Модель OSI — это эталонная схема сетевого взаимодействия программного обеспечения. Она обеспечивает визуальное представление об иерархии уровней сетевой коммуникации, начиная с физических кабелей и заканчивая программными интерфейсами, позволяющим различным устройствам связываться по сети. Модель сети OSI регламентирует построение взаимосвязи с целью унификации правил и принципов разработки программных продуктов. Она определяет четкую структуру, которая описывает функции телекоммуникационных систем и сетей.
Современные провайдеры услуг телекоммуникации опираются на данную модель, чтобы составлять описания собственных услуг и продуктов. Она помогает им различать различные методы упаковки сообщений, схемы адресации и транспортные протоколы. Тем не менее сетевая модель OSI представляет собой лишь теоретический инструмент и используется только в качестве общего руководства. Конкретные реализации могут не в полной мере ей соответствовать. Например, даже один из наиболее популярных наборов протоколов TCP/IP не соответствует OSI.
Open Systems Interconnection применяется специалистами для моделирования и концептуализации отправки и приема пакетов данных внутри определенной сети. В частности, это необходимо для сертификации, в том числе программы сертификации CompTIA Network+ и CCNA. В данной модели предусматривается выделение семи основных уровней процессов, стандартов и протоколов, каждый из которых выполняет собственные функции. Основной их целью является транспортировка информации по сети. Такая архитектура подразумевает возрастающую связь уровней. То есть каждый нижестоящий уровень обеспечивает функционирование вышестоящего.
Пользовательское взаимодействие, опираясь на 7 уровневую модель OSI осуществляется по следующему алгоритму:
На устройстве отправителя поток пользовательских данных проходит вниз по уровням, достигая самого нижнего.
Данные передаются по сетевым каналам связи.
На принимающем компьютере информация проходит вверх по уровням, трансформируясь в понятные конечному получателю данные.
Для реализации такой архитектуры взаимодействия используется программное обеспечение на разных уровнях. В частности, создание такой схемы взаимодействия предусматривает использование драйверов сетевых карт, операционных систем, сетевых протоколов и оборудования, применяемого для передачи сигнала как по проводным, так и беспроводным линиям связи, включая оптоволокно, медную витую пару, технологии LTE, 5G и Wi-Fi.
Рассмотрим каждый из уровней модели взаимодействия более подробно сверху вниз, чтобы разобраться в принципе построения сетей на ее основе.
Находится вверху иерархии и позволяет пользователю, будь это программное обеспечение или человек, взаимодействовать с сетью в процессе работы, включая передачу файлов, чтение сообщений и выполнение иных функций, связанных с передачей информации. Например, протоколы модели OSI наивысшего (7) уровня используются известными программами-мессенджерами и веб-браузерами, например, Skype и Outlook.
На данном этапе информация форматируется на основе синтаксиса и семантики, которые соответствуют типу принимаемых данных конкретным приложением. Кроме того, на данном этапе осуществляется процесс шифрования и дешифровки данных, если такие предусмотрены программным обеспечением.
Устанавливает связь между программными интерфейсами, управляет подключением и завершает его при достижении поставленных пользователем задач. Сюда относится также процесс аутентификации клиентов и автоматическая повторная установка связи, в случае ее непредвиденного разрыва. Кроме того, на данном этапе регламентируется количество времени ожидания ответа от связанного приложения. В качестве примера протоколов, работающих на данном уровне, можно привести протокол информации о зоне ZIP и протокол Х.225.
Основная задача данного уровня — обеспечение передачи информации по сетевым каналам и предоставление средств и механизмов проверки ошибок, инструментов управления информационными потоками. На данном этапе должен быть точно определен объем данных для отправки, скорость передачи и конечный адресат. Одним из наиболее известных примеров транспортного протокола является TCP из набора TCP/IP.
Обеспечивает передачу информации между несколькими сетями. Для реализации такого механизма необходимо упаковать данные с правильной информацией об адресе получателя, выбрать соответствующие маршруты и переслать упакованные данные вверх по иерархии на четвертый транспортный уровень. В качестве примера уже традиционно рассмотрим набор TCP/IP, в котором иллюстрацией сетевого уровня является использование IP-адреса сетевого клиента для правильной маршрутизации пакетов.
На данном этапе происходит транспортировка информации по физическим линиям связи. Кроме того, предусматриваются низкоуровневые инструменты обработки ошибок, которые могут возникнуть при передаче битов. Таким образом удается гарантировать, что вычислительная мощность принимающего и передающего устройств не будет перегружена высокой скоростью потока информации.
Часто второй уровень подразделяют на два вида:
Верхний LLC — управление логическим каналом. Его функция заключается в управлении потоком, мультиплексировании, уведомлении верхних по иерархии уровней при возникновении ошибок RX/TX.
Нижний — управление доступом к среде. Отслеживает кадры данных, используя для этого физические адреса MAC сетевых устройств на оборудовании приема и передачи. Кроме того, в его функции входит маркировка начальных и конечных битов, организация и синхронизация кадров.
Использует для транспортировки информации физические процессы, включая процедурные, механические и электрические интерфейсы. Основная его задача состоит в установке физических соединений и определении правил представления битов данных в оптическом, электрическом или радиоволновом виде.
Сетевая модель OSI предусматривает наличие служб и функций, которые могут быть использованы для управления несколькими уровнями, в частности:
управленческие функции. Используются для создания, конфигурирования и контроля экземпляров объектов и связи между ними;
электрическая связь служб безопасности, согласно рекомендации Х.800 ITU-T — сектора стандартизации Международного союза электросвязи.
ARP-протокол разрешения адресов, с помощью которого адреса IP четвёртой версии на третьем уровне преобразуются в физические адреса сетевых устройств MAC на втором уровне;
MPLS — многопротокольная коммутация по меткам. Данная функция обеспечивает передачу различного трафика, в том числе пакеты IP и кадры Ethernet. Работает между вторым и третьим сетевыми уровнями OSI.
DNS — система доменных имен, функция которой заключается в поиске конкретного адреса по привязанному к нему доменному имени. Является службой прикладного уровня.
Рассмотрим основные преимущества системы сетевого взаимодействия Open Systems Interconnection:
Поддержка как ориентированных на наличие сетевого соединения услуг, так и услуг без установления соединения. Конечные клиенты могут выбрать один из двух вариантов: либо установить соединение для обеспечения более высокой надежности, либо не использовать соединение для увеличения скорости передачи информации через интернет.
Высокий уровень гибкости, что позволяет адаптировать модель под использование различных протоколов соединения.
Распределенная модель позволяет добиться большей безопасности и адаптивности по сравнению с использованием всех сервисом на одном уровне.
OSI является стандартной моделью для построения сетей.
Кроме преимуществ данной схемы взаимодействия, можно выделить и некоторые недостатки, в том числе:
Дублирование некоторых сервисов на различных уровнях, в том числе на уровне канала передачи данных и транспортном.
Не определяется какой-либо конкретный протокол.
Отсутствие возможности параллельной работы слоев. Функционирование уровней осуществляется в строгой последовательности. Каждый следующий слой ожидает входящей информации от предыдущего.
Модели TCP/IP и OSI имеют как сходства, так и различия. К сходствам можно отнести использование структуры, состоящей из нескольких уровней (4 и 7 соответственно). Кроме того, на верхнем уровне иерархии в обеих схемах находится прикладной слой, задачи которого совпадают.
Кроме того, можно отметить сходства функций обеих моделей, так как в них используется как транспортный, так и сетевой уровни. Несмотря на использование разных средств для транспортировки данных, TCP/IP и OSI в основном используются для доставки трафика в определенную конечную точку.
К различиям моделей можно отнести:
функционал верхнего уровня иерархии. В TCP/IP используется только прикладной уровень, в то время как в OSI используются три подуровня (приложение, представление и сеанс);
для определения функционала нижних уровней в TCP/IP применяется только канальный уровень в OSI — канальный и физический;
для определения протоколов и стандартов маршрутизации TCP/IP использует интернет-уровень, OSI — сетевой.
