на каком уровне модели iso osi функционируют протоколы электронной почты

Уровни Модели OSI и Сетевые Протоколы

Сетевая модель OSI — это эталонная модель взаимодействия открытых систем, на английском звучит как Open Systems Interconnection Basic Reference Model. Ее назначение в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия.

Что такое сетевая модель OSI?

То есть модель OSI — это обобщенные стандарты для разработчиков программ, благодаря которым любой компьютер одинаково может расшифровать данные, переданные с другого компьютера. Чтобы было понятно, приведу жизненный пример. Известно, что пчелы видят все окружающее их в утрафиалетовом свете. То есть одну и ту же картинку наш глаз и пчелиный воспринимает абсолютно по-разному и то, что видят насекомые, может быть незаметно для зрения человека.

То же самое и с компьютерами — если один разработчик пишет приложение на каком-либо программном языке, который понимает его собственный компьютер, но не доступен ни для одного другого, то на любом другом устройстве вы прочитать созданный этим приложением документ не сможете. Поэтому пришли к такой идее, чтобы при написании приложений следовать единому своду правил, понятному для всех.

Уровни OSI

Для наглядности процесс работы сети принято разделять на 7 уровней, на каждом из которых работает своя группа протоколов.

Сетевой протокол — это правила и технические процедуры, позволяющие компьютерам, объединенным в сеть, осуществлять соединение и обмен данными.
Группа протоколов, объединенных единой конечной целью, называется стек протоколов.

Для выполнения разных задач имеется несколько протоколов, которые занимаются обслуживанием систем, например, стек TCP/IP. Давайте здесь внимательно посмотрим на то, каким образом информация с одного компьютера отправляется по локальной сети на другой комп.

Задачи компьютера ОТПРАВИТЕЛЯ:

Задачи компьютера ПОЛУЧАТЕЛЯ:

Для того, чтобы верно произвести все эти операции и нужен единый свод правил, то есть эталонная модель OSI.

Вернемся у к уровням OSI. Их принято отсчитывать в обратном порядке и в верхней части таблицы располагаются сетевые приложения, а в нижней — физическая среда передачи информации. По мере того, как данные от компьютера спускаются вниз непосредственно к сетевому кабелю, протоколы, работающие на разных уровнях, постепенно их преобразовывают, подготавливая к физической передаче.

Разберем их подробнее.

7. Прикладной уровень (Application Layer)

Его задача забрать у сетевого приложения данные и отправить на 6 уровень.

6. Уровень представления (Presentation Layer)

Переводит эти данные на единый универсальный язык. Дело в том, что каждый компьютерный процессор имеет собственный формат обработки данных, но в сеть они должны попасть в 1 универсальном формате — именно этим и занимается уровень представления.

5. Сеансовый уровень (Session Layer)

У него много задач.

4. Транспортный уровень (Transport Layer)

Обеспечивает приложениям необходимую степень защиты при доставке сообщений. Имеется две группы протоколов:

3. Сетевой уровень (Network Layer)

Обеспечивает сквозную передачу пакета, рассчитывая его маршрут. На этом уровне в пакетах ко всей предыдущей динформации, сформированной другими уровнями, добавляются IP адреса отправителя и получателя. Именно с этого момент пакет данных называется собственно ПАКЕТОМ, у которого есть IP адреса (IP протокол — это протокол межсетевого взаимодействия).

2. Канальный уровень (Data Link Layer)

Здесь происходит передача пакета в пределах одного кабеля, то есть одной локальной сети. Он работает только до пограничного маршрутизатора одной локальной сети. К полученному пакету канальный уровень добавляет свой заголовок — MAC адреса отправителя и получателя и в таком виде блок данных уже называется КАДРОМ.

При передачи за пределы одной локальной сети пакету присваивается MAC не хоста (компьютера), а маршрутизатора другой сети. Отсюда как раз появляется вопрос серых и белых IP, о которых шла речб в статье, на которую была выше дана ссылка. Серый — это адрес внутри одной локальной сети, который не используетс яза ее пределами. Белый — уникальный адрес во всем глобальном интернете.

При поступлении пакета на пограничный роутер IP пакета подменяется на IP этого роутера и вся локальная сеть выходит в глобальную, то есть интернет, под одним единственным IP адресом. Если адрес белый, то часть данных с IP адресом не изменяется.

1. Физический уровень (Transport layer)

Отвечает за преобразование двоичной информации в физический сигнал, который отправляется в физический канал передачи данных. Если это кабель, то сигнал электрический, если оптоволоконная сеть, то в оптический сигнал. Осуществляется это преобразование при помощи сетевого адаптера.

Стеки протоколов

TCP/IP — это стек протоколов, который управляет передачей данных как в локальной сети, так и в глобальной сети Интернет. Данный стек содержит 4 уровня, то есть по эталонной модели OSI каждый из них объединяет в себе несколько уровней.

Терминология при обозначении блока данных

Источник

Уровни эталонной модели OSI

Что такое модель OSI?

В данной статье мы рассмотрим назначение уровней эталонной модели osi, с подробным описанием каждого из семи уровней модели.

Многоуровневый подход:

Эталонная Модель Взаимосвязи Открытых Систем (семиуровневая модель osi) введена в 1977 г.

После утверждения данной модели, проблема взаимодействия была разделена (декомпозирована) на семь частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других.

Уровни эталонной модели

Уровни эталонной модели OSI представляют из себя вертикальную структуру, где все сетевые функции разделены между семью уровнями. Следует особо отметить, что каждому такому уровню соответствует строго описанные операции, оборудование и протоколы.

Взаимодействие между уровнями организовано следующим образом:

Так как семиуровневая модель osi состоит из строгой соподчиненной структуры, то любой более высокий уровень использует функции нижележащего уровня, причем распознает в каком именно виде и каким способом (т.е. через какой интерфейс) нужно передавать ему поток данных.

Следует отметить, что помимо добавления служебной информации в виде заголовка вначале сообщения, уровни могут добавлять служебную информацию и в конце сообщения, который называется «трейлер».

Когда сообщение достигло физического уровня, сообщение уже полностью сформировано для передачи по каналу связи к узлу назначения, то есть содержит в себе всю служебную информацию добавленную на уровнях модели OSI.

Помимо термина «данные» (data), которое используется в модели OSI на прикладном, представительном и сеансовом уровнях, используются и другие термины на других уровнях модели OSI, чтобы можно было сразу определить на каком уровне модели OSI выполняется обработка.

Функции физического уровеня

Функции канального уровня

Для ЛВС канальный уровень разбивается на два подуровня:

Функции сетевого уровня

Оборудование, работающее на сетевом уровне: маршрутизатор.
Виды протоколов сетевого уровня:

Функции транспортного уровня модели osi

Функции сеансового уровня

Функции представительного уровня

Функции прикладного уровня модели osi

Сетезависимые и сетенезависимые уровни семиуровневой модели osi

По своим функциональным возможностям семь уровней модели OSI можно отнести к одной из двух групп:

Источник

OSI Model

Содержание

Сетевая модель OSI [ править ]

Общая характеристика модели [ править ]

OSI состоит из двух основных частей:

Концепция семиуровневой модели была описана в работе Чарльза Бахмана. Данная модель подразделяет коммуникационную систему на уровни абстракции (англ. «abstraction layers»). В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень:

Каждый из семи уровней характеризуется типом данных (PDU, сокращение от англ. protocol data units), которым данный уровень оперирует и функционалом, который он предоставляет слою, находящемуся выше него. Предполагается, что пользовательские приложения обращаются только к самому верхнему (прикладному) уровню, однако на практике это выполняется далеко не всегда.

Описание уровней модели OSI [ править ]

Прикладной уровень (Application layer) [ править ]

Самый верхний уровень модели, предоставляет набор интерфейсов для взаимодействия пользовательских процессов с сетью. Единицу информации, которой оперируют три верхних уровня модели OSI, принято называть сообщение (англ. message).

Прикладной уровень выполняет следующие функции:

К числу наиболее распространенных протоколов верхних трех уровней относятся:

Уровень представления (Presentation layer) [ править ]

Уровень представления занимается представлением данных, передаваемых прикладными процессами в нужной форме. Данные, полученные от приложений с прикладного уровня, на уровне представления преобразуются в формат подходящий для передачи их по сети, а полученные по сети данные преобразуются в формат приложений. Также кроме форматов и представления данных, данный уровень занимается конвертацией структур данных, используемых различными приложениями. Другой функцией, выполняемой на уровне представлений, является шифрование данных, которое применяется в тех случаях, когда необходимо защитить передаваемую информацию от доступа несанкционированными получателями.

Как и прикладной уровень, уровень представления оперирует напрямую сообщениями. Уровень представления выполняет следующие основные функции:

Примеры протоколов данного уровня:

Сеансовый уровень (Session layer) [ править ]

Сеансовый уровень контролирует структуру проведения сеансов связи между пользователями. Он занимается установкой, поддержанием и прерыванием сеансов, фиксирует, какая из сторон является активной в данный момент, осуществляет синхронизацию обмена информацией между пользователями, что также позволяет устанавливать контрольные точки.

На сеансовом уровне определяется, какой будет передача между двумя прикладными процессами:

Как 2 уровня над ним, сеансовый уровень использует сообщения в качестве PDU.

Примеры протоколов сеансового уровня:

Транспортный уровень (Transport layer) [ править ]

Транспортный уровень предназначен для передачи надежной последовательностей данных произвольной длины через коммуникационную сеть от отправителя к получателю. Уровень надежности может варьироваться в зависимости от класса протокола транспортного уровня. Так например UDP гарантирует только целостность данных в рамках одной датаграммы и не исключает возможности потери/дублирования пакета или нарушения порядка получения данных; TCP обеспечивает передачу данных, исключающую потерю данных или нарушение порядка их поступления или дублирования, может перераспределять данные, разбивая большие порции данных на фрагменты и наоборот, склеивая фрагменты в один пакет.

Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов. В функции транспортного уровня входят:

Транспортный уровень использует сегменты или датаграммы в качестве основного типа данных.

Сетевой уровень (Network layer) [ править ]

Сетевой уровень предоставляет функционал для определения пути передачи пакетов данных между клиентами, подключенными к одной коммуникационной сети. На данном уровне решается проблема маршрутизации (выбора оптимального пути передачи данных), трансляцией логических адресов в физические, отслеживанием неполадок в сети.

В рамках сетевого надежность доставки сообщений не гарантируется; сетевой уровень может реализовывать соответствующий функционал, но не обязан это делать. Роль PDU исполняют пакеты (англ. packet).

Сетевой уровень выполняет функции:

Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:

Канальный уровень (Data link layer) [ править ]

Канальный уровень предназначен для передачи данных между двумя узлами, находящихся в одной локальной сети. Роль PDU исполняют фреймы (англ. frame). Фреймы канального уровня не пересекают границ локальной сети, что позволяет данному уровню сосредоточиться на локальной доставке (фактически межсетевой доставкой занимаются более высокие уровни).

Заголовок фрейма формируется из аппаратных адресов отправителя и получателя, что позволяет однозначно определить устройство, которое отправило данный фрейм и устройство, которому он предназначен. При этом никакая часть адреса не может быть использована, чтобы определить некую логическую/физическую группу к которой принадлежит устройство.

Канальный уровень состоит из двух подуровней: LLC и MAC.

Канальный уровень выполняет функции:

Наиболее часто на канальной уровне используются протоколы:

Физический уровень (Physical layer) [ править ]

Физический уровень описывает способы передачи потока бит через дата линк, соединяющий сетевые устройства. Поток байт может быть сгруппирован в слова и сконвертирован в физический сигнал, который посылается через некоторое устройство.

Здесь специфицируются такие низкоуровневые параметры как частота, амплитуда и модуляция.

Физический уровень выполняет функции:

Наиболее часто на физическом уровне используются протоколы:

Инкапсуляция [ править ]

Физический уровень ответственен за физическую передачу данных. IP предоставляет глобальный способ адресации устройств. TCP добавляет возможность выбора приложения (порт).

Во время инкапсуляции каждый уровень собирает свой собственный PDU, добавляя некоторый заголовок с контрольной информацией к PDU с более высокого уровня.

Пример [ править ]

Предположим мы отправляем веб-страницу клиенту:

Источник

Модель OSI: уровни модели OSI, протоколы, история.

Сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection) — это концептуальная модель, которая описывает и стандартизирует функции компьютерных систем при их взаимодействии друг с другом. Каждый из семи уровней накладывается поверх предыдущего: от физического до прикладного, взаимодействуя с нижним и предоставляя средства для уровня выше.

К настоящему времени стек протоколов TCP/IP практически вытеснил оригинальный стек OSI из реального использования. Модель TCP/IP не такая полная и включает только четыре уровня, но она стала стандартом де-факто.

Сравнение OSI и TCP/I

Поскольку модель OSI лучше проработана, она считается эталонной и используется для обучения.

Зачем понадобилась концептуальная модель?

В конце 60-х гг в разных уголках мира начали строить первые компьютерные сети для университетов, госучреждений, армии. Многие сети разрабатывали частные компании. Например, IBM внедряла фирменную архитектуру Systems Network Architecture, а Digital Equipment Corporation — DECnet. В 1969 году минобороны США запустило свою сеть ARPANET.

Логическая карта ARPANET, март 1977

Суть в том, что все разрозненные сети проектировали по собственным принципам, а часто на собственных стандартах и протоколах. Вскоре стало ясно, что для глобального взаимодействия нужно выработать стандарты и методы сетевого взаимодействия более высокого уровня.

В 1977 году Международная организация по стандартизации (ISO) сформировала комитет Open Systems Interconnection под председательством Чарльза Бахмана. Он говорит, что спроектировал дизайн системы под сильным влиянием IBM Systems Network Architecture (SNA) — проприетарной сетевой архитектуры для взаимодействия глобальной сети мейнфреймов IBM, там семиуровневый стек сетевых протоколов, очень похожий на OSI.

Уровни модели OSI

Вот уровни модели OSi сверху вниз, с указанием функций и PDU (блоки данных протокола) для уровней 1−4:

7. Прикладной (application). Доступ к сетевым службам

6. Представления (presentation). Представление и шифрование данных

5. Сеансовый (session). Управление сеансом связи.

4. Транспортный (transport). Прямая связь между конечными пунктами и надёжность. Сегменты и датаграммы

3. Сетевой (network). Определение маршрута и логическая адресация. Пакеты

2. Канальный (data link). Физическая адресация. Кадры (фреймы)

1. Физический (physical). Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными. Биты, символы

Каждому уровню OSI соответствуют определённые функции, протоколы, оборудование и PDU. Для уровней 5-7 это любые данные.

Благодаря жёсткой абстракции в OSI реализована практически абсолютная гибкость. Пока слои реализуют правильный интерфейс сверху и ожидают правильного интерфейса снизу, можно использовать любую реализацию данного слоя.

Оригинальный стек модели OSI

модель OSI опубликовали в 1984 года как международный стандарт ISO 7498 и рекомендации X.200. Но разработка слишком затянулась, уже 1 января 1983 года минобороны США опубликовало распоряжение об обязательном использовании стека TCP/IP в сети ARPANET. Этот день считается датой рождения современного Интернета.

Вскоре после концептуальной модели OSI приняли отдельные стандарты OSI для транспортных протоколов, электронной почты, электронных каталогов, управления сетью и многих других функций. На практике эти «настоящие» протоколы OSI с их функциями не совсем вписываются в реально используемый стек TCP/IP. Например, в модели OSI канальный уровень 2 реализован в виде протокола X.212. Типичными протоколами уровня 3 являются Connectionless Network Protocol (CLNP) и Connection Oriented Network Protocol. Адресация OSI на этих уровнях основана на технологии Network Service Access Point или NSAP. Точки NSAP не включают информацию о маршрутизации, как в случае с IP-адресами, поэтому процесс маршрутизации трафика к конкретному NSAP включает «перевод» NSAP в более подробные типы адресации, которые могут зависеть от используемого уровня 2. В целом, адресация OSI в современном использовании во многом зависит от деталей конкретного приложения.

Транспортный уровень 4 добавляет дополнительные возможности по сравнению с уровнем 3, включая мультиплексирование нескольких потоков, восстановление ошибок, управление потоком и управление соединением (например, повторные попытки и повторные подключения). Существует пять классов уровня 4, от TP0 до высоконадёжного TP4, что не совсем логично с современной точки зрения. Поскольку уровень 4 предлагает общие функции обмена сообщениями, он, возможно, является ближайшим эквивалентом современных протоколов TCP и UDP в IP-стеке, хотя многие элементы UDP и TCP присутствуют и на более низких уровнях.

Сеансовый уровень 5 добавляет управление ассоциациями между хостами и статусом соединения между ними. Это немного запутано, поскольку в модели IP нет соответствующего эквивалента. Сеансовый уровень OSI определяется стандартом X.215, который отвечает за установку соединения.

Шестого уровня представления тоже не существует в стеке IP, и его ещё сложнее понять. Основная концепция заключается в том, что приложения должны взаимодействовать с использованием абстрактных представлений, а не реальных значений, закодированных в канале передачи. Эти абстрактные представления затем переводят в фактические значения, основанные на возможностях базовой сети. То есть это сжатие данных, шифрование, изменение кодировки и др. Уровень представления OSI реализован в протоколе X.216.

Наконец, самый верхний прикладной уровень 7. Хотя у него нет чётких определений, стек OSI поставлялся с большим количеством протоколов прикладного уровня. Можно вспомнить X.500, протокол службы каталогов, который считается прародителем LDAP, а также X.509, который описывает функцию криптографических сертификатов в экосистеме X.500. Формат и концепции сертификата X.509 непосредственно используются сегодня в TLS и других криптографических реализациях. Есть также протокол службы обмена сообщениями X.400, по сути, OSI-версия электронной почты. Как и следовало ожидать, он значительно мощнее и сложнее, чем электронная почта в современном виде. Долгое время Microsoft Exchange представлял собой наиболее полную реализацию X.400.

Описание стека OSI определено стандартами МСЭ, которые можно купить на официальном сайте ISO.

Другие протоколы в модели OSI

Хотя модель OSI как стек оригинальных протоколов устарела, любую технологию и протокол связи можно спроецировать на один или несколько уровней OSI. Вот некоторые примеры.

Многие протоколы работают на нескольких уровнях OSI. Например, подуровни LLC (Logical Link Control) и MAC (Media Access Control) в IEEE 802. Или набор протоколов X.25, который покрывает три последних уровня.

1 (физический)

Физический уровень Bluetooth, шина CAN, DSL, Ethernet (10BASE-F и др.), GSM, физические уровни IEEE 802.15.4, IEEE 1394, IRDA, ISDN, I²C, LoRa, OTN, SMB, V.92, USB, PCI Express, физический уровень 802.11 Wi-Fi, IEEE 802.15.7

2 (канальный)

ARCnet, ATM, CDP, CAN, Ethernet, EAPS, FDDI, Frame Relay, IEEE 802.2 (функции подуровня LLC для подуровня MAC в IEEE 802), сеть IEEE 802.11, I²C, LLDP, PPP, IEEE 802.1aq, Token Ring

3 (сетевой)

CLNS, DDP, EIGRP, ICMP, IGMP, IPsec, IPv4/IPv6, IPX, OSPF, PIM, RIP

4 (транспортный)

ATP, CUDP, DCCP, FCP, IL, MPTCP, RDP, RUDP, SCTP, SPX, SST, TCP, UDP, UDP-Lite, µTP

5 (сеансовый)

ADSP, ASP, H.245, ISO-SP (X.225, ISO 8327), iSNS, L2F, L2TP, NetBIOS, PAP, PPTP, RPC, RTCP, SMPP, SCP, SOCKS, ZIP, SDP

6 (представления)

AFP, ICA, LPP, NCP, NDR, Tox, XDR, X.25

7 (прикладной)

Telnet, FTP, TFTP, SMTP, DNS, BOOTP, SNMP, CMOT

На уровнях 5−7 работают современные прикладные протоколы, таких как Bitcoin, BitTorrent, HTTP, IRV, IPFS, NTP, RDP, SIP, Tor, Tox, WebRTC, XMPP и многие другие.

Противостояние с TCP/IP

Разработка OSI продвигались настолько медленно, что вызывала сильное раздражение у всей индустрии. К началу 90-х годов стало понятно, что она не поспевает за реальным развитием телекома.

Хотя правительства по всему миру рекомендовали соблюдать стандарты OSI, на практике телекомы предпочитали быстро соединять разнородные гетерогенные системы по протоколам TCP/IP, не соблюдая порядок и иерархию OSI. Интернет-инженер Маршалл Роуз писал в учебнике 1990 года, что «интернет-сообщество изо всех сил старается игнорировать сообщество OSI. По большому счету, технология OSI уродлива по сравнению с технологией Интернета».
Предвзятость интернет-сообщества привела к тому, что оно отвергало любые технические идеи OSI. Например, в 1992 году некоторые руководители IETF предложили принять продвинутый стандарт ISO Connectionless Network Protocol вместо IPv4, но сообщество отвергло эту идею.

Ещё одно преимущество TCP/IP было в том, что интернет-протоколы можно внедрять бесплатно, а чтобы использовать стандарты OSI, производители и интеграторы должны покупать бумажные копии стандартов у ISO.

Инженеры признавали, что у OSI архитектурно более проработанная модель, она гораздо более полная, более тщательная. Но на практике проще взять простой в реализации TCP/IP. Впрочем, модель OSI никто не отменял, и в неё вполне вписывается даже стек TCP/IP.

Модель OSI как теоретическая конструкция для обучения

Модель OSI сейчас используется в качестве эталонной, справочной модели для обучения студентов. Оригинальные протоколы OSI не получили распространения. Некоторые инженеры утверждают, что эталонная модель OSI по-прежнему актуальна для облачных вычислений. Другие говорят, что оригинальная модель не соответствует современным сетевым протоколам, а вместо неё лучше использовать упрощённый подход.

В отличие от большинства компьютерных сетей, которые ставят целью наладить простой канал связи с некоторыми дополнительными функциями, модель OSI пыталась закодировать в модели практически все возможные варианты приложений. Это привело к оверинжинирингу. Но история показала, что для сетей важнее простота реализации и удобство использования.

Источник