Фізичний рівень

Фізичний рівень (Physical layer) має справи з передачею бітів по фізичних каналах зв'язку, таким, як коаксіальний кабель, кручена пара, оптоволоконий кабель або цифровий територіальний канал. До цього рівня мають відношення характеристики фізичних середовищ передачі даних, такі як смуга пропускання, перешкодозахищеність, хвильовий опір і інші. На цьому ж рівні визначаються характеристики електричних сигналів, що передають дискретну інформацію, таку як крутість фронтів імпульсів, рівні напруги або струму переданого сигналу, тип кодування, швидкість передачі сигналів. Крім того, тут стандартизуються типи роз’ємів і призначення кожного контакту.

Функції фізичного рівня:

• передача бітів по фізичних каналах;
• формування електричних сигналів;
• кодування інформації;
• синхронізація;
• модуляція.

Реалізується апаратно.

Функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптером або послідовним портом.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 100Base-TX технології Ethernet, що визначає в якості середовища передачі даних неекрановану кручену пару категорії 5 із хвильовим опором 100 Ом, роз’єм RJ-45, максимальну довжину фізичного  сегмента 100 метрів, а також деякі інші характеристики середовища й електричних сигналів.

Канальний рівень

На фізичному рівні просто пересилаються біти. При цьому не враховується, що в тих мережах, у яких лінії зв'язку використовуються (розділяються) поперемінно декількома парами взаємодіючих комп'ютерів, фізичне середовище передачі може бути зайняте.

Тому однієї із завдань канального рівня (Data Link layer) є перевірка доступності середовища передачі. Інше завдання канального рівня - реалізація механізмів виявлення й корекції помилок. Для цього на канальному рівні  біти групуються в набори, називані кадрами (frames).

Канальний рівень забезпечує коректність передачі кожного кадру поміщаючи спеціальну послідовність біт у початок і кінець кожного кадру, для його виділення, а також обчислює контрольну суму, обробляючи всі байти кадру певним способом, і додає контрольну суму до кадру. Канальний рівень може не тільки виявляти помилки, але й виправляти їх за рахунок повторної передачі ушкоджених кадрів. Необхідно відзначити, що функція виправлення помилок для канального рівня не є обов'язкової, тому в деяких протоколах цього рівня вона відсутня, наприклад в Ethernet і Frame Relay.

Реалізується апаратно.

Мережний рівень

Мережний рівень (Network layer) служить для утворення єдиної транспортної системи, що поєднує кілька мереж, причому ці мережі можуть використовувати зовсім різні принципи передачі повідомлень між кінцевими вузлами й мати довільну структуру зв'язків. Функції мережного рівня досить різноманітні.

На мережному рівні сам термін мережа наділяють специфічним значенням. У цьому випадку під мережею розуміється сукупність комп'ютерів, з'єднаних між собою відповідно до однієї зі стандартних типових топологій і , що використовують для передачі даних один із протоколів канального рівня, певний для цієї топології.

Повідомлення мережного рівня прийнято називати пакетами (packets). При організації доставки пакетів на мережному рівні використовується поняття «номер мережі». У цьому випадку адреса одержувача складається зі старшої частини - номера мережі й молодшої - номера вузла в цій мережі. Всі вузли однієї мережі повинні мати ту саму старшу частину адреси, тому терміну «мережа» на мережному рівні можна дати й інше, більше формальне визначення: мережа - це сукупність вузлів, мережна адреса яких містить той самий номер мережі.

На мережному рівні визначаються два види протоколів:

1.     мережні протоколи (routed protocols) - реалізують просування пакетів через мережу. Саме ці протоколи звичайно мають на увазі, коли говорять про протоколи мережного рівня. Однак часто до мережного рівня відносять і інший вид протоколів, називаних протоколами обміну маршрутною інформацією або просто протоколами маршрутизації (routing protocols).

2.     протоколи вирішення адрес - Address Resolution Protocol, ARP, які відповідають за відображення адреси вузла, використовуваного на мережному рівні, у локальну адресу мережі.

Прикладами протоколів мережного рівня є протокол міжмережної взаємодії IP стека TCP/IP і протокол межмережевого обміну пакетами IPX стека Novell.

Транспортний рівень

Транспортний рівень (Transport layer) забезпечує додаткам або верхнім рівням стека - прикладному й сеансовому - передачу даних з тим ступенем надійності, що їм потрібно. Модель OSI визначає п'ять класів сервісу, надаваних транспортним рівнем. Ці види сервісу відрізняються якістю надаваних послуг: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів націлити декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне - здатністю до виявлення й виправлення помилок передачі, таких як перекручування, втрата й дублювання пакетів.

Основні завдання транспортного рівня:

1. розбивка повідомлення сеансового рівня на пакети, їхня нумерація;
2. буферизація прийнятих пакетів;
3. впорядочення пакетів, що прибувають;
4. адресація прикладних процесів;
5. керування потоком.

Як правило, всі протоколи, починаючи із транспортного рівня й вище, реалізуються програмними засобами кінцевих вузлів мережі - компонентами їх мережних операційних систем. Як приклад транспортних протоколів можна привести протоколи TCP і UDP стека TCP/IP і протокол SPX стека Novell.

Сеансовий рівень

Сеансовий рівень (Session layer) забезпечує керування діалогом: фіксує, яка зі сторін є активною в даний момент, надає засоби синхронізації. Останні дозволяють вставляти контрольні точки в довгі передачі, щоб у випадку відмови можна було повернутися назад до останньої контрольної точки, а не починати все спочатку. На практиці деякі додатки використовують сеансовий рівень, і він рідко реалізується у вигляді окремих протоколів, хоча функції цього рівня часто поєднують із функціями прикладного рівня й реалізують в одному протоколі.

Основні завдання сеансового рівня:

1. встановлення способу обміну повідомленнями (дуплексний або напівдуплексний);

2. синхронізація обміну повідомленнями;

3. організація "контрольних точок" діалогу.

Представницький рівень

Представницький рівень (Presentation layer) має справу з формою подання переданої по мережі інформації, не міняючи при цьому її змісту. За рахунок рівня подання інформація, передана прикладним рівнем однієї системи, завжди зрозуміла прикладному рівню іншої системи. За допомогою засобів даного рівня протоколи прикладних рівнів можуть перебороти синтаксичні розходження в поданні даних або ж розходження в кодах символів, наприклад кодів ASCII і EBCDIC. На цьому рівні може виконуватися шифрування й дешифрування даних, завдяки якому таємність обміну даними забезпечується відразу для всіх прикладних служб. Прикладом такого протоколу є протокол Secure Socket Layer (SSL), що забезпечує секретний обмін повідомленнями для протоколів прикладного рівня стека TCP/IP.

Основні завдання представницького рівня:

1. перетворення даних із зовнішнього формату у внутрішній;
2. шифрування й розшифровка даних.

Прикладний рівень

Прикладний рівень (Application layer) - це в дійсності просто набір різноманітних протоколів, за допомогою яких користувачі мережі одержують доступ ресурсів, що розділяються, таким як файли, принтери або гіпертекстові Web-сторінки, а також організують свою спільну роботу, наприклад, за допомогою протоколу електронної пошти. Одиниця даних, який оперує прикладний рівень, звичайно називається повідомленням (message).

Основні завдання прикладного  рівня:

1. ідентифікація, перевірка прав доступу;
2. принт- і файл-сервіс, пошта, вилучений доступ і т.д.

Крім моделі OSI, існує також модель IEEE Project 802, прийнята в лютому 1980 року (звідси й число 802 у назві), яку можна розглядати як модифікацію, розвиток, уточнення моделі OSI. Стандарти, обумовлені цією моделлю (так звані 802-специфікації), діляться на дванадцять категорій, кожної з яких привласнений свій номер.

• 802.1 - об'єднання мереж.
• 802.2 - керування логічним зв'язком.
• 802.3 - локальна мережа з методом доступу CSMA/CD і топологією «шина» (Ethernet).
• 802.4 - локальна мережа з топологією «шина» і маркерним доступом.
• 802.5 - локальна мережа з топологією «кільце» і маркерним доступом.
• 802.6 - міська мережа (Metropolitan Area Network, MAN).
• 802.7 - широкомовна технологія.
• 802.8 - оптоволоконна технологія.
• 802.9 - інтегровані мережі з можливістю передачі мови й даних.
• 802.10 - безпека мереж.
• 802.11 - бездротова мережа.
• 802.12 - локальна мережа із централізованим керуванням доступом по пріоритетах запитів і топологією «зірка» (100VG-AnyLAN).

Стандарти 802.3, 802.4, 802.5, 802.12 прямо ставляться до підрівню MAC другого (канального) рівня еталонної моделі OSI. Інші 802-специфікації вирішують загальні питання мереж.