Уровни сетевой модели internet

Sysadminium

В этой статье вы познакомитесь с сетевыми моделями OSI и TCP/IP. OSI — это 7 уровневая модель. А TCP/IP — 4 уровневая модель.

Модель OSI

OSI (Open System Interconnection) — это эталонная модель сетевых взаимодействий. Эта модель весь процесс передачи данных делит на 7 частей, другими словами на 7 уровней. Каждый уровень отвечает за определённые задачи, но не говорит, как эти задачи решать. Это позволяет разработчикам создавать новые протоколы или технологии, которые работают на определённом уровне (решают определённые задачи) и не задумываться о других задачах. Другие задачи решаются на других уровнях, на которых работают другие протоколы и технологии.

Например, при разработке определённого протокола, нужно подумать о 2 вещах:

• О работе самого протокола (что этот протокол будет делать и какие задачи решать).
• О взаимодействии с более низким и более высоким уровнем. То есть как данные должны переходить с уровня на уровень, вверх или вниз.

Вот так выглядит эта модель:

Данные, переходя с верхнего уровня на нижний, обрабатываются и к ним добавляется служебная информация. Процесс добавления служебной информации более низкого уровня называется — инкапсуляция.

Обратный процесс, когда данные переходят на более высокий уровень, при этом служебные данные более низкого уровня отбрасываются называется — декапсуляция.

Дальше пробежимся по каждому уровню, сверху вниз.

7 уровень — прикладной

Это самый высокий уровень. На нём работают пользовательские приложения, установленные на компьютере, сервере или телефоне. Здесь работают, например: клиент электронной почты и почтовый сервер, программный телефон и сервер ip-телефонии, браузер и web-сервер.

Протоколы этого уровня: DNS, HTTP, POP3, IMAP, SMTP, SIP, FTP, CIFS, NFS, DHCP и подобные.

Передающиеся данные на этом уровне называются сообщениями.

6 уровень — представления

На этом уровне происходит преобразование данных. Например шифрование или сжатие. Данные должны быть представлены в определённом виде, чтобы принимающее их приложение смогло эти данные обработать.

Здесь, теоретически, данные могут преобразовываться в разные форматы, например GIF или MP4. Или данные могут быть зашифрованы и расшифрованы.

На этом уровне работают протоколы: SSL и TLS.

5 уровень — сеансовый

Этот уровень отвечает за создание и уничтожение сеансов связи. Чтобы сеанс установился и поддерживался, на этом же уровне работает согласование кодеков.

4 уровень — транспортный

Этот уровень обеспечивает передачу данных по сети. То есть данные ещё не передаются физически, но уже происходит договорённость, как данные будут передаваться.

Здесь работают два протокола TCP и UDP. Эти протоколы применяются для разного типа трафика. Если трафик чувствителен к потерям, то используют TCP, который гарантирует доставку данных. А если трафику нужна более быстрая передача данных и можно пожертвовать потерями данных, то используют UDP.

На этом уровне сообщение делится на сегменты (если выбран протокол TCP) или на дейтаграммы (если выбран протокол UDP). В качестве служебной информации к каждому сегменту или дейтаграмме добавляется сетевой порт источника и назначения. Такие порты прослушивают процессы на хостах (компьютерах, серверах или телефонах).

3 уровень — сетевой

Этот уровень тоже отвечает за передачу данных. Но в отличии от транспортного уровня, где происходит выбор надёжности или скорости отправки данных. Задача этого уровня — ip-адресация и маршрутизация.

На этом уровне пришедший сверху сегмент или дейтаграмма делится на пакеты. А в качестве служебной информации к каждому пакету добавляется ip-адреса отправителя и получателя.

IP-адрес — это сетевой адрес устройства в Интернете.

Именно на этом уровне происходит маршрутизация пакетов, поэтому здесь расположились протоколы маршрутизации: BGP, OSPF, RIP, EIGRP.

Также на этом уровне работает протокол: ICMP, именно с его помощью работает утилита PING.

Ну и конечно же здесь работает протокол IP, который вводит ip-адреса.

А главное устройство, работающее на этом уровне — Маршрутизатор (Router).

2 уровень — канальный

Этот уровень разбивает пакеты, пришедшие с сетевого уровня на кадры (Frame). В качестве дополнительной информации каждому кадру назначаются физические адреса (mac-адреса) отправителя и получателя.

MAC-адрес — это физический адрес устройства в одном широковещательном домене.

Помимо физической адресации, этот уровень отвечает за обнаружение и исправление ошибок. То есть каждый кадр проверяется на ошибки и происходит попытка исправления ошибок разными способами (а иногда и не происходит).

На этом уровне работают коммутаторы (Switch) и мосты (Bridge). Эти устройства передают кадры определённому получателю а не всем.

На этом уровне работают протоколы: CDP, PPP, MPLS. Также здесь обитает технология Ethernet, которая занимает этот уровень и более низкий уровень.

1 уровень — физический

Это самый нижний уровень модели OSI. На этом уровне происходит разбивка кадров на биты. Затем биты кодируются в сигналы, а сигналы передаются по среде передачи. По проводам можно передавать сигналы с помощью электрического тока или света. Или можно передавать сигналы с помощью радио-волн.

Среди технологий, работающих на этом уровне, можно выделить Ethernet. Он описывает, как сигналы должны кодироваться, передаваться по проводам и так далее. Ещё на этом уровне работают: Bluetooth и Wi-Fi.

Сетевые устройства, которые здесь работают, это: концентраторы (Hub) и повторители (Repeater). Эти устройства работают с сигналами не вникая в логику передачи. Так как здесь нет никаких адресов, то сигнал просто передаётся с одного порта на другой.

Итоговая картинка

В итоге все полученные знания выше можно представить на следующем рисунке:

Модель TCP/IP

Эталонная модель сетевых взаимодействий OSI — это теоретическая модель, которая хорошо описывает, как сетевые устройства должны общаться друг с другом. Но на практике, разрабатывая сетевые протоколы, вместо OSI используют другую модель сетевых взаимодействий — TCP/IP.

Помимо модели сетевых взаимодействий TCP/IP есть стек протоколов TCP/IP. В этот стек входит множество сетевых протоколов, которые хорошо встраиваются в одноименную модель.

Модель TCP/IP делит процесс передачи данных на 4 уровня вместо 7 уровней OSI:

4 уровень — прикладной

Прикладной уровень в модели TCP/IP является самым верхним. Здесь работают приложения, установленные на компьютере, телефоне или сервере. Но в отличии от модели OSI здесь же происходит согласование данных (шифрование, сжатие, выбор формата данных и выбор кодеков) и установка сеансов связи.

Например, здесь работают протоколы SIP, DHCP, HTTP и подобные.

3 уровень — транспортный

Этот уровень не отличается от транспортного уровня в модели OSI. Здесь также работают 2 протокола: TCP и UDP. А в качестве служебной информации выступают сетевые порты.

2 уровень — интернет (межсетевой)

Интернет состоит из множества локальных сетей, объединённых между собой маршрутизаторами.

Этот уровень не отличается от сетевого уровня модели OSI. Здесь реализуется ip-адресация и маршрутизация, за счет введения ip-адресов.

1 уровень — сетевых интерфейсов

Этот уровень вобрал в себя физический и канальный уровни модели OSI. Это аппаратный уровень, на котором работают сетевые карты, коммутаторы, повторители, концентраторы.

Также на этом уровне находятся среды передачи информации, провода, радиоволны. Но не просто среды, а технологии, которые эти среды используют: Ethernet, Wi-Fi, DSL, Bluetooth.

Также на этом уроне можно обнаруживать или исправлять ошибки, возникшие при передаче данных.

В этой статье вы познакомитесь с сетевыми моделями OSI и TCP/IP. OSI — это 7 уровневая модель. А TCP/IP — 4 уровневая модель

Источник

Многоуровневая модель сети Интернет

Любая КИС, как правило, подключена к глобальной сети Интернет. Подавляющее большинство сетей подключается к Интернет с помощью межсетевого протокола IP . Однако в силу необходимости передачи и, следовательно, стандартизации огромного количества всевозможной служебной информации при обмене данными в сетях применяют несколько протоколов, решающих задачи передачи данных на разных уровнях.

Взаимодействие протоколов разных уровней определяется многоуровневой сетевой моделью (многоуровневым стеком сети). Для сетевого обмена в Интернете используется модель, определяющая четыре уровня обмена данными:

· уровень сетевого доступа ;

· межсетевой уровень ;

· транспортный уровень

· уровень приложений .

Низшие уровни трактуют пакеты высших уровней как данные, к которым добавляется служебная информация для процесса соответствующего уровня на стороне приема. При передаче информации на более высокий уровень служебная информация более низкого уровня удаляется.

Схема многоуровневой модели сети Интернет может быть представлена в следующем виде:

Многоуровневая модель сети Интернет

Уровень сетевого доступа (IV) является самым низким в сети, он обеспечивает безошибочную передачу блоков данных. Только этот уровень оперирует такими элементами, как битовые последовательности, методы кодирования, маркеры. В протоколах TCP\IP он не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты протоколов физического и канального уровня Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25, SLIP, PPP и др.

Межсетевой уровень (III) – это уровень межсетевого взаимодействия, обеспечивающий передачу пакетов данных из одной сети в другую. Соединяемые сети могут быть сетями Ethernet, Token Ring, сетями на телефонных линиях и др. На межсетевых узлах принимается решение о способе перемещения блока данных (пакета) по сети. (Узлы коммутации – это компьютеры, посредством которых соединяются между собой отдельные локальные сети (части сети Интернет).) Отдельные узлы сети не имеют прямых связей со всеми остальными узлами. Поэтому необходимо, чтобы каждый узел имел информацию о существующих связях и о том, на какой из узлов следует передать пакет для его оптимальной передачи в точку назначения. Процесс определения пути пакета называется маршрутизацией. Узлы, выполняющие функции маршрутизации, называются маршрутизаторами.

В Интернете в качестве межсетевого протокола, обеспечивающего адресацию пакетов на межсетевом уровне, используется протокол IP (Internet Protocol).

В заголовок пакета помещается информация, называемая IP-адрес, которой достаточно для определения пункта и способа доставки пакета данных. IP-адрес состоит из четырех байтов. Каждый компьютер, подключенный к Интернет, имеет уникальный адрес. Однако на межсетевом уровне определяется лишь сеть, в которой находится конкретный компьютер, для определения места расположения в локальной сети компьютера с данным числовым IP-адресом локальные сети используют свои собственные протоколы сетевого уровня (например, локальные сети Ethernet для отыскания Ethernet-адреса по IP-адресу компьютера, находящегося в данной сети, используют протокол ARP).

Транспортный уровень (II) определяет правила поддержки сетевых соединений и называется основным. Типичный протокол транспортного уровня – протокол TCP (Transmission Control Protocol), обеспечивающий надежную передачу сообщений между удаленными прикладными программами за счет образования виртуальных соединений между ними.

Протокол TCP основывается на возможностях протокола IP. TCP делит подлежащую пересылке информацию на части и нумерует части для обеспечения возможности последующего восстановления. Каждая порция информации вместе с номером образует TCP-пакет, который затем помещается в отдельный IP-пакет, с которым сеть уже умеет обращаться. При создании TCP-пакета вычисляется контрольная сумма, которая записывается в TCP-заголовок. Получатель (TCP-процесс) распаковывает IP-пакеты и получает TCP-пакет, далее распаковывает их и объединяет данные.

Протокол TCP тесно связан с протоколом IP . Поэтому эти протоколы вместе часто называют TCP/IP-протокол. Этот термин обычно охватывает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть.

Уровень приложений определяет интерфейс между двумя системами на уровне приложений. На этом уровне определяется, как компьютер обрабатывает полученные данные. Для его поддержки разработано несколько протоколов, используемых для передачи вполне определенной информации:

· передача гипертекстовых документов – протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol);

· передача файлов – протокол FTP (File Transfer Protocol);

· передача сообщений электронной почты – протоколы SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) и POP (Post Office Protocol).

Источник