Семиуровневая модель OSI — фундаментальная концепция, описывающая работу сетевых устройств и принципы функционирования компьютерных сетей. Понимание модели OSI необходимо для любого, кто стремится стать сетевым инженером.
Что такое модель OSI?
Это процесс передачи данных, разложенный на семь частей, каждая из которых отвечает за свою специфическую функцию. Рассмотрим каждый уровень.
Уровень 1: Физический уровень
Первый уровень отвечает за передачу физических сигналов – электрических токов, световых импульсов или радиоволн – от отправителя к получателю. Сюда относятся кабели, контакты разъемов, кодирование единиц и нулей, модуляция сигнала и другие физические аспекты передачи. Это уровень среды передачи: электрические сигналы в кабеле, свет в оптоволокне или радиоволны в Wi-Fi. По сути, это уровень «проводов».
Основные технологии: Ethernet, Bluetooth, Wi-Fi и инфракрасный порт. Сетевые устройства: концентраторы и репитеры, передающие физический сигнал без обработки его логики.
Уровень 2: Канальный уровень
На этом уровне физический сигнал кодируется в биты, понятные компьютеру. Происходит проверка и исправление ошибок передачи. Используется понятие «фрейм» (или «кадр») – полезные данные с дополнительной служебной информацией (адрес отправителя и получателя). Аналогия – почтовый конверт: письмо внутри – полезные данные, адреса на конверте – служебная информация.
Используются MAC-адреса (48 бит, например: 00:16:52:00:1f:03), идентифицирующие устройства в одной сети. Канальный уровень делится на два подуровня: управление логическим каналом (LLC, Logical Link Control) и управление доступом к среде (MAC, Media Access Control). LLC взаимодействует с верхним уровнем, MAC – с нижним.
На этом уровне работают коммутаторы и мосты, передающие фрейм нужному адресату. К этому уровню относятся Ethernet, PPP, CDP, MPLS.
Уровень 3: Сетевой уровень
Сетевой уровень вводит понятие маршрутизации и IP-адресов. Здесь происходит маршрутизация трафика. Например, для доступа к wiki.merionet.ru отправляется DNS-запрос, получаем IP-адрес и подставляем его в пакет. Используется термин «пакет». Аналогия с конвертом: внутри конверта с адресами второго уровня находится ещё один конверт с адресами сетевого уровня (IP-адресами).
Процесс передачи данных с верхних уровней на нижние называется инкапсуляцией, а обратный процесс – декапсуляцией. Протокол ICMP используется утилитой ping для определения проблем в сети. На этом уровне работают маршрутизаторы и протоколы маршрутизации (RIP, OSPF, EIGRP, BGP).
Уровень 4: Транспортный уровень
Транспортный уровень обеспечивает надежную передачу данных от отправителя к получателю. Основные протоколы: TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). TCP обеспечивает контроль за передачей данных (подходит для трафика, чувствительного к потерям, например, электронных писем или паролей). UDP не гарантирует доставку всех пакетов (подходит для трафика, где небольшие потери допустимы, например, потоковое видео).
Уровень 5: Сеансовый уровень
Управляет соединениями (сессиями), устанавливает и разрывает их. Примеры: аудио- и видеоконференции (устанавливается кодек, используемый обоими участниками).
Уровень 6: Представительский уровень
Преобразует форматы сообщений (кодирование, сжатие). Примеры: JPEG, GIF. Данные, полученные в виде нулей и единиц, преобразуются в нужный формат для отображения в программе.
Уровень 7: Прикладной уровень
Уровень приложений, обеспечивающих доступ к сетевым службам для конечных пользователей. Примеры протоколов: HTTPS, HTTP, FTP, SMTP. Обеспечивает доступ к файлам, пересылку электронной почты, запросы к базам данных.
Модель OSI описывает понятные и логичные этапы передачи данных в сети. Понимание каждого уровня позволяет эффективнее работать с сетевыми технологиями.