Уровни эталонной модели OSI

Сетевая модель OSI и ее 7 уровней: обзор с примерами от Бородача

Всем привет, и с вами снова Бородач! У нас очередной курс «Для самых маленьких», и поговорим мы про модель OSI. Многие системные администраторы и юные IT инженеры что-то слышали про это, но боялись спросить. Сразу скажу, что любой специалист, программист, инженер или администратор, работающий с сетями и интернетом, должен на зубок знать всё то, о чем я расскажу ниже. Статья подойдет как для специалистов, так и для чайников.

OSI модель, или модель стека протоколов TCP/IP, или модель открытых систем, или модель сетевого взаимодействия – это ядро, на котором управляется и взаимодействует любая современная сеть и подключенные к ней устройства. Поэтому её желательно знать всем тем, кто работает в «сетевой» индустрии. Без данных знаний даже в том же программировании будет достаточно тяжело.

Модели OSI позволяют взаимодействовать устройствам в компьютерной сети по определенным правилам и протоколам. Если раскрыть расшифровку аббревиатуры термина, то получится английская надпись: «Open Systems Interconnection Basic Reference Model», – что дословно можно перевести как: «Эталонная Модель Взаимодействия Открытых Систем». В модели существует 7 уровней, которые используются для передачи информации от одного устройства к другому.

Уровни эталонной модели

Уровни эталонной модели OSI представляют из себя вертикальную структуру, где все сетевые функции разделены между семью уровнями. Следует особо отметить, что каждому такому уровню соответствует строго описанные операции, оборудование и протоколы.

Взаимодействие между уровнями организовано следующим образом:

• по вертикали — внутри отдельно взятой ЭВМ и только с соседними уровнями.
• по горизонтали — организовано логическое взаимодействие — с таким же уровнем другого компьютера на другом конце канала связи (то есть сетевой уровень на одном компьютере взаимодействует с сетевым уровнем на другом компьютере).

Так как семиуровневая модель osi состоит из строгой соподчиненной структуры, то любой более высокий уровень использует функции нижележащего уровня, причем распознает в каком именно виде и каким способом (т.е. через какой интерфейс) нужно передавать ему поток данных.

Рассмотрим, как организуется передача сообщений по вычислительной сети в соответствии с моделью OSI. Прикладной уровень — это уровень приложений, то есть данный уровень отображается у пользователя в виде используемой операционной системы и программ, с помощью которой выполняется отправка данных. В самом начале именно прикладной уровень формирует сообщение, далее оно передается представительному уровню, то есть спускается вниз по модели OSI. Представительный уровень, в свою очередь, проводит анализ заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия, и добавляет в начало сообщения свою служебную информацию, в виде заголовка представительного уровня, для представительного уровня узла назначения. Далее движение сообщения продолжается вниз, спускается к сеансовому уровню, и он, в свою очередь, также добавляет свои служебные данные, в виде заголовка вначале сообщения и процесс продолжается, пока не достигнет физического уровня.

Следует отметить, что помимо добавления служебной информации в виде заголовка вначале сообщения, уровни могут добавлять служебную информацию и в конце сообщения, который называется «трейлер».

Когда сообщение достигло физического уровня, сообщение уже полностью сформировано для передачи по каналу связи к узлу назначения, то есть содержит в себе всю служебную информацию добавленную на уровнях модели OSI.

Помимо термина «данные» (data), которое используется в модели OSI на прикладном, представительном и сеансовом уровнях, используются и другие термины на других уровнях модели OSI, чтобы можно было сразу определить на каком уровне модели OSI выполняется обработка.

В стандартах ISO для обозначения той или иной порции данных, с которыми работают протоколы разных уровней модели OSI, используется общее название — протокольный блок данных (Protocol Data Unit, PDU). Для обозначения блоков данных определенных уровней часто используются специальные названия: кадр (frame), пакет (packet), сегмент (segment).

Уровень доступа

Главным процессом на этом уровне является подключение оборудования клиента (компьютер, Wi-Fi-маршрутизатор) к сети провайдера. Здесь оборудованием провайдера являются коммутаторы (если это локальная сеть и планируется подключение при помощи проводной среды) либо базовые станции (если подключение происходит через беспроводную среду). Как правило, для организации управляемой сети используют коммутаторы второго уровня (L2), реже — третьего (L3). Некоторые провайдеры на этапе строительства локальной сети отдают предпочтение неуправляемым коммутаторам, впоследствии это может сказаться на качестве предоставляемых услуг.

Также для удешевления стоимости подключения используются устройства с максимальным количеством физических интерфейсов 24/48. В роли управляемых коммутаторов второго уровня хорошо зарекомендовали себя Cisco Catalyst серий 2900, 3500 и 3700, но многие операторы выбирают Eltex, SNR и прочие российские разработки, как более доступные по цене.

Коммутаторы L3 на данном уровне встречаются достаточно редко, так как они дороже, чем L2, и их размещение в технических помещениях многоэтажек связано с определенными рисками. Если коммутаторы L3 и встречаются на уровне доступа, то лишь в объединении уровня доступа и уровня агрегации. Частным примером использования является кабинет в офисе либо отдел, а в случае с провайдером — многоквартирный дом или жилая секция в этом доме.

Стоит отметить, что при строительстве сети каждый провайдер сам выбирает степень ее сегментирования. Сегмент сети, или VLAN (Virtual Local Area Network), позволяет объединить группу пользователей в одну логическую сеть либо обособить каждого по отдельности. Считается очень плохим тоном, когда сеть «плоская», то есть клиенты, коммутаторы, маршрутизаторы и серверы находятся в одном логическом сегменте. Такая сеть имеет очень много недостатков. Более правильным решением является разделение целой сети на более мелкие подсети, в идеальном варианте — выделять VLAN для каждого клиента.

На практике

Игорь Коровченко

Существуют специальные утилиты, которые позволяют просматривать пакеты в сетевом трафике, что позволяет разобраться с работой того или иного сетевого устройства. В Linux и большинстве Unix-подобных систем есть консольная утилита tcpdump, есть и кросс-платформенная утилита Wireshark с графическим интерфейсом. Эти две утилиты в основном и используются для мониторинга пакетов.

Wireshark

Утилиту Wireshark можно скачать и установить с официального сайта. Она опенсорсная и имеет графический интерфейс, который состоит из трёх частей (сверху вниз):

• список пакетов, пересылаемых по сети;
• пакет, представленный в текстовом виде;
• пакет, представленный в бинарном виде.

Вы можете получить подробную информацию о каждом пакете, нужно лишь выбрать его из списка. Пакеты можно фильтровать по различным признакам. Существуют фильтры захвата и показа. Первый тип фильтров используется для захвата пакетов в реальном времени, сбора информации и статистики по ним. Фильтры показа (дисплейные фильтры) позволяют оперировать с уже захваченными пакетами. Захват пакетов с выбранного сетевого интерфейса осуществляется с момента нажатия кнопки «Начать захват пакетов» (Start capturing packets) и до нажатия кнопки «Остановить захват пакетов» (Stop capturing packets). Захват пакетов — это сбор информации о пакетах.

В Wireshark есть предустановленные фильтры, но можно формировать и собственные с помощью мастера или вручную в строке фильтрации в самом верху окна. Утилита Wireshark поможет веб-разработчику детально разобраться с пакетами, которые отправляются серверу или приходят от сервера. Если веб-сервер установлен на компьютере с Wireshark, можно посмотреть, как пользователи работают с сайтом.

Мониторинг пакетов также может помочь выявить аномальный трафик и проанализировать безопасность компьютера с точки зрения его работы с сетью. Данные можно сохранять в текстовый файл для последующего анализа в Wireshark или любым другим способом.

Tcpdump

Если графический интерфейс не доступен, например, вы настраиваете удалённый сервер, можно использовать tcpdump. Чтобы просмотреть трафик, надо набрать команду:

Не забывайте, что на некоторых операционных системах, утилиту необходимо запускать от имени администратора.

Пока вы не прервёте работу утилиты сигналом SIGINT , нажав сочетание клавиш Ctrl C , в терминал будет выводиться информация о пакетах. Прочитайте статью «Управление процессами», чтобы узнать больше о сигналах. Как работать с терминалом описано в статье «Интерфейс командной строки».

Пакеты можно фильтровать. Например, чтобы вывести пакеты, которые приходят на 80-й порт по протоколам транспортного уровня TCP или UDP, нужно выполнить команду:

Информацию можно выводить в файл, а не в терминал. Для этого нужно указать соответствующий ключ:

Чтобы прочитать этот файл, можно использовать Wireshark, который поддерживает данные в формате PCAP, или тот же tcpdump:

Топология физических сетей

Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационной оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам – физические или информационные связи между вершинами.

• Полносвязная (а).
• Ячеистая (б).
• Кольцо (в).
• Звезда (г).
• Дерево (д).
• Шина (е).

Основных топологий сети 6. В целом тут все просто. На сегодняшний день наиболее распространенная топология — Дерево.

Адресация узлов сети

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может
иметь плоскую (линейную) организацию или иерархическую организацию.

Для преобразования адресов из одного вида в другой используются специальные вспомогательные протоколы, которые называют протоколами разрешения адресов.

Коммутация

Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называют коммутацией. Последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю, образует маршрут.

Обобщенные задачи коммутации

1. Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты.
2. Маршрутизация потоков.
3. Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле.
4. Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Пограничный уровень сети

Данный уровень сети не изображается на классической схеме сети, но представляет собой важный сегмент сети, а именно точку сопряжения с вышестоящим провайдером. Данный уровень представляет собой границу между локальной сетью провайдера и Интернетом.

На данном уровне используются высокоскоростные модули, дальность которых напрямую зависит от удаленности точки подключения маршрутизатора.

Масштабируемость Ethernet

Оказывается, Ethernet и другие технологии канального уровня не подходят для создания крупной сети, которая может охватить весь мир из-за того, что у них есть существенные ограничения по масштабируемости.

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

Давайте рассмотрим существующие ограничения. Коммутаторы изернет для передачи кадра пользуются таблицами коммутации. И эта таблица должна содержать все MAК-адреса компьютеров в сети. Если для локальной сети это можно сделать, то для глобальной сети, в которой несколько миллиардов устройств, никакому коммутатору не хватит памяти, чтобы хранить подобную таблицу. И искать нужный порт в такой огромной таблице будут очень долго.

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

Следующая проблема в том, что если коммутатор не понимает куда отправлять кадр, он передает его на все порты, надеясь, что где-то там находиться получатель. Такой подход тоже работает в локальных сетях, но в глобальных сетях не работает. Если в интернет мы не знаем куда отправить пакет и будем пересылать всем компьютерам в интернете, то через некоторое время, мы засорим сеть такими мусорными пакетами и это приведет к отказу в обслуживании.

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Другая проблема это отсутствие дублирующих путей между коммутаторами. В Ethernet у нас всегда должно быть одно соединение, чтобы не образовалось кольца, иначе сеть будет перегружена широковещательным штормом. В Ethernet есть технология STP, которая позволяет создавать несколько связей между коммутаторами, но в каждый момент времени активно всего одно соединение.

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

Рассмотрим пример, в нашей сети есть несколько коммутаторов. Они соединены между собой и есть такое соединение, которое приводит к образованию кольца.

p, blockquote 22,1,0,0,0 —>

p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

В сети запускается протокол STP, коммутаторы выбирают корневой. Рассчитывают расстояние до корневого и отключают одно из соединений.

p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

Если коммутаторы используются для построения локальной сети, где расстояние между коммутаторами небольшое, то такой подход работает отлично. Но, предположим, что мы строим глобальную сеть и если мы хотим отправить данные из Екб в Челябинск, который является соседним городом и расположен близко, то на уровне Ethernet мы это сделать не сможем, потому что прямое соединение отключено протоколом STP.

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

Необходимо передавать данные через другие города, расстояние гораздо больше, поэтому скорость передачи будет существенно ниже. От этого хотелось бы избавиться.

p, blockquote 28,0,0,0,0 —>

p, blockquote 29,0,0,0,0 —>

Масштабируемость на сетевом уровне

Что делает сетевой уровень, чтобы обеспечить масштабирование и построить такую сеть, которая способна объединить все компьютеры во всем мире, например сеть интернет.

• Первое это агрегация адресов. Сетевой уровень работает не с отдельными адресами, а с группами адресов, которые объединяются и такие блоки адресов называются сетью.
• Пакеты, для которых путь доставки неизвестен на сетевом уровне отбрасываются. Это обеспечивает защиту составной сети от циркуляции мусорных пакетов.
• И возможность наличия нескольких активных путей в сети. Это является одной из причин создания сетей с пакетной коммутацией. В нашей сети всегда есть некое количество активных путей между отправителем и получателем. И данные могут пройти по любому из этих путей. В том числе, если один путь выйдет из строя, то другой путь останется доступным. Но если у нас есть несколько путей, то на сетевом уровне появляется задача маршрутизации. То есть, на каждом этапе мы должны определять, по какому пути мы отправим ту или иную порцию данных.

This article has 3 comments

Спасибо за качественный публикации по теме компьютерных сетей, а по данной записи — все очень понятно, подробно и обстоятельно, каждый уровень модели хорошо описан, плюс имеется дополнительная информация по ссылкам, вообщем очень интересно!

Более толкового и разжеваного описания модели osi я не встречал жалка что этой записи не было, когда я сдавал экзамены по компьютерным сетям в колледже.

Оставить комментарий

Inna Petrova 18 минут назад

Нужно пройти преддипломную практику у нескольких предметов написать введение и отчет по практике так де сдать 4 экзамена после практики

Иван, помощь с обучением 25 минут назад

Inna Petrova, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Коля 2 часа назад

Здравствуйте, сколько будет стоить данная работа и как заказать?

Иван, помощь с обучением 2 часа назад

Николай, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Инкогнито 5 часов назад

Сделать презентацию и защитную речь к дипломной работе по теме: Источники права социального обеспечения. Сам диплом готов, пришлю его Вам по запросу!

Иван, помощь с обучением 6 часов назад

Здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Василий 12 часов назад

Здравствуйте. ищу экзаменационные билеты с ответами для прохождения вступительного теста по теме Общая социальная психология на магистратуру в Московский институт психоанализа.

Иван, помощь с обучением 12 часов назад

Василий, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Анна Михайловна 1 день назад

Нужно закрыть предмет «Микроэкономика» за сколько времени и за какую цену сделаете?

Иван, помощь с обучением 1 день назад

Анна Михайловна, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Сергей 1 день назад

Здравствуйте. Нужен отчёт о прохождении практики, специальность Государственное и муниципальное управление. Планирую пройти практику в школе там, где работаю.

Иван, помощь с обучением 1 день назад

Сергей, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Инна 1 день назад

Добрый день! Учусь на 2 курсе по специальности земельно-имущественные отношения. Нужен отчет по учебной практике. Подскажите, пожалуйста, стоимость и сроки выполнения?

Иван, помощь с обучением 1 день назад

Инна, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Студент 2 дня назад

Здравствуйте, у меня сегодня начинается сессия, нужно будет ответить на вопросы по русскому и математике за определенное время онлайн. Сможете помочь? И сколько это будет стоить? Колледж КЭСИ, первый курс.

Иван, помощь с обучением 2 дня назад

Здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Ольга 2 дня назад

Требуется сделать практические задания по математике 40.02.01 Право и организация социального обеспечения семестр 2

Иван, помощь с обучением 2 дня назад

Ольга, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Вика 3 дня назад

сдача сессии по следующим предметам: Этика деловых отношений — Калашников В.Г. Управление соц. развитием организации- Пересада А. В. Документационное обеспечение управления — Рафикова В.М. Управление производительностью труда- Фаизова Э. Ф. Кадровый аудит- Рафикова В. М. Персональный брендинг — Фаизова Э. Ф. Эргономика труда- Калашников В. Г.

Иван, помощь с обучением 3 дня назад

Вика, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Игорь Валерьевич 3 дня назад

здравствуйте. помогите пройти итоговый тест по теме Обновление содержания образования: изменения организации и осуществления образовательной деятельности в соответствии с ФГОС НОО

Иван, помощь с обучением 3 дня назад

Игорь Валерьевич, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Вадим 4 дня назад

Пройти 7 тестов в личном кабинете. Сооружения и эксплуатация газонефтипровод и хранилищ

Иван, помощь с обучением 4 дня назад

Вадим, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Кирилл 4 дня назад

Здравствуйте! Нашел у вас на сайте задачу, какая мне необходима, можно узнать стоимость?

Иван, помощь с обучением 4 дня назад

Кирилл, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Oleg 4 дня назад

Требуется пройти задания первый семестр Специальность: 10.02.01 Организация и технология защиты информации. Химия сдана, история тоже. Сколько это будет стоить в комплексе и попредметно и сколько на это понадобится времени?

Иван, помощь с обучением 4 дня назад

Oleg, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Валерия 5 дней назад

ЗДРАВСТВУЙТЕ. СКАЖИТЕ МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ПОМОЧЬ С ВЫПОЛНЕНИЕМ практики и ВКР по банку ВТБ. ответьте пожалуйста если можно побыстрее , а то просто уже вся на нервяке из-за этой учебы. и сколько это будет стоить?

Иван, помощь с обучением 5 дней назад

Валерия, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Инкогнито 5 дней назад

Здравствуйте. Нужны ответы на вопросы для экзамена. Направление — Пожарная безопасность.

Иван, помощь с обучением 5 дней назад

Здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Иван неделю назад

Защита дипломной дистанционно, «Синергия», Направленность (профиль) Информационные системы и технологии, Бакалавр, тема: «Автоматизация приема и анализа заявок технической поддержки

Иван, помощь с обучением неделю назад

Иван, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru

Дарья неделю назад

Необходимо написать дипломную работу на тему: «Разработка проекта внедрения CRM-системы. + презентацию (слайды) для предзащиты ВКР. Презентация должна быть в формате PDF или формате файлов PowerPoint! Институт ТГУ Росдистант. Предыдущий исполнитель написал ВКР, но работа не прошла по антиплагиату. Предыдущий исполнитель пропал и не отвечает. Есть его работа, которую нужно исправить, либо переписать с нуля.

Иван, помощь с обучением неделю назад

Дарья, здравствуйте! Мы можем Вам помочь. Прошу Вас прислать всю необходимую информацию на почту и написать что необходимо выполнить. Я посмотрю описание к заданиям и напишу Вам стоимость и срок выполнения. Информацию нужно прислать на почту info@the-distance.ru