TCP/IP и OSI: в чем разница?

Коммутаторы Ethernet играют важную роль в передаче данных между устройствами в компьютерных сетях, работая на разных уровнях модели Open Source Interconnect (OSI), которая относится к модели универсального протокола. Модель универсального протокола определяет общие правила отправки и получения пакетов между различными сетевыми уровнями. Коммутаторы уровня 2 пересылать пакеты с использованием MAC-адресов внутри одной сети, тогда как Коммутаторы Layer 3 использует IP-адреса для передачи данных между различными сетями. Помимо модели OSI, модель протоколов управления передачей (TCP) и интернет-протокола (IP) представляет собой еще одну концептуальную модель, используемую для описания сетевого взаимодействия, и состоит из четырех уровней. В модели OSI семь уровней, а в TCP/IP — четыре. Понимание этих моделей имеет жизненно важное значение для эффективного и безопасного проектирования и реализации сетей.

Уровни эталонной модели OSI

Модель OSI состоит из семи уровней и представляет собой концептуальную структуру, стандартизирующую распределение функций и взаимодействие между различными программными и аппаратными компонентами, участвующими в сетевой коммуникации.

Уровень 7: прикладной уровень

Прикладной уровень модели OSI отвечает за предоставление программным приложениям необходимых функций связи, что делает его уровнем, наиболее близким к конечным пользователям. Его основные функции включают подтверждение доступности ресурсов и партнеров по связи для передачи данных. Кроме того, этот уровень определяет протоколы для конечных приложений, такие как DNS, FTP, HTTP, IMAP, POP, SMTP, SNMP и Telnet (эмулирующий терминал).

Уровень 6: уровень представления

Совместимость данных с коммуникационными ресурсами проверяется на уровне представления, который может преобразовать их в формат, приемлемый как для прикладного уровня, так и для нижних уровней. Он обеспечивает точную передачу данных, форматируя их таким образом, чтобы принимающее приложение могло их понять. Этот уровень отвечает за сжатие, шифрование и расшифровку данных, а также обрабатывает преобразование данных между различными схемами кодирования символов. Основная задача уровня представления заключается в том, чтобы данные, полученные прикладным уровнем, были представлены в формате, понятном приложению, независимо от используемых для передачи базовых сетевых протоколов. Уровень представления отвечает за сохранение целостности передачи данных и обеспечение точности и безопасности при передаче данных.

Уровень 5: сеансовый уровень

Сеансовый уровень управляет каналами связи между компьютерами. Его основные функции включают создание, управление, поддержание и завершение соединений между локальными и удалёнными приложениями. Кроме того, программное обеспечение 5-го уровня обрабатывает процессы аутентификации и авторизации и обеспечивает успешную доставку данных.

Уровень 4: транспортный уровень

Транспортный уровень отвечает за передачу последовательностей данных от исходного хоста к хосту назначения. Он обеспечивает высокое качество и целостность передаваемых данных с помощью коррекции ошибок и аналогичных функций. Одной из основных функций транспортного уровня является обеспечение явного управления потоком, которое помогает регулировать скорость отправки и получения данных для предотвращения перегрузки сети. Хотя протоколы TCP и User Datagram Protocol (UDP) строго не соответствуют модели OSI, они считаются важными протоколами уровня 4 благодаря своей способности обрабатывать передачу данных в различных сценариях. Транспортный уровень обеспечивает более эффективную и надежную передачу данных.

Уровень 3: сетевой уровень

Сетевой уровень управляет маршрутизацией пакетов с помощью логической адресации и функций коммутации. Сеть соединяет несколько узлов, и каждый узел имеет адрес. Когда новое сообщение передается от одного узла к другому, оно содержит содержимое сообщения и адрес узла назначения, а сеть доставляет сообщение узлу назначения. Сеть может разделить длинное сообщение на несколько сегментов и передать их по отдельности, возможно перенаправляя их через другие узлы, а затем собрать фрагменты в другом узле.

Уровень 2: канальный уровень

Канальный уровень служит для передачи данных от узла к узлу, выполняя упаковку и распаковку информации в кадры. Кроме того, он определяет протоколы установления и завершения соединений между физически подключенными устройствами, например протокол Point-to-Point Protocol (PPP). Канальный уровень обычно состоит из двух подуровней: один называется уровнем управления доступом к среде передачи (MAC), а другой — уровнем управления логическим каналом (LLC). Уровень MAC отвечает за управление доступом устройств в сети к среде передачи и получение разрешения на передачу данных, тогда как уровень управления логическим каналом может идентифицировать и инкапсулировать протоколы сетевого уровня, а также контролировать проверку ошибок и синхронизацию кадров.

Уровень 1: физический уровень

Физический уровень определяет среду, по которой передаются данные, а также все электрические и физические характеристики всех линий передачи данных, такие как уровни напряжения, сила тока и скорость передачи сигналов в среде передачи, а также характеристики самой среды передачи, например тип оптоволокна, пропускная способность и рабочая длина волны. Кроме того, он обеспечивает точную передачу и прием данных путем кодирования, модуляции и обнаружения ошибок в сигналах. В конечном итоге физический уровень отвечает за преобразование цифровых данных в сигналы, которые могут передаваться по среде связи.

Уровни модели TCP/IP

Модель TCP/IP, также называемая стеком интернет-протоколов, представляет собой эталонную многоуровневую модель, состоящую из четырёх уровней. Хотя TCP и IP являются основными протоколами и дали модели её название, в этой структуре используются не только протоколы TCP/IP, но и другие протоколы.

Прикладной уровень

В модели TCP/IP прикладной уровень предоставляет приложениям доступ к службам других уровней и определяет протоколы, используемые приложениями для обмена данными. К хорошо известным протоколам прикладного уровня относятся HTTP, FTP, SMTP, Telnet, DNS, SNMP и протокол маршрутной информации (RIP).

Транспортный уровень

Транспортный уровень взаимодействия между хостами, также называемый транспортным уровнем, обеспечивает прикладной уровень услугами сеансовой связи и связи на основе дейтаграмм. К основным протоколам, используемым на этом уровне, относятся TCP и UDP. TCP обеспечивает надежную службу связи, ориентированную на установление соединения и работающую по принципу «один к одному». Он отвечает за упорядочивание и подтверждение переданных пакетов, а также за восстановление пакетов, потерянных во время передачи. С другой стороны, UDP предоставляет ненадежную службу связи без установления соединения, работающую по принципу «один к одному» или «один ко многим». Обычно он используется при передаче небольших объемов данных, которые могут поместиться в одном пакете.

Интернет-уровень

Интернет-уровень отвечает за выполнение задач адресации хостов, инкапсуляции и маршрутизации. К его основным протоколам относятся IP, ARP, ICMP и IGMP. Маршрутизируемый протокол IP обрабатывает IP-адресацию, маршрутизацию, фрагментацию и повторную сборку пакетов. ARP, в свою очередь, определяет адрес уровня сетевого доступа, которым может быть аппаратный адрес, связанный с определенным доступом к интернет-уровню. ICMP обеспечивает диагностические функции и передачу сообщений об ошибках в случае сбоя доставки IP-пакетов. IGMP управляет группами IP-мультикастинга. На этом уровне в пакеты добавляется заголовок IP, содержащий IP-адрес. В настоящее время используются как 32-разрядные адреса IPv4, так и 128-разрядные адреса IPv6.

Уровень сетевого доступа

Уровень сетевого доступа, также называемый канальным уровнем, отвечает за передачу пакетов TCP/IP в сетевую среду и получение пакетов TCP/IP из сетевой среды. TCP/IP намеренно разработан независимым от метода доступа к сети, формата кадров и среды передачи, то есть он не привязан к какой-либо конкретной сетевой технологии. Поэтому TCP/IP может обеспечивать связь между различными типами сетей.

Каков процесс передачи данных и как данные обрабатываются во время него?

Блок данных протокола (PDU) — это формат, в котором данные обмениваются между различными уровнями в многоуровневой системе. В таблице ниже представлены различные типы PDU, используемые в таких системах.

Когда пользователь выполняет операцию просмотра веб-страниц на своем устройстве, программное обеспечение удаленного сервера инициирует процесс, передавая запрошенные данные на уровень приложений. Оттуда данные последовательно обрабатываются на каждом уровне. Отдельные уровни сетевого протокола выполняют различные функции, и данные проходят через физический уровень сети. По мере продвижения вверх по уровням данные гарантированно достигают предполагаемого назначения, будь то целевой сервер или другое устройство. Каждый уровень выполняет назначенные ему операции, пока данные в конечном итоге не используются принимающим программным обеспечением.

Инкапсуляция представляет собой процесс, при котором каждый уровень во время передачи добавляет заголовок, концевик или и то и другое к блоку протокольных данных (PDU), полученному от верхнего уровня. Добавленная информация направляет пакет и идентифицирует его. Заголовок (и концевик), а также исходные данные из PDU формируют PDU для следующего нижнего уровня. Этот процесс повторяется до достижения уровня самого нижнего уровня (физического уровня или уровня сетевого доступа), откуда данные передаются принимающему устройству.

После получения данных принимающее устройство декапсулирует данные на каждом уровне, извлекая информацию из заголовка и концевика, которая управляет процессом декапсуляции. Наконец, приложение использует извлечённые данные. Весь процесс сопровождает полный процесс передачи данных, включая отправку и приём.

Устранение неполадок с использованием моделей TCP/IP и OSI

Понимание уровней сети позволяет диагностировать причину сбоя соединения. Как правило, рекомендуется начинать устранение неполадок с самого нижнего уровня сети и двигаться вверх, а не начинать с самого верхнего уровня. Это связано с тем, что каждый уровень предназначен для обслуживания расположенного выше уровня, благодаря чему проще решать проблемы, возникающие на следующем уровне.

В случае возникновения проблем с сетью первым шагом должна быть проверка физического уровня. Это включает проверку правильности подключения сетевого кабеля и того, что точка беспроводного доступа (WAP) подключена к коммутатор, а также убедившись, что контакты RJ45 находятся в хорошем состоянии.

Модель TCP/IP и модель OSI: сравнение

Между моделями TCP/IP и OSI существует множество различий, как было показано ранее. В следующем примере демонстрируется соответствие между ними.

При сравнении уровней модели TCP/IP с уровнями модели OSI можно заметить, что прикладной уровень модели TCP/IP соответствует 5-му, 6-му и 7-му уровням модели OSI. Однако модель TCP/IP не содержит отдельных уровней, соответствующих уровням представления и сеансовому уровню. Транспортный уровень TCP/IP выполняет функции транспортного уровня OSI и некоторые функции сеансового уровня OSI. Между тем уровень доступа к сети в TCP/IP охватывает физический и канальный уровни модели OSI. С другой стороны, службы упорядочивания и подтверждения, доступные на канальном уровне модели OSI, не используются интернет-уровнем модели TCP/IP.

Модель OSI и модель TCP/IP — это две сетевые модели, определяющие структуру взаимодействия между устройствами в сети. Обе модели имеют схожие уровни, выполняющие аналогичные функции, однако модель OSI носит более теоретический характер и предоставляет стандартизированную основу для сетевого взаимодействия, тогда как модель TCP/IP используется на практике для работы сетей в Интернете. Разработка модели OSI была направлена на создание универсальной структуры, которая упростила бы взаимодействие различных устройств друг с другом. В отличие от нее, модель TCP/IP была разработана специально для ARPANET, предшественника современного Интернета, чтобы обеспечить надежную связь в сети взаимосвязанных компьютеров. Несмотря на различия, обе модели по-прежнему используются сегодня, а их концепции и принципы включены в современные сетевые протоколы и стандарты.

Заключение

В этой статье представлен всесторонний обзор моделей TCP/IP и OSI — абстрактных структур, предназначенных для объяснения всех форм сетевого взаимодействия. TCP/IP, в частности, играет важную роль в обеспечении работы интернета. При обсуждении уровней 2, 3 и 7 сетевого оборудования мы обычно ссылаемся на модель OSI. Между тем модель TCP/IP служит основой современной интернет-инфраструктуры и устанавливает стандартный набор правил, регулирующих все сетевые передачи.