Сетевая модель OSI: уровни и протоколы

Модель OSI (Open Systems Interconnection) — это базовая эталонная модель, разработанная для описания процессов взаимодействия сетевых устройств при передаче данных. Стандарт «ISO 7498» был разработан Международной организацией по стандартизации (ISO) и опубликован в 1984 году. Основная цель модели OSI — обеспечить совместимость оборудования и программного обеспечения разных производителей, а также облегчить проектирование и диагностику сетей.

Уровни OSI

Модель OSI разделена на 7 уровней, каждый из которых выполняет специфическую функцию, начиная от физической передачи данных по кабелям и заканчивая взаимодействием приложений. Каждый уровень в модели OSI взаимодействует как с уровнем выше, так и с уровнем ниже, что позволяет разделить задачи сетевой коммуникации на отдельные, управляемые процессы.

7 уровней модели OSI

Физический уровень (L1): отвечает за физическую передачу данных через среду (кабели, радиоволны и т. д.).
Канальный уровень (L2): управляет доступом к среде передачи данных и контролем ошибок.
Сетевой уровень (L3): определяет маршрутизацию данных между узлами.
Транспортный уровень (L4): обеспечивает надежную передачу данных между отправителем и получателем.
Сеансовый уровень (L5): управляет сеансами связи (устанавливает, поддерживает и завершает соединение).
Уровень представления (L6): отвечает за преобразование данных в формат, пригодный для передачи и обратно.
Прикладной уровень (L7): предоставляет интерфейс для взаимодействия приложений с сетью.

Физический уровень OSI

Физический уровень (Physical Layer) — это первый и самый нижний уровень модели OSI. Он отвечает за физическую передачу данных между сетевыми устройствами, обеспечивая реальные механизмы передачи информации по различным типам сетевых носителей, таким как кабели, радиосигналы или оптоволокно.

Функции физического уровня

Передача битов: Этот уровень отвечает за передачу сырых битов (0 и 1) через физическую среду связи. Он не работает с более сложными структурами данных, такими как пакеты или кадры.
Определение физических характеристик: Физический уровень определяет типы сред передачи (например, медные провода, оптические волокна, радиосигналы), их электрические и механические свойства, такие как частота сигнала, напряжение, ток, длина волны и т.д.
Синхронизация данных: На этом уровне происходит синхронизация передаваемых данных, чтобы получатель мог правильно интерпретировать битовые потоки от отправителя. Это может включать в себя использование тактовых импульсов или других методов синхронизации.
Модуляция и кодирование: Физический уровень преобразует цифровые данные в сигналы, подходящие для передачи через выбранную среду, используя различные схемы модуляции и кодирования (например, фазовая модуляция).
Скорость передачи данных: Этот уровень определяет скорость передачи данных, то есть количество битов, передаваемых в единицу времени (бит/секунду).
Физические соединения: Определяет топологию сети (звезда, кольцо, шина и т.д.) и методы соединений (например, разъемы и коннекторы, электрические схемы подключения).
Контроль доступа к среде: В некоторых сетях физический уровень также регулирует, как устройства получают доступ к среде передачи данных (например, поочередный доступ через методы CSMA/CD или TDMA).

Примеры оборудования и технологий, работающих на физическом уровне

Кабели и провода: Ethernet-кабели (витая пара), коаксиальные кабели, оптоволокно.
Разъемы и интерфейсы: RJ-45, BNC.
Радиомодули: Wi-Fi, Bluetooth.
Коммутационные устройства: репитеры, концентраторы (hubs).
Средства передачи сигнала: передатчики, приемники, модуляторы и демодуляторы.

—

Физический уровень не занимается управлением трафиком или обнаружением ошибок — его единственная задача заключается в обеспечении надежной и корректной передачи сигналов от одного устройства к другому по физической среде передачи данных.

Канальный уровень OSI

Канальный уровень (Data Link Layer) — это второй уровень модели OSI, который отвечает за надежную передачу данных между двумя соседними узлами в сети. Основная задача этого уровня — организация доступа к среде передачи данных и обеспечение корректной доставки сетевых пакетов. На канальном уровне OSI обычно используется коммутатор или switch.

Функции канального уровня

Формирование кадров (фреймов): Канальный уровень группирует битовые потоки, поступающие с физического уровня, в логически завершенные единицы данных — кадры. Каждый кадр содержит не только данные, но и служебную информацию, необходимую для его передачи и проверки.
Адресация на канальном уровне: Этот уровень использует MAC-адреса для идентификации отправителя и получателя на уровне канала. MAC-адрес (Media Access Control) — это уникальный физический адрес сетевого интерфейса, присваиваемый производителем.
Обнаружение и исправление ошибок: Канальный уровень проверяет кадры на наличие ошибок, которые могли возникнуть при передаче данных. Для этого используются методы проверки ошибок, такие как контрольная сумма (CRC — Cyclic Redundancy Check). При обнаружении ошибки кадр может быть отброшен или запрошена его повторная передача.
Управление потоком данных: Этот уровень также контролирует скорость передачи данных между устройствами, чтобы более медленный узел не был перегружен данными от более быстрого узла.
Управление доступом к среде: В сетях с общей средой передачи (например, Ethernet) канальный уровень управляет тем, как устройства получают доступ к этой среде. Используются такие методы как CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) для предотвращения и разрешения коллизий.
Логическая организация соединений: Канальный уровень обеспечивает установление, поддержание и завершение логических соединений между узлами, если требуется управление кадрами (например, в сетях с коммутацией каналов).

Подуровни канального уровня

Канальный уровень делится на два подуровня:

Подуровень управления логическим каналом (LLC — Logical Link Control):
- Отвечает за установление логического соединения между узлами.
- Обеспечивает управление потоком данных и обнаружение ошибок.
- Протоколы LLC могут работать с разными сетевыми протоколами, такими как IP.
Подуровень управления доступом к среде (MAC — Media Access Control):
- Отвечает за управление доступом к среде передачи данных и за физическую адресацию (MAC-адреса).
- Управляет коллизиями и координирует передачу данных через общую среду.

Протоколы и технологии канального уровня

Ethernet: широко используемый стандарт для локальных сетей, который определяет, как формат кадров, так и методы управления доступом к среде.
Wi-Fi (IEEE 802.11): стандарт беспроводной связи, работающий на канальном уровне, использующий MAC-адреса для взаимодействия.
PPP (Point-to-Point Protocol): протокол для установления прямого соединения между двумя узлами.
Frame Relay и ATM: протоколы для высокоскоростной передачи данных в широкомасштабных сетях.

Сетевой уровень OSI

Сетевой уровень (Network Layer) — это третий уровень модели OSI, который отвечает за передачу данных между различными сетями и маршрутизацию этих данных от источника к конечному получателю. В задачи устройств, работающих на сетевом уровне, входит выбор наилучшего маршрута для передачи IP-пакетов и обеспечение доставки данных даже при наличии нескольких промежуточных узлов.

Функции сетевого уровня

Маршрутизация: Сетевой уровень определяет маршрут, по которому данные будут переданы из одной сети в другую. Он использует специальные протоколы маршрутизации для определения наилучшего пути (с учетом расстояния, загруженности сетей, «стоимости» передачи и т.д.).
Логическая адресация: В отличие от канального уровня, где используется физическая (MAC) адресация, сетевой уровень применяет логические адреса, такие как IP-адреса. Каждый узел в сети имеет уникальный логический адрес, который используется для определения места назначения пакета данных.
Фрагментация и сборка пакетов: Когда пакеты данных слишком велики для передачи через определенные сети, сетевой уровень может разделить их на более мелкие фрагменты. Эти фрагменты затем пересылаются по сети и собираются обратно на устройстве-получателе.
Перенаправление пакетов: Когда пакет передается через множество сетей, сетевой уровень управляет его перемещением, перенаправляя его через промежуточные устройства (например, маршрутизаторы), пока он не достигнет конечного адресата.
Обнаружение и обработка ошибок: Хотя основная задача обработки ошибок возложена на другие уровни, сетевой уровень также может обнаруживать некоторые типы ошибок (например, сбой маршрутизации) и решать их (переотправлять пакеты по другому маршруту).
Контроль перегрузки сети: Сетевой уровень может контролировать загруженность сети и принимать меры для ее разгрузки, например, перенаправлять трафик через менее загруженные маршруты или ограничивать количество передаваемых данных.

Протоколы сетевого уровня

IP (Internet Protocol): Один из самых известных и широко используемых протоколов сетевого уровня. Он обеспечивает маршрутизацию и логическую адресацию данных в сетях, включая Интернет. Существует две версии IP: IPv4 и IPv6.
ICMP (Internet Control Message Protocol): Протокол, используемый для передачи сообщений об ошибках и других проблемах сетевой коммуникации. Он, например, используется в команде «ping» для проверки доступности узлов.
ARP (Address Resolution Protocol): Протокол, который помогает сопоставить IP-адреса с физическими MAC-адресами в локальных сетях.
RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First) и BGP (Border Gateway Protocol): Протоколы маршрутизации, которые определяют, как данные будут передаваться через сети и выбирают наилучший маршрут.

Задачи маршрутизаторов

Устройства, работающие на сетевом уровне, такие как маршрутизаторы, играют ключевую роль в определении маршрутов и пересылке пакетов между различными сетями. Они используют IP-адреса для направления данных и обеспечивают межсетевую связь, например, между домашними сетями и Интернетом.

Логическая схема взаимодействия

Отправитель передает данные на сетевой уровень, где они получают IP-адреса источника и получателя.
Сетевой уровень решает, как лучше всего отправить пакет через различные маршруты.
По мере прохождения данных через маршрутизаторы или другие устройства, они перенаправляются через разные сети до достижения конечной точки.

—

Сетевой уровень OSI — это «проводник» данных через разные сети. Он отвечает за маршрутизацию, логическую адресацию, фрагментацию данных и решение проблем с доставкой. Протоколы, работающие на сетевом уровне, обеспечивают возможность работы Интернета и других крупных сетевых структур.

Транспортный уровень OSI

Транспортный уровень (Transport Layer) — это четвертый уровень модели OSI, который отвечает за надежную передачу данных от одного узла к другому, обеспечивая целостность и корректную последовательность доставки сообщений. Основная задача этого уровня — управление передачей данных между источником и получателем, независимо от типа и топологии сети.

Функции транспортного уровня

Разбиение данных на сегменты: Транспортный уровень разбивает данные, поступающие от вышестоящих уровней (например, от прикладного уровня), на более мелкие сегменты, чтобы их можно было передать по сети. В конце получатель собирает сегменты обратно в исходное сообщение.
Надежная доставка данных: Этот уровень контролирует, чтобы данные передавались без потерь, дубликатов или повреждений. Он может запрашивать повторную передачу сегментов, если обнаруживаются ошибки или потери.
Контроль потока данных: Транспортный уровень управляет потоком данных, чтобы предотвратить перегрузку узла-получателя. Это особенно важно, когда передающий узел работает быстрее, чем принимающий, и может «захлестнуть» его большим количеством данных.
Управление ошибками: Транспортный уровень проверяет корректность данных и гарантирует их целостность с помощью контрольных сумм. При обнаружении ошибок в сегментах могут быть отправлены запросы на повторную передачу.
Нумерация сегментов и восстановление последовательности: Для обеспечения правильной последовательности передачи транспортный уровень присваивает каждому сегменту порядковый номер. Это позволяет получателю собрать их в правильном порядке даже в случае, если они пришли не по порядку.
Мультиплексирование и демультиплексирование: Транспортный уровень может обслуживать несколько приложений одновременно, отправляя данные от различных приложений через одно и то же сетевое соединение (мультиплексирование) и распределяя полученные данные обратно по приложениям (демультиплексирование).

Типы передачи на транспортном уровне

Существует два основных типа передачи данных на транспортном уровне:

Соединительно-ориентированная передача (например, через протокол TCP):
- Передача данных осуществляется с предварительным установлением соединения между источником и получателем.
- Гарантируется доставка данных, их правильная последовательность и целостность.
- Используются механизмы подтверждения и повторной передачи при потере сегментов.
Без соединительная передача (например, через протокол UDP):
- Передача данных осуществляется без установления соединения и без подтверждений.
- Этот метод быстрее, но не гарантирует доставку и не обеспечивает контроль ошибок и потерь данных.
- Используется для приложений, где важна скорость, а не надежность (например, для потокового видео или онлайн-игр).

Протоколы транспортного уровня

TCP (Transmission Control Protocol):
- Надежный, соединительно-ориентированный протокол.
- Обеспечивает контроль потока, управление ошибками и восстановление последовательности сегментов.
- Применяется для приложений, где важна надежность (например, HTTP, FTP, SMTP).
UDP (User Datagram Protocol):
- Быстрый, но менее надежный, без установления соединения.
- Не обеспечивает контроль ошибок и гарантированную доставку данных.
- Используется для приложений, требующих минимальных задержек, таких как DNS-запросы, VoIP, потоковое видео.

Процесс передачи на транспортном уровне

Отправитель разбивает данные на сегменты и прикрепляет к ним заголовки, содержащие информацию о номере сегмента, портах отправителя и получателя, а также контрольные суммы.
Сегменты передаются по сети, возможно, через несколько промежуточных узлов.
Получатель собирает сегменты, проверяет их целостность, восстанавливает порядок и передает данные вышестоящим уровням.

Порты и транспортный уровень

Транспортный уровень использует номера портов для идентификации конкретных процессов или приложений на устройстве.

Например:

Порт 80 используется для HTTP-трафика.
Порт 443 — для HTTPS.
Порт 53 — для DNS-запросов.

Эти порты помогают направить данные от транспортного уровня к правильному приложению на устройстве.

—

Транспортный уровень модели OSI обеспечивает надежную передачу данных между узлами сети, управляет разбиением и сбором сообщений, контролирует поток данных и исправляет ошибки. Он играет основную роль в обеспечении корректной работы сетевых приложений и сервисов, таких как веб-браузеры, электронная почта и мультимедиа.

Сеансовый уровень OSI

Сеансовый уровень (Session Layer) — это пятый уровень модели OSI, который отвечает за управление сеансами связи между приложениями. Основная его задача — установка, поддержание и завершение сеансов связи (соединений), а также синхронизация взаимодействия между узлами в процессе обмена данными.

Функции сеансового уровня

Установка сеансов: Этот уровень управляет установкой соединения между двумя узлами. Он определяет, как будет инициирована передача данных и какие правила будут использоваться в ходе сеанса.
Поддержание сеансов: После установки соединения сеансовый уровень поддерживает его активность: управляет временем ожидания, синхронизирует данные и поддерживает связь на протяжении всего сеанса.
Завершение сеансов: По завершении передачи данных сеансовый уровень корректно завершает соединение, гарантируя, что обе стороны правильно завершили обмен информацией.
Синхронизация и контроль: Сеансовый уровень предоставляет механизмы для синхронизации обмена данными, используя контрольные точки (checkpoints). Это позволяет восстанавливать соединение с места, на котором оно прервалось, в случае сбоев или ошибок.
Управление диалогом: Определяет, как данные будут передаваться — в полудуплексном (поочередно) или полнодуплексном (одновременно) режиме. Сеансовый уровень координирует, какая сторона может передавать данные в каждый конкретный момент.
Предоставление структурированных диалогов: Происходит управление тем, как приложения взаимодействуют друг с другом, поддерживая правила диалога, такие как порядок и структура передачи сообщений.

Примеры использования сеансового уровня

Удаленный доступ: Протоколы удаленного доступа, такие как RPC (Remote Procedure Call) или NetBIOS, используют сеансовый уровень для управления соединением между локальной и удаленной системами.
Видеоконференции и телекоммуникационные сервисы: Выполняется синхронизация потоков данных в реальном времени и управление активными сеансами связи.
Файловые системы сети: Сеансовый уровень используется в таких протоколах, как NFS (Network File System), для управления передачей данных при удаленном доступе к файлам.

Протоколы сеансового уровня

NetBIOS (Network Basic Input/Output System): Протокол, который обеспечивает сеансовый уровень связи в локальных сетях, управляя передачей данных между устройствами в одной сети.
RPC (Remote Procedure Call): Протокол для удалённого выполнения процедур, который управляет сеансами связи между клиентом и сервером, обеспечивая взаимодействие между ними на уровне сеансов.
PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol): Протокол для создания виртуальных частных сетей (VPN), который управляет сеансами связи между устройствами в рамках туннелирования данных.

Функциональные отличия сеансового уровня

В отличие от транспортного уровня, который отвечает за передачу данных на уровне сегментов и управления ошибками, сеансовый уровень занимается контролем самого процесса общения — установкой и управлением сеансами.
Сеансовый уровень может управлять не только данными, но и состоянием связи (кто говорит, когда и как долго). Например, в двухсторонних диалогах он регулирует, когда одно приложение должно передавать данные, а когда другое.

Пример работы сеансового уровня

Допустим, два приложения начинают взаимодействовать для передачи файла. Сеансовый уровень устанавливает связь между приложениями, синхронизирует обмен данными и следит за тем, чтобы при возникновении ошибки соединение могло быть восстановлено с места последней успешной передачи, а не с самого начала.

—

Сеансовый уровень отвечает за управление диалогом между двумя приложениями, обеспечивая установление, поддержание и завершение сеансов связи. Он также обеспечивает синхронизацию данных, управление диалогом и восстановление после ошибок, что делает его важным элементом для многих сетевых приложений и сервисов, требующих устойчивого и синхронизированного соединения.

Уровень представления OSI

Уровень представления (Presentation Layer) — шестой уровень модели OSI, который отвечает за подготовку данных к передаче и их правильную интерпретацию на стороне получателя. Основные задачи этого уровня — преобразование форматов данных, шифрование, дешифрование и сжатие, чтобы разные системы могли корректно обмениваться информацией.

Функции уровня представления

Преобразование данных: Уровень представления преобразует данные из одного формата в другой, чтобы системы с различными способами хранения и отображения информации могли взаимодействовать. Например, преобразование между текстовыми кодировками ASCII, EBCDIC, или Unicode.
Шифрование и дешифрование: Для обеспечения безопасности передаваемой информации данные могут быть зашифрованы на стороне отправителя и дешифрованы на стороне получателя. Примером такого использования является протокол SSL/TLS, который шифрует веб-трафик.
Сжатие и декомпрессия данных: Для увеличения скорости передачи данных уровень представления может сжимать информацию перед отправкой, что снижает объем трафика. На стороне получателя данные восстанавливаются в исходное состояние с помощью декомпрессии. Пример, сжатие видео или аудио в формате MPEG или MP3.
Форматирование данных: Уровень представления отвечает за структурирование и форматирование данных для их корректной передачи. Это может включать преобразование графических форматов, таких как JPEG или GIF, для передачи изображений.

Протоколы и форматы уровня представления данных

JPEG, PNG, GIF: Форматы для сжатия и передачи изображений.
MPEG, MP3: Форматы для сжатия и передачи видео и аудио.
SSL/TLS: Протоколы для шифрования данных, применяющиеся для защиты интернет-трафика.
ASCII, Unicode: Системы кодировки символов, используемые для текстовых данных.

Пример работы уровня представления

Когда пользователь загружает веб-страницу через HTTPS, алгоритмы на уровне представления данных на сервере сначала шифруют информацию для безопасной передачи с помощью TLS. Если необходимо, то сжимают данные, например, в формат GZIP, для уменьшения размера данных. На стороне получателя (клиента) данные расшифровываются и декомпрессируются для корректного отображения, например, в браузере.

—

Уровень представления OSI обеспечивает корректное преобразование, шифрование и сжатие данных для передачи по сети. Данный уровень играет ключевую роль в обеспечении совместимости между различными системами, а также в обеспечении безопасности и эффективности передачи данных.

Прикладной уровень OSI

Прикладной уровень (Application Layer) — это седьмой и верхний уровень модели OSI, который напрямую взаимодействует с конечными пользователями и приложениями. Он предоставляет интерфейсы и сервисы, которые приложения используют для обмена данными по сети. Этот уровень отвечает за реализацию сетевых функций и сервисов, доступных пользователям, таких как электронная почта, веб-браузеры, файлообменные системы и многие другие интерфейсы.

Функции прикладного уровня

Предоставление сетевых сервисов приложениям: Прикладной уровень обеспечивает интерфейс для приложений, чтобы они могли взаимодействовать через сеть. Основными сетевыми приложениями являются: веб-браузеры, почтовые клиенты и программы для обмена файлами.
Форматирование и представление данных: Выполняется форматирование данных, так чтобы они были понятны как отправителю, так и получателю. Например, в веб-приложениях данные могут быть представлены в виде HTML, JSON или XML.
Управление сеансами связи: На прикладном уровне выполняется управление сеансами связи: установление, поддержание и завершение соединения при работе с сетевыми приложениями.
Определение сетевых протоколов: На прикладном уровне определяются протоколы и форматы данных, используемые для различных приложений. Например, HTTP для веб-сервисов, FTP для передачи файлов и SMTP для электронной почты.
Взаимодействие с конечным пользователем: Прикладной уровень обеспечивает интерфейс для конечного пользователя, предоставляя доступ к сетевым сервисам и приложениям. Это могут быть графические интерфейсы, текстовые команды и другие способы взаимодействия.

Протоколы прикладного уровня

HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Протокол, используемый для передачи веб-страниц и других ресурсов через интернет. Веб-браузеры и серверы веб-сайтов взаимодействуют через HTTP.
FTP (File Transfer Protocol): Протокол для передачи файлов между клиентом и сервером. Он поддерживает загрузку и скачивание файлов.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Протокол для отправки электронной почты между серверами электронной почты.
IMAP (Internet Message Access Protocol) и POP3 (Post Office Protocol 3): Это протоколы для получения электронной почты из почтовых серверов.
DNS (Domain Name System): Протокол для преобразования доменных имен в IP-адреса, что позволяет пользователям обращаться к веб-сайтам по удобным именам.
Telnet: Протокол для удаленного управления и подключения к удаленным системам через текстовые команды.

Пример работы прикладного уровня

Когда вы вводите URL-адрес в веб-браузере, прикладной уровень использует протокол HTTP для отправки запроса на сервер веб-сайта. Сервер обрабатывает запрос, отправляет обратно HTML-код страницы, который отображается в окне браузера в понятном виде. В процессе могут также участвовать другие протоколы, такие как HTTPS для шифрования данных или DNS для преобразования доменного имени в IP-адрес.

Протоколы OSI

Краткий обзор основных протоколов, соответствующих каждому из уровней модели OSI:

Физический уровень

Ethernet (физическая часть интерфейса): Определяет, как данные физически передаются по проводам или оптическому кабелю. Например, это может быть стандарт 10BASE-T (10 Мбит/с по витой паре) или 100BASE-FX (100 Мбит/с по оптоволокну).
USB (Universal Serial Bus): Технология передачи данных и питания по кабелю для подключения периферийных устройств, таких как клавиатуры, мыши, флеш-накопители.
DSL (Digital Subscriber Line): Использует существующие телефонные линии для передачи цифровых данных на высоких скоростях, например, для подключения к интернету.
RS-232: Протокол передачи данных по последовательному каналу связи, обычно используется для подключения компьютеров и периферийных устройств (например, модемов).
IEEE 802.11 (Wi-Fi): Технология для беспроводной передачи данных через радиочастоты в диапазонах 2.4 ГГц или 5 ГГц.

Канальный уровень

Ethernet (IEEE 802.3): Осуществляет передачу данных в виде фреймов, используя MAC-адреса для адресации устройств в сети.
Wi-Fi (IEEE 802.11): Протокол канального уровня для беспроводных сетей, который поддерживает передачи данных в виде кадров и использует MAC-адреса для управления доступом к беспроводной среде.
PPP (Point-to-Point Protocol): Протокол, используемый для прямого соединения между двумя сетевыми узлами, часто применяется в модемных соединениях. Он поддерживает аутентификацию и шифрование.
HDLC (High-Level Data Link Control): Протокол передачи данных с синхронизацией кадров, который широко используется в сетевых системах, таких как сети Frame Relay.
ARP (Address Resolution Protocol): Протокол, который сопоставляет IP-адреса с MAC-адресами. ARP важен в локальных сетях, чтобы IP-адреса могли быть преобразованы в физические адреса для доставки фреймов.

Сетевой уровень

IP (Internet Protocol): Основной протокол сетевого уровня, который занимается маршрутизацией данных. Он управляет фрагментацией пакетов и их доставкой. Существуют две версии — IPv4 (с 32-битными адресами) и IPv6 (с 128-битными адресами), которые поддерживают большее количество устройств и более эффективную маршрутизацию.
ICMP (Internet Control Message Protocol): Протокол для обмена служебными сообщениями и отчетами об ошибках. Например, «ping» использует ICMP для проверки доступности узлов в сети.
IGMP (Internet Group Management Protocol): Протокол для управления мультикаст-группами, позволяет устройствам присоединяться или выходить из групп для получения мультикаст-трафика (например, видеотрансляций).
RIP (Routing Information Protocol): Простой протокол маршрутизации, использующий количество переходов (скачков) до конечного узла для определения оптимального маршрута. Поддерживает небольшие сети с ограниченной сложностью.
OSPF (Open Shortest Path First): Более продвинутый протокол маршрутизации, который выбирает оптимальный маршрут на основе информации о состоянии сети, учитывая пропускную способность и задержки. Используется в больших и сложных сетях.
IPsec (IP Security): Набор протоколов для защиты данных при передаче на сетевом уровне OSI.

Транспортный уровень

TCP (Transmission Control Protocol): Протокол с установлением соединения, который гарантирует доставку данных, их правильный порядок и контроль ошибок. TCP обеспечивает надежную передачу, используя флаги (SYN/ACK), повторную отправку потерянных сегментов и контроль перегрузки.
UDP (User Datagram Protocol): Легковесный протокол без установления соединения, который не гарантирует доставку данных. UDP используется в ситуациях, когда важнее скорость, чем надежность, например, при потоковой передаче мультимедиа (видеоигры, VoIP).
SCTP (Stream Control Transmission Protocol): Протокол, который поддерживает несколько потоков данных внутри одного соединения. SCTP часто используется в телекоммуникационных системах, где необходимо параллельно передавать разные типы данных.

Сеансовый уровень

NetBIOS (Network Basic Input/Output System): Протокол, который используется для установления и управления сеансами между компьютерами в сети, позволяет приложениям обмениваться данными.
RPC (Remote Procedure Call): Протокол, который позволяет программам выполнять процедуры на удалённых серверах так, как если бы они выполнялись локально. Это позволяет приложениям на одном устройстве вызывать функции или процессы на другом устройстве.

PAP (Password Authentication Protocol): Простой протокол аутентификации, который передает имя пользователя и пароль в незашифрованном виде для проверки подлинности.
PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol): Протокол туннелирования, используемый для создания виртуальных частных сетей (VPN). Он устанавливает зашифрованные сеансы между удалёнными устройствами через интернет.

L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol): VPN-протокол, который используется для создания туннелей между двумя точками для передачи данных на сеансовом уровне.
gRPC (Google Remote Procedure Call): Высокопроизводительный протокол удалённого вызова процедур, основанный на HTTP/2 и использующий Protocol Buffers для сериализации данных.

Уровень представления

SSL/TLS (Secure Sockets Layer / Transport Layer Security): Протоколы, обеспечивающие шифрование данных при передаче через сеть, например, в веб-браузерах для HTTPS. TLS — это более новая версия SSL, обеспечивающая более высокий уровень безопасности.
JPEG, PNG: Форматы для сжатия изображений, которые используются для оптимальной передачи графических данных по сети.
MPEG, MP3: Форматы сжатия мультимедийных данных (видео и аудио), которые уменьшают размер файлов для передачи по сети.
ASCII, Unicode: Стандарты кодировки текста, которые преобразуют символы в числа, понятные для компьютеров, чтобы они могли обмениваться текстовыми данными.

Прикладной уровень

HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Протокол для передачи веб-страниц и ресурсов по сети. Используется веб-браузерами для запроса и получения HTML-документов и других ресурсов.
HTTPS (HTTP Secure): Расширение HTTP с добавлением шифрования на основе SSL/TLS для безопасной передачи данных через интернет.
FTP (File Transfer Protocol): Протокол для передачи файлов между устройствами в сети. Поддерживает функции загрузки и скачивания файлов с серверов.
POP3 (Post Office Protocol Version 3): Протокол для получения электронной почты с удаленного сервера.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Протокол для отправки электронной почты между серверами.
IMAP (Internet Message Access Protocol) и POP3 (Post Office Protocol 3): Протоколы для получения электронной почты с почтовых серверов. IMAP позволяет работать с почтой на сервере, а POP3 — загружать письма на локальный компьютер.
DNS (Domain Name System): Протокол для преобразования доменных имен (например, 2hpc.ru) в IP-адреса (например, 188.114.97.3), чтобы сетевые устройства могли найти нужный сервер в сети.
Telnet: Протокол для удаленного управления устройствами через текстовый интерфейс. Позволяет администраторам подключаться к серверам и управлять ими через командную строку.

Эти протоколы работают в рамках своей функциональной области, обеспечивая надежную и эффективную передачу данных через сеть, управляя разными аспектами сетевого взаимодействия от физического уровня до прикладного.

Пример взаимодействия уровней и протоколов OSI

Для понимания взаимодействия протоколов на разных уровнях модели OSI, рассмотрим пример передачи данных при загрузке веб-страницы с использованием протоколов HTTP, TCP/IP и Ethernet. Это типичный сценарий, который включает в себя протоколы на каждом уровне модели OSI.

Сценарий: Загрузка веб-страницы

Вы открываете веб-браузер и вводите URL (например, 2hpc.ru), после чего браузер загружает веб-страницу. За этим стоит взаимодействие множества протоколов на разных уровнях модели OSI.

Прикладной уровень (Layer 7) — HTTP

На этом уровне веб-браузер отправляет запрос на сервер для загрузки веб-страницы с использованием протокола HTTP (Hypertext Transfer Protocol).

Браузер создает HTTP-запрос, который содержит информацию о нужной веб-странице, тип контента, заголовки и методы (например, GET для получения ресурса).
HTTP-запрос должен быть доставлен серверу, поэтому он передается на нижние уровни для дальнейшей обработки.

Уровень представления (Layer 6) — SSL/TLS

Если соединение защищено (например, с использованием HTTPS), запрос шифруется с помощью протоколов SSL/TLS на уровне представления.

Эти протоколы шифруют данные, чтобы обеспечить их конфиденциальность и целостность во время передачи.
Защищенные данные передаются на транспортный уровень.

Сеансовый уровень (Layer 5)

На этом уровне устанавливается и поддерживается сеанс связи между клиентом и сервером.

В случае с HTTPS, SSL/TLS также обеспечивает сеансовое управление, гарантируя, что данные правильно ассоциируются с конкретным сеансом между клиентом и сервером.

Транспортный уровень (Layer 4) — TCP

На этом уровне запрос HTTP передается протоколу TCP (Transmission Control Protocol).

TCP разбивает данные на сегменты, устанавливает соединение с сервером (трехстороннее рукопожатие) и контролирует надежность доставки.
TCP гарантирует, что все сегменты данных будут доставлены, и, если какой-либо сегмент потеряется, он будет повторно отправлен.
TCP также отслеживает порядок сегментов, чтобы собирать их правильно на принимающей стороне.

Сетевой уровень (Layer 3) — IP

Протокол IP (Internet Protocol) отвечает за маршрутизацию сегментов TCP через сеть к нужному серверу.

IP берет сегменты данных из TCP и упаковывает их в IP-пакеты, которые содержат IP-адрес отправителя (ваш компьютер) и получателя (веб-сервер).
Эти пакеты отправляются на маршрутизаторы, которые анализируют IP-адреса и определяют лучший путь для доставки пакетов к серверу.

Канальный уровень (Layer 2) — Ethernet, ARP

На канальном уровне пакеты IP инкапсулируются в фреймы Ethernet для передачи по локальной сети (например, по кабельному или беспроводному соединению).

На этом уровне фреймы содержат MAC-адреса отправителя и получателя в пределах одной сети. Если фрейм передается на другой сегмент сети, используется протокол ARP (Address Resolution Protocol) для преобразования IP-адреса в MAC-адрес.
Эти фреймы отправляются на физический уровень для передачи данных по среде.

Физический уровень (Layer 1) — Ethernet, Wi-Fi

На физическом уровне данные передаются в виде электрических сигналов, световых импульсов или радиоволн.

Если ваш компьютер подключен по кабелю Ethernet, данные будут передаваться в виде электрических сигналов через медные провода. Если вы используете Wi-Fi, данные будут переданы через радиоволны.
На этом уровне передаются необработанные биты данных без какого-либо анализа, это просто физическая передача.

Обратный процесс на сервере

На сервере происходит обработка запроса в обратном порядке — выполняется декапсуляция:

Сервер получает электрические сигналы (физический уровень), которые преобразуются в фреймы Ethernet (канальный уровень).
IP-адреса проверяются на сетевом уровне для идентификации получателя.
Протокол TCP на транспортном уровне собирает сегменты данных и проверяет их целостность.
На уровне представления данные дешифруются (в случае HTTPS).
HTTP-запрос передается на прикладной уровень, где сервер обрабатывает запрос и отправляет веб-страницу обратно.

После того как сервер обработает запрос, процесс инкапсуляции повторяется, но уже в направлении от сервера к клиенту. Как только данные достигнут уровня представления на вашем компьютере, веб-страница отобразится в окне браузера.