Протокол osi: Модель OSI. 7 уровней сетевой модели OSI с примерами

Модель OSI. 7 уровней сетевой модели OSI с примерами

Открытая сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection model) состоит из семи уровней. Что это за уровни, как устроена модель и какова ее роль при построении сетей — в статье.

Модель OSI является эталонной. Полное название модели выглядит как «Basic Reference Model Open Systems Interconnection model», где Basic Reference Model — это как раз некая образцовая модель. Вначале рассмотрим общую информацию, а потом перейдем к частным аспектам.

Принцип устройства сетевой модели

Сетевая модель OSI имеет семь уровней, иерархически расположенных от большего к меньшему. Cамым верхним является седьмой (прикладной), а самым нижним — первый (физический). Модель OSI разрабатывалась еще в 1970-х годах, чтобы описать архитектуру и принципы работы сетей передачи данных.

В процессе передачи данных всегда участвуют устройство-отправитель, устройство-получатель, а также сами данные, которые должны быть переданы и получены. С точки зрения рядового пользователя задача элементарна — нужно взять и отправить эти данные. Все, что происходит при отправке и приеме данных, детально описывает семиуровневая модель OSI.

На седьмом уровне информация представляется в виде данных, на первом — в виде бит. Процесс, когда информация отправляется и переходит из данных в биты, называется инкапсуляцией. Обратный процесс, когда информация, полученная в битах на первом уровне, переходит в данные на седьмом, называется декапсуляцией. На каждом из семи уровней информация представляется в виде блоков данных протокола — PDU (Protocol Data Unit).

Рассмотрим на примере: пользователь 1 отправляет картинку, которая обрабатывается на седьмом уровне в виде данных, данные должны пройти все уровни до самого нижнего (первого), где будут представлены как биты. Этот процесс называется инкапсуляцией. Компьютер пользователя 2 принимает биты, которые должны снова стать данными. Этот обратный процесс называется декапсуляция. Что происходит с информацией на каждом из семи уровней, как и где биты переходят в данные мы разберем в этой статье.

Первый, физический уровень (physical layer, L1)

Начнем с самого нижнего уровня. Он отвечает за обмен физическими сигналами между физическими устройствами, «железом». Компьютерное железо не понимает, что такое картинка или что на ней изображено, «железу» картинка понятна только в виде набора нулей и единиц, то есть бит.

Каждый уровень имеет свои PDU (Protocol Data Unit), представляемые в той форме, которая будет понятна на данном уровне и, возможно, на следующем до преобразования. Работа с чистыми данными происходит только на уровнях с пятого по седьмой.

Устройства физического уровня оперируют битами. Они передаются по кабелям (например, через оптоволокно) или без — например, через Bluetooth или IRDA, Wi-Fi, GSM, 4G и так далее.

Когда два пользователя находятся в одной сети, состоящей только из двух устройств, — это идеальный случай. Но что если этих устройств больше?

Второй уровень решает проблему адресации при передаче информации. Канальный уровень получает биты и превращает их в кадры (frame, также «фреймы»). Задача здесь — сформировать кадры с адресом отправителя и получателя, после чего отправить их по сети.

У канального уровня есть два подуровня — это MAC и LLC. MAC (Media Access Control, контроль доступа к среде) отвечает за присвоение физических MAC-адресов, а LLC (Logical Link Control, контроль логической связи) занимается проверкой и исправлением данных, управляет их передачей. Для упрощения мы указываем LLC на втором уровне модели, но, если быть точными, LLC нельзя отнести полностью ни к первому, ни ко второму уровню — он между.

На втором уровне OSI работают коммутаторы, их задача — передать сформированные кадры от одного устройства к другому, используя в качестве адресов только физические MAC-адреса.

На канальном уровне активно используется протокол ARP (Address Resolution Protocol — протокол определения адреса). С помощью него 64-битные MAC-адреса сопоставляются с 32-битными IP-адресами и наоборот, тем самым обеспечивается инкапсуляция и декапсуляция данных.

Третий уровень, сетевой (network layer, L3)

На третьем уровне появляется новое понятие — маршрутизация. Для этой задачи были созданы устройства третьего уровня — маршрутизаторы (их еще называют роутерами). Маршрутизаторы получают MAC-адрес от коммутаторов с предыдущего уровня и занимаются построением маршрута от одного устройства к другому с учетом всех потенциальных неполадок в сети.

Четвертый уровень, транспортный (transport layer, L4)

Все семь уровней модели OSI можно условно разделить на две группы:

• Media layers (уровни среды),
• Host layers (уровни хоста).

Уровни группы Media Layers (L1, L2, L3) занимаются передачей информации (по кабелю или беспроводной сети), используются сетевыми устройствами, такими как коммутаторы, маршрутизаторы и т.п. Уровни группы Host Layers (L4, L5, L6, L7) используются непосредственно на устройствах, будь то стационарные компьютеры или мобильные устройства.

Четвертый уровень — это посредник между Host Layers и Media Layers, относящийся скорее к первым, чем к последним. Его главной задачей является транспортировка пакетов. Естественно, при транспортировке возможны потери, но некоторые типы данных более чувствительны к потерям, чем другие. Например, если в тексте потеряются гласные, то будет сложно понять смысл, а если из видеопотока пропадет пара кадров, то это практически никак не скажется на конечном пользователе. Поэтому при передаче данных, наиболее чувствительных к потерям на транспортном уровне, используется протокол TCP, контролирующий целостность доставленной информации.

Для мультимедийных файлов небольшие потери не так важны, гораздо критичнее будет задержка. Для передачи таких данных, наиболее чувствительных к задержкам, используется протокол UDP, позволяющий организовать связь без установки соединения.

При передаче по протоколу TCP данные делятся на сегменты. Сегмент — это часть пакета. Когда приходит пакет данных, который превышает пропускную способность сети, пакет делится на сегменты допустимого размера. Сегментация пакетов также требуется в ненадежных сетях, когда существует большая вероятность того, что большой пакет будет потерян. При передаче данных по протоколу UDP пакеты данных делятся уже на датаграммы. Датаграмма (datagram) — это тоже часть пакета, но ее нельзя путать с сегментом.

Главное отличие датаграмм — в автономности. Каждая датаграмма содержит все необходимые заголовки, чтобы дойти до конечного адресата, поэтому они не зависят от сети, могут доставляться разными маршрутами и в разном порядке. При потере датаграмм или сегментов получаются «битые» куски данных, которые не получится корректно обработать.

Первые четыре уровня — специализация сетевых инженеров. С последними тремя они не так часто сталкиваются, потому что пятым, шестым и седьмым занимаются разработчики.

Базовая защита от DDoS в Selectel

Защищаем сервисы на уровнях L3, L4 бесплатно.

Подробнее

Пятый уровень, сеансовый (session layer, L5)

Пятый уровень оперирует чистыми данными. Помимо пятого, чистые данные используются также на шестом и седьмом уровне. Сеансовый уровень отвечает за поддержку сеанса или сессии связи. Пятый уровень оказывает услугу следующему: управляет взаимодействием между приложениями, открывает возможности синхронизации задач, завершения сеанса, обмена информации.

Службы сеансового уровня зачастую применяются в средах приложений, требующих удаленного вызова процедур, т.е. чтобы запрашивать выполнение действий на удаленных компьютерах или независимых системах на одном устройстве (при наличии нескольких ОС).

Примером работы пятого уровня может служить видеозвонок по сети. Во время видеосвязи необходимо, чтобы два потока данных (аудио и видео) шли синхронно. Когда к разговору двоих человек прибавится третий — получится уже конференция. Задача пятого уровня — сделать так, чтобы собеседники могли понять, кто сейчас говорит.

Шестой уровень, представления данных (presentation layer, L6)

О задачах уровня представления вновь говорит его название. Шестой уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Шестой уровень также занимается представлением картинок (в JPEG, GIF и т.д.), а также видео-аудио (в MPEG, QuickTime). А помимо этого → шифрованием данных, когда при передаче их необходимо защитить.

Седьмой уровень, прикладной (application layer)

Седьмой уровень иногда еще называют уровень приложений, но чтобы не запутаться можно использовать оригинальное название — application layer. Прикладной уровень — это то, с чем взаимодействуют пользователи, своего рода графический интерфейс всей модели OSI, с другими он взаимодействует по минимуму.

Все услуги, получаемые седьмым уровнем от других, используются для доставки данных до пользователя. Протоколам седьмого уровня не требуется обеспечивать маршрутизацию или гарантировать доставку данных, когда об этом уже позаботились предыдущие шесть. Задача седьмого уровня — использовать свои протоколы, чтобы пользователь увидел данные в понятном ему виде.

Критика модели OSI

Семиуровневая модель была принята в качестве стандарта ISO/IEC 7498, действующего по сей день, однако, модель имеет свои недостатки. Среди основных недостатков говорят о неподходящем времени, плохой технологии, поздней имплементации, неудачной политике.

Первый недостаток — это неподходящее время. На разработку модели было потрачено неоправданно большое количество времени, но разработчики не уделили достаточное внимание существующим в то время стандартам. В связи с этим модель обвиняют в том, что она не отражает действительность. В таких утверждениях есть доля истины, ведь уже на момент появления OSI другие компании были больше готовы работать с получившей широкое распространение моделью TCP/IP.

Вторым недостатком называют плохую технологию. Как основной довод в пользу того, что OSI — это плохая технология, приводят распространенность стека TCP/IP. Протоколы OSI часто дублируют другу друга, функции распределены по уровням неравнозначно, а одни и те же задачи могут быть решены на разных уровнях. Даже изначальное описание архитектуры в распечатанном виде имеет толщину в один метр.

Разделение на семь уровней было скорее политическим, чем техническим. При построении сетей в реальности иногда можно обойтись без уровней 5 и 6, также в редких случаях можно обойтись только первыми четырьмя уровнями.

Кроме того, в отличие от TCP/IP, OSI никогда не ассоциировалась с UNIX. Добиться широкого распространения OSI не получилось потому, что она проектировалась как закрытая модель, продвигаемая Европейскими телекоммуникационными компаниями и правительством США. Стек протоколов TCP/IP изначально был открыт для всех, что позволило ему набрать популярность среди сторонников открытого программного кода.

Даже несмотря на то, что основные проблемы архитектуры OSI были политическими, репутация была запятнана и модель не получила распространения. Тем не менее, в сетевых технологиях, при работе с коммутацией даже сегодня обычно используют модель OSI.

Вывод, роль модели OSI при построении сетей

В статье мы рассмотрели принципы построения сетевой модели OSI. На каждом из семи уровней модели выполняется своя задача. В действительности архитектура OSI сложнее, чем мы описали. Существуют и другие уровни, например, восьмой — так называют самого пользователя.

Как мы упоминали выше, оригинальное описание всех принципов построения сетей в рамках этой модели, если его распечатать, будет иметь толщину в один метр. Но компании активно используют OSI как эталон. Мы перечислили только основную структуру словами, понятными начинающим.

Модель OSI служит инструментом при диагностике сетей. Если в сети что-то не работает, то гораздо проще определить уровень, на котором произошла неполадка, чем пытаться перестроить всю сеть заново.

Зная архитектуру сети, гораздо проще ее строить и диагностировать. Как нельзя построить дом, не зная его архитектуры, так невозможно построить сеть, не зная модели OSI. При проектировании важно учитывать все. Важно учесть взаимодействие каждого уровня с другими, насколько обеспечивается безопасность, шифрование данных внутри сети, какой прирост пользователей выдержит сеть без обрушения, будет ли возможно перенести сеть на другую машину и т. д. Каждый из перечисленных критериев укладывается в функции одного из семи уровней.

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.

Модель OSI: уровни модели OSI, протоколы, история

Сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection) — это концептуальная модель, которая описывает и стандартизирует функции компьютерных систем при их взаимодействии друг с другом. Каждый из семи уровней накладывается поверх предыдущего: от физического до прикладного, взаимодействуя с нижним и предоставляя средства для уровня выше. 

К настоящему времени стек протоколов TCP/IP практически вытеснил оригинальный стек OSI из реального использования. Модель TCP/IP не такая полная и включает только четыре уровня, но она стала стандартом де-факто.

Сравнение OSI и TCP/I

Поскольку модель OSI лучше проработана, она считается эталонной и используется для обучения.

Зачем понадобилась концептуальная модель?

В конце 60-х гг в разных уголках мира начали строить первые компьютерные сети для университетов, госучреждений, армии. Многие сети разрабатывали частные компании. Например, IBM внедряла фирменную архитектуру Systems Network Architecture, а Digital Equipment Corporation — DECnet. В 1969 году минобороны США запустило свою сеть ARPANET.

Логическая карта ARPANET, март 1977

Суть в том, что все разрозненные сети проектировали по собственным принципам, а часто на собственных стандартах и протоколах. Вскоре стало ясно, что для глобального взаимодействия нужно выработать стандарты и методы сетевого взаимодействия более высокого уровня.

В 1977 году Международная организация по стандартизации (ISO) сформировала комитет Open Systems Interconnection под председательством Чарльза Бахмана. Он говорит, что спроектировал дизайн системы под сильным влиянием IBM Systems Network Architecture (SNA) — проприетарной сетевой архитектуры для взаимодействия глобальной сети мейнфреймов IBM, там семиуровневый стек сетевых протоколов, очень похожий на OSI.

Уровни модели OSI

Вот уровни модели OSi сверху вниз, с указанием функций и PDU (блоки данных протокола) для уровней 1−4:

7. Прикладной (application). Доступ к сетевым службам

6. Представления (presentation). Представление и шифрование данных

5. Сеансовый (session). Управление сеансом связи. 

4. Транспортный (transport). Прямая связь между конечными пунктами и надёжность. Сегменты и датаграммы

3. Сетевой (network). Определение маршрута и логическая адресация. Пакеты

2. Канальный (data link). Физическая адресация. Кадры (фреймы)

1. Физический (physical). Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными. Биты, символы

Каждому уровню OSI соответствуют определённые функции, протоколы, оборудование и PDU. Для уровней 5-7 это любые данные.

Благодаря жёсткой абстракции в OSI реализована практически абсолютная гибкость. Пока слои реализуют правильный интерфейс сверху и ожидают правильного интерфейса снизу, можно использовать любую реализацию данного слоя.

Уровни модели OSI

Оригинальный стек модели OSI

модель OSI опубликовали в 1984 года как международный стандарт ISO 7498 и рекомендации X.200. Но разработка слишком затянулась, уже 1 января 1983 года минобороны США опубликовало распоряжение об обязательном использовании стека TCP/IP в сети ARPANET. Этот день считается датой рождения современного Интернета.

Вскоре после концептуальной модели OSI приняли отдельные стандарты OSI для транспортных протоколов, электронной почты, электронных каталогов, управления сетью и многих других функций. На практике эти «настоящие» протоколы OSI с их функциями не совсем вписываются в реально используемый стек TCP/IP. Например, в модели OSI канальный уровень 2 реализован в виде протокола X.212. Типичными протоколами уровня 3 являются Connectionless Network Protocol (CLNP) и Connection Oriented Network Protocol. Адресация OSI на этих уровнях основана на технологии Network Service Access Point или NSAP. Точки NSAP не включают информацию о маршрутизации, как в случае с IP-адресами, поэтому процесс маршрутизации трафика к конкретному NSAP включает «перевод» NSAP в более подробные типы адресации, которые могут зависеть от используемого уровня 2. В целом, адресация OSI в современном использовании во многом зависит от деталей конкретного приложения.

Транспортный уровень 4 добавляет дополнительные возможности по сравнению с уровнем 3, включая мультиплексирование нескольких потоков, восстановление ошибок, управление потоком и управление соединением (например, повторные попытки и повторные подключения). Существует пять классов уровня 4, от TP0 до высоконадёжного TP4, что не совсем логично с современной точки зрения. Поскольку уровень 4 предлагает общие функции обмена сообщениями, он, возможно, является ближайшим эквивалентом современных протоколов TCP и UDP в IP-стеке, хотя многие элементы UDP и TCP присутствуют и на более низких уровнях.

Сеансовый уровень 5 добавляет управление ассоциациями между хостами и статусом соединения между ними. Это немного запутано, поскольку в модели IP нет соответствующего эквивалента. Сеансовый уровень OSI определяется стандартом X.215, который отвечает за установку соединения.

Шестого уровня представления тоже не существует в стеке IP, и его ещё сложнее понять. Основная концепция заключается в том, что приложения должны взаимодействовать с использованием абстрактных представлений, а не реальных значений, закодированных в канале передачи. Эти абстрактные представления затем переводят в фактические значения, основанные на возможностях базовой сети. То есть это сжатие данных, шифрование, изменение кодировки и др. Уровень представления OSI реализован в протоколе X.216.

Наконец, самый верхний прикладной уровень 7. Хотя у него нет чётких определений, стек OSI поставлялся с большим количеством протоколов прикладного уровня. Можно вспомнить X.500, протокол службы каталогов, который считается прародителем LDAP, а также X.509, который описывает функцию криптографических сертификатов в экосистеме X.500. Формат и концепции сертификата X.509 непосредственно используются сегодня в TLS и других криптографических реализациях. Есть также протокол службы обмена сообщениями X.400, по сути, OSI-версия электронной почты. Как и следовало ожидать, он значительно мощнее и сложнее, чем электронная почта в современном виде. Долгое время Microsoft Exchange представлял собой наиболее полную реализацию X.400.

Описание стека OSI определено стандартами МСЭ, которые можно купить на официальном сайте ISO. 

Другие протоколы в модели OSI

Хотя модель OSI как стек оригинальных протоколов устарела, любую технологию и протокол связи можно спроецировать на один или несколько уровней OSI. Вот некоторые примеры.

Многие протоколы работают на нескольких уровнях OSI. Например, подуровни LLC (Logical Link Control) и MAC (Media Access Control) в IEEE 802. Или набор протоколов X.25, который покрывает три последних уровня.

1 (физический)

Физический уровень Bluetooth, шина CAN, DSL, Ethernet (10BASE-F и др.), GSM, физические уровни IEEE 802.15.4, IEEE 1394, IRDA, ISDN, I²C, LoRa, OTN, SMB, V.92, USB, PCI Express, физический уровень 802.11 Wi-Fi, IEEE 802.15.7

2 (канальный)

ARCnet, ATM, CDP, CAN, Ethernet, EAPS, FDDI, Frame Relay, IEEE 802.2 (функции подуровня LLC для подуровня MAC в IEEE 802), сеть IEEE 802. 11, I²C, LLDP, PPP, IEEE 802.1aq, Token Ring

3 (сетевой)

CLNS, DDP, EIGRP, ICMP, IGMP, IPsec, IPv4/IPv6, IPX, OSPF, PIM, RIP

4 (транспортный)

ATP, CUDP, DCCP, FCP, IL, MPTCP, RDP, RUDP, SCTP, SPX, SST, TCP, UDP, UDP-Lite, µTP

5 (сеансовый)

ADSP, ASP, H.245, ISO-SP (X.225, ISO 8327), iSNS, L2F, L2TP, NetBIOS, PAP, PPTP, RPC, RTCP, SMPP, SCP, SOCKS, ZIP, SDP

6 (представления)

AFP, ICA, LPP, NCP, NDR, Tox, XDR, X.25

7 (прикладной)

Telnet, FTP, TFTP, SMTP, DNS, BOOTP, SNMP, CMOT

На уровнях 5−7 работают современные прикладные протоколы, таких как Bitcoin, BitTorrent, HTTP, IRV, IPFS, NTP, RDP, SIP, Tor, Tox, WebRTC, XMPP и многие другие.

Противостояние с TCP/IP

Разработка OSI продвигались настолько медленно, что вызывала сильное раздражение у всей индустрии. К началу 90-х годов стало понятно, что она не поспевает за реальным развитием телекома. 

Хотя правительства по всему миру рекомендовали соблюдать стандарты OSI, на практике телекомы предпочитали быстро соединять разнородные гетерогенные системы по протоколам TCP/IP, не соблюдая порядок и иерархию OSI. Интернет-инженер Маршалл Роуз писал в учебнике 1990 года, что «интернет-сообщество изо всех сил старается игнорировать сообщество OSI. По большому счету, технология OSI уродлива по сравнению с технологией Интернета».
Предвзятость интернет-сообщества привела к тому, что оно отвергало любые технические идеи OSI. Например, в 1992 году некоторые руководители IETF предложили принять продвинутый стандарт ISO Connectionless Network Protocol вместо IPv4, но сообщество отвергло эту идею.

Ещё одно преимущество TCP/IP было в том, что интернет-протоколы можно внедрять бесплатно, а чтобы использовать стандарты OSI, производители и интеграторы должны покупать бумажные копии стандартов у ISO.

Инженеры признавали, что у OSI архитектурно более проработанная модель, она гораздо более полная, более тщательная. Но на практике проще взять простой в реализации TCP/IP. Впрочем, модель OSI никто не отменял, и в неё вполне вписывается даже стек TCP/IP.

Модель OSI как теоретическая конструкция для обучения

Модель OSI сейчас используется в качестве эталонной, справочной модели для обучения студентов. Оригинальные протоколы OSI не получили распространения. Некоторые инженеры утверждают, что эталонная модель OSI по-прежнему актуальна для облачных вычислений. Другие говорят, что оригинальная модель не соответствует современным сетевым протоколам, а вместо неё лучше использовать упрощённый подход.

В отличие от большинства компьютерных сетей, которые ставят целью наладить простой канал связи с некоторыми дополнительными функциями, модель OSI пыталась закодировать в модели практически все возможные варианты приложений. Это привело к оверинжинирингу. Но история показала, что для сетей важнее простота реализации и удобство использования.

Сетевая модель OSI: протоколы, уровни

При изучении работы компьютерных сетей рано или поздно придется столкнуться с так называемой открытой сетевой моделью OSI. Модель оси очень важна для понимания сетевых технологий, и она часто вызывает неожиданные трудности у новичков. 

Понятие протокола

Протоколы обмена (или просто протоколы) необходимы, чтобы участники обмена информацией понимали друг друга. В работе компьютерных сетей задействуется множество протоколов, относящихся к разным сетевым уровням. Например, сетевая карта компьютера следует протоколу, который описывает перевод цифровых данных в передающийся по проводам аналоговый сигнал; браузер связывается с сайтом в Интернете при помощи транспортного протокола TCP; сервер и браузер общаются, используя протокол HTTP.

Иными словами, протокол — это набор соглашений между разработчиками ПО и аппаратуры. Текст протокола отвечает на вопрос: “Что нужно сделать, чтобы программы и устройства могли взаимодействовать с другими программами/устройствами, поддерживающими протокол”. 

OSI

OSI — это аббревиатура от Open Systems Interconnection, что в переводе буквально означает “Взаимодействие открытых систем”. Речь не идет об Open Source, открытые системы в данном случае являются системами, построенными на основе открытых (общедоступных) спецификаций, соответствующих стандартам. 

Часто можно встретить термин “эталонная модель OSI”. Эталонная модель описывает, какие уровни должны быть в сети и какие функции выполняются на каждом из уровней. OSI модель разделяет все протоколы на 7 таких уровней:

• Физический (Physical)
• Канальный (Datalink)
• Сетевой (Network)
• Транспортный (Transport)
• Сеансовый (Session)
• Представительный (Presentation)
• Прикладной (Application)

Модель OSI не включает описание протоколов; они определяются в отдельных стандартах. Исторически вышло, что на практике модель взаимодействия открытых систем не применяется. Раньше существовали её буквальные реализации, содержащие ровно 7 слоев. Однако со временем их вытеснил менее предписывающий набор протоколов TCP/IP, на котором построен современный Интернет. 

Тем не менее ныне используемые протоколы приблизительно соответствуют уровням оси, а сама модель используется в качестве общего языка для описания устройства сетей.  

Физический уровень

Все уровни нумеруют, начиная с самого близкого к среде передачи данных. В данном случае первым будет физический уровень модели osi. Здесь происходит преобразование битов информации в сигналы, которые затем передаются по среде. Используемый физический протокол зависит от того, каким образом компьютер подключен к сети. 

Например, в случае обычной локальной сети на основе витой пары применяется спецификация 100BASE-TX (стандарт IEEE 802.3u), определяющая кабели и разъемы для соединения, технические характеристики проводов, частоты, напряжение, кодировку и многое другое. Подключения через Wi-Fi сложнее, так как данные передаются по радиоканалам, а эфир один на всех. Взаимодействие Wi-Fi устройств описывается спецификацией IEEE 802.11, которая, как и Ethernet, включает помимо физического уровня часть канального. 

При выходе в Интернет через сеть сотовой телефонной связи используются спецификации GSM, включающие специальные протоколы (например GPRS) и затрагивающие не только два первых, но и сетевой уровень. Бывают и относительно простые протоколы, например RS232. Он будет использоваться, если соединить два компьютера нуль-модемным кабелем через COM-порты.

Канальный уровень

Далее располагается канальный уровень модели osi. На этом слое пересылаются не биты, а целые сообщения (кадры, фреймы). Канальный уровень получает с физического поток бит, находит начало и конец сообщения и упаковывает биты в кадр. Также происходит обнаружение и коррекция ошибок. В многоточечных сетевых соединениях, где один и тот же канал связи используется разными компьютерами, канальный уровень дополнительно обеспечивает физическую адресацию и управление доступом к разделяемой среде передачи данных. 

Часть задач, которые в теории решают протоколы этого уровня, решена в спецификациях Ethernet и Wi-Fi, но есть кое-что еще. Сетевые интерфейсы в многоточечном соединении опознают друг друга по специальным шестибайтовым идентификаторам, mac-адресам. При настройке сети сетевые адаптеры должны знать, кто из них отвечает за какой сетевой адрес (ip-адрес), чтобы отправлять пакеты (блоки данных, передаваемые в пакетном режиме) по назначению. Для автоматического построения таблиц соответствия ip- и mac-адресов используется протокол ARP (Address Resolution Protocol).

В соединениях “точка-точка” ARP не нужен. Зато часто применяется протокол PPP (Point to Point Protocol). Кроме структуры кадра и контроля его целостности, он содержит правила для установления соединения, проверки состояния линии связи и аутентификации участников.

Сетевой уровень 

Следующий уровень — сетевой уровень модели osi. Он предназначен для построения крупных составных сетей на основе различных сетевых технологий. На этом уровне обеспечивается согласование различий в разных технологиях канального уровня и общая адресация с помощью глобальных адресов, позволяющих однозначно определить компьютер в сети. Также выполняется маршрутизация — определение маршрута пересылки пакетов через промежуточные узлы. 

Иногда можно столкнуться с утверждением, что в Интернете в роли этого уровня выступает протокол IP (Internet Protocol). С одной стороны это так: именно IP определяет структуру отдельного пакета, передающегося по сети через шлюзы, систему сетевых адресов и некоторые другие функции. С другой стороны существует несколько других протоколов, которые также можно отнести к сетевому уровню, хотя они и работают “поверх” IP. 

Наиболее важным среди них можно считать протокол ICMP (Internet Control Message Protocol). Благодаря ему участники соединений обмениваются сообщениями о всяких штатных и нештатных ситуациях: обрыв соединения, отсутствие подходящего маршрута и другие случаи невозможности доставки пакета. Иногда сообщения ICMP содержат рекомендации по использованию альтернативного маршрута.

Транспортный уровень

Пакеты, передаваемые по сети при помощи протоколов сетевого уровня, обычно ограничены в размерах. Они могут доставляться не в том порядке, в котором были отправлены, теряться, или, наоборот, дублироваться. Прикладным программам требуется более высокий уровень сервиса, обеспечивающий надежность доставки данных и простоту работы. За это как раз отвечают протоколы транспортного уровня модели osi. Они следят за доставкой пакетов, отправляя и анализируя соответствующие подтверждения, нумеруют пакеты и расставляют их в нужном порядке после получения.

Как говорилось выше, протоколы сетевого уровня не гарантируют доставку пакета. Отправленный пакет может потеряться или, наоборот, прийти в двух экземплярах, а пакеты, отправленные раньше других, могут прийти к получателю позже. Содержимое такого пакета обычно называют дейтаграммой (datagram). 

Одним из самых простых транспортных протоколов является UDP (user datagram protocol). Участники сетевого взаимодействия, работающие на одном компьютере, идентифицируются целыми числами, называемыми номерами портов (или просто портами). Протокол UDP предписывает добавлять к передаваемым через сеть данным номер порта отправителя и получателя, длину дейтаграммы и ее контрольную сумму. Все это “заворачивается” в пакет в соответствии с соглашениями протокола IP. При этом ответственность о подтверждениях, повторных отправках, о делении информации на небольшие порции и о последующем восстановлении исходной последовательности лежит на авторе программ. Поэтому UDP не защищает от возможности потери, дублирования пакета и нарушения порядка получения  обеспечивается только целостность данных внутри одной дейтаграммы.

Существует также второй вид транспортного взаимодействия — потоковое. Решение всех проблем, связанных с потерями пакетов, восстановлением данных из отдельных фрагментов берет на себя реализация транспортного протокола, которая оказывается гораздо сложнее реализации протокола дейтаграммного. Соответствующий транспортный протокол, используемый в Интернете, называется TCP (transmission control protocol). В отличие от работы с UDP, при потоковой работе необходимо установить соединение. Гарантируется, что все байты, записанные в поток, будут затем доступны для чтения на другом конце потока, причем их порядок будет сохранен; при невозможности соблюдения этой гарантии соединение окажется разорвано, о чем узнают оба партнера. Протокол TCP предусматривает целый ряд нетривиальных соглашений, к счастью, всю их реализацию берет на себя операционная система.

Остальные уровни

Определить, какие из реально существующих протоколов относятся к оставшимся трем уровням, будет несколько сложней. После транспортного идет сеансовый уровень. По замыслу создателей оси модели, его целью является установка сеансов связи. Сюда можно включить определение очередности передачи сообщений в управлении диалогом, например в видеоконференциях, задачи одновременного доступа к некоторым критическим операциям и защиту от разрывов сетевого соединения (функция синхронизации). Проблема заключается в том, что на практике все это реализуется либо средствами протоколов прикладного уровня, либо еще более высокоуровневыми соглашениями, не входящими в модель OSI. Поэтому в реальных сетях сеансовый уровень не используется.

Следующий слой — уровень представления. Его задача заключается в предоставлении данных в виде, понятном как отправителю, так и получателю. Сюда можно включить различные форматы данных и правила их интерпретации: протоколы кодировки текста (ASCII, UTF-8, koi8r), спецификации разнообразных версий HTML\XHTML, графические форматы (JPEG, GIF, PNG), набор спецификаций MIME и прочее. На уровне представления реализуется шифрование и дешифрование. Самые популярные примеры — Transport Layer Security (TLS)/Secure Socket Layer (SSL).

С прикладным уровнем все просто. На нем организуется взаимодействие приложений, которыми пользуются конечные пользователи. Сюда входит электронная почта, “Всемирная паутина” (World Wide Web), социальные сети, видео и аудиосвязь и т.п.

Плюсы и минусы 

Модель OSI была принята Международной организацией по стандартизации (ISO) в 1983 году. В то время сетевые технологии активно развивались. Пока в комитете спорили о стандартах, все постепенно переходили на стек TCP/IP, вытесняющий другие протоколы. Когда свет увидел реализацию протоколов OSI, на нее обрушился шквал критики. Их ругали за несоответствие реальным технологиям, неполную спецификацию, малый спектр возможностей по сравнению с существующими протоколами. 

Кроме того, эксперты отмечали деление на 7 уровней необоснованным. Некоторые слои практически не использовались, а одни и те же задачи решались на разных уровнях. Специалисты шутят, что модель OSI вышла семиуровневой, потому что в соответствующем комитете образовалось 7 подкомитетов и каждый предложил что-то свое. Между тем набор протоколов TCP/IP, на котором построен весь современный Интернет, разрабатывался узкой группой людей по принципу ad hoc — решение задачи здесь и сейчас. Никаких комитетов в создании TCP/IP участия не принимало. 

Однако не все так плохо. Неоспоримым преимуществом модели OSI является хорошая теоретическая проработка вопросов сетевого взаимодействия, поэтому сегодня она является эталоном для документации и обучения. Некоторые считают, что не все потеряно, и, возможно, модель найдет свое место, например в облачных вычислениях.

Модели OSI — пособие для начинающих — asp24.ru

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.

Источник: https://lanmarket.ua/stats/modeli-OSI—posobie-dlya-nachinayushchih

Модель OSI

58

C# и .NET — Сетевое программирование — Модель OSI

В целях формализации процесса взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection) Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) разработала для стандартизированной сети модель, которая заменила бы TCP/IP, DECNet и другие протоколы как основной сетевой протокол, использующийся в Интернете. Однако из-за сложности протокола OSI созданы и внедрены в эксплуатацию лишь немногие реализации. TCP/IP был гораздо проще, и поэтому он широко используется и сейчас. Но многие новые идеи протокола OSI можно обнаружить в IPv6, следующей версии IP.

Хотя протокол OSI не получил широкого распространения, семиуровневая модель OSI имела огромный успех, и она теперь используется как справочная модель, чтобы описать различные сетевые протоколы и их функциональные возможности.

Уровни модели OSI выделяют основные задачи, которые должны выполняться сетевыми протоколами, и описывают взаимодействие сетевых приложений. У каждого уровня есть особое назначение, и каждый уровень связан с уровнями, находящимися непосредственно выше и ниже его. OSI определяет следующие семь уровней:

• Прикладной уровень определяет для пользовательских приложений программный интерфейс с сетью.

• Представительский уровень отвечает за кодирование данных, полученных от прикладного уровня, в представление, готовое к передаче по сети, и наоборот.

• Сеансовый уровень создает виртуальное соединение между приложениями.

• Транспортный уровень делает возможным надежный обмен данными.

• Сетевой уровень позволяет обращаться к узлам локальной сети, используя логическую адресацию.

• Канальный уровень получает доступ к физической сети через физические адреса.

• Физический уровень включает соединители, кабели и т. д.

На следующем рисунке показана связь между двумя машинами. Здесь можно увидеть, как данные опускаются по стеку протоколов (protocol stack) на отправителе и поднимаются по нему на получателе. Сообщение, отправленное приложением первой машины, содержащей букву D. Прикладной уровень (уровень 7) присоединяет к сообщению заголовок (названный на рисунке Н7) и передает сообщение представительскому уровню (уровень 6), который сначала добавляет к сообщению Н6, а затем передает его сеансовому уровню (уровень 5). Это продолжается до тех пор, пока сообщение со всеми его заголовками не достигнет физического уровня (уровень 1) и не будет передано получателю. На получающей стороне каждый уровень выполняет всю необходимую обработку и, удалив соответствующий заголовок, передает сообщение вверх на следующий уровень. В конце концов приложение-получатель получает доступ к исходным данным, отправленным приложением первого компьютера:

Теперь, когда нам стала понятна концепция семи уровней, мы можем рассмотреть функциональность каждого уровня более подробно. Начнем с самого низа и будем продвигаться вверх.

Физический уровень содержит физическую среду, в том числе требования к кабелям, соединители, спецификации интерфейсов, спецификации концентраторов, повторителей и т. д. На этом уровне точно определяется, какой физический сигнал будет использоваться для посылки «1», а какой будет представлять «0».

МАС-адрес, о котором уже рассказывалось в предыдущей статье, относится к уровню 2. Узлы локальной сети отправляют друг другу сообщения, используя IP-адреса, а они должны транслироваться в соответствующие МАС-адреса канальным уровнем. Протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) транслирует IP-адреса в МАС-адреса. Кэш, содержащий известные МАС-адреса, ускоряет этот процесс, и его можно исследовать с помощью утилиты arp. Команда arp -а показывает МАС-адреса всех недавно использованных узлов в кэше ARP.

Утилита arp также позволяет установить соответствие между IP-адресами и МАC-адресами, с тем чтобы ARP-запросы для МАС-адресов больше не требовались. Однако это соответствие будет нарушено при замене сетевой платы, поэтому им следует пользоваться осторожно.

Другие обязанности канального уровня состоят в отправке и получении сообщений и обнаружении ошибок. В Ethernet также требуется обнаруживать конфликты, что мы уже обсуждали.

Коммутатор сети действует на канальном уровне, фильтруя сообщения в соответствии с МАС-адресами их получателей.

Уровнем выше над канальным уровнем находится сетевой уровень. На уровне 3 для соединения с другими узлами используется логическая адресация. МАС-адреса уровня 2 могут использоваться только внутри локальной сети, а обращаясь к узлам глобальной сети, надо использовать адресацию уровня 3. Internet Protocol (IP) — это протокол уровня 3; для идентификации узлов сети он использует IР-адреса. Маршрутизаторы выполняют маршрутизацию трафика между сетями на уровне 3.

На сетевом уровне хосты идентифицируются логическими адресами. На транспортном уровне идентифицируется приложение через так называемую конечную точку (endpoint). В протоколе TCP конечная точка задается комбинацией номера порта (port number) и IP-адреса.

Транспортный уровень различается в зависимости от того, используем ли мы надежную или ненадежную связь. При надежной связи, если сообщение было отправлено, но не было корректно получено, вырабатывается ошибка, в то время как при ненадежной связи сообщение отправляется, но никакой проверки, было ли оно вообще получено, не выполняется. При надежной связи транспортный уровень отвечает за отправку подтверждений на пакеты данных, что позволяет повторно передавать сообщения в случае искажения или потери данных, браковать дублирующие сообщения и т. д.

Сетевая связь на транспортном уровне может также различаться в зависимости от того, ориентирована ли она на соединения, или соединения отсутствуют:

• При связи, ориентированной на соединения, до отправки или получения сообщения требуется установить соединение.

• При связи без соединений устанавливать отдельные соединения необязательно и сообщения отправляются немедленно.

Протокол TCP использует ориентированный на соединения механизм связи, в то время как в UDP (User Datagram Protocol) используется механизм связи без организации соединений. Ориентированная на соединения связь является надежной, поскольку в этом случае отправляются подтверждения и сообщения посылаются повторно, если данные не получены или по какой-либо причине они были искажены.

Связь без установления соединений может быть полезна при широковещательной передаче, когда сообщения отправляются нескольким узлам. В этом случае доставка сообщения не гарантируется. Если необходим надежный обмен сообщениями, надежность может обеспечить протокол более высокого уровня, подключенный поверх механизма без установления соединения.

В модели OSI сеансовый уровень определяет обслуживание приложения, например, вход в приложение и выход из приложения. Сеанс представляет собой виртуальное (логическое) соединение между приложениями. Соединение сеансового уровня не зависит от расположенного ниже физического соединения на транспортном уровне, виртуальное соединение может существовать дольше, чем соединение на транспортном уровне. Для одного соединения сеансового уровня может потребоваться несколько соединений транспортного уровня.

Эти функциональные возможности мы сравниваем с возможностями, которые предоставляют сеансовые объекты ASP.NET. Сеансовые объекты существуют, пока сеанс не закончится по тайм-ауту (обычно через 20 минут), независимо от ТСР-соединений более низкого уровня.

Представительский уровень используется для форматирования данных в соответствии с требованиями приложений. На этом уровне обычно выполняются шифрование, дешифрование и сжатие.

Прикладной уровень—самый верхний уровень модели OSI. Этот уровень содержит приложения, в которых используются сетевые средства. Приложения могут выполнять такие задачи, как передача файлов, печать, электронная почта, Web-браузинг и т. д. Учебные приложения, которые мы будем создавать, принадлежат этому уровню.

Уровни модели OSI и протоколы в компьютерной сети

Что такое модель OSI?

Модель OSI — это логическая и концептуальная модель, которая определяет сетевое взаимодействие, используемое системами, открытыми для взаимодействия и связи с другими системами. Взаимосвязь открытых систем (модель OSI) также определяет логическую сеть и эффективно описывает передачу компьютерных пакетов с использованием различных уровней протоколов.

Из этого руководства вы узнаете:

• Характеристики OSI Model
• Почему модель OSI?
• Что такое модель OSI?
• История модели OSI
• 7 уровней модели OSI
• Физический уровень
• Канальный уровень
• Транспортный уровень
• Сетевой уровень
• Сеансовый уровень
• Уровень представления
• Прикладной уровень
• Взаимодействие между уровнями модели OSI
• протоколов, поддерживаемых на различных уровнях
• Различия между OSI и TCP/IP
• Преимущества модели OSI
• Недостатки модели OSI

Характеристики модели OSI

Вот некоторые важные характеристики модели OSI:

• Уровень следует создавать только там, где необходимы определенные уровни абстракции.
• Функция каждого уровня должна быть выбрана в соответствии с международными стандартизированными протоколами.
• Количество слоев должно быть большим, чтобы отдельные функции не помещались в один и тот же слой. В то же время он должен быть достаточно маленьким, чтобы архитектура не сильно усложнялась.
• В модели OSI каждый уровень полагается на следующий более низкий уровень для выполнения примитивных функций. Каждый уровень должен иметь возможность предоставлять услуги следующему более высокому уровню

.

• Изменения, сделанные в одном слое, не должны требовать изменений в других слоях.

Почему модель OSI?

• Помогает понять общение по сети
• Устранение неполадок упрощается за счет разделения функций на разные сетевые уровни.
• Помогает вам понять новые технологии по мере их разработки.
• Позволяет сравнивать основные функциональные связи на различных сетевых уровнях.

История модели OSI

Вот важные вехи из истории модели OSI:

• В конце 1970-х годов ISO провела программу по разработке общих стандартов и методов организации сети.
• В 1973 году Экспериментальная система с коммутацией пакетов в Великобритании определила необходимость определения протоколов более высокого уровня.
• В 19 году83, модель OSI изначально задумывалась как подробная спецификация реальных интерфейсов.
• В 1984 году архитектура OSI была официально принята ISO в качестве международного стандарта

.

7 Уровни модели OSI

Модель OSI представляет собой многоуровневую систему серверной архитектуры, в которой каждый уровень определяется в соответствии с конкретной выполняемой функцией. Все эти семь уровней работают совместно для передачи данных с одного уровня на другой.

• Верхние слои : Он касается проблем с приложениями и в основном реализован только в программном обеспечении. Самый высокий уровень находится ближе всего к конечному пользователю системы. На этом уровне общение от одного конечного пользователя к другому начинается с использования взаимодействия между прикладным уровнем. Он будет обрабатываться до конечного пользователя.
• Нижние уровни : Эти уровни обрабатывают действия, связанные с транспортировкой данных. Физический уровень и уровни канала передачи данных также реализованы в программном и аппаратном обеспечении.

Верхний и нижний уровни дополнительно делят сетевую архитектуру на семь различных уровней, как показано ниже

• Приложение
• Презентация
• Сессия
• Транспорт
• Сеть, канал передачи данных
• Физические уровни

Рассмотрим каждый уровень подробно:

Физический уровень

Физический уровень помогает определить электрические и физические характеристики соединения для передачи данных. Этот уровень устанавливает связь между устройством и физической средой передачи. Физический уровень не связан с протоколами или другими подобными элементами более высокого уровня.

Примерами оборудования на физическом уровне являются сетевые адаптеры, Ethernet, повторители, сетевые концентраторы и т. д.

Канальный уровень:

Канальный уровень исправляет ошибки, которые могут возникнуть на физическом уровне. Уровень позволяет определить протокол для установления и разрыва соединения между двумя подключенными сетевыми устройствами.

Это уровень понимания IP-адресов, который помогает вам определить логическую адресацию, чтобы можно было идентифицировать любую конечную точку.

Уровень также помогает реализовать маршрутизацию пакетов по сети. Это поможет вам определить наилучший путь, который позволит вам передавать данные от источника к месту назначения.

Уровень канала передачи данных подразделяется на подуровни двух типов:

1. Уровень управления доступом к среде (MAC). Он отвечает за управление тем, как устройства в сети получают доступ к среде, и разрешает передачу данных.
2. Уровень управления логической связью. Этот уровень отвечает за идентификацию и инкапсуляцию протоколов сетевого уровня и позволяет найти ошибку.

Важные функции уровня канала передачи данных:

• Фреймирование, которое делит данные сетевого уровня на кадры.
• Позволяет добавить заголовок к фрейму, чтобы определить физический адрес исходного и конечного компьютеров
• Добавляет логические адреса отправителя и получателя
• Он также отвечает за процесс доставки в пункт назначения процесса доставки всего сообщения.
• Он также предлагает систему контроля ошибок, в которой он обнаруживает повреждения при повторной передаче или потерянные кадры.

Уровень канала передачи данных

• также предоставляет механизм для передачи данных по независимым сетям, которые связаны друг с другом.

Транспортный уровень:

Транспортный уровень строится на сетевом уровне для обеспечения передачи данных от процесса на исходном компьютере к процессу на целевом компьютере. Он размещается с использованием одной или нескольких сетей, а также поддерживает функции качества обслуживания.

Определяет, сколько данных должно быть отправлено, куда и с какой скоростью. Этот уровень основан на сообщении, полученном от прикладного уровня. Это помогает гарантировать, что блоки данных доставляются без ошибок и в определенной последовательности.

Транспортный уровень помогает контролировать надежность канала посредством управления потоком, контроля ошибок и сегментации или десегментации.

Транспортный уровень также предлагает подтверждение успешной передачи данных и отправляет следующие данные в случае отсутствия ошибок. TCP — самый известный пример транспортного уровня.

Важные функции транспортных уровней:

• Он делит сообщение, полученное от сеансового уровня, на сегменты и нумерует их для создания последовательности.
• Транспортный уровень обеспечивает доставку сообщения правильному процессу на целевом компьютере.
• Это также гарантирует, что все сообщение будет доставлено без ошибок, иначе оно должно быть передано повторно.

Сетевой уровень:

Сетевой уровень обеспечивает функциональные и процедурные средства передачи последовательностей данных переменной длины от одного узла к другому, подключенному к «разным сетям».

Доставка сообщений на сетевом уровне не дает никаких гарантированно надежных протоколов сетевого уровня.

Протоколы управления уровнями, принадлежащие сетевому уровню:

1. протоколы маршрутизации
2. управление многоадресной группой
3. назначение адреса сетевого уровня.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень управляет диалогами между компьютерами. Это поможет вам установить запуск и завершение соединений между локальным и удаленным приложением.

Этот уровень запрашивает логическое соединение, которое должно быть установлено по требованию конечного пользователя. Этот уровень обрабатывает все важные операции входа в систему или проверки пароля.

Уровень сеанса предлагает такие услуги, как дисциплина диалога, которые могут быть дуплексными или полудуплексными. В основном это реализовано в средах приложений, использующих удаленные вызовы процедур.

Важная функция сеансового уровня:

• Он устанавливает, поддерживает и завершает сеанс.
• Сеансовый уровень позволяет двум системам вступать в диалог
• Это также позволяет процессу добавлять контрольную точку к потоку данных.

Уровень представления

Уровень представления позволяет определить форму, в которой данные должны обмениваться между двумя взаимодействующими объектами. Это также помогает вам обрабатывать сжатие данных и шифрование данных.

Этот уровень преобразует данные в форму, приемлемую для приложения. Он также форматирует и шифрует данные, которые должны передаваться по всем сетям. Этот уровень также известен как синтаксический уровень .

Функция уровней представления:

• Преобразование кодов символов из ASCII в EBCDIC.
• Сжатие данных: позволяет уменьшить количество битов, которые необходимо передать по сети.
• Шифрование данных: Помогает шифровать данные в целях безопасности — например, для шифрования паролей.
• Предоставляет пользовательский интерфейс и поддержку таких услуг, как электронная почта и передача файлов.

Прикладной уровень

Прикладной уровень взаимодействует с прикладной программой, которая является высшим уровнем модели OSI. Прикладной уровень — это уровень OSI, ближайший к конечному пользователю. Это означает, что прикладной уровень OSI позволяет пользователям взаимодействовать с другим программным приложением.

Прикладной уровень взаимодействует с программными приложениями для реализации коммуникационного компонента. Интерпретация данных прикладной программой всегда выходит за рамки модели OSI.

Примером прикладного уровня является приложение, такое как передача файлов, электронная почта, удаленный вход в систему и т. д.

Функции прикладных уровней:

• синхронизация общения.
• Позволяет пользователям входить на удаленный хост
• Этот уровень предоставляет различные службы электронной почты
• Это приложение предлагает источники распределенных баз данных и доступ к глобальной информации о различных объектах и ​​службах.

Взаимодействие между уровнями модели OSI

Информация, отправляемая из одного компьютерного приложения в другое, должна пройти через каждый из уровней OSI.

Это поясняется в приведенном ниже примере:

• Каждый уровень в модели OSI взаимодействует с двумя другими уровнями, которые находятся ниже его, и его равноправным уровнем в какой-либо другой сетевой вычислительной системе.
• На приведенной ниже диаграмме видно, что уровень канала передачи данных первой системы взаимодействует с двумя уровнями: сетевым уровнем и физическим уровнем системы. Это также помогает вам общаться с канальным уровнем второй системы.

Протоколы, поддерживаемые на различных уровнях

Слой	Имя	Протоколы
Уровень 7	Приложение	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Слой 6	Презентация	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Уровень 5	Сессия	NetBIOS, SAP
Уровень 4	Транспорт	TCP, УДП
Уровень 3	Сеть	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Уровень 2	Канал передачи данных	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, оптоволоконный кабель и т. д.
Уровень 1	Физический	RS232, 100BaseTX, ЦСИС, 11.

Различия между OSI и TCP/IP

Вот некоторые важные различия между моделями OSI и TCP/IP:

Модель OSI	Модель TCP/IP
Модель OSI обеспечивает четкое различие между интерфейсами, службами и протоколами.	TCP/IP не предлагает каких-либо четких различий между службами, интерфейсами и протоколами.
OSI использует сетевой уровень для определения стандартов и протоколов маршрутизации.	TCP/IP использует только уровень Интернета.
В модели OSI используются два отдельных уровня: физический и канал передачи данных для определения функциональности нижних уровней	TCP/IP использует только один уровень (канал).
Модель OSI, транспортный уровень ориентирован только на соединение.	Уровень модели TCP/IP одновременно ориентирован на установление соединения и не требует установления соединения.
В модели OSI уровень канала передачи данных и физический уровень являются отдельными уровнями.	В протоколе TCP уровень канала передачи данных и физический уровень объединены в один уровень «хост-сеть».
Минимальный размер заголовка OSI — 5 байт.	Минимальный размер заголовка — 20 байт.

Преимущества модели OSI

Вот основные преимущества/достоинства использования модели OSI:

• Она помогает стандартизировать маршрутизатор, коммутатор, материнскую плату и другое оборудование
• Снижает сложность и стандартизирует интерфейсы
• Облегчает модульное проектирование
• Помогает вам обеспечить совместимость технологий
• Помогает ускорить эволюцию
• Протоколы могут быть заменены новыми протоколами при изменении технологии.
• Обеспечьте поддержку услуг, ориентированных на подключение, а также услуг без установления соединения.
• Стандартная модель для компьютерных сетей.
• Поддерживает службы без установления соединения и услуги, ориентированные на соединение.
• Предлагает гибкость для адаптации к различным типам протоколов

Недостатки модели OSI

Вот некоторые минусы/недостатки использования модели OSI:

• Настройка протоколов — утомительная задача.
• Вы можете использовать его только в качестве эталонной модели.
• Не определяет какой-либо конкретный протокол.
• В модели сетевого уровня OSI некоторые услуги дублируются на многих уровнях, таких как транспортный уровень и уровень канала передачи данных
• Слои не могут работать параллельно, так как каждому слою нужно ждать, чтобы получить данные от предыдущего слоя.

Резюме

• Модель OSI представляет собой логическую и концептуальную модель, которая определяет сетевое взаимодействие, используемое системами, открытыми для взаимосвязи и связи с другими системами
• В модели OSI уровень следует создавать только там, где необходимы определенные уровни абстракции.
• Уровень OSI помогает понять связь по сети
• В 1984 году архитектура OSI была официально принята ISO в качестве международного стандарта

.

Слой	Имя	Функция	Протоколы
Уровень 7	Приложение	Разрешить доступ к сетевым ресурсам.	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Слой 6	Презентация	Для перевода, шифрования и сжатия данных.	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Уровень 5	Сессия	Для установки, управления и завершения сеанса	NetBIOS, SAP
Уровень 4	Транспорт	Транспортный уровень строится на сетевом уровне для обеспечения передачи данных от процесса на исходном компьютере к процессу на целевом компьютере.	TCP, УДП
Уровень 3	Сеть	Для обеспечения межсетевого взаимодействия. Для перемещения пакетов от источника к получателю	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Уровень 2	Канал передачи данных	Для организации битов в кадры. Для обеспечения сквозной доставки	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, оптоволоконный кабель и т. д.
Уровень 1	Физический	Для передачи битов по среде. Предоставить механические и электрические характеристики	RS232, 100BaseTX, ЦСИС, 11.

Уровни модели OSI — GeeksforGeeks

OSI означает Взаимодействие открытых систем . Он был разработан ISO — «Международная организация по стандартизации » в 1984 году. Это 7-уровневая архитектура, каждый уровень которой выполняет определенные функции. Все эти 7 уровней работают совместно для передачи данных от одного человека к другому по всему миру.

Предпосылка: основы компьютерных сетей 

1. Физический уровень (уровень 1):

Самый нижний уровень эталонной модели OSI — физический уровень. Он отвечает за реальное физическое соединение между устройствами. Физический уровень содержит информацию в виде бит. Он отвечает за передачу отдельных битов от одного узла к другому. При получении данных этот уровень получит полученный сигнал, преобразует его в 0 и 1 и отправит их на уровень канала передачи данных, который снова соберет кадр.

Функции физического уровня следующие:  

1. Синхронизация битов: Физический уровень обеспечивает синхронизацию битов с помощью часов. Эти часы контролируют как отправителя, так и получателя, тем самым обеспечивая синхронизацию на уровне битов.
2. Контроль скорости передачи: Физический уровень также определяет скорость передачи, т. е. количество битов, отправляемых в секунду.
3. Физические топологии: Физический уровень определяет способ расположения различных устройств/узлов в сети, т. е. шинную, звездообразную или ячеистую топологию.
4. Режим передачи: Физический уровень также определяет способ передачи данных между двумя подключенными устройствами. Возможны различные режимы передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.

 * Концентратор, повторитель, модем, кабели являются устройствами физического уровня.
** Сетевой уровень, канальный уровень и физический уровень также известны как нижние уровни   или аппаратные уровни   . 

2. Канальный уровень (DLL) (уровень 2):

Канальный уровень отвечает за доставку сообщения от узла к узлу. Основная функция этого уровня — обеспечить безошибочную передачу данных от одного узла к другому через физический уровень. Когда пакет поступает в сеть, DLL несет ответственность за его передачу на хост с использованием его MAC-адреса.
Уровень канала передачи данных разделен на два подуровня:

1. Управление логическим каналом (LLC)
2. Управление доступом к среде (MAC)

Пакет, полученный с сетевого уровня, далее делится на кадры в зависимости от размера кадра сетевой карты ( сетевая карта). DLL также инкапсулирует MAC-адреса отправителя и получателя в заголовке.

MAC-адрес приемника получается путем отправки запроса ARP (протокол разрешения адресов) на провод с вопросом «У кого есть этот IP-адрес?» и хост-получатель ответит своим MAC-адресом.

Функции уровня канала передачи данных:  

1. Кадрирование: Кадрирование — это функция уровня канала данных. Он предоставляет отправителю возможность передать набор битов, которые имеют значение для получателя. Этого можно добиться, прикрепив к началу и концу кадра специальные битовые комбинации.
2. Физическая адресация: После создания кадров канальный уровень добавляет физические адреса (MAC-адреса) отправителя и/или получателя в заголовок каждого кадра.
3. Контроль ошибок: Канальный уровень обеспечивает механизм контроля ошибок, в котором он обнаруживает и повторно передает поврежденные или потерянные кадры.
4. Управление потоком: Скорость передачи данных должна быть постоянной с обеих сторон, иначе данные могут быть повреждены, поэтому управление потоком координирует количество данных, которые могут быть отправлены, до получения подтверждения.
5. Контроль доступа: Когда один канал связи используется несколькими устройствами, подуровень MAC уровня канала передачи данных помогает определить, какое устройство имеет контроль над каналом в данный момент времени.

  * Пакет на канальном уровне называется кадром .  
** Канальный уровень управляется сетевой картой (сетевой интерфейсной картой) и драйверами устройств хост-компьютеров.
*** Коммутаторы и мосты — это устройства канального уровня. 

3. Сетевой уровень (уровень 3):

Сетевой уровень работает для передачи данных от одного хоста к другому, расположенному в разных сетях. Он также заботится о маршрутизации пакетов, т. е. о выборе кратчайшего пути для передачи пакета из числа доступных маршрутов. IP-адреса отправителя и получателя размещаются в заголовке на сетевом уровне.

Функции сетевого уровня:  

1. Маршрутизация: Протоколы сетевого уровня определяют, какой маршрут подходит от источника к месту назначения. Эта функция сетевого уровня известна как маршрутизация.
2. Логическая адресация: Для уникальной идентификации каждого устройства в объединенной сети сетевой уровень определяет схему адресации. IP-адреса отправителя и получателя размещаются в заголовке на сетевом уровне. Такой адрес однозначно и универсально отличает каждое устройство.

  * Сегмент  на сетевом уровне называется пакетом   . 

 ** Сетевой уровень реализуется сетевыми устройствами, такими как маршрутизаторы. 

4. Транспортный уровень (уровень 4):

Транспортный уровень предоставляет услуги прикладному уровню и получает услуги от сетевого уровня. Данные на транспортном уровне называются сегментами . Он отвечает за сквозную доставку всего сообщения. Транспортный уровень также обеспечивает подтверждение успешной передачи данных и повторную передачу данных в случае обнаружения ошибки.

На стороне отправителя: Транспортный уровень получает форматированные данные от верхних уровней, выполняет сегментацию , а также реализует управление потоком и ошибками для обеспечения надлежащей передачи данных. Он также добавляет номера портов источника и назначения в свой заголовок и пересылает сегментированные данные на сетевой уровень.

Примечание: Отправитель должен знать номер порта, связанный с приложением получателя.

Как правило, этот номер порта назначения настраивается либо по умолчанию, либо вручную. Например, когда веб-приложение отправляет запрос веб-серверу, оно обычно использует порт с номером 80, так как это порт по умолчанию, назначенный веб-приложениям. Многим приложениям назначены порты по умолчанию.

На стороне получателя:  Транспортный уровень считывает номер порта из своего заголовка и пересылает полученные данные соответствующему приложению. Он также выполняет секвенирование и повторную сборку сегментированных данных.

Транспортный уровень выполняет следующие функции:  

1. Сегментация и повторная сборка: Этот уровень принимает сообщение от (сеансового) уровня и разбивает сообщение на более мелкие части. Каждый из созданных сегментов имеет связанный с ним заголовок. Транспортный уровень на станции назначения повторно собирает сообщение.
2. Адресация точки обслуживания: Для доставки сообщения нужному процессу заголовок транспортного уровня включает тип адреса, называемый адресом точки обслуживания или адресом порта. Таким образом, указывая этот адрес, транспортный уровень гарантирует, что сообщение будет доставлено правильному процессу.

Услуги, предоставляемые транспортным уровнем:  

A. Услуга, ориентированная на соединение: Это трехэтапный процесс, который включает 

– Установление соединения
– Передача данных
– Завершение/разъединение

В этом типе передачи принимающее устройство отправляет подтверждение обратно к источнику после получения пакета или группы пакетов. Этот тип передачи надежен и безопасен.

B. Услуга без установления соединения: Это одноэтапный процесс, включающий передачу данных. В этом типе передачи получатель не подтверждает получение пакета. Такой подход обеспечивает гораздо более быструю связь между устройствами. Служба с установлением соединения более надежна, чем Служба без установления соединения.

* Данные на транспортном уровне называются сегментами .
** Транспортный уровень управляется операционной системой. Он является частью ОС и взаимодействует с прикладным уровнем посредством системных вызовов.
Транспортный уровень называется моделью Heart of OSI .

5. Сеансовый уровень (Уровень 5):

Этот уровень отвечает за установление соединения, обслуживание сеансов, аутентификацию, а также обеспечивает безопасность.
Функции уровня сеанса:  

1. Установление, обслуживание и завершение сеанса: Уровень позволяет двум процессам устанавливать, использовать и завершать соединение.
2. Синхронизация: Этот уровень позволяет процессу добавлять в данные контрольные точки, которые считаются точками синхронизации. Эти точки синхронизации помогают идентифицировать ошибку, чтобы данные повторно синхронизировались должным образом, а концы сообщений не обрезались преждевременно, а потери данных не было.
3. Контроллер диалогов: Сеансовый уровень позволяет двум системам устанавливать связь друг с другом в полудуплексном или дуплексном режиме.

**Все нижеприведенные 3 уровня (включая сеансовый уровень) интегрированы как один уровень в модель TCP/IP как «прикладной уровень».
**Эти 3 уровня реализуются самим сетевым приложением. Они также известны как Верхние уровни или Программные уровни .  

Сценарий: 

Давайте рассмотрим сценарий, в котором пользователь хочет отправить сообщение через некоторое приложение Messenger, работающее в его браузере. «Мессенджер» здесь действует как прикладной уровень, который предоставляет пользователю интерфейс для создания данных. Это сообщение или так называемые данные сжимаются, шифруются (если есть защищенные данные) и преобразуются в биты (0 и 1), чтобы их можно было передать.

6. Уровень представления (уровень 6):

Уровень представления также называется 9-м уровнем.0092 Слой перевода . Здесь извлекаются данные прикладного уровня и обрабатываются в соответствии с требуемым форматом для передачи по сети.
Функции уровня представления: 

• Преобразование: Например, ASCII в EBCDIC.
• Шифрование/дешифрование: Шифрование данных переводит данные в другую форму или код. Зашифрованные данные известны как зашифрованный текст, а расшифрованные данные известны как обычный текст. Значение ключа используется как для шифрования, так и для расшифровки данных.
• Сжатие: Уменьшает количество битов, которые необходимо передать по сети.

7. Уровень приложений (уровень 7):

На самом верху стека уровней эталонной модели OSI находится уровень приложений, который реализуется сетевыми приложениями. Эти приложения производят данные, которые необходимо передавать по сети. Этот уровень также служит окном для доступа прикладных служб к сети и для отображения полученной информации пользователю.

Пример: приложение — браузеры, Skype Messenger и т. д. 

  **Прикладной уровень также называется уровнем рабочего стола.    

The functions of the Application layer are :  

1. Network Virtual Terminal
2. FTAM-File transfer access and management
3. Mail Services
4. Directory Services

OSI model acts as a reference model and is не реализован в Интернете из-за его позднего изобретения. В настоящее время используется модель TCP/IP.

Краткая информация о модели OSI

Обобщенная модель OSI (табличная форма)

Эта статья написана Kundana Thiyari и Harshita Pandey . Если вам нравится GeeksforGeeks и вы хотите внести свой вклад, вы также можете написать статью с помощью write. geeksforgeeks.org или отправить ее по адресу [email protected]. Посмотрите, как ваша статья появится на главной странице GeeksforGeeks, и помогите другим гикам.

Пожалуйста, пишите комментарии, если вы обнаружите что-то неправильное, или вы хотите поделиться дополнительной информацией по теме, обсуждаемой выше.

Объяснение модели OSI и как легко запомнить ее 7 уровней

Учебное пособие по эталонной модели сети Open Systems Interconnection и советы по запоминанию семи уровней

Кит Шоу

Соавтор,

Сетевой мир |

Thinkstock

Модель взаимодействия открытых систем (OSI) представляет собой концептуальную структуру, описывающую сетевые или телекоммуникационные системы как семь уровней, каждый из которых выполняет свою функцию.

Уровни помогают сетевым специалистам визуализировать то, что происходит в их сетях, и могут помочь сетевым администраторам сузить круг проблем (это физическая проблема или что-то связанное с приложением?), а также программистам (при разработке приложения, какие другие слои, с которыми нужно работать?). Поставщики технических средств, продающие новые продукты, часто обращаются к модели OSI, чтобы помочь клиентам понять, с каким уровнем работают их продукты и работают ли они «по всему стеку».

7 уровней модели OSI

Уровни: Уровень 1 — физический; Уровень 2 — канал передачи данных; Уровень 3 — сеть; Уровень 4 — Транспорт; Уровень 5 — сеанс; Уровень 6 — Представление; Уровень 7 — Приложение.

Так было не всегда. Задуманные в 1970-х годах, когда компьютерные сети только начинали развиваться, две отдельные модели были объединены в 1983 году и опубликованы в 1984 году, чтобы создать модель OSI, с которой сегодня знакомо большинство людей. Большинство описаний модели OSI идут сверху вниз, а числа идут от уровня 7 вниз к уровню 1. Уровни и то, что они представляют, следующие:

Уровень 7 — Приложение

Уровень приложения в модели OSI — это уровень, который является «ближайшим к конечному пользователю». Он получает информацию непосредственно от пользователей и отображает поступающие данные пользователю. Как ни странно, сами приложения не находятся на прикладном уровне. Вместо этого уровень облегчает связь через нижние уровни, чтобы установить соединения с приложениями на другом конце. Веб-браузеры (Google Chrome, Firefox, Safari и т. д.), TelNet и FTP – примеры средств связи , основанных  на уровне 7.

Уровень 6 — представление

Уровень представления представляет собой область, независимую от представления данных на прикладном уровне. В общем, это подготовка или перевод формата приложения в сетевой формат или из сетевого форматирования в формат приложения. Другими словами, уровень «представляет» данные для приложения или сети. Хорошим примером этого является шифрование и дешифрование данных для безопасной передачи; это происходит на уровне 6.

Уровень 5 — Сеанс

Когда двум компьютерам или другим сетевым устройствам необходимо общаться друг с другом, необходимо создать сеанс, и это делается на сеансовом уровне . Функции на этом уровне включают настройку, координацию (например, как долго система должна ждать ответа) и завершение между приложениями на каждом конце сеанса.

Уровень 4 – Транспортный

Транспортный уровень занимается координацией передачи данных между конечными системами и хостами. Сколько данных отправлять, с какой скоростью, куда они идут и т. д. Наиболее известным примером транспортного уровня является протокол управления передачей (TCP), который построен поверх интернет-протокола (IP), широко известного как TCP. /IP. Номера портов TCP и UDP работают на уровне 4, а IP-адреса работают на уровне 3, сетевом уровне.

Уровень 3 — Сеть

Здесь, на сетевом уровне, вы найдете большую часть функций маршрутизатора, которые важны и нравятся большинству сетевых профессионалов. В самом общем смысле этот уровень отвечает за пересылку пакетов, включая маршрутизацию через разные маршрутизаторы. Возможно, вы знаете, что ваш компьютер в Бостоне хочет подключиться к серверу в Калифорнии, но есть миллионы разных путей. Маршрутизаторы на этом уровне помогают сделать это эффективно.

Уровень 2 — Канал передачи данных

Канальный уровень обеспечивает передачу данных между узлами (между двумя напрямую подключенными узлами), а также обрабатывает исправление ошибок на физическом уровне. Здесь также существуют два подуровня — уровень управления доступом к среде (MAC) и уровень управления логическим каналом (LLC). В сетевом мире большинство коммутаторов работают на уровне 2. Но не все так просто. Некоторые коммутаторы также работают на уровне 3, чтобы поддерживать виртуальные локальные сети, которые могут охватывать более одной подсети коммутатора, что требует возможностей маршрутизации.

Уровень 1 — физический

В нижней части нашей модели OSI находится физический уровень, который представляет электрическое и физическое представление системы. Это может включать в себя все, от типа кабеля, радиочастотного канала (как в сети Wi-Fi), а также расположения контактов, напряжения и других физических требований. Когда возникает проблема с сетью, многие специалисты по сетевым технологиям сразу же обращаются к физическому уровню, чтобы проверить, правильно ли подключены все кабели и, например, что вилка питания не отсоединена от маршрутизатора, коммутатора или компьютера.

Зачем вам нужно знать 7 уровней OSI

Большинству специалистов в области ИТ, вероятно, потребуется знать о различных уровнях, когда они собираются получать сертификаты, во многом так же, как студенту, изучающему гражданское право, необходимо узнать о трех ветвях США правительство. После этого вы узнаете о модели OSI, когда поставщики рассказывают, с какими уровнями работают их продукты.

В сообщении Quora, на вопрос о цели модели OSI, Викрам Кумар ответил так:

«Цель эталонной модели OSI — направлять поставщиков и разработчиков, чтобы продукты цифровой связи и программное обеспечение, которые они создают, взаимодействовали, и облегчить четкое сравнение средств коммуникации».

Хотя некоторые люди могут возразить, что модель OSI устарела (из-за своей концептуальной природы) и менее важна, чем четыре уровня модели TCP/IP, Кумар говорит, что «трудно читать о сетевых технологиях сегодня, не видя ссылок». с моделью OSI и ее уровнями, потому что структура модели помогает вести обсуждение протоколов и сопоставлять различные технологии».

Если вы можете понять модель OSI и ее уровни, вы также сможете понять, какие протоколы и устройства могут взаимодействовать друг с другом при разработке и объяснении новых технологий.

Модель OSI остается актуальной

В сообщении на GeeksforGeeks участник Вабхав Билотиа приводит несколько причин, по которым модель OSI остается актуальной, особенно когда речь идет о безопасности и определении возможных технических рисков и уязвимостей.

Например, благодаря пониманию различных уровней группы безопасности предприятия могут идентифицировать и классифицировать физический доступ, где находятся данные, и предоставить список приложений, которые сотрудники используют для доступа к данным и ресурсам.

«Знание того, где хранится большая часть данных вашей компании, локально или в облачных сервисах, поможет определить вашу политику информационной безопасности», — пишет Bilotia. «Вы можете инвестировать в правильные решения, которые обеспечивают видимость данных на соответствующих уровнях OSI, когда у вас есть эти знания».

Кроме того, модель OSI можно использовать для понимания миграции облачной инфраструктуры, особенно когда речь идет о защите данных в облаке.

А поскольку эта модель существует так давно и понятна очень многим, единый словарь и термины помогают специалистам по сетевым технологиям быстро понять компоненты сетевой системы. «Хотя эта парадигма напрямую не реализована в современных сетях TCP/IP, это полезная концептуальная модель для связывания нескольких технологий друг с другом и реализации соответствующей технологии надлежащим образом», — пишет Билотиа. Мы не могли не согласиться.

Как запомнить слои модели OSI 7 – 8 мнемонических приемов

Если вам нужно запомнить слои для колледжа или сертификационного экзамена, вот несколько предложений, которые помогут запомнить их по порядку. Первая буква каждого слова совпадает с первой буквой уровня OSI.

От приложения к физическому (от уровня 7 до уровня 1): 

Кажется, что всем людям нужна обработка данных

Все специалисты ищут первоклассные пончики

Пингвин сказал, что никто не пьет пепси

Священник увидел, как две монахини отжимаются

От физического к прикладному (от уровня 1 до уровня 7):

Пожалуйста, не выбрасывайте пиццу с колбасой

Фу! Мертвые черепашки-ниндзя пахнут особенно ужасно

Людям не нужно видеть Паулу Абдул

Питу больше не нужно продавать соленья

Кит Шоу был редактором Network World и автором колонки Cool Tools. Сейчас он внештатный писатель и редактор из Вустера, штат Массачусетс.0939

Связанный:

• Сеть

Кит Шоу — цифровой журналист и создатель контента, более 20 лет освещающий вопросы технологий. В настоящее время он ведет шоу «Сегодня в технологиях» Foundry.

Copyright © 2022 IDG Communications, Inc.

10 самых влиятельных компаний в области корпоративных сетей 2022 г.

Модель OSI: объяснение 7 уровней компьютерной сети

Протоколы и модель OSI — CompTIA Security+ SY0-401: 1.4

Модель OSI представляет собой полезное описание данных, поступающих с одного вычислительного устройства, через сеть и на другое устройство. В этом видео вы узнаете, как реальный мир соотносится с миром модели OSI.

<< Предыдущее видео: Общие сетевые порты Следующее: Беспроводное шифрование >>

Хотя модель OSI является руководством, это модель. Мы можем взять аспекты реального мира и вписать их в различные уровни модели OSI. Поэтому я подумал, что было бы хорошо взять некоторые вещи, о которых мы знаем, и начать заполнять различные слои, начиная с уровня 1 и заканчивая уровнем 7.

об этом, этот физический уровень действительно имеет дело с подключением. Мы говорим о кабелях. Мы говорим об интерфейсах. Мы говорим о сетевых интерфейсных картах, а в некоторых случаях даже о концентраторах, поскольку речь идет о наличии или повторении информации по мере ее прохождения. А концентратор — это не что иное, как многопортовый повторитель.

На втором уровне, или уровне канала передачи данных, мы начинаем видеть фактические кадры, которые создаются и передаются в сеть. Таким образом, на самом базовом уровне фрейма мы говорим о MAC-адресах, по крайней мере, в мире Ethernet. Вы также можете увидеть термин «расширенный уникальный идентификатор». И это термин товарного знака IEEE, EUI-48 или EUI-64, который относится к формату, 48-битному и 64-битному формату физического адреса.

Мы также знаем, что на этом уровне работают коммутаторы. Когда они видят MAC-адрес, он затем ищет в своей таблице, куда он должен отправлять этот MAC-адрес. Таким образом, все решения о пересылке, принимаемые коммутаторами, принимаются на этом уровне 2, уровне управления каналом данных модели OSI.

На сетевом уровне мы начинаем видеть сетевые адреса. Таким образом, модель OSI определенно предполагает, что IP-адреса будут находиться на этом уровне. Конечно, именно здесь работают и наши маршрутизаторы, поскольку маршрутизаторы принимают решения о маршрутизации и переадресации на основе этих адресов уровня 3, этих сетевых адресов.

И мы часто называем этот сегмент кадра пакетом. Таким образом, все на этом уровне 3 и выше находится внутри пакета. И мы пакетируем или отправляем эту информацию по сети, и все это происходит на уровне 3.

Уровень 4 модели OSI — это наш транспортный уровень. И, как следует из названия, это протоколы, передающие информацию с одной стороны сети на другую. Так что здесь вы ожидаете увидеть TCP, наш протокол управления передачей, и UDP, наш протокол пользовательских дейтаграмм. И, очевидно, они работают очень по-разному.

TCP при отправке информации ожидает получить подтверждение. UDP отправляет информацию и понятия не имеет, попали эти данные туда или нет. Подтверждения не отправляются обратно как часть протоколов UDP. Но оба этих протокола, поскольку они передают информацию, прекрасно вписываются в уровень 4 модели OSI.

Наш сеансовый уровень — это место, где мы можем видеть протоколы управления, используемые для установки сеанса или разрыва сеанса. Это также протоколы, которые можно использовать для создания туннелей между одной станцией и другой. И они туннелируются в следующий уровень, уровень 6, наш уровень представления. Если мы выполняем шифрование любого типа, если мы заходим на веб-сайт и отправляем зашифрованные данные туда и обратно или получаем зашифрованные данные, которые нам нужно расшифровать, весь этот процесс происходит на этом уровне 6 и получает он готов представить нам, что действительно будет на уровне 7.

Наконец, на уровне 7 мы видим электронное письмо. Мы видим расшифрованную информацию, расшифрованный веб-сайт или веб-страницу, которую мы запрашивали. Все, что там происходит. Таким образом, каждый раз, когда мы отправляем информацию, она начинается с уровня 7, проходит весь путь до уровня 1 и проходит по сети. А на другом конце он выполняет то же самое вплоть до уровня 7 снова.

Если бы мы посмотрели на это в расшифровке протокола, это почти точно сопоставило бы с тем, на что мы только что смотрели. Например, это снимок экрана из сеанса Wireshark, когда я только что перехватил сообщение, я думаю, что это была Google Mail, которую я делал. И в этом конкретном случае мы видим, что начинаем с фрейма. Итак, на самом деле мы говорим об этих функциональных возможностях Уровня 1 и Уровня 2. Фактически, есть MAC-адреса, адрес уровня 2 исходного устройства и адрес уровня 2 того, что в данном случае было маршрутизатором Netgear, готовящим его к отправке через Интернет.

В интернет-протоколе уровня 3 вы можете увидеть мои исходные IP-адреса здесь. И я действительно разговаривал с Google Mail. И вы можете увидеть IP-адрес Google Mail, так что это очищает уровень 3 для нас.

Очевидно, что информация передается в рамках этого сообщения Google Mail, поэтому мы используем протокол управления передачей, уровень 4 вашей модели OSI. Вот ваш исходный порт. Есть порт назначения, 443, который говорит мне, что это был зашифрованный веб-трафик. Кроме того, у вас есть порядковые номера, номера подтверждений и связанная информация.

Выше этого не так много, на что вы можете смотреть, потому что все на этом уровне, теперь на уровне безопасных сокетов, представляет собой зашифрованные данные. И нередко слои 5, 6 и 7 помещают в отдельный небольшой блок и говорят, что все, что находится выше уровня 4, является приложением. Это настройка сеанса. Это шифрование и расшифровка данных. Он предоставляет вам информацию.

Но это очень хороший пример того, как вы можете получать пакеты прямо из сети, смотреть, как они вам представлены, и сопоставлять их с определенными уровнями OSI. И это именно то, что произошло в этом случае: у меня было приложение, которое было моей почтой Google, которая затем была зашифрована с помощью SSL или TLS. Он был отправлен и передан через TCP по моей сети с использованием IP-адресов для связи на этих больших расстояниях. И только для того, чтобы передать эти данные на мой локальный маршрутизатор, я использовал MAC-адреса на этом канальном уровне, чтобы передать их по пути.

И, конечно же, наконец-то этот роутер подал его на провод в виде электрических сигналов. Эти электрические сигналы проходили через Интернет, проходя через несколько маршрутизаторов по пути, так что, вероятно, по пути они переходили на уровни 3 и 4. И затем, наконец, как только он попал на другую сторону, его можно было воссоздать на сервере Google до уровня приложения.

Итак, хотя мы называем это моделью OSI, существует множество реальных связей с тем, как работают наши приложения. Именно так мы сможем общаться с другими сетевыми специалистами, когда они будут спрашивать, в чем проблема, где вы видите проблему, с которой вы можете конкретно поговорить, я вижу проблему на уровне 3 с может связаться с этим IP-адресом. Или я вижу проблему на уровне 1, потому что у меня проблемы с подключением на физическом уровне. Все это работает вместе, чтобы убедиться, что информация может передаваться туда и обратно. И, как видите, не так уж сложно сопоставить происходящее в реальном мире с нашей моделью OSI.

Модель ISO/OSI и ее уровни — от физического до прикладного

Существует n пользователей, которые используют компьютерную сеть и находятся по всему миру. Таким образом, чтобы обеспечить национальную и всемирную передачу данных, необходимо разработать системы, совместимые для обмена данными друг с другом. ИСО разработала стандарт. ISO расшифровывается как Международная организация по стандартизации . Это называется моделью Open System Interconnection (OSI) и широко известна как модель OSI.

Модель ISO-OSI представляет собой семиуровневую архитектуру. Он определяет семь слоев или уровней в полной коммуникационной системе. Это:

1. Прикладной уровень
2. Уровень представления
3. Сеансовый уровень
4. Транспортный уровень
5. Сетевой уровень
6. Уровень канала передачи данных
7. Физический уровень

Ниже у нас есть полное представление модели OSI, демонстрирующее все уровни и то, как они взаимодействуют друг с другом.

В приведенной ниже таблице мы указали используемых протоколов и блоков данных, которыми обменивались на каждом уровне модели OSI.

Особенность модели OSI

1. С помощью этой модели OSI можно понять общую картину обмена данными по сети.
2. Мы видим, как аппаратное и программное обеспечение работают вместе.
3. Мы можем понять новые технологии по мере их разработки.
4. Устранение неполадок упрощается при использовании отдельных сетей.
5. Может использоваться для сравнения основных функциональных взаимосвязей в разных сетях.

Принципы эталонной модели OSI

Эталонная модель OSI имеет 7 уровней. Принципы, которые были применены для получения семи уровней, можно кратко резюмировать следующим образом:

1. Слой должен быть создан там, где требуется другая абстракция.
2. Каждый уровень должен выполнять четко определенную функцию.
3. Функция каждого уровня должна выбираться с прицелом на определение протоколов, стандартизированных на международном уровне.
4. Границы уровней должны быть выбраны так, чтобы свести к минимуму поток информации через интерфейсы.
5. Количество уровней должно быть достаточно большим, чтобы отдельные функции не приходилось по необходимости объединять на одном уровне, и достаточно маленьким, чтобы архитектура не становилась громоздкой.

Функции различных уровней

Ниже приведены функции, выполняемые каждым уровнем модели OSI. Это всего лишь введение, мы подробно рассмотрим каждый слой в следующих уроках.

Уровень 1 модели OSI: физический уровень

1. Физический уровень — это самый нижний уровень модели OSI.
2. Активирует, поддерживает и деактивирует физическое соединение.
3. Отвечает за передачу и прием неструктурированных необработанных данных по сети.
4. Напряжения и скорости передачи данных, необходимые для передачи, определяются на физическом уровне.
5. Преобразует цифровые/аналоговые биты в электрические или оптические сигналы.
6. На этом уровне также выполняется кодирование данных.

Уровень модели OSI 2: Канальный уровень

1. Канальный уровень синхронизирует информацию, которая должна передаваться по физическому уровню.
2. Основная функция этого уровня — обеспечить безошибочную передачу данных от одного узла к другому через физический уровень.
3. Этот уровень управляет последовательной передачей и приемом кадров данных.
4. Этот уровень отправляет и ожидает подтверждения для полученных и отправленных кадров соответственно. Этот уровень также обрабатывает повторную отправку полученных кадров без подтверждения.
5. Этот уровень устанавливает логический уровень между двумя узлами, а также управляет трафиком кадров в сети. Он сигнализирует передающему узлу об остановке, когда буферы кадров заполнены.

Уровень модели OSI 3: сетевой уровень

1. Сетевой уровень направляет сигнал по разным каналам от одного узла к другому.
2. Действует как сетевой контроллер. Он управляет трафиком подсети.
3. Решает, по какому маршруту должны идти данные.
4. Он делит исходящие сообщения на пакеты и собирает входящие пакеты в сообщения более высокого уровня.

Уровень модели OSI 4: Транспортный уровень

1. Транспортный уровень решает, должна ли передача данных осуществляться по параллельному пути или по одному пути.
2. Такие функции, как мультиплексирование, сегментация или разделение данных, выполняются этим уровнем
3. Он получает сообщения от сеансового уровня над ним, преобразует сообщение в более мелкие единицы и передает их на сетевой уровень.
4. Транспортный уровень может быть очень сложным в зависимости от требований сети.

Транспортный уровень разбивает сообщение (данные) на небольшие блоки, чтобы они более эффективно обрабатывались сетевым уровнем.

Уровень модели OSI 5: Сеансовый уровень

1. Сеансовый уровень управляет обменом данными между двумя разными приложениями и синхронизирует их.
2. Передача данных от источника к целевому Потоки данных уровня сеанса помечаются и ресинхронизируются должным образом, так что концы сообщений не обрезаются преждевременно и предотвращается потеря данных.

Уровень модели OSI 6: Уровень представления

1. Уровень представления заботится о том, чтобы данные отправлялись таким образом, чтобы получатель понял информацию (данные) и смог их использовать.
2. При получении данных уровень представления преобразует данные, чтобы они были готовы для прикладного уровня.
3. Языки (синтаксис) могут быть разными для двух взаимодействующих систем. При этом уровень представления играет роль транслятора.
4. Выполняет сжатие данных, шифрование данных, преобразование данных и т. д.

Уровень модели OSI 7: прикладной уровень

1. Прикладной уровень — это самый верхний уровень.
2. На этом уровне также осуществляется передача пользователю файлов, нарушающих результаты.