Поиск по сайту:

Объяснение 7 сетевых уровней OSI


Сетевая модель взаимодействия открытых систем (OSI) определяет концептуальную основу для связи между компьютерными системами. Модель представляет собой стандарт ISO, который определяет семь основных сетевых уровней, от физического оборудования до высокоуровневых программных приложений.

Каждый уровень в модели обрабатывает определенную сетевую функцию. Стандарт помогает администраторам визуализировать сети, изолировать проблемы и понимать варианты использования новых технологий. Многие поставщики сетевого оборудования рекламируют уровень OSI, для которого предназначена их продукция.

OSI был принят в качестве международного стандарта в 1984 году. Он остается актуальным и сегодня, несмотря на изменения в реализации сети, произошедшие с момента его первой публикации. Облако, периферийные устройства и Интернет вещей могут быть включены в модель.

В этой статье мы по очереди объясним каждый из семи уровней OSI. Мы начнем с самого нижнего уровня, обозначенного как Layer 1.

1. Физический уровень

Любая сеть начинается с физического оборудования. Этот уровень инкапсулирует оборудование, участвующее в обмене данными, такое как коммутаторы и кабели. Данные передаются в виде потока двоичных цифр — 0 или 1 — которые аппаратное обеспечение подготавливает из введенных данных. Физический уровень определяет электрические сигналы, которые используются для кодирования данных по проводу, например, 5-вольтовый импульс для обозначения двоичной «1».

Ошибки на физическом уровне, как правило, приводят к тому, что данные вообще не передаются. Обрыв соединения мог быть из-за отсутствия вилки или неправильного питания. Проблемы также могут возникнуть, когда два компонента расходятся во мнениях относительно физического кодирования значений данных. В случае беспроводных соединений слабый сигнал может привести к потере битов при передаче.

2. Канальный уровень

Второй уровень модели касается связи между двумя устройствами, которые напрямую подключены друг к другу в одной сети. Он отвечает за установление канала, который позволяет обмениваться данными с использованием согласованного протокола. Многие сетевые коммутаторы работают на уровне 2.

Канальный уровень в конечном итоге будет передавать биты на физический уровень. Поскольку он расположен над оборудованием, уровень канала передачи данных может выполнять базовое обнаружение и исправление ошибок в ответ на физические проблемы с передачей данных. Эти обязанности определяются двумя подуровнями: управление логическим каналом (LLC), которое обрабатывает синхронизацию кадров и обнаружение ошибок, и управление доступом к среде (MAC), которое использует MAC-адреса для ограничения того, как устройства получают разрешение на передачу данных.

3. Сетевой уровень

Сетевой уровень — это первый уровень, поддерживающий передачу данных между двумя отдельно обслуживаемыми сетями. Это избыточно в ситуациях, когда все ваши устройства находятся в одной сети.

Данные, поступающие на сетевой уровень с более высоких уровней, сначала разбиваются на пакеты, пригодные для передачи. Пакеты, полученные из удаленной сети в ответ, повторно собираются в пригодные для использования данные.

На сетевом уровне впервые встречаются несколько важных протоколов. К ним относятся IP (для определения пути к месту назначения), ICMP, маршрутизация и виртуальная локальная сеть. Вместе эти механизмы облегчают межсетевое взаимодействие с привычной степенью удобства использования. Однако операции на этом уровне не обязательно надежны: сообщения не обязательно должны быть успешными, и их необязательно повторять.

4. Транспортный уровень

Транспортный уровень обеспечивает абстракции более высокого уровня для координации передачи данных между устройствами. Контроллеры транспорта определяют, куда будут отправляться данные и с какой скоростью они должны передаваться.

На уровне 4 реализованы TCP и UDP, предоставляя номера портов, которые позволяют устройствам открывать несколько каналов связи. В результате балансировка нагрузки часто находится на уровне 4, что позволяет маршрутизировать трафик между портами на целевом устройстве.

Ожидается, что транспортные механизмы гарантируют успешную связь. Применяются строгие средства контроля ошибок для восстановления после потери пакетов и повторных неудачных попыток передачи. Применяется управление потоком, поэтому отправитель не перегружает удаленное устройство, отправляя данные быстрее, чем позволяет доступная полоса пропускания.

5. Сеансовый уровень

Уровень 5 создает непрерывные сеансы связи между двумя устройствами. Сеансы используются для согласования новых соединений, согласования их продолжительности и корректного закрытия соединения после завершения обмена данными. Этот уровень гарантирует, что сеансы остаются открытыми достаточно долго для передачи всех отправляемых данных.

Управление контрольными точками — еще одна обязанность уровня 5. Сеансы могут определять контрольные точки для облегчения обновления хода выполнения и возобновления передачи. Новая контрольная точка может быть установлена каждые несколько мегабайт для загрузки файла, позволяя отправителю продолжить с определенной точки, если передача будет прервана.

Многие важные протоколы работают на уровне 5, включая технологии аутентификации и входа в систему, такие как LDAP и NetBIOS. Они устанавливают полупостоянные каналы связи для управления сеансом конечного пользователя на конкретном устройстве.

6. Уровень представления

Уровень представления занимается подготовкой данных для прикладного уровня, следующего за ним в модели. После того, как данные получены от оборудования, канала передачи данных и транспорта, они почти готовы к использованию высокоуровневыми компонентами. Уровень представления завершает процесс, выполняя любые задачи форматирования, которые могут потребоваться.

Расшифровка, декодирование и декомпрессия — три общие операции, которые можно найти на этом уровне. Уровень представления обрабатывает полученные данные в форматах, которые в конечном итоге могут быть использованы клиентским приложением. Точно так же исходящие данные переформатируются в сжатые и зашифрованные структуры, подходящие для передачи по сети.

TLS — это одна из основных технологий, которая является частью уровня представления. Проверка сертификата и расшифровка данных выполняются до того, как запросы достигнут сетевого клиента, что позволяет использовать информацию с уверенностью в ее подлинности.

7. Прикладной уровень

Прикладной уровень является вершиной стека. Он представляет собой функциональность, воспринимаемую конечными пользователями сети. Приложения в модели OSI предоставляют удобный сквозной интерфейс для облегчения полной передачи данных, не заставляя вас думать об оборудовании, каналах передачи данных, сеансах и сжатии.

Несмотря на свое название, этот уровень не связан с программным обеспечением на стороне клиента, таким как ваш веб-браузер или почтовый клиент. Приложение в терминах OSI — это протокол, обеспечивающий полную передачу сложных данных через уровни 1-6.

HTTP, FTP, DHCP, DNS и SSH существуют на уровне приложений. Это высокоуровневые механизмы, позволяющие осуществлять прямую передачу пользовательских данных между исходным устройством и удаленным сервером. Вам нужны только минимальные знания о работе других слоев.

Краткое содержание

Семь уровней OSI описывают передачу данных через компьютерные сети. Понимание функций и обязанностей каждого уровня может помочь вам определить источник проблем и оценить предполагаемый сценарий использования новых компонентов.

OSI — это абстрактная модель, которая напрямую не связана с конкретными сетевыми реализациями, обычно используемыми сегодня. Например, протокол TCP/IP работает в собственной более простой системе из четырех уровней: доступ к сети, Интернет, транспорт и приложение. Они абстрагируют и поглощают эквивалентные уровни OSI: прикладной уровень охватывает уровни OSI с L5 по L7, а уровни L1 и L2 объединены в концепции сетевого доступа TCP/IP.

OSI остается применимым, несмотря на отсутствие прямого практического применения. Он существует так давно, что его широко понимают администраторы любого происхождения. Его относительно высокий уровень абстракции также обеспечил его актуальность перед лицом новых сетевых парадигм, многие из которых ориентированы на уровень 3 и выше. Осведомленность о семи уровнях и их обязанностях все еще может помочь вам оценить поток данных через сеть, открывая при этом возможности интеграции для новых компонентов.