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”.
Про модель OSI и стек TCP/IP простыми словами. Как оно работает?
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.
Модель OSI | 7 уровней за 7 минут
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 HTMLXHTML, 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.
Источник: timeweb.cloud
«Организация сети и эталонная модель OSI»
55. При отправке почтового сообщения с компьютера А на компьютер Б данные необходимо инкапсулировать. Какое из описаний первого этапа инкапсуляции является правильным?
• Алфавитно-цифровые символы конвертируются в данные
56. При отправке почтового сообщения с компьютера А на компьютер Б данные необходимо инкапсулировать. Что происходит после преобразования алфавитно-цифровых символов в данные?
• Данные сегментируются на меньшие блоки
57. При отправке почтового сообщения с компьютера А на компьютер Б по локальной сети данные необходимо инкапсулировать. Что происходит после создания пакета?
• Пакет помещается в кадр
58. Что из приведенного ниже наилучшим образом описывает дейтаграмму?
• Пакет сетевого уровня
59. Что из приведенного ниже наилучшим образом описывает функцию уровня представлений?
• Он обеспечивает форматирование кода и представление данных
60. Эталонная модель OSI является многоуровневой. Какое из положений неправильно характеризует причину многоуровневости модели?
• Многоуровневая модель увеличивает сложность
Источник: oltest.ru
Sysadminium
В этой статье вы познакомитесь с сетевыми моделями OSI и TCP/IP. OSI — это 7 уровневая модель. А TCP/IP — 4 уровневая модель.
Оглавление скрыть
Модель OSI
OSI (Open System Interconnection) — это эталонная модель сетевых взаимодействий. Эта модель весь процесс передачи данных делит на 7 частей, другими словами на 7 уровней. Каждый уровень отвечает за определённые задачи, но не говорит, как эти задачи решать. Это позволяет разработчикам создавать новые протоколы или технологии, которые работают на определённом уровне (решают определённые задачи) и не задумываться о других задачах. Другие задачи решаются на других уровнях, на которых работают другие протоколы и технологии.
Например, при разработке определённого протокола, нужно подумать о 2 вещах:
- О работе самого протокола (что этот протокол будет делать и какие задачи решать).
- О взаимодействии с более низким и более высоким уровнем. То есть как данные должны переходить с уровня на уровень, вверх или вниз.
Вот так выглядит эта модель:
Данные, переходя с верхнего уровня на нижний, обрабатываются и к ним добавляется служебная информация. Процесс добавления служебной информации более низкого уровня называется — инкапсуляция.
Обратный процесс, когда данные переходят на более высокий уровень, при этом служебные данные более низкого уровня отбрасываются называется — декапсуляция.
Дальше пробежимся по каждому уровню, сверху вниз.
7 уровень — прикладной
Это самый высокий уровень. На нём работают пользовательские приложения, установленные на компьютере, сервере или телефоне. Здесь работают, например: клиент электронной почты и почтовый сервер, программный телефон и сервер ip-телефонии, браузер и web-сервер.
Протоколы этого уровня: DNS, HTTP, POP3, IMAP, SMTP, SIP, FTP, CIFS, NFS, DHCP и подобные.
Передающиеся данные на этом уровне называются сообщениями.
6 уровень — представления
На этом уровне происходит преобразование данных. Например шифрование или сжатие. Данные должны быть представлены в определённом виде, чтобы принимающее их приложение смогло эти данные обработать.
Здесь, теоретически, данные могут преобразовываться в разные форматы, например GIF или MP4. Или данные могут быть зашифрованы и расшифрованы.
На этом уровне работают протоколы: SSL и TLS.
5 уровень — сеансовый
Этот уровень отвечает за создание и уничтожение сеансов связи. Чтобы сеанс установился и поддерживался, на этом же уровне работает согласование кодеков.
4 уровень — транспортный
Этот уровень обеспечивает передачу данных по сети. То есть данные ещё не передаются физически, но уже происходит договорённость, как данные будут передаваться.
Здесь работают два протокола TCP и UDP. Эти протоколы применяются для разного типа трафика. Если трафик чувствителен к потерям, то используют TCP, который гарантирует доставку данных. А если трафику нужна более быстрая передача данных и можно пожертвовать потерями данных, то используют UDP.
На этом уровне сообщение делится на сегменты (если выбран протокол TCP) или на дейтаграммы (если выбран протокол UDP). В качестве служебной информации к каждому сегменту или дейтаграмме добавляется сетевой порт источника и назначения. Такие порты прослушивают процессы на хостах (компьютерах, серверах или телефонах).
3 уровень — сетевой
Этот уровень тоже отвечает за передачу данных. Но в отличии от транспортного уровня, где происходит выбор надёжности или скорости отправки данных. Задача этого уровня — ip-адресация и маршрутизация.
На этом уровне пришедший сверху сегмент или дейтаграмма делится на пакеты. А в качестве служебной информации к каждому пакету добавляется ip-адреса отправителя и получателя.
IP-адрес — это сетевой адрес устройства в Интернете.
Именно на этом уровне происходит маршрутизация пакетов, поэтому здесь расположились протоколы маршрутизации: BGP, OSPF, RIP, EIGRP.
Также на этом уровне работает протокол: ICMP, именно с его помощью работает утилита PING.
Ну и конечно же здесь работает протокол IP, который вводит ip-адреса.
А главное устройство, работающее на этом уровне — Маршрутизатор (Router).
2 уровень — канальный
Этот уровень разбивает пакеты, пришедшие с сетевого уровня на кадры (Frame). В качестве дополнительной информации каждому кадру назначаются физические адреса (mac-адреса) отправителя и получателя.
MAC-адрес — это физический адрес устройства в одном широковещательном домене.
Помимо физической адресации, этот уровень отвечает за обнаружение и исправление ошибок. То есть каждый кадр проверяется на ошибки и происходит попытка исправления ошибок разными способами (а иногда и не происходит).
На этом уровне работают коммутаторы (Switch) и мосты (Bridge). Эти устройства передают кадры определённому получателю а не всем.
На этом уровне работают протоколы: CDP, PPP, MPLS. Также здесь обитает технология Ethernet, которая занимает этот уровень и более низкий уровень.
1 уровень — физический
Это самый нижний уровень модели OSI. На этом уровне происходит разбивка кадров на биты. Затем биты кодируются в сигналы, а сигналы передаются по среде передачи. По проводам можно передавать сигналы с помощью электрического тока или света. Или можно передавать сигналы с помощью радио-волн.
Среди технологий, работающих на этом уровне, можно выделить Ethernet. Он описывает, как сигналы должны кодироваться, передаваться по проводам и так далее. Ещё на этом уровне работают: Bluetooth и Wi-Fi.
Сетевые устройства, которые здесь работают, это: концентраторы (Hub) и повторители (Repeater). Эти устройства работают с сигналами не вникая в логику передачи. Так как здесь нет никаких адресов, то сигнал просто передаётся с одного порта на другой.
Итоговая картинка
В итоге все полученные знания выше можно представить на следующем рисунке:
Модель TCP/IP
Эталонная модель сетевых взаимодействий OSI — это теоретическая модель, которая хорошо описывает, как сетевые устройства должны общаться друг с другом. Но на практике, разрабатывая сетевые протоколы, вместо OSI используют другую модель сетевых взаимодействий — TCP/IP.
Помимо модели сетевых взаимодействий TCP/IP есть стек протоколов TCP/IP. В этот стек входит множество сетевых протоколов, которые хорошо встраиваются в одноименную модель.
Модель TCP/IP делит процесс передачи данных на 4 уровня вместо 7 уровней OSI:
4 уровень — прикладной
Прикладной уровень в модели TCP/IP является самым верхним. Здесь работают приложения, установленные на компьютере, телефоне или сервере. Но в отличии от модели OSI здесь же происходит согласование данных (шифрование, сжатие, выбор формата данных и выбор кодеков) и установка сеансов связи.
Например, здесь работают протоколы SIP, DHCP, HTTP и подобные.
3 уровень — транспортный
Этот уровень не отличается от транспортного уровня в модели OSI. Здесь также работают 2 протокола: TCP и UDP. А в качестве служебной информации выступают сетевые порты.
2 уровень — интернет (межсетевой)
Интернет состоит из множества локальных сетей, объединённых между собой маршрутизаторами.
Этот уровень не отличается от сетевого уровня модели OSI. Здесь реализуется ip-адресация и маршрутизация, за счет введения ip-адресов.
1 уровень — сетевых интерфейсов
Этот уровень вобрал в себя физический и канальный уровни модели OSI. Это аппаратный уровень, на котором работают сетевые карты, коммутаторы, повторители, концентраторы.
Также на этом уровне находятся среды передачи информации, провода, радиоволны. Но не просто среды, а технологии, которые эти среды используют: Ethernet, Wi-Fi, DSL, Bluetooth.
Также на этом уроне можно обнаруживать или исправлять ошибки, возникшие при передаче данных.
Имя статьи
Сетевые модели OSI И TCP/IP
В этой статье вы познакомитесь с сетевыми моделями OSI и TCP/IP. OSI — это 7 уровневая модель. А TCP/IP — 4 уровневая модель
Источник: sysadminium.ru