Model OSI — wyjaśnienie 7 warstw

Model OSI to 7-warstwowy model odniesienia dla komunikacji sieciowej. Mówiąc prosto, dzieli jedno duże zadanie — przesyłanie danych z jednego urządzenia do drugiego — na mniejsze zadania, dzięki czemu łatwiej zrozumieć, co robi każda część systemu.

Najszybszy sposób myślenia o nim jest taki: górne warstwy są bliżej oprogramowania, a dolne warstwy są bliżej rzeczywistej transmisji danych. Dzięki temu model jest przydatny zarówno do nauki, jak i do diagnozowania problemów. Uszkodzony kabel, problem z routingiem i problem na poziomie przeglądarki nie należą do tej samej warstwy.

Warstwy modelu OSI w skrócie

Od góry do dołu warstwy OSI to:

7. Aplikacji
8. Prezentacji
9. Sesji
10. Transportowa
11. Sieciowa
12. Łącza danych
13. Fizyczna

Możesz też czytać je od dołu do góry, gdy myślisz o tym, jak surowe sygnały stają się użytecznymi danymi.

Co robi każda warstwa OSI

Warstwa 7: Aplikacji

Ta warstwa jest najbliżej użytkownika. Obejmuje usługi sieciowe używane przez oprogramowanie, takie jak przeglądanie stron WWW, e-mail czy transfer plików.

Kluczową ideą jest cel. Ta warstwa dotyczy tego, co oprogramowanie próbuje zrobić, a nie tego, jak przemieszczają się bity.

Warstwa 6: Prezentacji

Ta warstwa dotyczy sposobu reprezentacji danych. Typowe przykłady to konwersja formatów, szyfrowanie i kompresja.

W rzeczywistych systemach te zadania są często realizowane wewnątrz aplikacji lub bibliotek, a nie w wyraźnie oddzielnym module.

Warstwa 5: Sesji

Warstwa sesji dotyczy rozpoczynania, zarządzania i kończenia sesji komunikacyjnych między systemami.

Wiele nowoczesnych systemów nie pokazuje jej jako osobnego elementu, ale ta idea nadal pomaga, gdy myślisz o tym, jak dwie strony podtrzymują wymianę danych.

Warstwa 4: Transportowa

Ta warstwa odpowiada za dostarczanie danych end-to-end między hostami. To tutaj zwykle omawia się takie pojęcia jak segmentacja, niezawodność, kolejność, kontrola przepływu i numery portów.

TCP to klasyczny przykład protokołu warstwy transportowej. UDP również należy do tej warstwy, gdy niski narzut ma większe znaczenie niż gwarantowane dostarczenie.

Warstwa 3: Sieciowa

Warstwa sieciowa odpowiada za przesyłanie danych między różnymi sieciami. To tutaj należą routing i adresowanie logiczne.

Jeśli pakiet musi przejść przez wiele routerów, aby dotrzeć do innej sieci, to zwykle od tej warstwy zaczyna się analizę.

Warstwa 2: Łącza danych

Ta warstwa odpowiada za dostarczanie danych przez jedno lokalne łącze. Zajmuje się ramkowaniem i adresowaniem na poziomie łącza w tym lokalnym segmencie sieci.

Przydatne porównanie jest takie: warstwa 3 przenosi dane między sieciami, a warstwa 2 przenosi dane przez jedno lokalne łącze.

Warstwa 1: Fizyczna

Warstwa fizyczna to rzeczywista transmisja surowych bitów jako sygnałów elektrycznych, optycznych lub radiowych.

To tutaj znajdują się kable, złącza, napięcia, synchronizacja, światłowód i sygnały bezprzewodowe.

Jeden prosty przykład modelu OSI

Załóżmy, że wpisujesz adres strony internetowej w przeglądarce i naciskasz Enter. Oto co model OSI pomaga zauważyć.

W warstwie 7 przeglądarka żąda strony WWW. W warstwach 6 i 5 dane mogą być kodowane, szyfrowane lub zarządzane jako część trwającej wymiany, zależnie od tego, jak zbudowany jest system.

W warstwie 4 dane są obsługiwane pod kątem dostarczenia end-to-end. W warstwie 3 system decyduje, jak przesłać je między sieciami. W warstwie 2 każde urządzenie wysyła ramki przez swoje lokalne łącze. W warstwie 1 te ramki stają się sygnałami elektrycznymi, optycznymi lub radiowymi.

Po stronie odbiorcy proces się odwraca. Sygnały trafiają na dół stosu i przesuwają się w górę, aż przeglądarka może wyświetlić stronę.

Nie oznacza to, że każdy rzeczywisty stos sieciowy ma siedem schludnie oddzielonych bloków programowych. Oznacza to, że model daje ci przejrzystą mapę myślową całego zadania.

Dlaczego model OSI nadal jest przydatny

Model OSI jest nadal nauczany, ponieważ jasno wyjaśnia zachowanie sieci. Pomaga studentom i inżynierom oddzielać różne rodzaje problemów, które w innym przypadku łatwo by się ze sobą zlały.

Jest też praktyczny przy diagnozowaniu problemów. Jeśli host nie ma sygnalizacji linku, zaczynasz blisko warstwy fizycznej. Jeśli urządzenia w tym samym przełączniku nie mogą się komunikować, sprawdzasz problemy warstwy łącza danych. Jeśli łączność IP działa, ale usługa nadal nie działa, przechodzisz wyżej.

Częste błędy związane z 7-warstwowym modelem OSI

Mylenie modelu OSI z modelem TCP/IP

Są ze sobą powiązane, ale nie są tym samym. Model OSI ma siedem warstw i jest głównie modelem odniesienia. TCP/IP to praktyczny zestaw protokołów i często opisuje się go mniejszą liczbą warstw.

Traktowanie wszystkich siedmiu warstw jako oddzielnych modułów programowych w każdym systemie

Tak nie wygląda większość rzeczywistych systemów. Niektóre warstwy są łączone, ukryte albo implementowane w bibliotekach, systemach operacyjnych, firmware i sprzęcie.

Mieszanie ról warstwy sieciowej i warstwy łącza danych

To jeden z najczęstszych błędów początkujących. Warstwa sieciowa dotyczy przesyłania danych między sieciami. Warstwa łącza danych dotyczy przesyłania danych przez jedno lokalne łącze.

Zapamiętywanie nazw bez pytania, jaki problem rozwiązuje każda warstwa

Jeśli tylko zapamiętasz listę, model wydaje się arbitralny. Staje się dużo łatwiejszy, gdy połączysz każdą warstwę z konkretnym zadaniem.

Kiedy używa się modelu OSI

Model OSI jest używany głównie w nauczaniu, dokumentacji, dyskusjach architektonicznych i diagnozowaniu problemów. Jest szczególnie pomocny wtedy, gdy różne zespoły potrzebują wspólnego języka do określenia, gdzie leży awaria lub odpowiedzialność.

Jest mniej użyteczny, jeśli traktujesz go jako ścisłą mapę każdego szczegółu implementacyjnego we współczesnym stosie. W takim przypadku lepszym narzędziem może być model TCP/IP albo diagram architektury konkretnego produktu.

Prosty sposób na zapamiętanie modelu OSI

Pomyśl o górze modelu jako o znaczeniu, a o dole jako o transmisji.

Na górze oprogramowanie interesuje treść, sesje i sposób dostarczania. Na dole sprzęt zajmuje się ramkami, synchronizacją i sygnałami fizycznymi. Warstwy pośrodku łączą te dwa światy.

Wypróbuj podobny przykład sieciowy

Weź jedno codzienne zadanie, takie jak wysłanie wiadomości na czacie albo strumieniowanie wideo, i prześledź je przez siedem warstw prostym językiem. To zwykle najszybszy sposób, aby ten model dobrze zapadł w pamięć.