2.1. Семь уровней модели OSI
2.1. Семиуровневая эталонная модель OSI
Модель OSI (Open Systems Interconnection) разработана ISO в 1984 году как эталон для описания сетевого взаимодействия. Каждый уровень выполняет строго определённые функции и обменивается данными со смежными уровнями через интерфейсы. Горизонтальное взаимодействие одноимённых уровней на разных узлах осуществляется по протоколам.
2.1.1. Таблица уровней OSI
| № | Уровень | PDU | Функции | Протоколы и технологии |
|---|---|---|---|---|
| 7 | Прикладной (Application) | Данные | Интерфейс для приложений пользователя | HTTP, HTTPS, DNS, SMTP, FTP, SSH, Telnet |
| 6 | Представления (Presentation) | Данные | Кодирование, сжатие, шифрование | SSL/TLS, JPEG, MPEG, ASCII/Unicode |
| 5 | Сеансовый (Session) | Данные | Управление диалогом, синхронизация | NetBIOS, RPC, PPTP (частично) |
| 4 | Транспортный (Transport) | Сегмент / дейтаграмма | Надёжная или быстрая доставка между приложениями | TCP, UDP, SCTP |
| 3 | Сетевой (Network) | Пакет | Логическая адресация, маршрутизация | IP, ICMP, IGMP, OSPF, BGP |
| 2 | Канальный (Data Link) | Кадр | Физическая адресация, доступ к среде | Ethernet (802.3), Wi-Fi (802.11), PPP |
| 1 | Физический (Physical) | Бит | Передача электрических/оптических сигналов | UTP, оптоволокно, радиоканал, разъёмы RJ-45 |
2.1.2. Инкапсуляция и декапсуляция
При передаче данные спускаются сверху вниз: каждый уровень добавляет свой заголовок (инкапсуляция). При приёме процесс обратный — заголовки снимаются (декапсуляция). Каждый уровень взаимодействует только со смежным: N-ный уровень получает услугу от (N−1) и предоставляет услугу (N+1).
Рисунок 2 — Инкапсуляция и декапсуляция данных в модели OSI
2.1.3. Практический пример: открытие веб-страницы
- Уровень 7: браузер формирует HTTP GET-запрос к серверу example.com.
- Уровень 6: TLS шифрует данные (для HTTPS).
- Уровень 4: TCP устанавливает соединение (SYN, SYN-ACK, ACK) и нумерует сегменты.
- Уровень 3: IP добавляет адреса источника и назначения; маршрутизаторы пересылают пакеты.
- Уровень 2: Ethernet добавляет MAC-адреса; коммутатор пересылает кадр в нужный порт.
- Уровень 1: сигнал передаётся по витой паре или Wi-Fi.
2.1.4. Соответствие OSI и TCP/IP
| OSI (7 уровней) | TCP/IP (4 уровня) |
|---|---|
| 7, 6, 5 — прикладной, представления, сеансовый | Прикладной |
| 4 — транспортный | Транспортный |
| 3 — сетевой | Интернет (сетевой) |
| 2, 1 — канальный, физический | Канальный / сетевой доступ |
Контрольные вопросы
- Как называется единица данных (PDU) на канальном уровне?
- На каком уровне OSI работает протокол DNS?
- Чем горизонтальное взаимодействие отличается от вертикального?
- Опишите процесс инкапсуляции при отправке электронного письма по SMTP.
2.1.5. Подробное описание функций каждого уровня
Уровень 7 (Прикладной). Единственный уровень, с которым непосредственно взаимодействует пользователь через приложения. Протоколы определяют формат запросов и ответов: HTTP для веб-страниц, SMTP для почты, DNS для имён. Ошибки на этом уровне проявляются как «сайт не открывается» или «письмо не отправляется».
Уровень 6 (Представления). Обеспечивает, чтобы данные были понятны получателю: кодировка символов (UTF-8), сжатие (gzip), шифрование (TLS). Без согласования формата клиент и сервер не смогут корректно интерпретировать содержимое.
Уровень 5 (Сеансовый). Управляет длительными диалогами: установка, поддержание и завершение сеанса. В современных стеках функции часто встроены в прикладные протоколы (например, управление сессией в HTTP cookies).
Уровень 4 (Транспортный). Доставка данных между процессами (приложениями) на разных хостах. TCP гарантирует порядок и целостность; UDP — минимальные задержки без гарантий. Порт (0–65535) идентифицирует приложение на узле.
Уровень 3 (Сетевой). Логическая адресация (IP) и выбор пути через сеть. Маршрутизаторы работают на этом уровне. Решение «куда отправить пакет дальше» принимается на основе таблицы маршрутизации.
Уровень 2 (Канальный). Передача кадров между соседними узлами в одном сегменте сети. MAC-адреса, VLAN (802.1Q), обнаружение ошибок (FCS). Коммутаторы — устройства L2.
Уровень 1 (Физический). Передача битов по среде: уровни напряжения, частоты, тип разъёма, длина кабеля. Хабы и повторители работают здесь; при обрыве кабеля страдает именно этот уровень.
2.1.6. Вертикальное и горизонтальное взаимодействие
Вертикальное — обмен между соседними уровнями на одном узле через интерфейсы API (например, сокеты между приложением и TCP). Горизонтальное — обмен PDU между одноимёнными уровнями удалённых узлов по протоколу (TCP-сегменты между двумя хостами). Важно: уровни N на разных машинах не соединены напрямую — каждый уровень общается только со своим соседом вниз, а тот передаёт данные по сети.
2.1.7. Служебные примитивы (SERVICE primitives)
Взаимодействие уровней описывается примитивами: REQUEST (запрос услуги), INDICATION (уведомление о поступлении), RESPONSE (ответ), CONFIRM (подтверждение). Пример: приложение запрашивает у TCP открытие соединения (REQUEST); TCP после handshake подтверждает (CONFIRM).
2.1.8. Типичные ошибки при работе с моделью OSI
- Отнесение DNS к сетевому уровню (DNS — прикладной, хотя «связан с адресами»).
- Считать, что «шифрование всегда на уровне 6» — TLS работает между приложением и TCP, часто относят к уровню 5–6.
- Путать PDU: «пакет» на канальном уровне — неверно (там кадр).
2.1.9. Практический кейс: диагностика по уровням
Симптом: пользователь не открывает внутренний портал. L1: горит ли линк на порту? L2: есть ли MAC в ARP, правильный ли VLAN? L3: ping до шлюза и сервера? L4: открыт ли порт 443 (telnet/nc)? L7: корректный ли HTTP-ответ (curl -I)? Такой порядок исключает лишние действия.
Дополнительные вопросы для самопроверки
- На каком уровне OSI возникает PDU «сегмент» и «кадр»?
- Почему модель OSI называют «эталонной», а TCP/IP — «фактическим стандартом»?
- Опишите вертикальное взаимодействие при отправке UDP-дейтаграммы.
- Какой уровень проверить первым при «кабель воткнут, линка нет»?