Dns какой уровень модели osi

OSI Model

The OSI model attempts to deliver a flow of how data gets transported through one point of origin to the destination through various protocols and the network medium.

Let’s now look at how data is transferred from each protocol as the client requests and the server replies →

Client Request

• Data is generated at the client side and travels downward the stack of layers to reach the physical layer.
• Then to get transferred to the server side, it goes through the channel/medium to reach the physical layer of the server.
• The same process goes in upward direction at the client side to reach the application layer and then finally the server itself.

Server Reply

• The server reply data goes from the application layer to the physical layer downwards.
• Transferred through the channel/medium to reach the physical layer of the client.
• Travels upwards to finally hit the client.

Logical Layer-to-Layer Communication

The Client’s application layer generates the data while the application layer at the server side gets the data.

The Client’s presentation layer encrypts and compresses the data, while the server’s presentation layer decrypts and retrieves the data.

The session layer provides the mechanism for opening, closing and managing a session between end-user application processes, i.e., a semi-permanent dialogue.

The client’s transport layer chops down the data, while the receiver’s transport layers puts it back together.

The client’s network layer creates the data packets, while the receiver’s network layer opens up the data packets.

The client’s data link layer creates the frames of data, while the receiver’s data link layer opens up these frames.

Located at the lowest layer of the Open Systems Interconnection (OSI) communications model, the physical layer’s function is to transport data using electrical, mechanical or procedural interfaces.

Application Layer (7)

The application layer is the user’s application like safari or chrome. Application layer consists of those protocols that establish a communication channel among your OS and your application. Example — HTTP, SMTP.

Application data is generated here.

Presentation Layer (6)

The presentation layer provides the conversion/translation of application data. This step is crucial as it ensures that the client’s application data will be understood by the server’s application layer.

Session Layer (5)

The purpose of the session layer is to simply start, manage, terminate the connection between the sender and the receiver.

Transport Layer (4)

The transport layer receives the data from the session layer and breaks it into packets and adds to them information headers like, the port number, the destination IP, and a sequence info so that the receiver can put the data back in order. Example protocols — TCP(transmission control protocol), UDP (user datagram protocol).

Network Layer (3)

The network layer, dominated by the IP (Internet Protocol) is all about IP routing and IP addressing. Here the IP addresses of the sender and receiver is added to the packets.

Data Link Layer (2)

Data Link Layer adds the information like source and destination MAC (media access control) address to each packet corresponding to the NIC (network interface card). A trailer FCS (frame check sequence) is added to each packet and is converted into a frame. The NIC has a job of creating and destroying frames at sender and receiver end respectively.

Physical Layer (1)

The physical layer receives the frames from the Data Link Layer and generates information on bits of electrical impulses or light depending on the medium being optical or electrical.

The OSI Model is not a law but a guideline and is a great method to learn how different network hosts communicate with each other.

Dns какой уровень модели osi

Domain Name System

Разрешение доменных имён

BIND, PowerDNS или Microsoft DNS Server

DNS (англ.  Domain Name System  — система доменных имён) — компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства), получения информации о маршрутизации почты, обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись).

Распределённая база данных DNS поддерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих по определённому протоколу.

Основой DNS является представление об иерархической структуре доменного имени и зонах. Каждый сервер, отвечающий за имя, может делегировать ответственность за дальнейшую часть домена другому серверу (с административной точки зрения — другой организации или человеку), что позволяет возложить ответственность за актуальность информации на серверы различных организаций (людей), отвечающих только за «свою» часть доменного имени.

Начиная с 2010 года, в систему DNS внедряются средства проверки целостности передаваемых данных, называемые DNS Security Extensions (DNSSEC). Передаваемые данные не шифруются, но их достоверность проверяется криптографическими способами. Внедряемый стандарт DANE обеспечивает передачу средствами DNS достоверной криптографической информации (сертификатов), используемых для установления безопасных и защищённых соединений транспортного и прикладного уровней.

Содержание

Ключевые характеристики DNS

DNS обладает следующими характеристиками:

• Распределённость администрирования. Ответственность за разные части иерархической структуры несут разные люди или организации.
• Распределённость хранения информации. Каждый узел сети в обязательном порядке должен хранить только те данные, которые входят в его зону ответственности и (возможно) адреса корневых DNS-серверов.
• Кеширование информации. Узел может хранить некоторое количество данных не из своей зоны ответственности для уменьшения нагрузки на сеть.
• Иерархическая структура, в которой все узлы объединены в дерево, и каждый узел может или самостоятельно определять работу нижестоящих узлов, или делегировать (передавать) их другим узлам.
• Резервирование. За хранение и обслуживание своих узлов (зон) отвечают (обычно) несколько серверов, разделённые как физически, так и логически, что обеспечивает сохранность данных и продолжение работы даже в случае сбоя одного из узлов.

DNS важна для работы Интернета, так как для соединения с узлом необходима информация о его IP-адресе, а для людей проще запоминать буквенные (обычно осмысленные) адреса, чем последовательность цифр IP-адреса. В некоторых случаях это позволяет использовать виртуальные серверы, например, HTTP-серверы, различая их по имени запроса. Первоначально преобразование между доменными и IP-адресами производилось с использованием специального текстового файла hosts, который составлялся централизованно и автоматически рассылался на каждую из машин в своей локальной сети. С ростом Сети возникла необходимость в эффективном, автоматизированном механизме, которым и стала DNS.

DNS была разработана Полом Мокапетрисом в 1983 году; оригинальное описание механизмов работы содержится в RFC 882 и RFC 883. В 1987 публикация RFC 1034 и RFC 1035 изменила спецификацию DNS и отменила RFC 882, RFC 883 и RFC 973 как устаревшие.

Дополнительные возможности

• поддержка динамических обновлений
• защита данных (DNSSEC) и транзакций (TSIG)
• поддержка различных типов информации

Терминология и принципы работы

Ключевыми понятиями DNS являются:

• Доме́н (англ.  domain  — область) — узел в дереве имён, вместе со всеми подчинёнными ему узлами (если таковые имеются), то есть именованная ветвь или поддерево в дереве имен. Структура доменного имени отражает порядок следования узлов в иерархии; доменное имя читается слева направо от младших доменов к доменам высшего уровня (в порядке повышения значимости), корневым доменом всей системы является точка (‘.’), ниже идут домены первого уровня (географические или тематические), затем — домены второго уровня, третьего и т. д. (например, для адреса ru.wikipedia.org домен первого уровня — org, второго wikipedia, третьего ru). На практике точку в конце имени часто опускают, но она бывает важна в случаях разделения между относительными доменами и FQDN (англ.  Fully Qualifed Domain Name , полностью определённое имя домена).
• Поддомен (англ.  subdomain ) — подчинённый домен (например, wikipedia.org — поддомен домена org, а ru.wikipedia.org — домена wikipedia.org). Теоретически такое деление может достигать глубины 127 уровней, а каждая метка может содержать до 63 символов, пока общая длина вместе с точками не достигнет 254 символов. Но на практике регистраторы доменных имён используют более строгие ограничения. Например, если у вас есть домен вида mydomain.ru, вы можете создать для него различные поддомены вида mysite1.mydomain.ru, mysite2.mydomain.ru и т. д.
• Ресурсная запись — единица хранения и передачи информации в DNS. Каждая ресурсная запись имеет имя (то есть привязана к определенному Доменному имени, узлу в дереве имен), тип и поле данных, формат и содержание которого зависит от типа.
• Зона — часть дерева доменных имен (включая ресурсные записи), размещаемая как единое целое на некотором сервере доменных имен (DNS-сервере, см. ниже), а чаще — одновременно на нескольких серверах (см. ниже). Целью выделения части дерева в отдельную зону является передача ответственности (см. ниже) за соответствующий домен другому лицу или организации. Это называется делегированием (см. ниже). Как связная часть дерева, зона внутри тоже представляет собой дерево. Если рассматривать пространство имен DNS как структуру из зон, а не отдельных узлов/имен, тоже получается дерево; оправданно говорить о родительских и дочерних зонах, о старших и подчиненных. На практике, большинство зон 0-го и 1-го уровня (‘.’, ru, com, …) состоят из единственного узла, которому непосредственно подчиняются дочерние зоны. В больших корпоративных доменах (2-го и более уровней) иногда встречается образование дополнительных подчиненных уровней без выделения их в дочерние зоны.
• Делегирование — операция передачи ответственности за часть дерева доменных имен другому лицу или организации. За счет делегирования в DNS обеспечивается распределенность администрирования и хранения. Технически делегирование выражается в выделении этой части дерева в отдельную зону, и размещении этой зоны на DNS-сервере (см. ниже), управляемом этим лицом или организацией. При этом в родительскую зону включаются «склеивающие» ресурсные записи (NS и А), содержащие указатели на DNS-сервера дочерней зоны, а вся остальная информация, относящаяся к дочерней зоне, хранится уже на DNS-серверах дочерней зоны.
• DNS-сервер — специализированное ПО для обслуживания DNS, а также компьютер, на котором это ПО выполняется. DNS-сервер может быть ответственным за некоторые зоны и/или может перенаправлять запросы вышестоящим серверам.
• DNS-клиент — специализированная библиотека (или программа) для работы с DNS. В ряде случаев DNS-сервер выступает в роли DNS-клиента.
• Авторитетность (англ.  authoritative ) — признак размещения зоны на DNS-сервере. Ответы DNS-сервера могут быть двух типов: авторитетные (когда сервер заявляет, что сам отвечает за зону) и неавторитетные (англ.  Non-authoritative ), когда сервер обрабатывает запрос, и возвращает ответ других серверов. В некоторых случаях вместо передачи запроса дальше DNS-сервер может вернуть уже известное ему (по запросам ранее) значение (режим кеширования).
• DNS-запрос (англ.  DNS query ) — запрос от клиента (или сервера) серверу. Запрос может быть рекурсивным или нерекурсивным (см. Рекурсия).

Система DNS содержит иерархию DNS-серверов, соответствующую иерархии зон. Каждая зона поддерживается как минимум одним авторитетным сервером DNS (от англ.  authoritative  — авторитетный), на котором расположена информация о домене.

Имя и IP-адрес не тождественны — один IP-адрес может иметь множество имён, что позволяет поддерживать на одном компьютере множество веб-сайтов (это называется виртуальный хостинг). Обратное тоже справедливо — одному имени может быть сопоставлено множество IP-адресов: это позволяет создавать балансировку нагрузки.

Для повышения устойчивости системы используется множество серверов, содержащих идентичную информацию, а в протоколе есть средства, позволяющие поддерживать синхронность информации, расположенной на разных серверах. Существует 13 корневых серверов, их адреса практически не изменяются. [1]

Протокол DNS использует для работы TCP- или UDP-порт 53 для ответов на запросы. Традиционно запросы и ответы отправляются в виде одной UDP датаграммы. TCP используется для AXFR-запросов.

Рекурсия

Термином Рекурсия в DNS обозначают алгоритм поведения DNS-сервера, при котором сервер выполняет от имени клиента полный поиск нужной информации во всей системе DNS, при необходимости обращаясь к другим DNS-серверам.

DNS-запрос может быть рекурсивным — требующим полного поиска, — и нерекурсивным (или итеративным) — не требующим полного поиска.

Аналогично, DNS-сервер может быть рекурсивным (умеющим выполнять полный поиск) и нерекурсивным (не умеющим выполнять полный поиск). Некоторые программы DNS-серверов, например, BIND, можно сконфигурировать так, чтобы запросы одних клиентов выполнялись рекурсивно, а запросы других — нерекурсивно.

При ответе на нерекурсивный запрос, а также — при неумении или запрете выполнять рекурсивные запросы, — DNS-сервер либо возвращает данные о зоне, за которую он ответствен, либо возвращает адреса серверов, которые обладают большим объёмом информации о запрошенной зоне, чем отвечающий сервер, чаще всего — адреса корневых серверов.

В случае рекурсивного запроса DNS-сервер опрашивает серверы (в порядке убывания уровня зон в имени), пока не найдёт ответ или не обнаружит, что домен не существует. (На практике поиск начинается с наиболее близких к искомому DNS-серверов, если информация о них есть в кэше и не устарела, сервер может не запрашивать другие DNS-серверы.)

Рассмотрим на примере работу всей системы.

Предположим, мы набрали в браузере адрес ru.wikipedia.org. Браузер спрашивает у сервера DNS: «какой IP-адрес у ru.wikipedia.org»? Однако, сервер DNS может ничего не знать не только о запрошенном имени, но даже обо всём домене wikipedia.org. В этом случае сервер обращается к корневому серверу — например, 198.41.0.4. Этот сервер сообщает — «У меня нет информации о данном адресе, но я знаю, что 204.74.112.1 является ответственным за зону org.» Тогда сервер DNS направляет свой запрос к 204.74.112.1, но тот отвечает «У меня нет информации о данном сервере, но я знаю, что 207.142.131.234 является ответственным за зону wikipedia.org.» Наконец, тот же запрос отправляется к третьему DNS-серверу и получает ответ — IP-адрес, который и передаётся клиенту — браузеру.

В данном случае при разрешении имени, то есть в процессе поиска IP по имени:

• браузер отправил известному ему DNS-серверу рекурсивный запрос — в ответ на такой тип запроса сервер обязан вернуть «готовый результат», то есть IP-адрес, либо пустой ответ и код ошибки NXDOMAIN;
• DNS-сервер, получивший запрос от браузера, последовательно отправлял нерекурсивные запросы, на которые получал от других DNS-серверов ответы, пока не получил ответ от сервера, ответственного за запрошенную зону;
• остальные упоминавшиеся DNS-серверы обрабатывали запросы нерекурсивно (и, скорее всего, не стали бы обрабатывать запросы рекурсивно, даже если бы такое требование стояло в запросе).

Иногда допускается, чтобы запрошенный сервер передавал рекурсивный запрос «вышестоящему» DNS-серверу и дожидался готового ответа.

При рекурсивной обработке запросов все ответы проходят через DNS-сервер, и он получает возможность кэшировать их. Повторный запрос на те же имена обычно не идет дальше кэша сервера, обращения к другим серверам не происходит вообще. Допустимое время хранения ответов в кэше приходит вместе с ответами (поле TTL ресурсной записи).

Рекурсивные запросы требуют больше ресурсов от сервера (и создают больше трафика), так что обычно принимаются от «известных» владельцу сервера узлов (например, провайдер предоставляет возможность делать рекурсивные запросы только своим клиентам, в корпоративной сети рекурсивные запросы принимаются только из локального сегмента). Нерекурсивные запросы обычно принимаются ото всех узлов сети (и содержательный ответ даётся только на запросы о зоне, которая размещена на узле, на DNS-запрос о других зонах обычно возвращаются адреса других серверов).

Обратный DNS-запрос

DNS используется в первую очередь для преобразования символьных имён в IP-адреса, но он также может выполнять обратный процесс. Для этого используются уже имеющиеся средства DNS. Дело в том, что с записью DNS могут быть сопоставлены различные данные, в том числе и какое-либо символьное имя. Существует специальный домен in-addr.arpa, записи в котором используются для преобразования IP-адресов в символьные имена. Например, для получения DNS-имени для адреса 11.22.33.44 можно запросить у DNS-сервера запись 44.33.22.11.in-addr.arpa, и тот вернёт соответствующее символьное имя. Обратный порядок записи частей IP-адреса объясняется тем, что в IP-адресах старшие биты расположены в начале, а в символьных DNS-именах старшие (находящиеся ближе к корню) части расположены в конце.

Записи DNS

Записи DNS, или Ресурсные записи (англ. Resource Records, RR) — единицы хранения и передачи информации в DNS. Каждая ресурсная запись состоит из следующих полей:

• имя (NAME) — доменное имя, к которому привязана или которому «принадлежит» данная ресурсная запись,
• TTL (Time To Live) — допустимое время хранения данной ресурсной записи в кэше неответственногоDNS-сервера,
• тип (TYPE) ресурсной записи — определяет формат и назначение данной ресурсной записи,
• класс (CLASS) ресурсной записи; теоретически считается, что DNS может использоваться не только с TCP/IP, но и с другими типами сетей, код в поле класс определяет тип сети [2] ,
• длина поля данных (RDLEN),
• поле данных (RDATA), формат и содержание которого зависит от типа записи.

Наиболее важные типы DNS-записей:

• Запись A (address record) или запись адреса связывает имя хоста с адресом IP. Например, запрос A-записи на имя referrals.icann.org вернет его IP адрес — 192.0.34.164
• Запись AAAA (IPv6 address record) связывает имя хоста с адресом протокола IPv6. Например, запрос AAAA-записи на имя K.ROOT-SERVERS.NET вернет его IPv6 адрес — 2001:7fd::1
• Запись CNAME (canonical name record) или каноническая запись имени (псевдоним) используется для перенаправления на другое имя
• Запись MX (mail exchange) или почтовый обменник указывает сервер(ы) обмена почтой для данного домена.
• Запись NS (name server) указывает на DNS-сервер для данного домена.
• Запись PTR (pointer) или запись указателя связывает IP хоста с его каноническим именем. Запрос в домене in-addr.arpa на IP хоста в reverse форме вернёт имя (FQDN) данного хоста (см. Обратный DNS-запрос). Например, (на момент написания), для IP адреса 192.0.34.164: запрос записи PTR 164.34.0.192.in-addr.arpa вернет его каноническое имя referrals.icann.org. В целях уменьшения объёма нежелательной корреспонденции (спама) многие серверы-получатели электронной почты могут проверять наличие PTR записи для хоста, с которого происходит отправка. В этом случае PTR запись для IP адреса должна соответствовать имени отправляющего почтового сервера, которым он представляется в процессе SMTP сессии.
• Запись SOA (Start of Authority) или начальная запись зоны указывает, на каком сервере хранится эталонная информация о данном домене, содержит контактную информацию лица, ответственного за данную зону, тайминги (параметры времени) кеширования зонной информации и взаимодействия DNS-серверов. (server selection) указывает на серверы для сервисов, используется, в частности, для Jabber и Active Directory.

Зарезервированные доменные имена

Документ RFC 2606 (Reserved Top Level DNS Names — Зарезервированные имена доменов верхнего уровня) определяет названия доменов, которые следует использовать в качестве примеров (например, в документации), а также для тестирования. Кроме example.com , example.org и example.net , в эту группу также входят test , invalid и др.

Интернациональные доменные имена

Доменное имя может состоять только из ограниченного набора ASCII символов, позволяя набрать адрес домена независимо от языка пользователя. ICANN утвердил основанную на Punycode систему IDNA, преобразующую любую строку в кодировке Unicode в допустимый DNS набор символов.

At what layer in the protocol stack does DNS happen? [closed]

This question does not appear to be about a specific programming problem, a software algorithm, or software tools primarily used by programmers. If you believe the question would be on-topic on another Stack Exchange site, you can leave a comment to explain where the question may be able to be answered.

Closed 4 years ago .

The community reviewed whether to reopen this question last month and left it closed:

Original close reason(s) were not resolved

Let’s use a browser as an example. HTTP requests do not need to contain any IP addresses. So would www.example.com be translated into an IP address at the TPC layer?

Seems like DNS is used to tell TCP which IP address to connect to. So does HTTP call DNS?

With this stack:

6 Answers 6

DNS is a protocol that arguably sits at the application-level, but is a separate application in and of itself that makes use of the whole TCP/IP «stack». (LDAP is similar, if that helps «place» DNS.) It’s a fundamental «phone book»-like directory for the Internet and has absolutely nothing specific to do with the HTTP protocol. DNS uses UDP and TCP transport to query other distributed DNS servers to answer client questions like «what IP addresses are associated with the name www.google.com?». Once a client application, like a web browser, has an IP address with which to connect, DNS is then out of the picture. The browser opens up a TCP connection to the IP address and then initiates the HTTP protocol over that TCP transport session to talk web stuff.

In OSI stack terms, DNS runs in parallel to HTTP in the Application Layer (layer 7).

DNS is in effect an application that is invoked to help out the HTTP application, and therefore does not sit «below» HTTP in the OSI stack.

DNS itself also makes use of UDP and more rarely TCP, both of which in turn use IP.

Что происходит, когда вводишь url, или как работает интернет

Об этом спрашивают на собеседованиях. Структурированное понимание этого может помочь вам, даже если вы давно строите сложные архитектурные процессы или кодите 20-ый год подряд. Я — программист уже много лет, последние пару из которых пишу на Go в Каруне. Работа работой, а внутренний исследователь не дремлет. И вот я наконец-то решил привести в порядок информацию, разбросанную по разным закоулкам чертогов разума, по добротным книгам и статьям на тему сетевых технологий.

Хочу представить краткую выжимку о работе протоколов. А если тема окажется интересной, могу продолжить работать с ней более детально. Рассмотрим простейший пример: вы ввели некоторый url в адресную строку. Поехали.

The Open Systems Interconnection model (OSI)

Для начала придётся упомянуть семиуровневую модель OSI, с которой, возможно, каждый из вас знаком не понаслышке. Эталонная модель взаимодействия открытых систем является абстракцией, которая связывает и стандартизирует взаимодействие открытых систем. Она не описывает никакие используемые протоколы, а только определяет, какие функции выполняет каждый из её уровней. В основе любого сетевого взаимодействия лежит данная модель. Для привычного нам интернета схема OSI и соответствующие ей протоколы чаще всего имеют следующий вид:

Эталонная модель OSI и соответствие ей протоколов Интернета

Некоторые уровни могут отсутствовать и/или объединяться. Рассматривать работу схемы начнём с верхнего уровня — с того самого ввода адреса в адресную строку.

Прикладной уровень, HTTP

Прикладной уровень в модели OSI нужен для взаимодействия пользовательских приложений с сетью. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, называется сообщением. В описываемой системе уровень представлен протоколом HTTP. При вводе адреса google.com ваш браузер формирует HTTP сообщение, которое состоит из строки запроса, тела сообщения и заголовков со служебной информацией — такой как версия протокола, контрольная сумма сообщения, и т.д. Далее задача в том, чтобы передать HTTP-сообщение на следующий уровень — представления, если это HTTPS, или на TCP, если это HTTP.

Уровень представления, SSL (TLS)

Уровень представления отвечает за кодирование/декодирование, а также за шифрование/дешифрование данных. Благодаря этому уровню информация, передаваемая одной системой, всегда понятна другой системе.

Если сервер, к которому вы посылаете запрос, работает на протоколе HTTPS, то в него включён протокол защиты данных — SSL. SSL развивался до версии 3.0. Потом на основе него был создан TLS, который сейчас используется везде и гарантирует безопасность соединения. Принцип работы протокола базируется на ассиметричном шифровании и для создания безопасного канала связи оперирует такими понятиями как публичный ключ, приватный ключ, сеансовый ключ.

Ваш браузер и сервер заново создают защищённое соединение при каждом открытии сайта. Как же это работает? Для начала браузер создаёт запрос на запрашиваемый адрес, чтобы узнать есть ли у него SSL-сертификат. В ответ на запрос он получает информацию и публичный ключ, с полученной информацией делает запрос в центр сертификации (адреса центров сертификации уже есть в вашем браузере по умолчанию). Если информация подтверждается, ваш браузер генерирует сеансовый ключ, зашифровывает его публичным ключом и отправляет на сервер. Сервер расшифровывает сообщение с помощью приватного ключа и сохраняет сеансовый ключ. После этого соединение можно считать установленным — при общении клиента и сервера используется для шифрования сеансовый ключ. И «общение» между клиентом и сервером переходит на симметричное шифрование с помощью сгенерированного сеансового ключа.

Транспортный уровень, TCP

Транспортный уровень по определению обеспечивает передачу данных со степенью надёжности, которая требуется приложениям. В сети Интернет, в рассматриваемом взаимодействии, этот уровень представлен протоколом TCP, задача которого — надёжно доставить HTTP(S)-сообщение в пункт назначения. Единица данных как для TCP уровня, так и для следующего (IP) носит название пакет.

Операционная система, получив HTTP-сообщение от браузера, должна «встроить» его в пакет протокола нижележащего уровня — TCP. Такой процесс встраивания называется инкапсуляцией. Операция эта осуществляется на каждом уровне: пакеты вышележащего уровня инкапсулируются в пакеты нижележащего. И на самом нижнем уровне мы получаем информационную “матрёшку” с вложенными друг в друга пакетами, со служебной информацией в виде заголовков, добавленных на каждом уровне:

Формируются TCP-пакеты чаще всего в ядре операционной системы. Вся прелесть протокола TCP — в надёжности доставки. Использование этого протокола предусматривает установление так называемого логического соединения между двумя конечными узлами сети (перед этим, естественно, такое соединение нужно согласовать). Надёжную доставку пакетов протокол TCP обеспечивает посредством нумерации пакетов, подтверждения их передачи квитанциями, а также контроля правильного порядка пакетов. Схема установления логического соединения, передачи данных и разрыва соединения представлена на рисунке ниже:

Работа хостов с помощью логического соединения

Сетевой уровень, IP

Сетевой уровень в общем случае нужен для образования единой транспортной системы, которая объединяет несколько сетей. Сети, кстати, могут иметь разные стеки протоколов. Также на этом уровне определяется маршрут пересылки пакетов от отправителя к получателю.

По ходу перемещения IP-пакета по сети маршрутизаторы передают пакеты от одной сети к другой или же на конечный узел-получатель. Данный протокол не занимается установлением соединения, не контролирует целостность данных, не гарантирует доставку и не отвечает за их достоверность, то есть реализует политику доставки «по возможности». Всё это бремя возложено на вышележащий протокол — TCP. Получив TCP-пакет, ОС инкапсулирует его в IP-пакет, добавляет в него свои параметры и передаёт далее.

Для того чтобы отправить какие-то данные серверу в IP-пакете, нужно узнать его IP-адрес. Для этого есть специальный протокол DNS, с помощью которого делается отдельный от основного запрос. Запрос этот называется DNS-запросом, и посылается он на специальный DNS сервер — его адрес заведомо известен и прописал в настройках вашей операционной системы. DNS-протокол — это представитель протокола прикладного уровня. Кратко его работу можно описать так:

Клиент создает DNS-сообщение, добавляя неизвестный URL в раздел вопроса этого сообщения.

Сообщение DNS инкапсулируется в UDP-дейтаграмму протокола UDP транспортного уровня.

UDP-дейтаграмма инкапсулируется в IP-пакет данных с IP-адресом назначения DNS-сервера и отправляется на DNS-сервер.

DNS-сервер возвращает запись ресурса, в которой указан IP-адрес URL.

Строго говоря, запрос этот выполняется не всегда. Так как вначале браузер проверяет соответствие IP адреса и домена в своем кэше (для chrome это chrome://net-internals/#dns). Затем, если соответствия не найдено, браузер обращается к операционной системе, которая ищет информацию в системном файле hosts. И только в случае, если ничего не найдено в этом файле, посылается запрос DNS. Полученный адрес уже можно указать в формируемом IP-пакете основного запроса.

Физический и канальный уровни, Ethernet

Канальный уровень (также — уровень передачи данных) необходим для передачи сырых данных физического уровня по надежной линии связи. Основная задача на этом уровне — обнаружение и коррекция ошибок. Также он может исправлять ошибки за счёт повторной передачи поврежденных кадров. Канальный уровень тоже должен проверить доступность среды — можно ли выполнять пересылку данных в конкретный момент. Иногда эту функцию выделяют в отдельный подуровень управления доступом к среде (MAC).

Физический уровень отвечает за передачу потока битов по каналам физической связи (коаксиальные кабеля, оптоволокно, витая пара). Со стороны компьютера функции физического уровня выполняет сетевой адаптер или COM-порт. На этом уровне есть только поток битов и ничего более: протокол «не задумывается» об информации, которую он передаёт.

В нашем случае протокол Ethernet объединяет эти два уровня. Ethernet оперирует единицей данных, которая называется кадр. Для физического уровня нет никакого анализа информации, которая передаётся. Для передачи данных между узлами протокол работает по схеме с коммутацией пакетов, то есть сеть ведёт себя менее «ответственно», не создавая для абонентов отдельных каналов связи. Данные могут задерживаться и даже теряться. Поэтому ошибки на этом уровне не исправляются. Это опять же возложено на протокол верхнего уровня — TCP.

Для физического уровня Ethernet описывается стандартом группы IEEE 802.3, который определяет физические характеристики канала связи. Например, какой кабель будет использоваться для передачи данных: витая пара, коаксиальный кабель или оптоволокно. Тут же определяется вид кодирования и модуляции сигнала. Технические характеристики каждого стандарта хорошо описаны в данной статье. Например, спецификация 100Base-T определяет в качестве используемого кабеля витую пару, с максимальной длинной физического сегмента 100 метров и манчестерским кодом для данных в кабеле.

Путь пакета

На следующей схеме представлена схема взаимодействия узлов сети. Наш пакет выходит из конечного узла слева, проходя через концентраторы, коммутаторы (работающие на канальном уровне) и маршрутизаторы, работающие на сетевом уровне:

Общая схема взаимодействия узлов сети

Как видно из схемы, концентратор работает с данными на физическом уровне, но в настоящее время они вытеснены сетевыми коммутаторами, умеющими работать на канальном и физическом уровнях.

Совершив путь от одного конечного узла до другого, он распаковывается в обратном порядке: из Ethernet-кадра вытаскивается IP-пакет, из него, в свою очередь, TCP-пакет. Получив в конечном счёте HTTP-сообщение и считав с него нужную информацию, сервер формирует и посылает ответное HTTP-сообщение. Оно, в свою очередь, также проходит через каждый уровень и возвращается в виде ответа клиенту, распаковывается каждым уровнем, и мы видим заветную информацию на экране.

Конечно, это краткий обзор того, что происходит в сети Интернет на примере HTTP-запроса. Существует много деталей, которые не вошли в эту статью, дабы не растягивать её до бесконечности, но, надеюсь, войдут в будущие мои обзоры.

Книги, которые помогли мне. Рекомендую и вам:

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы — СПб.: Питер, 2018. — 992

Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сет — СПб.: Питер, 2020. — 960 с.: ил.