لایه های مدل OSI

واحد آموزش
مرداد 16, 1402

OSI

OSI مخفف Open Systems Interconnection است. این یک معماری 7 لایه ای است که هر لایه دارای عملکرد خاصی انجام می شود. همه این 7 لایه به طور مشترک برای انتقال داده ها از یک فرد به فرد دیگر در سراسر جهان کار می کنند.

لایه های مدل OSI

لایه 1 لایه فیزیکی

پایین ترین لایه مدل مرجع OSI لایه فیزیکی است. این لایه مسئول ارتباط فیزیکی واقعی بین دستگاه ها است. لایه فیزیکی حاوی اطلاعاتی به صورت بیت است.

وظیفه انتقال بیت های جداگانه از یک Node به Node دیگر را بر عهده دارد. هنگام دریافت داده، این لایه سیگنال دریافتی را دریافت می کند و آن را به 0 و 1 تبدیل می کند و به لایه Data Link ارسال می کند که فریم را دوباره کنار هم قرار می دهد.

توابع لایه فیزیکی

همگام سازی بیت ها: لایه فیزیکی با زمان مشخص، همگام سازی بیت ها را فراهم می کند. این زمان، فرستنده و گیرنده را کنترل می کند و در نتیجه همگام سازی را در سطح بیت فراهم می کند.
کنترل نرخ بیت: لایه فیزیکی همچنین نرخ انتقال یعنی تعداد بیت های ارسال شده در ثانیه را تعیین می کند.
توپولوژی های فیزیکی: لایه فیزیکی مشخص می کند که چگونه دستگاه ها یا Nodeهای مختلف در یک شبکه چیده شده اند، یعنی توپولوژی Bus، Star یا Mesh.
حالت انتقال: لایه فیزیکی همچنین نحوه جریان داده ها بین دو دستگاه متصل را مشخص می کند. حالت های مختلف انتقال ممکن عبارتند از Simplex، Half-Duplex و Full-Duplex.

لایه 2 – لایه پیوند داده (DLL)

لایه پیوند داده مسئول تحویل پیام از Node به Node است. عملکرد اصلی این لایه این است که مطمئن شود انتقال داده ها از یک Node به Node دیگر، بر روی لایه فیزیکی بدون خطا است.

هنگامی که بسته ای به یک شبکه می رسد، مسئولیت DLL است که آن را با استفاده از آدرس MAC خود به میزبان منتقل کند.

لایه پیوند داده به دو زیر لایه تقسیم می شود:

بسته دریافتی از لایه شبکه بسته به اندازه فریم NIC (کارت شبکه) به فریم ها تقسیم می شود. DLL همچنین آدرس MAC فرستنده و گیرنده را در هدر کپسوله می کند.

آدرس MAC گیرنده با یک درخواست ARP مشخص می کند که «چه کسی آن آدرس IP را دارد؟» و میزبان مقصد با آدرس MAC خود پاسخ خواهد داد.

توابع لایه پیوند داده

Framing: فریم بندی تابعی از لایه پیوند داده است. این روشی را برای فرستنده فراهم می کند تا مجموعه ای از بیت ها را که برای گیرنده معنادار هستند ارسال کند. این را می توان با چسباندن الگوهای بیت به ابتدا و انتهای فریم انجام داد.
Physical addressing: پس از ایجاد فریم ها، لایه پیوند داده آدرس های فیزیکی (آدرس های MAC) فرستنده یا گیرنده را در هدر هر فریم اضافه می کند.
Error control: لایه پیوند داده مکانیزم کنترل خطا را فراهم می کند که در آن فریم های آسیب دیده یا گم شده را شناسایی و دوباره ارسال می کند.
Flow Control: نرخ داده باید از هر دو طرف ثابت باشد، در غیر این صورت داده‌ها ممکن است خراب شوند، بنابراین، کنترل جریان مقدار داده‌هایی را که می‌توان قبل از دریافت تأیید ارسال کرد، هماهنگ می‌کند.
Access control: هنگامی که یک کانال ارتباطی توسط چندین دستگاه به اشتراک گذاشته می شود، لایه پیوند داده به تعیین اینکه کدام دستگاه در یک زمان معین کنترل کانال را دارد کمک می کند.

نکته: بسته در لایه Data Link به عنوان Frame نامیده می شود.

لایه 3 – لایه شبکه

لایه شبکه برای انتقال داده ها از یک میزبان به میزبان دیگر در شبکه های مختلف کار می کند. همچنین از مسیریابی بسته ها استفاده می کند. انتخاب کوتاه ترین مسیر برای انتقال بسته، از تعداد مسیرهای موجود.

آدرس های IP فرستنده و گیرنده توسط لایه شبکه در هدر قرار می گیرند.

توابع لایه شبکه

Routing: پروتکل های لایه شبکه تعیین می کنند که کدام مسیر از مبدا به مقصد مناسب است. این تابع لایه شبکه به عنوان مسیریابی شناخته می شود.
Logical Addressing: برای شناسایی هر دستگاه در اینترنت به طور منحصر به فرد، لایه شبکه یک طرح آدرس دهی را تعریف می کند. آدرس های IP فرستنده و گیرنده توسط لایه شبکه در هدر قرار می گیرند. چنین آدرسی هر دستگاه را به طور منحصر به فرد و جهانی متمایز می کند.

لایه 4 – لایه حمل و نقل

لایه انتقال، خدمات را از لایه شبکه می گیرد و به لایه برنامه ارائه می دهد. داده ها در لایه انتقال به عنوان Segments شناخته می شوند. مسئول تحویل کامل پیام است. لایه انتقال تأیید انتقال موفقیت آمیز داده را فراهم می کند و در صورت یافتن خطا، داده ها را مجدداً ارسال می کند.

در سمت فرستنده: لایه انتقال داده های فرمت شده را از لایه های بالایی دریافت می کند، Segmentation را انجام می دهد و همچنین کنترل جریان و خطا را برای اطمینان از انتقال صحیح داده ها پیاده سازی می کند. همچنین شماره پورت منبع و مقصد را در هدر خود اضافه می کند و داده های تقسیم شده را به لایه شبکه ارسال می کند.

توجه: فرستنده باید شماره پورت مرتبط با برنامه گیرنده را بداند.

به طور کلی، شماره پورت مقصد به صورت پیش فرض یا دستی پیکربندی می شود. به عنوان مثال، هنگامی که یک برنامه وب درخواست را به یک وب سرور ارسال می کند، معمولاً از پورت شماره 80 استفاده می کند، زیرا این پورت پیش فرض اختصاص داده شده به برنامه های وب است. بسیاری از برنامه ها دارای پورت های پیش فرض هستند.

در سمت گیرنده: لایه حمل و نقل شماره پورت را از سربرگ خود می خواند و داده هایی را که دریافت کرده است به برنامه مربوطه ارسال می کند. همچنین توالی‌بندی و مونتاژ مجدد داده‌های بخش‌بندی شده را انجام می‌دهد.

توابع لایه حمل و نقل

Segmentation and Reassembly: این لایه پیام لایه (sesion) را می پذیرد و پیام را به واحدهای کوچکتر تقسیم می کند. هر یک از بخش های تولید شده دارای یک هدر مرتبط با آن است. لایه انتقال در ایستگاه مقصد پیام را دوباره جمع می کند.
Service Point Addressing: برای رساندن پیام به فرآیند صحیح، هدر لایه انتقال شامل یک نوع آدرس به نام آدرس پورت است. بنابراین با تعیین این آدرس، لایه انتقال مطمئن می شود که پیام به فرآیند صحیح تحویل داده شده است.

خدمات ارائه شده توسط لایه حمل و نقل

Connection-Oriented Service: یک فرآیند سه فازی است که شامل موارد زیر است:

ایجاد اتصال
انتقال اطلاعات
خاتمه / قطع اتصال

در این نوع انتقال، دستگاه دریافت کننده پس از دریافت بسته یا گروهی از بسته ها، یک تأییدیه را به منبع ارسال می کند. این نوع انتقال قابل اعتماد و ایمن است.

Connectionless service: این یک فرآیند یک فازی است و شامل انتقال داده است. در این نوع انتقال، گیرنده دریافت بسته را تایید نمی کند. این رویکرد امکان برقراری ارتباط بسیار سریعتر بین دستگاه ها را فراهم می کند.

نکات:

داده ها در لایه حمل و نقل Segments نامیده می شوند.
لایه حمل و نقل توسط سیستم عامل اداره می شود. این بخشی از سیستم عامل است و با برقراری تماس های سیستمی با لایه برنامه ارتباط برقرار می کند.
لایه انتقال به عنوان قلب مدل OSI نامیده می شود.

لایه 5 – لایه جلسه

این لایه وظیفه برقراری ارتباط، نگهداری جلسات و احراز هویت را بر عهده دارد و امنیت را نیز تضمین می کند.

توابع لایه جلسه

ایجاد، نگهداری و خاتمه جلسه: این لایه به دو فرآیند اجازه برقراری، استفاده و پایان دادن به یک اتصال را فراهم کی کند.
همگام سازی: این لایه به یک فرآیند اجازه می دهد تا نقاط بازرسی را که نقاط همگام سازی در داده ها محسوب می شوند را اضافه کند. این نقاط همگام سازی به شناسایی خطا کمک می کند تا داده ها مجدداً به درستی همگام شوند و انتهای پیام ها زودتر قطع نشود و از بین رفتن داده ها جلوگیری شود.
Dialog Controller: لایه نشست به دو سیستم اجازه می دهد تا ارتباط خود را به صورت نیمه دوبلکس یا فول دوبلکس با یکدیگر آغاز کنند.

لایه 6 – لایه ارائه

لایه ارائه، لایه ترجمه نیز نامیده می شود. داده ها از لایه برنامه در اینجا استخراج می شوند و طبق فرمت مورد نیاز برای انتقال از طریق شبکه دستکاری می شوند.

توابع لایه ارائه

ترجمه: به عنوان مثال، ASCII به EBCDIC.
رمزگذاری / رمزگشایی: رمزگذاری، داده ها را به شکل یا کد دیگری ترجمه می کند. داده های رمزگذاری شده به عنوان متن رمز و داده های رمزگشایی شده به عنوان متن ساده شناخته می شوند. یک مقدار کلیدی برای رمزگذاری و همچنین رمزگشایی داده ها استفاده می شود.
فشرده سازی: تعداد بیت هایی که باید در شبکه ارسال شوند را کاهش می دهد.

لایه 7 – لایه کاربردی

در بالای پشته لایه‌های مدل مرجع OSI، لایه Application را می‌یابیم که توسط برنامه‌های شبکه پیاده‌سازی می‌شود. این برنامه ها داده هایی را تولید می کنند که باید از طریق شبکه منتقل شوند. این لایه همچنین به عنوان پنجره ای برای دسترسی سرویس های برنامه به شبکه و نمایش اطلاعات دریافتی به کاربر عمل می کند.

مثال: برنامه – مرورگرها، اسکایپ مسنجر و غیره.

توابع لایه کاربردی

ترمینال مجازی شبکه: به کاربر اجازه می دهد تا به یک هاست از راه دور متصل شود.
FTAM – دسترسی و مدیریت انتقال فایل: این برنامه به کاربر اجازه می دهد دسترسی به فایل در یک میزبان راه دور، بازیابی فایل ها در میزبان راه دور و مدیریت یا کنترل فایل ها از یک کامپیوتر راه دور را انجام دهد.
Mail Services: ارائه خدمات ایمیل.
خدمات دایرکتوری: این برنامه منابع پایگاه داده توزیع شده و دسترسی به اطلاعات جهانی در مورد اشیاء و خدمات مختلف را ارائه می دهد.