Дополнительный урок об OSI & TCP/IP
Содержание лекции: Дополнительный урок об OSI & TCP/IP
Расшифровка лекции: Дополнительный урок об OSI & TCP/IP
Полный текст первых минут лекции «Дополнительный урок об OSI & TCP/IP» из видеокурса PracticU – субтитры с временной меткой для каждого абзаца. Так можно прочитать и найти нужные темы ещё до начала обучения.
Здравствуйте, дорогие зрители! Что может быть и лучше, чем начать эту последовательность лекций с представлению вашему вниманию сетевой модели OSI, а также о связи этой модели с TCP-IP?
Мы поговорим о том, зачем вообще используется модель OSI, зачем процесс соединения по связи вообще делится на уровни, а также мы рассмотрим эти уровни по отдельности.
И мы поговорим о том, как OSI реализован с помощью тех или иных частей протокола TCP/IP. А в конце будет демонстрация того, как компьютеры сообщаются между собой, как проходит между ними информация с помощью разных уровней.
Начнём. Зачем вообще нужны разные уровни? Первая причина — это упрощение разработки продукта. Благодаря уровням каждой компании не нужно заново изобретать колесо для того, чтобы передать информацию от одного компьютера к другому.
К примеру, есть такая компания — Photoshop. Продукт этой компании занимается составлением фотографий.
Вот и пользователь, у которого есть эта программа, производит какую-то фотографию. У него тут человечек лежит на пляже и загорает.
Вот солнышко. И эту фотографию он хочет передать другому человеку, который, может быть, находится на другом конце света.
Главная цель программы Photoshop — это рисовать картинки, а не передавать что-то по сети. И когда Photoshop захочет передать что-то по сети, он просто использует сетевую службу.
Эта сетевая служба уже может все делать. В программе Photoshop не нужно все эти сетевые дела писать с нуля. И эта служба связи разделена на уровни.
Каждый уровень выполняет свою часть процесса передачи информации с компьютера на компьютер. На самом верхнем уровне находится наш пользователь с программой Photoshop.
А ниже идут следующие уровни. И каждый из них отвечает за свою часть связи, выполняет определенную часть процесса связи. Например, в частности, передаваемую информацию нужно будет как-то запечатать, а также, вероятно, разделить её на части до передачи.
Информации нужна упаковка, как в почте, и каждую из полученных посылок нужно будет правильным образом оформить, пометить, от какой программы эта посылка, в какой программе и в каком порядке собирать посылки обратно.
А также мы же отправляем эту посылку определённому компьютеру, то есть нам нужен механизм адресов компьютеров. Например, для этого служит механизм адресов IP.
И мы получаем преимущество за счёт того, что существует стандартный, единый между всеми механизм адресов. Благодаря этому компании Photoshop не нужно изобретать механизм IP.
Нет же, можно просто использовать готовый стандарт. И вообще мы встретим разнообразные уровни. Уровни, которые будут подбирать единицы информации согласно адресам IP, распаковывать из посылок информацию или запаковывать, и передавать посылку в виде просто нуля единичек в виде сигнала,
передавать другому компьютеру. А сперва он переведёт это в электрический сигнал или оптический, или радио, и будет транслировать этот сигнал, пока тот не достигнет получателя.
Это самый нижний физический уровень. А вторая причина разделять на уровни — это единство работы связи. Это её стандартность. Единый стандарт для программного и аппаратного обеспечения, которые могут использовать все производители.
Что это значит? Допустим, у меня есть компьютер, который Macintosh. И ещё есть другой, который PC. Допустим, производителя Lenovo.
А тут у меня, допустим, роутер Cisco. А ещё, к примеру, у меня Switch компании HP. То есть все эти аппараты разных производителей, но им нужно сообщаться между собой.
И для этого служит как раз единый стандартный способ сообщения, принятый для всех производителей. Благодаря делению на уровне продукты разных компаний могут контачить между собой, вне зависимости от того, какая операционная система работает на компьютере,
компании Apple или Microsoft, или, например, операционная система компании Cisco. Верхний уровень — это уровень приложения. Он занимается тем, какую именно информацию нужно передать.
Здесь рождается информация, которую нужно передать. Модель OSI пакует эту информацию в посылке, любую информацию от любой операционной системы, от любой аппликации, а также модель OSI пометит эти посылки адресами IP.
И адрес IP-раутера он припишет, и адрес IP конкретного компьютера, и адрес MAC. Все они являются частью протокола OSI. А нижние уровни — это физическая инфраструктура, кабели, все остальные устройства связи или, к примеру, сообщения по радиосвязи, и также производители такого оборудования, радиосвязи, например,
тоже совершенно независимо от производителей операционных систем или аппликаций. Достоинство, разделённое на уровни модели OSI, в том, что производители каких-то вещей, которые занимаются только частью процесса передачи по сети, например, Cisco, много занимаются IP и доставкой
информации по сети, и таким образом они могут заниматься только уровнем 3, IP, и не заниматься тем, что связано с уровнем, который выше или ниже.
А, например, компания HP, которая выпускает свитчи, может заниматься только уровнем 2, лишь транспортным уровнем и не заниматься тем, что на уровнях выше.
Все уровни совершенно автономны благодаря стандартам. Таким образом, каждый производитель может выдумать свою собственную технологию, относящуюся к процессу, который внутри одного конкретного уровня.
А третья причина деления на уровни в том, что так просто производить изменения. Вернёмся к нашему примеру с Photoshop. Если бы, допустим, Photoshop занимался абсолютно всеми уровнями, Photoshop занимался бы также произведением всего процесса связи с самого его начала и до самого его конца.
Допустим, конец этого процесса здесь. И при этом, если бы нам понадобилось что-то изменить в этой программе, если бы всё это было выполнено в виде единой программы, то нужно было менять программу Photoshop, выпускать новый Photoshop, который поддерживает новые изменения.
Допустим, у нас есть сетевая инфраструктура, которая связывается со скоростью 100 Мбит в секунду. 100 мегабит в секунду умеет передавать.
И мы хотим заменить ее на новую технологию, которая передается скоростью 1000. Мы хотим заменить платформу. Так что же нам теперь переписывать Photoshop и менять весь процесс связи ради этой замены?
Разумеется, нет, потому что есть деление на уровне. И то, что мы хотим заменить, относится к уровню 2. И таким образом все, что мне нужно сделать, это только усовершенствовать технологию на уровне 2.
И изменения, которые я сделаю в связи с этим, будут совершенно прозрачны для остальных уровней. ведь во втором уровне я не меняю ничего, что связано с раутингом, который относится к третьему уровню.
И, допустим, изменения, которые мне нужно внести, также не связаны ни с чем, что относятся к физическому уровню, то есть на первом уровне.
И тем более в более высоких уровнях мне ничего не нужно трогать. А ещё одна причина разделения процесса связи на уровни заключается в том, что легче преодолевать неполадки.
Когда всё разделено на уровни, присутствует некоторая модульность. Вот они, наши уровни. уровни процесса связи.
Информация заходит сюда и выходит отсюда в виде какого-то сигнала. Так вот, при поломке легче работать с этой поломкой, потому что можно обращать внимание только на конкретный уровень, на котором, скорее всего, это поломка.
Не нужно разбираться сразу во всём. Например, если у меня неполадка на третьем уровне, то это лишь неполадка на уровне доставки информации между сетями, и, может быть, мне нужно заменить раутер.
И всё, я могу искать поломку только к тому, что относится к третьему уровню. Например, у меня неполадка в кабеле, он порвался, сломался внутри.
Так вот, я определяю, что что-то не так начинает работать уже на первом уровне. Это значит, что мне не нужно всё сразу чинить. Я вижу, что на физическом уровне у меня что-то не так.
И я заменяю кабель. Тут всё модулярно, и заменяя что-то на первом уровне, я никак не влияю на остальные уровни. Заменяя кабель, я не влияю на процесс раутинга третьего уровня или на процесс упаковки информации в посылке.
И мне не нужно для этого влезать в аппликацию и там что-то менять. Нет, я обращаю внимание только на тот уровень, на котором случилась неполадка.
То есть уровни позволяют мне относиться точечно к неполадкам, локализировать неполадку и найти уровень, на котором она случилась. Таковы причины разделения процесса связи на разные уровни.
Поняв эти причины, мы теперь можем поговорить о самой модели OSI и об ее уровнях. Мы начнем сверху вниз, с самого верхнего уровня.
Первый уровень — прикладной уровень, уровень аппликации. Точнее, он не первый — это уровень номер семь.
Под ним шестой уровень, называющийся уровнем представления. Уровень пять — это уровень соединения или сессии.
Четвёртый уровень — это транспортный уровень. Третий уровень — это сетевой уровень. Второй уровень — это канальный уровень, по-английски datalink.
И первый уровень — физический уровень. Кстати, названия уровней придётся запомнить, а также их функциональность, а также то, что на них делается.
Уровни в модели OSI принято делить на две группы: так называемые верхние уровни, от 4 по 7, и нижние уровни, с 1 по 3. А теперь поговорим же о каждом уровне.
Начнём с уровня приложения. Что у нас находится на 7 уровне? Всё, что связано с самой по себе информацией. На этом уровне у нас серверы, то есть те, которые снабжают информацией, а также клиенты, которые получают информацию.
И та самая информация, которая переходит с сервера к клиенту, та самая информация, которую именно нужно передать, находится на уровне 7.
Например, если кто-то ждет веб-страничку, то наша информация — это страничка на языке HTML, а наш клиент — это веб-браузер, а сервер — это веб-сервер.
И веб-сервер передаст клиенту информацию. А что же относится к шестому уровню представительскому? это то, в каком формате отображать полученную информацию на уровне 7.
Шестой уровень определяет формат, например, ASCII. Это пример того, как можно представить информацию. Или JPEG, формат представить видеоинформацию.
А тут у нас такие вещи, как SSL, протокол шифрования. Это тоже способ представлять информацию. А уровень 5, уровень диалога или сэшена, беседы, как раз и занимается всем, связанным с созданием беседы между двумя компьютерами.
Тут определяется, как компьютеры будут беседовать между собой, как передавать, когда информацию, в каком темпе, всё, что относится к ведению беседы, или по-английски session.
Четвёртый уровень транспортный занимается упаковкой информации в посылке. И это служба рассылки. То есть, когда информация приходит с уровня 7, как правило, она нуждается в разделении на части, чтобы по частям её отослать.
И такие вот части называются сегментами. А также на таких посылках мы найдём информацию о том, от какой программы отправляется эта посылка, а также какая программа должна принять эту посылку.
А также тут будет указано, в какой службе рассылки мы заинтересованы. И тут есть два основных варианта. Один способ отправки надёжный, то есть отправка всех посылок будет проверяться.
О, получи каждый, будет получено подтверждение. В противном случае посылка будет отправлена заново.
Вторая служба отправки-рассылки – это отправка в реальном времени, быстрая отправка. Тут часть информации может быть утеряна, нет никаких проверок.
Но некоторые программы нуждаются именно в этом, как, например, беседа в голос по сети, как, например, Skype. Далее, нижние три уровня.
Эти уровни в основном занимаются самой сетью. И как именно будет передана эта информация по сети? Начнём с третьего уровня – уровень сети.
Логические адреса, а именно адреса IP, относятся к этому уровню. Этот уровень занимается раутингом, то есть как информация доставляется, даже при том, что у нас есть разные сети по дороге, как передаётся информация из одной сети в другую.
А вот на втором уровне, на канальном, находятся уже такие вещи, как физические адреса сетевой карты. У каждой сетевой карты есть физический адрес MAC.
Он неотъемлем и неизменен у сетевой карты. В отличие от логических адресов IP, которые меняются в зависимости от структуры сети, Физические же адреса сетевых карт неизменны.
На втором уровне, на канальном уровне, находятся также такие вещи, как свитчи, использование разных сетевых платформ и протоколы, которые работают с разными физическими платформами.
Далее самый низкий уровень — физический, на котором находится всё связанное с тем, какими именно электрическими сигналами будет передаваться всё по кабелю, или каковы будут сигналы в оптическом кабеле, или как именно физически будет работать передача по радио.
К сожалению, помнить название уровней нужно ещё и на английском. Седьмой уровень называется по-английски Application Layer. Шестой — это Presentation Layer.
Пятый уровень называется Session. Четвёртый — это Transport Layer. Третий уровень — Network. Второй уровень называется Data Link. И первый уровень называется Physical Layer.
Для зазубривания этих названий предлагаю такой вот способ. Мне лично было удобно выдумать предложение, где каждая первая буква слова совпадает с первой буквой названия уровня.
Слова такие: all people seem to need data processing. Такое предложение проще запомнить, чем просто список названий. Точно так же, составив такое вот предложение, вы можете запомнить список этих названий и на другом языке.
Далее, воплощение протокола OSI с помощью множества протоколов TCP/IP. Понимаете, OSI — это теоретическая модель. Тут не указаны с точностью до цифр всякие разные подробности того, как это всё делать в жизни.
Нет, это только рекомендация в общих чертах о том, что лучше это всё поделить на 7 таких вот уровней. Но в жизни созданы определённые стандарты с точностью до конкретных чисел, с помощью которых реализован OSI.
В американской армии в 60-х годах были созданы конкретные протоколы для каждого уровня. И реализована модель OSI была не с помощью 7 уровней, но с помощью четырех уровней — протоколы TCP/IP.
Это воплощение в жизни модели OSI. В TCP/IP некоторые уровни объединены в один, а именно первые три уровня модели OSI объединены в один уровень.
И этот уровень назван уровнем аппликации, прикладным уровнем. Транспортный уровень так и остался транспортным. Уровень сети стал уровнем, который называется «Интернет» или «Интернетворк».
А уровень 2 и уровень 1 были объединены в уровень, который стал называться «Нетворк интерфейс» или «Медиааксесс». То есть все действия, которые рекомендовалось выполнять на трёх верхних уровнях, были объединены в 1.
И также поступили с двумя нижними уровнями. На английском названия уровней модели TCP/IP такие: «Application», «Transport», «Интернет» и «Медиааксесс».
А теперь давайте посмотрим, какие протоколы у нас имеются на каждом из уровней. И немного углубимся в то, как всё работает.
На верхнем уровне, на прикладном, у нас всё связано с клиентами и серверами, рабочими станциями и серверами. Например, протокол HTTP или протокол HTTPS, а также протокол DNS, который позволяет узнать IP сервера, указав его имя.
И DNS-сервер выполняет функцию такого перевода имени в IP-адрес. А также протокол FTP – файлового сервера тоже находится на этом уровне. А также SSH – это удаленный терминал, удаленное управление компьютером.
А также Telnet, который делает то же самое, но только не зашифрованным образом. А также протокол POP3 и IMAP4 – это протоколы получения почты.
А SMTP – это протокол отправки письма. TFTP – это более навороченный FTP. протокол DHCP, вы наверняка это помните, так раздаются адресы IP, а также протоколы с NMP, управление сетевыми устройствами.
И есть ещё много протоколов на этом уровне. В общем, тут все те протоколы, которые производят или потребляют информацию. А далее эту информацию как таковую на более низком уровне, на уровне 4, нужно упаковать по посылкам согласно одному из двух протоколов, которые находятся на уровне 4.
Например, если наш компьютер хочет отправить запрос DNS, то на четвертом уровне компьютер упакует эту информацию в сегмент TCP и припишет тут такие вещи, как номера портов, порт отправитель и порт адресат, которые являют собой информацию о том, какая программа отправитель и какая
программа адресат. Например, если сегмент DNS, то порт адресата будет порт 53. И таким образом, когда пакет информации придет на компьютер адресат, Там он будет направлен в программу, соответствующую порту 53.
Это программа DNS-сервера. А также у пакета будет указан порт отправителя для того, чтобы знать, куда направить ответ, когда он уже будет компьютером получен.
Вообще номера портов варьируются от 0 до 65535. Только такие значения может принимать номер порта.
Протоколы, находящиеся на 4 уровне, это TCP и UDP. Все, что отправляется с помощью протокола TCP, доходит надежно.