Одминский блог
Блог о технологиях, технократии и методиках борьбы с граблями
Семиуровневая модель OSI
OSI (Open System Interconnection – Взаимосвязь Открытых Cистем)
Разработанная комитетом ISO эталонная модель стандарта сетевой иерархической архитектуры. OSI также называется OSI Reference Model или просто OSI Model. 7-миуровневая структура, описывающая прицип и архитектуру работы стека сетевых протоколов. Управление пакетами передается от одного уровня к другому, и начинаясь на прикладном уровне отправляющего хоста, проходит обработку на всех уровнях, и дойдя до нижнего, передается по каналу связи к целевому хосту, проходя все уровни в обратном порядке по восходящей.
Большинство функциональных возможностей описанных в модели OSI присутствует, в той или иной мере, во всех сетевых коммуникациях, но существует также модели OSI, где 2-3 уровня слиты воедино.
Семиуровневая модель OSI
7. Прикладной Уровень(Application Layer) Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. На этом уровне партнеры связи установлены, качество обслуживания установлено, установление подлинности пользователя и секретность рассматриваются, и любые ограничения на синтаксис данных установлены. (Этот уровень – не приложение как таковое, хотя некоторые приложения могут выполнять функции прикладного уровня.) Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью.
* FTP (англ. File Transfer Protocol ) – протокол передачи файлов
* TFTP (англ. Trivial File Transfer Protocol) – простой протокол передачи файлов
* Telnet (англ. TELecommunication NETwork) – терминальное соединение с удаленным хостом (текстовое управление)
* SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol) – упрощенный протокол передачи почтовых сообщений
* CMIP (англ. Common Management Information Protocol) – общий протокол управления информацией
* SNMP (англ. Simple Network Management Protocol)- упрощенный протокол управления сетью
* NFS (англ. Network File System)- протокол сетевого доступа к сетевым файлововым системам
* FTAM (англ. File Transfer Access and Management) – метод доступа и управления переноса файлов
6 Уровень Представления данных (Presentation Layer) Уровень представления служит для обеспечения возможности общения между приложениями на разных хостах. Этот уровень отвечает за обработку и преобразование данных (кодирование, сжатие и т.д.) прикладного уровня в исходную информацию передаваемую на транспортный уровень. Протоколы уровня представления являются составной частью функций трех верхних уровней модели. Порою именуют синтаксическим уровнем.
5 Сеансовый (Session Layer) Сеансовый уровень отвечает за установление сеансов обмена информацией между целевыми хостами. Стек протоколов сеансового уровня обычно является составной частью функций трех верхних уровней модели.
4 Транспортный (Transport Layer) Транспортный уровень разбивает потоки информации на небольшие фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень. Также занимается сборкой пакетов и контролем доставки и целостности переданных данных.
Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:
3 Сетевой Уровень (Network Layer) Сетевой уровень управляет передачей данных и маршрутизация пакетов на основе подсетей и адресов. На этом же уровне происходит преобразование сетевых адресов в MAC-адреса, для дальнейшей передачи через нижние уровни.
Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:
2 Канальный Уровень (Data Link Layer) Канальный уровень отвечает за фрагментацию, передачу и прием кадров данных. Этот уровень получает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов данных. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.
Наиболее часто используемые на уровне 2 протоколы включают:
1 Физический Уровень (Physical Layer) Физический уровень принимает пакеты данных от верхнего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи данных на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включаютя:
К числу наиболее распространенных спецификаций физического уровня относятся:
OSI Model
Содержание
Сетевая модель OSI [ править ]
Общая характеристика модели [ править ]
OSI состоит из двух основных частей:
Концепция семиуровневой модели была описана в работе Чарльза Бахмана. Данная модель подразделяет коммуникационную систему на уровни абстракции (англ. «abstraction layers»). В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень:
Каждый из семи уровней характеризуется типом данных (PDU, сокращение от англ. protocol data units), которым данный уровень оперирует и функционалом, который он предоставляет слою, находящемуся выше него. Предполагается, что пользовательские приложения обращаются только к самому верхнему (прикладному) уровню, однако на практике это выполняется далеко не всегда.
Описание уровней модели OSI [ править ]
| Уровень | Функции | PDU | Примеры |
| 7. Прикладной | Некоторое высокоуровневое API | Данные | HTTP, FTP |
| 6. Представительский | Представление данных между сетевым сервисом и приложением | Данные | ASCII, EBCDIC, JPEG |
| 5. Сеансовый | Управление сеансами: продолжительный обмен информацией в виде множества передач между нодами | Данные | RPC, PAP |
| 4. Транспортный | Надёжная передача сегментов между двумя нодами в сети | Сегменты/Датаграммы | TCP, UDP |
| 3. Сетевой | Структуризация и управление множеством нод в сети | Пакеты | IPv4, IPv6 |
| 2. Канальный | Надёжная передача датафреймов между двумя нодами соединённых физическим уровнем | Фреймы | PPP, IEEE 802.2, Ethernet |
| 1. Физический | Передача и приём потока байтов через физическое устройство | Биты | USB, витая пара |
Прикладной уровень (Application layer) [ править ]
Самый верхний уровень модели, предоставляет набор интерфейсов для взаимодействия пользовательских процессов с сетью. Единицу информации, которой оперируют три верхних уровня модели OSI, принято называть сообщение (англ. message).
Прикладной уровень выполняет следующие функции:
К числу наиболее распространенных протоколов верхних трех уровней относятся:
Уровень представления (Presentation layer) [ править ]
Уровень представления занимается представлением данных, передаваемых прикладными процессами в нужной форме. Данные, полученные от приложений с прикладного уровня, на уровне представления преобразуются в формат подходящий для передачи их по сети, а полученные по сети данные преобразуются в формат приложений. Также кроме форматов и представления данных, данный уровень занимается конвертацией структур данных, используемых различными приложениями. Другой функцией, выполняемой на уровне представлений, является шифрование данных, которое применяется в тех случаях, когда необходимо защитить передаваемую информацию от доступа несанкционированными получателями.
Как и прикладной уровень, уровень представления оперирует напрямую сообщениями. Уровень представления выполняет следующие основные функции:
Примеры протоколов данного уровня:
Сеансовый уровень (Session layer) [ править ]
Сеансовый уровень контролирует структуру проведения сеансов связи между пользователями. Он занимается установкой, поддержанием и прерыванием сеансов, фиксирует, какая из сторон является активной в данный момент, осуществляет синхронизацию обмена информацией между пользователями, что также позволяет устанавливать контрольные точки.
На сеансовом уровне определяется, какой будет передача между двумя прикладными процессами:
Как 2 уровня над ним, сеансовый уровень использует сообщения в качестве PDU.
Примеры протоколов сеансового уровня:
Транспортный уровень (Transport layer) [ править ]
Транспортный уровень предназначен для передачи надежной последовательностей данных произвольной длины через коммуникационную сеть от отправителя к получателю. Уровень надежности может варьироваться в зависимости от класса протокола транспортного уровня. Так например UDP гарантирует только целостность данных в рамках одной датаграммы и не исключает возможности потери/дублирования пакета или нарушения порядка получения данных; TCP обеспечивает передачу данных, исключающую потерю данных или нарушение порядка их поступления или дублирования, может перераспределять данные, разбивая большие порции данных на фрагменты и наоборот, склеивая фрагменты в один пакет.
Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов. В функции транспортного уровня входят:
Транспортный уровень использует сегменты или датаграммы в качестве основного типа данных.
Сетевой уровень (Network layer) [ править ]
Сетевой уровень предоставляет функционал для определения пути передачи пакетов данных между клиентами, подключенными к одной коммуникационной сети. На данном уровне решается проблема маршрутизации (выбора оптимального пути передачи данных), трансляцией логических адресов в физические, отслеживанием неполадок в сети.
В рамках сетевого надежность доставки сообщений не гарантируется; сетевой уровень может реализовывать соответствующий функционал, но не обязан это делать. Роль PDU исполняют пакеты (англ. packet).
Сетевой уровень выполняет функции:
Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:
Канальный уровень (Data link layer) [ править ]
Канальный уровень предназначен для передачи данных между двумя узлами, находящихся в одной локальной сети. Роль PDU исполняют фреймы (англ. frame). Фреймы канального уровня не пересекают границ локальной сети, что позволяет данному уровню сосредоточиться на локальной доставке (фактически межсетевой доставкой занимаются более высокие уровни).
Заголовок фрейма формируется из аппаратных адресов отправителя и получателя, что позволяет однозначно определить устройство, которое отправило данный фрейм и устройство, которому он предназначен. При этом никакая часть адреса не может быть использована, чтобы определить некую логическую/физическую группу к которой принадлежит устройство.
Канальный уровень состоит из двух подуровней: LLC и MAC.
Канальный уровень выполняет функции:
Наиболее часто на канальной уровне используются протоколы:
Физический уровень (Physical layer) [ править ]
Физический уровень описывает способы передачи потока бит через дата линк, соединяющий сетевые устройства. Поток байт может быть сгруппирован в слова и сконвертирован в физический сигнал, который посылается через некоторое устройство.
Здесь специфицируются такие низкоуровневые параметры как частота, амплитуда и модуляция.
Физический уровень выполняет функции:
Наиболее часто на физическом уровне используются протоколы:
Инкапсуляция [ править ]
Физический уровень ответственен за физическую передачу данных. IP предоставляет глобальный способ адресации устройств. TCP добавляет возможность выбора приложения (порт).
Во время инкапсуляции каждый уровень собирает свой собственный PDU, добавляя некоторый заголовок с контрольной информацией к PDU с более высокого уровня.
Пример [ править ]
Предположим мы отправляем веб-страницу клиенту:
📑 Модели OSI и TCP/IP
В 1982 году Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) при поддержке ITU-T был начат новый проект в области сетевых технологий, который был назван Open System Intercommunication (OSI). Эта модель является первым шагом к международной стандартизации протоколов, используемых на различных уровнях (Day и Zimmerman, 1983). Затем она была пересмотрена в 1995 году (Day, 1995). Открытым называется взаимодействие, которое может поддерживаться в неоднородных средах, содержащих системы разных поставщиков. Модель OSI устанавливает глобальный стандарт, определяющий состав функциональных уровней при открытом взаимодействии между компьютерами.
У моделей OSI и TCP имеется много общих черт. Обе модели основаны на концепции стека независимых протоколов. Функциональность уровней также во многом схожа. Например, в каждой модели уровни, начиная с транспортного и выше, предоставляют сквозную, не зависящую от сети транспортную службу для процессов, желающих обмениваться информацией. Эти уровни образуют поставщика транспорта. Также в каждой модели уровни выше транспортного являются прикладными потребителями транспортной службы.
Прикладной уровень
Обеспечивает преобразование данных, специфичных для каждого приложения. Отвечает за доступ приложений в сеть.
Протоколы
HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400, X.500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, ModbusTCP, BACnetIP, IMAP, POP3, SMB, MFTP, BitTorrent, eD2k, PROFIBUS
Уровень представления
Осуществляет преобразование данных общего характера (кодирование, компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня. Отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах.
Протоколы
HTTP, ASN.1, XML-RPC, TDI, XDR, SNMP, FTP, Telnet, SMTP, NCP, AFP
Сеансовый уровень
Добавляет транспортной функции удобства обращения, управляет диалогом на протяжении установленной сессии связи. Отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами.
Протоколы
ASP, ADSP, DLC, Named Pipes, NBT, NetBIOS, NWLink, Printer Access Protocol, Zone Information Protocol, SSL, TLS, SOCKS
Транспортный уровень
Выполняет свободную от ошибок, ориентированную на работу с сообщениями сквозную передачу. Делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень.
Протоколы
TCP, UDP, NetBEUI, AEP, ATP, IL, NBP, RTMP, SMB, SPX, SCTP, DCCP, RTP, TFTP
Сетевой уровень
Обеспечивает маршрутизацию, и управление загрузкой канала передачи, предоставляет необработанный маршрут передачи, состоящий лишь из конечных точек. Отвечает за деление пользователей на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.
Протоколы
IP, IPv6, ICMP, IGMP, IPX, NWLink, NetBEUI, DDP, IPSec, ARP, RARP, DHCP, BootP, SKIP, RIP
Канальный уровень
Осуществляет свободную от ошибок передачу по отдельному каналу связи. Обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.
Протоколы
ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, WiFi, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS,STP
Физический уровнь
Выполняет реальную физическую передачу бит данных. Получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включают:
Протоколы
RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, ITU-T, xDSL, ISDN, T-carrier (T1, E1), модификации стандарта Ethernet: 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-T (включает 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX), 1000BASE-T, 1000BASE-TX, 1000BASE-SX
Cтек TCP/IP
Модель TCP/IP называют также моделью DARPA (сокращение от Defense Advanced Research Projects Agency, организация, в которой в свое время разрабатывались сетевые проекты, в том числе протокол TCP/IP, и которая стояла у истоков сети Интернет) или моделью Министерства обороны CША (модель DoD, Department of Defense, проект DARPA работал по заказу этого ведомства).
Модель TCP/IP разрабатывалась для описания стека протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Она была разработана значительно раньше, чем модель OSI — в 1970 г. был разработан необходимый набор стандартов, а к 1978 году окончательно оформилось то, что сегодня мы называем TCP/IP. Позже стек адаптировали для использования в локальных сетях. В начале 1980 г. протокол стал составной частью ОС UNIX. В том же году появилась объединенная сеть Internet..
Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых протоколов, на которых базируется интернет. Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительный и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению.
В отличие от эталонной модели OSI, модель ТСР/IP в большей степени ориентируется на обеспечение сетевых взаимодействий, нежели на жесткое разделение функциональных уровней. Для этой цели она признает важность иерархической структуры функций, но предоставляет проектировщикам протоколов достаточную гибкость в реализации. Соответственно, эталонная модель OSI гораздо лучше подходит для объяснения механики межкомпьютерных взаимодействий, но протокол TCP/IP стал основным межсетевым протоколом.
Сетевая модель OSI – 7 уровней эталонной модели взаимодействия компьютеров
Данный материал посвящен эталонной сетевой семиуровневой модели OSI. Здесь Вы найдете ответ на вопрос для чего системным администраторам необходимо понимать данную сетевую модель, будут рассмотрены все 7 уровней модели, а также Вы узнаете основы модели TCP/IP, которая и была построена на основе эталонной модели OSI.
Когда я начал увлекаться различными IT технологиями, стал работать в этой сфере, я, конечно же, не знал не о какой модели, даже не задумывался об этом, но мне более опытный специалист посоветовал изучить, точнее, просто понять эту модель, добавив что «если будешь понимать все принципы взаимодействия, то будет намного проще управлять, конфигурировать сеть и решать всевозможные сетевые и другие проблемы». Я его, конечно же, послушался и стал лопатить книги, Интернет и другие источники информации, одновременно с этим проверять на существующей сети, правда ли это все так на самом деле.
В современном мире развитие сетевой инфраструктуры достигло такого высокого уровня, что без построения, даже маленькой сети, предприятие (в т.ч. и маленькое) не сможет просто на всего нормально существовать, поэтому системные администраторы становятся, все более востребованы. А для качественного построения и конфигурирования любой сети, системный администратор должен понимать принципы эталонной модели OSI, как раз, для того чтобы Вы научились понимать взаимодействие сетевых приложений, да и вообще принципы сетевой передачи данных, я попытаюсь изложить этот материал доступно даже для начинающих админов.
Сетевая модель OSI (open systems interconnection basic reference model) – это абстрактная модель взаимодействия компьютеров, приложений и других устройств в сети. Если вкратце, суть данной модели состоит в том, что организация ISO (International Organization for Standardization) разработала стандарт работы сети, для того чтобы все смогли опираться на него, и происходило совместимость всех сетей и взаимодействие между ними. Один из самых популярных протоколов взаимодействия сети, который применяется во всем мире, это TCP/IP он и построен на базе эталонной модели.
Ну, давайте перейдем непосредственно к самим уровням этой модели, и для начала ознакомитесь с общей картиной этой модели в разрезе ее уровней.
Теперь поговорим поподробней о каждом уровне, принято описывать уровни эталонной модели сверху в низ, именно по этому пути, и происходит взаимодействие, на одном компьютере сверху вниз, а на компьютере где идет прием данных снизу вверх, т.е. данные проходят каждый уровень последовательно.
Описание уровней сетевой модели
Уровень приложений (7) (прикладной уровень) – это отправная и в то же время конечная точка данных, которые Вы хотите передать по сети. Этот уровень отвечает за взаимодействие приложений по сети, т.е. на этом уровне общаются приложения. Это самый верхний уровень и необходимо помнить это, при решении возникающих проблем.
На этом уровне работают такие протоколы как: HTTP, POP3, SMTP, FTP, TELNET и другие. Другими словами приложение 1 посылает запрос приложению 2 по средствам этих протоколов, и для того чтобы узнать, что приложение 1 послало запрос именно приложению 2, между ними должна быть связь, вот именно протокол и отвечает за эту связь.
Уровень представления (6) – этот уровень отвечает за кодирование данных, для того чтобы их потом можно было передать по сети и соответственно преобразует их обратно, для того чтобы приложение понимало эти данные. После этого уровня данные для других уровней становятся одинаковыми, т.е. без разницы, что это за данные, будь то документ word или сообщение электронной почты.
На этом уровне работают такие протоколы как: RDP, LPP, NDR и другие.
Сеансовый уровень (5) – отвечает за поддержание сеанса между передачей данных, т.е. продолжительность сеанса отличается, в зависимости от передаваемых данных, поэтому его необходимо поддерживать или прекращать.
На этом уровне работают следующие протоколы: ASP, L2TP, PPTP и другие.
Транспортный уровень (4) – отвечает за надежность передачи данных. Он также разбивает данные на сегменты и собирает их обратно, так как данные бывают разного размера. Существует два известных протокола этого уровня — это TCP и UDP. TCP протокол дает гарантию на то, что данные будут доставлены в полном объеме, а протокол UDP этого не гарантирует, именно поэтому их используют для разных целей.
Сетевой уровень (3) – он предназначен для определения пути, по которому должны пройти данные. На этом уровне работают маршрутизаторы. Также он отвечает за: трансляцию логических адресов и имён в физические, определение короткого маршрута, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок в сети. Именно на этом уровне работает протокол IP и протоколы маршрутизации, например RIP, OSPF.
Канальный уровень (2) – он обеспечивает взаимодействие на физическом уровне, на этом уровне определяются MAC адреса сетевых устройств, также здесь ведется контроль ошибок и их исправление, т.е. посылает повторный запрос поврежденного кадра.
Физический уровень (1) – это уже непосредственно преобразование всех кадров в электрические импульсы и обратно. Другими словами физическая передача данных. На этом уровне работают концентраторы.
Вот так выглядит весь процесс передачи данных с точки зрения этой модели. Она является эталонной и стандартизированной и поэтому на ней основаны другие сетевые технологии и модели в частности модель TCP/IP.
Модель TCP IP
Модель TCP/IP немного отличается от модели OSI, если говорить конкретней в данной модели объединили некоторые уровни модели OSI и их здесь всего 4:
На картинке представлено отличие двух моделей, а также еще раз показано на каких уровнях работают всем известные протоколы.
Говорить о сетевой модели OSI и конкретно про взаимодействие компьютеров в сети можно долго и в рамках одной статьи это не уместить, да и будет немного не понятно, поэтому здесь я попытался представить как бы основу этой модели и описание всех уровней. Главное понимать, что все это действительно так и файл, который Вы отправили по сети проходит просто «огромный» путь, перед тем как попасть к конечному пользователю, но это происходит на столько быстро, что Вы этого не замечаете, во многом благодаря развитым сетевым технологиям.
Надеюсь все это, Вам поможет понимать взаимодействие сетей.
