آدرس: تهران - میدان انقلاب - روبروی سینما بهمن - نبش خیابان منیری جاوید - آموزشگاه فن و کار
مدل OSI که مخفف عبارت Open Systems Interconnection Model یا مدل اتصال متقابل سامانه های باز می باشد؛ یک مدل استاندارد و به اصطلاح، یک زبان مشترک و شناخته شده جهانی در شبکه است. کاربرد اصلی این مدل، تشریح و توصیف (و به گونه ای شبیه سازی) چگونگی برقراری ارتباط در شبکه های کامپیوتری و همچنین سامانه های مخابراتی و این موضوع که به چه نحوی این سیستم ها به کمک اطلاعات و داده های مختلف و رسانه های متفاوت به یکدیگر متصل می شوند؛ می باشد.
مدل OSI از قدیمی ترین و در عین حال مهم ترین مدل های مفهومی و انتزاعی و غیر عملیاتی در حوزه شبکه های کامپیوتری می باشد که در دهه هشتاد میلادی توسط کارشناسان خبره و متخصصان زبده در ارگان جهانی ISO یا سازمان بین المللی استانداردسازی ابداع و معرفی شد و پس از آن، استفاده از مدل OSI برای تشریحِ چگونگی ایجاد ارتباطات بهینه بین سیستم های کامپیوتری، به طور گسترده ای رواج یافت.
با ما در این مقاله همراه باشید تا شما را با صفر تا صد مدل هفت لایه OSI و نحوه عملکرد و کاربردهای آن در طراحی و پیاده سازی شبکه های کامپیوتری آشنا نموده و با زبانی ساده و قابل درک، وظایف هر یک از لایه های این مدل را تشریح کنیم.
گفتنی است که در دوره آموزش نتورک پلاس که از کاربردی ترین و مهم ترین دوره های دپارتمان فناوری اطلاعات آموزشگاه فن و کار به شمار می آید؛ ما به طور تخصصی و عملیاتی، صفر تا صد مدل OSI را همراه با مثال ها و تمرین های عملی متنوع به شما ارائه خواهیم داد.
فهرست مطالب :
مدل OSI که مخفف عبارت Open Systems Interconnection Model یا مدل اتصال متقابل سامانه های باز می باشد؛ یک مدل استاندارد و به اصطلاح، یک زبان مشترک و شناخته شده جهانی است. کاربرد اصلی این مدل، تشریح و توصیف (و به گونه ای شبیه سازی) چگونگی برقراری ارتباط در شبکه‌های کامپیوتری و همچنین سامانه های مخابراتی و این موضوع که به چه نحوی این سیستم ها به کمک اطلاعات و داده های مختلف و رسانه های متفاوت به یکدیگر متصل می شوند؛ می باشد.
برخی از خصیصه ها و مشخصات فنی و عملیِ مهم و کاربردی در خصوص مدل OSI به شرح زیر هستند:
(نکته: پروتکل در مدل osi به معنای دستورالعمل و قواعدی مهمی است که همه دستگاه ها و سیستم های مربوط به یک شبکه در هنگام فعالیت و برقراری ارتباط، باید آن ها را رعایت کنند.)
به طور کلی می توان گفت یادگیری مفهوم مدل OSI و تسلط بر هر هفت لایه آن و کاربردها و نحوه عملکرد هر یک از این لایه ها، به متخصصان IT و کارشناسان این حوزه در سراسر جهان کمک می کند که بتوانند به طور دقیق و موشکافانه، ایرادات و خطاها و مشکلات رایج که در سیستم های کامپیوتری و سامانه های مخابراتی پیش می آید را شناسایی کنند و سپس تشخیص دهند که منشاء یا علت اصلی مشکلات مربوط به کدام یک از هفت لایه مدل OSI می شود.
این روشِ جداسازی و تفکیک در مدل OSI ، کار را برای متخصصان شبکه آسان تر می نماید و آن ها را قادر می سازد که بدون اتلاف وقت و انرژی زیاد، مشکلات رایج مانند عدم اتصال به یک سیستم دیگر یا اینترنت، بالا نیامدن یک وب سایت و … را شناسایی کرده و با به کارگیری راهکارهای به جا و اصولی، این مشکلات را برطرف نمایند.
از دیگر کاربردهای مهم مدل OSI ، مربوط به درک عمیق تر چگونگی ارسال و منتقل شدن داده ها از سوی یک کامپیوتر به سمت شبکه و روندی است که داده ها باید در شبکه به شکل گام به گام طی کنند تا به سیستم یا کامپیوتر مقصد و هدف برسند. در حقیقت به کمک مدل OSI می توان به طور کامل متوجه شد که هر یک از لایه ها یا مراحلِ ارسال و دریافت اطلاعات بین دو سیستم کامپیوتری، دقیقا چه اتفاقی می افتد و داده ها در مسیرِ این جابجایی دچار چه تغییرات و تحولاتی می شوند.
مدل OSI از هفت لایه اصلی و کلیدی تشکیل شده است و همگی این لایه ها از لایه فیزیکی (که پایین ترین layer است) تا لایه کاربرد یا اپلیکیشن (که تعاملی ترین لایه مدل OSI و در ارتباط مستقیم با اطلاعات کاربری است) هر کدام وظایف و مسئولیت های ویژه خود را انجام می دهند تا در نهایت داده ها و اطلاعات از طریق سخت افزارهای متنوع (مانند کامپیوتر، اسکنر، پرینتر و سایر تجهیزات) و طی کردن این هفت لایه از یک مبدا معین به یک مقصد مشخص برسند و انتقال داده شوند.
هر یک از لایه های مدل OSI داده ها و اطلاعاتی که باید از یک دستگاه به یک دستگاه دیگر منتقل کنند را از طریق پروتکل های ویژه و منحصر به فرد خود انتقال می دهند. پروتکل های مورد استفاده توسط لایه های هفت گانه این مدل، به ترتیب در ادامه شرح داده شده اند:
(نکته: روتر یکی از وسایل و لوازم ضروری و کلیدی در شبکه های کامپیوتری است که رهیاب یا مسیریاب هم نامیده می شود و وظیفه آن هدایت و راهنمایی بسته های اطلاعاتی یا Data packets در مسیر درست و بهینه برای رسیدن از مبدأ به مقصدشان است.)
در ادامه این مقاله قصد داریم به طور کامل شما را با هفت لایه تشکیل دهنده مدل جهانی OSI و وظایف و مشخصات فنی و علمی هر کدام از این لایه ها آشنا کنیم.
اولین و به نوعی پایین ترین لایه در مدل OSI ، لایه فیزیکی یا Physical است که شکل یا فرمت اطلاعات در آن به صورت بیت است یعنی تمام داده هایی که وارد این لایه می شوند؛ ابتدا به بیت یا همان رشته ای از اعداد صفر و یک (جریان باینری یا Bit Stream در انگلیسی) تبدیل می گردند. در مرحله بعد، این اطلاعات تبدیل به سیگنال signal گشته و از یک node یا گره به یک نود دیگر فرستاده می شوند تا به دست لایه بعدی یعنی Data Link برسد. این کار باعث می شود که فریم دوباره سرهم گردد.
لایه فیزیکی مدل OSI همان طور که از نام آن پیداست به طور مستقیم با لوازم و تجهیزات فیزیکی (و الکترونیکی) مربوط به دو سیستم رایانه ای که قرار است بین آن ها داده و اطلاعات خاصی داد و ستد شود؛ در ارتباط است و خود دربرگیرنده وسایل فیزیکی شبکه مانند کابل، سوئیچ، تکرارگرها یا ریپیترها، آداپتورها، هاب ها، مودم های شبکه و … می باشد.
به زبان ساده اگر بخواهیم وظایف لایه مدل OSI را خلاصه کنیم؛ باید بگوییم این لایه وظیفه دارد که تجهیزات و شرایط سخت افزاری بین دو سیستم گیرنده و فرستنده اطلاعات را بررسی کرده و سپس تعیین نماید این داده ها به چه روشی، در چه قالب یا فرمتی، به کمک چه نوع رسانه (لوازم) و طبق چه زمان بندی و ولتاژ برقی باید بین دو سیستم رد و بدل شوند.
به طور دقیق تر می توان وظایف و کارکردهای کلیدی لایه فیزیکی مدل OSI را به صورت زیر تشریح و تفسیر کرد:
طی این پروسه، لایه فیزیکی مدل OSI وظیفه دارد یک ساعت یا کلاک هم در بخش فرستنده و هم در بخش گیرنده، تولید کند. در نتیجهِ ایجادِ ساعت مذکور؛ از این موضوع که بیت های دیتا یا اطلاعات در پروسه منتقل شدن به شکل صحیح ترجمه می شوند و این که کلاک ها و تایمینگ در هر دو سمتِ ارسال کننده و دریافت کننده داده ها با هم همگام و سینک هستند (و در نتیجه، عملیات بازیابی اطلاعات هم به صورت دقیق و بدون خطا و تاخیر اتفاق می افتد) اطمینان حاصل می گردد.
به واسطه این عملکرد، لایه فیزیکی یک مکانیزم هدفمند طراحی می کند تا نرخ انتقال داده و این موضوع که در هر ثانیه باید چه میزان دیتا و اطلاعات در مسیر گیرنده تا فرستنده جریان پیدا کرده و انتقال داده شود؛ معین گردد. جالب است بدانید بیت ریت یا سرعت انتقال داده تا حد زیادی وابسته به پهنای باند (حداکثر مقدار داده قابل انتقال در زمان مشخص) و نرخ خطای سیستم ها می باشد.
طی این ساز و کار، لایه فیزیکی موظف است با بررسی شرایط سامانه ها و device های ارسال کننده و دریافت کننده دیتاها تصمیم بگیرد که انتقال داده ها و اطلاعات به چه شکلی (با چه معماری) و به وسیله چه نوع لوازم مخصوصِ برقراری ارتباط (مانند دستگاه های روتر، وایرلس، سوئیچ و سایر تجهیزات رایج ارتباطی) رد و بدل شوند.
یعنی توپولوژی های فیزیکی معین می کنند که ارتباط بین سیستم ها و دستگاه های مختلف یک شبکه کامپیوتری یا اینترنتی و نودها nodes به چه شکلی و از طریق چه ابزارهایی باید برقرار شود (معماری و چینش دستگاه ها). از کلیدی ترین Topology های مورد استفاده توسط لایه فیزیکی می توان به Bus و Mesh و star اشاره کرد.
از دیگر کارکردها و وظایف مهم لایه فیزیکی این است که بهینه ترین روش یا راه داد و ستد و انتقال داده ها بین دستگاه های گیرنده و فرستنده یک سیستم کامپیوتری یا اینترنتی شبکه را شناسایی کرده و آن را روی فرآیند انتقال دیتاها اعمال نماید. مهم ترین و پرکاربردترین حالت ها یا روش هایی که لایه فیزیکی از بین آن ها بهترین حالت را برای Data Transmission انتخاب می کند، عبارت اند از: روش Half Duplex یا نیمه دوطرفه، روش Simplex یا یک طرفه، روش Full Duplex یا دوطرفه کامل.
همان طور که در تعریف لایه فیزیکی مدل OSI ذکر کردیم؛ این لایه مسئول تبدیل دیتاها و اطلاعات به سیگنال و منتقل نمودن بیت ها از سمت گیرنده به فرستنده در دستگاه های گوناگون یک شبکه کامپیوتری می باشد. ذکر این نکته ضروری است که سیگنال های لایه فیزیکی در دو نوع آنالوگ و دیجیتال تولید می شوند و هدف از ایجاد سیگنال، انتقال دقیق تر و بهینه تر داده ها و اطلاعات می باشد.
دومین لایه در مدل OSI ، لایه داده لینک Data link layer که به اختصار آن را لایه DLL نیز می نامند؛ مسئول فراهم آوردن شرایط و امکانات لازم برای دستگاه های یک شبکه به منظور برقراری ارتباط و یا به اتمام رساندن ارتباط بین این device ها می باشد.
برای این که فرآیند ارتباط گیری بین دستگاه ها به شکل صحیح و پرسرعت و دقیق انجام شود؛ لایه داده لینک وظیفه دارد بسته های اطلاعاتی که در جریان انتقال داده ها از سوی شبکه Network دریافت می کند را به بخش ها یا پکیج های کوچک تر تقسیم کند که به این قطعه های کوچک تر فریم frame گفته می شود.
لایه دیتا لینک در مدل OSI خودش از دو لایه زیر مجموعه مهم و کاربردی تشکیل شده است که عبارت اند از: لایه LLC یا به اصطلاح (کنترل لینک منطقی) و لایه MAC به معنی (کنترل دسترسی به رسانه) .
این لایه که خودش جزئی از لایه دیتا لینک می باشد؛ وظیفه دارد پروتکل های پرکاربرد و مناسب را برای استفاده در شبکه بیابد و ایرادات و ارورهای مربوط به لایه فیزیکی را شناسایی کرده و آن ها را به شکلی اصولی رفع نماید. از دیگر وظایف لایه LLC یا کنترل لینک منطقی این است که فریم ها را سینک یا همگام سازی نماید.
لایه MAC هم مانند لایه LLC جزئی از زیر لایه های Data Link Layer به شمار می آید و وظیفه دارد تا راهنمایی ها و دستورات لازم را برای فرستادن و گرفتن اطلاعات به شکل بهینه از سوی دستگاه های گیرنده و فرستنده (و به سوی آن ها) معین نماید.
از دیگر کاربردهای لایه MAC همان طور که از نام آن پیداست؛ این است که به واسطه استفاده صحیح از مک آدرس ها یا MAC Address شرایطی را برای کامپیوترها و device های یک شبکه رایانه ای یا اینترنتی مهیا می کند که بتوانند به صورت مطلوب با هم ارتباط یا کانکشن برقرار نمایند.
(نکته: مک آدرس ها یا آدرس های فیزیکی نشانی هایِ بر پایه عددِ منحصر به فرد هستند که به شکل سخت افزاری در کارت شبکه موجود در کارخانه درج می گردند.)
به طور خلاصه و به بیان ساده اگر بخواهیم کاربردها و لوازم موجود در لایه دیتا لینک را تشریح کنیم؛ باید بگوییم: وظیفه اصلی و کلیدی لایه داده لینک این است که شرایط را به نحوی مهیا کند که دیتاها و اطلاعات بین device های مختلف یک شبکه به شکل بهینه و صحیح و بدون خطا و ایراد رد و بدل شوند. لازم به توضیح است که لایه دیتا لینک برای انجام وظایف خود از دستگاه ها و سخت افزارهایی مانند سوئیچ و بریج بهره می برد.
از مهم ترین کاربردها و وظایف لایه Data Link در فرآیند انتقال داده ها از مبدأ به مقصد در یک شبکه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
فریم بندی (در انگلیسی framing نامیده می شود) پروسه ای است که هدف آن کوچک سازی پکیج های اطلاعاتی دریافت شده از سوی لایه شبکه یا نتورک و سپس تغییر قالب و فرمت آن ها به بسته های داده ای به نام فریم می باشد. هدف از چنین کاری این است که بسته های اطلاعاتی گرفته شده از سوی شبکه را راحت تر بتوان مدیریت و منتقل کرد.
عملیات Physical Addressing فرآیندی است که طی آن لایه دیتا لینک موظف است پس از تولید بسته های اطلاعاتی فریم؛ آدرس های فیزیکی یا مک آدرس های متعلق به سیستم های گیرنده و ارسال کننده در شبکه را استخراج کرده و در این MAC Address ها به شکل صحیح، درون فریم های اطلاعاتی قرار دهد.
فرآیند Error Control یک ساز و کار و مکانیزم قدرتمند است که لایه داده لینک مدل OSI از آن بهره می گیرد تا در مرحله اول، اختلال یا نقص در جریانِ ارسال و منتقل شدن بسته های اطلاعاتی فریم و همچنین فریم هایی که ممکن است در اثر این اختلال و عدم کاراییِ درست، دچار آسیب و خرابی شده و یا به طور کلی در شبکه گم شده باشند را یافته و در مرحله بعد، به کمک روش END TO END شرایطی را فراهم آورد که این فریم های گم یا خراب شده بتوانند مجددا طبق یک روند معمول و استاندارد به چرخه یا پروسه Transmission و انتقال بازگردند.
(نکته: روش انتها به انتها یا end to end در شبکه روشی است که طی آن، واسطه هایی از جمله روترها حذف شده و ارتباط درون شبکه از طریق گره های انتهایی صورت می گیرد.)
پروسه Data Flow Control یکی از کاربردهای مهم و کلیدی در لایه داده لینک است که طی آن از این موضوع اطمینان حاصل می شود که بین دستگاه ها و سیستم های ارسال کننده و دریافت کننده، هماهنگی و انطباق لازم و کافی از نظر سرعتِ گرفتن و فرستادن اطلاعات وجود دارد.
تاکید بر هماهنگی بین سرعت داد و ستد داده ها به این علت است که چنانچه سرعت دریافت اطلاعات در طرف گیرنده شبکه کم باشد؛ این موضوع باعث می شود همه فریم های فرستاده شده از سوی مبدأ به مقصد خود (یعنی گیرنده) نرسند و فرآیند انتقال دیتاها با مشکل مواجه شود.
عملکرد Access Control از وظایف مهم در لایه دیتا لینک است که به واسطه زیر لایه MAC انجام می شود. بدین معنی که لایه MAC یا لایه کنترل دسترسی به رسانه است که مشخص می کند از بین چند سیستم و device که به صورت همزمان روی شبکه در حال فعالیت هستند و کانال یا راه ارتباط گیری آن ها یکسان است؛ در یک بازه زمانی معین، کدام یک از دستگاه ها و سیستم ها می توانند از این راه ارتباط گیری مشترک بهره برداری نمایند.
هدف از کنترل دسترسی یا همان Access Control در لایه دیتا لینک این است که تا حد امکان از برخورد و تداخل دستگاه ها و سامانه های مختلف شبکه که در حال به کارگیری یک راه ارتباطی یکسان هستند؛ جلوگیری به عمل آید.
آموزشگاه فن و کار در دپارتمان مخابرات و شبکه خود دوره های تخصصی شبکه از جمله آموزش امنیت شبکه ، آموزش پسیو شبکه و موارد تخصصی تر مانند آموزش میکروتیک ، آموزش سیسکو را بصورت جامع و کامل با سرفصل های استاندارد جهانی برگزار می کند. تمامی دوره ها تحت نظارت مسقیم سازمان فنی حرفه ای و با اعطای مدرک بین المللی برگزار می شود. برای اطلاعات بیشتر با شماره تماس بگیرید.
سومین لایه در مدل OSI ، لایه شبکه یا Network Layer است و به طور کلی برای این به کار گرفته می شود که برقراری ارتباط و رد و بدل کردن اطلاعات بین چندین شبکه گوناگون امکان پذیر شود. به منظور این که تبادل اطلاعات بین دو یا چند شبکه متنوع به شکل صحیح و کارآمد برقرار شود؛ لایه نتورک وظیفه دارد در وهله اول، سگمنت ها (فرمت اطلاعات در لایه انتقال) که در لایه انتقال یا Transport در شبکه مبدأ وجود دارند را دریافت کرده و در مرحله بعد، این سگمنت ها را به بخش های ریزتر اطلاعاتی تبدیل کند که بسته یا packet نامیده می شوند.
در مرحله سوم این فرآیند مهم و کلیدی، لایه نتورک وظیفه دارد این سگمنت ها که اکنون به packet تبدیل شده اند را مجددا به یکدیگر وصل کند و به شبکه گیرنده تحویل دهد.
لایه شبکه یا نتورک در مدل OSI کارکردهای مهم و متنوعی را بر عهده دارد که در ادامه آن ها را به صورت مجزا معرفی کرده و هر مورد را توضیح خواهیم داد.
روتینگ Routing یا مسیریابی از مهم ترین و کلیدی ترین کارکردهای لایه شبکه است. این بخش از لایه نتورک، وظیفه دارد آدرس های IP متعلق به شبکه های مبدأ و مقصد در یک فرآیند ارتباط گیری و تبادل اطلاعات را بررسی کرده و سپس بر اساس این آدرس های IP معین کند بهینه ترین و پرسرعت ترین راه یا کانال ارتباطی فیزیکی (مسیر) برای این که داده ها و اطلاعات در حداقل زمان ممکن از شبکه مبدأ به شبکه مقصد برسند؛ کدام است.
(نکته : آدرس IP در فرآیند داد و ستد اطلاعات در شبکه به منزله کد پستی یک خانه در دنیای واقعی عمل می کند.)
لازم به توضیح است روتینگ یا مسیریابی از حیاتی ترین عملکردهای لایه شبکه است که فرآیند رد و بدل کردن اطلاعات بدون آن امکان پذیر نیست. چرا که برای رساندن دیتاها از یک شبکه مبدأ در یک مکان فیزیکی مشخص (مثلا شهر تهران) به یک شبکه مقصد در یک مکان فیزیکی و معین دیگر در نقطه ای دور در اروپا ( مثل شهر لندن) میلیون ها روش و راه ارتباطی بالقوه وجود دارد که می توان از همه آن ها بهره گرفت، ولی این روتر یا مسیریاب در لایه شبکه است که با به کار بستن تکنیک های ویژه و علمی، معین می کند بهترین و سریع ترین روش یا مسیر برای رساندن اطلاعات از شبکه مبدأ به مقصد کدام است.
فرآیند Inter Networking اصلی ترین کارکرد لایه شبکه به شمار می آید که طی آن از یک دستگاه واسطه و میانی مثل مسیر یاب یا روتر بهره برداری می شود تا میان سیستم ها و device های متنوع یک شبکه کامپیوتری یا اینترنتی (فارغ از این که امکانات و تجهیزات سخت افزاری این دستگاه ها و تکنولوژی مورد استفاده در آن ها چه هست) یک ارتباط بهینه و منطقی برقرار گردد.
از دیگر کاربردهای لایه شبکه در مدل OSI این است که ضمن دریافت و تحویل اطلاعات از لایه های بالاتر از خود در این مدل، این اطلاعات را به بخش های ریزتر و جمع و جور تر تبدیل می کند. به این کار کپسوله کردن یا به انگلیسی Encapsulation گفته می شود و طی این فرآیند، اطلاعات به گونه ای عوض می شود که هدرها و تریلرهای ویژه ای را دریافت نموده یا این ویژگی ها (هدر و تریلر) به صورت های گوناگون به آن ها اضافه می گردد.
لازم به توضیح است که کپسوله کردن داده ها و اطلاعات در طرف مبدأ و ابتدایی صورت می گیرد و بعد از رسیدن دیتاها به مقصد مورد نظرشان، آن ها از حالت فشرده و کپسوله خارج می شوند.
فرآیند Logical Addressing یا همان آدرس دهی منطقی فرآیندی است که طی آن لایه شبکه موظف است تا اطلاعات مربوط به IP آدرس های سیستم های دریافت کننده و ارسال کننده دیتاها را به بخش هدر از بسته های فریم اضافه نماید.
هدف از عملیات آدرس دهی منطقی در لایه شبکه مدل OSI این است که سیستم ها و دستگاه های موجود در یک شبکه یونیک و غیر تکراری و منحصر به فرد به شمار آیند و در فرآیند داد و ستد دیتاها به درستی شناخته شوند و با یکدیگر اشتباه گرفته نشوند.
لازم به توضیح است که سه لایه ابتدایی و اولیه در مدل OSI یعنی لایه های فیزیکی Physical و دیتا لینک Data link و شبکه Network ، در اصطلاح تخصصی؛ لایه های پایین تر Lower Layers یا Hardware Layers به معنای لایه های سخت افزاری هم نامیده می شوند.
لایه چهارم در مدل OSI ، لایه انتقال یا Transport Layer بوده و موظف است تا شرایط را به نحوی مهیا کند تا بین دو یا چند وسیله و سیستم عضو شبکه کامپیوتری یا اینترنتی یک ارتباط و کانکشن دو طرفه کامل برقرار شود. هدف از ایجاد این کانکشن دو وجهی کامل این است که داده ها و اطلاعاتی که باید در شبکه ای از مبدأ معین به مقصد مشخص برسند؛ دچار هیچ مشکلی نشده و ارتباطی اثربخش و بدون خطا (ارور) بین سامانه های دریافت کننده و ارسال کننده اطلاعات برقرار گردد.
به منظور تبادل صحیح اطلاعات، در مرحله اول باید لایه انتقال در طرف دستگاه و سیستم های ارسال کننده اطلاعات، دیتاهایی که از لایه های قبلی تحویل گرفته است را ابتدا به فرمت دیگری درآورد که به آن ها سگمنت یا به انگلیسی segment گفته می شود و در وهله بعدی، این سگمنت ها به سمت لایه شبکه روانه می شوند.
در مرحله دوم؛ لایه انتقال در طرف سیستم ها و دستگاه های دریافت کننده اطلاعات (سامانه مقصد) سگمنت هایی که تحویل گرفته اند را مجددا تغییر شکل داده و به حالتی در می آورند که برای لایه Session یا نشست قابل فهم باشد و این لایه بتواند این داده های تغییر فرم یافته را به کار بگیرد.
به طور کلی می توان بیان کرد که لایه انتقال تمامی جنبه های دخیل در جریان یافتن و منتقل شدن داده ها در شبکه را کنترل و مدیریت می کند و پارامترهایی از قبیل تعداد و حجم اطلاعات فرستاده شده، سرعت و نرخ منتقل شدن دیتاها و مقصد یا محل تحویل داده شدن اطلاعات را به صورت دقیق و کاربردی، مشخص می کند.
لایه انتقال در مدل OSI همچنین موظف است که مشکلات و ارورهای احتمالی رخ داده در فرآیند منتقل شدن و Transport اطلاعات و داده ها را یافته و به بهترین شیوه ممکن، بدون آن که جریان داده ها دچار خطا شوند؛ این مشکلات را رفع نماید.
در ادامه به مهم ترین و اصلی ترین وظایف و کارکردهای لایه انتقال یا Transport Layer در مدل جهانی و مرجع OSI خواهیم پرداخت:
دو فرآیند Segmentation و همچنین Reassembly در لایه انتقال وظیفه دارند تا پیام ها و پیغام هایی که از سوی لایه های دیگر (به ویژه لایه Session یا لایه نشست) دریافت می کنند، در ابتدا به بخش ها یا سگمنت های متنوع و کوچک تر تقسیم بندی نمایند.
هر یک از این واحدهای کوچک تر یا segment ها که در لایه انتقال پدید می آیند؛ دارای یک هدر ویژه خود و یک رشته عددی منحصر به فرد هستند که این دو ویژگیِ سگمنت ها سبب می شود تا در مقصدِ انتقال، لایه Transport قادر باشد مجددا این بخش ها را Reassemble یا سرهم بندی و بازسازی کند بدون آن که دیتاها عوض شده و دچار آسیب یا تغییر شوند.
پروسه Service Point Addressing عملیاتی از لایه انتقال مدل OSI می باشد که طی آن در هدرِ لایه آدرس های منحصر به فرد به نام نقطه دسترسی و سرویس یا به انگلیسی service point قرار داده می شود که نام دیگر آن، آدرس پورت port است. وظیفه این آدرس ها و به نوعی، کارکرد فرآیند آدرس دهی نقطه سرویس این است که بسته ها و پکیج های اطلاعاتی را به سمت مناسب ترین سرویس و عملیات منطبق با آن ها، هدایت کند.
لایه انتقال موظف است با بررسی شرایط نرم افزاری و سخت افزاری حاکم میان دستگاه ها و سیستم های مبدأ و مقصد در تبادل دیتاها، معین کند که بهتر است کانکشن به شکل اتصال گرا صورت گیرد یا به شیوه غیر اتصال گرا. به این عمل کنترل اتصال ها گفته می شود.
در روش غیر اتصال گرا، دستگاه یا سیستم مقصد هر یک از سگمنت های اطلاعاتی را به عنوان یک پکیج دیتای جداگانه در نظر می گیرد و دریافت می کند یعنی سیستم های گیرنده قبل از این که سگمنت ها به دست آن ها برسد؛ هیچ دیتایی از طرف فرستنده اطلاعات دریافت نمی کنند.
برعکس روش غیر اتصال گرا، در کنترل کانکشن ها به روش اتصال گرا، لایه های Transport در سیستم های کامپیوتری یا اینترنتی مبدأ و مقصد کانکشن، پیش از این که دیتاها تحویل داده شوند؛ با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و به هم وصل می گردند.
لایه انتقال نیز مانند لایه Data Link موظف است جریان داده ها را مدیریت و کنترل نماید که این کار را به شکل end to end یا انتها به انتها به انجام می رساند و از مسیر ارتباطی تک کاناله در کنترل جریان اطلاعاتی استفاده نمی کند.
این فرآیند در لایه انتقال نیز همانند پروسه یافتن و رفع ارورها و مشکلات در لایه Data Link صورت می گیرد. یعنی لایه انتقال وظیفه دارد از روش end to end بهره بگیرد تا خطاها و ایرادات احتمالی در مسیر تبادل اطلاعات را یافته تا در نهایت، دیتاها بدون ارور و به شکل صحیح به سیستم (مکانیزم یا دستگاه) مقصد خود برسند.
همان طور که از نام آن پیداست؛ لایه نشست یا Session Layer در مدل OSI (لایه پنجم) مسئول ایجاد و حفظ نشست (جلسه یا به انگلیسی Session ها) می باشد. نشست یا جلسه، مدت زمانی است که دستگاه ها و سیستم های کامپیوتری و اینترنتی یک شبکه به منظور رد و بدل کردن اطلاعات و دیتاها به یکدیگر متصل می شوند.
به طور مختصر و خلاصه، می توان وظایف لایه Session را این طور بیان کرد: لایه نشست که پنجمین لایه در مدل OSI است به طور عمده مسئول برقراری ارتباط بین device های یک شبکه، ایجاد و حفظ نشست ها یا جلسات و همچنین فراهم کردن امنیت در شبکه به وسیله استفاده از پروتکل های امنیتی مختلف از جمله احراز هویت است.
ویژگی ها و مشخصات فنی خاص لایه نشست این امکان را فراهم می کند که جلسات یا Session های ایجاد شده به منظور برقراری ارتباط بین device های یک شبکه و ارسال و دریافت اطلاعات و داده ها؛ در مدت زمان محدود و فقط در طی فرآیندِ فرستادن و گرفتنِ دیتا ها فعال باشند و بلافاصله قبل و بعد از به پایان رسیدن تبادل اطلاعات، این Session ها بسته شوند. علت این کار، پیشگیری از اتلاف شدن منابع محدودی است که دستگاه ها به جهت داد و ستد اطلاعات در اختیار دارند.
از دیگر اقدامات مهمی که لایه نشست به منظور جلوگیری از اتلاف منابع و امکانات شبکه و device ها انجام می دهد، ایجاد چک پوینت (به انگلیسی checkpoint به معنی نقاط بررسی و بازرسی یا همگام سازی) است. کاربرد نقاط بازرسی این است که اگر به هر علتی، کانکشن بین سیستم های شبکه در حین رد و بدل کردن اطلاعات قطع شود، نیازی نیست که پس از وصل شدن مجدد ارتباط، فرآیند تبادل اطلاعات از ابتدا دوباره آغاز گردد؛ بلکه به کمک چک پوینت ها، باقی مانده اطلاعات ارسال می شود.
(مثال برای درک بهتر چگونگی عملکرد چک پوینت ها در لایه نشست :
فرض کنید قرار است در طی یک سِشِن یا جلسه 80 مگا بایت اطلاعات فرستاده و دریافت شود. لایه نشست این قابلیت را دارد که مثلا به ازای هر 10 مگا بایت دیتای تبادل شده بین سیستم ها، یک نقطه بازرسی یا چک پوینت ایجاد کند.
حال اگر به دلایل گوناگون، کانکشن بین device ها به هم بریزد و مختل شود؛ در حالی که فقط 43 مگا بایت از داده ها ارسال شده اند؛ پس از وصل شدن ارتباط، به دلیل وجود چک پوینت 40 در سِشن، پروسه ارسال و تبادل اطلاعات از 40 مگا بایت به بعد آغاز می شود.
بدیهی است که بدون وجود این چک پوینت ها، فرآیند انتقال دیتاها باید از صفر مجددا شروع می شد و این اتفاق باعث هدر رفت منابع زیادی در شبکه می گردید.)
در ادامه قصد داریم تا به طور کامل و تخصصی، کاربردها و مسئولیت های لایه سشن را با هم بررسی نماییم.
لایه سِشن در مدل OSI وظیفه دارد تا نشست ها یا Session ها را تولید نموده (establishment) و حفظ و نگهداری و بازیابی کند (maintenance) و قطع نماید یا پایان دهد (termination) . از مهم ترین وظایف لایه سشن این است که با ایجاد و حفظ نشست ها یا Session ها درون یک شبکه و بهره گیری از قابلیت هایی مانند چک پوینت ها یا نقاط بازرسی، فرآیند تبادل اطلاعات و برقراری کانکشن بین device های یک شبکه کامپیوتری یا اینترنتی را به موقع و در زمان مناسب آغاز کرده و بلافاصله بعد از پایان یافتن فرآیند انتقال داده ها، به این کانکشن پایان دهد تا از اتلاف منابع در دسترس دستگاه ها جلوگیری به عمل آید.
به طور کلی، نشست ها در مدل OSI هم توسط سیستم ها و لایه سشن ایجاد می شوند و هم کاربران خودشان می توانند این جلسات را تولید کرده و به اتمام برسانند. هدف از ایجاد سشن ها این است که مخاطبان از راه دور به فایل ها دسترسی داشته و بتوانند آن ها را کنترل کرده و یا برای دیگران ارسال نمایند.
از دیگر کاربردهای لایه نشست، قابلیت مهم کنترل کننده دیالوگ یا به انگلیسی Dialog Controller است که به واسطه آن به دستگاه ها و سیستم های یک شبکه کامپیوتری یا اینترنتی اجازه داده می شود که به طُرُق گوناگون به یکدیگر وصل شوند و بین آن ها connection ایجاد گردد. از مهم ترین روش هایی که طبق قابلیت کنترل دیالوگ لایه سشن دو تا دستگاه می توانند به هم متصل شوند؛ عبارت اند از: حالت Half Duplex یا نیمه دو طرفه و حالت Full Duplex یا کامل دو وجهی و …
از دیگر قابلیت های مهم لایه نشست یا سشن، ایجاد نقاط همگام سازی یا نقاط بازرسی (به انگلیسی checkpoint ها) است که اصلی ترین کاربرد آن دوباره از سر گرفتن فرآیند انتقال اطلاعات و داده ها؛ در صورت وجود اختلال و مشکل در ارتباط بین دستگاه ها و سیستم های یک شبکه می باشد.
وجود این نقاط همگام سازی از هدر رفت منابع در دسترس شبکه، وقوع خطا در ارسال داده ها در صورت قطع شدن اتصال بین سیستم ها، وقوع نقص در پیام ها و از دست رفتن یا گم شدن داده ها و … جلوگیری می کند.
لایه نشست یا سشن وظیفه دارد تا توکن ها یا به عبارت دیگر، منابع در دسترس دو یا چند device موجود در شبکه را مدیریت و کنترل نماید. هدف از مدیریت توکن ها توسط لایه Session این است که یک فعالیت یا عمل خاص به صورت هم زمان به وسیله دو یا چند سیستم در شبکه اجرا نگردد. این کار به جهت حفظ منابع شبکه و جلوگیری از تداخل عملیات های انجام شده توسط دستگاه های مختلف ضروری است.
لایه نمایش در مدل OSI که به نام های دیگری مانند لایه Translation یا ترجمه و لایه Syntax یا سینتکس شناخته می شود، ششمین لایه این مدل است. لایه نمایش یا ترجمه وظیفه های متنوعی را در شبکه بر عهده دارد که همگی آن ها به مهیا کردن اطلاعات و دیتاها برای لایه بعدی یعنی لایه اپلیکیشن (کاربرد یا برنامه) مربوط می شود.
لایه سینتکس یا نمایش موظف است طبق عملیات های خاص و منحصر به فردی، داده ها و اطلاعاتی که دریافت کرده است را ترجمه، رمزنگاری، رمزگشایی و کپسوله یا فشرده نماید و آن ها را به فرمتی که برای لایه Application قابل استفاده باشد؛ تبدیل کند.
لایه نمایش یا لایه Translation همچنین وظیفه دارد در صورتی که فرمت و نوع داده ها و اطلاعات و رمزنگاری مورد استفاده در آن ها در دستگاه ها و سیستم هایی از شبکه که در حال تبادل دیتا هستند، متفاوت و غیر قابل انطباق با یکدیگر باشند؛ این داده ها را به شکلی تغییر فرمت دهد و Translate نماید که در نهایت، لایه کاربرد یا اپلیکیشن در سمتِ سیستم دریافت کننده قادر باشد این اطلاعات را دریافت کرده و به کار بگیرد. به علاوه؛ این لایه باید حجم اطلاعات گرفته شده از طرف لایه کاربرد را کم کرده و دیتاهای متعلق به این لایه را فشرده کند.
همان طور که در تعریف لایه Presentation عنوان کردیم؛ وظایف اصلی این لایه را می توان در تغییر شکل و کاهش حجم داده ها خلاصه کرد. در ادامه هر یک از وظایف لایه سینتکس را به صورت جداگانه با هم بررسی خواهیم کرد:
لایه نمایش وظیفه دارد در صورتی که فرمت ها و نوع دیتاهای مورد استفاده توسط دستگاه ها و سیستم های دریافت کننده و ارسال کننده اطلاعات با هم هماهنگی نداشته باشند (برای مثال، یکی از آن ها از کدهای نوع ASCII استفاده می کند و دیگری از کدهای نوع EBCDIC بهره می گیرد) پیش از شروع تبادل اطلاعات و دیتا بین دو سیستم در یک شبکه کامپیوتری یا اینترنتی، این فرمت ها را تغییر دهد و به شکلی درآورد که هم دستگاه گیرنده و هم دستگاه فرستنده بتوانند این دیتاها را متوجه شده و تحویل بگیرند و مورد استفاده قرار دهند.
لایه نمایش یا ترجمه وظیفه دارد به طور کامل امنیت دیتاها و اطلاعاتی که قرار است بین دو یا چند سیستم و دستگاه در یک شبکه کامپیوتری یا اینترنتی ارسال یا دریافت شوند را به طور تمام و کمال تامین کند و از نفوذ اطلاعات و تغییر و مورد دستکاری واقع گردیدن آن ها و در نتیجه ناقص شدن دیتاها جلوگیری به عمل آورد.
تمام این کارهایی که تشریح کردیم؛ به وسیله رمزنگاری و رمزگشایی اطلاعات صورت می گیرد. بدین صورت که لایه ترجمه وظیفه دارد اطلاعات را در طرف مبدأ دریافت کرده و آن ها را به جهت تامین امنیت، رمزنگاری نماید و پس از این که دیتاها به سیستم مقصد رسیدند؛ این داده ها را از حالت رمز دار خارج کرده و به عبارت دیگر، آن ها را رمزگشایی نماید.
لایه ترجمه یا سینتکس وظیفه دارد تا میزان پهنای باند و منابع در دسترس شبکه را کم کرده و به طور کلی، کارکرد نتورک را بهینه سازی نماید. یکی از اصلی ترین فعالیت هایی که لایه ترجمه یا نمایش برای رسیدن به این اهداف انجام می دهد؛ فشرده سازی اطلاعات و کاهش حجم دیتا ها در حد ممکن است.
بالاترین و آخرین (هفتمین) لایه در مدل OSI لایه کاربرد یا اپلیکیشن Application است که به شکل direct یا مستقیم با اطلاعات یوزرهای شبکه در ارتباط است. در حقیقت، نرم افزارهایی مانند مرورگرهای گوناگون در وب و اینترنت و همچنین کلاینت های سرویس email و gmail برای این که بتوانند با یکدیگر کانکشن داشته باشند؛ به طور مستقیم از لایه اپلیکیشن استفاده می کنند.
لازم به توضیح است که کلاینت های مورد استفاده در سطح وب و نرم افزارهای مختلف، خودشان جزو لایه اپلیکیشن به حساب نمی آیند. در واقع، لایه هفتم مدل OSI موظف است عملیات ها و فعالیت های مربوط به پروتکل های مورد نیاز برای کلاینت ها و پروسه دستکاری دیتاها یا Data Manipulation را مدیریت کرده و به نحو احسن اجرا نماید.
انجام این مسئولیت ها توسط لایه اپلیکیشن سبب می شود تا در نهایت، کلاینت های متعلق به برنامه های مختلف بتوانند اطلاعات را به گونه ای به یوزرهای اصلی تحویل دهند که برای آن ها قابل درک و خواندنی باشد.
در ادامه قصد داریم تا هر یک از وظایف و کارکردهای های کلیدی آخرین لایه از مدل OSI یعنی لایه اپلیکیشن را با با هم بررسی کنیم:
از کلیدی ترین مسئولیت های لایه اپلیکیشن این است که شرایط را برای یوزرها به گونه ای فراهم کند تا آن ها بتوانند با به کارگیری کلاینت های گوناگون و متنوع (مثلا کلاینت های نوع SSH و کلاینت TELNET و سایر client ها) از راه دور و به صورت ریموت Remote مدیریت و کنترل سرورها و دستگاه ها و سامانه های دلخواه خود را به دست گرفته و به این سیستم ها دسترسی کامل و همه جانبه داشته باشند.
این ویژگی از لایه اپلیکیشن یک قابلیت چند جانبه و کامل است که به کاربران اجازه می دهد تا به صورت تمام و کمال به فایل هایی که درون یک رایانه یا سرورهای ریموت (از جمله سرورهای اختصاصی، مجازی و سایر سرورها) وجود دارند دسترسی داشته و همچنین بتوانند به راحتی این فایل ها و اطلاعات و دیتاها را کنترل و مدیریت کرد و آن ها را دانلود نموده و در جای دیگری بارگذاری یا آپلود کنند.
از دیگر کاربردها و وظایف مهم و حائز اهمیت در لایه Application این است که شرایط را به گونه ای مهیا نماید تا پیام های الکترونیک متعددی را بتوان بین میل کلاینت های گوناگون و میل سرورهای مناسب آن ها ارسال و دریافت نمود. لایه اپلیکیشن این کار را به کمک پروتکل های مخصوص ایمیل و پیام رسانی اینترنتی مانند پروتکل های نوع SMTP و نیز IMAP به انجام می رساند.
در این مقاله سعی کردیم به طور کامل شما را با مدل OSI و کاربردهای آن و لایه های تشکیل دهنده این مدل که شامل هفت لایه فیزیکی، داده لینک، نتورک یا شبکه، انتقال، نشست یا سشن، نمایش یا ترجمه و اپلیکیشن هستند و تعریف دقیق و نحوه عملکرد هر یک از این لایه ها آشنا کنیم.
مدل OSI در کارهایی مانند یافتن مشکلات مربوط به شبکه ها، جداسازی پروتکل ها و توسعه و بهبود آن ها، درک بهتر نحوه عملکرد شبکه، طراحی و ایمن سازی شبکه های کامپیوتری و اینترنتی و بسیاری موارد دیگر مفید و کاربردی است.
اما با وجود تمام این نکات مثبت، مدل OSI غالبا یک مدل تئوری و غیر عملیاتی در نظر گرفته می شود که ماهیت و طبیعت آن مفهومی و انتزاعی بوده و لایه های آن در عین کاربردی و مفید بودن در درک مکانیزم کارکرد شبکه، به صورت موازی قادر به فعالیت با یکدیگر نیستند و حتی وظایف آن ها گاها شبیه به هم بوده و با یکدیگر هم پوشانی پیدا می کنند.
این گونه مسائل باعث شده اند که این روزها شاید به طور مستقیم، زیاد از این مدل در دنیای واقعی نتوان استفاده کرد. البته ناگفته نماند که به کارگیری مدل OSI در طراحی و معماری شبکه و همچنین اهداف اموزشی و درک چگونگی عملکرد Network ها، ضروری و بسیار رایج و متداول است.
در پایان، توصیه می کنیم اگر دوست دارید صفر تا صد مدل جهانی OSI را به صورت کاملا عملی و تخصصی نزد اساتید خبره و مجرب یاد بگیرید؛ ابتدا در دوره نتورک پلاس و سپس دوره های پیشرفته تر این حوزه مانند میکروتیک، امنیت شبکه، سیسکو، مایکروسافت، لینوکس و … در دپارتمان مخابرات و شبکه آموزشگاه فن و کار شرکت نمایید. این دوره ها کاملا تضمینی بوده و شما با شرکت در آن ها به یک طراح شبکه یا کارشناس و متخصص امنیت شبکه (و سایر شغل های هم رده این رشته) حرفه ای و مجرب تبدیل شده و می توانید به درآمدهای بسیار خوبی دست یابید.
