آیا تابه‌حال به این فکر کرده‌اید که وقتی ایمیلی را برای شخصی ارسال می‌کنید، چه فرآیندی طی می‌شود تا ایمیل به دست گیرنده برسد؟ درباره تماس‌های صوتی و تصویری چطور؟ گیرنده چطور صدا یا تصویر شما را دریافت می‌کند؟ این فرآیند توسط لایه های شبکه مدل OSI محقق می‌شود.

OSI یک مدل مرجع برای توصیف ساختار شبکه‌های کامپیوتری است که از سطح فیزیکی تا سطح نرم‌افزاری را پوشش می‌دهد. این مدل شامل هفت لایه است که هر کدام وظایف مشخصی را در انتقال و پردازش اطلاعات بر عهده دارند اما این لایه‌ها چه وظایفی دارند؟

در این مقاله به معرفی لایه های شبکه مدل OSI و وظایف آن‌ها می‌پردازیم. با خواندن مطالعه این مقاله، می‌توانید درک کامل‌تری از اجزای تشکیل‌دهنده یک شبکه کامپیوتری و مدل OSI کسب کنید.

مدل OSI چیست؟

مدل اتصال سیستم‌های باز (OSI) یک مدل مفهومی بوده و توسط سازمان بین‌المللی استاندارد ایجاد شده است. این مدل سیستم‌های ارتباطی متنوع را قادر می‌سازد تا با استفاده از پروتکل‌های استاندارد باهم ارتباط برقرار کنند. به زبان ساده، OSI استانداردی را برای سیستم‌های مختلف کامپیوتری فراهم می‌کند تا بتوانند با هم ارتباط داشته باشند.

مدل OSI می‌تواند به عنوان یک زبان جهانی برای شبکه‌های کامپیوتری در نظر گرفته شود زیرا به خوبی توانسته به هدف خود یعنی برقراری ارتباط موثر میان کامپیوترها دست پیدا کند. OSI توسط هفت لایه خود به این جایگاه رسیده است. هر لایه از مدل OSI کار خاصی را انجام داده و با لایه‌های بالا و پایین خود ارتباط برقرار می‌کند. در ادامه مقاله به معرفی کامل آن‌ها خواهیم پرداخت.

اگرچه اینترنت مدرن دقیقاً از مدل OSI پیروی نمی‌کند اما این مدل هنوز برای عیب‌یابی مشکلات شبکه بسیار مفید است. OSI می‌تواند به شناسایی و حل مشکلات شبکه‌ای کمک کند. برای مثال اگر یک نفر نمی‌تواند لپ‌تاپ خود را به اینترنت متصل کند یا یک وب‌سایت برای هزاران کاربر از کار افتاده است، مدل OSI می‌تواند این مشکلات را حل کند.

معرفی لایه های شبکه مدل osi

OSI دارای ۷ لایه انتزاعی است. لایه های شبکه مدل OSI را می‌توان از بالا به پایین به صورت زیر تعریف کرد:

• Application: کاربرد
• Presentation: نمایش
• Session: جلسه
• Transport: انتقال
• Network: شبکه
• Data Link: پیوند داده
• Physical: فیزیکی

هفت: لایه کاربرد

لایه کاربرد تنها لایه‌ای است که مستقیماً با داده‌های کاربر تعامل دارد. برنامه‌های نرم‌افزاری مانند مرورگرهای وب و کلاینت‌های ایمیل برای شروع ارتباطات به لایه کاربرد متکی هستند. البته لازم به ذکر است که برنامه‌های کاربردی نرم‌افزار مشتری بخشی از لایه کاربرد نیستند. این لایه مسئول پروتکل‌ها و دست‌کاری داده‌هاست که نرم‌افزار برای ارائه داده‌های معنی‌دار به کاربر بر آن تکیه می‌کند.

پروتکل‌های لایه کاربرد شامل HTTP و SMTP است. SMTP یکی از پروتکل‌هایی است که ارتباطات ایمیل را امکان‌پذیر می‌کند.

شش: لایه نمایش

این لایه در درجه اول مسئول آماده‌سازی داده‌هاست، به‌طوری‌که بتوان از آن‌ها در لایه کاربرد استفاده کرد. به عبارت دیگر، لایه نمایش، داده‌ها را برای برنامه‌های کاربردی قابل ارائه می‌کند تا مصرف شوند. لایه نمایش وظیفه ترجمه، رمزگذاری و فشرده‌سازی داده‌ها را بر عهده دارد.

دو دستگاه ارتباطی که با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند ممکن است از روش‌های رمزگذاری متفاوتی استفاده کنند. بنابراین لایه ۶ وظیفه ترجمه داده‌های دریافتی را به نحوی دارد که لایه کاربردی دستگاه دریافت‌کننده بتواند آن را درک کند. همچنین، مسئول افزودن رمزگذاری داده در سمت فرستنده و همچنین رمزگشایی آن در سمت گیرنده است. با این کار لایه کاربرد به راحتی می‌تواند به داده‌های رمزگذاری نشده و خوانا دسترسی پیدا کند.

علاوه‌براین، لایه نمایش مسئول فشرده‌سازی داده‌هایی است که از لایه کاربرد دریافت کرده و قصد تحویل آن‌ها به لایه ۵ را دارد. این امر با به حداقل رساندن مقدار داده‌ای که منتقل می‌شود، به بهبود سرعت و کارایی ارتباط کمک می‌کند.

پنج: لایه نشست

لایه نشست مسئول باز و بسته کردن ارتباط بین دو دستگاه است. زمان بین باز و بسته شدن ارتباط به عنوان نشست شناخته می‌شود. لایه نشست تضمین می‌کند که این نشست یا جلسه تا زمانی که تمام داده‌های موجود منتقل شوند، پابرجاست. پس از انتقال همه داده‌ها به سرعت ختم جلسه را اعلام می‌کند تا از هدر رفتن منابع جلوگیری کند.

لایه نشست همچنین انتقال داده‌ها را با نقاط بازرسی همگام می‌کند. به‌عنوان‌مثال، اگر یک فایل ۱۰۰ مگابایتی در حال انتقال است، لایه جلسه می‌تواند پس از انتقال هر ۵ مگابایت یک چک پوینت تعیین کند. با این وجود، در صورت خرابی یا قطع اتصال، پس از انتقال ۵۲ مگابایت نیازی به انتقال آن از اول وجود ندارد. جلسه می‌تواند از آخرین بازرسی که انجام داده (یعنی از ۵۰ مگابایتی)، انتقال را از سر بگیرد.

چهار: لایه انتقال

لایه انتقال وظیفه ارتباط سراسری بین دو دستگاه را بر عهده دارد. این وظیفه شامل تحویل گرفتن داد‌ها از لایه نشست و تقسیم آن به قطعاتی به نام سگمنت قبل از ارسال به لایه ۳ است. لایه انتقال در دستگاه گیرنده مسئول مونتاژ مجدد بخش‌ها به داده‌هایی است که لایه نشست می‌تواند مصرف کند.

همچنین، لایه انتقال وظیفه کنترل جریان و کنترل خطا را بر عهده دارد. کنترل جریان سرعت بهینه انتقال را تعیین می‌کند تا اطمینان حاصل شود که سرعت انتقال در هر دو طرف (فرستنده و گیرنده) هم‌تراز است. لایه انتقال با اطمینان از کامل بودن داده‌های دریافتی، کنترل خطا را در سمت گیرنده انجام می‌دهد و در صورت عدم تکمیل داده‌ها، درخواست ارسال مجدد را صادر می‌کند.

پروتکل‌های لایه انتقال شامل پروتکل کنترل انتقال (TCP) و پروتکل دیتاگرام کاربر (UDP) است.

سه: لایه شبکه

لایه شبکه وظیفه تسهیل انتقال داده بین دو شبکه مختلف را بر عهده دارد. بنابراین، اگر دو دستگاه در حال ارتباط در یک شبکه باشند، وجود لایه شبکه غیرضروری است.

لایه شبکه داده‌‌هایی را که از لایه انتقال دریافت می‌کند، به واحدهای کوچک‌تری به نام «بسته» تقسیم کرده و در سمت گیرنده دوباره آن‌ها را به هم می‌چسباند. همچنین، این لایه مسیر بهینه‌ای را برای رسیدن داده‌ها به مقصد پیدا می‌کند که به این امر «مسیریابی» گفته می‌شود.

پروتکل‌های لایه شبکه شامل IP، پروتکل پیام کنترل اینترنت (ICMP)، پروتکل پیام گروه اینترنتی (IGMP) و مجموعه IPsec هستند.

دو: لایه پیوند داده

لایه پیوند داده هم جزو لایه های شبکه مدل OSI است که بسیار شبیه به لایه شبکه است، با این تفاوت که انتقال داده بین دو دستگاه در یک شبکه را تسهیل می‌کند. لایه پیوند داده بسته‌ها را از لایه شبکه گرفته و آن‌ها را به قطعات کوچک‌تری به نام فریم تقسیم می‌کند.

لایه پیوند داده مسئول کنترل جریان و کنترل خطا در ارتباطات درون‌شبکه‌ای است. این در حالی است که لایه انتقال فقط کنترل جریان و کنترل خطا را برای ارتباطات بین شبکه‌ای انجام می‌دهد.

یک: لایه فیزیکی

لایه فیزیکی در مدل OSI همان سخت‌افزارهای درگیر در انتقال داده‌هاست، مثل کابل‌ها و سوئیچ‌ها. این لایه، داده‌ها را به جریان بیت (سری‌ای از یک‌ها و صفرها) تبدیل می‌کند. برای فهم و درک درست داده‌ها، هر دو دستگاه متصل باید روی یک توافق سیگنال‌دهی به توافق برسند تا بین یک‌ها و صفرها در دو طرف تمایز قائل شوند.

به عبارتی دیگر، لایه فیزیکی زیربنای فیزیکی انتقال داده‌هاست و وظیفه آن آماده‌سازی اطلاعات برای حرکت در شبکه از طریق تبدیل آن‌ها به سیگنال‌های الکتریکی یا نوری قابل‌انتقال است. توافق سیگنال‌دهی هم مثل زبان مشترکی است که دو دستگاه برای تشخیص ۱ و ۰ از هم به کار می‌گیرند.

چگونه داده‌ها از طریق لایه‌های OSI جریان می‌یابد؟

برای اینکه اطلاعات قابل خواندن توسط انسان از یک دستگاه به دستگاه دیگری در شبکه منتقل شود، داده‌ها باید از هفت لایه مدل OSI (از بالا به پایین) در دستگاه فرستنده گذر کرده و به گیرنده برسند. در دستگاه گیرنده نیز این هفت لایه به صورت برعکس (از پایین به بالا) طی می‌شوند.

• Transmit data: ارسال داده
• Receive data: دریافت داده

(اسم لایه ها رو توی عکس قبلی نوشتم)

برای مثال، فرض کنید کاوه می‌خواهد برای پرهام ایمیل بفرستد. کاوه پیام خود را در برنامه ایمیل لپ‌تاپ خود می‌نویسد و سپس دکمه «ارسال» را می‌زند. برنامه ایمیل او، پیام را به لایه کاربرد ارسال می‌کند. لایه کاربرد پروتکل (SMTP) را انتخاب کرده و داده‌ها را به لایه نمایش ارسال می‌کند. لایه نمایش داده‌ها را فشرده کرده و سپس به سراغ لایه نشست می‌رود تا جلسه برقراری ارتباط را آغاز کند.

سپس داده‌ها به لایه انتقال فرستنده می‌رسند که در آنجا قطعه‌بندی شده و در لایه شبکه به بسته‌هایی تقسیم می‌شوند. در لایه پیوند داده نیز به فریم‌های کوچک‌تر تقسیم شده و در نهایت، این لایه فریم‌ها را به لایه فیزیکی تحویل می‌دهد. لایه فیزیکی داده‌ها را به یک جریان بیتی از یک‌ها و صفرها تبدیل کرده و از طریق یک رسانه فیزیکی مانند وای‌فای ارسال می‌کند.

وقتی رایانه پرهام این جریان بیتی را از طریق یک رسانه فیزیکی (مانند وای‌فای) دریافت می‌کند، داده‌ها از مجموعه مشابهی از لایه های شبکه مدل OSI به ترتیب معکوس عبور می‌کنند. به عبارت بهتر، ابتدا لایه فیزیکی جریان بیتی از یک‌ها و صفرها را به فریم‌هایی تبدیل کرده و به لایه پیوند داده منتقل می‌کند. لایه پیوند داده فریم‌ها را در بسته‌هایی برای لایه شبکه جمع می‌کند. سپس لایه شبکه سگمنت‌هایی از بسته‌ها را برای لایه انتقال ایجاد کرده و لایه انتقال این سگمنت‌ها را دوباره در یک قطعه داده جمع می‌کند.

پس از آن، داده‌ها به لایه نشست گیرنده منتقل می‌شوند که داده‌ها را به لایه نمایش منتقل کرده و سپس ختم جلسه را اعلام می‌کند. لایه نمایش داده‌ها را از حالت فشرده خارج کرده و داده‌های خام را به لایه کاربرد منتقل می‌کند. لایه کاربرد داده‌های قابل خواندن توسط انسان را به نرم‌افزار ایمیل پرهام ارسال می‌کند که به او اجازه می‌دهد ایمیل کاوه را روی صفحه لپ‌تاپ خود بخواند.

مقایسه لایه‌های شبکه مدل tcp ip با OSI

مدل OSI که در بالا آن را بررسی کردیم، یک مدل مرجع است. این مدل با تقسیم‌بندی فرآیند ارتباط به اجزای کوچک‌تر و ساده‌تر به توصیف وظایف سیستم ارتباطی می‌پردازد. در مقابل، مدل TCP/IP وجود دارد که نسخه‌ای خلاصه‌تر از مدل OSI بوده و به جای هفت لایه، از چهار لایه تشکیل شده است.

هر دو مدل OSI و TCP/IP ابزارهای مفیدی برای درک و طراحی شبکه‌های کامپیوتری هستند اما چه فرقی با هم دارند؟ در زیر هر دو مدل را با هم مقایسه می‌کنیم.

شباهت‌های لایه های شبکه مدل OSI و TCP IP

همان‌طور که گفتیم، لایه های شبکه مدل TCP/IP زیر مجموعه‌ای از مدل OSI است. بنابراین، بدیهی است که شباهت‌هایی با هم داشته باشند. دو شباهت بسیار مهم آن‌ها عبارتند از:

• هر دو مدل از ساختار لایه‌ای برای دسته‌بندی وظایف شبکه استفاده می‌کنند.
• هر دو مدل شامل لایه‌هایی مشابه مانند دسترسی به شبکه، انتقال و کاربرد هستند.

تفاوت‌های دو مدل OSI و TCP IP

OSI و tcp ip به عنوان دو مدل مجزا در دنیای شبکه شناخته می‌شوند چرا که تفاوت‌هایی با هم دارند. این تفاوت‌ها را در زیر بیان می‌کنیم.

• مدل OSI دارای ۷ لایه و مدل TCP/IP دارای ۴ لایه به نام‌های کاربرد، انتقال، اینترنت و دسترسی به شبکه است.
• مدل OSI جزئی‌تر است و وظایف را به طور دقیق‌تر تفکیک می‌کند.
• مدل TCP/IP ساده‌تر بوده و در دنیای واقعی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

جدول زیر خلاصه‌ای از تفاوت‌های کلیدی بین لایه‌های دو مدل را ارائه می‌دهد:

انواع پروتکل‌های OSI

هر کدام از هفت لایه مدل مرجع osi وظایف و پروتکل‌های خاص خود را دارند. در ادامه به معرفی انواع پروتکل‌های رایج در هر لایه می‌پردازیم:

پروتکل‌های لایه کاربرد:

• HTTP: برای انتقال داده‌های صفحات وب
• FTP: برای انتقال فایل‌ها
• SMTP: برای ارسال ایمیل
•  Telnet: برای برقراری ارتباط از راه دور

پروتکل‌های لایه نمایش:

• MPEG: برای فشرده‌سازی ویدیو
• SSL: برای ایجاد اتصالات امن
•  TLS: برای رمزگذاری تبادلات اینترنتی
• ASCH: برای تبادل امن داده‌ها

پروتکل‌های لایه نشست:

• RPC: برای اجرای دستورات از راه دور
• SAP: برای مدیریت جلسات ارتباطی

پروتکل‌های لایه انتقال:

• TCP: برای تضمین تحویل داده‌ها
• UDP: برای ارسال داده‌ها بدون تضمین تحویل

پروتکل‌های لایه شبکه:

• IP: برای آدرس‌دهی و مسیریابی داده‌ها
• ICMP: برای ارسال پیام‌های کنترلی

پروتکل‌های لایه پیوند داده:

• Ethernet: برای انتقال داده‌ها در شبکه‌های محلی
• PPP: برای اتصال دو نقطه به یکدیگر

پروتکل‌های لایه فیزیکی:

• RS-232: برای اتصال تجهیزات سریال
• ۸۰۲.۱۱ (Wi-Fi): برای انتقال داده‌ها در شبکه‌های بی‌سیم

آشنایی بیشتر با شبکه‌های مخابرات داده

زمانی که از مدل OSI و لایه‌های آن صحبت می‌کنیم، احتمال دارد درک آن برای بسیاری از افرادی که با عملکرد کلی شبکه غریبه‌اند، پیچیده باشد. در بالا توضیح کاملی درباره لایه های شبکه مدل OSI ارائه دادیم و سعی کردیم با مثال‌هایی آن را ملموس‌تر کنیم. با این حال، ممکن است در عمل با ابهاماتی مواجه شوید. هیچ جای نگرانی نیست.

در این راستا، آکادمی همراه اول دوره‌ای را با عنوان شبکه‌های مخابرات داده برگزار کرده است که در آن کلیه مباحث مربوط به شبکه‌های انتقال داده و نحوه انجام آن را توضیح داده است. علاوه بر این، تمرین‌هایی را برای درک بهتر آن ارائه می‌دهد. اگر می‌خواهید مفاهیم شبکه و انتقال داده را بهتر و راحت‌تر درک کنید، این دوره آموزشی مخصوص شماست.