آموزش مقدمات شبکه – بخش ششم

در این بخش از دوره آموزش مقدمات شبکه که بخش ششم آن نیز می باشد، به معرفی مدل OSI می پردازیم و مدل های مختلف آن را معرفی می نماییم.

OSI Reference Model

سازمان ISO یک سازمان استاندارد بین المللی است که استاندارد طیف وسیعی از محصولات گوناگون را تعیین می کندکه از جمله این استانداردها مربوط به تجهیزات شبکه می باشد و مدل OSI نیز توسط این سازمان ارائه شد.
برای شناسایی هر چه بهتر کارکرد شبکه از مدل های مرجع استفاده می شود که مدل OSI یکی از مدل های مرجع است.

ویژگی های مدل open system interconnection یا OSI

این مدل توسط سازمان ISO در سال 1984 ارائه گردید.
این مدل در هفت لایه ارائه شد.
هر لایه با لایه بالاتر و پایین تر در ارتباط است.
هر لایه دارای وظیفه خاصی است.

پروتکل: مجموعه ای از قوانینی که توسط کامپیوتر ها مورد استفاده قرار می گیرد تا کامپیوتر ها بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. پروتکل یک توافق استاندارد بوده که ارتباطات بر اساس آن صورت می گیرد.
در تصویر زیر انتقال اطلاعات از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر را مشاهده می نمایید.

کپسوله کردن اطلاعات (Data Encapsulation)

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.

لایه فیزیکی Physical layer

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 (bit rate)
مسائل مکانیکی و الکتریکی مانند نوع کابل، باند فرکانسی و نوع رابط کابل (کانکتور)

لایه پیوند داده ها Data link layer

دومین لایه از مدلOSI می باشد که وظیفه این لایه آن است که با استفاده از مکانیزم ها کشف و کنترل خطا، داده را روی یک کانال بدلیل وجود نویز، بدون خطا به مقصد برساند.

در زمان انتقال اطلاعات ممکن است فریم خراب یا گم شود این وظیفه لایه پیوند داده هاست که در مقصد فریم را بررسی و خطایابی نماید.

وظیفه دیگر این لایه اطلاعات ارسالی از لایه بالاتر را به واحد های استاندارد و مجاز تبدیل کرده و افزودن فیلد های اطلاعاتی خاص ( مثل آدرس مبدا، آدرس مقصد، کدهای کشف خطا و …) یک فریم را تشکیل داده و برای لایه بعدی آماده می کند.

اين لايه خود از دو زير لايه به نام هايLLC و MACتشكيل شده است . هر كدام از اين زير لايه ها وظايفي 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

زير لايه 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 Pasing
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 شبکه Network layer

سومین لایه از مدلOSI می باشد که وظیفه مسیریابی و یافتن آدرس های مبدا و مقصد برای انتقال داده را به عهده دارد.
پیچیده ترین لایه مدل OSI است چون عمل مسیریابی در آن انجام می شود.
این لایه ترافیک شبکه را نیز کنترل کرده و با انتخاب مسیر جدید برای داده از بروز ترافیک جلوگیری می کند.
پروتکل IP که از مهمترین پروتکل های شبکه است در این لایه قرار دارد که وظیفه آن آدرس دهی می باشد.

لایه انتقال Transport layer

چهارمین لایه از مدلOSI می باشد که همانطور که از نامش پیداست وظیفه آن انتقال اطلاعات است.
این لایه داده را از لایه بالاتر یعنی session گرفته و به قطعاتی با اندازه مناسب تقسیم کرده، اطلاعات مبدا و مقصد از قبیل شماره پورت به پاکت اضافه می کند و به لایه شبکه تحویل می دهد.

لایه نشست Session layer

پنجمین لایه از مدلOSI می باشد در این لایه مانند لایه انتقال ارسال اطلاعات است اما خدمات پیشرفته ای نیز ارائه می کند در این لایه ارتباط بین دو ایستگاه با یک توافق آغاز می شود (Authentication , Authorization , login) و ادامه می یابد تا طی روالی هماهنگ پایان یابد.

وظایف کلی این لایه
برقراری و مدیریت یک نشست
شناسایی طرفین
حسابداری مشتری ها
اتمام نشست

لایه نشست Presentation layer

ششمین لایه از مدلOSI می باشد در این لایه داده ها به روش استاندارد کد گذاری و قالب بندی می شوند.
برای اینکه کامپیوترهای با کدها و قالب بندی مختلف بتوانند داده ارسال کنند باید با استفاده از یک کدگذاری و قالب بندی استاندارد تبادل اطلاعات نمایند که برای سیستم عامل های مختلف قابل فهم باشد.
این لایه اطلاعات را از لایه بالایی یعنی لایه کاربرد گرفته و با شیوه کدگذاری استاندارد به شیوه قابل فهم برای کامپیوتر مقصد تبدیل کرده و به لایه جلسه تحویل می دهد.

لایه نشست Application layer

هفتمین لایه از مدلOSI و همچنین بزرگترین لایه از این مدل می باشد. این لایه نقطه ورودی است برای دستیابی به مدل OSI است. تمام برنامه های شبکه در این لایه قرار دارند و ارتباط بین برنامه های روی شبکه در این لایه فراهم می گردد.
در این لایه خدمات سودمندی از قبیل ارسال فایل، کنترل یک کامپیوتر از راه دور و…. ارائه می گردد.

مدل TCP/IP

برخلاف تصورات رایج مدل TCP/IP قبل از مدل OSI ارائه شد و در واقع مدل OSI برگرفته از مدلTCP/IP می باشد.

این مدل یک ساختار چهار لایه ای دارد که لایه های آن به ترتیب زیر می باشد:
Link
Ipیا Internet
Transport
Application

نکته ای که در TCP/IP مهم است مفهوم مدل و پشته TCP/IP می باشد. مدل TCP/IP ساختاری چهار لایه دارد که به آن خواهیم پرداخت.

پشته TCP/IP یا TCP/IP Protocol Stack مجموعه ای شامل بیش از صد پروتکل است که برای سازماندهی کلیه اجزای شبکه اینترنت به کار می رود که به این پروتکل ها در فصل بعد می پردازیم.

لایه واسط شبکه Link
در این لایه استاندارد های سخت افزاری و نرم افزارهای راه انداز تعریف می شود.
این لایه درگیر با مسائل فیزیکی، کانال های انتقال، نوع کارت شبکه، نوع توپولوژی به کار رفته در شبکه است.
این لایه معادل لایه های Data Link و Physical در مدل OSI می باشد.

لایه شبکه IP یا اینترنت
وظیفه این لایه هدایت بسته ها از مبدا به مقصد می باشد. در این لایه چندین پروتکل وظیفه مسیریابی و تحویل بسته های اطلاعاتی را از مبدا به مقصد انجام می دهند.
این لایه معادل لایه Network در مدل OSI می باشد.

پروتکل های این لایه عبارتند از:
IP
ICMP
IGMP
ARP
RARP

لایه انتقال Transport
وظیفه این لایه انتقال می باشد که معادل لایه انتقال در مدل OSI است.
در این لایه پروتکل های TCP و UDP فعالیت می کنند.
اتصال گرا بودن و بدون اتصال بودن نیز در این لایه تعریف می گردد.

دو نوع پروتکل در این لایه ارائه می گردد:
اتصال گرا connection oriented: در این پروتکل ابتدا ارتباط برقرار می شود بعد داده ارسال می گردد (TCP)
بدون اتصال connection less : در این پروتکل نیازی به برقراری ارتباط قبل از ارسال داده نیست (UDP)

لایه کاربرد Application
در این لایه بر اساس خدمات لایه های زیرین، سرویس سطح بالایی برای خلق برنامه های کاربردی ارائه می شود
این خدمات در قالب خدمات وب، انتقال صفحه های اینترنتی، مدیریت پست الکترونیکی و… است

پروتکل ها این لایه هم عبارتند از:
HTTP
FTP
POP3
TELNET
DNS
DHCP