Как работают сетевые устройства согласно сетевой модели OSI

Коротко о статье

Статья объясняет работу сетевых устройств на разных уровнях эталонной модели OSI с помощью схематичных рисунков. Из неё можно понять, как данные проходят от приложения до физической среды и как устройства обрабатывают сигналы, фреймы и пакеты.

Главное

• Передача данных между компьютерами начинается на уровне приложений и заканчивается на физическом уровне через сетевую карту.
• Сетевая карта преобразует фреймы в биты и обратно, обеспечивая обмен данными по физической среде.
• Повторитель и концентратор действуют на физическом уровне: принимают сигнал и пересылают его во все активные порты.
• Сетевой мост и коммутатор работают на канальном уровне: декапсулируют сигнал в фреймы, проверяют контрольную сумму и MAC-адрес, используют коммутируемую таблицу.
• Маршрутизатор функционирует на сетевом уровне: из фреймов формирует пакет, анализирует IP-адрес назначения и по таблице маршрутизации выбирает путь.
• В заключении все устройства объединены на одной схеме для наглядного представления их взаимодействия.

Термины и технологии

• инкапсулирование данных
• сетевая карта
• фрейм
• биты
• MAC-адрес
• IP адрес

Кому полезно: Инженерам АСУ ТП, изучающим основы сетевых технологий и работу устройств по модели OSI.

По теме на сайте

• Статья Как отобразить биты на мнемосхеме без распаковки и лишних каналов | SCADA Симплайт

Выжимка составлена редакцией сайта с помощью ИИ по тексту статьи.

Для облегчения понимания работы всех сетевых устройств, касательно уровней сетевой эталонной модели OSI, Я сделал схематичные рисунки с небольшими комментариями.

Для начала вспомним уровни эталонной сетевой модели OSI и инкапсулирование данных.

Посмотрите, как происходит передача данных между двумя соединенными компьютерами. Заодно Я выделю работу сетевой карты на компьютерах, т.к. именно она является сетевым устройством, а компьютер – в принципе нет. (Все картинки кликабельны — для увеличения картинки кликните по ней.)

Приложение на компьютере PC1 отправляет данные другому приложению находящемуся на другом компьютере PC2. Начиная с верхнего уровня (уровень приложений) данные направляются к сетевой карте на канальный уровень. На нём сетевая карта преобразует фреймы в биты и отправляет в физическую среду (например, кабель витую пару). На другой стороне кабеля поступает сигнал, и сетевая карта компьютера PC2 принимает эти сигнала, распознавая их в биты и формируя из них фреймы. Данные (содержащиеся в фреймах) декапсулируются к верхнему уровню, и когда доходят до уровня приложений, соответствующая программа на компьютере PC2 получает их.

Повторитель. Концентратор.
Репитер и концентратор работают на одном и том же уровне, поэтому касательно сетевой модели OSI они изображаются одинаково. Для удобства представлений сетевых устройств будем их отображать между нашими компьютерами.

Репитер и концентратор устройства первого (физического) уровня. Они принимают сигнал, распознают его, и пересылают сигнал далее во все активные порты.

Сетевой мост. Коммутатор.
Сетевой мост и коммутатор тоже работают на одном уровне (канальном) и изображаются они соответственно одинаково.

Оба устройства уже второго уровня, поэтому помимо распознавания сигнала (подобно концентраторам на первом уровне) они декапсулируют его (сигнал) в фреймы. На втором уровне сравнивается контрольная сумма трейлера (прицепа) фрейма. Затем из заголовка фрейма узнаётся MAC-адрес получателя, и проверяется его наличие в коммутируемой таблице. Если адрес присутствует, то фрейм обратно инкапсулируется в биты и отправляется (уже в виде сигнала) на соответствующий порт. Если адрес не найден, происходит процесс поиска этого адреса в подключенных сетях.

Маршрутизатор.

Как Вы видите, маршрутизатор (или роутер) – это устройство третьего уровня. Вот как примерно роутер функционирует: На порт поступает сигнал, и роутер распознаёт его. Распознанный сигнал (биты) формируют фреймы (кадры). Сверяется контрольная сумма в трейлере и MAC-адрес получателя. Если все проверки прошли успешно, фреймы формируют пакет. На третьем уровне маршрутизатор исследует заголовок пакета. В нем присутствует IP адрес пункта назначения (получателя). На основе IP-адреса и собственной таблицы маршрутизации роутер выбирает наилучший путь следования пакеты к получателю. Выбрав путь, роутер инкапсулирует пакет в фреймы, а затем в биты и отправляет их в виде сигналов на соответствующий порт (выбранный в таблице маршрутизации).

Заключение
В заключении Я объединил все устройства в одной картинке.

Теперь у Вас достаточно знаний, чтобы определить какие устройства и как работают. Если у Вас остались вопросы, задавайте их мне и в ближайшее время Вам или Я или другие пользователи непременно помогут.

Источник: http://infocisco.ru/works_network_devices.html