Рівні моделі OSI та протоколи в комп’ютерній мережі

Автор: Брайс Лео Брайс Лео
Hours оновлений

⚡ Розумний підсумок

Модель OSI, шари та протоколи, визначають, як мережевий зв'язок концептуально структурований на сім рівнів — фізичний, канальний, мережевий, транспортний, сеансовий, презентаційний та прикладний. Кожен рівень має певні обов'язки та протоколи й обслуговує лише рівні, що знаходяться вище та нижче нього.

  • 📚 Запам'ятайте сім шарів: Фізичний, канал передачі даних, мережевий, транспортний, сеансовий, презентаційний та прикладний — від кабелю до користувацького застосунку.
  • 🔗 Згрупуйте нижній та верхній шари: Нижні рівні (1–4) переміщують біти та пакети; верхні рівні (5–7) обробляють сеанс, формат та семантику програми.
  • 🧾 Зіставлення протоколів з шарами: IP та ICMP на L3, TCP та UDP на L4, HTTP та SMTP на L7 — знання рівня дозволяє вибрати правильний інструмент.
  • 🆚 Порівняйте з TCP/IP: OSI має сім рівнів та суворе посилання, тоді як TCP/IP об'єднує їх у чотири практичні рівні, що використовуються в сучасному Інтернеті.
  • 🤖 Використовуйте штучний інтелект для налагодження стеків: Пояснюють помічники зі штучним інтелектом Wireshark захоплює дані за рівнями, виділяє, на якому рівні OSI знаходиться збій, та пропонує правильну діагностичну команду.
Детальніше

7 рівнів моделі OSI

Що таке модель OSI?

Команда Модель OSI (взаємозв'язок відкритих систем) — це концептуальна еталонна модель, яка описує, як дані переміщуються між системами в мережі. Вона поділяє комунікацію на сім аспектів.tract рівнів, кожен з яких має чітко визначену відповідальність та певний набір протоколів. Модель реалізована не зовсім так, як намальовано в реальних мережах — TCP/IP — це фактично розгорнутий стек протоколів, — але рівні OSI залишаються стандартним словником, який інженери використовують для міркувань про мережеві проблеми.

Характеристики моделі OSI

  • Шар створюється лише там, де чітко виражений рівень пресуtracнеобхідне.
  • Функцію кожного рівня вибирають таким чином, щоб вона відповідала міжнародно стандартизованому протоколу.
  • Шарів має бути достатньо багато, щоб розділити проблеми, але достатньо мало, щоб уникнути надмірної складності.
  • Кожен рівень покладається на рівень, що знаходиться безпосередньо під ним, для надання примітивних послуг та надає доступ до послуг рівню, що знаходиться безпосередньо над ним.
  • Зміна всередині одного шару не повинна вимагати змін у шарах над або під ним.

Чому варто використовувати модель OSI?

  • Надає спільний словниковий запас для розуміння комунікації в мережі.
  • Спрощує усунення несправностей, розділяючи функції на незалежні мережеві рівні.
  • Допомагає інженерам засвоювати нові технології за допомогою картиping їх на знайомі шари.
  • Дозволяє порівнювати функціональні зв'язки між різними стеками протоколів.

Історія моделі OSI

  • Кінець 1970-х — ISO розпочала програму з визначення загальних мережевих стандартів.
  • 1973 — експериментальна система з комутацією пакетів у Великій Британії виявила необхідність протоколів вищого рівня.
  • 1983 — модель OSI була вперше опублікована як детальна специфікація інтерфейсу.
  • 1984 — ISO офіційно прийняла архітектуру OSI як міжнародний стандарт (ISO 7498).

7 рівнів моделі OSI

Модель OSI — це багаторівнева еталонна архітектура, в якій кожен рівень виконує певну функцію. Сім рівнів працюють разом для доставки даних від відправника до одержувача.

  • Верхні шари (Застосунок, Презентація, Сесія): мають справу з семантикою застосунків та працюють переважно в програмному забезпеченні.
  • Нижчі рівні (транспортний, мережевий, канал передачі даних, фізичний): мають справу з транспортуванням даних, пакетизацією, кадруванням та фізичним середовищем. Канал передачі даних та фізичний носій також включають апаратне забезпечення.

Сім шарів, зверху вниз, це:

  1. додаток
  2. Презентація
  3. Session
  4. Транспорт
  5. Мережа
  6. Посилання даних
  7. Фізичний

7 рівнів моделі OSI

Діаграма мережевих шарів.

Фізичний шар

Команда Фізичний шар визначає електричні, механічні та фізичні характеристики з’єднання для передачі даних. Він передає необроблені біти через середовище передачі та не залежить від протоколів чи семантики вищого рівня. PRI (первинний інтерфейс швидкості) – це один із прикладів телекомунікацій, який працює на цьому рівні — дізнайтеся більше в Підручник PRI.

Прикладами обладнання фізичного рівня є мережеві адаптери, кабелі Ethernet, ретранслятори та мережеві концентратори.

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Шар зв'язку даних

Команда Рівень каналу передачі даних виявляє та виправляє помилки, які можуть виникати на фізичному рівні, а також керує протоколом, який встановлює та розриває з'єднання між двома безпосередньо підключеними пристроями. Він обробляє необроблені біти у структуровані кадри та обробляє фізичну (MAC-адресацію).

Канал передачі даних розділений на два підрівні:

  1. Контроль доступу до носіїв (MAC): контролює, як пристрої отримують доступ до спільного середовища та як вони transmit дані.
  2. Логічне керування каналами зв'язку (LLC): ідентифікує та інкапсулює протоколи мережевого рівня та виявляє помилки.

Важливі функції канального рівня

  • Фреймінг: розділяє дані мережевого рівня на фрейми.
  • Додає заголовок, що містить фізичну (MAC) адресу джерела та призначення.
  • Забезпечує доставку кадрів між сусідніми пристроями методом hop-to-hop.
  • Виявляє помилки та повторно запитує пошкоджені або втрачені кадри.
  • Пропонує механізм для перетину незалежних мереж, пов'язаних між собою.

Мережевий шар

Команда Мережевий шар забезпечує функціональні та процедурні засоби передачі послідовностей даних змінної довжини між хостами, розташованими в різних мережах. Він обробляє логічну адресацію (IP), маршрутизацію та пересилання пакетів.

Доставка на мережевому рівні не є надійною за своєю суттю — ця гарантія є завданням транспортного рівня. Протоколи управління рівнями на цьому рівні включають:

  1. Протоколи маршрутизації (OSPF, BGP, RIP).
  2. Керування групами багатоадресної розсилки (IGMP).
  3. Призначення адрес мережевого рівня (DHCP).

Транспортний шар

Команда Транспортний шар базується на мережевому рівні для забезпечення наскрізного передавання даних між процесами на вихідних та кінцевих машинах. Він підтримує властивості якості обслуговування, такі як упорядкування, надійність та керування потоком.

Транспортний рівень розділяє повідомлення верхнього рівня на сегменти, нумерує їх та повторно збирає у приймача. Він гарантує безпомилкову доставку в послідовності при використанні з надійними протоколами, такими як TCP, або приймає втрати в обмін на швидкість при використанні з UDP.

Важливі функції транспортного рівня

  • Сегментує повідомлення, отримане від рівня сесії, та нумерує кожен сегмент.
  • Доставляє кожен сегмент до відповідного процесу на машині призначення, використовуючи порти.
  • Забезпечує безпомилкову доставку всього повідомлення,transmitколи це необхідно.
  • Керує потоком, щоб швидкий відправник не перевантажував повільного одержувача.

Шар сесії

Команда Сесійний рівень контролює діалоги (сеанси) між двома комп'ютерами. Він встановлює, керує та розриває логічні з'єднання, обробляє автентифікацію, де це необхідно, та підтримує як повнодуплексний, так і напівдуплексний діалоги. Найчастіше його реалізують у середовищах, які використовують віддалені виклики процедур.

Важливі функції сесійного рівня

  • Встановлює, підтримує та завершує сеанс між двома системами.
  • Дозволяє обом системам вступити в контрольований діалог.
  • Додає контрольні точки до потоку даних, щоб сеанс міг відновитися після переривання.

Презентаційний шар

Команда Презентаційний шар визначає формат, у якому дані обмінюються між двома взаємодіючими об'єктами, а також обробляє стиснення та шифрування. Іноді його називають синтаксичний рівень.

Функції рівня презентації

  • Перетворення набору символів (наприклад, ASCII в EBCDIC).
  • Стиснення даних для зменшення кількості бітів на дроті.
  • Шифрування даних — наприклад, TLS для захисту цілісності та конфіденційності корисного навантаження.
  • Забезпечує підтримку форматів для таких служб, як електронна пошта та передача файлів.

Шар застосування

Команда Прикладний шар — це рівень, найближчий до кінцевого користувача, і єдиний, який безпосередньо взаємодіє з програмами. Він не містить самих програм, а натомість надає доступ до мережевих сервісів, які використовують програми.

Функції прикладного рівня

  • Визначає партнерів по комунікації, визначає доступність ресурсів та синхронізує зв'язок.
  • Дозволяє користувачам входити на віддалений хост.
  • Надає послуги електронної пошти та доступ до каталогу.
  • Пропонує розподілений доступ до бази даних для отримання глобальної інформації про об'єкти та послуги.

Взаємодія між рівнями моделі OSI

Інформація, що надсилається з однієї комп'ютерної програми до іншої, проходить через шари OSI на відправнику, по проводу та назад через шари на приймачі.

  • Кожен рівень взаємодіє з рівнем над ним, рівнем під ним та відповідним рівнем вузла на віддаленій системі.
  • На діаграмі нижче рівень каналу передачі даних першої системи взаємодіє з мережевим та фізичним рівнями на тому ж хості, а також з рівнем каналу передачі даних віддаленої системи.

Взаємодія між рівнями моделі OSI

Протоколи, що підтримуються на кожному рівні OSI

шар ІМ'Я Загальні протоколи
Layer 7 додаток SMTP, HTTP, HTTPS, FTP, POP3, SNMP, DNS
Layer 6 Презентація MPEG, ASCII, SSL, TLS
Layer 5 Session NetBIOS, SAP, РПК
Layer 4 Транспорт TCP, UDP, SCTP
Layer 3 Мережа IPv4, IPv6, ICMP, IPsec, ARP, MPLS
Layer 2 Посилання даних Ethernet, PPP, Frame Relay, ATM, HDLC
Layer 1 Фізичний RS-232, 100BaseTX, ISDN, IEEE 802.11 (фізична сигналізація)

Відмінності між OSI та TCP/IP

Відмінності між OSI та TCP/IP

Модель OSI Модель TCP/IP
Забезпечує чітке розмежування між інтерфейсами, сервісами та протоколами. Не проводить чіткої межі між сервісами, інтерфейсами та протоколами.
Має сім шарів. Має чотири рівні (додатки, транспорт, Інтернет, доступ до мережі).
Використовує спеціальний мережевий рівень для маршрутизації. Використовує один інтернет-рівень, який поєднує маршрутизацію та адресацію.
Має окремі фізичний та канальний рівні. Об'єднує фізичний та канальний рівні в один рівень мережевого доступу.
Транспортний рівень орієнтований на з'єднання. Команда TCP / IP Транспортний рівень буває як орієнтованим на з'єднання (TCP), так і безз'єднувальним (UDP).
Мінімальний розмір заголовка OSI становить близько 5 байт. Мінімальний розмір заголовка TCP/IP становить 20 байт.

Переваги моделі OSI

  • Стандартизує маршрутизатори, комутатори та інше обладнання навколо чітко визначених меж рівнів.
  • Зменшує складність та стандартизує інтерфейси.
  • Сприяє модульній інженерії — постачальники можуть впроваджувати інновації в межах одного рівня, не порушуючи інші.
  • Гарантує сумісність технологій між постачальниками.
  • Прискорює еволюцію мережевих протоколів.
  • Забезпечує підтримку як сервісів, орієнтованих на з'єднання, так і сервісів без з'єднання.
  • Залишається стандартною еталонною моделлю в освіті з комп'ютерних мереж.
  • Забезпечує гнучкість адаптації до багатьох типів протоколів.

Недоліки моделі OSI

  • Впровадження реальних протоколів у рівні OSI може бути виснажливим процесом.
  • Це лише довідкова модель — вона не визначає конкретних протоколів.
  • Деякі служби дублюються на різних рівнях (наприклад, перевірка помилок на транспортному та каналі передачі даних).
  • Шари не можуть виконуватися паралельно — кожен з них очікує на результат попереднього шару.

Поширені запитання

ISO (Міжнародна організація зі стандартизації) розробила модель OSI наприкінці 1970-х років і офіційно прийняла її в 1984 році як ISO 7498. Вона залишається канонічною еталонною архітектурою для мереж навчання.

OSI — це семирівнева еталонна модель. TCP/IP — це чотирирівневий стек протоколів, який фактично використовується в Інтернеті, де фізичний зв'язок та канал передачі даних об'єднані в мережевий доступ, а сеанс/презентація — в додаток.

HTTP працює на прикладному рівні (рівень 7). Він працює поверх TCP на транспортному рівні (рівень 4), який сам працює поверх IP на мережевому рівні (рівень 3).

Обидва. Фільтри пакетів без збереження стану працюють на рівні 3/4, перевіряючи IP-адреси та порти TCP/UDP. Брандмауери додатків (WAF) та проксі-сервери перевіряють на рівні 7, розуміючи HTTP, DNS або інші протоколи.

«Будь ласка, не викидайте піцу з ковбасою» — Фізичний, канал передачі даних, мережа, транспорт, сесія, презентація, додаток — знизу вгору. Reverse це для відтворення зверху вниз.

Стандартні комутатори працюють на рівні 2 (канал передачі даних) і пересилають кадри за MAC-адресою. Комутатори рівня 3 додають можливості маршрутизації та пересилають пакети за IP-адресою, поєднуючи комутацію та маршрутизацію в одному пристрої.

Асистенти зі штучним інтелектом роблять нотатки Wireshark захоплює шар за шаром, генерує практичні тести, зіставлені з певними шарами, та пояснює реальні інциденти (збій DNS, помилка рукостискання TLS) з точки зору відповідального шару OSI.

Так. За наявності такого симптому, як «сайт повільно завантажується лише через Wi-Fi», інструменти штучного інтелекту зіставляють його з найімовірнішим рівнем (фізичним або каналом передачі даних), пропонують команди (ping, traceroute, iperf), та поясніть, як підтвердити першопричину.

Підсумуйте цей пост за допомогою: