Мы заходим в интернет, чтобы заказать доставку продуктов, отправить сообщение другу или послушать новый выпуск подкаста. Но как работает глобальная сеть? Почему мы можем обмениваться данными на расстоянии? Ответы на эти вопросы дает модель OSI.
Что такое модель OSI
Это концептуальная модель, которую разработала Международная организация по стандартизации в 1984 году. Она описывает, как данные передаются по сети.
Модель OSI (Open System Interconnection) содержит семь уровней — от физического «железа» до интерфейса, с которым взаимодействует пользователь. У каждого своя важная роль в процессе передачи данных.
В отличие от TCP/IP, OSI имеет более детализированную структуру. Это теоретическая модель, которую используют для обучения и понимания принципов работы сети.
Рассмотрим подробнее, какие задачи выполняют разные уровни OSI.
Уровень 1. Физический
Физический уровень OSI отвечает за передачу сигналов и включает аппаратную часть соединения:
- медные кабели: передают информацию с помощью электрических импульсов;
- оптоволокно: работает за счет световых сигналов;
- беспроводные сети: доставляют информацию с помощью радиоволн.
Компьютерное «железо» не понимает, что запечатлено на фото, которое мы отправили другу, поэтому переводит его в биты — последовательность единиц и нулей.
Также к физическому уровню модели относят: контакты в разъемах, концентраторы и репитеры. Концентраторы соединяют несколько компьютеров по локальной сети (LAN), а репитеры увеличивают расстояние передачи сигнала.
В отличии от современных коммутаторов и маршрутизаторов, которые работают на более высоких уровнях, они не фильтруют трафик, а просто осуществляют механическую передачу по проводам.
Уровень 2. Канальный
Второй уровень модели OSI объединяет устройства в одной локальной сети, например компьютеры, принтеры и коммутаторы. Его функция — правильно передать данные между этими узлами.
Для этого происходит:
- форматирование: данные делятся на фреймы (или кадры) и готовятся к последующей передаче. К ним добавляется информация о том, откуда они пришли и куда направляются;
- определение MAC-адреса: у каждого устройства есть уникальный идентификатор. Его присваивают на заводе во время сборки. С помощью MAC-адреса компьютер понимает, куда отправить данные;
- контроль ошибок: канальный уровень проверяет, правильно ли были получены данные. Если есть ошибки, например данные искажены, он может запросить повторную отправку.
Также канальный уровень управляет доступом к физической среде. Следит, чтобы все устройства сети получили доступ к проводам или беспроводным сигналам, и помогает избежать конфликтов при передаче данных.
Уровень 3. Сетевой
Третий уровень OSI определяет пути передачи данных. Для этого используют маршрутизаторы — это своеобразный «навигатор», он выбирает наиболее удобный и короткий путь от одного устройства до другого.
На сетевом уровне происходит:
- IP-адресация: у каждого устройства в интернете есть свой уникальный IP-адрес. С помощью протокола ARP адрес MAC конвертируется в IP;
- фрагментация: если данные слишком большие, для удобства доставки их разбивают на более мелкие части — фрагменты;
- контроль трафика: сетевой уровень управляет потоком данных между устройствами и сетями, чтобы избежать перегрузки.
Уровень 4. Транспортный
Четвертый уровень сети отвечает за связь двух устройств по внешней сети. Для этого он разбивает данные на пакеты, а потом собирает их обратно.
Важно, чтобы данные были доставлены без ошибок. Если какой-то пакет потеряется или повредится, транспортный уровень может запросить повторную отправку.
Чтобы не перегружать приемник, транспортный уровень контролирует скорость передачи данных и управляет потоком. Благодаря этому мы можем совершать несколько действий в сети одновременно, например смотреть видео и загружать файлы.
Уровень 5. Сеансовый
Сеансовый уровень обеспечивает сеанс связи между приложениями. Например, когда во время звонка в Skype есть два потока данных — видео и звук, — они должны идти синхронно и последовательно, чтобы собеседники могли правильно понять друг друга.
Также пятый уровень модели OSI управляет сессиями. Если во время звонка произошел сбой и связь прервалась, он постарается ее восстановить.
Уровень 6. Представление данных
Шестой уровень OSI отвечает за обработку данных перед отправкой. Он переводит их в удобный для пользователя формат, например PDF, AVI, PNG.
Также на этом уровне происходит:
- кодирование и декодирование: преобразование сигнала в форму, подходящую для передачи;
- сжатие: уменьшение объема данных. Это позволяет быстрее передавать файлы и экономить пропускную способность сети;
- шифрование: преобразование данных в вид, недоступный для чтения. Это помогает защитить личную информацию от несанкционированного доступа.
Например, перед отправкой фотографий другу мы можем сжать их в ZIP-файл и добавить шифрование, чтобы никто другой не мог их увидеть.
Уровень 7. Прикладной
Это верхний уровень модели OSI, он взаимодействует с самим пользователем. К нему относятся браузеры, почтовые клиенты (Outlook, Gmail), мессенджеры (WhatsApp, Viber, Telegram), которые обеспечивают доступ в сеть с помощью специального интерфейса.
На этом уровне используются различные протоколы для обмена данными, например:
- HTTP/HTTPS: для загрузки сайтов;
- SMTP: для отправки электронной почты;
- FTP: для передачи файлов.
Пример работы сетевой модели OSI
Допустим, мы хотим отправить e-mail. Вот что произойдет на каждом этапе:
- Прикладной уровень: мы создаем письмо с помощью почтового клиента Gmail. Программа формирует сообщение, добавляет адрес получателя, тему и текст.
- Уровень представления: наш текст преобразуется в формат, удобный для передачи. Например, он может быть закодирован в UTF-8, а вложения сжаты или закодированы в Base64.
- Уровень сеансов: устанавливается связь между нашим компьютером и сервером Google.
- Транспортный уровень: данные делятся на пакеты. Протокол TCP добавляет заголовок к каждому сегменту. Они содержат номер последовательности и информацию о портах отправителя и получателя.
- Сетевой уровень: сегменты преобразуются в пакеты, определяется IP-адрес адресанта и получателя. Это помогает маршрутизаторам правильно направлять пакеты данных.
- Канальный уровень: пакеты преобразуются в кадры. IP-адрес конвертируется в MAC, затем кадры передаются по локальной сети.
- Физический уровень: данные преобразуются в биты и отправляются в виде электрических, световых или радиосигналов.
Когда письмо, которое мы написали, дойдет до сервера получателя, то процесс запустится в обратном порядке.
Главное о модели OSI
- Модель OSI описывает, как данные передаются по сети.
- Модел TCP/IP ориентирована на реальное применение, а модель OSI имеет более теоретическую и детализированную структуру и подходит для обучения.
- Есть семь уровней модели OSI — каждый выполняет свою конкретную задачу и взаимодействует с другими уровнями.
