OSI расшифровывается как Open Systems Interconnection. Она была разработана ISO - "Международной организацией по стандартизации" в 1984 году. Это 7-уровневая архитектура, каждый уровень которой обладает определенной функциональностью. Все эти 7 уровней работают совместно для передачи данных от одного человека к другому по всему миру.
1. Физический уровень (уровень 1) :
Самым нижним уровнем эталонной модели OSI является физический уровень. Он отвечает за фактическое физическое соединение между устройствами. Физический уровень содержит информацию в виде битов. Он отвечает за передачу отдельных битов от одного узла к другому. При получении данных этот уровень получает полученный сигнал, преобразует его в 0 и 1 и отправляет их на уровень Data Link, который собирает кадр воедино.
Функции физического уровня следующие:
- Синхронизация битов: Физический уровень обеспечивает синхронизацию битов путем предоставления тактового генератора. Эти часы управляют отправителем и получателем, обеспечивая синхронизацию на уровне битов.
- Управление скоростью передачи: Физический уровень также определяет скорость передачи, т.е. количество битов, передаваемых в секунду.
- Физические топологии: Физический уровень определяет способ расположения различных устройств/узлов в сети: шина, звезда или ячеистая топология.
- Режим передачи: Физический уровень также определяет способ передачи данных между двумя подключенными устройствами. Возможны следующие режимы передачи: симплексный, полудуплексный и полнодуплексный.
2. Канальный уровень (DLL) (уровень 2) :
Канальный уровень отвечает за доставку сообщения от узла к узлу. Основная функция этого уровня заключается в обеспечении безошибочной передачи данных от одного узла к другому на физическом уровне. Когда пакет поступает в сеть, DLL отвечает за передачу его хосту, используя его MAC-адрес.
Data Link Layer делится на два подслоя:
- Управление логическим каналом (LLC)
- Управление доступом к среде передачи данных (MAC).
Пакет, полученный от сетевого уровня, далее делится на кадры в зависимости от размера кадра NIC (Network Interface Card). DLL также инкапсулирует MAC-адрес отправителя и получателя в заголовок.
MAC-адрес получателя получается путем размещения ARP (Address Resolution Protocol) запроса на провод с вопросом "У кого есть этот IP-адрес?", и в ответ хост-получатель сообщает свой MAC-адрес.
Функции уровня канала передачи данных следующие:
- Кадрирование: Кадрирование - это функция канального уровня. Она обеспечивает отправителю возможность передать набор битов, которые имеют значение для получателя. Это может быть достигнуто путем присоединения специальных битовых шаблонов к началу и концу кадра.
- Физическая адресация: После создания кадров канальный уровень добавляет физические адреса (MAC-адреса) отправителя и/или получателя в заголовок каждого кадра.
- Контроль ошибок: Канальный уровень обеспечивает механизм контроля ошибок, при котором он обнаруживает и повторно передает поврежденные или потерянные кадры.
- Управление потоком: Скорость передачи данных должна быть постоянной с обеих сторон, иначе данные могут быть повреждены, поэтому управление потоком координирует количество данных, которое может быть отправлено до получения подтверждения.
- Управление доступом: Когда один канал связи используется несколькими устройствами, подуровень MAC канального уровня помогает определить, какое устройство имеет контроль над каналом в данный момент времени.
3. Сетевой уровень (уровень 3) :
Сетевой уровень работает для передачи данных от одного узла к другому, расположенному в разных сетях. Он также заботится о маршрутизации пакетов, т.е. о выборе кратчайшего пути для передачи пакета из множества доступных маршрутов. IP-адреса отправителя и получателя помещаются в заголовок сетевым уровнем.
Функции сетевого уровня следующие:
- Маршрутизация: Протоколы сетевого уровня определяют, какой маршрут подходит от источника к месту назначения. Эта функция сетевого уровня известна как маршрутизация.
- Логическая адресация: Для того чтобы уникально идентифицировать каждое устройство в сети Интернет, сетевой уровень определяет схему адресации. IP-адреса отправителя и получателя помещаются сетевым уровнем в заголовок. Такой адрес отличает каждое устройство уникально и универсально.
4. Транспортный уровень (уровень 4) :
Транспортный уровень предоставляет услуги прикладному уровню и принимает услуги от сетевого уровня. Данные на транспортном уровне называются сегментами. Он отвечает за доставку полного сообщения из конца в конец. Транспортный уровень также обеспечивает подтверждение успешной передачи данных и повторную передачу данных в случае обнаружения ошибки.
На стороне отправителя: Транспортный уровень получает отформатированные данные с верхних уровней, выполняет сегментацию, а также реализует контроль потока и ошибок для обеспечения правильной передачи данных. Он также добавляет номера портов источника и назначения в свой заголовок и направляет сегментированные данные на сетевой уровень.
Отправитель должен знать номер порта, связанный с приложением получателя.
Как правило, этот номер порта назначения настроен либо по умолчанию, либо вручную. Например, когда веб-приложение делает запрос к веб-серверу, оно обычно использует порт номер 80, поскольку это порт по умолчанию, назначенный веб-приложениям. Многие приложения имеют порты, назначенные по умолчанию.
На стороне получателя: Транспортный уровень считывает номер порта из заголовка и пересылает полученные данные соответствующему приложению. Он также выполняет последовательность и сборку сегментированных данных.
Функции транспортного уровня следующие:
- Сегментация и повторная сборка: Этот уровень принимает сообщение от (сеансового) уровня и разбивает его на более мелкие единицы. Каждый из созданных сегментов имеет заголовок, связанный с ним. Транспортный уровень на станции назначения собирает сообщение.
- Адресация точки обслуживания: Для того чтобы доставить сообщение нужному процессу, заголовок транспортного уровня включает тип адреса, называемый адресом точки обслуживания или адресом порта. Таким образом, указывая этот адрес, транспортный уровень гарантирует, что сообщение будет доставлено нужному процессу.
Услуги, предоставляемые транспортным уровнем:
A. Служба, ориентированная на соединение: Это трехфазный процесс, который включает в себя
- Установление соединения
- Передача данных
- Завершение / разъединение
При таком типе передачи данных принимающее устройство отправляет подтверждение обратно источнику после получения пакета или группы пакетов. Этот тип передачи надежен и безопасен.
B. Услуга без подключения: Это однофазный процесс, включающий передачу данных. При этом типе передачи приемник не подтверждает получение пакета. Такой подход позволяет значительно ускорить обмен данными между устройствами. Служба, ориентированная на соединение, более надежна, чем служба без соединения.
Данные на транспортном уровне называются сегментами.
Транспортный уровень управляется операционной системой. Он является частью ОС и взаимодействует с прикладным уровнем путем выполнения системных вызовов.
Транспортный уровень называется сердцем модели OSI.
5. Сеансовый уровень (Layer 5) :
Этот уровень отвечает за установление соединения, поддержание сеансов, аутентификацию, а также обеспечивает безопасность.
Функции сеансового уровня следующие:
- Установление, поддержание и завершение сеанса: Уровень позволяет двум процессам устанавливать, использовать и завершать соединение.
- Синхронизация: Этот уровень позволяет процессу добавлять в данные контрольные точки, которые считаются точками синхронизации. Эти точки синхронизации помогают определить ошибку, чтобы данные были пересинхронизированы должным образом, а концы сообщений не обрывались преждевременно, что позволяет избежать потери данных.
- Диалоговый контроллер: Сеансовый уровень позволяет двум системам начать общение друг с другом в полудуплексном или полнодуплексном режиме.
Все перечисленные ниже 3 уровня (включая сеансовый уровень) объединены в один уровень в модели TCP/IP как "прикладной уровень".
Реализация этих 3 уровней осуществляется самим сетевым приложением. Они также известны как верхние уровни или программные уровни.
Сценарий:
Рассмотрим сценарий, в котором пользователь хочет отправить сообщение через приложение Messenger, запущенное в его браузере. Мессенджер" здесь выступает в качестве прикладного уровня, который предоставляет пользователю интерфейс для создания данных. Это сообщение или так называемые данные сжимаются, шифруются (если речь идет о защищенных данных) и преобразуются в биты (0 и 1), чтобы их можно было передать.
6. Презентационный уровень (уровень 6):
Презентационный уровень также называется уровнем перевода. Данные с прикладного уровня извлекаются здесь и манипулируются в соответствии с требуемым форматом для передачи по сети.
Функции презентационного уровня следующие:
- Перевод: Например, ASCII в EBCDIC.
- Шифрование/дешифрование: Шифрование данных переводит данные в другую форму или код. Зашифрованные данные называются шифротекстом, а расшифрованные данные - открытым текстом. Для шифрования и расшифровки данных используется значение ключа.
- Сжатие: Уменьшает количество битов, которые необходимо передавать по сети.
7. Прикладной уровень (уровень 7)
На самом верху стека уровней эталонной модели OSI находится прикладной уровень, который реализуется сетевыми приложениями. Эти приложения производят данные, которые должны быть переданы по сети. Этот уровень также служит окном для доступа прикладных служб к сети и для отображения полученной информации пользователю.
Пример: Приложения - браузеры, Skype Messenger и т.д.
Функциями уровня приложений являются :
- Сетевой виртуальный терминал
- FTAM - доступ и управление передачей файлов
- Почтовые службы
- Службы каталогов
Модель OSI действует как эталонная модель и не реализована в Интернете из-за ее позднего изобретения. В настоящее время используется модель TCP/IP.