در این مقاله قصد داریم که به شما لایه های شبکه یا مدل OSI که خلاصه Open Systems Interconnection می باشد رو بصورت کامل و جامع و به زبان ساده و خودمونی توضیح بدیم تا درک عمیقی از لایه های OSI پیدا کنید.
سرفصل های این مطلب
به عنوان کسی که تو حوزه شبکه بصورت حرفه ای داره فعالیت می کنه بایستی درک عمقی از لایه های OSI پیدا کنید چون واقعا اگه کسی این لایه ها رو خوب درک کنه و پروتکل های این لایه رو خوب بشناسه و باهاشون کار کرده باشه رفته رفته دید عمیق نسبت به OSI پیدا می کنه و طبیعتا راحت تر میتونه شبکه رو Troubleshoot یا رفع اشکال کنه و اگر هم نتونه حداقل با دید بازتری میتونه به رفع مشکل بپردازه.
پس کسی که تازه وارد دنیای شبکه های کامپیوتری هستش باید و باید روی مدل OSI مانور بده و مکانیزم کاریش رو خوب درک کنه. مدل OSI کاملا مدل انتزاعی هستش یعنی شما با این لایه ها بصورت تئوری آشنا میشید و درکشون می کنید و بعد کم کم تو محیط واقعی با پروتکل ها و سرویس هایی که تو این لایه ها هستش در محیط عملیاتی کار می کنید.
مدل OSI هفت تا لایه داره که ما با لایه هفتم که اسمش Application یا لایه نرم افزار های کاربردی هستش شروع می کنیم. لایه Application یا Application Layer لایه ای هستش که ما به عنوان End User بصورت کاملا عملی باهاش در ارتباط هستیم.
در وهله اول منظور ما از Application اپلیکیشن های اندرویدی نیست ، بلکه Application هایی هست که میتونن تو شبکه برامون کاری که ما میخوایم رو انجام بدن. مثلا ما میخوایم تو شبکه Email بفرستیم یا مثلا میخوایم بین کلاینت ها فایل به اشتراک بزاریم یا از یه وب سایت بازدید کنیم و ...
همه این کار ها که ما انجام میدیم در لایه Application انجام میشه. اگه بهتر بخوام این موضوع رو روشن کنم فرض کنید که شما یک برنامه میخواید بنویسید حالا با هر زبانی ( جاوا ، C ، C++ و ... ) که میتونه روی هر سیستمی نصب بشه و تو شبکه فایل به اشتراک بزاره.
طبیعتا این نرم افزاری که مینویسید روی دستگاه های شبکه که در لایه Core عمل می کنن مثل روتر ، سوئیچ و ... نصب نمیشن و حتما روی سیستم های End Users که از سیستم عامل هایی مثل ویندوز ، لینوکس و ... استفاده می کنن نصب و راه اندازی میشن.
پس شما الان Application رو درک کردید. میشه گفت اکثر نرم افزار هایی که تحت شبکه نوشته میشن تحت معماری Client-Server هست یعنی یک نرم افزار به عنوان Server و یک نرم افزار به عنوان Client عمل می کنه ، لازم نیست جای دوری بریم همین مرورگری که الان پاش نشستید و دارید این مطلب رو میخونید نرم افزاری هست که با معماری Client-Server نوشته شده که مرورگر میشه Client و وب سروری که روش این مطلب قرار گرفته Server هست.
از مهم ترین پروتکل ها یا Application هایی که در لایه Application کار می کنن میتونیم به HTTP ، FTP ، DNS ، DHCP ، SNMP ، NFS ، Telnet ، SMTP و POP3 و IMAP اشاره کنیم. بدیهی هست که هر چقدر این پروتکل ها بهینه تر نوشته شده باشن انجام کار های شبکه ای سریعتر اتفاق میوفته و کارایی سیستم بالاتر میره. در آخر به این نکته اشاره کنیم که هر لایه برای خود یک قالب بندی برای دیتا دارد که قالب بندی لایه Application بر اساس Data هستش.
در قسمت قبل درباره اهمیت مدل OSI و همچنین راجع به لایه Application که در واقع لایه هفتم از مدل مفهومی OSI است بصورت مفصل صحبت کردیم حالا در این مقاله درباره لایه ششم مدل OSI که نام آن Presentation است صحبت خواهیم کرد.
لایه Presentation همانطور که مشخص است یک لایه پایین از لایه Application است و نام دیگر آن Translation هم می باشد. درک لایه Presentation ممکن است کمی برای شما دشوار باشد. لایه Presentation مسئول ارائه و Formatting ( قالب بندی ) اطلاعات را برای لایه Application بر عهده دارد.
این لایه این کار ها را توسط توابع یا Function های کد گذاری و تبدیل انجام می دهد تا زمانی که اطلاعات از لایه Application یک سیستم به لایه Application سیستم مقصد رسید قابل درک و خواندن باشد. برای مثال فرمت نمایش فایل تصویری مثل PNG ، JPG و ... در این لایه تعریف می شود.
به عنوان مثالی دیگر فرض کنید که یک کامپیوتر در شبکه می خواهد با یک کامپیوتر دیگر در شبکه به برقراری ارتباط بپردازد و این کامپیوتر از فرمت EBCDIC برای نمایش کاراکتر های خود استفاده می کند و کامپیوتر بعدی از فرمت ASCII برای نمایش اطلاعاتش استفاده می کند در صورت لزوم این لایه Presentation است که می تواند عمل ترجمه بین این دو استاندارد قالب بندی داده ها را انجام دهد.
وظیفه دیگری که لایه Presentation بر عهده دارد این است که می تواند عملیات Encryption یا رمز نگاری روی اطلاعات را انجام دهد. اگر چه همیشه این را به خاطر داشته باشید که عملیات Encryption در لایه های Application ، Session ، Network و همچنین Transport نیز انجام می شود که انجام Encryption در هر یک از این لایه ها معایب و مزایای خاص خود را بهمراه دارد .
در مورد این لایه ها در مقالات آتی بصورت مفصل صحبت خواهیم کرد. شما زمانی که به حساب بانکی تان لاگین می کنید لایه Presentation اطلاعات را هنگام برگشت یا دریافت Decrypt یا رمزگشائی می کند. از استاندارد هایی که در لایه Presentation استفاده می شود عبارتند از JPEG ، ASCII ، MPEG ، MIDI ، GIF ، EBCDIC ، NDR ، Telnet ، AFP و ... لایه Presentation همچنین وظیفه فشرده سازی یا Compression اطلاعات را بر عهده دارد.
فشرده سازی اطلاعات باعث می شود که تا حدودی در پهنای باند شبکه مان صرفه جویی شود و طبیعتا سرعت انتقال اطلاعات هم تا حدی بالا می رود. پس اگر بخواهیم یک جمع بندی داشته باشیم لایه Presentation بصورت کلی 4 وظیفه را بر عهده دارد که شامل رمزنگاری و رمزگشائی کردن اطلاعات یا Encryption و Decryption ، فشرده سازی اطلاعات یا Compression ، فرمت بندی کردن اطلاعات و Translation اطلاعات می باشد.
در آخر به این نکته اشاره کنیم که قالب بندی اطلاعات در لایه Presentation یا بعبارتی Encapsulation Unit این لایه بر اساس Data است و همانطور که انتظار می رود کامپیوتر ها بیشتر با این لایه سر و کار دارند. امیدوارم لایه Presentation را بخوبی درک کرده باشید. در قسمت بعدی در مورد لایه پنجم یا لایه Session صحبت خواهیم کرد.
در قسمت قبل درباره لایه Presentation بصورت مفصل صحبت کردیم حالا در این مقاله قصد داریم یک لایه بیاییم پایین تر و راجع به لایه پنجم که به Session Layer نیز معروف است صحبت کنیم . لایه Session در مدل OSI به کامپیوتر های موجود در شبکه که می خواهند با هم به برقراری ارتباط بپردازند این اجازه را می دهد که ارتباط بین آنها برقرار شود.
در واقع اگر کمی منطقی به این قضیه نگاه کنیم در می یابیم که زمانیکه برای مثال دو کامپیوتر بخواهند با هم دیگر به برقراری ارتباط بپردازند ابتدا باید یک Session بین آنها ایجاد شود تا آنها بتوانند منابع خود را به اشتراک بگذارند. هدف و وظیفه اصلی لایه Session مدیریت و Synchronization ( هماهنگ سازی ) بین دو Application ( منظور از Application همان سرویس یا نرم افزاری است که تحت شبکه می تواند کار کند ) است که می خواهند با یکدیگر تبادل اطلاعات داشته باشند. عملکرد لایه Session در سه فاز به انجام می رسد :
اگر بخواهیم یک پروتکل که در لایه Session فعالیت می کند را مثال بزنیم می توانیم به پروتکل X.225 اشاره کنیم که مشهور به ISO 8327 نیز هست ، برای مثال اگر ارتباط ما با سیستم قطع شد این پروتکل می تواند کانکشن را بازیابی کند و یا به عنوان مثالی دیگر اگر Connection یا Session به مدت طولانی مورد استفاده قرار نگرفت این پروتکل می تواند کانکشن را قطع کند.
همچنین عملیات Dialog Control و Token Management و Synchronization که راجب آن صحبت کردیم وظیفه همین پروتکل X.225 می باشد. یکی دیگر از موارد استفاده از لایه Session که به نام Session Beans نیز معروف است این است که تا زمانیکه Session برقرار است Active است و زمانیکه Session قطع یا Disconnect شد Session پاک می شود توسعه دهندگان Java از این روش می توانند اطلاعات کاربر را در طول Web Session ذخیره کنند.
لایه Session در استفاده از Web conferencing و Live TV و بطور کلی Media Streaming بسیار نقش مهمی دارد. از دیگر پروتکل هایی که در لایه Session فعالیت می کنند می توانیم به Apple Talk ، Zone Information Protocol ، L2TP ، RPC ، PPTP ، PAP ، iSNS ، NetBIOS اشاره کرد.
در آخر به این نکته اشاره کنیم که قالب بندی اطلاعات در لایه Presentation یا بعبارتی Encapsulation Unit این لایه بر اساس Data است و همانطور که انتظار می رود کامپیوتر ها بیشتر با این لایه سر و کار دارند. امیدوارم لایه Session را بخوبی درک کرده باشید. در قسمت بعدی در مورد لایه چهارم یا لایه Transport صحبت خواهیم کرد.
در قسمت قبل درباره لایه Session بصورت مفصل صحبت کردیم و مکانیزم کاری این لایه را زیر ذره بین بردیم حال در این مقاله درباره لایه چهارم یا لایه Transport که یکی از مهم ترین و اصلی ترین لایه های OSI است و شما در تمامی زمینه ها در شبکه قطعا با این لایه و پروتکل هایش سر و کار خواهید داشت صحبت می کنیم.
همانطور که از نام این لایه نیز مشخص است وظیفه این لایه در ساده ترین تعریف ممکن انتقال اطلاعات یا بسته های اطلاعاتی در شبکه است. اگر بصورت منطقی به این لایه نگاه کنیم در می یابیم که نحوه انتقال و سرعت انتقال اطلاعات در شبکه بسیار حائز اهمیت است.
عملکرد اساسی لایه Transport دریافت داده ها از لایه بالایی اش است و این داده ها را به قسمت های کوچکتری می شکند و تحویل لایه سوم یا Network Layer می دهد. لایه Transport هشت وظیفه را بر عهده دارد :
1. Service Point Addressing : هدر لایه Transport شامل Service Point Address است که همان شماره Port سرویس مربوطه ( برای مثال پورت 25 ، 53 ، 80 و ... ) می باشد. لایه Transport با سرویس های شبکه سر و کار دارد بر خلاف لایه Network که وظیفه مسیر یابی بسته های اطلاعاتی را بر عهده دارد.
2. Segmentation و Reassembling : لایه Transport زمانیکه بسته را از لایه بالایی دریافت کرد آن ها را به قسمت های کوچک تر به نام Segment می شکند هر Segment شامل Sequence number است ، Sequence number به لایه Transport کمک می کند تا بتواند Reassembling بسته را انجام دهد. Sequencing یا شماره گذاری بسته ها همچنین به این لایه کمک می کند تا زمانیکه یک بسته Lost یا گم شد بتواند آنرا شناسایی و جایگزین کند.
3. Connection Control : که خود بر دو نوع است :
4. Flow Control : عملیات Flow Control اطلاعات بصورت End-to-End انجام می شود. Flow control باعث می شود که داده ها توسط سیستم ها کنترل و مدیریت شوند و اگر حجم داده ها زیاد باشد Overflow رخ ندهد.
5. Error Control : عملیات کنترل خطا یا Error Control نیز بصورت End-to-End انجام می شود و به شما این اطمینان را می دهد که اطلاعات دریافت شده بدون هیچ خطایی به مقصد رسیده اند.
6. Data Integrity : یکپارچگی داده ها در دنیای امنیت اطلاعات بسیار حائز اهمیت است. Data Integrity یعنی اینکه داده ها همانطوری که فرستاده شده اند همانگونه هم توسط گیرنده دریافت شوند. Data Integrity بوسیله Checksum انجام می شود.
7. Multiplexing : مالتی پلکسینگ به شما این امکان را فراهم می کند که در کامپیوترتان بتوانید بصورت همزمان از چند سرویس یا Application تحت شبکه استفاده کنید.
8. Byte orientation : برخی از پروتکل ها Byte stream ها را به جای Packet ها دریافت می کنند. برای مثال پروتکل UDP این مزیت را به شما می دهد که بتوانید Voice یا صوت را بر بستر پروتکل IP انتقال دهید.
در آخر به این نکته اشاره کنیم که قالب بندی اطلاعات در لایه Transport یا بعبارتی Encapsulation Unit این لایه بر اساس Datagram ( برای UDP ) یا Segment ( برای TCP ) است و تقریبا کلیه دستگاه های تحت شبکه از این لایه می توانند استفاده کنند. امیدوارم لایه Transport را بخوبی درک کرده باشید. در قسمت بعدی در مورد لایه سوم یا لایه Network در مدل OSI صحبت خواهیم کرد.
در قسمت قبل راجع به لایه Transport بصورت مفصل صحبت کردیم و مکانیزم کاری این لایه از OSI را مورد بررسی قرار دادیم. امروز در این مقاله قصد داریم راجع به لایه سوم یا Network Layer بصورت مفصل صحبت کنیم. می توان گفت لایه Network یا لایه شبکه مهم ترین و کلیدی ترین لایه از مدل OSI و سایر مدل های معماری شبکه های کامپیوتری است و درک عمقی آن برای هر مهندس شبکه ای واجب و ضروری است.
بسیاری از تجهیزات و زیرساخت های شبکه نظیر Router در لایه Network کار می کنند و می توان گفت اکثر پروتکل های شبکه که در زیرساخت شبکه مورد استفاده قرار می گیرند در این لایه به فعالیت میپردازند. تمرکز اصلی متخصصان زیرساخت شبکه روی لایه Network و پروتکل های مربوطه است.
هر چقدر میزان دانش و تجربه یک مهندس شبکه از لایه Network بالاتر باشد می توان گفت که آن مهندس شبکه یک مهندس شبکه موفق است. مهمترین وظیفه لایه Network مسیریابی یا Routing بسته های اطلاعاتی یا Packet های پروتکل IP است.
لایه Network از مدل OSI معادل با لایه Internet از مدل TCP/IP است و دلیل نامگذاری آن این است که در حقیقت این لایه Network است که اینترنت را برای ما فراهم کرده است و بدون لایه Network اینترنت اصلا معنایی ندارد. همانطور که گفتیم لایه Network وظیفه آدرس دهی یا Addressing و مسیریابی یا Routing را بر عهده دارد و مهم ترین دستگاهی که در این لایه کار می کند Router نام دارد.
Routing یا مسیریابی Packet ها به زبان ساده به این معنی است که دو کامپیوتر در شبکه های مختلف بوسیله Router می توانند با هم ارتباط برقرار کنند. اما اگر کامپیوتر ها در Network ها یا شبکه های جداگانه قرار نداشته باشند نیازی به روتر در شبکه وجود ندارد. ما در این مقاله کارکرد لایه Network را به 4 دسته تقسیم می کنیم و هر یک را برای شما عزیزان توضیح می دهیم.
پروتکل هایی که در لایه Network کار می کنند نظیر OSPF ، ICMP ، IGMP ، IPSec ، ARP ، EIGRP ، RIP ، IP و ... است. در آخر به این نکته اشاره کنیم که قالب بندی اطلاعات در لایه Network یا بعبارتی Encapsulation Unit این لایه بر اساس Packet است و تجهیزاتی مثل Router ها و همچنین سوئیچ های لایه 3 در این لایه کار می کنند. امیدوارم لایه Network را بخوبی درک کرده باشید. در قسمت بعدی در مورد لایه دوم یا لایه Data Link در مدل OSI صحبت خواهیم کرد.
در قسمت قبل راجع به لایه Network بصورت مفصل صحبت کردیم و مکانیزم کاری این لایه از OSI را مورد بررسی قرار دادیم. امروز در این مقاله قصد داریم راجع به لایه دوم یا Data Link Layer بصورت مفصل صحبت کنیم. به زبان ساده لایه Data Link مسئولیت انتقال داده ها را در بستر لینک فیزیکی شبکه بر عهده دارد.
هر رسانه فیزیکی در شبکه (مانند کابل شبکه) دارای مشخصات و خصوصیات لایه 2 ای را دارا می باشد که این ها شامل آدرس فیزیکی ، توپولوژی شبکه ، اطلاع رسانی خطا ، ترتیب گذاری Frame ها و Flow Control. هر یک از این موارد یا وظایف را که لایه Data Link بر عهده دارد را بصورت مفصل شرح میدهیم.
Physical Addressing با Network Addressing تفاوت دارد. آدرس های شبکه ای در شبکه به Node ها و دستگاه های شبکه اختصاص داده می شود و در شبکه میتواند مسیریابی شود. Network Addressing را با آدرس IP که مخفف Internet Protocol است میشناسیم.
در مقابل ، Physical Addressing دستگاه ها را در سطح Link Layer شناسایی می کند و این امکان را به ما می دهد که دستگاه ها را در همان لایه رسانه فیزیکی از یکدیگر متمایز کنیم. Physical Addressing را با آدرس MAC که مخفف Media Access Control است میشناسیم.
به زبان ساده مشخصات توپولوژی شبکه چگونگی لینک شدن دستگاه ها را به شبکه مشخص می کند. برای مثال برخی از رسانه های شبکه به دستگاه ها این امکان را میدهند که به توپولوژی Bus متصل شوند در حالیکه برخی دیگر به دستگاه ها تنها امکان اتصال به شبکه ای با توپولوژی Ring را می دهند. توپولوژی Bus بوسیله تکنولوژی Ethernet استفاده می شوند.
Frame Sequencing یا ترتیب گذاری Frame ها همانطور که از نامش نیز مشخص است در لایه Data Link این قابلیت را به Frame ها می دهد که زمانی که هنگام انتقال از ترتیب خارج شدند در سمت گیرنده مجددا ترتیب گذاری شوند. یکپارچگی Packet ها همچنین با استفاده از بیت ها در هدر لایه ی 2 می توانند مورد تایید قرار بگیرند که همراه با Data Payload می شوند.
مکانیزم Flow control یا کنترل جریان در لایه Data Link به دستگاه گیرنده این امکان را می دهد که Congestion در لینک را شناسایی کند و به دستگاه های Neighbor یا همسایه Upstream و Downstream خودش این موضوع را اطلاع رسانی کند. دستگاه های همسایه یا Neighbor اطلاعات Congestion را به پروتکل های لایه بالاتر بازبخش می کنند از همین رو جریانی از ترافیک شبکه میتواند تغییر داده شود و یا Reroute شود.
همانطور که از نام این مورد نیز مشخص است اطلاع رسانی خطا به لایه Data Link این امکان را می دهد که به پروتکل های لایه بالاتر اطلاع رسانی کند که در لینک فیزیکی شبکه خطا بوجود آمده است. مثال هایی از خطا هایی که در سطح Link فیزیکی شبکه رخ میدهند شامل دست دادن سیگنال ، از دست دادن سیگنال Clocking در اتصالات سریال یا قطعی ارتباط یک سیستم از ریموت که با لینک T1 یا T3 به شبکه وصل شده است می باشند.
لایه Data Link به دو زیر لایه Logical Link Control یا LLC و Media Access Control یا MAC تقسیم بندی می شود. زیر لایه LLC مدیریت ارتباطات بین دستگاه ها روی یک لینک شبکه را بر عهده دارد. پروتکل LLC دارای فیلد هایی در فریم های لایه لینک است که پروتکل های لایه بالاتر را قادر میسازد تا یک لینک فیزیکی شبکه را به اشتراک بگذارند.
زیر لایه MAC دسترسی پروتکل را به رسانه فیزیکی شبکه کنترل می کند. MAC Address ها که به هر پورت سوئیچ در شبکه اختصاص داده شده اند دستگاه های مختلف در همان لینک فیزیکی میتوانند یکدیگر را در لایه Data Link شناسایی کنند. MAC Address ها علاوه بر Network Address (آدرس های IP) به پورت های دستگاه ها اختصاص داده می شوند.
MAC Address یک شماره سریال منحصر بفردی است که بصورت دائمی روی همه ی کارت شبکه ها ذخیره شده است. MAC Address در لایه Data Link عمل می کنند. در حالیکه آدرس های IP در لایه Network عمل می کنند. آدرس IP یک دستگاه در شبکه میتواند تغییر داده شود اما MAC آدرس ها را نمیتوان بصورت دائمی تغییر داد.
زیرا MAC آدرس ها بر روی کارت شبکه Burn شده اند. در شبکه های مبتنی بر آدرس IP ، آدرس های MAC دستگاه ها به آدرس IP آنها بوسیله فرآیند ARP یا Address Resolution Protocol مطابقت داده می شود. ARP یک جدول دارد که آدرس های IP سیستم ها را به MAC های آنها مپ می کند. پروتکل هایی که در لایه Data Link کار می کنند شامل موارد زیر هستند :
در آخر به این نکته اشاره کنیم که قالب بندی اطلاعات در لایه Data Link یا بعبارتی Encapsulation Unit این لایه بر اساس Frame است و سوئیچ های شبکه در این لایه فعالیت می کنند. امیدوارم لایه Data Link را بخوبی درک کرده باشید. در خصوص لایه یک یا لایه فیزیک هم سخت نگیرید !!
تنها لایه ای که بصورت مستقیم به مقصد و رسانه فیزیکی ارتباط دارد و وظیفه انتقال واقعی اطلاعات در قالب سیگنال یا فرکانس یا امواج را بصورت واقعی بر عهده دارد ، لایه یکم یا Physical Layer است.
اگر می خواهید لایه های OSI را بصورت کارگاهی و عملی یاد بگیرید ، حتما پیشنهادی می کنم دوره آموزش نتورک پلاس رو در این لینک و قسمت کارگاه تجزیه و تحلیل ترافیک شبکه رو ببینید و از یادگیری لذت ببرید.
