آموزش مقدماتی شبکه (آموزش Network)

در این بخش از آموزش مقدماتی شبکه (آموزش Network) به معرفی مدل OSI و بیان تفاوت های آن با مدل TCP/IP خواهیم پرداخت. مدل مرجع OSI و مدل مرجع TCP/IP نقاط مشترک زیادی دارند. هر دوی آنها مبتنی بر مجموعه‌ای از پروتکل های مستقل هستند، و عملکرد لایه‌ها نیز تا حدی شبیه یکدیگر است. مدل OSI ثابت کرده که بهترین ابزار برای توصیف شبکه‌های کامپیوتری است. اما پروتکل های TCP/IP در مقیاس وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. حال در ادامه بیشتر با مدل OSI و لایه های ساختاری ان آشنا میشویم.

مدل OSI

مزایای مدل OSI و پروتکل TCP/IP

مدل OSI و TCP/IP

شرح: در این کارگاه مدل OSI و TCP/IP مزایا لایه ها و نحوه کارکردشان شرح داده میشود. این مدل ها به درک بهتر چگونگی انتقال اطلاعات بین کامپیوتر ها کمک میکنند.

اهداف مدل OSI:

• آشنایی با مدل OSI
• آشنایی با مزایای مدل OSI
• نحوه انتقال اطلاعات بین دو کامپیوتر
• آشنایی با پشته پروتکل TCP/IP
• بررسی لایه های پشته پروتکل TCP/IP
• شناخت انواع پورت
• کنترل جریان و مکانیزمهای آن
• چگونگی کارکرد دستگاه های شبکه در لایه ها

مدل OSI

مدل OSI چگونگی انتقال اطلاعات بین دو ماشین را شرح می‌دهد. زمانی که کاربر با موس و کیبورد اطلاعاتی را تولید می‌کند، اطلاعات به سیگنال الکتریکی و یا امواج رادیویی تبدیل می‌شوند و از طریق کابل، امواج رادیویی و یا نور به ماشین مقصد می‌رسند و روی ماشین مقصد نمایش داده می‌شوند.
مدل OSI در عمل پیاده‌ سازی نشده است اما به علت اینکه جزئیات زیادی در این مدل وجود دارد برای آموزش مقدماتی شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد تا به درک انتقال اطلاعات بین دو کامپیوتر کرده و خطایابی را آسان کند.

مزیت مدل OSI در آموزش مقدماتی شبکه (آموزش Network)

مدل OSI در هفت لایه توسعه داده‌ شده است و به فروشندگان و مدیران شبکه برای درک بهتر و مدیریت انتقال داده بین دستگاه‌های شبکه کمک میکند. این مدل همچنین در خطایابی نیز به فروشندگان و مدیران شبکه می‌آید به‌ عنوان‌ مثال زمانی که کامپیوتر شما دچار مشکل شود و از عملکرد اجزاء سیستم آگاه باشید به‌ راحتی می‌توانید مشکل کامپیوتر را متوجه شده و قطعه معیوب را جایگزین کنید.
مدل OSI نیز از هفت لایه تشکیل‌ شده است که درک اجزای آن در خطایابی شبکه بسیار مفید خواهد بود.

برای اینکه لایه‌ها را به خاطر بسپارید بهتر است ازجمله زیر استفاده کنید:
All People Seems To Need Data Process همه مردم نیاز به پردازش داده دارند

• All = Application
• People = Presentation
• Seems = Session
• To = Transport
• Need = Network
• Data = Data Link
• Process = Physical

هفت لایه مدل OSI

در این ساختار لایه‌ای، هر لایه به لایه بالاتر و پایین‌تر خود سرویس می‌دهد و روند ارسال داده در مبدأ و مقصد به این صورت است که در مبدأ داده‌ها از بالا به پایین ارسال‌ شده و در مقصد داده‌ها از پایین به بالا دریافت می‌شوند.

لایه کاربرد (Application)

این لایه یک واسط گرافیکی یا دستوری را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. در واقع در این لایه نرم‌افزارهایی قرار دارند که در شبکه کار می‌کنند مانند:
Web browser, Outlook, FTP, Telnet, … سیستم‌عامل نیز در لایه کاربرد کار می‌کند.

لایه ارائه (Presentation)

ششمین لایه از OSI بوده که نحوه نمایش داده‌ها به کاربران را مشخص می‌کند. به‌ عنوان‌ مثال در هنگام ارسال متن ویژگی‌هایی مانند زبان، فونت، اندازه و… مشخص می‌شود.

حالت‌هایی که عکس‌ها می‌توانند داشته باشند BMP، JPG، TIF و… است و یا برای انتقال صوت شیوه‌های مختلفی مانند Wave، MIDI، MP3 و… وجود دارد و برای انتقال تصویر نیز شیوه‌هایی از جمله MWM، AVI، MPEG و… وجود دارد

لایه جلسه (Session)

در هنگامی‌ که نیاز باشد تا دو پردازش در کلاینت‌های مختلف از طریق شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، به‌ صورت منطقی ارتباط بین آن‌ها از طریق این لایه برقرار شده تا برنامه‌ها بتوانند روند ارسال و دریافت داده را انجام دهند.

به‌ صورت جزئی وظیفه اصلی این لایه فراهم آوردن امکاناتی است که یک جلسه نیاز دارد تا ایجاد، مدیریت و حذف شود. به‌ عنوان‌ مثال در هنگام برقراری ارتباط بین برنامه کاربردی ممکن است نیاز باشد تا از API های یکدیگر جهت انجام امور خود استفاده کنند.
معمولاً API ها شامل مجموعه دستوراتی است که در آن‌ها یک سری توابع برای استفاده از سوکت‌های TCP/IP و RPC ها است و برنامه‌نویس دیگر درگیر نوشتن کد نخواهد شد و تنها از توابع API برای برقراری ارتباط بین برنامه‌ها استفاده خواهد کرد.

لایه انتقال (Transport)

این لایه چهارمین لایه از مدل OSI بوده که وظیفه آن ایجاد تمایز بین اتصال‌های (Connections) مختلف در کامپیوتر یا دستگاه انتهایی است. از آنجایی‌ که کامپیوترها به‌ صورت Multitask بوده و قادر هستند تا چندین برنامه را بر روی خود اجرا کنند ممکن است چندین برنامه به‌ صورت همزمان نیاز داشته باشد تا از طریق شبکه اتصال‌هایی را برقرار کنند که برای ایجاد تمایز بین دادهای مربوط به این اتصال‌ها لایه ۴ وارد عمل می‌شود.

یکی از دیگر وظایف اصلی این لایه فراهم نمودن روش‌های برقراری اتصال بین دو کامپیوتر است.
وظایف این لایه شامل:

• آدرس‌دهی سطح پردازش (Process level) یا همان پورت:
  هر نرم‌افزار در حال اجرا یک شماره پورت را به خود اختصاص می‌دهد و نرم‌افزارها به‌ وسیله شماره پورتشان باهم ارتباط برقرار می‌کنند و تداخلی در کارکرد آن‌ها بوجود نمی‌آید.
• Multiplexing و Demultiplexing:
  چندین نرم‌افزار بر روی یک کامپیوتر از طریق یک خط ارتباطی به چندین نرم‌افزار بر روی کامپیوتر دیگر متصل می‌شود.

اتصال بین دو کامپیوتر

• تکه‌تکه کردن (Segmentation) و بازسازی (Reassembling):
  بسته‌ها در طول مسیرشان تا رسیدن به مقصد از شبکه‌های مختلف و طول بسته‌های مختلفی عبور می‌کنند به همین دلیل لازم است تا بسته‌ها متناسب با نیاز شبکه‌ها در مبدأ تکه‌تکه شوند و در مقصد دوباره بازسازی شوند. به تکه‌تکه شدن بسته‌ها Segmentation و به بازسازی بسته‌ها Reassembling می‌گویند.
• ACK و Retransmission:
  در صورتی‌ که بسته‌ای درست به مقصد برسد مقصد باید یک ACK را به فرستنده برگرداند تا فرستنده مطمئن شود که بسته‌اش به مقصد رسیده است.
• کنترل جریان (Flow Control):
  برای اینکه دستگاه‌ها با سرعت‌های متفاوت بتوانند با یکدیگر کار کنند و سرعتشان را باهم وفق دهند مکانیزمی به نام کنترل جریان در این لایه وجود دارد.
• ایجاد اتصال:
  مهم‌ترین وظیفه این لایه ایجاد اتصال بوده که با توجه به نوع داده‌های ارسال‌ شده نوع برقراری اتصال متفاوت خواهد بود. بعضی ترافیک‌ها از نوع پرارزش بوده و در آن تک‌تک بیت‌ها مهم هستند و باید صحیح به مقصد برسند. اما دسته دیگری از ترافیک‌ها هستند که به آن‌ها ترافیک‌های کم‌ارزش گفته می‌شود مانند ترافیک‌های صدا و تصویر و … . در این نوع ترافیک‌ها اگر قسمتی از داده هم خراب شود تنها تأثیری در کیفیت صوت یا تصویر مشاهده می‌شود که آن‌ هم توسط چشم یا گوش انسان قابل‌ تشخیص نیست. به دلیل این تنوع اتصال‌های متفاوتی وجود دارد که در زیر آن‌ها را بررسی خواهیم کرد:
  ۱- اتصال مطمئن (Reliable):
  اتصالی است که در آن داده‌ها باید حتماً صحیح و بدون خطا به مقصد برسند. لایه انتقال در این اتصال مسئول شناسایی و تصحیح خطا است که در واقع خطا را تشخیص داده و درخواست ارسال مجدد را به فرستنده ارسال می‌کند. فرستنده مجدداً داده را ارسال کرده تا در مقصد به‌ درستی دریافت شود.

اتصال مطئن

 ۲- اتصال غیرمطمئن (Unreliable):
در این اتصال لایه انتقال حداکثر تلاش خود را انجام می‌دهد تا داده به مقصد برسد. توجه داشته باشید که در این حالت تضمینی مبنی بر دریافت صحیح داده توسط مقصد وجود ندارد که اصطلاحاً به آن Best-effort Delivery گفته می‌شود.

لایه شبکه

سومین لایه از مدل OSI بوده که برقراری ارتباط شبکه‌های مختلف را فراهم می‌آورد. برقراری ارتباط میان شبکه‌های مختلف نیاز به آدرس‌ دهی لایه ۳ دارد.

وظایف اصلی این لایه شامل:

• آدرس‌دهی منطقی (Logical Addressing):
  برای اینکه دستگاه‌ها بتوانند در سراسر دنیا با یکدیگر ارتباط داشته باشند نیاز است تا هر کدام یک آدرس منحصر به‌ فرد به خود اختصاص دهند و با استفاده از آن آدرس باهم ارتباط برقرار کنند.
• مسیریابی (Routing):
  از آنجایی‌ که اینترنت از شبکه‌های مختلف به وجود آمده است پس در نتیجه با استفاده از دستگاه‌های میانی باید ارتباط بین شبکه‌ها را برقرار کرده و بین شبکه‌ها داده‌ها را منتقل کرد. به انتقال داده بین شبکه‌های مختلف با استفاده از دستگاه‌های میانی مسیریابی گفته می‌شود.
• کپسوله‌ سازی داده (Datagram Encapsulation):
  داده‌های منتقل‌شده از لایه انتقال به این لایه درون یک قالب با نام دیتاگرام یا بسته (پکت) قرار می‌گیرند. به عمل قراردادن داده‌های دریافتی از لایه بالا در یک قالب دیگر کپسوله سازی گفته می‌شود.
• تکه‌تکه کردن و بازسازی (Fragmentation and Reassembly):
  بسته‌ها در طول مسیرشان تا رسیدن به مقصد از شبکه‌های مختلفی عبور می‌کنند و هر شبکه ممکن است تا بسته‌هایی با سایزهای متفاوت را از خود عبور دهد که به همین دلیل لازم است تا بسته‌ها متناسب با حداکثر طول بسته در شبکه تکه‌تکه شوند و در مقصد دوباره بازسازی شوند. به تکه‌تکه شدن بسته‌ها Fragmentation و به بازسازی بسته‌ها Reassembling می‌گویند.

• کنترل و مدیریت دستگاه‌های شبکه:
  با استفاده از پروتکل‌هایی که در این لایه وجود دارد می‌توان یک سری عملیات مدیریتی را بر روی دستگاه‌های شبکه انجام دهید. برخی از این پروتکل‌ها شامل: ICMP،IGMPIP Sec،IPNAT، Mobile IP و … است.

توضیح لایه پیوندها(Data Link) در آموزش مقدماتی شبکه (آموزش network)

نوع دیگری از شیوه آدرس‌ دهی وجود دارد که در لایه ۲ استفاده می‌شود و با نام آدرس فیزیکی یا MAC شناخته می‌شود. از این نوع آدرس‌ دهی در شبکه‌های محلی استفاده می‌شود.

این لایه مسئول دریافت صفرها و یک‌ها از لایه فیزیکی و تبدیل آن‌ها به فریم است. تشخیص خطا و شناسایی بسته‌های خراب نیز از جمله وظایف این لایه است. توجه داشته باشید که این لایه تنها خطا را تشخیص می‌دهد و هیچ اصلاح خطایی در این لایه رخ نمی‌دهد. با توجه به اینکه در لایه فیزیکی از چه تجهیزات و بستر ارتباطی استفاده‌ شده است از استانداردها و پروتکل‌های مختلفی در لایه پیوند داده استفاده می‌شود.

در شبکه‌های LAN از استانداردها و پروتکل‌هایی مثل ۸۰۲.۳ برای اترنت، ۸۰۲.۵ برای Token ring و ۸۰۲.۱۱ برای شبکه‌های بی‌سیم و… وجود دارد. در WAN نیز می‌توان به استانداردهایی مانند ATM ، Frame Relay، HDLC و… اشاره کرد.

وظایف لایه ۲

• فریم بندی داده‌ها Data Framing:
  بسته‌های دریافت شده از لایه ۳ و لایه ۱ در یک قالب جدید بنام فریم قرار می‌گیرد که به آن علاوه بر اصطلاح کپسوله‌ سازی، فریم بندی می‌گویند.
• آدرس‌دهی فیزیکی:
  تمامی دستگاه‌های شبکه که باید به شبکه متصل شوند نیاز به آدرس با نام آدرس فیزیکی (MAC) دارند.
• کشف، کنترل و تصحیح خطا:
  از جمله وظایف این لایه انجام عملیات کشف، کنترل و تصحیح خطا است که معمولاً این وظیفه به لایه ۴ سپرده می‌شود.

توضیح لایه فیزیکی (Physical) در آموزش مقدماتی شبکه (آموزش network)

اولین یا پایین‌ترین لایه در مدل OSI لایه فیزیکی بوده که مسئول انجام مکانیزم‌های فیزیکی است. مواردی که در این لایه مدنظر قرار می‌گیرد شامل:

• نوع کارت شبکه‌ای که بر روی دستگاه‌ها استفاده‌ شده است. مانند:کارت شبکه اترنت، کارت شبکه فیبر نوری، کارت شبکه بی‌سیم و … .
• نوع کابلی که برای اتصال بین دستگاه‌ها استفاده‌ شده است. مانند کابل UTP، فیبر نوری، امواج وایرلس و… .
• کانکتورها و اتصالاتی که در دو سمت کابل استفاده‌ شده است. مانند RJ45، RJ11، DB60، DB90 و… .
• پورت‌هایی که روی دستگاه‌ها وجود دارد و کانکتورها به آن‌ها متصل می‌شوند.

علاوه بر موارد بالا این لایه مشخص می‌کند که صفرها و یک‌ها چگونه به سیگنال‌های قابل ارسال در کابل تبدیل شوند. به‌ عنوان ‌مثال ولتاژ ۵ نشان‌ دهنده یک و ولتاژ ۱۲ نشان‌ دهنده صفر است و یا در فیبر وجود نور نشان‌ دهنده یک و عدم وجود نور نشان‌ دهنده صفر باشد.

حال که اندکی با وظایف هر لایه آشنا شدید بهتر است به مثال زیر در مورد انتقال اطلاعات بین دو کامپیوتر دقت کنید.

در انتهای این آموزش مقدماتی شبکه (آموزش Network) که به موضوع مدل OSI اختصاص داشت میتوانیم بگوییم مدل OSI یا Open System Interconnection یک مدل مرجع برای ارتباط بین دو کامپیوتر می باشد که در سال ۱۹۸۰ طراحی گردیده است. هر چند امروزه تغییراتی در آن به وجود آمده اما هنوز هم کاربردهای فراوانی در اینترنت و به خصوص در معماری پایه شبکه دارد. این مدل بر اساس لایه بندی قراردادهای برقراری ارتباط که همزمان روی دو سیستم مرتبط اجرا شده اند پایه ریزی شده است که این امر بسیار سرعت و دقت ارتباط را افزایش می دهد و این قراردادها بصورت طبقه طبقه در هفت لایه تنظیم شده اند که به برسی همه این لایه ها پرداختیم. برای اطلاعات بیشتر در مورد آموزش مقدماتی شبکه به سایت زیر مراجعه نمایید.

برگرفته از کتاب آموزش مقدماتی شبکه( +Network ) تالیف گروه مهندسی زرافه(محمد روستا)

http://networkbooks.ir