Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія

29 0 Новини високих технологій

OSI має дві основні складові: абстрактну модель мережевого взаємодії (семишарова модель) і набір функціональних протоколів. Частина семирівневої моделі OSI вплинула на просування інтернет-протоколу, як і сама абстрактна модель, задокументована в OSI під номером 7498. У цій конструкції мережева система поділена на рівні, всередині яких один або кілька об'єктів реалізують свою функціональність. Кожен об'єкт контактує тільки з шаром, розташованим під ним, і надає засоби для використання в ньому. Протоколи дозволяють взаємодіяти в хості з конкретним об'єктом на тому ж рівні.

Введення в модель OSI

Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
Виробники комп'ютерів пропонували перспективні мережеві архітектури, специфічні для свого обладнання. Наприклад, IBM представила SNA, DEC - ДНК. Однак у цих архітектур були всі ті ж недоліки. З-за пропрієтарного програмного характеру їх не можна було об'єднати і уникнути розповсюдження міжмережевих рішень гетерогенних архітектур.


ISO-орган, що складається з 140 національних органів по стандартизації, розробив семиуровневую модель OSI, яка розшифровується як "взаємозв'язок мережевих систем". Вона описує використовувані концепції і застосовуваний підхід для стандартизації взаємозв'язку між відкритими системами. При розробці цієї моделі основна увага була приділена гетерогенності обладнання, а також вирішення взаємозв'язку з подібними системами по історичних та економічних причин. Модель не повинна була віддавати перевагу конкретному постачальнику, при цьому повинна бути адаптована до еволюції потоків інформації, що підлягають обробці, але без шкоди для попередніх розробок. Розгляд неоднорідності вимагало прийняття спільних правил комунікації між обладнанням, тобто ця розробка повинна була логічно призвести до міжнародної стандартизації протоколів.


Семирівнева модель OSI не є мережевою архітектурою, оскільки не вказує конкретні рівневі служби і протоколи, а лише описує працездатність шарів. Перша робота над моделлю OSI почалася в 1977 році. Вона грунтувалася на досвіді роботи з великими мережами. Модель стала чинною для усіх типів мереж. У 1978 році ISO пропонує її як ISO IS7498. У 1984 р. 12 європейських виробників, які приєдналися до великим американським виробникам, прийняли цей стандарт.

7-шарова системна конструкція

Модель виконана з 7 шарів. Кожен з них визначено вузьконаправленої завданням по організації зв'язку між двома системами. Кожен рівень наділений функціями і протоколами, які виконують конкретні цілі. При обміні даними зв'язок проходить через всі 7 шарів OSI двічі: перший раз - на передавачі, другий - на приймачі. Журнали являють собою набір правил на певному рівні семирівневої моделі OSI. Протоколи значною мірою прозорі для надвисоких і підлеглих шарів, так що їх поведінка знаходиться в прямому зв'язку з журналами. Переходи між рівнями – це інтерфейси, які розуміються протоколами. Оскільки деякі протоколи призначені тільки для конкретних програм, то вони охоплюють кілька рівнів і декілька завдань. Буває, що в деяких з'єднаннях окремі завдання виконуються в кілька змін і, отже, кілька разів.

Принципи створення шарів

Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
Принципи, які використовують при створенні рівнів моделі OSI:
  • Шар зобов'язаний бути створений, коли системі потрібен новий рівень.
  • Шар має індивідуальні функції, що відповідають Європейському стандарту.
  • При виборі меж шару потік інформації, що надходить на інтерфейси, повинен бути мінімізований.
  • Кількість рівнів моделі OSI повинно перешкоджати виникненню різних функцій всередині одного і того ж шару.
  • Проста і надійність. Архітектура не повинна бути складною для управління.
  • Враховуючи ці принципи, співтовариство прийняло установки про те, що нижні шари (123 і 4) необхідні для маршрутизації інформації між відповідними кінцями і залежать від фізичного середовища. Верхні рівні (5 6 і 7) відповідають за обробку інформації, що відноситься до управління обмінами між комп'ютерними системами. Крім того, шари 1-3 взаємодіють між сусідніми машинами, а не між кінцевими, які можуть бути розділені декількома маршрутизаторами. І навпаки, шари з 4-го по 7-й взаємодіють тільки між віддаленими хостами.

    Види рівнів та їх призначення

    Перший фізичний рівень 7-рівневої моделі OSI пов'язаний з передачею бітів необробленим способом по каналу зв'язку і гарантує ідеальний транзит даних. Відправлений біт рівний 1 повинен бути прийнятий біт, що дорівнює 1. У конкретному плані цей шар стандартизує електричні характеристики, наприклад, біт рівний 1 повинен бути представлений напругою 5 Ст.
    Механічна стандартизація пов'язана характеристиками: це форма роз'ємів, топологія і т. д. А функціональна - з характеристиками ланцюгів передачі даних і процедур встановлення, підтримки та звільнення схеми даних. Типової інформаційної одиницею цього шару є біт, який представляється певною різницею потенціалів. Рівень каналу передачі даних 7-рівневої моделі OSI для «зв'язуючого» перетворює фізичний рівень посилання, яка апріорі не має помилок передачі. Шар розбиває вхідні дані передавача на фрейми, передає їх і керує кадрами підтвердження, возвращаемыми приймачем. Для цього рівня дані не мають особливого значення, а рівень каналу передачі даних здатний розпізнавати межі кадрів. Це може викликати деякі проблеми, так як біт-послідовності, що використовуються для цього розпізнавання, можуть відображатися даних. Рівень каналу передачі даних повинен мати можливість повертати кадр, якщо на лінії виникла проблема. Загалом, важливою роллю цього шару є виявлення і виправлення помилок, що виникають на фізичному рівні. Він також включає функцію управління запобіганням засмічення приймача. Інформаційним блоком 7-рівневої моделі OSI є кадр, який включає від декількох сотень до тисяч байтів. Мережевий рівень управляє підмережею. Під час його розробки необхідно визначити механізм маршрутизації і розрахунок таблиць маршрутизації, статичних або динамічних. Мережевий рівень також управляє перевантаженням підмережі. Його інформаційним блоком є пакет.

    Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
    Транспортний рівень відповідає за правильну маршрутизацію повних повідомлення одержувачу. Він приймає повідомлення з сеансового шару, якщо потрібно, скорочує їх на більш дрібні і передає на мережевий рівень з гарантією якості. Цей шар також виконує повторну складання повідомлення, коли блоки отримані. Він відповідальний за оптимізацію мережевих ресурсів, створює мережеве з'єднання на вимогу сеансу і здатний забезпечувати безліч мережевих підключень для процесу. І навпаки, він використовує одне з'єднання для перенесення кількох повідомлень одночасно через мультиплексування. Даний рівень відповідальний за встановлення та звільнення з'єднань. Тому він - один з найбільш важливих, оскільки надає основну послугу в мережі, а також керує усіма процесами з'єднання з усіма обмеженнями, будучи інформаційним пристроєм. Сесійний рівень організовує і синхронізує обміни між віддаленими завданнями. Він реалізує зв'язок між логічними та фізичними адресами розподілених завдань, а також встановлює зв'язок між прикладними програмами, які повинні співпрацювати і керувати діалогом. В останньому ця служба називається управлінням токеном.
    Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
    Рівень представлення відповідає за синтаксис і семантику даних і обробляє інформацію, щоб зробити її сумісною між передаються потоками. Це забезпечить незалежність від транспортування інформації. Як правило, цей шар перетворює дані, переформатує, шифрує і стискає їх.
    Рівень програми є точкою контакту користувача і мережі. Саме тому він буде надавати користувачеві основні послуги, що надаються мережею: передачу файлів і обмін повідомленнями.

    Межуровневая передача даних

    Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
    Семирівнева модель OSI для "чайників" являє собою інструкцію по організації передачі даних. Процес відправника доставляє дані, які переміщуються в процес приймача на рівні програми з одним заголовком AH. Потім результат передається на рівень, який перетворює це повідомлення, і додає новий заголовок. Рівень презентації не знає і не повинен знати про можливе існування AH. Для рівня подання AH фактично є частиною користувальницьких даних. По завершенню обробки шар подання надсилає нове повідомлення на рівень сеансу, і той же процес починається знову. Потім дані досягають фізичного рівня, який фактично передає їх одержувачу. На прийомі повідомлення буде підніматися по рівнях, а заголовки поступово віддаляються до досягнення процесу прийому. Важлива концепція семирівневої моделі OSI для "чайників" полягає в наступному:
  • Кожен шар запрограмований так, як якщо б він був дійсно горизонтальним.
  • При взаємодії кожен шар додає заголовок і відправляє його завдяки нижчестоящому шару.
  • Інструкція для "чайників"

    Навіть після прочитання опису кожного з семи рівнів користувач все ще може бути не до кінця обізнаний щодо того, які функції моделі OSI застосовуються в реальній мережі. Зазвичай він неправильно розуміє, як модель може використовуватися для вирішення реальних проблем (а в деяких випадках вона може бути і не кращим підходом для цього). Однак у багатьох аспектах інформаційно-комунікаційної технології (ІКТ) модель може бути надзвичайно корисна, що безпосередньо відноситься до моделі OSI. Коли починаючий користувач вперше виявляє проблеми з мережею, це може ввести в оману, і він не знає, з чого почати. Модель OSI для чайників допомагає приступити до з'ясування джерела проблеми і, отже, сприяє її вирішенню. Наприклад, комп'ютеру клієнта не вдається зв'язатися з веб-сайтом. Проблема ізольована від одного пристрою в мережі, тому можна припустити, що вона, ймовірно, створюється на рівні програми. Однак після тестування виявляється, що проблема все ще існує, коли використовується інший веб-браузер, тому прикладний рівень помилки виключається. Користувач припускає, що проблема знаходиться на рівні презентації, і починає шукати неправильні налаштування. Після деякого аналізу він виявляє, що клієнт помилково ввів налаштування DNS. Можливо, людина вже використовує модель OSI для простого вирішення проблем, таких як наведений вище приклад, навіть не усвідомлюючи цього. Однак при роботі з великими корпоративними мережами цілеспрямоване використання моделі робить цей процес набагато простіше і приємніше.

    Опис налаштування з'єднання

    Функції окремих шарів надають батьківського шару певну послугу. Завдання окремих шарів визначаються рівнів моделі OSI. Представлена і описана тут вона значно спрощена і адаптована до мережевих технологій. Ця модель шару не є повною або остаточною. З точки зору користувача нижче пояснюється спрощений вигляд OSI.
    Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
    Рівні додатків 5 6 і 7 визначають всі протоколи, до яких безпосередньо звертаються програми. В світі мережі Windows SMB використовує NetBIOS для підключення до рівня передачі. Коли Unix входить в контакт з Windows, служба застосовується для надання їм ресурсів в мережі Windows Unix. Зв'язок між рівнями 7 моделей OSI програми та передачі встановлюється через порти TCP. Програми і служби ідентифікують свої дані через ці порти. Потік даних упаковується допомогою TCP-протоколу, орієнтованого на з'єднання, або протоколу UDP без встановлення з'єднання. Інтернет-протокол (IP) обробляє адресацію пакетів. Бітовий потік відправляється в NDIS, який контактує з драйвером мережевої карти. Драйвер відправляє дані на мережеву карту (NIC), звідти вони надходять у мережу. Для вхідних даних вони повертаються зворотним чином:
  • NetBIOS - мережна базова система вводу/виводу.
  • TCP - протокол мережевого управління.
  • UDP - протокол користувацьких дейтаграм.
  • IPv4 - протокол Інтернету версії 4URL-адреса (універсальний локатор ресурсів) в Windows, ім'я NetBIOS для комп'ютера. Застосовується для ідентифікації комп'ютера і служб, які виконуються на ньому.
  • Щоб дозволити URL-адресу, IP-адреси, використовують файл hosts, в якому перераховані всі URL - і IP-адреси. Оскільки існує багато URL-адрес, була введена DNS (системи доменних імен), яка є ієрархічною. Так звані DNS-сервери можуть запитувати невідомі імена DNS з більш високого рівня DNS-сервера.
  • У мережі Windows файл lmhosts або WINS (сервер) використовується для дозволу імен NetBIOS в IP-адреси. Якщо IP-адреса рівня передачі дозволено, тоді ARP (протокол дозволу адрес) використовується для вирішення IP-адреси на MAC-адресу (Media Access Control) NIC (фізичного рівня).
  • MAC-адреса є єдиним остаточним адресою, який можна використовувати для надійної ідентифікації комп'ютера в мережі. Він фіксується на мережевій карті,
  • Де:
  • URL - єдиний покажчик ресурсів.
  • DNS - система доменних імен.
  • WINS - служба імен доменів Windows.
  • ARP - протокол дозволу адрес.
  • MAC - адресу.
  • Критика мережевої структури

    Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
    Найдивовижніше в моделі OSI - це те, що вона - найбільш вивчена і всесвітньо визнана мережева структура, і тим не менш в повному мережевому сенсі вона не є моделлю. Фахівці, які проаналізували цей провал, визначили основні причини збою:
  • Модель взаємодії OSI ідеально позиціонувалася щодо досліджень, але TCP/IP вже перебувала в яскраво вираженої інвестиційної фази, коли модель OSI була випущена. Університети США вже з успіхом використовували TCP/IP, і промисловці не відчували необхідності інвестувати в неї.
  • Складна технологія. OSI насправді занадто складна для правильної та ефективної реалізації. Комітету, який розробляє стандарт, навіть довелося залишити в стороні певні технічні моменти, такі як безпека і кодування, оскільки було складно підтримувати певну роль для кожного завершеного шару. Управління потоком і помилками з'являється майже на кожному рівні, що ускладнює використання 7-рівневої моделі OSI для чайників. На рівні реалізації TCP/IP набагато більш оптимізована і ефективна.
  • Найжорсткіша критика, яка звучить на адресу моделі, полягає в тому, що вона зовсім не підходить для комп'ютерних телекомунікаційних додатків. Деякі зроблені вибори не узгоджуються з тим, як спілкуються комп'ютери з програмним забезпеченням. Стандарт фактично зробив вибір «системи переривань» для сигналізації подій, а на мовах програмування високого рівня це неможливо.
  • Неправильна реалізація семирівневої моделі OSI. Коротко причини можна пояснити так: це відбувається тому, що вона відносно складна, і в результаті реалізації перші були відносно громіздкими і повільними. Навпаки, пілотна реалізація TCP/IP в Університеті Берклі Unix (BSD) була безкоштовною і відносно ефективною. Історично склалося так, що з'явилася природна тенденція використовувати TCP/IP.
  • Модель OSI фактично страждає від дуже великої стандартизації. Зусилля по впровадженню моделі були в основному бюрократичними. І навпаки, TCP/IP надходить з Unix і відразу ж використовується. Відсутність стандартизації TCP/IP врівноважується швидкою і ефективною реалізацією і використанням в середовищі, що сприяє її поширенню.
  • Базова довідкова модель OSI отримала набагато більше визнання, ніж самі протоколи OSI. На це є кілька причин. Процесний процес, заснований на комітеті OSI, породив неймовірні неефективні протоколи.
  • Найбільша проблема OSI - в тому, що насправді нічого нового вона не пропонує. Найкращим прикладом для реалізації є її статус «міжнародного стандарту», але у людей вже є де-факто міжнародний стандарт – це Інтернет, навколо якого існують протоколи OSI.
  • Переваги багатошарової платформи

    Самим значним внеском OSI є філософія мереж, представлена багаторівневою моделлю. Вона найчастіше розглядається як модель, яка пояснює мережеві можливості. Рівні моделі OSI визначають в веб-розробці, іноді її називають «стеком». Коли розробник використовує стек термінів, він посилається на операційну систему, в якій працює програма, програмне забезпечення бази даних і програмне забезпечення для внутрішнього використання. Звичайним застосуванням стека слів є LAMP. Головні переваги моделі:
  • Створює загальну платформу для розробників програмного забезпечення та апаратних засобів, які заохочують випуск мережевих продуктів, здатних спілкуватися один з одним по мережі. Це допомагає мережевим адміністраторам розділяти великий процес обміну даними на більш дрібні сегменти.
  • Завдяки незалежності шарів запобігається перенесення зміни одного шару на інші.
  • Стандартизація мережних компонентів дозволяє розвивати кілька постачальників.
  • Дуже добре структурує функції, характерні для кожного шару, що зменшує складність, прискорює еволюцію і спрощує навчання.
  • Використання OSI для усунення неполадок в мережі дуже корисно.
  • Практичне застосування

    Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
    Модель рівня OSI дуже часто використовується в якості посилання, коли мова йде про представлення процесів передачі повідомлень. Але насправді модель рівня DoD (TCP/IP) набагато ближче до реальності. Проблема моделі рівня OSI - це стандартизація організації ISO, яка була просто занадто громіздкою, щоб швидко встановити структуру для завдань протоколів і систем передачі у мережевих технологіях. TCP/IP був у вільному доступі, працював і швидко поширювався з іншими протоколами рівнів моделі OSI. Тому в ІСО не було вибору. Небхідно було розглянути TCP/IP в моделі рівня OSI. На додаток до TCP/IP розроблені інші мережеві протоколи. Проте в кінцевому результаті вони були замінені саме їм. Майже всі мережі сьогодні працюють на основі TCP/IP.

    Майбутнє стандартизації мережевого світу

    Семирівнева модель OSI: поняття, принцип роботи, протоколи та взаємодія
    Незважаючи на оновлення в 1994 році, семирівнева модель взаємодії відкритих систем OSI явно програла війну проти TCP/IP. Тільки деякі великі домінуючі виробники зберігають модель, але багато фахівців вважають, що вона буде зникати все швидше, оскільки Інтернет підриває TCP/IP. І, тим не менш, модель OSI залишиться у використанні, оскільки це одне з перших великих зусиль по стандартизації мережевого світу. OSI також буде існувати з іншої причини: навіть якщо TCP/IP використовується на практиці, то OSI застосовують в якості поточної моделі еталонної мережі. Фактично TCP/IP і OSI мають дуже схожі структури, і в основному це стандартизація OSI, яка зумовила плутанину між двома моделями. TCP/IP зазвичай розглядається як фактична реалізація OS. Якщо користувач освоює нову спеціальність, щоб стати мережевим інженером, або просто зацікавлений в концепціях високого рівня, модель OSI - відмінна модель для вивчення. Незалежно від того, в якій субобласти ІТ він планує працювати, система допоможе йому вирішити навіть найскладніші завдання.