لایه های استاندارد شبکه

شاید برای شما هم این مسئله پیش آمده باشد که مدل مرجعه OSI چیست و چگونه به برقراری ارتباط نرم افزاها در شبکه کمک می‌کند؟ در ویندوز یک سیستم عامل میتواند با شناسایی و نصب خودکار درایورهای سخت افزارها به به برنامه نویسان قابلیت های بیشتری برای اضافه کردن امکانات نرم افزارهایشان را بدهد . همین مفهوم با اینکه بسیار در خصوص سیستم عامل ها مهم است در خصوص نرم افزار های تحت شبکه نیز به همین مقدار اهمیت دارد و چگونگی برقرار شدن ارتباطات و شناسایی شبکه ها توسط یکدیگر برای ما بسیار مهم است .

OSI چیست؟

تصور کنید که نرم افزاری قرار است که تحت شبکه به سیستم دیگری متصل شود و تبادل اطلاعات داشته باشد . کسی که نرم افزار تحت شبکه را می نویسد برای شبکه درایور نمی نویسد ، فقط به شکلی نرم افزار خود را می نویسد که سیستم عامل بتواند تحت شبکه موارد منتقل شده را درک کند . سازنده کارت شبکه برای کارت شبکه خود درایوری را ارائه می دهد که به وسیله آن این سیستم عامل کارت شبکه را براحتی تشخیص و با آن ارتباط برقرار می کند . این سیستم عامل ویندوز است که قابلیت ارسال داده ها بر روی کارت شبکه و سپس خود شبکه را به شکلی ایجاد می کند که اطلاعات نرم افزار بتواند براحتی از طریق شبکه منتقل شوند .

مدل مرجع OSI مخفف واژه Open System Interconnection  است و یک مدل فرضی برای درک مفاهیم شبکه است . این مدل به هیچ عنوان بصورت واقعی وجود نداشته و صرفا برای یادگیری و رفع اشکال و همچنین طراحی ساختارهای شبکه بکار می رود . در این مدل شبکه را به هفت لایه تقسیم بندی می کنیم که هر لایه به لایه پایین تر خود سرویسی را ارائه می دهد و این در حالی است که هر لایه وظیفه خاص خود را نیز بر عهده دارد .

مدل مرجع دیگری نیز بنام TCP/IP وجود دارد که بصورت کاربردی بیشتر از OSI مورد استفاده قرار می گیرد اما بعنوان مدل درسی و مدل تئوری برای یادگیری مورد استفاده قرار نمی گیرد . شاید بزرگترین دستاورد مدل OSI روشن ساختن مفاهیم فوق و تفکیک آن ها باشد. هر لایه سرویس هایی در اختیار لایه های بالاتر از خود قرار می دهد. تعریف این سرویس ها فقط می گوید که یک لایه چه کاری انجام می دهد

لایه های مدل OSI

حال به سراغ بررسی لایه های این مدل مرجع OSI می رویم.

لایه شماره یک :

لایه فیزیکی در مدل مرجع OSI در حقیقت به ویژگی های سخت افزاری کارت شبکه اشاره می کند . لایه فیزیکی به مواردی از قبیل زمانبندی و ولتاژ برقی که قرار است در رسانه منتقل شود اشاره می کند . این لایه در واقع تعیین می‌کند که ما به چه شکل قرار است اطلاعات خود را انتقال دهیم و از طریق چه رسانه ای این انتقال انجام می‌گیرد. برای مثال رسانه ما کابل فلزی است یا تجهیزات بی سیم ؟

برای راحت کردن درک این لایه بهتر است بگوییم لایه فیزیکی تعیین می‌کند که اطلاعات چگونه در سطح رسانه دریافت و ارسال شوند . عملیات Coding نیز که به معنای تعیین کردن صفر و یک در رسانه است نیز در این لایه انجام می شود .  لایه Physical یا فیزیکی شبکه است و حالتی را که کامپیوتر به شبکه متصل شده است را نشان می دهد اين لايه كه تنها تشكيل شده از سخت افزار مي باشد و قراردادهاي سخت افزاري در آن اجرا مي شود وظيفه انتقال نهايي اطلاعات را دارد كه اين انتقال به صورت سيگنال و به صورت صفرو يك می باشد.

لایه شماره دو :

لایه انتقال به خودی خود به دو زیر لایه به نام های MAC که مخفف Media Access Control و LLC که مخفف Logical Link Control هست تقسیم می شود . زیر لایه MAC همانطوری که از نامش پیداست شناسه سخت افزاری کامپیوتر که در واقع همان آدرس MAC کارت شبکه است را به شبکه معرفی می‌کند . آدری MAC آدرس سخت افزاری است که در هنگام ساخت کارت شبکه از طرف شرکت سازنده بر روی کارت شبکه قرار داده می شود و در حقیقت Hard Code می شود .این در حقیقت مهمترین فاکتوری است در آدرس دهی که کامپیوتری از طریق آن بسته های اطلاعاتی را دریافت و ارسال می کند .

زیر لایه LLC وظیفه کنترل  Frame Synchronization  یا یکپارچه سازی فریم ها و همچنین خطایابی در لایه دوم را بر عهده دارد .

Data Link که وظیفه آن Data Frames یا بسته بندی داده را برعهده دارد در این لایه همچنین برچسب مک آدرس به بسته اضافه می شود . در اين لايه اطلاعات كشف و خطاها اصلاح مي شوند و بدون خطا و به صورت مطمئن به سوي مقصد ارسال مي شوند. وظيفه ديگر اين لايه مطمئن شدن از رسيدن اطلاعات به مقصد است كه اين كار توسط بيتهاي (Parity check , checksum ,crc ) انجام مي پذيرد.كه در صورت بروز خطا مجددا اطلاعات ارسال خواهند شد.

لایه سه :

وظیفه لایه شبکه این است که چگونگی رسیدن داده ها به مقصد را تعیین کند . این لایه وظایفی از قبیل آدرس دهی ، مسیریابی و پروتکل های منطقی را عهده دار است . بیشتر مخاطبین این مقاله افراد تازه وارد به دنیای شبکه هستند پس من هم وارد جزئیات فنی این لایه نمی شوم ، اما به شما می گویم که لایه شبکه مسیرهای منطقی یا Logical Path بین مبدا و مقصد ایجاد می‌کند که به اصطلاح مدارهای مجازی یا Virtual Circuits نامگذاری می شوند ، این مدارها باعث می‌شوند که هر بسته اطلاعاتی بتواند راهی برای رسیدن به مقصدش پیدا کند .

لایه شبکه همچنین وظیفه مدیریت خطا در لایه خود ، ترتیب دهی بسته های اطلاعاتی و کنترل ازدهام را نیز بر عهده دارد .ترتیب بسته های اطلاعاتی بسیار مهم است زیرا هر پروتکلی برای خود یک حداکثر اندازه بسته اطلاعاتی تعریف کرده است . برخی اوقات پیش می آید که بسته های اطلاعاتی از این حجم تعریف شده بیشتر می شوند و به ناچار اینگونه بسته های به بسته های کوچکتری تقسیم می شوند و برای هر کدام از این بسته های اطلاعاتی یک نوبت یا Sequence داده می شود که معلوم شود کدام بسته اول است و کدام بسته دوم و …. به این عدد به اصطلاح Sequence Number  هم گفته می شود .

وقتی بسته های اطلاعاتی در مقصد دریافت شدند ، در لایه شبکه این Sequence Number ها چک می شود و به وسیله همین Sequence Number است که اطلاعات به حالت اولیه باز میگردند و تبدیل به اطلاعات اولیه می شوند . در صورتی که یکی از این بسته های به درستی دریافت نشود در همان لایه شبکه از طریق چک کردن این عدد مشخص می شود که کدام بسته اطلاعاتی دریافت نشده است و طبیعتا مجددا در خواست داده می شود .

اگر درک این مطلب کمی برایتان دشوار است تصور کنید که قرار است برای یکی از دوستانتان یک نامه بلند بالا بنویسید ، اما کاغذ به اندازه کافی ظرفیت برای درج مطالب شما ندارد ، خوب شما می‌توانید چندین کاغد را استفاده کرده و متن خود را در قالب جندین نامه بنویسید و برای هر کدام از صفحات نامه شماره صفجه بگذارید ، بعد از اینکه نامه در مقصد به دوستتان رسید با استفاده از شماره صفحه ها میتواند نامه را به ترتیب خوانده و اطلاعات را به درستی دریافت کند . این دقیقا همان کاری است که لایه شبکه انجام می دهد .

و اما پيچيده ترين لايه يعني لايه شبكه كه در آن قراردادهاي شبكه بندي تعريف شده است. به یاد دارید که گفتیم برای این که یک بسته به مقصد برسد , بایستی آدرس مبدا و مقصد بر روی آن قرار داشته باشد . در اینجا نیز وظیفه لایه Network آدرس دهی و مسیریابی بسته است . آدرس دهی در کامپیوتر توسط IP Address صورت می پذیرد. وظيفه اين لايه انتقال تكنولوژي برقراري ارتباط براي ديگر شبكه هاي مستقل است كه اين امر اين امكان را به osi مي دهد كه بتواند در زير شبكه هاي مختلف فعاليت كند.

لایه چهار :

لایه انتقال وظیفه نگهداری و کنترل ریزش اطلاعات یا Flow Control را بر عهده دارد .سیستم عامل ویندوز به شما این اجازه را می‌دهد که همزمان از چنیدن نرم افزار استفاده کنید . خوب همین کار در شبکه نیز ممکن است رخ بدهد ، چندین نرم افزار بر روی سیستم عامل تصمیم میگیرند که بصورت همزمان بر روی شبکه اطلاعات خود را منتقل کنند .

لایه انتقال اطلاعات مربوط به هر نرم افزار در سیستم عامل را دریافت و آنها را در قالب یک رشته تکی در می آورد . همچنین این لایه وظیفه کنترل خطا و همچنین تصحیح خطا در هنگام ارسال اطلاعات بر روی شبکه را نیز بر عهده دارد . بصورت خلاصه وظیفه لایه انتقال این است که از رسیدن درست اطلاعات از مبدا به مقصد اطمینان حاصل کند ، انواع پروتکل های اتصال گرا یا Connection Oriented و غیر اتصال گرا Connection Less در این لایه فعالیت می‌کنند .  وقتی می خواهیم یک داده را در شبکه ارسال کنیم نمی توانیم تمام بیت های اطلاعاتی را به یک باره و یکجا ارسال کنیم . در نتیجه بایستی آن را به Packet  هایی تبدیل کنیم . وظیفه لایه Transport یا انتقال همین تبدیل داده به بسته های کوچک است  . (Packets)در اين لايه قبل از ارسال اطلاعات يك بسته به سمت مقصد فرستاده مي شود تا مقصد را براي دريافت اطلاعات آماده كند. در واقع وظیفه اصلی اين لايه تكه تكه كردن بسته ها، شماره گذاري آنها و ترتيب و نظم دهي آنها می باشد. كه البته بسته ها در طرف گيرنده دوباره در همين لايه نظم دهي و قابل استفاده براي لايه هاي بالاتر خواهند شد.

لایه پنج :

وقتی داده ها به شکلی قابل درک برای ارسال توسط شبکه در آمدند ، ماشین ارسال کننده بایستی یک Session با ماشین مقصد ایجاد کند . منظور از Session دقیقا شبیه ارتباطی است که از طریق تلفن انجام می شود ، شما برای ارسال اطلاعات از طریق تلفن حتما بایستی با شخص مورد نظرتان تماس برقرار کنید .اینجا زمانی است که لایه نشست وارد کار می شود ، این لایه وظیفه ایجاد ، مدیریت و نگهداری و در نهایت خاتمه یک Session را با کامپیوتر مقصد بر عهده دارد .

نکته جالب در خصوص لایه نشست این است که بیشتر با لایه کاربرد مرتبط است تا لایه فیزیکی ، شاید فکر کنید که بیشتر Session ها بین سخت افزارهای و از طریق لینک های شبکه ایجاد می شوند اما در اصل این نرم افزارهای کاربردی هستند که برای خود Session با نرم افزار مقصد ایجاد می‌کنند . اگر کاربری از تعدادی نرم افزار کاربردی استفاده میکند ، هر کدام از این نرم افزاها به خودی خود می توانند یک Session با نرم افزار مقصد خود برقرار کنند که هر کدام از این Session ها برای خود یک سری منابع منحصر به فرد دارد.  لایه پنجم Session  می باشد که وظیفه آن همگام سازی و همزمان سازی ارتباط بین دو کامپیوتر مبدا و مقصد می باشد و بررسی می کند که دو کامپیوتر هماهنگ هستند و هیچ داده ای از بین نمی رود .  (Synchronization) در اين لايه بر كارهايي از قبيل زمان ارسال و دريافت بسته ها مقدار رسيده و مقدار مانده از بسته ها نظارت مي شود كه به مديرت بسته ها بسيار كمك مي كند.

لایه شش :

فعالیت لایه نمایش یا Presentation تا حدی پیچیده است اما همه کارهایی که این لایه انجام می دهد را میتوان در یک جمله خلاصه کرد ، لایه نمایش اطلاعات را از لایه کاربرد دریافت میکند و در قالبی در می آورد که برای لایه های پایین تر قابل درک باشد . همچنین برعکس این عمل را نیز انجام میدهد یعنی زمانی که اطلاعاتی از لایه نشست یا Session به این لایه وارد می شود ، این اطلاعات را به گونه ای تبدیل می کند که لایه کاربرد بتواند آنها را درک کرده و متوجه شود . دلیل اهمیت این لایه این است که نرم افزارهای اطلاعات را به شیوه ها و اشکال مختلفی نسبت به یکدیگر بر روی شبکه ارسال می کنند .

رای اینکه ارتباطات در سطح شبکه ها بتوانند برقرار شوند و به درستی برقرار شوند شما بایستی اطلاعات را به گونه ای ساختاردهی کنید که برای همه انواع شبکه ها استاندارد و قابل فهم باشد. بطور خلاصه وظیفه اصلی این لایه قالب بندی اطلاعات یا Formatting اطلاعات است . معمولا فعالیت هایی نظیر رمزنگاری و فشرده سازی از وظایف اصلی این لایه محصوب می شود .

لایه هفت :

بالاترین لایه در مدل مرجع OSI لایه کاربرد یا Application است . اولین نکته ای که در خصوص لایه کاربرد یا Application باید بدانید این است که به هیچ عنوان این لایه با نرم افزارهای کاربردی ارتباطی ندارد و صرفا یک تشابه اسمی است .در عوض این لایه محیطی را ایجاد میکند که نرم افزارهای کاربردی بتوانند از طریق آن با شبکه ارتباط برقرار کنند . برای اینکه درک بهتری از لایه کاربرد داشته باشید فرض کنید که یک کاربر با استفاده از نرم افزار Internet Explorer قصد دارد از طریق پروتکل FTP یک فایل را در شبکه منتقل کند . در این مورد لایه کاربرد به وظیفه برقراری ارتباط با پروتکل FTP برای انتقال فایل را بر عهده دارد . این پروتکل بصورت مستقیم برای کاربران قابل دسترسی نیست ، کاربر بایستی با استفاده از یک نرم افزار رابط مانند Internet Explorer برای برقراری ارتباط با پروتکل مورد نظر استفاده کند . بصورت خلاصه در تعریف کارایی این لایه می توان گفت که این لایه رابط بین کاربر و شبکه است و تنها قسمتی از این مدل هفت لایه ای است که کاربر تا حدی می تواند با آن ارتباط برقرار کند .  لایه Application Network API در حقیقت لایه رابط برنامه نویسی بین کامپیوتر و شبکه می باشد . برنامه های کامپیوتر از طریق این رابط با شبکه ارتباط برقرار می کنند .  استانداردهاي ارتباط بين نرم افزارهاي شبكه در اين لايه قرار دارد كه مي توان از: FTAM, CMIP     MHS VT  نام برد.

 

لایه های مرجع در TCP/IP

این مدل دارای چهار لایه می باشد که به شرح زیر می باشد. TCP/IP مجموعه قراردادهايي هستند كه در جهت اتصال كامپيوتر ها در شبكه مورد استفاده قرار مي گيرند. وبه تعريف ديگر قرارداد كنترل انتقال اطلاعات مي باشد. مدل چهار لايه TCP/IP از لايه هاي زير تشکيل شده است.

لایه واسط شبکه :

در اين لايه تمام استانداردهاي سخت افزاري و انواع پروتكل شبكه تعريف شده كه خاصيت بزرگ اين لايه اين موضوع مي باشد كه در آن مي توان بين نرم افزار و سخت افزار شبكه ارتباط برقرار كرد.

لایه شبکه :

در اين لايه پروتكل IP آدرس دهي و تنظيم مي شود.(توضيحات در قسمت IP ) و همچنين ديگر پروتكل ها مانند ARP,ICMP,BOOTP كه در اين ميان نقش هيچكدام به اندازه IP , ICMP مهم نيست در كل وظيفه اين لايه دادن اطلاعات در مورد شبكه و آدرس دهي در آن مي باشد كه مسير يابها از آن بسيار استفاده مي كنند.

لایه انتقال :

ابتدايي ترين وظيف اين لايه آگاهي از وضعيت بسته ها مي باشد كه بسيار مهم نيز هست. و در مرحله بعد وظيفه اين لايه انتقال اطلاعاتي مي باشد كه نياز به امنيت ندارند و سرعت براي آنها مهم تر است.

لایه کاربرد :

اين لايه داراي امكانات زيادي براي هنر نمايي متخصصان مي باشد. در اين لايه برنامه هاي كاربردي قرار دارند و در كل اين لايه لايه ي نرم افزارهاي شبكه مي باشد و همچنين لايه پروتكل هاي نرم افزاري نيز مي باشد. از مهم ترين نكات در خصوص اين لايه قرارداشتن: انتقال فايل (FTP) و مديريت پست (SMTP) و بقيه برنامه هاي كاربردي مي باشد.