آموزش نتورک پلاس (+Network) – معرفی مدل OSI و لایه‌های شبکه

همانطور که برای ساخت یک ساختمان شما نیاز به یک نقشه دارید تا بدانید جای هرچیز کجاست مثلا مسیر برق ساختمان از کجا می گذرد ، درها کجا هستند ، راه ورود و خروج کجاست و هر واحد در کدام طبقه ساختمان قرار دارد در شبکه نیز لازم است بدانید ارتباط شبکه شما چه مسیری را طی می کند و در هر مسیری چه اتفاقی برای داده های شما می افتد. این کار به دو صورت به شما کمک می کند:

• درک خوبی از شبکه و تبادل های شبکه ای بدست می آورید.
• در صورت بروز مشکل می دانید باید در کجا دنبال مشکل بگردید.

مدل OSI یا Open System Interconnection یک مدل مرجع برای ارتباط بین دو کامپیوتر می باشد که در سال ۱۹۸۰ طراحی گردیده است. هر چند امروزه تغییراتی درآن به وجود آمده اما هنوز هم کاربردهای فراوانی در اینترنت و به خصوص در معماری پایه شبکه دارد. هدف عمده این مدل، ارائه استانداردی به تولید کنندگان محصولات شبکه ای به منظور تولید محصولاتی سازگار با سایر تولید کنندگان است (جهت امکان کار با یکدیگر). این مدل بر اساس لایه بندی قراردادهای برقراری ارتباط که همزمان روی دو سیستم مرتبط اجرا شده اند پایه ریزی شده است که این امر بسیار سرعت و دقت ارتباط را افزایش می دهد. مدل مرجع TCP/IP که در مقاله بعدی به شما معرفی می شود، بصورت کاربردی بیشتر از OSI مورد استفاده قرار می گیرد اما بعنوان مدل درسی و مدل تئوری برای یادگیری مورد استفاده قرار نمی گیرد. این قراردادها بصورت طبقه طبقه در هفت لایه تنظیم شده اند که در زیر بررسی خواهند شد.

معرفی 7 لایه مدل OSI در شبکه

لایه هفتم Application layer یا لایه کاربردی

این لایه رابط بین کاربر و سیستم عامل محسوب می شود و همانطور که از اسمش پیداست ، شما بوسیله این لایه با نرم افزارهای کاربردی ارتباط برقرار می کنید برای مثال شما وقتی از نرم افزار Internet Explorer یا IE برای ارسال درخواست باز کردن صفحه وبی مانند گوگل استفاده می کنید در حقیقت ار پروتکل HTTP برای ارسال درخواست خود توسط این نرم افزار اسفاده کرده اید که همه اینها در لایه هفتم از مدل OSI فعالیت می کنند . این لایه تنها لایه ای است که کاربر می تواند آن را بصورت ملموس حس کند و با آن ارتباط برقرار کند. از نمونه پروتکلهایی که در این لایه فعالیت می کنند می توان به HTTP ، FTP ، TELNET ، SNMP ، POP3 و مشابه آنها اشاره کرد.

لایه ششم Presentation layer یا لایه نمایش

همانطور که از اسم این لایه پیداست نحوه نمایش اطلاعات را به ما نشان می دهد . بعنوان مثال در این لایه تعیین می شود که اطلاعات چگونه رمز نگاری شود یا چگونه فشرده سازی شود . در این لایه قالب بندی داده ها انجام می شود و همچنین کپسوله سازی اطلاعات جهت ارسال در شبکه و هماهنگی با سیستم عامل جهت شیوه یا نوع ارسال اطلاعات تعین می شود.

لایه پنجم Session layer یا لایه نشست

در هنگام برقراری یک ارتباط بین دو کامپیوتر اصطلاحا یک جلسه یا نشست برقرار می شود. همانطور که در یک جلسه یک منشی جلسه وجود دارد که زمان شروع ، اطلاعاتی که در جلسه قرار است مطرح شود ، مدت زمان جلسه و زمان پایان آن را تعین می کند در کامپیوتر نیز این لایه وظیفه مدیریت این نشست بین کامپیوترها را بر عهده دارد . در حقیقت این لایه ۳ وطیفه بر عهده دارد که به ترتیب :

1. make یا ایجاد کردن جلسه
2. maintain یا مدیریت جلسه
3. terminate یا پایان دادن به جلسه را بر عهده دارد .

لایه چهارم Transport layer یا لایه انتقال

این لایه یک اتصال منطقی ( و نه فیزیکی ) نقطه به نقطه بین دو پایانه ارتباط مثلا بین دو دستگاه کامپیوتر ایجاد می کند . در این لایه دو روش برای این کار وجود دارد:

اتصال گرا ( connection-oriented ) : که مربوط به ارسال در پروتکل تی سی پی ( TCP ) است . در این پروتکل که اتصال گرا می‌باشد وظیفه کنترل جریان با قابلیت اعتماد بالا را دارد.

غیر اتصال گرا ( connectionless ) : که مربوط به ارسال در پروتکل یو دی پی ( UDP ) است . ( این پروتکل غیر متصل می‌باشد و برخلاف TCP از سرعت بالا تری برخوردار است، اما قابلیت اعتماد آن کمتر است. بعدا مفصل به این ۲ پروتکل می پردازیم . )

لایه سوم  Network layer یا لایه شبکه یا Router layer یا IP address layer

پروتکل معروف IP در این لایه کار می کند، روتینگ هم در این لایه انجام می شود . روتینگ را می توان با یک عملیات ۲ سوالی تصور نمود:

1. برای مقصد داده شده از روتر محلی چند مسیر معتبر وجود دارد ؟
2. “بهترین” مسیر برای رسیدن به آن مقصد کدامیک است ؟

این لایه ترافیک شبکه را نیز کنترل کرده و با انتخاب مسیر جدید برای داده از بروز ترافیک جلوگیری می کند. پروتکل IPکه از مهمترین پروتکل های شبکه است در این لایه قرار دارد که وظیفه آن آدرس دهی می باشد.

لایه دوم Data link layer یا لایه ارتباط داده یا MAC address layer یا Hardware address layer یا Physical layer

سوئیچها و پلها ( bridges ) و ایستگاههای اتصال بی سیم ( Wireless Access Points یا WAPs ) نیز در این لایه فعالیت می کنند و همچنین داشت یادم می رفت ؛ مودم محبوب ای دی اس ال شما و مودم عادی هم در این لایه جا می گیرند .چهار اصطلاح مهمی که در این لایه هست عبارت اند از :

1. Ethernet یا ایترنت
2. کنترل ارتباط داده های سطح بالا یا High Data Link Control یا HDLC
3. پروتکل نقطه به نقطه یا Point-to-point protocol یا PPP
4. یازپخش ساختار یا Frame relay

در نظر داشته باشید اصطلاح خطایابی یا error detection در این لایه صورت می پذیرد و از طریق فرایندی بنام Frame check sequence .اگر سوئیچ یا پلی در این لایه کار کنند دیگر “سوئیچ کردن” یا “پل زدن” انجام نمیدهند بلکه “مسیر یابی یا routing” می کنند .

این لایه خود از دو زیر لایه به نام های LLC و MAC تشکیل شده است . هر کدام از این زیر لایه ها وظایفی را به عهده دارند.

زیر لایه LLC

• فریم بندی و شماره گذاری فریم ها و ارسال
• دریافت فریم ها در کامپیوتر مقصد و بازسازی آن
• فرستادن Acknowledge به فرستنده در صورت دریافت صحیح اطلاعات برای هر فریم
• در صورت عدم ارسال Acknowledge از سوی گیرنده برای یک فریم آن فریم دوباره توسط فرستنده ارسال خواهد شد

زیر لایه MAC 

این زیر لایه کنترل دسترسی رسانه نحوه و روش دسترسی یک ایستگاه به شبکه را بیان می دارد که دو نمونه از آن عبارتند از:

• Token Pasing
  
• CSMA/CD – carrier sense multiple access / collision detection 

روش Token Passing:

• جلوگیر از تصادم یا collision
• حرکت یک بسته خالی از اطلاعات درون شبکه (Token)
• کامپیوتر برای ارسال اطلاعات منتظر Token می ماند
• اقدام به ارسال اطلاعات پس از رسیدن Token به کامپیوتر
• باقی ماندن Token تا پایان ارسال کامل اطلاعات نزد کامپیوتر
• عدم ارسال اطلاعات توسط کامپیوتر های دیگر
• ارسال Acknowledge پس از پایان ارسال اطلاعات توسط کامپیوتر دریافت کننده به کامپیوتر مبدا
• ایجاد یک Token توسط کامپیوتر مبدا و آزاد کردن آن در شبکه

روش CSMA/CD

در این روش اگر دو کامپیوتر همزمان اقدام به ارسال اطلاعات کنند تصادم رخ می دهد برای جلوگیری از این تصادم هر دو کامپیوتر ارسال را رها کرده و مدت زمانی به صورت تصادفی صبر کرده و سپس مجددا اقدام به ارسال اطلاعات می کنند.

لایه اول Physical layer یا لایه فیزیکی

اولین لایه مدل OSI بوده و در پایین ترین سطح این مدل است. در این لایه نحوه اتصال دو ایستگاه به یکدیگر از طریق کابل و توپولوژی های شبکه و سرعت آنها توضیح داده می شود.

این لایه مسئول تبدیل اطلاعات از بیت به سیگنال های الکتریکی می باشد. در واقع اگر بخواهیم موقعیت این لایه را نشان دهیم لبه کارت شبکه ما یعنی مابین کارت شبکه و رسانه انتقال (کابل و..). همان لایه فیزیکی می شود.

پارامترهایی که باید در این لایه مورد نظر باشند عبارتند از:

• ماهیت فیزیکی خط انتقال (مسی، فیبر نوری، مایکرویو و)….
• چگونگی نمایش بیت ها در قالب سیگنال متناسب با کانال
• ظرفیت کانال فیزیکی و نرخ ارسال یا همان bit rate
• مسائل مکانیکی و الکتریکی مانند نوع کابل، باند فرکانسی و نوع رابط کابل (کانکتور)

(Data Encapsulation) کپسوله کردن اطلاعات

عمل بنیادی که پروتکل های موجود در لایه های مختلف مدل OSI انجام می دهند اضافه کردن هدر Header و در یک مورد خاص فوتر Footer به اطلاعاتی که از لایه بالایی خود می گیرند می باشد

به طور مثال درخواست دستبابی یه برنامه به منابع شبکه از لایه های پشته پروتکل می گذرد. زمانی که درخواست به لایه انتقال می رسد هدر مربوط به خود را به آن اضافه کرده و تحویل لایه شبکه می دهند. در این لایه هم هدر های مخصوص اضافه شده و در لایه پیوند داده های هم به همین صورت بوده و محصول نهایی به عنوان یک بسته برای انتقال آماده می شود.

بعد از رسیدن این بسته به مقصد همین موارد فوق تکرار شده ولی این بار برعکس و رو به لایه هفتم که در هر لایه هدر ها و فوتر ها مورد پردازش و حذف شده و پس از اتمام مراحل درخواست به برنامه مقصددر لایه هفتم یا کاربرد می رسد. در واقع مفهوم کپسوله کردن فرآیندی است که در آن پروتکل های لایه های مختلف هدر و فوتر خود را به درخواست تولید شده توسط به برنامه کاربردی اضافه می کنند.