Сетевая модель OSI

Обмен информацией между компьютерами, объединенными в сеть, является очень сложной задачей, так как существует огромное количество производителей аппаратных и программных средств вычислительных систем. Единственный способ ее решения — обеспечить взаимодействие на основе единых общедоступных стандартов и спецификаций, использовать открытые системы.

В 1984 году Международная Организация по Стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) представила модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection Reference Model — OSI/RM), чтобы помочь поставщикам создавать совместимые сетевые аппаратные и программные средства.

Модель OSI является иерархической, что дает следующие преимущества:

- обеспечивает деление процесса сетевого взаимодействия на отдельные простые части, что в свою очередь облегчает проектирование сетей и поиск проблем

- позволяет взаимодействовать сетевому оборудованию от разных производителей и различным операционным системам

- предотвращает ситуации, когда изменения в работе одного уровня влияют на другие

В модели OSI существует семь различных уровней, которые разделены в две группы. Верхние три уровня определяют, как пользовательские приложения на компьютерах взаимодействуют между собой и с юзером. Нижние четыре уровня определяют, как передаются данные от одного компьютера к другому.

Сетевая модель OSI состоит, как уже говорилось, из семи уровней, и принято начинать отсчет с нижнего. Перечислим их:

7. Прикладной уровень (application layer)

6. Представительский уровень или уровень представления (presentation layer)

5. Сеансовый уровень (session layer)

4. Транспортный уровень (transport layer)

3. Сетевой уровень (network layer)

2. Канальный уровень (data link layer)

1. Физический уровень (physical layer)

Для запоминания названий на английском можно использовать следующее мнемоническое правило - All People Seem To Need Data Processing.

Для удобства запоминания можно использовать следующую схему.

Рис. 1 Уровни модели OSI

Рассмотрим кратко функции каждого из уровней, начиная с нижнего.

1. Физический уровень

Самый нижний уровень, осуществляющий две вещи: он получает биты и отсылает биты. Биты представляют собой разряд двоичного кода, который может принимать только одно из двух значений: «0» или «1». Данный уровень описывает способы передачи бит через различные физические среды линий связи.

На физическом уровне определяются механические, электрические, процедурные и функциональные характеристики установления, поддержания и размыкания физического соединения между конечными устройствами. Физический уровень определяет такие характеристики соединения, как уровни напряжений, синхронизацию и физическую скорость передачи данных, максимальные расстояния передачи и другие аналогичные характеристики.

«Если вы можете коснуться элемента сети - то это уже часть физического уровня, что делает этот слой одним из самых простейших для понимания.» (Wiley)

2. Канальный уровень

На физическом уровне просто передаются биты, канальный же уровень берет на себя задачу по проверке доступности передачи, а также обеспечивает механизмы обнаружения и коррекции ошибок. Это означает, что канальный уровень гарантирует доставку данных нужному устройству в рамках локальной сети, используя физические адреса (более известные как MAC-адреса).

На канальном уровне биты группируются в наборы, называемыми кадрами (frames).

3. Сетевой уровень

Данный уровень в первую очередь отвечает за логическую адресацию устройств в сети. На сетевом уровне решаются также задачи и проблемы, связанные с сетевым трафиком, например, коммутация пакетов, маршрутизация и перегрузки. Именно на этом уровне происходит передача трафика между устройствами, которые находятся не в одной локальной сети, а в разных сетях.

На третьем уровне фрагмент данных называется пакетом (packets).

4. Транспортный уровень

Четвертый уровень предоставляет механизмы передачи пакетов, причем не имеет значения, какие данные, от кого и куда передаются. Протоколы транспортного уровня обеспечивают логическое соединение между отправителем и получателем.

Транспортный уровень оперирует сегментами (segments) как фрагментами данных.

5. Сеансовый уровень

Данный уровень ответственен за установление сеанса связи, его поддержку и прекращение между приложениями на компьютерах.

Хорошим примером будут служить аудио и видеоконференции, именно на сеансовом уровне устанавливается, каким кодеком будет кодироваться сигнал.

6. Уровень представления данных

Шестой уровень определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами, отвечает за кодирование и декодирование данных. Данные приложений, полученные с прикладного уровня, на шестом уровне преобразуются в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразуются в формат, понятный приложениям. По сути данный уровень работает переводчиком.

7. Прикладной уровень

Верхний уровень обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и обработкой ошибок.

В первой лекции уровни модели OSI были рассмотрены очень кратко, более подробно протоколы каждого из уровней будут обсуждаться в дальнейших учебных материалах.