معرفی مدل مرجع OSI و بررسی لایه های هفت گانه آن

مدل مرجع OSI یا Open Systems Interconnection یک مدل مفهومی مرجع است که نحوه تبادل اطلاعات را در شبکه‌های مخابراتی و کامپیوتری توضیح می‌دهد. این مدل بیان می‌کند که ارسال اطلاعات بین دو کامپیوتر-یا وسیله مخابراتی- فارغ از ساختار داخلی و تکنولوژی آن طبق یک استاندارد مشخص صورت می‌گیرد. مدل مرجع OSI در سال 1983 توسط دو سازمان ISO و CCITT به منظور ارایه یک استاندارد برای تبادل داده معرفی شد.

می‌توان مدل مرجع OSI را زبان جهانی شبکه‌های کامپیوتری نامید. بر خلاف مدل مرجع TCP/IP که در کاربردهای عملی استفاده می‌شود مدل مرجع OSI یک مدل تئوری است و بیشتر به منظور آموزش نحوه تبادل اطلاعات بین دو دستگاه و درک این فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل فرآیند مبادله اطلاعات را به 7 مرحله یا لایه تقسیم بندی کرده است.

 

 

در ادامه هر کدام از این لایه ها را شرح خوهیم داد:

لایه هفتم: لایه کاربردی یا Application

این لایه تنها لایه در مدل مرجع OSI است که مستقیماً با داده های کاربر سر و کار دارد. نرم افزارهایی مانند مرورگرها برای شروع ارتباط خود به این لایه نیاز دارند. این لایه مسئول کنترل داده ها و پروتکل هایی است که نرم افزار به آن نیاز دارد تا بتواند داده های معنی داری را به کاربر نمایش دهد. پروتکل های HTTP ،SMTP و FTP در این لایه قرار دارند. به طور مثال نرم افزارهای مرورگر از پروتکل HTTP به منظور دریافت اطلاعات و نمایش آن به کاربر استفاده می کنند.

لایه ششم: لایه ارائه یا Presentation 

وظیفه این لایه آماده کردن اطلاعات برای استفاده در لایه کاربردی است. به عبارت دیگر لایه ارائه داده ها را به داده های قابل ارائه به نرم افزارها تبدیل می کند. این لایه مسئول ترجمه، رمزنگاری و فشرده سازی داده ها است. دو دستگاهی که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند از روش های متفاوتی برای رمزگذاری داده ها استفاده می کنند، بنابراین لایه ششم باید داده های ارسالی از دستگاه فرستنده را برای استفاده در لایه هفتم دستگاه گیرنده ترجمه کند.

اگر ارتباط دو دستگاه رمزنگاری شده باشد، این لایه باید داده های ارسالی از فرستنده را رمزنگاری کند و هنگام دریافت داده ها از سوی گیرنده آن ها را رمزگشایی کند. بنابراین لایه کاربردی وسیله گیرنده می تواند داده ها را بصورت رمزگشایی شده و قابل استفاده دریافت کند. این لایه همچنین وظیفه فشرده سازی داده ها هنگام تحویل آن ها به لایه پنجم را بر عهده دارد. این کار با حداقل کردن حجم داده سرعت و بازده ارتباط را بیشتر می کند.

 

لایه پنجم: لایه نشست(جلسه) یا Session 

این لایه مسئول قطع و وصل کردن ارتباط بین دو دستگاه است. زمان بین وصل شدن و قطع شدن ارتباط زمان نشست نامیده می شود. این لایه باید ارتباط را به مدت کافی باز نگه دارد تا تمام داده ها ارسال شوند، همچنین به محض پایان ارسال اطلاعات باید ارتباط را قطع کند تا از هدر رفتن منابع جلوگیری کند. این لایه از نقاط هدف یا Checkpoint برای همگام سازی ارسال اطلاعات استفاده می کند.

اگر 100 مگابایت داده را بخواهیم ارسال کنیم، این لایه در هر 5 مگابایت یک نقطه هدف مشخص می کند. به طور مثال در صورتی که پس از ارسال 57 مگابایت قطعی و یا مشکلی رخ دهد، پس از وصل شدن مجدد اتصال، لایه نشست ارسال اطلاعات را از آخرین نقطه هدف (55 مگابایت) ادامه می دهد و تنها کافی است 45 مگابایت باقیمانده ارسال شود. در صورت عدم استفاده از نقاط هدف ارسال دوباره داده ها از ابتدا صورت می گیرد.

پروتکل های SOCKS و PPTP جز پروتکل های این لایه هستند.

 

 

لایه چهارم: لایه انتقال یا Transport

این لایه مسئول ارتباط نقطه به نقطه بین دو دستگاه فرستنده و گیرنده است. بدین معنی که داده‌ها را از لایه نشست می‌گیرد، آن را به تکه‌های کوچکی به نام سگمنت تقسیم می‌کند و به لایه سوم ارسال می‌کند. لایه انتقال در دستگاه گیرنده این سگمنت‌ها را دریافت می‌کند و آن‌ها را به هم متصل می کند تا داده‌هایی قابل استفاده برای لایه نشست فراهم شود.

این لایه همچنین خطاها و جریان داده ها را کنترل می‌کند. کنترل جریان داده‌ها در سمت فرستنده و کنترل خطا در سمت گیرنده انجام می‌شود. در کنترل جریان داده‌ها این لایه یک سرعت بهینه برای انتقال مشخص می کند تا فرستنده ای با اتصال سریع، فرستنده با اتصال ضعیف را دچار مشکل نکند. در کنترل خطا این لایه انتقال کامل داده ها را بررسی می کند و در صورت کامل نبودن داده ها، از فرستنده می خواهد تا ارسال را دوباره انجام دهد.

از پروتکل های لایه انتقال می توان به TCP، UDP، NBF و … اشاره کرد.

 

لایه سوم: لایه شبکه یا Network 

این لایه انتقال داده بین دو شبکه مختلف را تسهیل می کند. اگر دو دستگاه گیرنده و فرستنده در یک شبکه باشند نیازی به این لایه نیست. در دستگاه گیرنده، این لایه سگمنت های فرستاده شده از لایه انتقال را به تکه های کوچکتری به نام پاکت تقسیم می کند. در دستگاه گیرنده، لایه شبکه پاکت ها را بازسازی می کند. همچنین این لایه بهترین مسیر را برای ارسال داده ها پیدا می کند، به این کار روتینگ (Routing) یا مسیریابی می گویند.

از پروتکل‌های لایه شبکه می‌توان به IPv4 و IPv6 که همان پروتکل اینترنت هستند اشاره کرد.

 

 

لایه دوم: لایه پیوند داده یا Data Link

در مدل مرجع OSI لایه پیوند داده و لایه شبکه بسیار شبیه به هم عمل می کنند. این لایه انتقال داده ها را بین دو دستگاه موجود در یک شبکه یکسان تسهیل می کند. این لایه پاکت ها را از لایه شبکه دریافت می کند و آن ها را به قسمت های کوچکتری به نام فریم تقسیم می کند. مانند لایه انتقال، این لایه وظیفه کنترل خطا و کنترل جریان داده ها را نیز بر عهده دارد (لایه انتقال، کنترل خطا و جریان داده ها را در ارتباط بین-شبکه ای انجام می دهد اما لایه پیوند داده این کار را در ارتباط درون-شبکه ای انجام می دهد).

از پروتکل‌های لایه پیوند داده می‌توان به PPP و L2TP اشاره کرد.

 

لایه اول: لایه فیزیکی یا Physical

پایین ترین سطح مدل مرجع OSI لایه فیزیکی است. این لایه شامل تجهیزات فیزیکی انتقال داده مانند کابل ها و سوییچ ها است. در این لایه داده ها تبدیل به جریانی از بیت ها می شوند، که همان رشته های شامل 0 و 1 است. لایه فیزیکی دو دستگاه باید بین خود قراردادی داشته باشند که 1 ها از 0 ها متمایز و قابل تشخیص باشند.

 

جریان داده ها در مدل مرجع OSI چگونه است؟

برای این که داده های قابل درک برای انسان از یک شبکه به شبکه دیگر منتقل شوند می‌بایست:

1. در دستگاه فرستنده داده‌ها از لایه هفتم به لایه اول حرکت کنند.
2. سپس در دستگاه گیرنده داده‌ها از لایه اول به لایه هفتم حرکت کنند.

فرض کنید که فرد A بخواهد ایمیلی را برای فرد B بفرستد. ابتدا A در نرم افزار ایمیل لپتاپ خود، متن ایمیل را می نویسد و روی گزینه Send کلیک می کند. نرم افزار این ایمیل را به لایه کاربردی می فرستد، لایه کاربردی از پروتکل SMTP استفاده می کند و داده ها را برای لایه ارائه می فرستند. لایه ارائه داده ها را فشرده می کند و روانه لایه نشست می کند تا این لایه ارتباط را شروع کند.

سپس داده ها به لایه انتقال در کامپیوتر فرد A می رسد و پس از اینکه به چند سگمنت تقسیم شدند به لایه شبکه می رسند. لایه شبکه آن ها را به پاکت تبدیل می کند و به لایه پیوند داده می فرستد تا آن ها را به فریم تقسیم کند. سپس داده ها به لایه فیزیکی سپرده می شوند تا به صورت رشته های 0 و 1 از طریق یک محیط فیزیکی مانند کابل یا WiFi ارسال شوند.

زمانی که رشته های بیتی از طریق محیط فیزیکی به لپتاپ فرد B می رسد.داده ها در لایه های لپ تاپ او حرکت می کنند، اما در جهت عکس. ابتدا لایه فیزیکی رشته های بیتی را به فریم تبدیل می کند و به لایه پیوند داده می فرستد. لایه پیوند فیزیکی فریم ها را به صورت پاکت بازسازی می کنند و روانه لایه شبکه می کند. لایه شبکه پاکت هر را به سگمنت تبدیل می کند و سگمنت ها را به هم متصل می کند تا یکپارچه شوند. لایه نشست این داده ها را به لایه ارائه می فرستد و ارتباط را قطع می کند.

سپس لایه ارائه داده ها را از حالت فشرده خارج می کند و به صورت داده خام به لایه کاربردی می فرستد. لایه کاربردی آن ها را به داده های قابل درک برای انسان تبدیل کرده و آن را به نرم افزار ایمیل تحویل می دهد تا ایمیل برای فرد B نمایش داده شود.

مدل مرجع OSI به عنوان زبان جهانی انتقال اطلاعات شناخته می شود و به درک مفهوم انتقال داده ها کمک می کند. در این مقاله مدل مرجع OSI به صورت کامل و با زبانی ساده و غیر تخصصی معرفی، لایه های مختلف آن بررسی و یک مثال کاربردی به منظور درک کامل روند انتقال اطلاعات ارائه می شود.