تئوری: مدل شبکه OSI. لایه پیوند مدل شبکه OSI

الکساندر گوریاچف، الکسی نیسکوفسکی

برای اینکه سرورها و کلاینت‌های شبکه با هم ارتباط برقرار کنند، باید با استفاده از پروتکل ارتباطی یکسانی کار کنند، یعنی باید به یک زبان «صحبت کنند». این پروتکل مجموعه ای از قوانین را برای سازماندهی تبادل اطلاعات در تمام سطوح تعامل اشیاء شبکه تعریف می کند.

یک مدل مرجع اتصال سیستم باز وجود دارد که اغلب به عنوان مدل OSI شناخته می شود. این مدل توسط سازمان بین المللی استاندارد (ISO) توسعه یافته است. مدل OSI طرح تعامل بین اشیاء شبکه را توصیف می کند، لیستی از وظایف و قوانین را برای انتقال داده تعریف می کند. این شامل هفت سطح است: فیزیکی (فیزیکی - 1)، کانال (پیوند داده - 2)، شبکه (شبکه - 3)، حمل و نقل (حمل و نقل - 4)، جلسه (جلسه - 5)، ارائه داده ها (ارائه - 6) و اعمال (برنامه - 7). اعتقاد بر این است که اگر نرم افزار آنها که توابع شبکه این لایه را پیاده سازی می کند، داده های یکسان را به روشی مشابه تفسیر کند، دو کامپیوتر می توانند در یک لایه خاص از مدل OSI با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در این صورت ارتباط مستقیم بین دو کامپیوتر برقرار می شود که به آن «نقطه به نقطه» می گویند.

پیاده سازی مدل OSI توسط پروتکل ها پشته پروتکل نامیده می شود. پیاده سازی تمام عملکردهای مدل OSI در چارچوب یک پروتکل خاص غیرممکن است. به طور معمول، وظایف یک لایه خاص توسط یک یا چند پروتکل پیاده سازی می شود. یک کامپیوتر باید پروتکل هایی را از همان پشته اجرا کند. در این حالت، کامپیوتر می تواند به طور همزمان از چندین پشته پروتکل استفاده کند.

بیایید وظایف حل شده در هر یک از سطوح مدل OSI را در نظر بگیریم.

لایه فیزیکی

در این سطح از مدل OSI، ویژگی های زیر از اجزای شبکه تعریف شده است: انواع اتصالات رسانه های ارتباطی، توپولوژی های فیزیکی شبکه، روش های انتقال داده (با کدگذاری سیگنال دیجیتال یا آنالوگ)، انواع همگام سازی داده های ارسالی، جداسازی کانال های ارتباطی. با استفاده از مالتی پلکس کردن فرکانس و زمان

پیاده سازی پروتکل لایه فیزیکی OSI قوانین انتقال بیت را هماهنگ می کند.

لایه فیزیکی شامل توصیفی از رسانه انتقال نیست. با این حال، پیاده سازی پروتکل های لایه فیزیکی مخصوص یک رسانه انتقال خاص است. لایه فیزیکی معمولاً با اتصال تجهیزات شبکه زیر مرتبط است:

• متمرکز کننده ها، هاب ها و تکرار کننده هایی که سیگنال های الکتریکی را بازسازی می کنند.
• کانکتورهای اتصال رسانه انتقال که یک رابط مکانیکی برای اتصال دستگاه با رسانه انتقال فراهم می کند.
• مودم ها و دستگاه های تبدیل مختلف که تبدیل دیجیتال و آنالوگ را انجام می دهند.

این لایه از مدل، توپولوژی های فیزیکی را در شبکه شرکتی تعریف می کند که با استفاده از مجموعه ای پایه از توپولوژی های استاندارد ساخته شده اند.

اولین مورد در مجموعه پایه توپولوژی اتوبوس است. در این حالت، تمام دستگاه های شبکه و رایانه ها به یک گذرگاه داده مشترک متصل می شوند که اغلب با استفاده از کابل کواکسیال تشکیل می شود. کابلی که گذرگاه مشترک را تشکیل می دهد، ستون فقرات نامیده می شود. از هر یک از دستگاه های متصل به اتوبوس، سیگنال در هر دو جهت مخابره می شود. برای حذف سیگنال از کابل در انتهای اتوبوس، باید از پایانه های مخصوص استفاده شود. آسیب مکانیکی خط بر عملکرد تمام دستگاه های متصل به آن تأثیر می گذارد.

توپولوژی حلقه اتصال تمام دستگاه های شبکه و رایانه ها را در یک حلقه فیزیکی (حلقه) فراهم می کند. در این توپولوژی، اطلاعات همیشه در طول حلقه در یک جهت - از ایستگاهی به ایستگاه دیگر منتقل می شود. هر دستگاه شبکه باید یک گیرنده اطلاعات در کابل ورودی و یک فرستنده در خروجی داشته باشد. آسیب مکانیکی به رسانه انتقال اطلاعات در یک حلقه بر عملکرد همه دستگاه ها تأثیر می گذارد، با این حال، شبکه های ساخته شده با استفاده از یک حلقه دوتایی، به عنوان یک قاعده، دارای حاشیه ای از تحمل خطا و عملکردهای خود ترمیم هستند. در شبکه های ساخته شده بر روی یک حلقه دوتایی، اطلاعات یکسانی در طول حلقه در هر دو جهت منتقل می شود. در صورت قطع شدن کابل، رینگ در حالت تک حلقه ای با طول دوبل به کار خود ادامه می دهد (عملکردهای خود ترمیمی توسط سخت افزار مورد استفاده تعیین می شود).

توپولوژی بعدی توپولوژی ستاره یا ستاره (ستاره) است. این امکان وجود یک دستگاه مرکزی را فراهم می کند که سایر دستگاه های شبکه و رایانه ها توسط پرتوها (کابل های جداگانه) به آن متصل می شوند. شبکه های ستاره یک نقطه شکست دارند. این نقطه دستگاه مرکزی است. در صورت خرابی دستگاه مرکزی، سایر شرکت کنندگان شبکه قادر به تبادل اطلاعات با یکدیگر نخواهند بود، زیرا کل تبادل تنها از طریق دستگاه مرکزی انجام شده است. بسته به نوع دستگاه مرکزی، سیگنال دریافتی از یک ورودی می تواند (با یا بدون تقویت) به همه خروجی ها یا به یک خروجی خاص که دستگاه - گیرنده اطلاعات به آن متصل است، منتقل شود.

توپولوژی مش بسیار انعطاف پذیر است. هنگام ساخت شبکه هایی با توپولوژی مشابه، هر یک از دستگاه ها یا رایانه های شبکه به هر جزء دیگر شبکه متصل می شوند. این توپولوژی اضافی و در نتیجه غیر عملی است. در واقع، در شبکه های کوچک، این توپولوژی به ندرت استفاده می شود، اما در شبکه های شرکتی بزرگ، می توان از یک توپولوژی کاملا متصل برای اتصال مهم ترین گره ها استفاده کرد.

توپولوژی های در نظر گرفته شده اغلب با استفاده از اتصالات کابلی ساخته می شوند.

توپولوژی دیگری که از اتصالات بی سیم استفاده می کند سلولار است. در آن، دستگاه های شبکه و رایانه ها در مناطق - سلول ها (سلول ها) ترکیب می شوند که فقط با گیرنده سلول در تعامل هستند. انتقال اطلاعات بین سلول ها توسط دستگاه های گیرنده انجام می شود.

لایه پیوند

این سطح توپولوژی منطقی شبکه، قوانین دسترسی به رسانه انتقال داده را تعیین می کند، مسائل مربوط به آدرس دهی دستگاه های فیزیکی در شبکه منطقی و کنترل انتقال اطلاعات (همگام سازی انتقال و اتصالات سرویس) بین شبکه را حل می کند. دستگاه ها

پروتکل های لایه پیوند تعریف می کنند:

• قوانینی برای سازماندهی بیت های لایه فیزیکی (یک دودویی و صفر) در گروه های منطقی اطلاعات به نام فریم یا فریم. فریم یک واحد داده لایه پیوند است که از یک دنباله به هم پیوسته از بیت‌های گروه‌بندی شده با سر و انتهای تشکیل شده است.
• قوانین تشخیص (و گاهی اوقات تصحیح) خطاهای انتقال؛
• قوانین کنترل جریان (برای دستگاه هایی که در این سطح از مدل OSI کار می کنند، به عنوان مثال، پل ها).
• قوانینی برای شناسایی رایانه های موجود در شبکه با آدرس های فیزیکی آنها.

مانند بسیاری از لایه های دیگر، لایه پیوند داده اطلاعات کنترلی خود را به ابتدای بسته داده اضافه می کند. این اطلاعات می تواند شامل آدرس های مبدأ و مقصد (فیزیکی یا سخت افزاری)، اطلاعات طول فریم و نشانه ای از پروتکل های لایه بالایی فعال باشد.

کانکتورهای شبکه زیر معمولاً با لایه پیوند داده مرتبط هستند:

• پل ها؛
• هاب های هوشمند؛
• سوئیچ ها
• کارت های رابط شبکه (کارت های رابط شبکه، آداپتورها و غیره).

توابع لایه پیوند به دو سطح فرعی تقسیم می شوند (جدول 1):

• کنترل دسترسی رسانه (MAC)؛
• کنترل پیوند منطقی (LLC)

زیرلایه MAC عناصری از لایه پیوند داده را به عنوان توپولوژی منطقی شبکه، روش دسترسی به رسانه انتقال و قوانین آدرس دهی فیزیکی بین موجودیت های شبکه تعریف می کند.

مخفف MAC همچنین برای تعریف آدرس فیزیکی یک دستگاه شبکه استفاده می شود: آدرس فیزیکی یک دستگاه (که در داخل دستگاه شبکه یا کارت شبکه در حین تولید تعریف می شود) اغلب به عنوان آدرس MAC آن دستگاه گفته می شود. برای تعداد زیادی از دستگاه های شبکه، به ویژه کارت های شبکه، امکان تغییر برنامه آدرس MAC وجود دارد. باید به خاطر داشت که لایه پیوند داده مدل OSI محدودیت هایی را برای استفاده از آدرس های MAC اعمال می کند: در یک شبکه فیزیکی (بخشی از یک شبکه بزرگتر) نمی توان دو یا چند دستگاه از آدرس های MAC یکسان استفاده کرد. برای تعیین آدرس فیزیکی یک شی شبکه، می توان از مفهوم "آدرس گره" استفاده کرد. آدرس گره اغلب با آدرس MAC یکسان است یا به طور منطقی با تغییر آدرس نرم افزار تعیین می شود.

لایه فرعی LLC قوانین همگام سازی انتقال و سرویس را برای اتصالات تعریف می کند. این زیرلایه از لایه پیوند داده با لایه شبکه مدل OSI تعامل نزدیک دارد و مسئول قابلیت اطمینان اتصالات فیزیکی (با استفاده از آدرس های MAC) است. توپولوژی منطقی (توپولوژی منطقی) شبکه، روش و قوانین (توالی) انتقال داده بین رایانه های موجود در شبکه را تعیین می کند. اشیاء شبکه داده ها را بسته به توپولوژی منطقی شبکه انتقال می دهند. توپولوژی فیزیکی مسیر فیزیکی داده ها را تعریف می کند. با این حال، در برخی موارد، توپولوژی فیزیکی نحوه عملکرد شبکه را منعکس نمی کند. مسیر داده واقعی توسط توپولوژی منطقی تعیین می شود. برای انتقال داده ها در طول یک مسیر منطقی، که ممکن است با مسیر در رسانه فیزیکی متفاوت باشد، از دستگاه های اتصال شبکه و طرح های دسترسی به رسانه انتقال استفاده می شود. یک مثال خوب از تفاوت بین توپولوژی فیزیکی و منطقی، حلقه توکن IBM است. شبکه های محلی Token Ring اغلب از کابل های مسی در پیکربندی ستاره ای با هاب مرکزی استفاده می کنند. بر خلاف توپولوژی ستاره معمولی، هاب سیگنال های دریافتی را به تمام دستگاه های متصل دیگر ارسال نمی کند. مدار داخلی هاب به طور متوالی هر سیگنال ورودی را در یک حلقه منطقی از پیش تعریف شده، یعنی در یک الگوی دایره ای به دستگاه بعدی ارسال می کند. توپولوژی فیزیکی این شبکه یک ستاره و توپولوژی منطقی یک حلقه است.

مثال دیگری از تفاوت توپولوژی فیزیکی و منطقی اترنت است. شبکه فیزیکی را می توان با استفاده از کابل های مسی و هاب مرکزی ساخت. یک شبکه فیزیکی در توپولوژی ستاره ای شکل می گیرد. با این حال، فناوری اترنت برای انتقال اطلاعات از یک رایانه به همه رایانه های دیگر در شبکه فراهم می کند. هاب باید سیگنال دریافتی از یکی از پورت های خود را به همه پورت های دیگر ارسال کند. یک شبکه منطقی با توپولوژی اتوبوس تشکیل می شود.

برای تعیین توپولوژی منطقی یک شبکه، باید نحوه دریافت سیگنال در آن را بدانید:

• در توپولوژی های گذرگاه منطقی، هر سیگنال توسط همه دستگاه ها دریافت می شود.
• در توپولوژی های حلقه منطقی، هر دستگاه تنها سیگنال هایی را دریافت می کند که به طور خاص برای آن ارسال شده اند.

همچنین مهم است که بدانیم دستگاه های شبکه چگونه به رسانه انتقال دسترسی پیدا می کنند.

دسترسی به رسانه انتقال

توپولوژی های منطقی از قوانین خاصی برای کنترل مجوز انتقال اطلاعات به دیگر اشیاء شبکه استفاده می کنند. فرآیند کنترل دسترسی به رسانه انتقال داده را کنترل می کند. شبکه‌ای را در نظر بگیرید که در آن همه دستگاه‌ها اجازه دارند بدون هیچ قانونی برای دسترسی به رسانه انتقال کار کنند. همه دستگاه های موجود در چنین شبکه ای به محض آماده شدن داده ها اطلاعات را ارسال می کنند. این انتقال ها گاهی اوقات می توانند در زمان همپوشانی داشته باشند. در نتیجه همپوشانی، سیگنال ها تحریف می شوند و داده های ارسالی از بین می روند. به این وضعیت برخورد می گویند. برخوردها به شما اجازه سازماندهی انتقال مطمئن و کارآمد اطلاعات بین اشیاء شبکه را نمی دهند.

برخوردها در یک شبکه بر بخش های فیزیکی شبکه که اشیاء شبکه به آنها متصل هستند تأثیر می گذارد. چنین اتصالاتی یک فضای برخورد واحد را تشکیل می دهد که در آن تأثیر برخوردها به همه گسترش می یابد. برای کاهش اندازه فضاهای برخورد با تقسیم‌بندی شبکه فیزیکی، می‌توان از پل‌ها و سایر دستگاه‌های شبکه که دارای عملکرد فیلتر لایه پیوند هستند، استفاده کرد.

تا زمانی که همه اشیاء شبکه نتوانند برخوردها را کنترل، مدیریت یا حذف کنند، شبکه نمی تواند به طور عادی کار کند. در شبکه ها روشی برای کاهش تعداد برخوردها، تداخل (همپوشانی) سیگنال های همزمان مورد نیاز است.

روش‌های استاندارد دسترسی به رسانه وجود دارد که قوانینی را که بر مجوز انتقال اطلاعات برای دستگاه‌های شبکه حاکم است، توصیف می‌کنند: اختلاف، ارسال رمز و نظرسنجی.

قبل از انتخاب پروتکلی که یکی از این روش های دسترسی به رسانه انتقال داده را پیاده سازی می کند، باید به عوامل زیر توجه ویژه ای داشته باشید:

• ماهیت انتقال - پیوسته یا ضربه ای؛
• تعداد انتقال داده ها؛
• نیاز به انتقال داده ها در فواصل زمانی کاملاً مشخص؛
• تعداد دستگاه های فعال در شبکه

هر یک از این عوامل، همراه با مزایا و معایب، به تعیین مناسب ترین روش دسترسی به رسانه کمک می کند.

رقابت.سیستم‌های مبتنی بر مناقشه فرض می‌کنند که رسانه‌ها بر اساس اولویت، اولین خدمت، قابل دسترسی هستند. به عبارت دیگر، هر دستگاه شبکه برای کنترل رسانه انتقال می جنگد. سیستم‌های مسابقه به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تمام دستگاه‌های موجود در شبکه فقط می‌توانند داده‌ها را در صورت نیاز ارسال کنند. این عمل در نهایت منجر به از دست دادن اطلاعات جزئی یا کامل می شود، زیرا برخوردها در واقع رخ می دهند. با اضافه شدن هر دستگاه جدید به شبکه، تعداد برخوردها می تواند به صورت تصاعدی افزایش یابد. افزایش تعداد برخوردها باعث کاهش عملکرد شبکه و در صورت اشباع کامل رسانه انتقال اطلاعات، عملکرد شبکه را به صفر می رساند.

برای کاهش تعداد برخوردها، پروتکل‌های ویژه‌ای ایجاد شده‌اند که در آن عملکرد گوش دادن به رسانه انتقال اطلاعات قبل از اینکه ایستگاه شروع به ارسال داده کند، اجرا می‌شود. اگر ایستگاه شنود انتقال سیگنال (از یک ایستگاه دیگر) را تشخیص دهد، از ارسال اطلاعات خودداری می کند و سعی می کند بعداً آن را تکرار کند. به این پروتکل ها، پروتکل های دسترسی چندگانه Carrier Sense (CSMA) می گویند. پروتکل های CSMA به طور قابل توجهی تعداد برخوردها را کاهش می دهند، اما آنها را به طور کامل حذف نمی کنند. با این حال، تصادم زمانی رخ می دهد که دو ایستگاه کابل را بررسی کنند: آنها هیچ سیگنالی را تشخیص نمی دهند، تصمیم می گیرند که رسانه انتقال داده آزاد است، و سپس به طور همزمان شروع به انتقال داده می کنند.

نمونه هایی از این پروتکل های خصمانه عبارتند از:

• دسترسی چندگانه Carrier Sense / تشخیص برخورد (CSMA / CD)؛
• Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA / CA).

پروتکل های CSMA / CD.پروتکل‌های CSMA/CD نه تنها قبل از ارسال به کابل گوش می‌دهند، بلکه برخوردها را تشخیص داده و ارسال مجدد را آغاز می‌کنند. هنگامی که یک برخورد تشخیص داده می شود، ایستگاه های ارسال کننده داده ها، تایمرهای داخلی ویژه ای را با مقادیر تصادفی اولیه می کنند. تایمرها شروع به شمارش معکوس می کنند و با رسیدن به صفر، ایستگاه ها باید سعی کنند داده ها را دوباره ارسال کنند. از آنجایی که تایمرها با مقادیر تصادفی اولیه شدند، یکی از ایستگاه ها سعی می کند قبل از دیگری انتقال داده را دوباره امتحان کند. بر این اساس، ایستگاه دوم مشخص می کند که رسانه انتقال داده در حال حاضر مشغول است و تا آزاد شدن آن منتظر می ماند.

نمونه هایی از پروتکل های CSMA / CD عبارتند از اترنت نسخه 2 (Ethernet II از DEC Corporation) و IEEE802.3.

پروتکل های CSMA / CA. CSMA / CA از طرح هایی مانند دسترسی برش زمان یا ارسال درخواست دسترسی رسانه استفاده می کند. هنگام استفاده از برش زمان، هر ایستگاه می تواند اطلاعات را فقط در زمان هایی که دقیقاً برای این ایستگاه تعریف شده است، انتقال دهد. در این حالت، شبکه باید مکانیزمی را برای مدیریت برش های زمانی پیاده سازی کند. هر ایستگاه جدید متصل به شبکه ظاهر خود را اعلام می کند و در نتیجه فرآیند تخصیص مجدد برش های زمانی برای انتقال اطلاعات را آغاز می کند. در صورت استفاده از کنترل متمرکز دسترسی به رسانه انتقال، هر ایستگاه درخواست خاصی برای انتقال ایجاد می کند که به ایستگاه کنترل ارسال می شود. ایستگاه مرکزی دسترسی به رسانه انتقال را برای تمام اشیاء شبکه تنظیم می کند.

نمونه ای از CSMA / CA پروتکل LocalTalk رایانه اپل است.

سیستم‌های مبتنی بر نژاد برای ترافیک شدید (انتقال فایل‌های بزرگ) در شبکه‌هایی با کاربران نسبتاً کمی مناسب‌تر هستند.

سیستم های انتقال نشانگردر سیستم های رمز عبور، یک قاب کوچک (توکن) با ترتیب خاصی از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل می شود. توکن پیام خاصی است که کنترل موقت رسانه را به دستگاهی که دارای توکن است منتقل می کند. ارسال توکن کنترل دسترسی را بین دستگاه های شبکه توزیع می کند.

هر دستگاهی می داند که رمز را از چه دستگاهی دریافت می کند و به کدام دستگاه باید آن را ارسال کند. به طور معمول، این دستگاه ها نزدیک ترین همسایگان صاحب توکن هستند. هر دستگاه به صورت دوره ای کنترل توکن را به دست می گیرد، اقدامات خود را انجام می دهد (اطلاعات را منتقل می کند)، و سپس رمز را برای استفاده به دستگاه بعدی ارسال می کند. پروتکل ها زمان نظارت توکن توسط هر دستگاه را محدود می کنند.

چندین پروتکل انتقال توکن وجود دارد. دو استاندارد شبکه ای که از رمز عبور استفاده می کنند عبارتند از IEEE 802.4 Token Bus و IEEE 802.5 Token Ring. Token Bus از کنترل دسترسی رمز عبور و توپولوژی گذرگاه فیزیکی یا منطقی استفاده می کند، در حالی که Token Ring از کنترل دسترسی رمز عبور و توپولوژی حلقه فیزیکی یا منطقی استفاده می کند.

شبکه‌های رمز عبور باید زمانی استفاده شوند که ترافیک اولویتی وابسته به زمان وجود دارد، مانند داده‌های صوتی یا تصویری دیجیتال، یا زمانی که تعداد بسیار زیادی کاربر وجود دارد.

نظر سنجی.نظرسنجی یک روش دسترسی است که یک دستگاه واحد (به نام دستگاه کنترل کننده، اولیه یا "مستر") را به عنوان داور دسترسی به رسانه اختصاص می دهد. این دستگاه همه دستگاه های دیگر (ثانویه) را به ترتیب از پیش تعیین شده نظرسنجی می کند تا ببیند آیا آنها اطلاعاتی برای انتقال دارند یا خیر. برای دریافت داده از دستگاه ثانویه، دستگاه اولیه درخواستی را برای آن ارسال می کند و سپس داده ها را از دستگاه ثانویه دریافت می کند و به دستگاه دریافت کننده ارسال می کند. سپس دستگاه اولیه از دستگاه ثانویه دیگر نظرسنجی می کند، داده ها را از آن دریافت می کند و غیره. این پروتکل مقدار داده ای را که هر دستگاه ثانویه می تواند پس از نظرسنجی ارسال کند، محدود می کند. سیستم های نظرسنجی برای دستگاه های شبکه حساس به زمان مانند اتوماسیون تجهیزات ایده آل هستند.

این لایه خدمات اتصال را نیز ارائه می دهد. سه نوع خدمات اتصال وجود دارد:

• سرویس بدون اتصال تایید نشده - فریم ها را بدون کنترل جریان و بدون خطا یا کنترل توالی بسته ارسال و دریافت می کند.
• سرویس اتصال گرا - کنترل جریان، کنترل خطا و کنترل توالی بسته ها را با صدور رسید (تقریبی) ارائه می دهد.
• سرویس بدون اتصال تایید شده (بدون اتصال تایید شده) - از رسیدها برای کنترل جریان و کنترل خطا در حین انتقال بین دو گره شبکه استفاده می کند.

زیرلایه لایه پیوند LLC توانایی استفاده همزمان از چندین پروتکل شبکه (از پشته های پروتکل های مختلف) را هنگام کار از طریق یک رابط شبکه فراهم می کند. به عبارت دیگر، اگر رایانه فقط یک کارت شبکه داشته باشد، اما نیاز به کار با خدمات شبکه مختلف از تولید کنندگان مختلف باشد، نرم افزار شبکه مشتری دقیقاً در سطح فرعی LLC امکان چنین کاری را فراهم می کند.

لایه شبکه

لایه شبکه قوانینی را برای تحویل داده ها بین شبکه های منطقی، تشکیل آدرس های منطقی دستگاه های شبکه، تعریف، انتخاب و نگهداری اطلاعات مسیریابی، عملکرد دروازه ها تعریف می کند.

هدف اصلی لایه شبکه حل مشکل انتقال (تحویل) داده ها به نقاط مشخص شده در شبکه است. تحویل داده در لایه شبکه به طور کلی مشابه تحویل داده در لایه پیوند داده مدل OSI است، جایی که آدرس دهی فیزیکی دستگاه ها برای انتقال داده ها استفاده می شود. با این حال، آدرس دهی در لایه پیوند تنها به یک شبکه منطقی اشاره دارد، که فقط در این شبکه معتبر است. لایه شبکه روش ها و ابزارهای انتقال اطلاعات بین بسیاری از شبکه های منطقی مستقل (و اغلب ناهمگن) را توصیف می کند که وقتی به یکدیگر متصل می شوند، یک شبکه بزرگ را تشکیل می دهند. به چنین شبکه ای اینترنت ورک و انتقال اطلاعات بین شبکه ها را اینترنت کار می گویند.

با کمک آدرس دهی فیزیکی در لایه پیوند داده، داده ها به تمام دستگاه های موجود در یک شبکه منطقی یکسان تحویل داده می شود. هر دستگاه شبکه، هر کامپیوتر هدف داده های دریافتی را تعیین می کند. اگر داده ها برای رایانه در نظر گرفته شده باشد، آنها را پردازش می کند، در غیر این صورت، آنها را نادیده می گیرد.

برخلاف لایه پیوند داده، لایه شبکه می‌تواند مسیر خاصی را در اینترنت انتخاب کند و از ارسال داده به آن شبکه‌های منطقی که داده‌ها به آنها خطاب نمی‌شود، اجتناب کند. لایه شبکه این کار را از طریق سوئیچینگ، آدرس دهی لایه شبکه و الگوریتم های مسیریابی انجام می دهد. لایه شبکه همچنین مسئول ارائه مسیرهای صحیح برای داده ها در یک شبکه به هم پیوسته از شبکه های ناهمگن است.

عناصر و روش های پیاده سازی لایه شبکه به صورت زیر تعریف می شوند:

• همه شبکه های منطقی مجزا باید دارای آدرس های شبکه منحصر به فرد باشند.
• سوئیچینگ نحوه برقراری ارتباط در سراسر اینترنت را تعیین می کند.
• توانایی پیاده سازی مسیریابی به طوری که رایانه ها و روترها بهترین مسیر را برای عبور داده ها از طریق شبکه به هم پیوسته تعیین کنند.
• شبکه سطوح مختلفی از خدمات اتصال را بسته به تعداد خطاهای مورد انتظار در شبکه متصل انجام می دهد.

در این سطح از مدل OSI، روترها و برخی از سوئیچ ها کار می کنند.

لایه شبکه قوانینی را برای تشکیل آدرس های شبکه منطقی برای اشیاء شبکه تعریف می کند. در یک شبکه بزرگ به هم پیوسته، هر موجودیت شبکه باید یک آدرس منطقی منحصر به فرد داشته باشد. دو جزء در تشکیل یک آدرس منطقی دخیل هستند: آدرس شبکه منطقی که برای همه اشیاء شبکه مشترک است و آدرس منطقی شی شبکه که برای این شی منحصر به فرد است. هنگام تشکیل آدرس منطقی یک شی شبکه، می توان از آدرس فیزیکی شیء استفاده کرد یا یک آدرس منطقی دلخواه را تعیین کرد. استفاده از آدرس دهی منطقی به شما اجازه می دهد تا انتقال داده ها را بین شبکه های منطقی مختلف سازماندهی کنید.

هر شیء شبکه، هر کامپیوتر می تواند بسیاری از عملکردهای شبکه را به طور همزمان انجام دهد و خدمات مختلفی را ارائه دهد. برای دسترسی به سرویس ها از یک شناسه سرویس ویژه استفاده می شود که به آن پورت (پورت) یا سوکت (سوکت) می گویند. هنگام دسترسی به یک سرویس، شناسه سرویس بلافاصله آدرس منطقی رایانه ارائه دهنده سرویس را دنبال می کند.

در بسیاری از شبکه‌ها، گروه‌هایی از آدرس‌های منطقی و شناسه‌های سرویس به منظور انجام اقدامات از پیش تعریف‌شده و شناخته‌شده خاص رزرو شده‌اند. به عنوان مثال، اگر ارسال داده به تمام اشیاء شبکه ضروری باشد، به یک آدرس پخش ویژه ارسال می شود.

لایه شبکه قوانینی را برای انتقال داده بین دو شیء شبکه تعریف می کند. این انتقال را می توان با استفاده از سوئیچینگ یا مسیریابی انجام داد.

سه روش سوئیچینگ انتقال داده وجود دارد: سوئیچینگ مدار، سوئیچینگ پیام و سوئیچینگ بسته.

هنگام استفاده از سوئیچینگ مدار، یک کانال انتقال داده بین فرستنده و گیرنده برقرار می شود. این کانال در کل جلسه ارتباط فعال خواهد بود. هنگام استفاده از این روش، تاخیرهای طولانی در تخصیص کانال به دلیل عدم وجود پهنای باند کافی، شلوغی تجهیزات سوئیچینگ یا شلوغی گیرنده امکان پذیر است.

تغییر پیام به شما امکان می دهد یک پیام کامل (ناشکسته) را به صورت ذخیره و باز ارسال کنید. هر دستگاه میانی پیامی را دریافت می کند، آن را به صورت محلی ذخیره می کند و زمانی که کانال ارتباطی که قرار است این پیام از طریق آن ارسال شود آزاد شد، آن را ارسال می کند. این روش برای ارسال پیام های ایمیل و سازماندهی مدیریت اسناد الکترونیکی مناسب است.

سوئیچینگ بسته مزایای دو روش قبلی را ترکیب می کند. هر پیام بزرگ به بسته های کوچکی تقسیم می شود که هر یک به ترتیب برای گیرنده ارسال می شود. هنگام عبور از شبکه متصل به هم، برای هر یک از بسته ها، بهترین مسیر در این لحظه از زمان تعیین می شود. به نظر می رسد که بخش هایی از یک پیام می توانند در زمان های مختلف به گیرنده بیایند و تنها پس از کنار هم قرار دادن همه قسمت ها، گیرنده قادر خواهد بود با داده های دریافتی کار کند.

هر بار که مسیر دیگری را برای داده ها تعیین می کنید، باید بهترین مسیر را انتخاب کنید. وظیفه تعیین بهترین مسیر را مسیریابی می گویند. این کار توسط روترها انجام می شود. وظیفه روترها تعیین مسیرهای ممکن برای انتقال داده، حفظ اطلاعات مسیریابی و انتخاب بهترین مسیرها است. مسیریابی را می توان به صورت استاتیک یا پویا انجام داد. هنگام تعیین مسیریابی استاتیک، تمام روابط بین شبکه های منطقی باید مشخص شده و بدون تغییر باقی بمانند. مسیریابی پویا فرض می کند که روتر می تواند به تنهایی مسیرهای جدیدی را تعریف کند یا اطلاعات مربوط به مسیرهای قدیمی را اصلاح کند. مسیریابی پویا از الگوریتم های مسیریابی خاصی استفاده می کند که رایج ترین آنها بردار فاصله و حالت پیوند است. در حالت اول، روتر از اطلاعات دست دوم در مورد ساختار شبکه از روترهای همسایه استفاده می کند. در حالت دوم، روتر با اطلاعات مربوط به کانال های ارتباطی خود عمل می کند و با یک روتر نماینده ویژه برای ساختن یک نقشه شبکه کامل تعامل می کند.

انتخاب بهترین مسیر اغلب تحت تأثیر عواملی مانند تعداد پرش از طریق روترها (شمار ​​پرش) و تعداد تیک ها (واحدهای زمانی) لازم برای رسیدن به شبکه مقصد (تعداد تیک) است.

سرویس اتصال لایه شبکه زمانی عمل می‌کند که از سرویس اتصال لایه زیرین OSI LLC استفاده نمی‌شود.

هنگام ساخت یک شبکه به هم پیوسته، اتصال شبکه های منطقی ساخته شده با استفاده از فناوری های مختلف و ارائه خدمات متنوع ضروری است. برای اینکه یک شبکه کار کند، شبکه های منطقی باید قادر به تفسیر صحیح داده ها و کنترل اطلاعات باشند. این کار با کمک یک دروازه انجام می شود، که یک دستگاه یا برنامه کاربردی است که قوانین یک شبکه منطقی را به قوانین شبکه دیگر ترجمه و تفسیر می کند. به طور کلی، دروازه ها را می توان در هر سطحی از مدل OSI پیاده سازی کرد، با این حال، اغلب آنها در سطوح بالای مدل پیاده سازی می شوند.

لایه حمل و نقل

لایه انتقال به شما امکان می دهد ساختارهای فیزیکی و منطقی شبکه را از برنامه های لایه های بالایی مدل OSI پنهان کنید. برنامه ها فقط با توابع سرویس کار می کنند که کاملاً جهانی هستند و به توپولوژی های فیزیکی و منطقی شبکه بستگی ندارند. ویژگی های شبکه های منطقی و فیزیکی در لایه های قبلی، جایی که لایه انتقال داده ها را منتقل می کند، پیاده سازی شده است.

لایه انتقال اغلب فقدان سرویس اتصال قابل اعتماد یا اتصال گرا در لایه های پایین را جبران می کند. اصطلاح "قابل اعتماد" به این معنی نیست که همه داده ها در همه موارد تحویل داده می شوند. با این حال، پیاده سازی های قابل اعتماد پروتکل های لایه انتقال معمولاً می توانند تحویل داده ها را تأیید یا رد کنند. اگر داده ها به درستی به دستگاه گیرنده تحویل داده نشود، لایه انتقال می تواند دوباره ارسال کند یا به لایه های بالاتر اطلاع دهد که قابل تحویل نیستند. سپس سطوح بالا می توانند اقدامات اصلاحی لازم را انجام دهند یا امکان انتخاب را در اختیار کاربر قرار دهند.

بسیاری از پروتکل ها در شبکه های کامپیوتری به کاربران امکان کار با نام های ساده به زبان طبیعی را به جای آدرس های الفبایی عددی پیچیده و دشوار می دهند. Address/Name Resolution تابعی از شناسایی یا نگاشت نام ها و آدرس های الفبایی عددی به یکدیگر است. این عملکرد را می توان توسط هر موجودی در شبکه یا توسط ارائه دهندگان خدمات ویژه ای به نام سرورهای دایرکتوری، سرورهای نام و غیره انجام داد. تعاریف زیر روش های ترجمه آدرس/نام را طبقه بندی می کند:

• شروع خدمات مصرف کننده؛
• شروع توسط ارائه دهنده خدمات

در حالت اول، کاربر شبکه بدون اطلاع از محل دقیق سرویس، به یک سرویس با نام منطقی آن اشاره می کند. کاربر نمی داند که آیا این سرویس در حال حاضر در دسترس است یا خیر. هنگام دسترسی، نام منطقی با نام فیزیکی مطابقت داده می‌شود و ایستگاه کاری کاربر مستقیماً با سرویس تماس برقرار می‌کند. در حالت دوم، هر سرویس به صورت دوره ای به همه مشتریان شبکه درباره خود اطلاع می دهد. هر یک از مشتریان در هر زمان مشخص می‌دانند که آیا خدمات در دسترس است یا خیر و می‌دانند که چگونه مستقیماً با خدمات تماس بگیرند.

روش های آدرس دهی

آدرس‌های سرویس، فرآیندهای نرم‌افزاری خاصی را که روی دستگاه‌های شبکه اجرا می‌شوند، شناسایی می‌کنند. علاوه بر این آدرس‌ها، ارائه‌دهندگان خدمات مکالمات مختلفی را که با دستگاه‌هایی که درخواست خدمات می‌کنند، پیگیری می‌کنند. دو روش گفتگوی مختلف از آدرس‌های زیر استفاده می‌کنند:

• شناسه اتصال؛
• شناسه تراکنش

شناسه اتصال که شناسه اتصال، پورت یا سوکت نیز نامیده می شود، هر مکالمه را شناسایی می کند. یک ارائه دهنده اتصال می تواند با استفاده از یک شناسه اتصال با بیش از یک مشتری ارتباط برقرار کند. ارائه‌دهنده خدمات به هر موجودیت سوئیچینگ با شماره آن اشاره می‌کند و برای هماهنگی سایر آدرس‌های لایه پایین‌تر به لایه انتقال متکی است. شناسه اتصال با یک مکالمه خاص مرتبط است.

شناسه‌های تراکنش مشابه شناسه‌های اتصال هستند، اما در واحدهای کمتر از گفتگو عمل می‌کنند. تراکنش از یک درخواست و یک پاسخ تشکیل شده است. ارائه دهندگان خدمات و مصرف کنندگان، خروج و ورود هر تراکنش را دنبال می کنند، نه کل مکالمه را.

سطح جلسه

لایه نشست ارتباط بین دستگاه های درخواست کننده و ارائه دهنده خدمات را تسهیل می کند. جلسات ارتباطی توسط مکانیسم هایی کنترل می شود که گفتگو را بین نهادهای در حال برقراری، حفظ، همگام سازی و مدیریت می کند. این لایه همچنین به لایه های بالایی کمک می کند تا سرویس شبکه موجود را شناسایی کرده و به آن متصل شوند.

لایه جلسه از اطلاعات آدرس منطقی ارائه شده توسط لایه های پایین تر برای شناسایی نام سرور و آدرس های مورد نیاز لایه های بالایی استفاده می کند.

لایه نشست همچنین دیالوگ هایی را بین دستگاه های ارائه دهنده خدمات و مصرف کننده آغاز می کند. در اجرای این تابع، لایه نشست اغلب هر شیء را اعمال یا شناسایی می کند و حقوق دسترسی به آن را هماهنگ می کند.

لایه نشست کنترل گفتگو را با استفاده از یکی از سه روش ارتباطی - سیمپلکس، نیمه دوبلکس و کامل دوبلکس پیاده سازی می کند.

ارتباط ساده فقط شامل انتقال یک طرفه از منبع به گیرنده اطلاعات است. این روش ارتباطی هیچ بازخوردی (از گیرنده به منبع) ارائه نمی دهد. Half-Duplex امکان استفاده از یک رسانه انتقال داده را برای انتقال اطلاعات دو طرفه فراهم می کند، با این حال، اطلاعات را می توان تنها در یک جهت در هر زمان منتقل کرد. Full duplex انتقال همزمان اطلاعات در هر دو جهت را از طریق رسانه انتقال داده فراهم می کند.

مدیریت یک جلسه ارتباطی بین دو شیء شبکه، متشکل از برقراری ارتباط، انتقال داده، خاتمه اتصال نیز در این سطح از مدل OSI انجام می شود. پس از برقراری جلسه، نرم افزاری که عملکردهای این لایه را پیاده سازی می کند، می تواند کارایی (حفظ) اتصال را تا پایان آن بررسی کند.

لایه نمایشی

وظیفه اصلی لایه ارائه داده تبدیل داده ها به فرمت های مورد توافق طرفین است ( نحو تبادل ) که برای همه برنامه های کاربردی شبکه و رایانه هایی که برنامه ها روی آنها اجرا می شوند قابل درک باشد. در این سطح، مشکلات فشرده سازی و فشرده سازی داده ها و رمزگذاری آنها نیز حل می شود.

تبدیل به تغییر ترتیب بیت ها در بایت، ترتیب بایت ها در یک کلمه، کدهای کاراکتر و نحو نام فایل ها اشاره دارد.

نیاز به تغییر ترتیب بیت ها و بایت ها به دلیل وجود تعداد زیادی پردازنده، کامپیوتر، مجتمع ها و سیستم های مختلف است. پردازنده‌های سازنده‌های مختلف می‌توانند بیت‌های صفر و هفتم در یک بایت را متفاوت تفسیر کنند (یا بیت صفر مهم‌ترین است یا بیت هفتم). بایت هایی که واحدهای بزرگ اطلاعات - کلمات - را تشکیل می دهند، به روشی مشابه رفتار می شوند.

برای اینکه کاربران سیستم عامل های مختلف اطلاعات را در قالب فایل هایی با نام و محتوای صحیح دریافت کنند، این سطح تبدیل صحیح نحو فایل را تضمین می کند. سیستم عامل های مختلف با سیستم های فایل خود به طور متفاوتی کار می کنند و روش های مختلفی برای تولید نام فایل ها پیاده سازی می کنند. اطلاعات موجود در فایل ها نیز در یک رمزگذاری کاراکتر خاص ذخیره می شود. هنگامی که دو شیء شبکه با هم تعامل دارند، مهم است که هر یک از آنها بتوانند اطلاعات فایل را به روش خود تفسیر کنند، اما معنای اطلاعات نباید تغییر کند.

لایه ارائه داده ها را به یک فرمت متقابل سازگار ( نحو تبادل ) تبدیل می کند که برای همه برنامه های کاربردی شبکه و رایانه هایی که برنامه ها را اجرا می کنند قابل درک است. همچنین می تواند داده ها را فشرده و گسترش دهد و همچنین داده ها را رمزگذاری و رمزگشایی کند.

رایانه ها از قوانین مختلفی برای نمایش داده ها با استفاده از صفر و یک باینری استفاده می کنند. در حالی که همه این قوانین برای دستیابی به یک هدف مشترک برای ارائه داده های قابل خواندن توسط انسان تلاش می کنند، تولید کنندگان رایانه و سازمان های استاندارد قوانین متناقضی را ایجاد کرده اند. هنگامی که دو کامپیوتر با استفاده از مجموعه قوانین مختلف سعی در برقراری ارتباط با یکدیگر دارند، اغلب نیاز به انجام برخی تغییرات دارند.

سیستم عامل های محلی و شبکه اغلب داده ها را رمزگذاری می کنند تا از استفاده غیرمجاز محافظت کنند. رمزگذاری یک اصطلاح کلی است که چندین روش برای محافظت از داده ها را توصیف می کند. حفاظت اغلب با استفاده از تقلب داده انجام می شود، که از یک یا چند روش از سه روش استفاده می کند: جایگشت، جایگزینی، روش جبری.

هر یک از این روش ها به سادگی یک روش ویژه برای محافظت از داده ها است به گونه ای که فقط برای کسانی که الگوریتم رمزگذاری را می شناسند قابل درک است. رمزگذاری داده ها هم به صورت سخت افزاری و هم نرم افزاری قابل انجام است. با این حال، رمزگذاری داده‌های انتها به انتها معمولاً در نرم‌افزار انجام می‌شود و بخشی از عملکرد لایه ارائه در نظر گرفته می‌شود. برای اطلاع دادن به اشیا در مورد روش رمزگذاری استفاده شده، معمولا از 2 روش استفاده می شود - کلیدهای خصوصی و کلیدهای عمومی.

روش های رمزگذاری کلید مخفی از یک کلید استفاده می کنند. موجودیت های شبکه که صاحب کلید هستند می توانند هر پیامی را رمزگذاری و رمزگشایی کنند. بنابراین، کلید باید مخفی بماند. کلید را می توان در تراشه های سخت افزاری جاسازی کرد یا توسط مدیر شبکه نصب کرد. هر بار که کلید عوض می شود، همه دستگاه ها باید اصلاح شوند (توصیه می شود از شبکه برای انتقال مقدار کلید جدید استفاده نکنید).

موجودیت های شبکه ای که از تکنیک های رمزگذاری کلید عمومی استفاده می کنند توسط یک کلید مخفی و مقداری شناخته شده پشتیبانی می شوند. یک شی یک کلید عمومی با دستکاری یک مقدار شناخته شده با یک کلید مخفی ایجاد می کند. نهادی که ارتباط را آغاز می کند، کلید عمومی خود را به گیرنده می فرستد. سپس موجودیت دیگر به صورت ریاضی کلید خصوصی خود را با کلید عمومی ارسال شده به آن ترکیب می کند تا یک مقدار رمزگذاری قابل قبول دو طرف را تعیین کند.

تنها داشتن کلید عمومی برای کاربران غیرمجاز فایده چندانی ندارد. پیچیدگی کلید رمزگذاری به دست آمده به اندازه کافی بزرگ است که در مدت زمان معقولی محاسبه شود. حتی دانستن کلید خصوصی خود و کلید عمومی شخص دیگری کمک زیادی به تعیین یک راز دیگر نمی کند - به دلیل پیچیدگی محاسبات لگاریتمی برای اعداد بزرگ.

سطح برنامه

لایه برنامه شامل تمام عناصر و عملکردهای خاص برای هر نوع سرویس شبکه است. شش لایه پایین تر، وظایف و فناوری هایی را که پشتیبانی عمومی خدمات شبکه را ارائه می دهند، ترکیب می کنند، در حالی که لایه برنامه، پروتکل های مورد نیاز برای انجام عملکردهای خدمات شبکه خاص را فراهم می کند.

سرورها اطلاعاتی را در مورد انواع خدماتی که ارائه می دهند به مشتریان در شبکه ارائه می دهند. مکانیسم های اساسی برای شناسایی خدمات ارائه شده عناصری مانند آدرس خدمات را ارائه می دهند. علاوه بر این، سرورها از روش هایی برای نمایش سرویس خود مانند نمایش خدمات فعال و غیرفعال استفاده می کنند.

هنگام اجرای یک تبلیغ سرویس فعال، هر سرور به صورت دوره ای پیام هایی (از جمله آدرس های سرویس) را ارسال می کند که در دسترس بودن خود را اعلام می کند. مشتریان همچنین می توانند از دستگاه های شبکه که به دنبال نوع خاصی از خدمات هستند نظرسنجی کنند. مشتریان در شبکه، نماهای ایجاد شده توسط سرورها را جمع آوری می کنند و جداول خدمات موجود در حال حاضر را تولید می کنند. اکثر شبکه هایی که از روش ارائه فعال استفاده می کنند، مدت اعتبار خاصی را برای نمایش خدمات تعریف می کنند. به عنوان مثال، اگر پروتکل شبکه مشخص کند که نمایش خدمات باید هر پنج دقیقه ارسال شود، مشتریان خدماتی را که در پنج دقیقه گذشته ارائه نشده‌اند از بین می‌برند. هنگامی که مهلت زمانی منقضی می شود، مشتری سرویس را از جداول خود حذف می کند.

سرورها با ثبت سرویس و آدرس خود در دایرکتوری، تبلیغات غیرفعال سرویس را پیاده سازی می کنند. هنگامی که مشتریان می خواهند انواع خدمات موجود را تعیین کنند، به سادگی از دایرکتوری مکان سرویس مورد نظر و آدرس آن را می پرسند.

قبل از اینکه بتوان از یک سرویس شبکه استفاده کرد، باید آن را در اختیار سیستم عامل محلی رایانه قرار داد. روش های مختلفی برای حل این مشکل وجود دارد، با این حال، هر یک از این روش ها را می توان با موقعیت یا سطحی که سیستم عامل محلی سیستم عامل شبکه را تشخیص می دهد، تعیین کرد. خدمات ارائه شده را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

• شنود تماس های سیستم عامل؛
• حالت از راه دور؛
• پردازش مشترک داده ها

هنگام استفاده از OC Call Interception، سیستم عامل محلی کاملاً از وجود سرویس شبکه بی اطلاع است. به عنوان مثال، هنگامی که یک برنامه DOS سعی می کند یک فایل را از یک سرور فایل شبکه بخواند، فرض می کند که فایل در حافظه محلی است. در واقع، یک نرم افزار ویژه درخواست خواندن فایل را قبل از رسیدن به سیستم عامل محلی (DOS) رهگیری می کند و درخواست را به سرویس فایل شبکه ارسال می کند.

در حالت دیگر، با Remote Operation، سیستم عامل محلی از شبکه آگاه است و مسئول ارسال درخواست ها به سرویس شبکه است. با این حال، سرور چیزی در مورد مشتری نمی داند. برای سیستم عامل سرور، همه درخواست های سرویس، چه داخلی باشند و چه از طریق شبکه ارسال شوند، یکسان به نظر می رسند.

در نهایت، سیستم عامل هایی وجود دارند که از وجود شبکه آگاه هستند. هم مصرف کننده خدمات و هم ارائه دهنده خدمات وجود یکدیگر را می شناسند و برای هماهنگ کردن استفاده از خدمات با هم کار می کنند. این نوع استفاده از خدمات معمولاً برای پردازش مشارکتی همتا به همتا مورد نیاز است. پردازش داده های مشارکتی به معنای جداسازی قابلیت های پردازش داده ها برای انجام یک کار واحد است. این بدان معناست که سیستم عامل باید از وجود و توانایی های دیگران آگاه باشد و بتواند برای انجام وظیفه مورد نظر با آنها همکاری کند.

ComputerPress 6 "1999

این مطالب به مرجع اختصاص داده شده است مدل OSI هفت لایه شبکه... در اینجا شما پاسخ این سوال را خواهید یافت که چرا مدیران سیستم باید این مدل شبکه را درک کنند، تمام 7 سطح مدل در نظر گرفته می شود و همچنین اصول اولیه مدل TCP / IP را که بر اساس ساخته شده است، خواهید آموخت. مدل مرجع OSI

وقتی شروع به درگیر شدن در فن آوری های مختلف فناوری اطلاعات کردم، شروع به کار در این زمینه کردم، البته در مورد هیچ مدلی نمی دانستم، حتی به آن فکر نمی کردم، اما یک متخصص با تجربه تر به من توصیه کرد که مطالعه کنم، یا بهتر است بگوییم، به سادگی این مدل را درک کنید و اضافه کنید که اگر تمام اصول تعامل را بدانید، مدیریت، پیکربندی شبکه و حل انواع شبکه و سایر مشکلات بسیار آسان تر خواهد بود.". من البته از او اطاعت کردم و شروع به بیل زدن کتاب ها، اینترنت و سایر منابع اطلاعاتی کردم و همزمان در شبکه موجود بررسی کردم که آیا این در واقعیت درست است یا خیر.

در دنیای مدرن، توسعه زیرساخت های شبکه به حدی رسیده است که بدون ایجاد، حتی یک شبکه کوچک، یک شرکت ( شامل و کوچک) نمی تواند به سادگی روی همه چیز وجود داشته باشد، بنابراین مدیران سیستم روز به روز بیشتر مورد تقاضا هستند. و برای ساخت و پیکربندی باکیفیت هر شبکه، یک مدیر سیستم باید اصول مدل مرجع OSI را بداند، فقط برای اینکه شما یاد بگیرید که تعامل برنامه های کاربردی شبکه و در واقع اصول انتقال داده های شبکه را درک کنید. من سعی خواهم کرد این مطالب را حتی برای مدیران تازه کار در دسترس قرار دهم.

مدل شبکه OSI (مدل مرجع پایه اتصال سیستم های باز) یک مدل انتزاعی از نحوه تعامل رایانه ها، برنامه ها و سایر دستگاه ها در یک شبکه است. به طور خلاصه، ماهیت این مدل این است که ISO ( سازمان بین المللی استاندارد سازی) استانداردی برای عملکرد شبکه ایجاد کرد تا همه بتوانند به آن اعتماد کنند و سازگاری همه شبکه ها و تعامل بین آنها وجود داشت. یکی از پرطرفدارترین پروتکل های ارتباطی شبکه ای که در سرتاسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرد TCP/IP است و بر اساس مدل مرجع می باشد.

خب مستقیما به سراغ سطوح این مدل می رویم و ابتدا با تصویر کلی این مدل در چارچوب سطوح آن آشنا می شویم.

حالا بیایید در مورد هر سطح با جزئیات بیشتری صحبت کنیم، مرسوم است که سطوح مدل مرجع را از بالا به پایین توصیف کنیم، در این مسیر است که تعامل انجام می شود، در یک رایانه از بالا به پایین، و در رایانه که در آن داده ها از پایین به بالا دریافت می شوند، یعنی داده ها به صورت متوالی از هر سطح عبور می کنند.

شرح سطوح مدل شبکه

لایه کاربردی (7) (سطح برنامه) نقطه شروع و پایان داده هایی است که می خواهید از طریق شبکه منتقل کنید. این لایه مسئول تعامل برنامه های کاربردی در شبکه است، یعنی. در این سطح، برنامه های کاربردی ارتباط برقرار می کنند. این بالاترین سطح است و شما باید این را هنگام حل مشکلات پیش آمده به خاطر بسپارید.

HTTP، POP3، SMTP، FTP، TELNETدیگر. به عبارت دیگر اپلیکیشن 1 با استفاده از این پروتکل ها درخواستی را به اپلیکیشن 2 ارسال می کند و برای اینکه بفهمیم اپلیکیشن 1 درخواستی را به اپلیکیشن 2 ارسال کرده است، باید ارتباطی بین آن ها وجود داشته باشد، این پروتکل است که مسئولیت این ارتباط را بر عهده دارد. .

لایه ارائه (6)- این لایه وظیفه رمزگذاری داده ها را بر عهده دارد تا بتوان آن ها را از طریق شبکه منتقل کرد و بر این اساس آن ها را دوباره تبدیل کرد تا برنامه این داده ها را درک کند. پس از این سطح، داده های سایر سطوح یکسان می شوند، یعنی. مهم نیست که داده ها چه هستند، چه یک سند word یا یک پیام ایمیل.

در این سطح، چنین پروتکل هایی مانند: RDP، LPP، NDRدیگر.

سطح جلسه (5)- مسئول حفظ جلسه بین انتقال داده است، یعنی. مدت زمان جلسه بسته به داده های ارسالی متفاوت است، بنابراین باید حفظ یا خاتمه یابد.

پروتکل های زیر در این سطح کار می کنند: ASP، L2TP، PPTPدیگر.

لایه حمل و نقل (4)- مسئول قابلیت اطمینان انتقال داده ها است. همچنین داده ها را به بخش هایی تقسیم می کند و آنها را جمع آوری می کند، زیرا داده ها در اندازه های مختلف هستند. دو پروتکل معروف از این لایه وجود دارد - اینها TCP و UDP... پروتکل TCP تضمین می کند که داده ها به طور کامل تحویل داده می شوند، اما پروتکل UDP این را تضمین نمی کند، به همین دلیل است که آنها برای اهداف مختلف استفاده می شوند.

لایه شبکه (3)- برای تعیین مسیری که داده ها باید طی کنند طراحی شده است. در این سطح روترها کار می کنند. او همچنین مسئولیت: ترجمه آدرس ها و نام های منطقی به آدرس های فیزیکی، تعیین مسیر کوتاه، سوئیچینگ و مسیریابی، ردیابی مشکلات شبکه را بر عهده دارد. در این سطح است که پروتکل IPو پروتکل های مسیریابی مانند RIP، OSPF.

لایه پیوند (2)- تعامل را در سطح فیزیکی فراهم می کند، در این سطح تعریف شده است آدرس های مکدستگاه های شبکه، خطاها نیز در اینجا نظارت و تصحیح می شوند، یعنی. یک درخواست مجدد برای قاب آسیب دیده ارسال می کند.

لایه فیزیکی (1)- این تبدیل مستقیم تمام قاب ها به تکانه های الکتریکی و بالعکس است. به عبارت دیگر، انتقال داده های فیزیکی. در این سطح کار کنید هاب ها.

کل فرآیند انتقال داده از دیدگاه این مدل به این صورت است. این یک مرجع و استاندارد است و بنابراین سایر فناوری‌ها و مدل‌های شبکه، به‌ویژه مدل TCP/IP مبتنی بر آن هستند.

مدل IP TCP

مدل TCP / IPکمی متفاوت از مدل OSI است، به طور مشخص تر، در این مدل سطوحی از مدل OSI ترکیب شده اند که تنها 4 مورد از آنها وجود دارد:

• کاربردی؛
• حمل و نقل؛
• شبکه؛
• کانال.

تصویر تفاوت بین این دو مدل را نشان می دهد و همچنین یک بار دیگر نشان می دهد که پروتکل های شناخته شده در چه سطحی کار می کنند.

می توان در مورد مدل شبکه OSI و به طور خاص در مورد تعامل رایانه ها در شبکه برای مدت طولانی صحبت کرد و در چارچوب یک مقاله جا نیفتاده و واضح نخواهد بود، بنابراین در اینجا سعی کردم ارائه کنم همانطور که بود، اساس این مدل و توصیف تمام سطوح. نکته اصلی این است که درک کنید که همه اینها واقعاً درست است و فایلی که از طریق شبکه ارسال کرده اید به سادگی می رود " بزرگ»راه قبل از رسیدن به کاربر نهایی است، اما این به قدری سریع اتفاق می افتد که شما متوجه آن نمی شوید، تا حد زیادی به دلیل فناوری های پیشرفته شبکه.

امیدوارم همه اینها به شما در درک تعامل شبکه ها کمک کند.

من با تعریف اینکه چگونه مرسوم است شروع می کنم. مدل OSI یک مدل ایده آل نظری برای انتقال داده ها از طریق شبکه است. این بدان معناست که در عمل شما هرگز مطابقت دقیقی با این مدل پیدا نخواهید کرد، این معیاری است که توسعه دهندگان نرم افزار شبکه و سازندگان تجهیزات شبکه برای حفظ قابلیت همکاری محصولات خود به آن پایبند هستند. شما می توانید این را با ایده های مردم در مورد فرد ایده آل مقایسه کنید - آن را در هیچ کجا پیدا نخواهید کرد، اما همه می دانند که برای چه چیزی باید تلاش کنند.

من می خواهم فوراً یک نکته ظریف را ترسیم کنم - آنچه را که در مدل OSI از طریق شبکه منتقل می شود ، داده ها را می نامم ، که کاملاً صحیح نیست ، اما برای اینکه خواننده مبتدی را با اصطلاحات اشتباه نگیرم ، با وجدان خود مصالحه کردم.

در زیر شناخته شده ترین و شناخته شده ترین نمودار مدل OSI آورده شده است. نقشه های بیشتری در مقاله وجود خواهد داشت، اما من پیشنهاد می کنم اولین مورد را به عنوان اصلی در نظر بگیریم:

جدول از دو ستون تشکیل شده است که در مرحله اولیه فقط به ستون سمت راست علاقه مندیم. جدول را از پایین به بالا می خوانیم (در غیر این صورت :)). در واقع، این هوی و هوس من نیست، اما من این کار را برای راحتی جذب اطلاعات - از ساده تا پیچیده - انجام می دهم. برو

در سمت راست جدول بالا، از پایین به بالا، مسیر داده های ارسال شده از طریق شبکه نشان داده شده است (مثلاً از روتر خانگی شما به رایانه شما). شفاف سازی - سطوح OSI از پایین به بالا، سپس این مسیر داده در سمت دریافت کننده خواهد بود، اگر از بالا به پایین، سپس برعکس - ارسال شود. امیدوارم تا اینجا روشن شده باشد. برای رفع کامل شبهات، نمودار دیگری برای وضوح وجود دارد:

برای ردیابی مسیر داده ها و تغییرات رخ داده با آنها در سطوح، کافی است تصور کنید که چگونه آنها در امتداد خط آبی روی نمودار حرکت می کنند، ابتدا از بالا به پایین در امتداد سطوح OSI از اولین کامپیوتر و سپس از از پایین به بالا تا دوم حالا بیایید نگاهی دقیق تر به هر یک از سطوح بیندازیم.

1) فیزیکی(فیزیکی) - به اصطلاح "رسانه انتقال داده" اشاره دارد، یعنی. سیم، کابل نوری، امواج رادیویی (در مورد اتصالات بی سیم) و مانند آن. برای مثال، اگر کامپیوتر شما از طریق کابل به اینترنت متصل است، سیم‌ها، کنتاکت‌های انتهای سیم، کنتاکت‌های کانکتور کارت شبکه کامپیوتر و همچنین مدارهای الکتریکی داخلی روی بردهای کامپیوتر مسئول این کار هستند. کیفیت انتقال داده در سطح اول، فیزیکی. مهندسان شبکه مفهوم "مشکل با فیزیک" را دارند - این بدان معنی است که متخصص یک دستگاه لایه فیزیکی را مقصر "عدم انتقال" داده ها می داند، به عنوان مثال، کابل شبکه در جایی شکسته شده است یا سیگنال کم است. مرحله.

2) کانال(پیوند داده) - اینجا خیلی جالب تر است. برای درک لایه پیوند داده، ابتدا باید مفهوم آدرس MAC را درک کنیم، زیرا او است که شخصیت اصلی این فصل خواهد بود :). آدرس MAC "آدرس فیزیکی"، "آدرس سخت افزار" نیز نامیده می شود. مجموعه ای از 12 کاراکتر است هگزادسیمالسیستم اعداد تقسیم بر 6 هشت هاخط تیره یا دو نقطه، به عنوان مثال 08: 00: 27: b4: 88: c1. برای شناسایی منحصر به فرد یک دستگاه شبکه در شبکه مورد نیاز است. در تئوری، آدرس MAC در سطح جهانی منحصر به فرد است، به عنوان مثال. در هر کجای دنیا چنین آدرسی وجود ندارد و در مرحله تولید به دستگاه شبکه دوخته می شود. با این حال، راه‌های ساده‌ای برای تغییر آن به یک دلخواه وجود دارد، و علاوه بر این، برخی از تولیدکنندگان بی‌وجدان و کمتر شناخته شده از پرچ کردن، به عنوان مثال، دسته‌ای از 5000 کارت شبکه دقیقاً با همان MAC دریغ نمی‌کنند. بر این اساس، اگر حداقل دو «برادر آکروبات» از این دست در یک شبکه محلی ظاهر شوند، درگیری ها و مشکلات آغاز می شود.

بنابراین، در لایه پیوند داده، داده ها توسط دستگاه شبکه پردازش می شود، که فقط به یک چیز علاقه دارد - آدرس MAC بدنام ما، یعنی. او به مخاطب تحویل علاقه مند است. به عنوان مثال، دستگاه های لایه پیوند شامل سوئیچ ها هستند (آنها نیز سوئیچ هستند) - آنها آدرس MAC دستگاه های شبکه را که با آنها ارتباط مستقیم و مستقیم دارند در حافظه خود نگه می دارند و هنگامی که داده ها را در پورت گیرنده خود دریافت می کنند، بررسی می کنند. آدرس های MAC در داده ها با آدرس های MAC موجود در حافظه. اگر مطابقت وجود داشته باشد، داده ها به مخاطب ارسال می شود، بقیه به سادگی نادیده گرفته می شوند.

3) شبکه(شبکه) - سطح "مقدس" ، درک اصل عملکرد که در بیشتر موارد باعث می شود مهندس شبکه چنین باشد. در اینجا "آدرس IP" با مشت آهنین حکومت می کند، اینجا اساس اصول است. به دلیل وجود یک آدرس IP، انتقال داده ها بین رایانه هایی که بخشی از همان شبکه محلی نیستند امکان پذیر می شود. به انتقال داده ها بین شبکه های محلی مختلف، مسیریابی می گویند و دستگاه هایی که امکان انجام این کار را می دهند روترها هستند (آنها نیز روتر هستند، اگرچه در سال های اخیر مفهوم روتر به شدت منحرف شده است).

بنابراین، آدرس IP - اگر وارد جزئیات نشوید، این مجموعه ای از 12 رقم در سیستم اعداد اعشاری ("نرمال") است که به 4 اکتت تقسیم شده است که با یک نقطه از هم جدا شده است که به یک شبکه اختصاص داده شده است. دستگاه هنگام اتصال به شبکه در اینجا باید کمی عمیق تر بروید: برای مثال، بسیاری از مردم آدرسی از سری 192.168.1.23 را می شناسند. کاملاً واضح است که در اینجا 12 رقم وجود ندارد. با این حال، اگر آدرس را با فرمت کامل بنویسید، همه چیز در جای خود قرار می گیرد - 192.168.001.023. ما در این مرحله حتی عمیق‌تر نخواهیم شد، زیرا آدرس‌دهی IP یک موضوع جداگانه برای داستان و نمایش است.

4) لایه حمل و نقل(حمل و نقل) - همانطور که از نام آن پیداست، دقیقاً برای تحویل و ارسال داده ها به مخاطب مورد نیاز است. با تشبیه پستی که رنج طولانی مدت ما دارد، آدرس IP در واقع آدرس تحویل یا دریافت است و پروتکل حمل و نقل پستچی است که می تواند بخواند و می داند چگونه نامه را تحویل دهد. پروتکل های مختلفی برای اهداف مختلف وجود دارد، اما معنای یکسانی دارند - تحویل.

آخرین لایه انتقال، که به طور عمده مورد توجه مهندسان شبکه، مدیران سیستم است. اگر هر 4 سطح پایین تر آن طور که باید کار می کردند، اما داده ها به مقصد نرسیدند، مشکل را باید در نرم افزار یک کامپیوتر خاص جستجو کرد. پروتکل های به اصطلاح سطوح بالا برای برنامه نویسان و گاهی اوقات همچنان برای مدیران سیستم (مثلاً اگر او درگیر تعمیر و نگهداری سرور باشد) نگرانی زیادی دارد. بنابراین، در ادامه هدف این سطوح را به صورت گذرا شرح خواهم داد. علاوه بر این، اگر به طور عینی به وضعیت نگاه کنید، اغلب، در عمل، عملکرد چندین لایه بالایی مدل OSI توسط یک برنامه یا سرویس انجام می شود و نمی توان به صراحت گفت که کجا آن را اختصاص دهید.

5) جلسه(جلسه) - باز و بسته شدن یک جلسه انتقال داده را مدیریت می کند، حقوق دسترسی را بررسی می کند، همگام سازی شروع و پایان انتقال را کنترل می کند. به عنوان مثال، اگر فایلی را از اینترنت دانلود می کنید، مرورگر شما (یا از طریق آنچه در آنجا دانلود می کنید) درخواستی را به سروری که فایل در آن قرار دارد ارسال می کند. در این مرحله، پروتکل‌های جلسه روشن می‌شوند که دانلود موفقیت‌آمیز فایل را تضمین می‌کنند، پس از آن، در تئوری، به طور خودکار خاموش می‌شوند، اگرچه گزینه‌هایی وجود دارد.

6) اجرایی(ارائه) - داده ها را برای پردازش توسط برنامه نهایی آماده می کند. به عنوان مثال، اگر این یک فایل متنی است، پس باید رمزگذاری را بررسی کنید (به طوری که "kryakozyabrov" کار نمی کند)، می توانید آن را از بایگانی باز کنید .... اما در اینجا می توانید به وضوح ببینید چه چیزی قبلاً در مورد آن نوشتم - جدا کردن اینکه سطح نماینده کجا به پایان می رسد و مرحله بعدی از کجا شروع می شود بسیار دشوار است:

7) اعمال شد(Applications) - همانطور که از نام آن پیداست، لایه ای از برنامه ها که از داده های دریافتی استفاده می کنند و ما نتیجه زحمات تمام لایه های مدل OSI را می بینیم. به عنوان مثال، شما در حال خواندن این متن هستید زیرا آن را با کدگذاری صحیح، فونت صحیح و غیره باز کرده اید. مرورگر شما.

و اکنون، زمانی که ما حداقل درک کلی از فناوری فرآیند داریم، لازم می دانم در مورد بیت ها، فریم ها، بسته ها، بلوک ها و داده ها صحبت کنیم. اگر به خاطر داشته باشید در ابتدای این مقاله از شما خواستم که به ستون سمت چپ جدول اصلی توجه نکنید. بنابراین، زمان او فرا رسیده است! اکنون دوباره تمام لایه های مدل OSI را مرور می کنیم و می بینیم که چگونه بیت های ساده (صفر و یک) به داده تبدیل می شوند. برای اینکه ترتیب تسلط بر مطالب را به هم نزنیم به همین ترتیب از پایین به بالا می رویم.

در فیزیکیسطح ما یک سیگنال داریم. این می تواند الکتریکی، نوری، موج رادیویی و غیره باشد. تا اینجا، اینها حتی بیت نیستند، اما دستگاه شبکه سیگنال دریافتی را تجزیه و تحلیل می کند و آن را به صفر و یک تبدیل می کند. به این فرآیند «تبدیل سخت افزار» می گویند. علاوه بر این، در حال حاضر در داخل دستگاه شبکه، بیت ها در (هشت بیت در یک بایت) ترکیب می شوند، پردازش شده و به لایه پیوند داده منتقل می شوند.

در کانالسطح ما به اصطلاح قاببه طور کلی، این یک دسته از بایت ها است، از 64 تا 1518 در یک دسته، که سوئیچ هدر را می خواند، که حاوی آدرس های MAC گیرنده و فرستنده و همچنین اطلاعات فنی است. مشاهده آدرس MAC در هدر و در شما مطابقت دارد میز سوئیچینگ(حافظه)، سوئیچ فریم هایی با چنین تطابقی را به دستگاه مقصد ارسال می کند

در شبکهسطح، به این همه خوبی، آدرس های IP گیرنده و فرستنده نیز اضافه شده است که همه از یک هدر استخراج می شوند و به این می گویند. بسته بندی.

در با حمل و نقلدر سطح، بسته به پروتکل مربوطه خطاب می شود که کد آن در اطلاعات سرویس هدر نشان داده شده است و به سرویس های پروتکل های سطح بالایی داده می شود، که برای آنها قبلاً داده های کامل است، یعنی. اطلاعات به شکل قابل هضم و قابل استفاده برای کاربردها.

در نمودار زیر این موضوع به وضوح بیشتر دیده می شود:

مدل شبکه OSI(مدل مرجع پایه اتصال سیستم های باز - مدل مرجع پایه برای اتصال سیستم های باز، خلاصه. EMVOS; 1978) - یک مدل شبکه از پشته پروتکل شبکه OSI / ISO (GOST R ISO / IEC 7498-1-99).

مشخصات کلی مدل OSI

با توجه به توسعه طولانی پروتکل های OSI، در حال حاضر پشته اصلی پروتکل مورد استفاده TCP/IP است که حتی قبل از پذیرش مدل OSI و فراتر از ارتباط آن با آن توسعه یافته است.

تا پایان دهه 70، تعداد زیادی پشته پروتکل ارتباطی اختصاصی قبلاً در جهان وجود داشت که در میان آنها می توان به عنوان مثال پشته های محبوبی مانند DECnet، TCP / IP و SNA را نام برد. این تنوع ابزارهای تعاملی، مشکل ناسازگاری بین دستگاه‌هایی را که از پروتکل‌های مختلف استفاده می‌کنند، به منصه ظهور رسانده است. یکی از راه‌های حل این مشکل در آن زمان، انتقال کلی به یک پشته پروتکل واحد مشترک برای همه سیستم‌ها بود که با در نظر گرفتن کاستی‌های پشته‌های موجود ایجاد شد. این رویکرد آکادمیک برای ایجاد یک پشته جدید با توسعه مدل OSI آغاز شد و هفت سال (1977 تا 1984) طول کشید. هدف از مدل OSI ارائه یک نمایش کلی از ابزارهای شبکه است. این زبان به عنوان نوعی زبان جهانی برای متخصصان شبکه توسعه داده شد و به همین دلیل به آن مدل مرجع می گویند.در مدل OSI ابزارهای ارتباطی به دو دسته تقسیم می شوند. هفت لایه: برنامه کاربردی، ارائه، جلسه، حمل و نقل، شبکه، کانال و فیزیکی... هر لایه با یک جنبه بسیار خاص از تعامل دستگاه های شبکه سروکار دارد.

برنامه های کاربردی می توانند پروتکل های ارتباطی خود را با استفاده از مجموعه چند سطحی از ابزارهای سیستم برای این منظور پیاده سازی کنند. به همین دلیل است که برنامه نویسان دارای یک رابط برنامه کاربردی (API) هستند. مطابق با طرح ایده‌آل مدل OSI، یک برنامه کاربردی می‌تواند فقط به بالاترین لایه - لایه برنامه - درخواست کند، اما در عمل، بسیاری از پشته‌های پروتکل ارتباطی به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهند که مستقیماً به خدمات یا خدمات زیر لایه‌ها دسترسی داشته باشند. به عنوان مثال، برخی از DBMS ها دارای امکانات دسترسی به فایل از راه دور داخلی هستند. در این مورد، برنامه هنگام دسترسی به منابع راه دور از سرویس فایل سیستم استفاده نمی کند. لایه های بالایی مدل OSI را دور می زند و مستقیماً با ابزارهای سیستمی که مسئول انتقال پیام ها از طریق شبکه هستند صحبت می کند که در لایه های پایین مدل OSI قرار دارند. بنابراین، فرض کنید برنامه گره A می خواهد با برنامه گره B تعامل داشته باشد. برای این کار، برنامه A یک درخواست به لایه برنامه، به عنوان مثال، سرویس فایل ارسال می کند. بر اساس این درخواست، نرم افزار کاربردی پیامی را در قالب استاندارد تولید می کند. اما برای رساندن این اطلاعات به مقصد، هنوز کارهای زیادی باید حل شود که مسئولیت آن بر عهده سطوح پایین تر است. پس از ایجاد پیام، لایه برنامه آن را از پشته به لایه ارائه هدایت می کند. پروتکل لایه ارائه، بر اساس اطلاعات به دست آمده از هدر پیام لایه برنامه، اقدامات مورد نیاز را انجام می دهد و اطلاعات سرویس خود را به پیام اضافه می کند - هدر لایه ارائه، که حاوی دستورالعمل های پروتکل لایه ارائه ماشین مقصد است. . پیام به دست آمده به لایه جلسه منتقل می شود، که به نوبه خود سربرگ خود و غیره را اضافه می کند. تریلر نامیده می شود.) در نهایت پیام به لایه فیزیکی پایینی می رسد که در واقع آن را از طریق خطوط ارتباطی به ماشین مقصد منتقل می کند. در این مرحله، پیام با سرصفحه‌های همه سطوح "بیش از حد رشد کرده است".

لایه فیزیکی یک پیام را بر روی رابط خروجی فیزیکی کامپیوتر 1 قرار می دهد و "سفر" خود را در سراسر شبکه آغاز می کند (تا این مرحله، پیام از یک لایه به لایه دیگر در رایانه 1 مخابره می شد). هنگامی که پیامی از طریق شبکه به رابط ورودی کامپیوتر 2 می رسد، توسط لایه فیزیکی آن دریافت می شود و به طور متوالی از لایه ای به لایه دیگر بالا می رود. هر سطح هدر سطح خود را تجزیه و پردازش می کند و توابع مناسب را انجام می دهد و سپس این هدر را حذف می کند و پیام را به سطح بالاتر ارسال می کند. همانطور که از توضیحات مشخص است ، موجودیت های پروتکل یک سطح مستقیماً با یکدیگر ارتباط برقرار نمی کنند ، واسطه ها همیشه در این ارتباط دخیل هستند - وسایل پروتکل های سطوح پایین تر. و فقط سطوح فیزیکی گره های مختلف به طور مستقیم با هم تعامل دارند.

لایه های مدل OSI

در ادبیات، معمولاً توصیف لایه‌های مدل OSI در لایه هفتم، به نام لایه برنامه، که در آن برنامه‌های کاربردی کاربر به شبکه دسترسی دارند، آغاز می‌شود. مدل OSI با لایه 1 پایان می یابد - لایه فیزیکی، که استانداردهای مورد نیاز تولید کنندگان مستقل را برای رسانه های انتقال داده تعریف می کند:

• نوع رسانه انتقال (کابل مسی، فیبر نوری، رادیو و غیره)
• نوع مدولاسیون سیگنال،
• سطوح سیگنال حالت های گسسته منطقی (صفر و یک).

هر پروتکل از مدل OSI باید یا با پروتکل های سطح خود یا با پروتکل های یک واحد بالاتر و / یا پایین تر از سطح خود تعامل داشته باشد. تعامل با پروتکل های سطح خود را افقی و با سطوح یک بالاتر یا پایین تر، عمودی نامیده می شود. هر پروتکلی از مدل OSI فقط می تواند عملکرد لایه خود را انجام دهد و نمی تواند عملکرد لایه دیگری را انجام دهد که در پروتکل های مدل های جایگزین انجام نمی شود.

هر سطح، با درجاتی از قرارداد، عملوند مخصوص به خود را دارد - یک عنصر داده منطقاً تقسیم ناپذیر که می تواند در یک سطح جداگانه در چارچوب مدل و پروتکل های مورد استفاده عمل کند: در سطح فیزیکی، کوچکترین واحد کمی است. در سطح پیوند داده، اطلاعات در فریم ها، در سطح شبکه - به بسته ها (داده گرام)، در حمل و نقل - در بخش ها ترکیب می شود. هر قطعه داده ای که به طور منطقی برای انتقال ترکیب شود - یک قاب، بسته، دیتاگرام - یک پیام در نظر گرفته می شود. این پیام ها به طور کلی عملگرهای جلسه، ارائه و سطوح برنامه هستند.

فناوری های اساسی شبکه شامل لایه های پیوند فیزیکی و داده است.

سطح برنامه

لایه برنامه (لایه برنامه) - سطح بالای مدل که تعامل برنامه های کاربردی کاربر با شبکه را فراهم می کند:

• به برنامه های کاربردی اجازه می دهد تا از خدمات شبکه استفاده کنند:
  • دسترسی از راه دور به فایل ها و پایگاه های داده،
  • ارسال ایمیل؛
• مسئول انتقال اطلاعات خدمات است.
• برنامه ها را با اطلاعات خطا ارائه می دهد.
• درخواست هایی را برای لایه ارائه ایجاد می کند.

پروتکل های کاربردی: RDP، HTTP، SMTP، SNMP، POP3، FTP، XMPP، OSCAR، Modbus، SIP، TELNET و غیره.

لایه نمایشی

لایه ارائه، تبدیل پروتکل و رمزگذاری / رمزگشایی داده ها را فراهم می کند. درخواست های برنامه دریافتی از لایه برنامه به قالبی برای انتقال از طریق شبکه در لایه ارائه تبدیل می شوند و داده های دریافتی از شبکه به فرمت برنامه تبدیل می شوند. در این سطح، فشرده‌سازی/فشرده‌سازی یا رمزگذاری/رمزگشایی و همچنین هدایت مجدد درخواست‌ها به منبع شبکه دیگری در صورت عدم امکان پردازش محلی انجام می‌شود.

لایه ارائه معمولا یک پروتکل میانی برای تبدیل اطلاعات از لایه های مجاور است. این اجازه می دهد تا برنامه ها در سیستم های کامپیوتری ناهمگن به روشی شفاف از نظر برنامه مبادله شوند. لایه ارائه قالب بندی و تبدیل کد را فراهم می کند. قالب بندی کد برای اطمینان از اینکه برنامه اطلاعاتی را برای پردازش دریافت می کند استفاده می شود که برای آن منطقی است. در صورت لزوم، این لایه می تواند از یک قالب داده به فرمت دیگر ترجمه شود.

لایه ارائه نه تنها با فرمت ها و ارائه داده ها سر و کار دارد، بلکه با ساختارهای داده ای که توسط برنامه ها استفاده می شود نیز سروکار دارد. بنابراین، لایه 6 تضمین می کند که داده ها در حین انتقال سازماندهی می شوند.

برای درک اینکه چگونه این کار می کند، تصور کنید که دو سیستم وجود دارد. یکی از کد باینری توسعه‌یافته EBCDIC برای نمایش داده‌ها استفاده می‌کند، به عنوان مثال، می‌تواند یک پردازنده مرکزی IBM باشد، و دیگری از کد تبادل اطلاعات استاندارد آمریکا (ASCII) استفاده می‌کند (که توسط اکثر تولیدکنندگان رایانه دیگر استفاده می‌شود). اگر دو سیستم نیاز به تبادل اطلاعات داشته باشند، یک لایه ارائه نیاز است که تبدیل را انجام دهد و بین دو فرمت مختلف ترجمه کند.

یکی دیگر از عملکردهایی که در سطح ارائه انجام می شود، رمزگذاری داده است که در مواقع ضروری برای محافظت از اطلاعات ارسال شده از دسترسی گیرندگان غیرمجاز استفاده می شود. برای حل این مشکل، فرآیندها و کدها در سطح ارائه باید تبدیل داده ها را انجام دهند. در این سطح، روال های دیگری وجود دارد که متون را فشرده می کند و تصاویر گرافیکی را به جریان بیت تبدیل می کند تا بتوانند از طریق شبکه منتقل شوند.

استانداردهای سطح ارائه نیز نحوه ارائه گرافیک را تعریف می کنند. برای این منظور می توان از فرمت PICT استفاده کرد - یک فرمت تصویری که برای انتقال گرافیک های QuickDraw بین برنامه ها استفاده می شود.

یکی دیگر از فرمت‌های نمایش، فرمت فایل تصویری TIFF است که معمولاً برای نقشه‌های بیتی با وضوح بالا استفاده می‌شود. استاندارد بعدی سطح ارائه که می تواند برای گرافیک استفاده شود، استانداردی است که توسط Joint Photographic Expert Group ایجاد شده است. در استفاده روزمره این استاندارد به سادگی JPEG نامیده می شود.

گروه دیگری از استانداردهای سطح ارائه وجود دارد که ارائه صدا و فیلم را تعریف می کند. این شامل یک رابط دیجیتال ابزار موسیقی (MIDI) برای ارائه دیجیتالی موسیقی، یک استاندارد MPEG است که توسط گروه تخصصی سینماتوگرافی توسعه یافته است، که برای فشرده‌سازی و کدگذاری کلیپ‌های ویدئویی روی سی‌دی، دیجیتالی کردن فضای ذخیره‌سازی و انتقال با سرعت تا 1.5 مگابیت بر ثانیه و QuickTime استفاده می‌شود. استانداردی است که عناصر صوتی و تصویری را برای برنامه های در حال اجرا بر روی رایانه های Macintosh و PowerPC توصیف می کند.

پروتکل‌های لایه ارائه: AFP - پروتکل پرونده اپل، ICA - معماری محاسباتی مستقل، LPP - پروتکل ارائه سبک، NCP - پروتکل هسته NetWare، NDR - نمایش داده‌های شبکه، XDR - نمایش داده‌های خارجی، X.25 PAD - پروتکل‌های بسته اسمبلر / دی ...

سطح جلسه

لایه نشست مدل نگهداری از جلسه ارتباطی را فراهم می کند و به برنامه ها اجازه می دهد برای مدت طولانی با یکدیگر تعامل داشته باشند. لایه ایجاد / خاتمه جلسه، تبادل اطلاعات، همگام سازی کار، تعیین حق انتقال داده ها و حفظ یک جلسه در طول دوره های عدم فعالیت برنامه ها را کنترل می کند.

پروتکل های لایه جلسه: ADSP (پروتکل جریان داده AppleTalk)، ASP (پروتکل جلسه AppleTalk)، H.245 (پروتکل کنترل تماس برای ارتباطات چند رسانه ای)، ISO-SP (پروتکل لایه جلسه OSI (X.225، ISO 8327))، iSNS (سرویس نام فضای ذخیره‌سازی اینترنت)، L2F (پروتکل حمل و نقل لایه 2)، L2TP (پروتکل تونل زنی لایه 2)، NetBIOS (سیستم خروجی ورودی پایه شبکه)، PAP (پروتکل احراز هویت رمز عبور)، PPTP (پروتکل تونل نقطه به نقطه)، RPC (پروتکل تماس رویه از راه دور)، RTCP (پروتکل کنترل حمل و نقل بی‌درنگ)، SMPP (پیام کوتاه نظیر به نظیر)، SCP (پروتکل کنترل جلسه)، ZIP (پروتکل اطلاعات منطقه)، SDP (پروتکل مستقیم سوکت‌ها]) ...

لایه حمل و نقل

لایه انتقال مدل به گونه ای طراحی شده است که انتقال داده قابل اعتماد را از فرستنده به گیرنده ارائه دهد. در عین حال، سطح قابلیت اطمینان می تواند به طور گسترده ای متفاوت باشد. کلاس های زیادی از پروتکل های لایه انتقال وجود دارد، از پروتکل هایی که فقط توابع انتقال اولیه را ارائه می دهند (مثلاً توابع انتقال داده بدون تأیید دریافت) و پایان یافتن به پروتکل هایی که تحویل چندین بسته داده را با ترتیب صحیح به مقصد تضمین می کنند. مولتیپلکس جریان های داده های متعدد، مکانیزم کنترل جریان داده را فراهم می کند و اعتبار داده های دریافتی را تضمین می کند. به عنوان مثال، UDP محدود به نظارت بر یکپارچگی داده ها در یک دیتاگرام است و احتمال از دست دادن یک بسته کامل، یا تکرار بسته ها، نقض ترتیب دریافت بسته های داده را رد نمی کند. TCP انتقال مداوم داده قابل اعتماد را فراهم می کند، از بین رفتن داده ها یا خارج شدن از نظم یا تکراری را حذف می کند، می تواند داده ها را مجدداً توزیع کند، تکه های بزرگ داده را به قطعات تقسیم کند و بالعکس، قطعات را در یک بسته بچسباند.

پروتکل های لایه انتقال: ATP (پروتکل تراکنش AppleTalk)، CUDP (UDP چرخه ای)، DCCP (پروتکل کنترل تراکم داده ها)، FCP (کانال فیبر | پروتکل کانال فیبر)، IL (پروتکل IL)، NBF (پروتکل فریم NetBIOS)، NCP ( پروتکل هسته NetWare)، SCTP (پروتکل انتقال کنترل جریان)، SPX (مبادله متوالی بسته)، SST (ترابری جریان ساختاری)، TCP (پروتکل کنترل انتقال)، UDP (پروتکل داده‌گرام کاربر).

لایه شبکه

لایه شبکه (lang-en | لایه شبکه) مدل برای تعریف مسیر انتقال داده استفاده می شود. مسئولیت ترجمه آدرس ها و نام های منطقی به آدرس های فیزیکی، تعیین کوتاه ترین مسیرها، سوئیچینگ و مسیریابی، ردیابی مشکلات و "ازدحام" در شبکه را بر عهده دارد.

پروتکل های لایه شبکه داده ها را از مبدا به مقصد هدایت می کنند. دستگاه هایی (روترها) که در این سطح کار می کنند معمولاً دستگاه های سطح سوم (با توجه به شماره سطح در مدل OSI) نامیده می شوند.

پروتکل های لایه شبکه: IP / IPv4 / IPv6 (پروتکل اینترنت)، IPX (مبادله بسته های اینترنتی)، X.25 (تا حدی در لایه 2 پیاده سازی شده)، CLNP (پروتکل شبکه بدون اتصال)، IPsec (امنیت پروتکل اینترنت). پروتکل های مسیریابی - RIP (پروتکل اطلاعات مسیریابی)، OSPF (اولین کوتاه ترین مسیر را باز کنید).

لایه پیوند

لایه پیوند داده برای اطمینان از تعامل شبکه ها در لایه فیزیکی و کنترل خطاهایی که ممکن است رخ دهد طراحی شده است. داده های دریافتی از لایه فیزیکی که به صورت بیت ارائه می شود، در فریم ها بسته بندی می شود، آنها را از نظر یکپارچگی بررسی می کند و در صورت لزوم، خطاها را تصحیح می کند (یک درخواست مکرر برای فریم آسیب دیده ایجاد می کند) و به لایه شبکه ارسال می کند. لایه پیوند می تواند با یک یا چند لایه فیزیکی تعامل داشته باشد و این تعامل را کنترل و مدیریت کند.

مشخصات IEEE 802 این لایه را به دو زیر لایه تقسیم می کند: MAC (کنترل دسترسی رسانه ها) دسترسی به رسانه فیزیکی مشترک را تنظیم می کند، LLC (کنترل پیوند منطقی) سرویس لایه شبکه را ارائه می دهد.

سوئیچ ها، پل ها و سایر دستگاه ها در این سطح کار می کنند. گفته می شود که این دستگاه ها از آدرس دهی لایه 2 (بر اساس شماره لایه در مدل OSI) استفاده می کنند.

پروتکل های لایه پیوند: ARCnet، ATM (حالت انتقال ناهمزمان)، شبکه کنترل کننده (CAN)، Econet، IEEE 802.3 (اترنت)، سوئیچینگ حفاظت خودکار اترنت (EAPS)، رابط داده توزیع شده فیبر (FDDI)، رله فریم، سطح بالا کنترل پیوند داده (HDLC)، IEEE 802.2 (توابع LLC را به لایه های MAC IEEE 802 ارائه می دهد)، رویه های دسترسی به پیوند، کانال D (LAPD)، شبکه بی سیم IEEE 802.11، LocalTalk، تعویض برچسب چند پروتکلی (MPLS)، پروتکل نقطه به نقطه (PPP)، پروتکل نقطه به نقطه از طریق اترنت (PPPoE)، StarLan، حلقه توکن، تشخیص پیوند یک جهته (UDLD)، x.25]]، ARP.

در برنامه نویسی این لایه نشان دهنده درایور کارت شبکه است، در سیستم عامل ها یک رابط نرم افزاری برای تعامل لایه های کانال و شبکه با یکدیگر وجود دارد. این یک سطح جدید نیست، بلکه فقط یک مدل خاص برای سیستم عامل است. نمونه هایی از این رابط ها: ODI، NDIS، UDI.

لایه فیزیکی

لایه فیزیکی - لایه پایینی مدل، که روش انتقال داده ها را که به صورت باینری نشان داده شده است، از یک دستگاه (رایانه) به دستگاه دیگر تعریف می کند. سازمان‌های مختلفی در تدوین این روش‌ها مشارکت دارند، از جمله: مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک، اتحادیه صنعت الکترونیک، مؤسسه استانداردهای مخابراتی اروپا و غیره. آنها سیگنال های الکتریکی یا نوری را به کابل یا هوای رادیویی منتقل می کنند و بر این اساس آنها را مطابق با روش های کدگذاری سیگنال های دیجیتال به بیت های داده ای دریافت و تبدیل می کنند.

Hubs]]، تکرار کننده های سیگنال و مبدل های رسانه نیز در این سطح کار می کنند.

توابع لایه فیزیکی در تمام دستگاه های متصل به شبکه پیاده سازی می شوند. در سمت کامپیوتر، عملکردهای لایه فیزیکی توسط یک آداپتور شبکه یا پورت سریال انجام می شود. لایه فیزیکی شامل رابط های فیزیکی، الکتریکی و مکانیکی بین دو سیستم است. لایه فیزیکی انواع رسانه های انتقال داده را مانند فیبر نوری، جفت پیچ خورده، کابل کواکسیال، کانال انتقال داده های ماهواره ای و غیره تعریف می کند. انواع استاندارد رابط های شبکه مربوط به لایه فیزیکی عبارتند از :)