Сетевая модель OSI — 7 уровней, протоколы и функции

Хотите заглянуть внутрь современной компьютерной сети? Добро пожаловать в увлекательное путешествие по 7 слоям модели OSI! Это словно многоуровневая лестница, по которой передаются данные от одного компьютера к другому, а каждый слой выполняет важную роль, приводя нас к цели.

От физического уровня, где сигналы превращаются в биты и передаются по кабелю, до прикладного уровня, где пользователь взаимодействует с программами – каждый слой подобен пазлу, который соединяется с другими, чтобы сформировать комплексную систему.

По мере восхождения по этой лестнице данных мы будем изучать различные протоколы, руководящие принципы связи на каждом слое. Эти протоколы определяют правила обмена данными, гарантируя, что информация направляется по нужному пути.

Отныне вы станете проводниками в этом цифровом лабиринте, понимая суть каждого слоя и его жизненную роль в создании бесперебойного потока данных, соединяющего нас в цифровом мире.

Постигаем суть!

Давай познакомимся с великолепной идеей: иерархической сетевой структурой. Представь себе твою любимую лестницу. Мы будем по ней карабкаться, попутно разбирая детали.

Каждый уровень – это отдельная ступень, со своей уникальной задачей и языком общения.

Для примера: верхняя ступенька – это те самые приложения, с которыми ты взаимодействуешь каждый день.

А самая нижняя ступенька – это физическое соединение между устройствами.

На пути между этими крайностями располагаются ступеньки, ответственные за передачу данных, их адресацию и обеспечение надежной работы.

Это как строительные блоки, из которых складывается слаженное функционирование любой сети. Освоив эту иерархическую структуру, ты станешь настоящим мастером сетевых глубин!

Структура сетевых уровней

В коммуникационных системах используется иерархическое разделение на уровни для абстрагирования и управления сложностью сетевых взаимодействий. Эта структура, известная как эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI), обеспечивает основу для организованной передачи данных через разные сетевые сред, улучшая совместимость и простоту использования.

Пытаясь представить взаимосвязь между различными сетевыми технологиями, эталонная модель OSI описывает уровни, которые определяют, как устройства должны взаимодействовать, какие функции они должны выполнять и как данные должны передаваться между ними.

Уровни модели OSI представляют собой логическое разделение сетевого стека, где каждый уровень отвечает за конкретную задачу. Они работают сообща, обеспечивая бесшовную передачу данных от источника к получателю.

Архитектура уровней OSI

Эталонная модель OSI состоит из семи уровней: физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представительский и прикладной.

Каждому уровню назначаются определенные задачи и функциональные возможности, соответствующие протоколам, которые определяют форматы данных и правила коммуникации между устройствами.

Разделение на уровни в модели OSI позволяет модульному замене и обновлению сетевых компонентов, не затрагивая другие уровни. Это повышает гибкость, совместимость и поддерживаемость сетевых систем.

Физический уровень: фундамент взаимодействия

Он обеспечивает:

• Электрическую передачу битов.
• Определение скоростей передачи.
• Контроль синхронизации передачи.

На этом уровне данные преобразуются в физические сигналы – аналоговые и цифровые, которые могут передаваться по каналам связи. Это похоже на то, как маляр готовит поверхность, прежде чем наносить краску.

Управление доступом на уровне канала данных

Здесь определяются методы контроля обмена данными в сети. Определяются правила, разрешающие и запрещающие передачу пакетов. Основная задача заключается в обеспечении беспрепятственного и эффективного взаимодействия всех устройств в сети.

Существуют различные механизмы управления доступом, такие как Ethernet, Token Ring, FDDI. Каждый из них решает проблему множественного доступа к среде передачи данных по-своему.

Концентраторы и коммутаторы

В сетях с топологией «шина» используются концентраторы, которые транслируют все пакеты всем подключенным устройствам. Коммутаторы, в свою очередь, вносят значительное улучшение, направляя пакеты только тем устройствам, которым они предназначены.

Маршрутизация данных

В передаче данных через сети маршрутизация играет важную роль, направляя информацию по оптимальному пути к получателю. Если вы сравните это с почтовой системой, то маршрутизация подобна процессу доставки письма из одного места в другое, определяя лучший путь с помощью индексов и штампов.

Протокол маршрутизации

Протокол маршрутизации, такой как IP (межсетевой протокол), действует как почтальон, обмениваясь информацией о расположении устройств в сети и выбирая лучшие маршруты.

Каждому компьютеру в сети присваивается уникальный IP-адрес, служащий его цифровым «штампом». Зная этот адрес, маршрутизатор может определить наименее перегруженный путь для передачи данных.

На этом уровне маршрутизаторы, подобно автопилотам в самолёте, используют алгоритмы и таблицы для выбора оптимального маршрута для передачи пакетов.

Некоторые протоколы маршрутизации, такие как RIP (протокол маршрутной информации), являются «динамическими», регулярно обновляя свои таблицы маршрутизации, чтобы отражать изменения в сети.

Другие протоколы, такие как OSPF (протокол кратчайшего пути с первым проходом), используют более сложные механизмы для вычисления кратчайших и наиболее эффективных путей.

Надежная доставка транспортного уровня

Он выполняет сложную задачу по обнаружению и исправлению ошибок, возникших на нижних уровнях.

С его помощью обеспечивается точность и правильность последовательности передачи данных.

Транспортный уровень устанавливает и поддерживает каналы связи между устройствами и приложениями.

Он разделяет данные на пакеты и добавляет к ним заголовки, содержащие информацию для правильной доставки.

Его полномочия не ограничены контролем целостности данных. Он также регулирует поток передачи, предотвращая перегрузку сети.

Транспортный уровень выступает надежным мостом между отправителем и получателем, гарантируя, что каждое битное сообщение будет доставлено безопасно и вовремя.

Сеансовый уровень: организация сеансов связи

Здесь происходит создание и разрыв сеансов связи. Он координирует диалог между компьютерами, гарантируя упорядоченную передачу сообщений и предотвращая хаос в коммуникациях.

Управление диалогом

В зависимости от потребности, устройства согласовывают работу в режиме полного или полудуплексного канала передачи.

Синхронизация

Уровень контролирует поток данных, устанавливая и поддерживая точки синхронизации. Он предотвращает потерю или искажение информации из-за несогласованности устройств.

Восстановление после сбоев

Если соединение прерывается, сеансовый уровень помогает восстановить его, обеспечивая бесперебойную передачу данных.

Это уровень коммуникативного взаимодействия: он управляет, организует и поддерживает порядок в потоке информации, обеспечивая надежное и упорядоченное общение между компьютерами.

Представительский уровень: Преобразование данных

На этом этапе мы трансформируем биты из сетевой формы в прикладную, которую может интерпретировать приложение.

По сути, мы адаптируем данные к конкретной программе.

Происходит шифрование и дешифрование информации.

Мы переводим данные из сетевого формата в прикладной.

Функции этого уровня особенно важны для обеспечения семантической целостности и согласованности.

Он представляет собой мост между приложением и нижними уровнями стека коммуникаций.

Прикладной уровень: связь с программами

Итак, финальная ступенька – прикладной уровень. Он имеет прямое отношение к программам и отвечает за связь с ними.

Именно этот этаж непосредственно предоставляет нужные данные нужным приложениям (браузерам, мессенджерам и так далее).

Его можно представить как переводчика, который передает информацию между программами и сетью.

Например, при посещении сайта этот уровень забирает запрос с браузера и отправляет его на запрос на транспортный уровень.

Протоколы для стандартизованной связи

Сетевая коммуникация требует согласованного языка, который все устройства могут понимать и использовать. Этот язык определяется протоколами.

Протоколы – это правила и процедуры, которые управляют обменом данных. Они определяют, как информация должна быть структурирована, отправлена, принята и обработана.

На каждом уровне свой протокол

Каждый уровень архитектуры OSI имеет свой набор протоколов.

Нижний физический уровень использует протоколы передачи битов в физическом канале связи.

Более высокие уровни используют более сложные протоколы для передачи команд, данных и данных управления потоком. Они гарантируют целостность данных и эффективность передачи.

Стандартизация протоколов гарантирует, что устройства разных производителей могут обмениваться информацией беспрепятственно и надёжно, что делает сетевую связь практичной и повсеместной.

Функции OSI: обеспечение сетевых услуг

Функции модели OSI являются ключом к ее успешному функционированию как надежного сетевого устройства.

Стек протоколов делит сетевые коммуникации на дискретные уровни, каждый со своими функциями и протоколами.

Это позволяет устройствам из разных сетей взаимодействовать, даже если они используют различное оборудование или программное обеспечение.

Уровни стека протоколов

Физический уровень отвечает за физические соединения и битовый поток данных, передаваемых между устройствами.

Канальный уровень управляет доступом к среде передачи и обнаружением ошибок при передаче кадров.

Сетевой уровень маршрутизирует сообщения по сети, используя адреса, такие как IP-адреса.

Транспортный уровень обеспечивает надежную передачу данных с помощью механизмов управления потоком и повторной передачи.

Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы связи между процессами.

Представительский уровень обрабатывает преобразование данных, шифрование и сжатие.

Прикладной уровень предоставляет услуги пользователям и приложениям, предоставляя интерфейс для доступа к сетевым ресурсам.

Вопрос-ответ:

Что такое модель OSI и зачем она нужна?

Модель OSI — это концептуальная модель, которая описывает связь в компьютерных сетях на семи абстрактных уровнях. Она помогает понять взаимодействие различных сетевых протоколов и упрощает разработку, внедрение и устранение неполадок в сетевых системах.

В чем разница между уровнем сети и транспортным уровнем?

Уровень сети отвечает за адресацию и маршрутизацию пакетов данных, в то время как транспортный уровень обеспечивает надежную доставку пакетов между хостами в сети. Уровень сети использует протоколы, такие как IP и TCP, а транспортный уровень использует протоколы, такие как TCP и UDP.

Как модель OSI используется для диагностики проблем с сетью?

Модель OSI помогает разделить сложную сеть на более управляемые уровни. При возникновении проблем с сетью администратор может использовать модель OSI для изоляции проблемы на определенный уровень, а затем сосредоточиться на устранении неполадок на этом уровне, что упрощает и ускоряет процесс диагностики.

Видео:

Про модель OSI и стек TCP/IP простыми словами. Как оно работает?