Заголовок (присутствует в начале кадра) содержит аппаратный физический адрес источника и получателя. трейлер (присутствует в конце кадра) содержит биты обнаружения и исправления ошибок.
• Канальный уровень также поддерживает управление потоком данных во время передачи. Предположим, что скорость передачи и поглощения данных изменяется, тогда происходит потеря данных, поэтому канальный уровень поддерживает управление потоком.
• Как мы видели выше, канальный уровень добавляет биты обнаружения и исправления ошибок в конце кадров в виде трейлеров. Эти биты используются для обнаружения ошибок и повторной передачи поврежденных или потерянных данных для предотвращения любого дублирования.
• Он также поддерживает контроль доступа. В ситуациях, когда два или более устройств подключены к одной и той же среде связи, протоколы канального уровня определяют устройство, которое может передавать данные.

Примечание:
Физический адрес также известен как MAC-адрес (управление доступом к среде). MAC-адрес — это уникальный адрес каждого компьютера, присутствующего на карте NIC.

Обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть первичную передачу данных и работу канального уровня.

Различные протоколы, используемые на этом уровне:

• PPP (протокол двухточечной связи),
• Ретрансляция кадров,
• ATM (протокол асинхронного режима передачи) и т. д.

Различные устройства, используемые на этом уровне:

• Мосты,
• Переключатели,
• Карты NIC (сетевые интерфейсные карты) и т. д.

3. Сетевой уровень

Сетевой уровень — это третий уровень модели OSI, который обеспечивает связь между хостами разных сетей. Сетевой уровень делит данные, полученные от транспортного уровня, в виде пакетов . Сетевой уровень обеспечивает два способа связи, а именно — с установлением соединения и без установления соединения.

Примечание:

• При связи , ориентированной на соединение , сеанс связи устанавливается до того, как будут переданы какие-либо полезные данные.

• При связи без установления соединения данные могут передаваться без установления какого-либо соединения.

Функции, предоставляемые сетевым уровнем, следующие:

• Логическая адресация:
  Сетевой уровень добавляет логический адрес, т. е. IP-адрес (адрес интернет-протокола), если пакет пересекает границу сети. Это помогает в правильной идентификации устройств в сети. Следовательно, сетевой уровень добавляет адрес источника и получателя в заголовок кадра.

• Маршрутизация :
  Маршрутизация просто означает определение наилучшего (оптимального) пути из множества путей от источника к месту назначения. Таким образом, сетевой уровень должен выбрать наилучший путь маршрутизации для передачи данных.

• Если к одному и тому же маршрутизатору подключено много устройств, происходит изменение отбрасывания пакетов, поскольку маршрутизатор может не справиться со всеми запросами. Таким образом, сетевой уровень также контролирует перегрузку в сети.

Обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть первичную передачу данных и работу сетевого уровня.

Различные протоколы, используемые на этом уровне:

• IPv4 (Интернет-протокол версии 4),
• IPv6 (интернет-протокол версии 6),
• ICMP (протокол управления сообщениями в Интернете),
• IPSEC (IP-безопасность),
• ARP (протокол разрешения адресов),
• MPLS (многопротокольная коммутация по меткам) и т. д.

Различные устройства, используемые на этом уровне:

• Маршрутизаторы,
• Броутеры и т. д.

Примечание:
Сетевой уровень не гарантирует доставку пакетов к месту назначения. Гарантии надежности тоже нет.

4. Транспортный уровень

Транспортный уровень — это четвертый уровень модели OSI, отвечающий за процесс доставки данных. Основная цель транспортного уровня — поддерживать порядок, чтобы данные должны были быть получены в той же последовательности, в которой они были отправлены отправителем. Транспортный уровень предоставляет два типа услуг, а именно — ориентированные на соединение и без установления соединения.

Функции, предоставляемые транспортным уровнем, следующие:

• Транспортный уровень поддерживает порядок данных.
• Он получает данные с верхнего уровня и преобразует их в более мелкие части, известные как сегменты .
• Одной из основных задач транспортного уровня является добавление порта с адресацией (добавление номера порта в заголовок данных). Номер порта добавляется, чтобы данные могли быть отправлены только в соответствующий процесс.
• Транспортный уровень на стороне получателя повторно собирает сегменты для формирования фактических данных.
• Транспортный уровень также имеет дело с управлением потоком и контролем ошибок (обсуждается в разделе физического уровня).

Обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть первичную передачу данных и работу транспортного уровня.

Различные протоколы, используемые на этом уровне:

• TCP (протокол управления передачей),
• UDP (протокол пользовательских дейтаграмм) и т. д.

Различные устройства, используемые на этом уровне:

• Сегменты,
• Балансировщики нагрузки/брандмауэры и т. д.

5. Сеансовый уровень

Сеансовый уровень — это пятый уровень модели OSI, основной задачей которого является установление, управление и завершение соединения между приложениями.

Существуют в основном две функции, предоставляемые сеансовым уровнем: полудуплексный или полнодуплексный режим.

Примечание:
Полудуплекс позволяет передавать сигналы в обоих направлениях, но не одновременно. С другой стороны, полнодуплексный режим позволяет передавать сигналы в обоих направлениях одновременно.

Обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть первичную передачу данных и работу сеансового уровня.

Различные протоколы, используемые на этом уровне:

• PAP (протокол аутентификации по паролю)
• PPTP (протокол двухточечного туннелирования)
• RPC (протокол удаленного вызова процедур)
• RTCP (протокол управления транспортом в реальном времени) и т. д.

Различные устройства, используемые на этом уровне:

• Шлюз и т. д.

6. Уровень представления

Уровень представления — это шестой уровень модели OSI, который в основном концентрируется на синтаксисе и семантике информации, которой обмениваются системы. Основной целью уровня представления является преобразование данных из одного формата представления в другой формат, поскольку разные приложения могут использовать разные приложения.

В основном уровень представления обеспечивает три функции. Они следующие:

• Поскольку разные компьютерные системы используют разные системы кодирования, уровень представления должен преобразовывать данные в формат, зависящий от компьютера.
• Уровень представления занимается шифрованием и дешифрованием данных, чтобы данные можно было безопасно передавать.
• Уровень представления также имеет дело со сжатием и расширением информации.

Обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть базовую передачу данных и работу уровня представления.

Различные протоколы, используемые на этом уровне:

• AFP (Apple Filing Protocol),
• ICA (независимая вычислительная архитектура),
• Основной протокол системы Citrix,
• LPP (упрощенный протокол презентации),
• NCP (основной протокол NetWare),
• Отчет о недоставке (представление сетевых данных),
• Токс-протокол и др.

7. Прикладной уровень

Прикладной уровень — это седьмой и последний уровень модели OSI, который в основном концентрируется на предоставлении услуг пользователям. Прикладной уровень содержит множество протоколов, которые используются пользователями для различных целей (подробности см. в списке, приведенном в конце этого раздела).

Прикладные уровни позволяют пользователям получать доступ к файлам и обмениваться ими, получать доступ и отправлять электронные письма, получать доступ к веб-страницам (через всемирную паутину) и т. д.

Обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть основную передачу данных и работу прикладного уровня.

Различные протоколы, используемые на этом уровне:

• DNS (система доменных имен),
• SMTP (простой протокол передачи почты),
• FTP (протокол передачи файлов),
• POP (протокол почтового отделения),
• HTTP (протокол передачи гипертекста) и т. д.

На этом уровне используются следующие устройства:

• ПК (персональный компьютер),
• Телефоны,
• серверов,
• Межсетевые экраны и т. д.

Преимущества модели OSI

Давайте теперь обсудим различные преимущества модели OSI:

• Используя модель OSI, разрабатываются различные другие многоуровневые модели (например, TCP/IP).
• Используя модель OSI, мы можем увидеть общую картину передачи данных по сети.
• Каждый уровень модели OSI обрабатывает определенную задачу; следовательно, их можно обрабатывать и тестировать отдельно.
• Модель OSI показывает, как аппаратное и программное обеспечение работают вместе.
• Модель OSI можно использовать для сравнения базовых функциональных взаимосвязей в другой сети.
• Модель OSI обеспечивает абстракцию, поэтому мы можем изменять любой уровень, не думая о других уровнях; следовательно, его можно легко использовать для включения новых технологий.

Недостатки модели OSI

Давайте теперь обсудим различные недостатки модели OSI:

• Существуют некоторые дублирующие услуги, предоставляемые различными уровнями, например, управление потоком, контроль ошибок и т. д.
• Модель OSI является довольно сложной, медленной и дорогостоящей в реализации и использовании.
• Модель OSI является теоретической, поэтому она не совсем подходит для практической передачи данных и связи.

Вывод

• Модель OSI означает модель взаимодействия открытых систем. Модель OSI также известна как модель ISO-OSI, поскольку модель OSI была разработана в соответствии со стандартом ISO (Международная организация по стандартизации).

• Модель OSI — это концептуальная эталонная модель, описывающая весь поток информации от одного компьютера к другому. Модель OSI представляет собой 7-уровневую модель, поэтому она также известна как 7-уровневая архитектурная модель.

• Основная идея многоуровневой архитектуры состоит в том, чтобы разделить дизайн на более мелкие части. Большинство сетей организованы в виде ряда уровней, чтобы упростить проектирование.

• Каждый уровень модели OSI обрабатывает определенную задачу; следовательно, их можно обрабатывать и тестировать отдельно.