Уровни модели OSI и протоколы в компьютерной сети

Что такое модель OSI?

Модель OSI (Open Systems Interconnection) Это концептуальная эталонная модель, описывающая перемещение данных между системами в сети. Она делит коммуникацию на семь абстракций.tracМодель состоит из t уровней, каждый из которых имеет четко определенную функцию и специфический набор протоколов. Модель не реализована в точности так, как это показано в реальных сетях — фактически используется стек протоколов TCP/IP, — но уровни OSI остаются стандартной терминологией, которую инженеры используют для анализа сетевых проблем.

Характеристики модели OSI

• Слой создаётся только там, где задан определённый уровень абс.tracНеобходимость в этом.
• Функции каждого слоя выбираются таким образом, чтобы они соответствовали международному стандартизированному протоколу.
• Количество уровней должно быть достаточно велико, чтобы разделять задачи, но при этом их должно быть достаточно мало, чтобы избежать чрезмерной сложности.
• Каждый слой использует базовые сервисы непосредственно расположенного под ним слоя и предоставляет сервисы непосредственно вышестоящему слою.
• Изменения внутри одного слоя не должны требовать изменений в слоях, расположенных выше или ниже него.

Почему следует использовать модель OSI?

• Предоставляет общий словарь для понимания коммуникации в сети.
• Разделение функций на независимые сетевые уровни упрощает поиск и устранение неисправностей.
• Помогает инженерам осваивать новые технологии с помощью карт.ping их на знакомые слои.
• Позволяет сравнивать функциональные взаимосвязи в различных стеках протоколов.

История модели OSI

• Конец 1970-х — ISO начала программу по определению общих сетевых стандартов.
• 1973 — Экспериментальная система пакетной коммутации в Великобритании выявила необходимость в протоколах более высокого уровня.
• 1983 — Модель OSI была впервые опубликована в виде подробной спецификации интерфейса.
• 1984 — ISO официально приняла архитектуру OSI в качестве международного стандарта (ISO 7498).

7 уровней модели OSI

Модель OSI — это многоуровневая эталонная архитектура, в которой каждый уровень выполняет определенную функцию. Семь уровней работают вместе, чтобы передавать данные от отправителя к получателю.

• Верхние уровни (Приложение, Презентация, Сессия): Занимаются семантикой приложений и работают преимущественно в программном обеспечении.
• Нижние уровни (транспортный, сетевой, канальный, физический): Речь идёт о передаче данных, пакетировании, кадрировании и физической среде передачи. Термины «канал передачи данных» и «физическая среда» также включают аппаратное обеспечение.

Семь слоев, сверху вниз:

1. Области применения
2. Презентация
3. Сессия
4. Транспорт
5. Cеть
6. Ссылка на данные
7. Физический

Диаграмма сетевых уровней.

Физический слой

Физический слой Определяет электрические, механические и физические характеристики соединения для передачи данных. Он передает необработанные биты по среде передачи и не зависит от протоколов или семантики более высоких уровней. PRI (Primary Rate Interface) — один из примеров телекоммуникационных интерфейсов, работающих на этом уровне — подробнее см. в разделе Учебное пособие PRI.

Примерами оборудования физического уровня являются сетевые адаптеры, кабели Ethernet, ретрансляторы и сетевые концентраторы.

Канальный уровень

Уровень канала передачи данных Обнаруживает и исправляет ошибки, которые могут возникать на физическом уровне, и управляет протоколом, устанавливающим и разрывающим связь между двумя непосредственно подключенными устройствами. Он преобразует необработанные биты в структурированные кадры и обрабатывает физическую (MAC) адресацию.

Канальный уровень передачи данных разделен на два подуровня:

1. Управление доступом к среде передачи (MAC): контролирует, как устройства получают доступ к общей среде передачи данных и как они... transmit поле.
2. Управление логическими связями (LLC): Определяет и инкапсулирует протоколы сетевого уровня, а также обнаруживает ошибки.

Важные функции канального уровня

• Кадрирование: разделяет данные сетевого уровня на кадры.
• Добавляет заголовок, содержащий физический (MAC) адрес источника и получателя.
• Обеспечивает доставку кадров от одного устройства к другому.
• Обнаруживает ошибки и повторно запрашивает поврежденные или потерянные кадры.
• Предлагает механизм для перемещения по независимым сетям, которые связаны между собой.

Сетевой уровень

Сетевой уровень Предоставляет функциональные и процедурные средства для передачи последовательностей данных переменной длины между хостами, расположенными в разных сетях. Он обрабатывает логическую адресацию (IP), маршрутизацию и пересылку пакетов.

Надежность доставки на сетевом уровне сама по себе не гарантирована — эта задача лежит на транспортном уровне. Протоколы управления на этом уровне включают в себя:

1. Протоколы маршрутизации (OSPF, BGP, RIP).
2. Управление многоадресными группами (IGMP).
3. Назначение адресов на сетевом уровне (DHCP).

Транспортный уровень

Транспортный слой Эта технология основана на сетевом уровне и обеспечивает сквозную передачу данных между процессами на исходной и целевой машинах. Она поддерживает такие свойства качества обслуживания, как упорядоченность, надежность и управление потоком.

Транспортный уровень разделяет сообщения верхнего уровня на сегменты, нумерует их и собирает заново на стороне получателя. Он гарантирует безошибочную доставку в последовательности при использовании с надежными протоколами, такими как TCP, или допускает потери в обмен на скорость при использовании с UDP.

Важные функции транспортного уровня

• Разделяет сообщение, полученное от сеансового уровня, на сегменты и нумерует каждый сегмент.
• Передает каждый сегмент соответствующему процессу на целевой машине, используя порты.
• Гарантирует доставку всего сообщения без ошибок.transmitпри необходимости.
• Обеспечивает управление потоком данных таким образом, чтобы быстрый отправитель не перегружал медленного получателя.

Сессионный уровень

Сессионный слой Он управляет диалогами (сессиями) между двумя компьютерами. Он устанавливает, управляет и завершает логические соединения, обрабатывает аутентификацию там, где это необходимо, и поддерживает как полнодуплексные, так и полудуплексные диалоги. Чаще всего он используется в средах, где применяются удаленные вызовы процедур.

Важные функции уровня сессии

• Устанавливает, поддерживает и завершает сессию между двумя системами.
• Это позволяет обеим системам вступить в контролируемый диалог.
• Добавляет контрольные точки в поток данных, чтобы сессия могла возобновиться после прерывания.

Уровень представления

Уровень представления Определяет формат обмена данными между двумя взаимодействующими сторонами и отвечает за сжатие и шифрование. Иногда его называют... синтаксический уровень.

Функции уровня представления

• Преобразование кодировки символов (например, ASCII в EBCDIC).
• Сжатие данных для уменьшения количества битов, передаваемых по сети.
• Шифрование данных — например, TLS для защиты целостности и конфиденциальности полезной нагрузки.
• Обеспечивает поддержку форматов для таких сервисов, как электронная почта и передача файлов.

Уровень приложений

Прикладной уровень Это слой, наиболее близкий к конечному пользователю и единственный, который напрямую взаимодействует с приложениями. Он не содержит сами приложения — вместо этого он предоставляет доступ к сетевым сервисам, которые используют приложения.

Функции прикладного уровня

• Определяет партнеров по коммуникации, оценивает наличие ресурсов и синхронизирует коммуникацию.
• Позволяет пользователям подключаться к удаленному хосту.
• Предоставляет услуги электронной почты и доступ к справочнику.
• Предоставляет распределенный доступ к базе данных для получения глобальной информации об объектах и ​​услугах.

Взаимодействие между уровнями модели OSI

Информация, передаваемая от одного компьютерного приложения к другому, проходит через уровни модели OSI на стороне отправителя, передается по сети и возвращается обратно через уровни на стороне получателя.

• Каждый слой взаимодействует со слоем выше него, со слоем ниже него и с соответствующим соседним слоем в удаленной системе.
• На приведенной ниже схеме канальный уровень первой системы взаимодействует с сетевым и физическим уровнями на том же хосте, а также с канальным уровнем удаленной системы.

Протоколы, поддерживаемые на каждом уровне модели OSI.

Слой	Имя	Общие протоколы
Уровень 7	Области применения	SMTP, HTTP, HTTPS, FTP, POP3, SNMP, DNS
Уровень 6	Презентация	MPEG, ASCII, SSL, TLS
Уровень 5	Сессия	НетБИОС, SAP, РПК
Уровень 4	Транспорт	TCP, UDP, SCTP
Уровень 3	Cеть	IPv4, IPv6, ICMP, IPsec, ARP, MPLS
Уровень 2	Ссылка на данные	Ethernet, PPP, Frame Relay, ATM, HDLC
Уровень 1	Физический	RS-232, 100BaseTX, ISDN, IEEE 802.11 (физическая сигнализация)

Различия между OSI и TCP/IP

Модель OSI	Модель TCP / IP
Обеспечивает четкое разграничение между интерфейсами, сервисами и протоколами.	Не проводит четкой границы между сервисами, интерфейсами и протоколами.
Имеет семь слоев.	Имеет четыре уровня (приложение, транспорт, интернет, сетевой доступ).
Для маршрутизации используется выделенный сетевой уровень.	Использует единый интернет-уровень, объединяющий маршрутизацию и адресацию.
Имеет отдельные физический и канальный уровни.	Объединяет физический и канальный уровни в один уровень доступа к сети.
Транспортный уровень ориентирован на установление соединения.	TCP / IP Транспортный уровень может быть как протоколом с установлением соединения (TCP), так и протоколом без установления соединения (UDP).
Минимальный размер заголовка OSI составляет около 5 байт.	Минимальный размер заголовка TCP/IP составляет 20 байт.

Преимущества модели OSI

• Стандартизирует маршрутизаторы, коммутаторы и другое оборудование в соответствии с четко определенными границами уровней.
• Уменьшает сложность и стандартизирует интерфейсы.
• Способствует модульному проектированию — поставщики могут внедрять инновации в рамках одного уровня, не нарушая работу других.
• Гарантирует совместимость технологий разных поставщиков.
• Ускоряет эволюцию сетевых протоколов.
• Обеспечивает поддержку как сервисов с установлением соединения, так и сервисов без установления соединения.
• Остается стандартной эталонной моделью в образовании в области компьютерных сетей.
• Обеспечивает гибкость для адаптации к различным типам протоколов.

Недостатки модели OSI

• Внедрение реальных протоколов в уровни модели OSI может быть трудоемким процессом.
• Это лишь эталонная модель, она не определяет конкретные протоколы.
• Некоторые сервисы дублируются на разных уровнях (например, проверка ошибок на транспортном и канальном уровнях).
• Слои не могут работать параллельно — каждый из них ожидает результатов работы предыдущего слоя.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)