لایه ها در مدل OSI

لایه فیزیکی

معرفی لایه فیزیکی (Physical Layer)

این لایه اطلاعات دریافتی از لایه بالاتر خود را به یکسری صفر و یک تبدیل کرده و جهت انتقال برروی بستر ارتباطی آن ها را به سیگنال الکتریکی یا موج نوری تبدیل می کند .

در این لایه هیچ پردازشی روی اطلاعات صورت نمی گیرد .

نکات مورد نظردر این لایه عبارتند از : نوع بستر ارتباطی ، نرخ انتقال ، پهنای باند و نوع مدولاسیون .

کارت شبکه به عنوان واسط ارتباطی در لایه فیزیکی ، اطلاعات دریافتی از لایه بالاتر خود را به یکسری صفر و یک تبدیل  می کند و به بستر ارتباطی تحویل می دهد .

OSI-Layer 1

این لایه شامل معرفی انواع بسترهای ارتباطی (مانند کابل ، امواج رادیویی و …) و اتصالات مربوط به هرکدام و تعیین سیگنال های الکتریکی که وظیفه انتقال صفر و یک ها را برعهده دارند (مانند سیگنال های الکتریکی ، امواج نوری و …) می باشد .

درواقع این لایه شامل یکسری استاندارد های مربوط به (802.3) شبکه LAN و (V.35) شبکه WAN می باشد .

OSI (1)

وظیفه اصلی در لایه فیزیکی ، انتقال بیتها بصورت سیگنال الکتریکی و ارسال آن بر روی کانال می باشد. واحد اطلاعات در لایه بیت است و بنابراین این لایه هیچ اطلاعی از محتوای پیام ندارد و تنها بیتهای 0 و 1  را ارسال یا دریافت می کند. پارامترهایی که باید در این لایه مورد نظر باشند عبارتند از : ظرفیت کانال فیزیکی و نرخ انتقال (Channel Capacity and Bit Rate ) ، نوع مدولاسیون ، چگونگی کوپلاژ با خط تلفن ، مسائل مکانیکی و الکتریکی مانند نوع کابل ، باند فرکانسی و نوع رابط ( کانکتور) کابل.

در این لایه که تماماً سخت افزاری است ، مسائل مخابراتی در مبادله بیتها ، تجزیه و تحلیل شده و طراحی های لازم انجام می شود. طراح شبکه می تواند برای طراحی این لایه ، از استاندارد های شناخته شده انتقال همانند RS-232  و RS-422  و RS-423 و … که سخت افزار آنها موجود است ، استفاده کند. این لایه هیچ وظیفه ای در مورد تشخیص و ترمیم خطلا ندارد.

لایه پیوند داده ها

معرفی لایه پیوند داده ها (Data Link)

این لایه وظیفه مدیریت منابع سخت افزاری را برعهده دارد .

چون در یک شبکه LAN منابع سخت افزاری مختلف در یک بستر مشترک به تبادل اطلاعات می پردازند باید استاندارد ها یی برای جلوگیری از تصادم و از بین رفتن اطلاعات وجود داشته باشد . وظیفه تعریف این استاندارد ها برعهده لایه دوم می باشد .

اطلاعاتی که این لایه از لایه بالاتر خود می گیرد در بسته های استانداردی به نام فریم بسته بندی می شوند و آدرس دهی این بسته ها براساس آدرس سخت افزاری (MacAddress)  است .

سوییچ (Switch) یک سخت افزار لایه دومی است  که وظیفه مدیریت منابع سخت افزاری و ارتباط هریک از آن ها را برعهده دارد.

OSI-Layer 2

این لایه همچنین وظیفه برقراری یک لینک مورد اطمینان میان دو Station نهایی را برعهده دارد .

پس از قرار گرفتن آدرس فیزیکی مبدا و مقصد و بیت های خطایابی در فریم ها ، فریم ها تحویل لایه فیزیکی داده می شوند .

این لایه شامل یکسری استانداردهای مربوط به شبکه LAN (LLC , Mac Address) و شبکه WAN (Frame Relay , HDLC) می باشد .

در شبکه های LAN این لایه به دو زیر لایه LLC و Mac Address تقسیم می شود .

زیر لایه LLC (Logical Layer Control) وظیفه کنترل مبادله داده ها را برعهده دارد .

این لایه براساس پروتکل های لایه های بالاتر بصورت سرویس اتصال گرا یا سرویس بدون اتصال عمل کند . در صورتیکه در لایه های بالایی عملیات تضمین انتقال صورت گیرد ، در این لایه نیازی به انجام این عمل نیست ، بنابراین LLC بصورت سرویس بدون اتصال عمل می کند .

زیرلایه MAC وظیفه خطایابی براساس فیلد FCS و هدایت فریم LLC براساس فیلد های Source Mac Address و Destination Mac Address را برعهده دارد .

Mac Address دارای ساختار 48 بیتی می باشد . 24 بیت اول آن توسط IEEE بصورت یک آدرس منحصر به فرد به شرکت های سازنده داده می شود . 24 بیت دوم را شرکت های سازنده بصورت یک آدرس منحصر به فرد به سخت افزار هایی که نیاز به آدرس فیزیکی دارند ، تخصیص می دهند .

OSI (2)

OSI (3)

وظیفه این لایه آنست که با استفاده از مکانیزم های کشف و کنترا خطا ، داده ها را روی یک کانال نتقال که ذاتاً دارای خطا است ، بدون خطا و مطمئن به مقصد برساند. در حقیقت می توان وظیفه این لایه را بیمه اطلاعات در مقابل خطاهای احتمالی دانست ؛ زیرا ماهیت خطا بگونه ای است که قابل رفع نیست ولی می توان ت

دابیری اتخاذ کرد که فرستنده از رسیدن یا نرسیدن صحیح اطلاعات به مقصد مطلع شده و در صورت بروز خطا مجدداً اقدام به ارسال اطلاعات کند؛ با چنین مکانیزمی یک کانال دارای خطا به یک خ مطمئن و بدون خطا تبدیل می شود.

یکی دیگر از وظائف لایه پیوند داده ها آنست که اطلاعات ارسالی از لایه بالاتر را به واحدهای استاندارد و کوچکتری شکسته و ابتدا و انتهای آنرا از طریق نشانه های خاصی که Delimiter نامیده می شود ، مشخص نماید . این قالب استاندارد که ابتدا و انتهای ان دقیقاً مشخص شده ، فریم نامیده می شود؛ یعنی واحد اطلاعات در لایه دوم فریم است.

کشف خطلا که از وظائف این لایه می باشد از طریق اضافه کردن بیتهای کنترل خطلا مثل بیتهای Parity Check وChecksum و CRC انجام می شود.

یکی دیگر از وظایف لایه دوم کنترل جریان یا به عبارت دیگر تنظیم جریان ارسال فریم ها به گونه ای است که یک دستگاه کند هیچگونه فریمی را به خاطر آهسته بودن از دست ندهد . از دیگر وظایف این لایه آنست که وصول داده های یا عدم رسید داده ها را به فرستنده اعلام کند.

در بخشهای قبل اشاره کردیم که بسیاری از شبکه ها از کانال اشتراکی استفاده می کنند و ارسال همزمان دو ایستگاه منجر به تصادم (اختلاط سیگنال انتقال ) و خرابی داده ها خواهد شد. یکی دیگر از وظایف این لایه آنست که قراردادهایی را برای جلوگیری  از استدام سیگنال ایستگاههایی که از کانال اشتراکی استفاده می کنند ، وضع کنند چرا که فرمان ارسال داده بر روی کانال مشترک از لایه دوم سادر می شود . این قراردادها در زیر لایه هایی به نام MAS ( Medium Access Sublayer ) تعریف شده است.

وقتی یک واحد اطلاعاتی تحویل یک ماشین متصل به کانال فیزیکی در شبکه شد ، وظیفه این لایه پایان می یابد. از دیدگاه این لایه ، ماشینهایی که به کانال فیزیکی متصل نمی باشد ف در دسترس نمی باشند. کنترل سخت افزار لایه فیزیکی بر عهده این لایه است.

فراموش نکنید که وظایف این لایه نیز با استفاده از سخت افزار های دیجیتال انجام می شود.

لایه شبکه

معرفی لایه شبکه (Network)

این لایه وظیفه مسیریابی و هدایت ترافیک را برعهده دارد .

درواقع وظیفه انتخاب بهترین مسیر از میان مسیرهای متفاوت برعهده این لایه می باشد .

روتر (Router) بعنوان یک Device لایه سومی ، وظیفه مسیریابی و هدایت ترافیک را برعهده دارد .

هدایت ترافیک براساس پروتکل ها و الگوریتم های مسیریابی متفاوتی صورت می گیرد .

در این لایه آدرس دهی بسته ها براساس پروتکل IP , IPX و Apple Talk صورت می گیرد .

 در این لایه هیچگونه پیگیری جهت رسیدن یا نرسیدن بسته ها به مقصد صورت نمی گیرد بلکه اینکار برعهده لایه Transport است .

OSI-Layer 3

OSI (4)

در این لایه هدایت Packet ها بر اساس آدرس منطقی مبدا و مقصد انجام می شود .

آدرس منطقی در این لایه بر اساس پروتکل های IP , IPX و Apple Talk خواهد بود .

  مسیریابی به کمک الگوریتم ها و پروتکل های مسیریابی مانند RIP و OSPF و IGRP و EIGRP انجام می شود .

شکل زیر ساختار یک پکت IP را نمایش می دهد . این پکت دارای دو ورژن IPV4 و IPV6 است ، که اولی دارای ساختار 32 بیتی و دومی دارای ساختار 128بیتی می باشد .

OSI (5)

در این لایه اطلاعات به صورت بسته هایی سازماندهی می شود و برای انتقال مطمئن تحویل لایه دوم می شود. با توجه به آنکه ممکن است بین دو ماشین در شبکه مسیرهای گوناگونی وجود داشته باشد ، لذا این لایه وظیفه دارد هر بسته اطلاعاتی را پس از دریافت به مسیری هدایت کند تا آن بسته بتواند به مقص برسد. در این لایه باید تدابیری اندیشیده شود تا از ازدحام (یعنی ترافیک بیش از اندازه بسته ها در مسیریاب یا مرکز سوئیچ ) جلوگیری شده و از ایجاد بن بست ممانعت به عمل بیاورد .

هر مسیریاب می تواند به صورت ایستا و غیر هوشمند بسته ها را مسیر یابی کند. همچنین می تواند به صورت پویا و هوشمند برای یسته ها مسیر انتخاب نماید. در این لایه تمام ماشینهای شبکه دارای یک آدرس جهانی و منحصر به فرد خواهد بود که هر ماشین بر اساس این آدرسها اقدام به هدایت بسته ها به سمت مقصد خواهد کرد.

این لایه ذاتاً “بدون اتصال(Connectionless)” است یعنی پس از تولید یک بسته اطلاعاتی در مبداء بدون هیچ تضمینی در رسیدن آن بسته به مقصد ، بسته شروع به طی مسیر در شبکه می کند. وظایف این لایه به سیستم نامه رسانی تشبیه شده است؛ یک پاکت محتوی نامه پس از آنکه مشخصات لازم بر روی آن درج شد، به صندوق پست انداخته می شود ، بدون آنکه بتوان زمان دقیق رسیدن نامه و وجود نامه را در مقصد ، از قبل حدس زد. در ضمن ممکن است نامه به هر دلیلی گم شود یا به اشتباه در راهی بیفتد که مدتها در  مسیر بماند و زمانی به گیرنده آن برسد که هیچ ارزشی نداشته باشد.

در این لایه تضمینی وجود ندارد وقتی بسته ای برای یک ماشین مقصد  ارسال می شود آن ماشین آماده دیافت ان بسته باشد و بتواند آنرا دریافت کند. در ضمن هیچ تضمینی وجود ندارد وقتی چند بسته متوالی برای یک ماشین ارسال می شود به همان ترتیبی که بر روی شبکه ارسال شده ، در مقصد دریافت شوند. همچنین ممکن است که وقتی بسته ای برای یک مقصد ارسال می شود ، به دلیل دیر رسیدن از اعتبار ساقط شده و مجدداً ارسال شود و هر دو بسته ( قدیم و جدید ) با هم برسند . این مسائل در لایه بالاتر قابل حل خواهد بود.

هر چند وظایف این لایه می تواند بصورت نرم افزاری پیاده شود ولی برای بالاتر رفتن سرعت عمل شبکه ، می توان برای این لایه یک کامپیوتر خاص طراحی نمود تا در کنار سخت افزار لایه های زیرین ، بسته ها را روی شبکه رد و بدل کند.

لایه انتقال

 OSI-Layer 4

در این لایه بر اساس خدمات لایه زیرین ، یک سرویس انتقال بسیار مطمئن و “اتصال گرا(Connection Oriented)” ارائه می شود. تمام مشکلاتی که در لایه شبکه عن.ان شد در این لایه حل و فصل می شود:

قبل از ارسال بسته ها ، نرم افزار این لایه اقدام به ارسال یک بسته ویژه می نماید تا مطمئن شود که ماشین گیرنده آماده دریافت اطلاعات است.

جریان ارسال اطلاات شماره گذاری شده تا هیچ بسته ای گم نشود یا دوبار دریافت نشود.

ترتیب جریان بسته ها حفظ می شود.

در این لایه پروسه های مختلفی که بر روی یک ماشین واحد اجرا شده اند ، آدرس دهی می شوند به نحوی که هر پروسه بر روی یک ماشین واحد ، به عنوان یک هویت مستقل داده های خود را ارسال یا دریافت نمایند.

واحد اطلاعات در این لایه قطعه (Segment) است. از وظائف دیگر این لایه می توان به موارد زیر اشاره کرد :

تقسیم پیامهای اطلاعاتی بزرگ به بسته های کوچکتر بازسازی بسته های اطلاعاتی و تشکیل یک پیام کامل شماره گذاری بسته های کوچکتر جهت بازسازی تعیین و تبین مکانیزم نامگذاری ایستگاه هایی که در شبکه اند.

وظائف این لایه (و لایه های بعدی) با استفاده از نرم افزار پیاده سازی می شوندو فقط بر روی ماشین های نهایی (HOST) وجود دارد و مراکز سوئیچ به وظائف این لایه احتیاجی ندارند(مگر در موارد خاص).

لایه جلسه

 OSI-Layer 5

وظیفه این لایه فراهم آوردن شرایط یک جلسه ( نشست ) همانند ورود به سیستم از راه دور(Remote Login) ، احراز هویت طرفین ، نگهداری این نشست و توانایی از سرگیری یک نشست در هنگام قطع ارتباط می باشد. وظائف این لایه را می توان در موارد زیر خلاصه کرد : برقراری و مدیریت یک جلسه ، شناسایی طرفین ، مشخص نمودن اعتبار پیام ها ، اتمام جلسه و حسابداری مشتری ا(Accounting).

لایه ارائه(نمایش)

 OSI-Layer 6

در این لایه معمولاً کارهایی صورت می گیرد که اگرچه بنیادی و اساسی نیستندو لیکن به عنوان نیازهای  عمومی تلقی می شوند. مثل فشرده سازی فایل (Data Compression) ، رمزنگاری (Encryption) برای ارسال داده های محرمانه ، رمزگشایی(Decryption) ، تبدیل کدها به یکدیگر ( وقتی که دو ماشین از استانداردهای مختلفی برای متن استفاده می کنند؛ مثل تبدیل متون EBCDIC به ASCII و بالعکس).

لایه کاربرد

 OSI-Layer 7

در این لایه ، استاندارد مبادله پیام بین نرم افزارهایی که در اختیار کاربر بوده و بنحوی با شبکه در ارتباطند ، تعریف می شوند. لایه کاربرد شامل تعریف استانداردهایی نظیر انتقال نامه های الکترونیکی ، انتقال مطمئن فایل ، دسترسی به بانکهای اطلاعاتی راه دور ، مدیریت شبکه و انتقال صفحات وب است.

در مدل لایه ای شبکه ، وقتی یک برنامه ی کاربردی در لایه آخر اقدام به ارسال یک واحد اطلاعات می نماید ، سر آیند لازم به ان اضافه می شده و از طریق صدا زدن توابع سیستمی استاندارد به لایه زیرین تحویل داده می شوند  . لایه زیر نیز می تواند پس اضافه کردن سرآیند لازم ، آنرا به لایه پایین تحویل می دهد و این روند تکرار می شود تا آن واحد اطلاعات روی کانال فیزیکی ارسال شود . در مقصد پس از دریافت یک واحد اطلاعات از روی خط فیزیکی ، تحویل لایه بالاتر شده و در هر لایه پس از تحلیل و پردازش لازم ، سرآیند اضافه شده را حذف و به لایه بالاتر تحویل می دهد. در شکل زیر روند حذف و اضافه شدن سرآیند در هرلایه یه تصویر کشیده شده است.

 OSI (6)

بسته بندی کردن داده ها در هر لایه

اطلاعاتی که توسط سه لایه بالایی به لایه چهارم تحویل داده می شوند (User Data) ، در بسته هایی به نام سگمنت (Segment)  بسته بندی می شوند . این بسته ها یکسری اطلاعات تکمیلی و کنترلی در غالب  Tcp Header و Udp Header خواهند داشت .

بعد از اینکه بسته ها تحویل لایه پایین تر یعنی لایه شبکه (Network Layer) داده شد ، لایه شبکه این بسته ها را در غالب Packet بسته بندی می کند . فرض کنید آدرس دهی در این لایه براساس پروتکل Ip باشد . در اینصورت اطلاعات کنترلی و تکمیلی Ip Header به بسته ها اضافه می شود .

لایه دوم (لایه پیوند داده ها) اطلاعات دریافتی از لایه بالاتر را در قالب فریم (Frame) بسته بندی کرده و اطلاعات کنترلی Mac Header را به آنها اضافه می کند .

در لایه آخر فریم ها تبدیل به صفر و یک شده و جهت انتقال برروی بستر ارتباطی به سیگنال الکتریکی یا موج نوری تبدیل می شوند

OSI (7)

3,197
۳ دیدگاه
۱۴ بهمن ۹۲

فرزانه تقدیسی

کارشناس ارشد هوش مصنوعی – پس از اتمام دوره Elastix & MCSE & CCNA & CCNP و اخذ مدارک بین المللی در این حوزه مشغول به کار شدم

دیدگاه کاربران