آموزش شبکه از پایه - جلسه ششم

با سلام و عرض خسته نباشید

با آموزش شبکه از پایه جلسه 6 در خدمت شما هستیم

مدل مرجع OSI

برای اینکه در طراحی شبکه‌های کامپیوتری مشکلی پیش نیاید و هر مدیر و طراح شبکه نتواند سلیقه خود را به شبکه تحمیل کند سازمان جهانی استانداردسازی (ISO) یک استاندارد جهانی را برای طراحی و پیاده‌سازی شبکه‌های کامپیوتری ثبت نمود به‌گونه‌ای که تمامی وظایف و کارهایی که باید شبکه انجام دهد را تعریف می‌کند. این مدل، مدل مرجع OSI نام دارد که به‌طور واقعی هیچ‌وقت از آن در شبکه‌های بزرگ مانند اینترنت استفاده‌نشده و فقط برای دقت در پروتکل‌های شبکه و نیز دقت و افزایش بینش شخص یادگیرنده از آن استفاده می‌شود. امروزه بیشتر در شبکه‌ها از مدل TCP/IP استفاده می‌شود که در ادامه به تشریح کامل هردوی این مدل‌های مرجع خواهیم پرداخت.

مدل مرجع OSI همان‌طور که در تصویر بالا نیز قابل مشاهده هست دارای هفت لایه می‌باشد که هر لایه کار مخصوص به خود را انجام می‌دهد و در ارتباط و سرویس‌دهی به لایه‌های پایین و بالای خود هست. همچنین همان‌طور که در تصویر بالا قابل مشاهده است در چهار لایه پایینی هر بسته از داده برای خود از قوانین و نام‌گذاری متفاوتی برخوردار است که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت.

لایه 1- لایه فیزیکی (Physical Layer)

این لایه وظیفه انجام کارهای مخابراتی اعم از انتقال بیت‌های اطلاعاتی را بر عهده دارد و بیشتر با رسانه فیزیکی در شبکه ارتباط دارد تا وسایل دیگر و به خاطر همین موضوع این لایه هیچ درکی از مفهوم فایل و محتوای اطلاعات ردوبدل شده در شبکه ندارد و تنها چیزی را که می‌فهمد صفر و یک‌هایی است که ارسال و یا دریافت خواهند شد. پارامترهای زیر در این لایه مورد بررسی قرار می‌گیرند

•           نوع رسانه فیزیکی (فیبر نوری، سیم مسی، مادون‌قرمز، امواج الکترومغناطیسی)
•           نحوه نمایش و تبدیل بیت‌های مناسب با رسانه فیزیکی
•           نرخ ارسال
•           نوع مدولاسیون
•           و غیره...

این لایه عمدتاً به عنوان لایه سخت‌افزاری شناخته می‌شود و مفهوم واحد اطلاعاتی در آن بیت (Bit) هست.

با توجه به داشتن پهنای باند بالا در بعضی از رسانه‌های فیزیکی می‌توان برای استفاده مفید از پهنای باند کانال و همچنین کاهش هزینه‌ها، آن را بین ایستگاه‌های مختلف تقسیم نمود که به این نوع تقسیم سازی مالتی پلکس (Multiplexing) گفته می‌شود. در این لایه ارسال اطلاعات بر روی رسانه‌های فیزیکی با روش‌های (مالتی پلکسی) مختلفی انجام می‌گیرد که دو مورد معروف ان در ادامه معرفی خواهد شد.

• تقسیم در حوزه فرکانسی (FDM)

در این روش فرکانس موجود بر روی رسانه انتقال به تعداد ایستگاه‌های موجود تقسیم می‌شود، یعنی اگر به تعداد N ایستگاه به رسانه فیزیکی متصل باشند و بخواهند با آن به ارسال اطلاعات بپردازند رسانه فیزیکی به N تعداد تقسیم‌شده و هر قسمت از آن به یک ایستگاه اختصاص می‌یابد.

• تقسیم در حوزه زمانی (TDM)

همانند روش بالا عمل می‌کند اما به‌جای تقسیم فرکانسی از برش زمانی برای ارسال داده هر ایستگاه استفاده می‌کند، یعنی به تعداد ایستگاه‌های موجود برش زمانی ایجاد می‌کند و هر برش را به یک ایستگاه نسبت می‌دهد و با فرا رسیدن آن برش زمانی داده‌های آن ایستگاه را ارسال خواهد کرد.

لایه 2- لایه پیوند داده (Data Link Layer)

این لایه در واقع اولین لایه از هفت لایه مدل مرجع است که در امر خطایابی به شبکه کمک می‌کند و با استفاده از مکانیسم‌های موجود در آن می‌توان خطایابی و اشکال‌زدایی برای اطلاعات ردوبدل شده در شبکه داشته باشد. همچنین این لایه واحدهای داده را از لایه بالاتر دریافت کرده و آن را به اندازه‌های مناسب با نشانه‌گذاری ابتدا و انتهای واحد اطلاعاتی مذکور و همچنین اضافه کردن اطلاعات مبدأ و مقصد برای ارسال و نیز قسمت‌هایی برای کنترل و کشف خطای احتمالی برای ارسال به لایه فیزیکی تبدیل می‌کند که به آن واحدهای اطلاعاتی در ین لایه فریم (Frame) گفته می‌شود. در این لایه همچنین کنترل سرعت ارسال فریم‌ها به سمت گیرنده کنترل می‌شود تا مبادا هیچ گیرنده‌ای به خاطر کمبود حافظه و یا مسائل دیگر فریمی را از دست بدهد.

ای لایه خود از دو زیر لایه اصلی تشکیل‌شده که به شرح زیر است

از وظایف زیر لایه MAC می‌توان به نحوه دسترسی به رسانه انتقال و نیز تست کردن آدرس فیزیکی (MAC) مبدأ و مقصد اشاره کرد، اما در مورد زیر لایه LLC می‌توان به مواردی همچون ایجاد قاب‌های کنترلی برای خطایابی و نیز ایجاد ارتباط نظیر به نظیر بین مبدأ و مقصد و نیز فریم بندی داده‌ها با مشخص کردن ابتدا و انتهای فریم اشاره کرد.

پس از دو زیر لایه بالا، این لایه خود دارای یک زیر لایه دیگر به نام MAS است که برای جلوگیری از تصادم اطلاعات در شبکه‌هایی که از کانال اشتراکی برای ارسال داده استفاده می‌کنند بهره می‌برد که در بعضی از مقالات و کتب از آن به عنوان لایه دو و نیم   یا OSI Layer 2.5 نیز یاد شده است.

لایه 3- لایه شبکه (Network Layer)

کار اصلی لایه شبکه را می‌توان مسیریابی نامید که پایه و اساس شبکه‌های کامپیوتری می‌باشد. در این لایه به واحدهای اطلاعاتی بسته (Packet) گفته می‌شود که این بسته شامل آدرس گیرنده و فرستنده خواهد بود که با این آدرس‌های می‌تواند بسته‌های رسیده را به سمت مقصد مسیریابی و هدایت نمود.

ازآنجاکه یک داده بزرگ پس از چندین تکه شدن امکان دارد که هر بسته از راه مختلفی از بین مسیریاب‌های موجود در شبکه عبور کند و به ترتیب به مقصد نرسند این لایه با گذاشتن شماره و نیز داشتن آدرس جهانی به بازسازی و هدایت درست بسته به سمت مقصد بر اساس آدرس‌های IP کمک شایانی می‌کند.

همچنین در این لایه سوئچینگ داده‌ها انجام می‌شود که در ادامه به سه روش استاندارد این کار خواهیم پرداخت.

سه روش معروف که در عمل سوئیچینگ لایه سه از آن استفاده می‌شود عبارت‌اند از

سوئیچینگ مداری (Circuit switching)

در این روش قبل از ایجاد ارتباط بین دو ماشین یک اتصال و کانال فیزیکی بین دو ماشین ایجاد می‌شود و به نوعی یک مداربسته را برای تبادل اطلاعات ایجاد می‌کنند. در این زمان مسیر ارتباطی به سمت گیرنده و فرستنده در حالت مشغول قرار می‌گیرد و هیچ سیستم دیگری تا قبل از پایان ارتباط این دو نمی‌تواند با آن‌ها تماس حاصل نماید. از مثال‌های روشن برای این موضوع می‌توان به سیستم تلفن اشاره کرد که در صورت صحبت کردن با یک شخص، کاربر دیگر نمی‌تواند با شما ارتباط برقرار کند و بوق اشغال را شنود خواهد کدر و باید در زمان دیگر تلاش برای ارتباط با شما را تکرار کند. از معایب این روش می‌توان به زمان‌هایی که برای ایجاد مدار و زمان برقراری اتصال صرف خواهد شد و نیز به بسته بودن ارتباط در صورت استفاده کاربر اشاره کرد.

سوئیچینگ پیام (Message switching)

در این روش اتصال همیشه برقرار است . در واقع در این حالت سیستم‌ها با یک مرکز سوئیچ که در مرکز مخابراتی قرار دارد به طور دائمی متصل هستند و قبل از اینکه اطلاعات به سیستم برسد باید از این مرکز و سوئیچ‌های آن عبور نماید. این سوئیچ‌ها دارای حافظه جانبی هستند و می‌تواند به نیابت از سیستم گیرنده که در آن زمان همی می‌تواند آزاد و هم می‌تواند مشغول باشد، داده‌های رسیده را دریافت و ذخیره نمایند و در زمان مناسب آن را به سمت گیرنده ارسال نمایند. این روش برخلاف روش بالا نیاز به آزمایشی سیستم گیرنده قبل زا ارسال پیام ندارد و به محض این‌که داده آماده ارسال شد این کار را انجام می‌دهد. با این کار دیگر در هنگام فرستادن پیام می‌تواند رد همان زمان پیام نیز دریافت نمایید که مشکل اشتغالی در حالت قبل حل خواهد شد و نیز دیگر زمان برای ایجاد ارتباط فیزیکی بین دو سیستم تلف نخواهد شد و سرعت بالاتری نسبت به حالت قبل دارد. ولی از مشکلات این روش نیز می‌توان به نیاز به حافظه زیاد برای ذخیره اطلاعات در خود سوئیچ و ارسال کل پیام برای خرابی قسمتی از اطاعات (به علت نداشتن محدودیت در طول پیام) قبل از ارسال به سمت گیرنده و تأخیر به وجود آمده از این کار که باید کل اطلاعات دریافت شوند و بعد ارسال که می‌تواند باعث کندی سیستم بیانجامد. برای مثال در این نوع سوئیچینگ می‌توان به سیستم تلفن همراه اشاره کرد که زمانی که تلفن همراه شما خاموش است و پیامکی برای شما ارسال می‌شود در مرکز سوئیچ و در حافظه یکی از سوئیچ‌ها ذخیره‌شده و بعد از روشن شدن گوشی شما برای شما ارسال خواهد شد.

سوئیچینگ بسته (Packet switching)

مشکلات دو روش قبل باعث شد که روش جدیدی برای ارسال اطلاعات در شبکه‌ها ابداع شود که مشکلات روش‌های قبل را پوشش دهد. در این روش فرستنده حق ارسال پیام به صورت نامحدود را ندارد و باید در یک اندازه مشخص و محدود قطعه‌های کوچک شده را که به بسته مشهور هستند، به سمت گیرنده ارسال نماید. برای مثال اگر یک ایستگاه یک بسته 4 مگابایتی داشته باشد و محدودیت 1 مگابایت برای هر بسته داشته باشد باید 4 بسته را به ترتیب به سمت گیرنده ارسال کند و مرکز نیز با دریافت هر بسته شروع به ارسال آن خواهد کرد و منتظر بسته بعدی نمی‌شود تا آن برسد و همه را با هم ارسال نماید که با این کار تأخیر در ارسال بسته‌ها در روش قبل نیز پوشش داده خواهد شد. همچنین با گذاشتن محدودیت در طول بسته اگر خطایی رخ دهد نیاز به ارسال کل بسته نیست و فقط بسته موردنظر دوباره ارسال می‌شود که در پهنای باند و وقت سیستم‌ها و سوئیچ‌ها صرفه‌جویی می‌شود و از طرف دیگر نیاز به حافظه زیاد هم دیگر نخواهد بود. امروزه شبکه‌های ATM از این نوع فناوری در زیرساخت خود استفاده می‌کنند.

در تصویر زیر می‌توانی تصویر هر سه روش سوئیچینگ را مشاهده نماید.

لایه 4- لایه انتقال (Transport Layer)

 وظیفه‌ای لایه را می‌توان گرفتن داده‌ها از لایه بالاتر و تقسیم آن‌ها به واحدهای با اندازه استاندارد به نام Segment اشاره کرد. در این لایه می‌توان با دادن هویت به هر عنصر موجود رد سیستم سرویس‌ها و پروسه‌های متعددی را در یک سیستم راه‌اندازی و استفاده کرد. در این لایه می‌توان ترتیب جریان‌های رسیده را به‌درستی انجام داد و به کنترل قطعات رد سطح سرویس پرداخت، همچنین می‌توان به شماره‌گذاری قطعه‌ها به خطایابی مجدد و نیز بازسازی در مقصد کمک شایانی نمود. در لایه انتقال می‌توان با استفاده از حالت Windowing مقدار اطلاعاتی که سمت گیرنده قادر به دریافت آن است مطلع شویم که در این صورت هیچ داده‌ای دور ریخته نخواهد شد

در این لایه می‌توان از دو سرویس مختلف برای برنامه‌های مختلف استفاده کرد که اعم از

سرویس مطمئن و اتصال گرا (TCP)

سرویس نامطمئن و غیر اتصال گرا (UDP)

سرویس مطمئن و اتصال گرا (TCP)

سرویس مطمئن که برگرفته از سرواژه Transmission Control Protocol می‌باشد بر این موضوع تأکید دارد که قبل از هرگونه اتصال و فرستادن اطلاعات به سمت مقصد به سیستم مقصد اطلاع‌رسانی می‌کند و هماهنگی لازم برای ارتباط را به آن می‌دهد تا گیرنده آماده باشد که داده را دریافت نماید و اگر هم در بین راه بسته‌ای از اطلاعات از بین رفت دوباره توسط همین سرویس ان بسته مورد نظر ارسال می‌شود و در مقصد به ترتیب شماره‌گذاری در مبدأ کل اطلاعات به صورت کاملاً سالم بازسازی می‌شود. از این نوع ارسال اطلاعات برای پروتکل‌هایی مانند وب و ارسال اطلاعاتی که مهم هستند و در آن‌ها سالم رسیدن اطلاعات از سرعت مهم‌تر باشد استفاده می‌شود.

سرویس نامطمئن و غیر اتصال گرا (UDP)

سرویس نامطمئن برگرفته از User Datagram Protocol که در ارسال با این پروتکل فقط سرعت مهم می‌باشد و اگر چندین بسته در بین راه دچار مشکل شده و یا از بین رفتند مهم نمی‌باشد و فقط زمان رسیدن اطلاعات به مقصد مهم می‌باشد. از این سرویس در ارسال صدا و تصویر آنلاین در اینترنت استفاده می‌شود که مکالمات تلفنی اسکایپ یکی از بهترین و معروف‌ترین این سرویس‌ها می‌باشد.

لایه 5- لایه جلسه یا نشست (Session Layer)

به عملیاتی که در طی آن بین دو پروسه در دو سیستم انجام می‌شود از نحوه شروع تا هماهنگی‌های ارسال و نیز نحوه پایان‌دهی به ارتباط نشست یا جلسه گفته می‌شود. همان‌طور که گفته شد وظیفه این لایه نظارت بر همین نشست‌ها در ارتباطات می‌باشد

وظایف کلی این لایه به صورت زیر است

• برقراری نشست
• مدیریت نشست
• شناسایی دو طرف
• هم‌زمان‌سازی دو سیستم در ردوبدل کردن داده‌ها
• اتمام نشست
• اکانتینگ کاربران

لایه 6- لایه نمایش (Presentation)

این لایه بر روی نحوه نمایش داده‌های ارسال در شبکه نظارت دارد که در تصویر زیر می‌توانید کارهای این لایه را مشاهده نماید

این لایه می‌تواند در فشرده‌سازی، قالب‌بندی و رمزگذاری پیام‌های درون شبکه ورود کند. برای مثال این لایه مشخص می‌کند که پیام‌ها از سیستم مبدأ تا به مقصد چگونه تبدیل و نمایش داده شوند مثلاً از کدهای اسکی برای نمایش داده‌ها استفاده شود یا از کدهای یونی‌کد و یا غیره.

لایه 7- لایه کاربرد (Application)

 هر برنامه‌ای که در سیستم شما نصب می‌شود و شروع به سرویس‌دهی به شما یا شبکه را می‌کند در این لایه قرار می‌گیرد. این لایه مجموعه از استانداردهایی است که برای تبادل بین برنامه‌های مختلف را برای شما ممکن می‌سازد.

برای مثال پروتکل‌هایی مثل پست الکترونیکی، پروتکل‌های مدیریت شبکه و نیز پروتکل‌های انتقال صفحات وب از این دسته بوده که در این لایه سرویس‌دهی می‌کنند. درواقع این لایه آخرین لایه مدل OSI بوده و بسته‌های اطلاعاتی پس از طی شدن مسیر و رسیدن به هر لایه و پردازش و نیز تغییر در هر لایه به این لایه می‌رسند و این لایه داده‌ها را برای شما توسط برنامه‌های مربوطه به نمایش درمی‌آورند.

در شکل زیر نمای کلی مدل مرجع OSI به تفکیک لایه به لایه و نیز کار هر لایه به‌صورت خلاصه‌شده نمایش داده خواهد شد.

امیدواریم این قسمت از آموزش برای شما مفید واقع‌شده باشد.