Что такое сетевая модель OSI

OSI – аббревиатура, расшифровывается как Open Systems Interconnection model. Речь идет о 7-уровневой открытой сетевой модели, где каждый уровень выполняет определенные задачи. Сама эта модель призвана обобщить и стандартизировать предоставление средств сетевого взаимодействия в телекоммуникации и компьютерных системах. По сути, концепция была разработана для решения проблемы совместимости разных, отличающихся друг от друга устройств. Унифицировать их работу и подвести к неким общим стандартам, даже если коммуникационные протоколы отличаются.

Как устроена OSI

Сетевая модель OSI состоит из двух ключевых элементов:

1. Абстрактная модель, состоящая из 7 уровней.
2. Набор специализированных универсальных коммуникационных протоколов.

Абсолютно любую коммуникационную систему можно препарировать на множество уровней абстракции в соответствии с моделью OSI, что упрощает её понимание и анализ. Каждый уровень описывает свой определенный аспект взаимодействия устройств, что делает эту модель крайне удобной для работы с телекоммуникационными и компьютерными системами.

Семиуровневой моделью OSI описывается процесс передачи данных между двумя устройствами отправителем и получателем. Для понимания каждого из описанных уровней необходимо ознакомиться с двумя важнейшими терминами:

• Инкапсуляция – процесс трансформации информации из данных в биты. Этот процесс происходит перед передачей данных от одного устройства к другому.
• Декапсуляция – трансформация информации из последовательности битов в данные, происходит после получения пакетов данных на стороне принимающего устройства.

То есть данные в чистом виде передать от одного девайса к другому невозможно – перед этим их нужно разложить на простейшие сигналы, то есть биты. Бит в данном случае выступает элементарной единицей измерения количества информации.

Пример: после тяжелого рабочего дня вы заходите в Telegram, чтобы почитать последние новости и посмотреть новые мемы. Какой-то из них вам понравился особенно сильно, и вы решаете поделиться со своим другом. Когда вы будете отправлять картинку другу, то эти данные должны будут пройти полный цикл трансформации данных согласно сетевой модели OSI, начиная с 7 уровня и заканчивая 1. На седьмом уровне информация представлена в виде данных, на первом же – в виде битов. Это и есть процесс инкапсуляции – при передаче данных картинка будет представлена в виде длинной последовательности битов, и уже на компьютере получателя эти данные снова декапсулируются в полноценное изображение.

Весь этот процесс занимает считанные мгновения, так что обычный пользователь даже ничего не замечает. Далее мы расскажем подробнее о каждом из семи уровней сетевой модели OSI и расскажем, что происходит на каждом из них.

Уровень 1: физический

Нижний уровень, на котором происходит обмен физическими сигналами между устройствами. Компьютеру неизвестно, что собой представляет картинка или видеозапись, он воспринимает данные только в виде элементарных нулей и единичек. Бит в данном случае выступает простейшим блоком данных протокола, или PDU.

На физическом уровне девайсы могут оперировать только битами, которые передаются между устройствами в виде электрических сигналов. Передача этих данных может осуществляться как по проводу, так и «по воздуху», через Bluetooth, Wi-Fi, GSM и т.д.

Уровень 2: канальный

На этом уровне данные в виде битов трансформируются в фреймы, или кадры. Эти кадры содержат информацию об адресе получателя, что обеспечивает корректное определение получателя в глобальной сети среди миллионов других пользователей.

Передача данных между нодами осуществляется по физическому каналу, а для корректного определения получателя и отправителя используются MAC-адреса.



Уровень 3: сетевой

Здесь фреймы переходят в состояние пакетов данных, а для их передачи используется маршрутизация. Ваш роутер определяет путь передачи пакетов данных, а сама передача осуществляется согласно протоколу IP/IPv4/IPv6, в редких случаях могут использоваться IPX и AppleTalk.

Сетевой уровень, среди прочего, выполняет функции отслеживания и коррекции ошибок, которые возникают при передаче данных. И здесь же осуществляются процессы маршрутизации и коммутации, сегментирования пакетов.

Уровень 4: транспортный

Служит для управления передачей данных по сети, обеспечивает целостность блок данных. Если на этом уровне обнаруживаются какие-то ошибки, в рамках модели OSI предполагается частичное их решение, но зачастую здесь всё проходит стабильно.

На транспортном уровне данные расчленяются на блоки определенного размера, а также устанавливается приоритет для каждого из них в зависимости от степени важности. В качестве данных используются сегменты, или датаграммы.

Уровень 5: сеансовый

На этом уровне осуществляется оперирование чистыми данными, и здесь же решается, каким будет процесс передачи данных между прикладными процессами: полудуплексным или дуплексным.

Сеансовый уровень применяется в средах приложений, которые нуждаются в удаленном вызове процедур. Например, когда происходит видеозвонок – ведь в этом случае необходимо, чтобы потоки данных в обе стороны шли синхронно. Синхронизация сеансовых соединений – важнейшая функция сеансового уровня, помимо установления и завершения соединения между устройствами-участниками.

Уровень 6: представительский

Его функция заключается в предоставлении данных между сетевым сервисом и устройствами в простом и понятном человеку виде. Перевод данных из одной кодировки в другую также осуществляется на шестом уровне.

А еще важной функцией шестого уровня OSI является шифрование данных, без этого их мог бы перехватить любой желающий, получив возможность свободно считывать любую информацию, передающуюся между девайсами.

Уровень 7: прикладной

Верхний уровень сетевой модели OSI, который часто называют «уровнем приложений». Это тот уровень, с которым взаимодействуем мы, простые пользователи, когда работаем за компьютером или ноутбуком.

На седьмом уровне осуществляются все ключевые формы взаимодействия человека и машины, начиная с использования сетевых служб и заканчивая идентификацией их по паролю, адресу, ЭЦП.

Заключение

Семиуровневую сетевую модель OSI приняли в качестве стандарта в 1994 году, и её активно используют для описания и понимания различных процессов при обмене данными между электронными устройствами. Тем не менее, она имеет некоторые недостатки – например, дублирование некоторых протоколов на разных уровнях, а также неравнозначное распределение функций по разным уровням. Но на сегодняшний день более достойных аналогов не существует, так что сетевая модель OSI будет оставаться актуальной еще долгие годы.