Модели OSI и TCP/IP | Какая из них лучше

Почему используются модели OSI и TCP/IP?

И OSI, и TCP/IP являются моделями Интернета, их можно считать краеугольным камнем Интернета. Тогда зачем нам нужны эти модели Интернета? Для чего используется модель OSI/модель TCP?

Это совсем как встреча американца и японца в один прекрасный день.

Американцы говорят: Hello

Японцы говорят: привет

Они не могут понять друг друга из-за различий в языках. Поэтому английский постепенно используется как язык общения на международном уровне. Подобно Интернету, сети с различными архитектурами не могут обеспечить взаимное соединение без модели интернета, так же как ваш мобильный телефон отправляет сообщение на ПК, но ваш ПК не может его получить.

Следовательно, появление сетевых моделей, таких как OSI и TCP/IP, способствует развитию компьютерных сетей и решает проблему совместимости и взаимного соединения различных сетевых структур и систем.

Модель OSI

Модель OSI называется эталонной моделью взаимодействия открытых систем. Как следует из ее названия, модель OSI делает акцент на открытых стандартах: любая система может взаимодействовать с другими системами, если они соответствуют стандарту OSI. Используя многоуровневую архитектуру, модель OSI разделяет большую и сложную систему на несколько небольших и простых в управлении систем. Модель OSI позволяет наглядно наблюдать за сетевыми функциями каждого уровня и понимать весь процесс передачи данных по сети.

Однако модель OSI представляет собой идеализированную теоретическую модель, которая стандартизирует лишь некоторые концепции. Она не описывает подробно протоколы и службы, используемые на каждом уровне. Она лишь указывает, что делать на каждом уровне, и не предоставляет подробных методов реализации.

Каковы уровни OSI

Уровень 1 — физический уровень

Физический уровень — это нижний уровень модели OSI, который определяет электрические, механические и функциональные стандарты системы, такие как напряжение, физическая скорость передачи данных, максимальное расстояние передачи, физический соединитель и т. д. Основная функция физического уровня заключается в использовании среды передачи для обеспечения физического соединения с канальным уровнем и передаче потоков данных на физическом уровне.

Базовой единицей передачи данных физического уровня является битовый поток, а именно 0 и 1, то есть самый простой электрический или оптический сигнал, представляющий собой основной физический признак передачи данных.

Уровень 2 — канальный уровень

Основная функция канального уровня заключается в установлении соединения канала передачи данных между взаимодействующими объектами и предоставлении сетевому уровню услуг управления ошибками и потоком данных. Базовой единицей передачи канального уровня является кадр.

Канальный уровень состоит из подуровня MAC (подуровень управления доступом к среде передачи) и подуровня LLC (подуровень управления логическим каналом). Подуровень MAC определяет способ передачи кадров по физическим линиям. Подуровень LLC управляет взаимодействием между устройствами в одном сетевом канале. Подуровень управления каналом передачи данных в основном отвечает за идентификацию и инкапсуляцию различных типов протоколов. Иными словами, подуровень управления каналом передачи данных принимает данные сетевого протокола и дейтаграмму пакета, а также добавляет дополнительную управляющую информацию, чтобы передать пакет целевому устройству.

Уровень 3 - сетевой уровень

Сетевой уровень предназначен для создания логических каналов передачи данных между узлами и выбора наилучшего пути для пакетов с помощью алгоритма маршрутизации, чтобы реализовать функции управления перегрузками и объединения сетей.

Сетевой уровень является ключевым уровнем, наивысшим узлом которого является маршрутизатор. Он отвечает за маршрутизацию пакетов из исходной сети в целевую сеть. Интернет представляет собой совокупность нескольких сетей. С помощью функции маршрутизации сетевого уровня можно объединять несколько сетей и обеспечивать обмен информацией между ними.

Уровень 4 - Транспортный уровень

Транспортный уровень является интерфейсным уровнем, соединяющим верхние и нижние уровни в модели ISO. Основная функция транспортного уровня заключается в предоставлении пользователям сквозных служб и обработке проблем передачи, таких как ошибки дейтаграмм. 

Транспортный уровень является ключевым уровнем модели OSI. Он скрывает детали передачи нижележащих данных от верхнего уровня, поэтому пользователям не требуется учитывать особенности физического, канального и сетевого уровней.

Уровень 5 — сеансовый уровень

Основная функция сеансового уровня заключается в поддержании соединения передачи данных между двумя узлами, обеспечении передачи от точки к точке и управлении обменом данными.

Сеансовый уровень устанавливает, управляет сеансами и завершает их. Он также может определять используемый режим связи с помощью управления диалогом, например полнодуплексный или полудуплексный режим. Сеансовый уровень координирует запросы и ответы с помощью собственного протокола, такого как протокол RPC (удаленного вызова процедур), протокол системы X-Windows, протокол сеансов AppleTalk и протокол DNA SCP.

Уровень 6 — уровень представления

Основная функция уровня представления заключается в обработке представления информации, которой обмениваются две коммуникационные системы, включая главным образом изменение формата данных, шифрование и расшифровку данных, сжатие и распаковку данных и т. д. Услуги, предоставляемые уровнем представления прикладному уровню, включают преобразование синтаксиса, выбор синтаксиса и управление соединением.

При определённой пропускной способности сети чем меньше степень сжатия данных, тем выше скорость передачи. Поэтому сжатие и распаковка данных на уровне представления считаются ключевыми факторами, влияющими на скорость передачи данных в сети. Кроме того, уровень представления предоставляет службу шифрования данных, которая обеспечивает безопасную передачу данных.

Уровень 7 — прикладной уровень

Прикладной уровень — это самый высокий уровень модели OSI, непосредственно взаимодействующий с пользователями. Обмен данными пользователей должен обрабатываться прикладным процессом, поэтому прикладной уровень должен использовать различные протоколы приложений для решения разных типов прикладных задач.

Уровень приложений содержит несколько независимых модулей протоколов пользовательских сервисов, предоставляющих услуги для связи между различными пользователями сети. Следует отметить, что уровень приложений не является приложением, а предоставляет услуги приложениям.

Модель TCP/IP

TCP/IP — наиболее широко используемая модель Интернета. Полное название TCP/IP — Transmission Control Protocol/Internet Protocol, также известный как набор интернет-протоколов. Набор протоколов TCP/IP включает два важнейших протокола: TCP (Transmission Control Protocol) и IP (Internet Protocol). TCP отвечает за соединение с удаленным узлом, а IP — за адресацию. Они являются ядром модели. Поэтому модель называется моделью TCP/IP. К протоколам, используемым в модели TCP/IP, также относятся HTTP, TELNET, DNS, SMTP, UDP и другие.

Происхождение и развитие TCP/IP

Модель TCP/IP была разработана при финансировании Министерства обороны США (DoD). Предпосылка создания TCP/IP заключалась в необходимости Министерства обороны в сети, способной работать в любое время и в любых условиях. Это требовало, чтобы сеть не только поддерживала различные способы подключения, такие как кабельные, микроволновые, оптоволоконные и спутниковые линии, но также обладала хорошей совместимостью и относительной независимостью. Это жёсткое требование стало причиной создания модели TCP/IP и позволило TCP/IP удовлетворить потребности в передаче данных по всему миру.

Каковы уровни TCP/IP

Уровень 1 — уровень сетевого доступа

Сетевой уровень доступа — это нижний уровень модели TCP/IP. Основные функции сетевого уровня доступа в целом соответствуют функциям физического и канального уровней модели OSI. Он отвечает за отправку и получение пакетов данных через сети, а также за передачу информации между компьютерами.

Уровень 2 - Интернет-уровень

Интернет-уровень является вторым уровнем модели TCP/IP. Он отвечает за выбор оптимального пути и коммутацию пакетов во время передачи данных. Он предоставляет транспортному уровню услуги выбора путей передачи и управления перегрузкой трафика.

Протоколом управления интернет-уровня является IP (Internet Protocol).

Уровень 3 — транспортный уровень

Транспортный уровень главным образом предназначен для обеспечения надёжности передачи данных и выполнения функций управления потоком.

Транспортный уровень использует два протокола передачи: TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). TCP применяется для приложений с высокими требованиями к надежности, тогда как UDP используется для приложений с низкими требованиями к надежности и экономичной передачи данных.

TCP может обеспечивать надежную передачу данных, поддерживая такие функции, как передача потоков данных, обеспечение надежности, управление потоком, полнодуплексный режим и мультиплексирование. В общем случае он заранее устанавливает и подключает канал для передаваемых данных, затем отправляет данные и, наконец, отключает канал. Однако UDP может привести к потере, нарушению порядка и ошибкам данных, но обладает преимуществами гибкой и быстрой передачи.

Протоколы приложений, поддерживаемые TCP, в основном включают Telnet, FTP и SMTP. Протоколы приложений, поддерживаемые UDP, включают NFS, SNMP, DNS и TFTP.

Уровень 4 — прикладной уровень

TCP/IP классифицирует всё содержимое, связанное с приложениями, на уровне приложений и обеспечивает группировку и упаковку данных для следующего уровня. Уровень приложений содержит все протоколы верхнего уровня, такие как TELNET, FTP и другие.

Структура модели TCP/IP

Различия между моделями OSI и TCP/IP

Модели OSI и TCP объединяет использование многоуровневой структуры и концепции стека протоколов на одном и том же уровне. Однако эти две модели различаются конкретным делением на уровни и функциональной структурой.

OSI и TCP/IP: структура уровней

Хотя и OSI, и TCP/IP используют многоуровневую архитектуру, OSI имеет 7 уровней, тогда как TCP/IP — только 4 уровня. Модель TCP/IP объединяет три верхних уровня модели OSI в один уровень — уровень приложений. Кроме того, она объединяет два нижних уровня OSI в один уровень — уровень сетевого доступа. Очевидно, что модель TCP/IP проще модели OSI.

Слои OSI и уровни TCP/IP

OSI и TCP/IP: область применения

Поскольку модель OSI была разработана до создания конкретных протоколов,  эта модель не очень практична. Иногда она не может полностью служить руководством для реализации некоторых протоколов. Поэтому область применения OSI ограничена. Напротив, модель TCP/IP появилась после создания различных протоколов и обеспечивает большую гибкость применения по сравнению с моделью OSI. Модель TCP/IP стала международным стандартом де-факто и отраслевым стандартом межсетевого взаимодействия в Интернете.

OSI против TCP/IP: с установлением соединения или без установления соединения

Модель OSI ориентирована на надежность связи, например на гарантии качества обслуживания и уровня ошибок. Поэтому на транспортном уровне модель OSI рассматривает только сервис с установлением соединения, тогда как модель TCP/IP поддерживает как сервис с установлением соединения (TCP), так и сервис без установления соединения (UDP), что позволяет удовлетворить больше практических потребностей.

Тенденция будущего: OSI или TCP/IP

Модель TCP/IP в общих чертах похожа на OSI, но у них есть свои особенности. Ни OSI, ни TCP/IP не являются идеальными. По сравнению с моделью TCP/IP модель OSI более идеалистична, сложна и непрактична, но обладает преимуществами целостности и строгости. Модель OSI больше похожа на учебник и имеет большое значение для обучения и исследований.

Модель TCP/IP успешно способствовала развитию Интернета, и наоборот, развитие Интернета также расширило влияние TCP/IP. Однако TCP/IP тоже не идеальна. Такие проблемы, как недостаточное адресное пространство, качество обслуживания QoS, безопасность и другие, всегда создавали трудности для TCP/IP. В настоящее время внедрение IPv6 может решить некоторые проблемы, но модель все еще нуждается в совершенствовании. Я считаю, что в ближайшем будущем мы увидим более совершенную модель TCP/IP, соответствующую промышленным стандартам.

Часто задаваемые вопросы

На каком уровне модели OSI работают коммутаторы и маршрутизаторы?

Коммутаторы работают на втором уровне модели OSI — канальном уровне. Маршрутизаторы работают на третьем уровне модели OSI — сетевом уровне.

(В чём разница между коммутатором и маршрутизатором)

На каком уровне модели TCP/IP работают протоколы IP и TCP?

Протокол IP работает на втором уровне TCP/IP — интернет-уровне. Протокол TCP работает на третьем уровне TCP/IP — транспортном уровне.

(Узнайте больше об IP-адресе)

Примечание: часть содержимого взята из источника: https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_protocol_suite