Подумайте обо всех задачах, которые выполняются за кулисами, когда вы взаимодействуете с программой или приложением — таким как интернет—браузер или почтовый клиент — в компьютерной сети. Например, обмениваемые данные должны быть разобраны на пакеты, которые затем передаются по сети и повторно собираются на принимающей стороне. А чтобы обеспечить быструю и безошибочную передачу данных, системе необходимо определить наилучший маршрут для данных, управлять трафиком (всеми данными, проходящими по сети) и выполнять проверки, чтобы убедиться, что пакеты данных прибыли по назначению.

Все эти задачи — и многое другое — возможны благодаря протоколам, которые используют многоуровневый набор инструкций, называемых “слоями”, для определения того, как аппаратное и программное обеспечение в сети взаимодействуют для передачи данных и управления ими.

Первый протокол — продукт исследования и разработки, проводимые DARPA и введенный в середине 1970-х годов — был TCP/IP (Протокол управления передачей/Интернет-протокол). Этот протокол состоит из четырех уровней и лежит в основе всех интернет-приложений. Новым, более общим сетевым протоколом является протокол OSI (Open Systems Interconnection), который включает в себя семь функциональных уровней и определен в стандарте ISO/IEC 7498-1:1994.

Краткое описание семи уровней протокола OSI:

Прикладной слой: Верхний, или прикладной, уровень облегчает взаимодействие между программами или прикладными программами и сетью. Его функции включают в себя определение партнеров по коммуникации и доступность ресурсов. В нем также описываются протоколы для таких приложений, как протокол передачи файлов (FTP), протокол передачи гипертекста (HTTP) и почтовые службы, такие как протокол почтового отделения (POP) и протокол доступа к интернет-сообщениям (IMAP).

Уровень представления: Этот уровень преобразует или форматирует данные между приложением и сетевой службой, что включает сжатие данных и шифрование/дешифрование.

Сессионный уровень: Сеансовый уровень управляет сеансами связи и обеспечивает непрерывный обмен информацией посредством обратных передач между узлами.

Транспортный уровень: Этот уровень создает соединение между узлами и выполняет сегментацию, подтверждение и устранение неполадок.

Сетевой уровень: Данные, передаваемые по сети, передаются в виде сегментов, известных как пакеты. Сетевой уровень собирает (или дизассемблирует) эти пакеты данных и определяет их маршрут по сети, включая функции адресации и управления трафиком.

Уровень канала передачи данных: Этот уровень обеспечивает связь или доступ к шине, чтобы данные могли передаваться между двумя узлами, соединенными физическим уровнем.

Физический уровень: Аппаратное обеспечение, составляющее сеть, называется физическим уровнем. Этот уровень передает и принимает электрические сигналы (биты), которые передаются по сети.

Визуализация протоколов OSI и TCP/IP в виде “слоев” показывает, как каждый уровень зависит от слоя под ним и обслуживает слой над ним.

Когда пользователь взаимодействует с приложением или программой в сети, данные передаются на верхний, или прикладной, уровень, который передает их “вниз” через слои на нижний, или физический, уровень. Физический уровень передает данные на физический уровень на принимающем устройстве или сервере, который передает данные “вверх” на прикладной уровень на принимающем устройстве.

Многие промышленные сети построены на протоколе TCP/IP с проприетарным прикладным уровнем. EtherNet/IP, Modbus TCP и PROFINET, например, используют стандартное оборудование Ethernet (физический уровень и уровень канала передачи данных) и стандартные интернет-протоколы (сетевой и транспортный уровни), но включают проприетарный прикладной уровень.