Qatlamlar - OSI va TCP/IP modeli

Bir kompyuterdan ikkinchisiga xabar yuborish uchun juda ko'p narsa kerak: elektr signali, qo'shni qurilmani topish, uzoq tarmoqqa yo'l topish, yo'qolgan paketni qayta yuborish, matnni to'g'ri tushunish.

Bularning hammasini bitta dasturga yozib bo'lmaydi. Shuning uchun ular qatlamlarga bo'lingan.

Nima uchun qatlam? #

Qatlamning asosiy foydasi - almashtirish erkinligi. Wi-Fi dan simli tarmoqqa o'tsangiz, brauzeringiz buni sezmaydi ham.

Har qatlam faqat o'zidan pastdagiga tayanadi va faqat o'zidan yuqoridagiga xizmat qiladi. Pastdagi qatlam qanday ishlashi yuqoridagini umuman qiziqtirmaydi.

Yetti qatlam nima qiladi? #

O'rash (inkapsulyatsiya) #

Har qatlam yuqoridan olgan ma'lumotga o'z sarlavhasini qo'shadi va pastga uzatadi. Bu jarayon o'rash deb ataladi.

malumot = b"GET / HTTP/1.1"

# Har qatlam o'z sarlavhasini ma'lumotning OLDIGA qo'shadi
tcp = b"[TCP 5000>80]" + malumot
ip = b"[IP 10.0.0.5>93.184.216.34]" + tcp
kadr = b"[ETH aa:bb>cc:dd]" + ip + b"[CRC]"

for nom, bayt in [("ilova", malumot), ("TCP", tcp),
                  ("IP", ip), ("Ethernet", kadr)]:
    print(f"{nom:9} {len(bayt):3} bayt")

qoshimcha = len(kadr) - len(malumot)
print()
print("foydali ma'lumot:", len(malumot), "bayt")
print("sarlavhalar:     ", qoshimcha, "bayt")
print("sarlavha ulushi: ", f"{qoshimcha * 100 // len(kadr)}%")

print()
print("simdan ketadigan kadr:")
matn = kadr.decode()
for i in range(0, len(matn), 56):
    print("  " + matn[i:i + 56])

ilova      14 bayt
TCP        27 bayt
IP         54 bayt
Ethernet   76 bayt

foydali ma'lumot: 14 bayt
sarlavhalar:      62 bayt
sarlavha ulushi:  81%

simdan ketadigan kadr:
  [ETH aa:bb>cc:dd][IP 10.0.0.5>93.184.216.34][TCP 5000>80
  ]GET / HTTP/1.1[CRC]

Oxirgi ikki qator - bu bitta uzluksiz bayt oqimi. Uni o'qish uchun ikkiga bo'ldik, aslida simdan bir butun holda o'tadi.

Qabul qiluvchi tomonda hamma narsa teskari boradi: har qatlam o'z sarlavhasini olib tashlaydi va qolganini yuqoriga uzatadi. Buni ochish (dekapsulyatsiya) deyiladi.

Qatlamlarni soketda ko'rish #

Python soketi bir vaqtning o'zida bir necha qatlam haqida ma'lumot beradi:

import socket

PORT = 9100

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
server.bind(("127.0.0.1", PORT))
server.listen(1)

mijoz = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
mijoz.connect(("127.0.0.1", PORT))
ulanish, _ = server.accept()

mahalliy = mijoz.getsockname()    # mijozning o'z manzili
uzoq = mijoz.getpeername()        # u ulangan manzil

print("4. Ilova    : matnni biz hal qilamiz - HTTP, SMTP, o'zimizniki")
print("3. Transport: TCP, manzil porti =", uzoq[1])
print("   mijoz porti tizim bergan vaqtinchalik port:",
      mahalliy[1] >= 1024)
print("2. Tarmoq   : IP", mahalliy[0], "->", uzoq[0])
print("1. Kanal    : loopback - haqiqiy tarmoq kartasi ishlatilmaydi")

print()
print("soket oilasi AF_INET (IPv4) mi:", server.family == socket.AF_INET)
print("soket turi SOCK_STREAM (TCP) mi:", server.type == socket.SOCK_STREAM)

mijoz.close()
ulanish.close()
server.close()

4. Ilova    : matnni biz hal qilamiz - HTTP, SMTP, o'zimizniki
3. Transport: TCP, manzil porti = 9100
   mijoz porti tizim bergan vaqtinchalik port: True
2. Tarmoq   : IP 127.0.0.1 -> 127.0.0.1
1. Kanal    : loopback - haqiqiy tarmoq kartasi ishlatilmaydi

soket oilasi AF_INET (IPv4) mi: True
soket turi SOCK_STREAM (TCP) mi: True

AF_INET - 3-qatlam tanlovi (IPv4), SOCK_STREAM - 4-qatlam tanlovi (TCP). Ikkita satr, ikkita qatlam.

Har qatlamning o'z "paketi" bor #

Bir xil ma'lumot har qatlamda boshqacha ataladi:

Suhbatda "paket" so'zi ko'pincha hammasiga nisbatan ishlatiladi. Lekin hujjat yozayotganda aniq atamani tanlash kerak.

Xulosa #

• Tarmoq qatlamlarga bo'lingan: har qatlam bitta masalani yechadi.
• Qatlamning foydasi - birini almashtirganda qolganlari o'zgarmaydi.
• OSI - yetti qatlamli nazariy model, atamalar manbai.
• TCP/IP - to'rt qatlamli amaliy model, haqiqiy internet shunga qurilgan.
• O'rash: har qatlam ma'lumot oldiga o'z sarlavhasini qo'shadi.
• Qabul qilishda teskari jarayon - har qatlam o'z sarlavhasini olib tashlaydi.
• Sarlavhalar bepul emas: kichik xabarda ular hajmning ko'p qismini egallaydi.
• Har qatlamda o'z atamasi bor: xabar, segment, paket, kadr, bit.
• AF_INET tarmoq qatlamini, SOCK_STREAM transport qatlamini tanlaydi.
• Qatlamlar chegarasini buzgan yechimlar (NAT kabi) keyinchalik muammo tug'diradi.

Keyingi bo'limda eng pastki amaliy qatlamdan boshlaymiz: Ethernet, MAC manzil va ARP.