Что такое модель OSI?
Модель OSI представляет собой концептуальную платформу, которая разделяет функции сетевой связи на семь уровней. Отправка данных по сети сложна, поскольку различные аппаратные и программные технологии должны работать согласованно, независимо от географических и политических границ. Модель обработки данных OSI выполняет функцию универсального языка для компьютерных сетей, поэтому различные технологии могут взаимодействовать посредством стандартных протоколов или правил связи. Для практического применения в сети каждая технология на определенном уровне должна обеспечивать конкретные возможности и выполнять конкретные функции. Технологии более высоких уровней используют абстракции, поскольку они могут задействовать низкоуровневые технологии без ущерба для сведений базовой реализации.
Почему модель OSI важна?
Уровни модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI) объединяют все типы сетевых коммуникаций между программными и аппаратными компонентами. Модель предназначена для обеспечения взаимодействия двух автономных систем посредством стандартизированных интерфейсов или протоколов в зависимости от текущего уровня работы.
Преимущества модели OSI описаны ниже.
Общее описание сложных систем
Инженеры могут использовать модель OSI для организации и моделирования сложных сетевых системных архитектур. Они могут разделять рабочий уровень каждого компонента системы в соответствии с его основной функцией. Способность декомпозировать систему на более мелкие управляемые части посредством абстракции значительно облегчает формирование целостного представления.
Ускорение научно-исследовательских работ
Благодаря эталонной модели OSI инженеры лучше понимают задачу. Иными словами, они могут определить технологические уровни, для которых разрабатывают новые сетевые системы, которые должны взаимодействовать друг с другом. Инженеры могут разрабатывать сетевые системы и использовать ряд повторяемых процессов и протоколов.
Гибкая стандартизация
Модель OSI определяет не протоколы, используемые между уровнями, а задачи, выполняемые протоколами. Поскольку модель стандартизирует разработку сетевых коммуникаций, пользователи быстро понимают, создают и декомпозируют очень сложные системы без предварительного их изучения. Кроме того, модель обеспечивает абстракцию сведений, поэтому инженерам не требуется понимание каждого ее аспекта. В современных приложениях нижние уровни сетей и протоколов подвергаются абстракции с целью упрощения проектирования и разработки систем. Приведенное изображение демонстрирует использование модели OSI при разработке современных приложений.
Каковы семь уровней модели OSI?
Модель взаимодействия открытых систем (OSI) была разработана Международной организацией по стандартизации и другими организациями в конце 1970-х годов. Изначально модель была обнародована в 1984 году как стандарт ISO 7498. Сегодня она известна под кодовым названием ISO/IEC 7498-1:1994. Ниже описаны семь уровней модели.
Физический уровень
Физический уровень относится к физической среде связи и технологиям для передачи данных через эту среду. По своей сути, обмен данными – это передача цифровых и электронных сигналов по различным физическим каналам, таким как волоконно-оптические и медные кабели, а также воздух. Физический уровень включает стандарты для технологий и метрик, тесно связанных с такими каналами, как Bluetooth, NFC и скорости передачи данных.
Канальный уровень
Канальный уровень относится к технологиям, используемым для соединения двух устройств по сети, в которой уже имеется физический уровень. Он управляет кадрами данных, которые представляют собой цифровые сигналы, инкапсулированные в пакеты данных. Управление потоком и ошибками данных часто является ключевым заданием канального уровня. Ethernet является примером стандарта на этом уровне. Канальный уровень часто делится на два подуровня: уровень управления доступом к среде (Media Access Control, MAC) и уровень управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC).
Сетевой уровень
Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию, пересылку и адресацию в распределенной сети или нескольких подключенных сетях узлов или устройств. Сетевой уровень также может управлять потоком данных. В Интернете интернет-протоколы v4 (IPv4) и IPv6 используются в качестве основных протоколов сетевого уровня.
Транспортный уровень
Транспортный уровень в основном занимается обеспечением того, чтобы пакеты данных поступали в место назначения в нужной последовательности и без потерь или ошибок либо могли быть легко восстановлены при необходимости. Главными задачами транспортного уровня являются управление потоком и контроль ошибок. На этом уровне обычно используются такие протоколы, как протокол управления передачей данных (Transmission Control Protocol, TCP) на основе соединения практически без потерь и протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP) без установления соединения и с потерями. TCP обычно используется там, где важно сохранить целостность данных (например, при получении общего доступа к файлам), в то время как UDP может пригодиться, когда не требуется сохранение всех пакетов (например, для потоковой передачи видео).
Сеансовый уровень
Сеансовый уровень отвечает за сетевую координацию между двумя отдельными приложениями в сеансе. Сеанс управляет началом и окончанием индивидуальных подключений приложений и конфликтами синхронизации. Сетевая файловая система (Network File System, NFS) и блок серверных сообщений (Server Message Block, SMB) – протоколы, которые чаще всего используются на сеансовом уровне.
Уровень представления
Уровень представления в первую очередь занимается синтаксисом самих данных, которые приложения могут отправлять и использовать. Например, язык гипертекстовой разметки (Hypertext Markup Language, HTML), нотация объектов JavaScript (JavaScipt Object Notation, JSON) и значения, разделенные запятыми (Comma Separated Values, CSV), являются языками моделирования для описания структуры данных на уровне представления.
Прикладной уровень
Прикладной уровень отвечает за определение конкретного типа самого приложения и его стандартизированных методов связи. Например, браузеры могут передавать информацию с помощью протокола защищенной передачи гипертекста (HyperText Transfer Protocol Secure, HTTPS), а HTTP и почтовые клиенты – по протоколам POP3 (Post Office Protocol Version 3 – протокол почтового отделения версии 3) и SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты).
Не все системы, использующие модель OSI, реализуют каждый ее уровень.
Как происходит коммуникация в модели OSI?
Уровни модели взаимодействия открытых систем (OSI) разработаны таким образом, чтобы приложение могло взаимодействовать по сети с другим приложением на другом устройстве, независимо от сложности приложения и базовых систем. Для этого используются различные стандарты и протоколы для взаимодействия с уровнем выше или ниже. Каждый из уровней независим и знает только интерфейсы для взаимодействия с уровнем выше и ниже.
Объединив все эти уровни и протоколы, можно передавать сложные данные из одного высокоуровневого приложения в другое. Ниже подробно описано этот процесс.
- Прикладной уровень отправителя передает данные на следующий нижний уровень.
- Прежде чем передать данные дальше, каждый уровень добавляет к ним собственные заголовки и адресацию.
- По мере прохождения данных через сети информация опускается по уровням до тех пор, пока в конечном итоге не будет передана через физический носитель.
- На другом конце носителя каждый уровень обрабатывает данные в соответствии с соответствующими заголовками на этом уровне.
- На стороне приемника данные поднимаются по уровню и постепенно распаковываются до тех пор, пока их не получит приложение на другом конце.
Какие есть альтернативы модели OSI?
Ранее использовались такие сетевые модели, как протокол последовательного или межсетевого обмена пакетами (Sequenced Packet Exchange / Internet Packet Exchange, SPX/IPX) и сетевая базовая система ввода-вывода (Network Basic Input Output System, NetBIOS). Сегодня основной альтернативой модели взаимосвязи открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI) является модель TCP/IP.
Модель TCP/IP
Модель TCP/IP состоит из пяти различных уровней:
- физический;
- канальный;
- сетевой;
- транспортный;
- прикладной.
Хотя кажется, что такие уровни, как физический, сетевой и прикладной, напрямую сопоставляются с моделью OSI, это не совсем так. Модель TCP/IP, напротив, максимально точно отображает структуру и протоколы Интернета.
Модель OSI по-прежнему является популярной сетевой моделью для комплексного описания принципов работы сетей в образовательных целях. Однако модель TCP/IP чаще применяется на практике.
Примечание о проприетарных протоколах и моделях
Стоит отметить, что не все интернет-системы и приложения следуют модели TCP/IP или OSI. Точно так же не все автономные сетевые системы и приложения используют OSI или любую другую модель.
Модели OSI и TCP/IP являются открытыми стандартами. Они разработаны таким образом, чтобы любой мог использовать их или дорабатывать для удовлетворения конкретных потребностей.
Организации также разрабатывают проприетарные внутренние стандарты, в том числе протоколы и модели с закрытым исходным кодом, чтобы использовать их в собственных системах. Иногда они могут делать их общедоступными спустя некоторое время для обеспечения совместимости и дальнейшего развития сообщества. В качестве примера можно привести s2n-tls, протокол TLS, который изначально был в частной собственности Amazon Web Services (AWS), а теперь имеет открытый исходный код.
Как AWS может удовлетворить ваши требования к компьютерным сетям?
Благодаря AWS организации могут легко разрабатывать, развертывать и масштабировать сетевые системы и приложения.
AWS предоставляет надежный набор решений для управления сетями и доставки контента, которые интегрируются с внутренними приложениями и сервисами, а также дополняют их на всех уровнях сетевых операций. Ниже приведены некоторые примеры.
- AWS App Mesh обеспечивает надежное управление сетями на уровне приложений благодаря встроенным функциям мониторинга и контроля взаимодействия между всеми используемыми сервисами.
- Amazon CloudFront – это сервис сети доставки контента (CDN), созданный для высокой производительности, безопасности и удобства разработчиков.
- AWS Direct Connect позволяет организациям напрямую подключаться к ресурсам AWS без интернет-соединения.
- Эластичная балансировка нагрузки (ELB) распределяет входящий сетевой трафик между целевыми объектами AWS для улучшения масштабируемости приложений.
Начните работу с сетевыми системами и приложениями на AWS, создав аккаунт уже сегодня.
AWS: дальнейшие шаги
Получите мгновенный доступ к уровню бесплатного пользования AWS.
