مدل OSI در شبکه های کامپیوتری

مدل OSI (Open Systems Interconnection) یک مدل مفهومی و عملیاتی نشده است؛ اما به عنوان یک چارچوب نظری بسیار مهم و شناخته‌شده در حوزه شبکه‌های کامپیوتری می‌باشد. این مدل توسط سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) توسعه یافته است. مدل OSI توسط سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) توسعه داده شد و دارای 7 لایه مختلف برای توصیف و استانداردسازی فرایندهای انتقال داده در شبکه‌های کامپیوتری مختلف می‌باشد. اما مفهموم این مدل چیست و چه کاربردی دارد؟ در پاسخ باید بگوییم Open System Interconnection استاندارد دقیقی است که بر طبق آن سیستم‌های کامپیوتری می‌توانند در یک شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در حقیقت OSI یک زبان جامع و جهانی برای شبکه های کامپیوتر است که توسط سازمان OSI با ترکیب دو مدل در سال 1984 به بازار عرضه شد.

مدل OSI

مدل OSI از هفت لایه تشکیل شده است که هر یک از لایه‌ها مبنایی بر لایه‌ی بعدی می‌باشد و هر کدام از این لایه‌ها وظایف خاصی را برای مدیریت ارتباطات شبکه‌ای بر عهده دارند. به‌طور کلی هر کدام از این لایه‌ها توضیحی برای سیستم‌های ارتباطی و شبکه‌ای است تا به تفکیک وظایف و کارکردهای مختلف شبکه کمک کنند. همچنین ارتباط بین دستگاه‌ها و سرویس‌ها را به صورت استاندارد و مؤثر مدیریت نمایند. تولید کنندگان تجهیزات هم سعی دارند تا محصولات خود را بر مبنای مدل OSI طراحی و تولید کنند تا خریداران بتوانند به‌راحتی این تجهیزات را با سایر محصولات و شبکه‌های موجود سازگار نمایند. این کار به استانداردسازی و بهبود قابلیت همکاری میان تجهیزات مختلف کمک می‌کند، به‌گونه‌ای که محصولات از برندهای مختلف می‌توانند بدون مشکل با یکدیگر کار کنند و نیاز به تنظیمات پیچیده یا راه‌حل‌های اختصاصی را کاهش دهند.

”هر یک از این هفت لایه مدل osi به صورت سلسله‌مراتبی سازماندهی شده‌اند و هر لایه مسئول انجام یک بخش خاص از فرآیند ارتباطی می‌باشد.“

معرفی لایه‌های OSI

 Physical Layer - لایه فیزیکی:

لایه فیزیکی که در اولین لایه OSI قرار دارد وظیفه‌ی ارتباط فیریکی بین دستگاه‌ها را بر عهده دارد. اطلاعات و داده‌هایی که در این لایه قرار می‌گیرند به صورت بیت هستند که این بیت‌ها را از یک node به node دیگر ارسال می‌کنند. در واقع سیگنال‌های دریافتی در لایه‌ی Physical layer به صفر و یک تبدیل می‌شود سپس آن‌ها به لایه‌ی بعدی که Data Link است ارسال می‌شود. تجهیزاتی که در لایه‌ی اول قرار می‌گیرند شامل hub repeater، مودم و انواع کابل‌های شبکه می‌شود.

وظایف Physical layer

• Bit Synchronization: با ایجاد کردن کلاک‌ها، بیت‌ها را در سمت فرستنده و گیرنده همگام سازی می‌کند.
• Bit Rate Control: نرخ انتقال را مشخص می‌کند؛ به عنوان مثال تعداد bitهای ارسالی در ثانیه.
• Physical Topoligies: مدل چینش دستگاه‌ها و Nodeها را در شبکه مشخص می‌کند.
• Transmission Mode: نحوه‌ی ارسال اطلاعات و داده‌ها بین دو دستگاه‌های متصل بهم را مشخص می‌کنند مانند: simplex، half duplex و full duplex

Data Link Layer:

DLL مخفف عبارت Data link layer است و وظیفه‌ی آن دریافت پیام در node می‌باشد. یکی از مهم ترین وظایف data link ارسال data از یک node به node دیگر است. هنگامی که بسته حاوی اطلاعات بر روی شبکه ارسال شد این وظیفه data link است که با استفاده از mac address بسته را به مقصد برساند.

دیتا لینک خود شامل دو زیر لایه:

• Logical Link Control (LLC)
• Media Access Control (MAC)

بسته‌ی حاوی اطلاعات که از لایه شبکه دریافت می‌شود به اندازه‌ی فریم کارت شبکه به فریم‌هایی تبدیل می‌شود و دیتا لینک MAC address فرستنده و گیرنده را در هدر قرار می‌دهد. به‌عنوان نمونه بریج و سوئیچ در لایه دوم قرار دارند و data link layer توسط کارت شبکه و driverهای ماشین‌های هاست مدیریت می‌شود.

وظایف Data link layer

• Framing: با استفاده از framing می‌توان مجموعه‌ای از بیت‌ها را به فرستند ارسال کرد تا برای گیرنده قابل فهم باشد.
• Physical Addressing: بعد از ایجاد frame ، مک آدرس فرستنده و گیرنده را در فریم قرار می‌دهد.
• Error Control: در این حالت خطای انجام شده، فریم‌های گمشده و یا ناقص دوباره ارسال می‌شود.
• Flow Control: نرخ انتقال اطلاعات و داده‌ها در هر دو سو باید یکسان باشد در غیر این صورت اطلاعات و داده‌ها دچار مشکل می‌شوند. کنترل اطلاعات مقدار دیتایی است که قبل از دریافت Acknowledge می‌توان آن را ارسال نمود.
• Access Control: هنگامی که یک کانال ارتباطی بین چند دستگاه به اشتراک گذاشته می‌شود زیر لایه مک در لایه data link کمک می‌کند تا مشخص شود چه دستگاهی روی کانال کنترل دارد.

Network Layer

برای ارسال اطلاعات و داده‌ها از یک هاست به هاست دیگر از Network layer که در لایه سوم قرار دارد استفاده می‌شود؛ به این صورت که مسیری کوتاه برای ارسال داده‌ها در نظر گرفته می‌شود و IP آدرس فرستنده و گیرنده در Network layer در هدر قرار می‌گیرد.

”نام دیگر segmentها در لایه شبکه packet می‌باشد.“

وظایف Network layer

• Routing: مشخص نمودن مسیری مناسب از مقصد به مبدا در لایه شبکه انجام می شود که به این کار مسیریابی می گویند.
• Logical Addressing: برای اینکه هر دستگاه در داخل شبکه منحصر به فرد باشد در لایه شبکه آدرس دهی انجام می شود و ip فرستنده و گیرنده در هدر network layer قرار می گیرد.

"لایه‌های Physical، network و Data link به عنوان پایین ترین لایه یا لایه سخت افزاری هم شناخته می شوند."

Transport Layer

Transport layer به لایه Application سرویس می‌دهد و از Network layer سرویس می‌گیرد؛ در این لایه به دیتاها segment گفته می‌شود و وظیفه آن دریافت پیغام است. Transport layer قلب مدل OSI است.

Transport layer در سمت فرستنده:

Transport layer دیتای فرمت شده را از لایه‌های بالاتر گرفته و آن‌ها را Segment بندی کرده و کنترل جریان خطا را پیدا کرده، تا از دیتای انتقال داده شده اطمینان پیدا کند. ناگفته نماند که شماره Portهای مبدا و مقصد در هدر اضافه می‌شود و دیتاهای Segment شده به Network layer ارسال می‌شود. فرستنده می‌بایست شماره port متناظر با برنامه دریافت کننده را بداند. این شماره پورت به صورت دستی و یا پیش فرض تعیین شده است.

Transport layer در سمت گیرنده:

Transport layer در سمت گیرنده، شماره‌ی پورت‌ها را از هدر خوانده و دیتاهای دریافت شده را به برنامه مورد نظر ارسال می‌کند.

وظایف Transport layer

• Segmentation and reassembly :transport layer پیام را از لایه session دریافت و آن را به پیام‌های کوچک‌تری تقسیم می‌کند. در مقصد است و لایه transport است که پیام ها سر هم می شوند و اینکه هر segment هدر متناظر با خودش را دارد.
• Service point addressing: برای اطمینان از درستی پیام در لایه انتقال ، در هدر نوعی آدرس service point & port وجود دارد.

Session Layer

Session layer وظیفه ی ارتباط اتصالات، تامین امنیت و احراز هویت را بر عهده دارد.

وظایف Session layer

• Synchronization: لایه session چک پوینت‌ها که مشخص کننده همگام سازی می‌باشد به Data اضافه کرده و این نقاط همگام سازی به شناسایی خطا کمک می‌کند تا بتواند دیتاها را به درستی همگام سازی کند.
• Dialog controller: این لایه به شما اجازه می‌دهد تا دو سیستم با یک دیگر ارتباط داشته باشند که این ارتباط به صورت half duplex یا full duplex انجام شود.

Presentation Layer

Presentation Layer را به عنوان لایه ی ترنسلیت هم می شناسند چرا که این لایه اطلاعاتی که از لایه اپلیکیشن دریافت می کند به فرمتی که قابل انتقال در شبکه در می آورد.

وظایف presentation layer

• Translation: به عنوان مثال تبدیل ASCII به EBCDIC
• رمزنگاری: اطلاعات رمزگذاری شده به شکل Cipher text می‌شود تا اطلاعات رمزگذاری شده به شکل plain text می‌شود. دقت کنید که مقدار key برای رمزنگاری اهمیت بسیاری دارد.
• Compression: تعداد bitهای لازم برای انتقال بر روی شبکه را کم می‌کند.

Application Layer

در این لایه دیتاهایی که می‌بایست بر روی شبکه منتقل شود. در حقیقت لایه Application برای سرویس‌های برنامه پنجره‌ای است که به شبکه دسترسی دارد و اطلاعات دریافتی را به کاربر نشان می‌دهد. Application layer را با نام Desktop layer هم می‌شناسند.

وظایف Application layer

• Network virtual terminal
• FTAM-File transfer access and management
• Mail services
• Directory services