Теория:Сетевая модель OSI
Сетевая модель OSI (open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, сокр. ЭМВОС; 1978 год) — сетевая модел стека сетевых протоколов OSI/ISO (ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99).
- 1 Общая характеристика модели OSI
- 2 Уровни модели OSI
- 2.1 Прикладной уровень
- 2.2 Уровень представления
- 2.3 Сеансовый уровень
- 2.4 Транспортный уровень
- 2.5 Сетевой уровень
- 2.6 Канальный уровень
- 2.7 Физический уровень
- 3.1 Семейство TCP/IP
- 3.2 Семейство IPX/SPX
Общая характеристика модели OSI
В связи с затянувшейся разработкой протоколов OSI, в настоящее время основным используемым стеком протоколов является TCP/IP, разработанный ещё до принятия модели OSI и вне связи с ней.
К концу 70-х годов в мире уже существовало большое количество фирменных стеков коммуникационных протоколов, среди которых можно назвать, например, такие популярные стеки, как DECnet, TCP/IP и SNA. Подобное разнообразие средств межсетевого взаимодействия вывело на первый план проблему несовместимости устройств, использующих разные протоколы. Одним из путей разрешения этой проблемы в то время виделся всеобщий переход на единый, общий для всех систем стек протоколов, созданный с учетом недостатков уже существующих стеков. Такой академический подход к созданию нового стека начался с разработки модели OSI и занял семь лет (с 1977 по 1984 год). Назначение модели OSI состоит в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия. Она разрабатывалась в качестве своего рода универсального языка сетевых специалистов, именно поэтому её называют справочной моделью.В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с совершенно определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.
Приложения могут реализовывать собственные протоколы взаимодействия, используя для этих целей многоуровневую совокупность системных средств. Именно для этого в распоряжение программистов предоставляется прикладной программный интерфейс (Application Program Interface, API). В соответствии с идеальной схемой модели OSI приложение может обращаться с запросами только к самому верхнему уровню — прикладному, однако на практике многие стеки коммуникационных протоколов предоставляют возможность программистам напрямую обращаться к сервисам, или службам, расположенных ниже уровней. Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует системную файловую службу; оно обходит верхние уровни модели OSI и обращается непосредственно к ответственным за транспортировку сообщений по сети системным средствам, которые располагаются на нижних уровнях модели OSI. Итак, пусть приложение узла А хочет взаимодействовать с приложением узла В. Для этого приложение А обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Но для того, чтобы доставить эту информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут нижележащие уровни. После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку уровню представления. Протокол уровня представления на основании информации, полученной из заголовка сообщения прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию — заголовок уровня представления, в котором содержатся указания для протокола уровня представления машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который, в свою очередь, добавляет свой заголовок и т. д. (Некоторые реализации протоколов помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце в виде так называемого концевика.) Наконец, сообщение достигает нижнего, физического, уровня, который, собственно, и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому моменту сообщение «обрастает» заголовками всех уровней.
Физический уровень помещает сообщение на физический выходной интерфейс компьютера 1, и оно начинает своё «путешествие» по сети (до этого момента сообщение передавалось от одного уровню другому в пределах компьютера 1). Когда сообщение по сети поступает на входной интерфейс компьютера 2, оно принимается его физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню. Как видно из описания, протокольные сущности одного уровня не общаются между собой непосредственно, в этом общении всегда участвуют посредники — средства протоколов нижележащих уровней. И только физические уровни различных узлов взаимодействуют непосредственно.
Уровни модели OSI
Модель OSI Уровень (layer) ) Функции Примеры Host
layers7. Прикладной (application) Доступ к сетевым службам HTTP, FTP, SMTP 6. Представительский (представления) (presentation) Представление и шифрование данных ASCII, EBCDIC, JPEG 5. Сеансовый (session) Управление сеансом связи RPC, PAP 4. Транспортный (transport) Сегменты (segment)/
Дейтаграммы (datagram)Прямая связь между конечными пунктами и надежность TCP, UDP, SCTP layers 3. Сетевой (network) Пакеты (packet) Определение маршрута и логическая адресация IPv4, IPv6, IPsec, AppleTalk 2. Канальный (data link) Биты (bit)/
Кадры (frame)Физическая адресация PPP, IEEE 802.2, Ethernet, DSL, L2TP, ARP 1. Физический (physical) Биты (bit) Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными USB, витая пара, коаксиальный кабель, оптический кабель В литературе наиболее часто принято начинать описание уровней модели OSI с 7-го уровня, называемого прикладным, на котором пользовательские приложения обращаются к сети. Модель OSI заканчивается 1-м уровнем — физическим, на котором определены стандарты, предъявляемые независимыми производителями к средам передачи данных:
- тип передающей среды (медный кабель, оптоволокно, радиоэфир и др.),
- тип модуляции сигнала,
- сигнальные уровни логических дискретных состояний (нуля и единицы).
Любой протокол модели OSI должен взаимодействовать либо с протоколами своего уровня, либо с протоколами на единицу выше и/или ниже своего уровня. Взаимодействия с протоколами своего уровня называются горизонтальными, а с уровнями на единицу выше или ниже — вертикальными. Любой протокол модели OSI может выполнять только функции своего уровня и не может выполнять функций другого уровня, что не выполняется в протоколах альтернативных моделей.
Каждому уровню с некоторой долей условности соответствует свой операнд — логически неделимый элемент данных, которым на отдельном уровне можно оперировать в рамках модели и используемых протоколов: на физическом уровне мельчайшая единица — бит, на канальном уровне информация объединена в кадры, на сетевом — в пакеты (датаграммы), на транспортном — в сегменты. Любой фрагмент данных, логически объединённых для передачи — кадр, пакет, датаграмма — считается сообщением. Именно сообщения в общем виде являются операндами сеансового, представительского и прикладного уровней.
К базовым сетевым технологиям относятся физический и канальный уровни.
Прикладной уровень
Прикладной уровень (уровень приложений; application layer) — верхний уровень модели, обеспечивающий взаимодействие пользовательских приложений с сетью:
- позволяет приложениям использовать сетевые службы:
- удалённый доступ к файлам и базам данных,
- пересылка электронной почты;
Про модель OSI быстро и просто
Будущего тестировщика довольно часто просят рассказать про модель OSI на собеседовании. Конечно, сетевой администратор Василий знает про OSI все, он уже 15 лет как “одмин”, знает наизусть весь bash.org (а теперь уже bash.im) и даже сам постил туда шутку про канал аниме. Или не он…
Нам и не надо тягаться с Васей, нам стоит иметь общее представление о том, что это за эта модель, зачем ее придумали и почему вообще о ней спрашивают.
Сетевая модель OSI — это модель взаимодействия сетевых протоколов. Так что сначала надо разобраться с тем, что такое протокол.
Допустим, вы с Васей (уже с другим, а может и тем же самым) живете в соседних домах. Телефон или интернет еще не изобрели, а передавать самые важные новости друг другу как-то надо. Что делать? Как обмениваться информацией? Вы решаете, что будете махать друг другу разноцветными тряпками:
- красная означает, что опасность рядом;
- синяя означает, что по телевизору показывают что-то интересное;
- зеленая, самая важная, означает, что скоро выйдет новый сезон Рика и Морти!
Именно протокол является стандартом, который определяет способ общения программ и серверов. OSI — это набор протоколов, каждый из которых необходим для решения отдельно поставленной задачи. Если хотя бы один исключить, что-то пойдет не так.
Модель OSI состоит из 7 уровней. Каждый уровень отделен от других и ничего о них не знает. У каждого своя задача.
Физический уровень — первый уровень сетевой модели OSI. Он описывает способы передачи отдельных бит через линии связи, соединяющие сетевые устройства. Кроме единиц и нулей физический уровень не знает ничего. На этом уровне решаются вопросы, связанные с синхронизацией, избавлением от помех, скоростью передачи данных и так далее. Короче, тут течет ток.
Если убрать этот уровень, никакая информация от одного источника к другому поступать не будет.
Канальный уровень — второй уровень сетевой модели OSI. Он необходим для передачи данных узлам (серверам, компьютерам), находящимся в той же локальной сети. Также может использоваться для обнаружения и, возможно, исправления ошибок, возникших на физическом уровне.
Примером протокола, работающего на канальном уровне, является всем известный Ethernet.
В общем, тут у нас компьютеры начинают уже взаимодействовать. На этом уровне появляется адресация. Адресом является MAC-адрес устройства. Канальный уровень отвечает за доставку кадров адресату и их целостность.
Сетевой уровень — третий уровень сетевой модели OSI. Он нужен для определения маршрута передачи данных. Именно он понимает по указанному IP-адресу где физически расположен адресат и как до него доставить данные.
Без этого уровня данные просто заблудятся в интернете или попадут не туда, куда следует.
Транспортный уровень — четвертый уровень сетевой модели OSI. На этом уровне мы говорим о портах и протоколах TCP и UDP, которые отвечают за прямую связь между приложениями и за надежность доставки информации.
При помощи TCP сервер умеет переспрашивать данные, если в первый раз они дошли не полностью. С ним можно быть уверенным, что данные будут доставлены. UDP так не умеет, зато доставляет данные несколько быстрее. Как говорится, я бы рассказал тебе шутку про UDP, но она до тебя может не дойти.
Без этого уровня компьютеры не могли бы обрабатывать пришедшие по сетевому уровню данные, так как не знали бы какой программе они предназначены.
Сеансовый уровень — пятый уровень сетевой модели OSI. Он отвечает за поддержку сеансов связи. Именно благодаря нему приложения могут взаимодействовать между собой по сети длительное время.
Без этого уровня не было бы онлайн-игр, видео-чатов и прочих полезных вещей.
Представительский уровень или уровень представления данных — шестой уровень сетевой модели OSI. Благодаря этому уровню информация, передаваемая прикладным уровнем (о нем чуть ниже) одной системы будет понятна прикладному уровню в другой системе. Уровень представления данных в момент передачи информации выполняет преобразование в некоторый общий формат, а в момент приема выполняет обратное преобразование.
С этим уровнем нам понятно, например, как передать данные, хранящиеся в виде массива, удаленному серверу. Или как передать картинку.
Прикладной уровень самый сложный и разнообразный уровень. На нем работают все протоколы высокого уровня: HTTP, POP, SMTP, RDP и так далее. Протоколы здесь не должны задумываться о маршрутизации или гарантии доставки информации (этим занимаются предыдущие уровни). На седьмом уровне необходима лишь реализации конкретных действий.
Без этого уровня наши компьютеры не могли бы получать html-код, email-сообщения или сообщения в чате.
Модульность модели OSI позволяет скорее разобраться в причине неполадки. Если, скажем, сайт не открывается в браузере, можно провести ping его IP-адреса. Если он не проходит, нет смысла искать проблему на высоком уровне — ошибки HTTP-сервера или, тем более, кода приложения. Она явно находится ниже по уровню.
От нашего админа Васи мы будем требовать более углубленных знаний сетевых протоколов. Ведь ему надо будет все это настраивать, поддерживать в работающем состоянии и в случае проблем срочно чинить.
Тестировщик же в свою очередь должен уметь быстро диагностировать проблему и не тратить время на поиск проблем там, где их быть не может. Надеюсь, статья внесет ясность и сделает вашу работу эффективнее.
