تعریف مدل osi. مدل اتصال سیستم های باز (OSI).

مفهوم "سیستم باز" و مشکلات استانداردسازی

تز جهانی در مورد مزایای استانداردسازی که برای همه صنایع معتبر است، در شبکه های کامپیوتری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. ماهیت شبکه اتصال تجهیزات مختلف است، به این معنی که مشکل سازگاری یکی از حادترین آنها است. بدون اتخاذ قوانین عمومی پذیرفته شده برای تجهیزات ساختمانی توسط همه سازندگان، پیشرفت در "ساخت" شبکه ها غیرممکن خواهد بود. بنابراین ، کل توسعه صنعت رایانه در نهایت در استانداردها منعکس می شود - هر فناوری جدید فقط زمانی وضعیت "قانونی" پیدا می کند که محتوای آن در استاندارد مربوطه ثابت شود.

در شبکه های کامپیوتری، اساس ایدئولوژیک استانداردسازی رویکرد چند سطحی برای توسعه ابزارهای تعامل شبکه است. بر اساس این رویکرد بود که یک مدل استاندارد هفت سطحی از تعامل سیستم های باز ایجاد شد که به نوعی زبان جهانی برای متخصصان شبکه تبدیل شد.

رویکرد چند سطحی پروتکل. رابط. پشته پروتکل

سازماندهی تعامل بین دستگاه ها در شبکه یک کار پیچیده است. همانطور که می دانید، برای حل مسائل پیچیده، از یک تکنیک جهانی استفاده می شود - تجزیه، یعنی تقسیم یک کار پیچیده به چندین وظیفه-ماژول ساده تر (شکل 1.20). روش تجزیه شامل تعریف روشنی از عملکردهای هر ماژول است که یک مشکل خاص را حل می کند و رابط های بین آنها. در نتیجه، ساده سازی منطقی کار به دست می آید، و علاوه بر این، امکان تغییر ماژول های فردی بدون تغییر بقیه سیستم وجود دارد.

تجزیه اغلب از یک رویکرد لایه ای استفاده می کند. به شرح زیر می باشد. کل مجموعه ماژول ها به سطوح تقسیم می شوند. سطوح یک سلسله مراتب را تشکیل می دهند، یعنی سطوح پوشاننده و زیربنایی وجود دارد (شکل 1.21). مجموعه ماژول هایی که هر سطح را تشکیل می دهند به گونه ای شکل می گیرند که برای انجام وظایف خود فقط به ماژول های سطح پایین بلافاصله مجاور درخواست می دهند. از طرف دیگر، نتایج کار همه ماژول‌های متعلق به یک سطح معین را فقط می‌توان به ماژول‌های لایه بالاتر همسایه منتقل کرد. چنین تجزیه سلسله مراتبی کار مستلزم تعریف روشنی از عملکرد هر سطح و رابط بین سطوح است. یک رابط مجموعه ای از توابع را تعریف می کند که یک لایه پایین تر به لایه بالاتر ارائه می کند. در نتیجه تجزیه سلسله مراتبی، استقلال نسبی سطوح به دست می آید و از این رو امکان جایگزینی آسان آنها وجود دارد.

در این مورد، ماژول‌های سطح پایین‌تر می‌توانند، برای مثال، تمام مسائل مربوط به انتقال مطمئن سیگنال‌های الکتریکی بین دو گره همسایه را حل کنند. ماژول های سطح بالاتر با استفاده از ابزار سطح پایین ذکر شده برای این کار، انتقال پیام ها را در کل شبکه سازماندهی می کنند. و در سطح بالا ماژول هایی وجود دارد که به کاربران امکان دسترسی به خدمات مختلف - فایل، چاپ و غیره را می دهد. البته این تنها یکی از گزینه های ممکن برای تقسیم کار کلی سازماندهی شبکه به وظایف فرعی خصوصی است.

یک رویکرد چند سطحی برای توصیف و اجرای عملکردهای سیستم نه تنها برای امکانات شبکه اعمال می شود. چنین مدلی از عملیات، به عنوان مثال، در سیستم های فایل محلی، زمانی که یک درخواست ورودی برای دسترسی به یک فایل به طور متوالی توسط چندین سطح برنامه پردازش می شود، استفاده می شود (شکل 1.22). درخواست ابتدا توسط سطح بالایی تجزیه می شود، که به طور متوالی نام فایل نمادین ترکیبی را تجزیه می کند و شناسه فایل منحصر به فرد را تعیین می کند. سطح بعدی تمام ویژگی های اصلی فایل را با یک نام منحصر به فرد پیدا می کند: آدرس، ویژگی های دسترسی و غیره. سپس در سطح پایین تر، حقوق دسترسی به این فایل بررسی می شود و سپس پس از محاسبه مختصات ناحیه فایل حاوی داده های مورد نیاز، یک تبادل فیزیکی با دستگاه خارجی با استفاده از درایور دیسک انجام می شود.

نمایش چندسطحی ابزارهای تعامل شبکه دارای ویژگی های خاص خود است که مربوط به این واقعیت است دوماشین ها، یعنی در این مورد، لازم است کار هماهنگ دو "سلسله مراتب" سازماندهی شود. هنگام انتقال پیام، هر دو شرکت کننده در تبادل شبکه باید توافقات زیادی را بپذیرند. به عنوان مثال، آنها باید در مورد سطوح و شکل سیگنال های الکتریکی، نحوه تعیین طول پیام ها، توافق بر سر روش های تأیید اعتبار و غیره به توافق برسند. به عبارت دیگر، توافق نامه ها باید برای همه سطوح، از پایین ترین - سطح انتقال بیت - به بالاترین سطح، ارائه خدمات به کاربران شبکه.

روی انجیر 1.23 مدل تعامل دو گره را نشان می دهد. در هر طرف، ابزار تعامل با چهار سطح نشان داده شده است. روش تعامل این دو گره را می توان به عنوان مجموعه ای از قوانین برای تعامل هر جفت از سطوح متناظر هر دو طرف شرکت کننده توصیف کرد.

قوانین رسمی که ترتیب و قالب پیام های مبادله شده بین اجزای شبکه را که در یک سطح هستند، اما در گره های مختلف تعیین می کنند، نامیده می شوند. پروتکل

ماژول‌هایی که پروتکل‌های لایه‌های مجاور را پیاده‌سازی می‌کنند و در یک گره قرار می‌گیرند نیز مطابق با قوانین کاملاً تعریف‌شده و با استفاده از قالب‌های پیام استاندارد شده با یکدیگر تعامل دارند. این قوانین نامیده می شوند رابط.یک رابط مجموعه ای از خدماتی را تعریف می کند که یک لایه معین به لایه همسایه خود ارائه می کند.

در اصل، یک پروتکل و یک رابط مفهوم یکسانی را بیان می کنند، اما به طور سنتی در شبکه ها دامنه های متفاوتی به آنها اختصاص داده می شود: پروتکل ها قوانین تعامل ماژول های یک سطح را در گره های مختلف، و رابط ها - ماژول های سطوح همسایه را در یک تعریف می کنند. گره

ابزار هر سطح باید اولاً پروتکل خاص خود را ایجاد کند و ثانیاً با سطوح همسایه ارتباط برقرار کند.

مجموعه ای از پروتکل های سازمان یافته به صورت سلسله مراتبی که برای سازماندهی تعامل گره ها در یک شبکه کافی است نامیده می شود پشته پروتکل های ارتباطی

پروتکل های ارتباطی را می توان هم در نرم افزار و هم در سخت افزار پیاده سازی کرد. پروتکل های لایه پایین اغلب در ترکیبی از نرم افزار و سخت افزار پیاده سازی می شوند، در حالی که پروتکل های لایه بالایی معمولاً صرفاً در نرم افزار پیاده سازی می شوند.

ماژول نرم افزاری که پروتکل خاصی را پیاده سازی می کند اغلب برای اختصار "پروتکل" نیز نامیده می شود. در این مورد، رابطه بین یک پروتکل - یک رویه به طور رسمی تعریف شده و یک پروتکل - یک ماژول نرم افزاری که این رویه را پیاده سازی می کند، مشابه رابطه است. بین یک الگوریتم برای حل یک مسئله خاص و برنامه ای که این مشکل را حل می کند.

واضح است که همان الگوریتم را می توان با درجات مختلف کارایی برنامه ریزی کرد. به طور مشابه، یک پروتکل می تواند چندین پیاده سازی نرم افزاری داشته باشد. به همین دلیل است که هنگام مقایسه پروتکل ها، نه تنها باید منطق کار آنها، بلکه کیفیت راه حل های نرم افزاری را نیز در نظر گرفت. علاوه بر این، کارایی تعامل بین دستگاه‌های موجود در شبکه تحت تأثیر کیفیت کل مجموعه پروتکل‌هایی است که پشته را تشکیل می‌دهند، به ویژه اینکه چگونه توابع به طور منطقی بین پروتکل‌های سطوح مختلف توزیع شده‌اند و چگونه رابط‌های بین آنها خوب است. تعریف شده اند.

مدل OSI

فقط به این دلیل که یک پروتکل توافقی است بین دو موجودیت متقابل، در این مورد دو رایانه که روی یک شبکه کار می کنند، لزوماً استاندارد بودن آن را دنبال نمی کند. اما در عمل هنگام پیاده سازی شبکه ها تمایل به استفاده از پروتکل های استاندارد دارند. اینها می توانند استانداردهای شرکتی، ملی یا بین المللی باشند.

در اوایل دهه 80، تعدادی از سازمان های استاندارد بین المللی - ISO، ITU-T و برخی دیگر - مدلی را توسعه دادند که نقش مهمی در توسعه شبکه ها داشت. این مدل نام دارد مدل تعامل سیستم های باز (باز کن سیستم ارتباط متقابل, OSI) یا مدل OSI مدل OSI سطوح مختلف تعامل سیستم را تعریف می‌کند، نام‌های استانداردی به آن‌ها می‌دهد و مشخص می‌کند که هر سطح چه عملکردی را باید انجام دهد. مدل OSI بر اساس تجربیات زیادی که در ایجاد شبکه های کامپیوتری، عمدتاً جهانی، در دهه 70 به دست آمد، توسعه یافت. شرح کامل این مدل بیش از 1000 صفحه متن را می طلبد.

در مدل OSI (شکل 1.25)، ابزارهای تعامل به هفت سطح تقسیم می شوند:

کاربردی

نماینده

جلسه

حمل و نقل

شبکه

مجرای

فیزیکی.

هر لایه با یک جنبه خاص از تعامل دستگاه های شبکه سروکار دارد.

مدل OSI فقط ابزارهای تعامل سیستم اجرا شده توسط سیستم عامل، ابزارهای کمکی سیستم، سخت افزار سیستم را توصیف می کند. این مدل قابلیت همکاری برنامه های کاربردی کاربر نهایی را شامل نمی شود. برنامه ها با دسترسی به ابزارهای سیستم، پروتکل های تعامل خود را پیاده سازی می کنند. بنابراین لازم است بین لایه تعامل برنامه و لایه کاربردی تمایز قائل شد.

همچنین باید در نظر داشت که برنامه ممکن است عملکرد برخی از لایه های بالایی مدل OSI را بر عهده بگیرد. به عنوان مثال، برخی از DBMS ها دارای دسترسی از راه دور داخلی به فایل ها 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 به ابزارهای سیستمی که مسئول انتقال پیام ها از طریق شبکه هستند، که در سطوح پایین تر قرار دارند، دسترسی پیدا می کند. از مدل OSI

بنابراین، اجازه دهید برنامه درخواستی به لایه برنامه، مانند یک سرویس فایل، ارسال کند. بر اساس این درخواست، نرم افزار لایه کاربردی پیامی را در قالب استاندارد تولید می کند. یک پیام معمولی از یک هدر و یک فیلد داده تشکیل شده است. هدر حاوی اطلاعات سرویس است که باید از طریق شبکه به لایه کاربردی ماشین مقصد منتقل شود تا به آن بگوید چه کاری باید انجام شود. در مورد ما، هدر، بدیهی است که باید حاوی اطلاعاتی در مورد محل فایل و نوع عملیاتی باشد که باید روی آن انجام شود. فیلد داده پیام ممکن است خالی باشد یا حاوی داده هایی باشد، مانند داده هایی که باید در یک فایل راه دور نوشته شوند. 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 نماینده فشار می دهد. پروتکل سطح نماینده، بر اساس اطلاعات دریافتی از هدر سطح برنامه، اقدامات مورد نیاز را انجام می دهد و اطلاعات سرویس خود را به پیام اضافه می کند - هدر سطح ارائه، که حاوی دستورالعمل های پروتکل سطح نماینده ماشین مقصد است. پیام به دست آمده به لایه جلسه منتقل می شود که به نوبه خود هدر خود و غیره را اضافه می کند. شکل به اصطلاح "تریلر" -.) در نهایت، پیام به سطح فیزیکی پایین تر می رسد، که در واقع آن را از طریق خطوط ارتباطی به ماشین مقصد منتقل می کند. در این لحظه، پیام با سرفصل های همه سطوح "بیش از حد رشد کرده است" (شکل 1.26).

هنگامی که پیامی به شبکه در ماشین مقصد 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 مربوط به این سطح را انجام می دهد و سپس این هدر را حذف می کند و پیام را به لایه بالاتر ارسال می کند.

همراه با اصطلاح پیام (پیام) اصطلاحات دیگری نیز توسط متخصصان شبکه برای اشاره به واحدهای داده در رویه‌های مبادله استفاده می‌شود. استانداردهای ISO از نام مشترک استفاده می کنند بلوک پروتکل داده ها ( پروتکل داده ها واحد , PDU ). برای تعیین بلوک های داده در سطوح خاص - اغلب از نام‌های ویژه استفاده می‌شود: قاب (فریم)، ​​بسته (بسته)، دیتاگرام (داده‌گرام)، بخش (بخش).

مدل OSI بین دو نوع اصلی پروتکل ها تمایز قائل می شود با برقراری ارتباط (اتصالات- جهت دار) قبل از تبادل داده، فرستنده و گیرنده باید ابتدا یک اتصال برقرار کنند و احتمالاً برخی از پارامترهای پروتکلی را انتخاب کنند که در هنگام مبادله داده از آنها استفاده خواهند کرد. . تلفن نمونه ای از تعامل است , مبتنی بر اتصال .

گروه دوم پروتکل ها - پروتکل ها بدون اینکه ابتدا یک ارتباط برقرار کنید (اتصال). چنین پروتکل هایی نیز نامیده می شوند دیتاگرامپروتکل ها فرستنده به سادگی پیام را هنگامی که آماده است ارسال می کند. انداختن نامه در صندوق پستی نمونه ای از ارتباط بدون برقراری ارتباط است. کامپیوترها با استفاده از هر دو نوع پروتکل ارتباط برقرار می کنند.

لایه های مدل OSI

لایه فیزیکی

لایه فیزیکی با انتقال بیت ها از طریق پیوندهای فیزیکی مانند کابل کواکسیال، کابل جفت تابیده، کابل فیبر نوری یا مدار قلمرو دیجیتال سروکار دارد. این سطح به ویژگی های رسانه های انتقال داده فیزیکی مانند پهنای باند، ایمنی نویز، امپدانس موج و موارد دیگر مربوط می شود. در همان سطح، ویژگی‌های سیگنال‌های الکتریکی که اطلاعات گسسته را ارسال می‌کنند، تعیین می‌شوند، به عنوان مثال، شیب جبهه‌های پالس، سطوح ولتاژ یا جریان سیگنال ارسالی، نوع کدگذاری و نرخ انتقال سیگنال. علاوه بر این، انواع کانکتورها و هدف هر پین در اینجا استاندارد شده است.

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 یک پورت سریال انجام می شود.

نمونه ای از پروتکل لایه فیزیکی، مشخصات 1OBase است. - فناوری اترنت، که کابل مورد استفاده را به عنوان کابل جفت تابیده بدون محافظ دسته 3 با امپدانس موج 100 اهم، کانکتور RJ-45، حداکثر طول قطعه فیزیکی 100 متر، کد منچستر برای نمایش داده ها در کابل و همچنین تعریف می کند. برخی دیگر از ویژگی های سیگنال های متوسط ​​و الکتریکی.

لایه پیوند

در لایه فیزیکی، بیت ها به سادگی ارسال می شوند. این در نظر نمی‌گیرد که در برخی از شبکه‌ها که خطوط ارتباطی به طور متناوب توسط چندین جفت رایانه در حال تعامل استفاده می‌شوند (به اشتراک گذاشته می‌شوند)، رسانه انتقال فیزیکی ممکن است مشغول باشد. بنابراین یکی از وظایف لایه پیوند داده (لایه Data Link) بررسی در دسترس بودن رسانه انتقال است. یکی دیگر از وظایف لایه پیوند پیاده سازی مکانیسم های تشخیص و تصحیح خطا است که برای این کار در لایه پیوند، بیت ها در مجموعه هایی به نام گروه بندی می شوند. قاب ها (قاب ها). لایه پیوند با قرار دادن دنباله خاصی از بیت ها در ابتدا و انتهای هر فریم برای برجسته کردن آن، انتقال صحیح هر فریم را تضمین می کند و همچنین با پردازش تمام بایت های فریم به روشی خاص و اضافه کردن یک چک جمع به آن، چک جمع را محاسبه می کند. قاب. هنگامی که یک فریم از طریق شبکه وارد می شود، گیرنده مجدداً جمع چک داده های دریافتی را محاسبه می کند و نتیجه را با جمع کنترلی از فریم مقایسه می کند. اگر مطابقت داشته باشند، فریم معتبر و پذیرفته می شود. اگر جمع های چک مطابقت نداشته باشند، خطا ایجاد می شود. لایه پیوند نه تنها می تواند خطاها را تشخیص دهد، بلکه با ارسال مجدد فریم های خراب، آنها را اصلاح می کند. لازم به ذکر است که عملکرد تصحیح خطا برای لایه پیوند اجباری نیست، بنابراین در برخی از پروتکل های این لایه، به عنوان مثال، در اترنت و رله فریم وجود ندارد.

پروتکل های لایه پیوند مورد استفاده در شبکه های محلی دارای ساختار مشخصی از اتصالات بین رایانه ها و روش های آدرس دهی به آنها هستند. اگرچه لایه پیوند تحویل فریم را بین هر دو گره از شبکه محلی فراهم می کند، اما این کار را فقط در شبکه ای با توپولوژی پیوند کاملاً تعریف شده انجام می دهد، دقیقا همان توپولوژی که برای آن طراحی شده است. توپولوژی‌های رایج گذرگاه، حلقه و ستاره که توسط پروتکل‌های لایه پیوند LAN پشتیبانی می‌شوند و همچنین ساختارهایی که از آنها با استفاده از پل‌ها و سوئیچ‌ها به دست می‌آیند، از جمله این توپولوژی‌های معمولی هستند. نمونه هایی از پروتکل های لایه پیوند عبارتند از پروتکل های اترنت، Token Ring، FDDI، lOOVG-AnyLAN.

در شبکه های محلی، پروتکل های لایه پیوند توسط کامپیوترها، پل ها، سوئیچ ها و روترها استفاده می شوند. در رایانه ها، عملکرد لایه پیوند با تلاش مشترک آداپتورهای شبکه و درایورهای آنها اجرا می شود.

در شبکه های گسترده، که به ندرت توپولوژی منظمی دارند، لایه پیوند داده اغلب فقط بین دو کامپیوتر همسایه که توسط یک خط ارتباطی مجزا به هم متصل شده اند، تبادل پیام را فراهم می کند. نمونه‌هایی از پروتکل‌های نقطه‌به‌نقطه (همان‌طور که این پروتکل‌ها اغلب نامیده می‌شوند) پروتکل‌های پرکاربرد PPP و LAP-B هستند. در چنین مواردی، از امکانات لایه شبکه برای ارسال پیام ها بین گره های انتهایی در سراسر شبکه استفاده می شود. به این ترتیب شبکه های X.25 سازماندهی می شوند. گاهی اوقات در شبکه های جهانی جدا کردن عملکردهای لایه پیوند به شکل خالص آنها دشوار است، زیرا آنها با عملکردهای لایه شبکه در یک پروتکل ترکیب می شوند. نمونه‌هایی از چنین رویکردی، پروتکل‌های ATM و فناوری‌های رله فریم هستند.

به طور کلی لایه پیوند مجموعه ای بسیار قدرتمند و کامل از توابع برای ارسال پیام بین گره های شبکه است. در برخی موارد، پروتکل‌های لایه پیوند، وسایل نقلیه خودکفا هستند و می‌توانند به پروتکل‌ها یا برنامه‌های کاربردی اجازه دهند که مستقیماً روی آنها کار کنند، بدون اینکه شبکه و لایه‌های انتقال را درگیر کنند. به عنوان مثال، اجرای پروتکل مدیریت شبکه SNMP مستقیماً در بالای اترنت وجود دارد، اگرچه به طور پیش فرض این پروتکل در بالای پروتکل شبکه IP و پروتکل انتقال UDP اجرا می شود. به طور طبیعی، استفاده از چنین پیاده سازی محدود خواهد بود - برای شبکه های ترکیبی از فناوری های مختلف، به عنوان مثال، اترنت و X.25، و حتی برای شبکه ای که در آن اترنت در همه بخش ها استفاده می شود، اما حلقه مانند مناسب نیست. ارتباطات بین بخش ها وجود دارد. اما در یک شبکه اترنت دو بخش، که توسط یک پل متحد شده است، پیاده سازی SNMP روی لایه پیوند بسیار کارآمد خواهد بود.

با این حال، برای اطمینان از انتقال پیام با کیفیت بالا در شبکه های هر توپولوژی و فناوری، عملکردهای لایه پیوند کافی نیست، بنابراین در مدل OSI، راه حل این مشکل به دو سطح زیر اختصاص داده شده است - شبکه و انتقال. .

لایه شبکه

لایه شبکه برای تشکیل یک سیستم حمل و نقل واحد خدمت می کند , که چندین شبکه را متحد می کند و این شبکه ها می توانند از اصول کاملاً متفاوتی برای انتقال پیام بین گره های انتهایی استفاده کنند و دارای ساختار دلخواه اتصالات هستند. عملکردهای لایه شبکه کاملاً متنوع است. بیایید بررسی آنها را در مورد مثال ترکیب شبکه های محلی شروع کنیم.

پروتکل‌های لایه پیوند شبکه‌های محلی تضمین می‌کنند که داده‌ها بین هر گره فقط در شبکه‌ای با توپولوژی معمولی مناسب، مانند توپولوژی ستاره سلسله مراتبی، تحویل داده می‌شود. این یک محدودیت بسیار سخت است که اجازه ساخت شبکه هایی با ساختار توسعه یافته را نمی دهد، به عنوان مثال، شبکه هایی که چندین شبکه سازمانی را در یک شبکه واحد ترکیب می کنند، یا شبکه های بسیار قابل اعتماد که در آنها پیوندهای اضافی بین گره ها وجود دارد. می‌توان پروتکل‌های لایه پیوند را برای پشتیبانی از پیوندهای اضافی لوپی پیچیده کرد، اما اصل تفکیک وظایف بین لایه‌ها منجر به راه‌حل متفاوتی می‌شود. به منظور حفظ سادگی روش‌های انتقال داده برای توپولوژی‌های معمولی، از یک سو، و از سوی دیگر، اجازه استفاده از توپولوژی‌های دلخواه، یک لایه شبکه اضافی معرفی شده است.

در سطح شبکه، خود اصطلاح خالصدارای معنای خاصی است. در این مورد، یک شبکه به عنوان مجموعه ای از کامپیوترها که مطابق با یکی از توپولوژی های معمولی استاندارد و با استفاده از یکی از پروتکل های لایه پیوند تعریف شده برای این توپولوژی برای انتقال داده ها به هم متصل شده اند، درک می شود.

در داخل شبکه، تحویل داده‌ها توسط لایه پیوند مربوطه ارائه می‌شود، اما تحویل داده‌ها بین شبکه‌ها توسط لایه شبکه انجام می‌شود، که از توانایی انتخاب صحیح مسیر انتقال پیام پشتیبانی می‌کند، حتی زمانی که ساختار اتصالات بین شبکه‌های تشکیل‌دهنده متفاوت است. که در پروتکل های لایه پیوند پذیرفته شده است.

شبکه ها توسط دستگاه های خاصی به نام روتر به هم متصل می شوند. روتر -این دستگاهی است که اطلاعات توپولوژی اتصالات را جمع آوری می کند و بر اساس آن بسته های لایه شبکه را به شبکه مقصد ارسال می کند. برای ارسال پیام از یک فرستنده در یک شبکه به یک گیرنده در شبکه دیگر، باید تعدادی از آن را ایجاد کنید انتقال ترانزیت بین شبکه ها،یا رازک (از hop - پرش)، هر بار انتخاب مسیر مناسب. بنابراین، یک مسیر، دنباله ای از مسیریاب ها است که یک بسته از آن عبور می کند.

روی انجیر شکل 1.27 چهار شبکه را نشان می دهد که توسط سه روتر متصل شده اند. دو مسیر بین گره های A و B این شبکه وجود دارد: اولی از طریق روترهای 1 و 3 و دومی از طریق روترهای 1،2 و 3.

مشکل انتخاب بهترین مسیر نامیده می شود مسیریابی،و حل آن یکی از وظایف اصلی لایه شبکه است. این مشکل با این واقعیت تشدید می شود که کوتاه ترین مسیر همیشه بهترین نیست. معمولاً معیار انتخاب مسیر، زمان انتقال داده در این مسیر است. این بستگی به پهنای باند کانال های ارتباطی و شدت برنامه دارد که می تواند در طول زمان تغییر کند. برخی از الگوریتم های مسیریابی سعی می کنند خود را با تغییرات بار تطبیق دهند، در حالی که برخی دیگر بر اساس میانگین های بلندمدت تصمیم می گیرند. انتخاب مسیر ممکن است بر اساس معیارهای دیگری مانند قابلیت اطمینان انتقال نیز باشد.

به طور کلی، عملکردهای لایه شبکه گسترده تر از عملکردهای پیام رسانی از طریق پیوندهایی با ساختار غیر استاندارد است که اکنون با استفاده از مثال ترکیب چندین شبکه محلی در نظر گرفته ایم. لایه شبکه همچنین مشکلات مذاکره فناوری های مختلف، ساده سازی آدرس دهی در شبکه های بزرگ و ایجاد موانع قابل اعتماد و انعطاف پذیر برای ترافیک ناخواسته بین شبکه ها را حل می کند.

پیام های لایه شبکه نامیده می شوند بسته ها (بسته ها). هنگام سازماندهی تحویل بسته ها در سطح شبکه، از مفهوم "شماره شبکه" استفاده می شود. در این حالت، آدرس گیرنده شامل قسمت بالایی - شماره شبکه و قسمت پایینی - شماره گره در این شبکه است. همه گره‌ها در یک شبکه باید قسمت بالایی یک آدرس داشته باشند، بنابراین اصطلاح «شبکه» در سطح شبکه را می‌توان تعریف رسمی‌تر دیگری ارائه داد: شبکه مجموعه‌ای از گره‌هایی است که آدرس شبکه آن دارای شماره شبکه یکسانی است. .

لایه شبکه دو نوع پروتکل را تعریف می کند. نوع اول - پروتکل های شبکه (پروتکل های روت شده) - حمل و نقل بسته ها از طریق شبکه را اجرا کنید. این پروتکل ها هستند که معمولاً هنگام صحبت در مورد پروتکل های لایه شبکه به آنها اشاره می شود. با این حال، نوع دیگری از پروتکل اغلب به عنوان لایه شبکه نامیده می شود که پروتکل های تبادل اطلاعات مسیریابی یا به سادگی نامیده می شود. پروتکل های مسیریابی (مسیریابی پروتکل ها). روترها از این پروتکل ها برای جمع آوری اطلاعات در مورد توپولوژی اتصالات استفاده می کنند. پروتکل های لایه شبکه توسط ماژول های نرم افزاری سیستم عامل و همچنین نرم افزار و سخت افزار روترها پیاده سازی می شوند.

نوع دیگری از پروتکل در لایه شبکه عمل می کند و مسئول نگاشت آدرس میزبان مورد استفاده در لایه شبکه به آدرس شبکه محلی است. چنین پروتکل هایی اغلب نامیده می شوند پروتکل های حل آدرس -پروتکل حل آدرس، ARP. گاهی اوقات آنها را نه به لایه شبکه، بلکه به لایه کانال ارجاع می دهند، اگرچه ظرافت های طبقه بندی ماهیت آنها را تغییر نمی دهد.

نمونه هایی از پروتکل های لایه شبکه عبارتند از پروتکل IP Internetworking پشته TCP/IP و IPX Packet Internetworking Protocol از پشته Novell.

لایه حمل و نقل

در راه از فرستنده به گیرنده، بسته ها ممکن است خراب یا گم شوند. اگرچه برخی از برنامه‌ها امکانات مدیریت خطای خاص خود را دارند، اما برنامه‌هایی وجود دارند که ترجیح می‌دهند فوراً با یک اتصال قابل اعتماد مقابله کنند. . لایه حمل و نقل (لایه حمل و نقل) برنامه ها یا سطوح بالای پشته - برنامه و جلسه - انتقال داده را با درجه ای از قابلیت اطمینان مورد نیاز ارائه می دهد. مدل OSI پنج کلاس از خدمات ارائه شده توسط لایه انتقال را تعریف می کند. این نوع خدمات در کیفیت خدمات ارائه شده متفاوت است: فوریت، توانایی بازیابی ارتباطات قطع شده , در دسترس بودن ابزارهای مالتی پلکس کردن چندین اتصال بین پروتکل های کاربردی مختلف از طریق یک پروتکل حمل و نقل مشترک و مهمتر از همه، توانایی تشخیص و تصحیح خطاهای انتقال، مانند اعوجاج، از دست دادن و تکرار بسته ها.

انتخاب کلاس خدمات لایه حمل و نقل، از یک طرف، با میزان حل شدن وظیفه اطمینان از قابلیت اطمینان توسط خود برنامه ها و پروتکل های سطوح بالاتر از لایه حمل و نقل تعیین می شود، و از طرف دیگر ، این انتخاب بستگی به میزان اطمینان سیستم انتقال داده در شبکه دارد که توسط لایه های واقع در زیر حمل و نقل - شبکه، کانال و فیزیکی ارائه می شود. بنابراین، به عنوان مثال، اگر کیفیت کانال های ارتباطی بسیار بالا باشد و احتمال خطاهایی که توسط پروتکل های سطوح پایین شناسایی نمی شوند کم باشد، منطقی است که از یکی از سرویس های لایه حمل و نقل سبک استفاده کنید که بار سنگینی ندارند. با بررسی های متعدد، دست دادن و سایر روش های بهبود قابلیت اطمینان. اگر وسایل نقلیه لایه پایین در ابتدا بسیار غیرقابل اعتماد هستند، پس توصیه می شود به پیشرفته ترین سرویس لایه حمل و نقل مراجعه کنید که با استفاده از حداکثر ابزار برای شناسایی و حذف خطاها کار می کند - با استفاده از از قبل برقراری یک اتصال منطقی، کنترل تحویل پیام توسط جمع های چک. و بسته های گرد، تنظیم زمان تحویل و غیره.

به عنوان یک قاعده، تمام پروتکل ها، از لایه انتقال و بالاتر، توسط نرم افزار گره های انتهایی شبکه - اجزای سیستم عامل شبکه آنها پیاده سازی می شوند. نمونه هایی از پروتکل های انتقال شامل پروتکل های TCP و UDP پشته TCP/IP و پروتکل SPX پشته Novell است.

پروتکل های چهار لایه پایین در مجموع حمل و نقل شبکه یا زیر سیستم حمل و نقل نامیده می شوند، زیرا آنها به طور کامل مشکل انتقال پیام ها با سطح کیفی معین را در شبکه های ترکیبی با توپولوژی دلخواه و فناوری های مختلف حل می کنند. سه لایه بالای باقی مانده مشکلات ارائه خدمات کاربردی بر اساس زیر سیستم حمل و نقل موجود را حل می کند.

لایه جلسه

لایه جلسه (لایه جلسه) کنترل گفتگو را فراهم می کند: مشخص می کند که کدام یک از طرفین در حال حاضر فعال است، وسیله ای برای همگام سازی فراهم می کند. دومی به شما این امکان را می دهد که پست های بازرسی را در نقل و انتقالات طولانی وارد کنید تا در صورت خرابی بتوانید به آخرین ایست بازرسی برگردید، نه اینکه همه چیز را از نو شروع کنید. در عمل، تعداد کمی از برنامه ها از لایه نشست استفاده می کنند و به ندرت به عنوان پروتکل های جداگانه پیاده سازی می شوند، اگرچه عملکردهای این لایه اغلب با لایه برنامه ترکیب می شوند و در یک پروتکل پیاده سازی می شوند.

سطح نمایندگی

لایه ارائه به شکل ارائه اطلاعات منتقل شده از طریق شبکه بدون تغییر محتوای آن می پردازد. با توجه به لایه ارائه، اطلاعات منتقل شده توسط لایه کاربردی یک سیستم همیشه توسط لایه کاربردی یک سیستم دیگر قابل درک است. با کمک این لایه، پروتکل های لایه کاربردی می توانند بر تفاوت های نحوی در نمایش داده ها یا تفاوت در کدهای کاراکتر مانند کدهای ASCII و EBCDIC غلبه کنند. در این سطح، رمزگذاری و رمزگشایی داده ها قابل انجام است، که به لطف آن، محرمانه بودن تبادل داده ها بلافاصله برای تمام خدمات برنامه تضمین می شود. نمونه ای از چنین پروتکلی، پروتکل لایه سوکت امن (SSL) است که پیام های امنی را برای پروتکل های لایه کاربردی پشته TCP/IP فراهم می کند.

سطح کاربردی

لایه Application در واقع فقط مجموعه ای از پروتکل های مختلف است که توسط آن کاربران شبکه به منابع مشترک مانند فایل ها، چاپگرها یا صفحات وب ابرمتن دسترسی پیدا می کنند و کارهای مشترک خود را سازماندهی می کنند، برای مثال با استفاده از پروتکل الکترونیکی. معمولاً واحد داده ای که لایه برنامه روی آن کار می کند نامیده می شود پیام (پیام).

طیف گسترده ای از خدمات لایه کاربردی وجود دارد. در اینجا فقط چند نمونه از رایج ترین پیاده سازی سرویس های فایل آورده شده است: NCP در سیستم عامل Novell NetWare، SMB در Microsoft Windows NT، NFS، FTP و TFTP در پشته TCP/IP.

لایه های وابسته به شبکه و مستقل از شبکه

توابع تمام لایه های مدل OSI را می توان به یکی از دو گروه طبقه بندی کرد:

یا به توابعی که به پیاده سازی فنی خاص شبکه بستگی دارد، یا به عملکردهایی که جهت کار با برنامه ها هستند.

سه لایه پایین - فیزیکی، کانال و شبکه - وابسته به شبکه هستند، یعنی پروتکل های این لایه ها ارتباط نزدیکی با پیاده سازی فنی شبکه و تجهیزات ارتباطی مورد استفاده دارند. به عنوان مثال، انتقال به تجهیزات FDDI به معنای تغییر کامل در پروتکل های لایه های فیزیکی و پیوند در تمام گره های شبکه است.

سه سطح برتر - اپلیکیشن، نماینده و جلسه - برنامه محور هستند و چندان به ویژگی های فنی ساخت شبکه وابسته نیستند. پروتکل های این لایه ها تحت تأثیر هیچ تغییری در توپولوژی شبکه، جایگزینی تجهیزات یا انتقال به فناوری شبکه دیگر قرار نمی گیرند. بنابراین، انتقال از اترنت به فناوری پرسرعت lOOVG-AnyLAN نیازی به هیچ تغییری در نرم افزاری که عملکرد لایه های برنامه، ارائه و جلسه را اجرا می کند، نخواهد داشت.

لایه انتقال متوسط ​​است، تمام جزئیات عملکرد لایه های پایین را از لایه های بالایی پنهان می کند. این به شما امکان می دهد برنامه هایی را توسعه دهید که به ابزار فنی انتقال مستقیم پیام وابسته نیستند.

روی انجیر شکل 1.28 لایه های مدل OSI را نشان می دهد , که عناصر مختلف شبکه بر روی آن کار می کنند. کامپیوتری که یک سیستم عامل شبکه روی آن نصب شده است با رایانه دیگری با استفاده از پروتکل های هر هفت سطح تعامل دارد.رایانه ها این تعامل را به طور غیر مستقیم از طریق وسایل ارتباطی مختلف انجام می دهند: هاب ها، مودم ها، پل ها، سوئیچ ها، روترها، مالتی پلکسرها. بسته به نوع، یک دستگاه ارتباطی می‌تواند فقط در لایه فیزیکی (تکرارکننده)، یا در فیزیکی و کانال (پل)، یا در فیزیکی، کانال و شبکه کار کند و گاهی اوقات لایه انتقال (روتر) را بگیرد.

روی انجیر 1.29 مطابقت عملکرد دستگاه های ارتباطی مختلف با سطوح مدل OSI را نشان می دهد .

مدل OSI اگرچه بسیار مهم است، اما تنها یکی از بسیاری از مدل های ارتباطی است. این مدل‌ها و پشته‌های پروتکل مرتبط با آن‌ها ممکن است در تعداد لایه‌ها، عملکرد آنها، قالب‌های پیام، سرویس‌های پشتیبانی شده در لایه‌های بالایی و سایر پارامترها متفاوت باشند.

فقط به این دلیل که یک پروتکل توافقی است بین دو موجودیت متقابل، در این مورد دو رایانه که روی یک شبکه کار می کنند، لزوماً استاندارد بودن آن را دنبال نمی کند. اما در عمل هنگام پیاده سازی شبکه ها معمولا استفاده می کنند پروتکل های استاندارد. می تواند مارک، ملی یا استانداردهای بین المللی.

در اوایل دهه 1980، تعدادی از سازمان های استاندارد بین المللی - ISO، ITU-T و برخی دیگر - مدلی را توسعه دادند که نقش مهمی در توسعه شبکه ها داشت. این مدل را مدل ISO/OSI می نامند.

مدل تعامل سیستم های باز (اتصال سیستم باز، OSI) سطوح مختلف تعامل بین سیستم ها را در تعریف می کند شبکه های سوئیچ بسته، نام های استاندارد را به آنها می دهد و مشخص می کند که هر سطح چه عملکردی را باید انجام دهد.

مدل OSI بر اساس تجربیات زیادی که در ایجاد شبکه های کامپیوتری، عمدتاً جهانی، در دهه 70 به دست آمد، توسعه یافت. شرح کامل این مدل بیش از 1000 صفحه متن را می طلبد.

در مدل OSI (شکل 11.6)، ابزارهای تعامل به هفت سطح تقسیم می شوند: کاربرد، نماینده، جلسه، حمل و نقل، شبکه، پیوند، و فیزیکی. هر لایه با جنبه خاصی از تعامل دستگاه های شبکه سروکار دارد.

برنج. 11.6.

مدل OSI فقط تعاملات سیستمی پیاده سازی شده توسط سیستم عامل را توصیف می کند. ابزارهای کمکی سیستمو سخت افزار این مدل قابلیت همکاری برنامه های کاربردی کاربر نهایی را شامل نمی شود. برنامه ها با دسترسی به ابزارهای سیستم، پروتکل های تعامل خود را پیاده سازی می کنند. بنابراین، لازم است بین سطح تعامل بین برنامه ها و سطح کاربردی.

همچنین باید در نظر داشت که برنامه ممکن است عملکرد برخی از لایه های بالایی مدل OSI را بر عهده بگیرد. به عنوان مثال، برخی از DBMS دارای ابزارهای داخلی هستند دسترسی از راه دوربه فایل ها در این حالت ، 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 به ابزارهای سیستم مسئول دسترسی پیدا می کند حمل و نقلپیام های روی شبکه که در سطوح پایین مدل OSI قرار دارند.

بنابراین، اجازه دهید برنامه درخواستی به لایه برنامه، مانند یک سرویس فایل، ارسال کند. بر اساس این درخواست، نرم افزار لایه کاربردی پیامی را در قالب استاندارد تولید می کند. یک پیام معمولی از یک هدر و یک فیلد داده تشکیل شده است. هدر حاوی اطلاعات سرویس است که باید از طریق شبکه به لایه کاربردی ماشین مقصد منتقل شود تا به آن بگوید چه کاری باید انجام شود. در مورد ما، هدر باید آشکارا حاوی اطلاعاتی در مورد مکان فایل و نوع عملیاتی باشد که باید انجام شود. فیلد داده پیام می‌تواند خالی باشد یا حاوی برخی داده‌ها باشد، مانند آنچه باید روی یک کنترل از راه دور نوشته شود. 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 یک پیام سطح کاربردیآن را به پشته می فرستد سطح نمایندگی. پروتکل سطح نمایندگیبر اساس اطلاعات دریافتی از هدر سطح برنامه، اقدامات مورد نیاز را انجام می دهد و اطلاعات سرویس خود را به پیام - هدر اضافه می کند. سطح نمایندگی، که حاوی دستورالعمل های پروتکل است سطح نمایندگیماشین مقصد پیام حاصل ارسال می شود سطح جلسه، که به نوبه خود هدر خود را اضافه می کند و غیره (برخی از پروتکل ها اطلاعات سرویس را نه تنها در ابتدای پیام به صورت هدر، بلکه در انتهای پیام به صورت اصطلاحاً "تریلر" قرار می دهند.) در نهایت، پیام به پایین می رسد، لایه فیزیکی، که در واقع آن را از طریق خطوط ارتباطی به ماشین مقصد منتقل می کند. در این لحظه، پیام با سرفصل های همه سطوح "بیش از حد رشد" شده است (

به منظور سهولت در درک عملکرد کلیه دستگاه های شبکه ذکر شده در مقاله دستگاه های شبکه، در رابطه با لایه های مدل مرجع شبکه OSI، نقشه های شماتیک را با چند نظر انجام داده ام.

ابتدا، اجازه دهید لایه‌های مدل شبکه مرجع OSI و کپسوله‌سازی داده‌ها را یادآوری کنیم.

نحوه انتقال داده ها بین دو رایانه متصل را مشاهده کنید. در عین حال، من عملکرد کارت شبکه را در رایانه ها برجسته می کنم، زیرا. این او است که یک دستگاه شبکه است و یک کامپیوتر، در اصل، نیست. (همه تصاویر قابل کلیک هستند - برای بزرگنمایی روی تصویر کلیک کنید.)

یک برنامه در PC1 داده ها را به برنامه دیگری در PC2 دیگر ارسال می کند. با شروع از لایه بالایی (لایه برنامه)، داده ها به کارت شبکه به لایه پیوند ارسال می شود. روی آن، کارت شبکه فریم ها را به بیت تبدیل می کند و آن را به رسانه فیزیکی (مثلاً یک کابل جفت پیچ خورده) می فرستد. سیگنالی در طرف دیگر کابل می رسد و کارت شبکه PC2 این سیگنال ها را دریافت می کند و آنها را به بیت ها می شناسد و از آنها فریم هایی را تشکیل می دهد. داده ها (که در فریم ها موجود است) به لایه بالایی کپسول می شوند و وقتی به لایه برنامه رسید، برنامه مناسب در PC2 آن را دریافت می کند.

تکرار کننده. متمرکز کننده

تکرار کننده و هاب در یک لایه کار می کنند، بنابراین در مورد مدل شبکه OSI به یک شکل نشان داده می شوند. برای راحتی نمایش دستگاه‌های شبکه، آنها را بین رایانه‌هایمان نمایش می‌دهیم.

دستگاه های تکرار کننده و هاب سطح اول (فیزیکی). آنها سیگنال را دریافت می کنند، آن را می شناسند و سیگنال را به تمام پورت های فعال ارسال می کنند.

پل شبکه تعویض.

پل شبکه و سوئیچ نیز در یک سطح (کانال) کار می کنند و به ترتیب به یک شکل به تصویر کشیده می شوند.

هر دو دستگاه در حال حاضر سطح دوم هستند، بنابراین علاوه بر تشخیص سیگنال (مانند متمرکز کننده‌های سطح اول)، آن را (سیگنال) را در فریم‌ها کپسوله می‌کنند. در سطح دوم، جمع کنترلی تریلر (تریلر) قاب مقایسه می شود. سپس آدرس MAC گیرنده از هدر فریم آموخته شده و وجود آن در جدول سوئیچ شده بررسی می شود. اگر آدرس موجود باشد، قاب دوباره به بیت ها کپسوله می شود و (از قبل به شکل سیگنال) به پورت مناسب ارسال می شود. اگر آدرس پیدا نشد، فرآیند جستجوی این آدرس در شبکه های متصل انجام می شود.

روتر.

همانطور که می بینید، روتر (یا روتر) یک دستگاه لایه 3 است. نحوه عملکرد روتر تقریباً به این صورت است: سیگنالی روی پورت دریافت می شود و روتر آن را تشخیص می دهد. سیگنال شناسایی شده (بیت ها) فریم ها (فریم ها) را تشکیل می دهند. جمع کنترل موجود در تریلر و آدرس MAC گیرنده تأیید می شود. اگر همه بررسی ها با موفقیت انجام شود، فریم ها یک بسته را تشکیل می دهند. در سطح سوم، روتر هدر بسته را بررسی می کند. این شامل آدرس IP مقصد (گیرنده) است. روتر بر اساس آدرس IP و جدول مسیریابی خود، بهترین مسیر را برای بسته ها برای رسیدن به مقصد انتخاب می کند. روتر با انتخاب یک مسیر، بسته را در فریم ها و سپس به بیت ها کپسوله می کند و آنها را به عنوان سیگنال به پورت مناسب (انتخاب شده در جدول مسیریابی) می فرستد.

نتیجه

در پایان، من تمام دستگاه ها را در یک تصویر ترکیب کردم.

اکنون دانش کافی برای تعیین اینکه کدام دستگاه ها و چگونه کار می کنند دارید. اگر هنوز سؤالی دارید، آنها را از من بپرسید و در آینده نزدیک مطمئناً من یا شما یا سایر کاربران کمک خواهیم کرد.

مدل شبکه OSI(انگلیسی) باز کن سیستم های اتصال متقابل پایه ای ارجاع مدل- مدل مرجع اصلی تعامل سیستم های باز) - مدل شبکه پشته پروتکل شبکه OSI / ISO.

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

سطوح مدل osi

در ادبیات، معمولاً شروع به توصیف لایه‌های مدل OSI از لایه هفتم به نام لایه برنامه است که در آن برنامه‌های کاربر به شبکه دسترسی پیدا می‌کنند. مدل OSI با لایه اول - فیزیکی به پایان می رسد 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 پروتکل‌های لایه خود یا با پروتکل‌هایی در بالا و/یا زیر لایه خود تعامل داشته باشد. تعاملات با پروتکل ها در سطح خود را افقی و آنهایی که سطح یک بالاتر یا پایین تر دارند عمودی نامیده می شوند. هر پروتکلی از مدل OSI فقط می تواند توابع 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 درجه معینی از قرارداد، عملوند خاص 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 شوند. هر قطعه داده ای که به طور منطقی برای انتقال ترکیب شود - یک قاب، یک بسته، یک دیتاگرام - یک پیام در نظر گرفته می شود. این پیام ها به شکل کلی هستند که عملگرهای جلسه، ارائه و سطوح برنامه هستند.

فناوری‌های شبکه زیربنایی شامل لایه‌های فیزیکی و پیوند هستند.

سطح کاربردی

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

به برنامه ها 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؛

برنامه ها را با اطلاعات خطا ارائه می دهد.

درخواست هایی را برای لایه ارائه ایجاد می کند.

پروتکل های لایه کاربردی: RDP HTTP (پروتکل انتقال ابرمتن)، SMTP (پروتکل انتقال ایمیل ساده)، SNMP (پروتکل مدیریت شبکه ساده)، POP3 (پروتکل پست دفتر نسخه 3)، FTP (پروتکل انتقال فایل)، XMPP، OSCAR، Modbus، SIP، TELNET و دیگران.

سطح اجرایی

لایه ارائه (لایه ارائه؛ eng. ارائه لایه) تبدیل پروتکل و رمزگذاری/رمزگشایی داده ها را فراهم می کند. درخواست های برنامه دریافتی از لایه برنامه به فرمتی 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 داده‌ها و همچنین هدایت مجدد درخواست‌ها به منبع شبکه دیگری در صورتی که نمی‌توانند به صورت محلی پردازش شوند، قابل انجام است.

لایه ارائه معمولا یک پروتکل میانی برای تبدیل اطلاعات از لایه های مجاور است. این اجازه می دهد تا ارتباط بین برنامه های کاربردی در سیستم های کامپیوتری غیر مشابه به روشی شفاف برای برنامه ها برقرار شود. 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 فرمت 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 سازماندهی داده ها را در حین انتقال آن فراهم می کند.

برای درک اینکه چگونه این کار می کند، تصور کنید که دو سیستم وجود دارد. یکی از کد تبادل اطلاعات باینری توسعه یافته EBCDIC، مانند پردازنده مرکزی IBM، و دیگری از کد تبادل اطلاعات استاندارد آمریکا (ASCII) استفاده می کند (که توسط اکثر سازندگان رایانه استفاده می شود). اگر این دو سیستم نیاز به تبادل اطلاعات داشته باشند، یک لایه ارائه برای انجام تبدیل و ترجمه بین دو فرمت مختلف مورد نیاز است.

یکی دیگر از عملکردهایی که در لایه ارائه انجام می شود، رمزگذاری داده ها است که در مواردی که لازم است از اطلاعات ارسالی در برابر دریافت توسط گیرندگان غیرمجاز محافظت شود، استفاده می شود. برای انجام این کار، فرآیندها و کد در سطح view باید تبدیل داده را انجام دهند.

استانداردهای سطح ارائه نیز نحوه ارائه گرافیک را تعریف می کنند. برای این منظور می توان از فرمت PICT، یک فرمت تصویری که برای انتقال گرافیک QuickDraw بین برنامه ها استفاده می شود، استفاده کرد. فرمت دیگر نمایش، فرمت فایل تصویری TIFF است که معمولاً برای تصاویر بیت مپ با وضوح بالا استفاده می شود. استاندارد لایه ارائه بعدی که می تواند برای گرافیک استفاده شود، استاندارد JPEG است.

گروه دیگری از استانداردهای سطح ارائه وجود دارد که ارائه صدا و فیلم را تعریف می کند. این شامل رابط ابزار الکترونیکی موسیقی (MIDI) برای نمایش دیجیتالی موسیقی است که توسط گروه متخصصان تصاویر متحرک با استاندارد MPEG توسعه یافته است.

پروتکل های ارائه: AFP - Apple Filing Protocol، ICA - Independent Computing Architecture، LPP - Lightweight Presentation Protocol، NCP - NetWare Core Protocol، NDR - Network Representation، XDR - External Data Representation، X.25 PAD - Packet Assemblertocol.

لایه جلسه

لایه جلسه جلسه لایه) مدل حفظ یک جلسه ارتباطی را تضمین 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 و نگهداری جلسه در طول دوره های عدم فعالیت برنامه را مدیریت می کند.

پروتکل های جلسه: ADSP، ASP، H.245، ISO-SP (پروتکل لایه جلسه OSI (X.225، ISO 8327))، iSNS، L2F، L2TP، NetBIOS، PAP (پروتکل احراز هویت رمز عبور)، PPTP، RPC، RTCP، SMPP، SCP (پروتکل کنترل جلسه)، ZIP (پروتکل اطلاعات منطقه)، SDP (پروتکل مستقیم سوکت ها)..

لایه حمل و نقل

لایه انتقال حمل و نقل لایه) مدل برای اطمینان از انتقال مطمئن داده ها از فرستنده به گیرنده طراحی شده است. در عین حال، سطح قابلیت اطمینان می تواند در محدوده وسیعی 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)، تا پروتکل هایی که اطمینان می دهند که بسته های داده های متعدد به ترتیب صحیح به مقصد تحویل می شوند. جریان ها، مکانیزم کنترل جریان داده ها را فراهم می کند و اعتبار داده های دریافتی را تضمین می کند. به عنوان مثال، UDP محدود به کنترل یکپارچگی داده در یک دیتاگرام است و احتمال از دست دادن یک بسته کامل یا تکثیر بسته‌ها، مختل کردن نظم دریافت بسته‌های داده را رد نمی‌کند؛ TCP انتقال مداوم داده قابل اعتماد را فراهم می‌کند که از دست دادن داده یا نقض داده‌ها را حذف می‌کند. ترتیب ورود یا تکثیر آنها، می تواند داده ها را دوباره توزیع کند، بخش هایی از داده ها را به قطعات تقسیم کند و بالعکس، قطعات را در یک بسته بچسباند.

پروتکل های لایه انتقال: ATP، CUDP، DCCP، FCP، IL، NBF، NCP، RTP، SCTP، SPX، SST، TCP (پروتکل کنترل انتقال)، UDP (پروتکل دیتاگرام کاربر).

لایه شبکه

لایه شبکه شبکه لایه) مدل ها برای تعیین نحوه انتقال داده ها طراحی شده اند. مسئول ترجمه آدرس ها و نام های منطقی به آدرس های فیزیکی، تعیین کوتاه ترین مسیرها، سوئیچینگ و مسیریابی، ردیابی مشکلات و "ازدحام" در شبکه است.

پروتکل های لایه شبکه داده ها را از یک منبع به یک مقصد هدایت می کنند. دستگاه هایی (روترها) که در این سطح کار می کنند، به طور مشروط 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، X.25، CLNP (پروتکل شبکه بدون اتصال)، IPsec (امنیت پروتکل اینترنت). پروتکل های مسیریابی - RIP، OSPF.

لایه پیوند

لایه پیوند داده ها ارتباط دادن لایه) برای اطمینان از تعامل شبکه ها در لایه فیزیکی و کنترل خطاهایی که ممکن است رخ دهد طراحی شده است. داده‌های دریافتی از لایه فیزیکی را که در بیت‌ها نشان داده شده‌اند در فریم‌هایی بسته‌بندی می‌کند، آن‌ها را از نظر یکپارچگی بررسی می‌کند و در صورت لزوم، خطاها را تصحیح می‌کند (یک درخواست مکرر برای فریم آسیب‌دیده ایجاد می‌کند) و آن را به لایه شبکه ارسال می‌کند. 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 زیرلایه تقسیم می کند: رسانه ها دسترسی داشته باشید کنترل) دسترسی به یک محیط فیزیکی مشترک، LLC را کنترل می کند. کنترل لینک منطقی) سرویس لایه شبکه را ارائه می دهد.

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

پروتکل های لایه پیوند - ARCnet، ATMEthernet، سوئیچینگ حفاظت خودکار اترنت (EAPS)، IEEE 802.2، IEEE 802.11 LAN بی سیم، LocalTalk، (MPLS)، پروتکل نقطه به نقطه (PPP)، پروتکل نقطه به نقطه از طریق اترنت (PPPo) )،StarLan، حلقه توکن، تشخیص پیوند یک طرفه (UDLD)، x.25.

لایه فیزیکی

لایه فیزیکی فیزیکی لایه) - سطح پایین 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. آنها سیگنال های الکتریکی یا نوری را به کابل یا هوای رادیویی منتقل می کنند و بر این اساس آنها را دریافت می کنند و مطابق با روش های رمزگذاری سیگنال های دیجیتال آنها را به بیت های داده تبدیل می کنند.

هاب ها، 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 یک پورت سریال انجام می شود. لایه فیزیکی به رابط های فیزیکی، الکتریکی و مکانیکی بین دو سیستم اشاره دارد. لایه فیزیکی انواع رسانه های انتقال داده را فیبر، جفت پیچ خورده، کابل کواکسیال، پیوند داده ماهواره ای و غیره تعریف می کند. انواع استاندارد رابط های شبکه مربوط به لایه فیزیکی عبارتند از: V.35، RS-232، RS-485، کانکتورهای RJ-11، RJ-45، AUI و BNC.

پروتکل های لایه فیزیکی: IEEE 802.15 (بلوتوث)، IRDA، EIARS-232، EIA-422، EIA-423، RS-449، RS-485، DSL، ISDN، SONET/SDH، 802.11Wi-Fi، Etherloop، رابط رادیویی GSMUm ,ITU و ITU-T,TransferJet,ARINC 818,G.hn/G.9960.

خانواده TCP/IP

خانواده TCP / IP دارای سه پروتکل حمل و نقل است: TCP، کاملاً مطابق با OSI، تأیید دریافت داده ها، UDP، مربوط به لایه انتقال تنها با حضور یک پورت، ارائه تبادل دیتاگرام بین برنامه ها، عدم تضمین دریافت داده ها. و SCTP که برای رفع برخی از کاستی های TCP توسعه یافته است و برخی ویژگی های جدید را اضافه می کند. (حدود دویست پروتکل دیگر در خانواده TCP/IP وجود دارد که شناخته شده ترین آنها پروتکل سرویس ICMP است که به صورت داخلی برای اطمینان از عملکرد استفاده می شود؛ بقیه نیز پروتکل های انتقال نیستند.)

خانواده IPX/SPX

در خانواده IPX/SPX، پورت‌ها (به نام سوکت یا سوکت) در پروتکل لایه شبکه IPX ظاهر می‌شوند و امکان تبادل دیتاگرام بین برنامه‌ها را فراهم می‌کنند (سیستم عامل برخی از سوکت‌ها را برای خود ذخیره می‌کند). پروتکل SPX، به نوبه خود، IPX را با تمام قابلیت های لایه انتقال دیگر در انطباق کامل با OSI تکمیل می کند.

برای آدرس میزبان، IPX از یک شناسه تشکیل شده از یک شماره شبکه چهار بایتی (تخصیص داده شده توسط روترها) و آدرس MAC آداپتور شبکه استفاده می کند.

مدل TCP/IP (5 لایه)

سطح برنامه (5) (لایه کاربردی)یا لایه برنامه خدماتی را ارائه می دهد که به طور مستقیم از برنامه های کاربردی کاربر پشتیبانی می کند، مانند نرم افزار انتقال فایل، دسترسی به پایگاه داده، ایمیل، سرویس ثبت سرور. این سطح بر تمام سطوح دیگر حاکم است. به عنوان مثال، اگر کاربر با صفحات گسترده اکسل کار کند و تصمیم بگیرد یک فایل کاری را در فهرست خود در سرور فایل شبکه ذخیره کند، لایه برنامه تضمین می کند که فایل از رایانه کاری به درایو شبکه به طور شفاف به کاربر منتقل می شود.

لایه حمل و نقل (4) (لایه حمل و نقل)تحویل بسته ها را بدون خطا و تلفات و همچنین به ترتیب دلخواه تضمین می کند. همچنین بلوک های داده ارسال شده را به بسته ها تجزیه می کند و داده های دریافتی را از بسته ها بازیابی می کند. بسته ها را می توان با یا بدون اتصال (کانال مجازی) تحویل داد. لایه انتقال مرز و پیوند بین سه لایه بالایی است که بسیار ویژه برنامه هستند و سه لایه پایینی که بسیار خاص شبکه هستند.

لایه شبکه (3) (لایه شبکه)مسئول آدرس دهی بسته ها و ترجمه نام های منطقی (آدرس های منطقی، مانند آدرس های IP یا آدرس های IPX) به (و بالعکس) آدرس های MAC شبکه فیزیکی است. در همین سطح، مشکل انتخاب مسیر (مسیری) که بسته در طول آن به مقصد تحویل می شود (در صورت وجود چندین مسیر در شبکه) حل می شود. در سطح شبکه، دستگاه های شبکه میانی پیچیده مانند روترها کار می کنند.

لایه کانال (2) یا لایه پیوند دادهوظیفه تشکیل بسته ها (فریم ها) از نوع استاندارد برای این شبکه (اترنت، Token-Ring، FDDI) شامل فیلدهای کنترل اولیه و نهایی را بر عهده دارد. کنترل دسترسی شبکه نیز در اینجا انجام می شود، خطاهای انتقال با محاسبه جمع های چک شناسایی می شوند و بسته های اشتباه دوباره به گیرنده ارسال می شوند. لایه پیوند به دو زیر لایه تقسیم می شود: LLC بالایی و MAC پایینی. دستگاه های شبکه میانی، مانند سوئیچ ها، در لایه پیوند کار می کنند.

لایه فیزیکی (1) (لایه فیزیکی)- این پایین ترین سطح مدل است که وظیفه رمزگذاری اطلاعات ارسالی به سطوح سیگنال پذیرفته شده در رسانه انتقال مورد استفاده و رمزگشایی معکوس را بر عهده دارد. همچنین الزامات اتصالات، کانکتورها، تطابق الکتریکی، زمین، حفاظت در برابر تداخل و غیره را تعریف می کند. در لایه فیزیکی، دستگاه های شبکه مانند فرستنده گیرنده، تکرار کننده ها و هاب های تکرار کننده کار می کنند.

مدل شبکه OSI(مدل مرجع پایه تعامل سیستم‌های باز، eng. Open Systems Interconnection Basic Reference Model) - یک مدل شبکه انتزاعی برای ارتباطات و توسعه پروتکل‌های شبکه.

این مدل از 7 سطح تشکیل شده است که یکی بالای دیگری قرار گرفته اند. لایه ها از طریق رابط ها با یکدیگر (عمودی) تعامل دارند و می توانند با یک لایه موازی از یک سیستم دیگر (به صورت افقی) از طریق پروتکل ها تعامل داشته باشند. هر سطح می تواند فقط با همسایگان خود تعامل داشته باشد و عملکردهایی را که فقط به آن اختصاص داده شده است انجام دهد. با وجود مدل های دیگر، امروزه اکثر سازندگان شبکه محصولات خود را بر اساس این چارچوب طراحی می کنند.

سطوح OSI

هر لایه از مدل OSI مسئول بخشی از پردازش برای آماده سازی داده ها برای انتقال از طریق شبکه است.

طبق مدل OSI، در حین انتقال، داده ها به معنای واقعی کلمه از بالا به پایین از طریق لایه های مدل OSI کامپیوتر فرستنده و از طریق لایه های مدل OSI کامپیوتر گیرنده به بالا حرکت می کنند. در کامپیوتر گیرنده، فرآیند کپسوله‌سازی معکوس انجام می‌شود. بیت ها به لایه فیزیکی مدل OSI کامپیوتر گیرنده می رسند. در فرآیند بالا رفتن از طریق لایه های OSI کامپیوتر گیرنده، داده ها وارد لایه برنامه می شوند.

می بینیم که هر چه سطح بالاتر باشد، درجه انتزاع از انتقال داده به کار با خود داده بالاتر است. این تمام نکته مدل OSI است: هر چه از نردبان آن بالاتر و بالاتر می‌رویم، کمتر و کمتر به نحوه انتقال داده اهمیت می‌دهیم، بیشتر و بیشتر به خود داده‌ها علاقه مند می‌شویم تا به ابزارهای انتقال آن. . ما به عنوان برنامه نویس به لایه های 3، 4 و 5 علاقه مند هستیم. باید از ابزارهایی که آنها ارائه می دهند برای ساخت لایه های 6 و 7 استفاده کنیم که کاربران نهایی بتوانند با آنها کار کنند.

لایه شبکه

لایه شبکه OSI پروتکل های IP (ساختار پروتکل اینترنت IPv4، IPv6)، IPX، IGMP، ICMP، ARP را پیاده سازی می کند.

درک اینکه چرا نیاز به ساخت یک لایه شبکه وجود داشت، چرا شبکه های ساخته شده با کمک پیوند داده و ابزار لایه فیزیکی نمی توانند نیازهای کاربران را برآورده کنند، ضروری است.

همچنین ایجاد یک شبکه پیچیده و ساختاریافته با ادغام فناوری‌های مختلف شبکه پایه با استفاده از لایه پیوند امکان‌پذیر است: برای این کار، می‌توان از انواع پل‌ها و سوئیچ‌ها استفاده کرد. طبیعتاً به طور کلی ترافیک در چنین شبکه ای به صورت تصادفی شکل می گیرد، اما از طرف دیگر با الگوهایی نیز مشخص می شود. به عنوان یک قاعده، در چنین شبکه ای، برخی از کاربرانی که روی یک کار مشترک کار می کنند (به عنوان مثال، کارکنان یک بخش) اغلب درخواست هایی را به یکدیگر یا به یک سرور مشترک می دهند و فقط گاهی اوقات نیاز به دسترسی به منابع رایانه دارند. در بخش دیگر بنابراین، بسته به ترافیک شبکه، رایانه های موجود در شبکه به گروه هایی تقسیم می شوند که به آنها بخش های شبکه می گویند. کامپیوترها در صورتی در یک گروه ترکیب می شوند که بیشتر پیام های آنها به رایانه های همان گروه (خطاب) باشد. تقسیم شبکه به بخش ها می تواند توسط پل ها و سوئیچ ها انجام شود. آنها با عبور نکردن هیچ فریمی در خارج از آن، از ترافیک محلی در داخل یک سگمنت محافظت می کنند، به جز مواردی که خطاب به رایانه های واقع در بخش های دیگر است. بنابراین، یک شبکه به زیر شبکه های جداگانه تقسیم می شود. از این زیرشبکه ها می توان در آینده شبکه های ترکیبی با اندازه های به اندازه کافی بزرگ ساخت.

ایده زیرشبکه سازی اساس ساخت شبکه های ترکیبی است.

شبکه نامیده می شود کامپوزیت(اینترنت یا اینترنت)، اگر بتوان آن را به صورت مجموعه ای از چندین شبکه نمایش داد. شبکه‌هایی که یک شبکه ترکیبی را تشکیل می‌دهند، زیرشبکه‌ها، شبکه‌های سازنده یا به سادگی شبکه‌ها نامیده می‌شوند که هر کدام می‌توانند بر اساس فناوری لایه پیوند خود کار کنند (اگرچه این مورد نیاز نیست).

اما اجرای این ایده با کمک تکرار کننده ها، پل ها و سوئیچ ها دارای محدودیت ها و معایب بسیار قابل توجهی است.

در توپولوژی شبکه ای که با استفاده از تکرار کننده ها و پل ها یا سوئیچ ها ساخته شده است، نباید حلقه ای وجود داشته باشد. در واقع، یک پل یا سوئیچ می تواند مشکل تحویل یک بسته به مقصد را تنها زمانی حل کند که فقط یک مسیر بین فرستنده و گیرنده وجود داشته باشد. اگرچه در همان زمان، وجود لینک‌های اضافی که حلقه‌ها را تشکیل می‌دهند، اغلب برای متعادل‌سازی بار بهتر و همچنین افزایش قابلیت اطمینان شبکه از طریق تشکیل مسیرهای اضافی ضروری است.

بخش‌های شبکه منطقی که بین پل‌ها یا سوئیچ‌ها قرار دارند، به خوبی از یکدیگر جدا شده‌اند. آنها از پخش طوفان مصون نیستند. اگر هر ایستگاهی پیام پخشی ارسال کند، این پیام به تمام ایستگاه های تمام بخش های شبکه منطقی منتقل می شود. مدیر باید به صورت دستی تعداد بسته های پخشی را که یک گره مجاز به تولید در واحد زمان است محدود کند. در اصل، ما به نوعی توانستیم با استفاده از مکانیزم شبکه مجازی (Debian D-Link VLAN Configuration) که در بسیاری از سوئیچ ها پیاده سازی شده است، مشکل طوفان های پخش را از بین ببریم. اما در این حالت، اگرچه ایجاد گروه‌هایی از ایستگاه‌های ایزوله شده توسط ترافیک کاملاً انعطاف‌پذیر است، اما آنها کاملاً ایزوله هستند، یعنی گره‌های یک شبکه مجازی نمی‌توانند با گره‌های شبکه مجازی دیگر تعامل داشته باشند.

در شبکه هایی که بر اساس پل ها و سوئیچ ها ساخته شده اند، حل مشکل کنترل ترافیک بر اساس مقدار داده های موجود در بسته نسبتاً دشوار است. در چنین شبکه هایی این امر تنها با کمک فیلترهای سفارشی امکان پذیر است که مدیر باید با نمایش دودویی محتویات بسته ها مقابله کند.

پیاده‌سازی زیرسیستم حمل و نقل تنها با استفاده از لایه‌های فیزیکی و پیوندی که شامل پل‌ها و سوئیچ‌ها می‌شود، منجر به یک سیستم آدرس دهی تک سطحی و انعطاف‌پذیر ناکافی می‌شود: آدرس MAC به عنوان آدرس ایستگاه گیرنده استفاده می‌شود - آدرسی که به شدت با آداپتور شبکه مرتبط است.

تمام کاستی های پل ها و سوئیچ ها فقط به این واقعیت مربوط می شود که آنها با استفاده از پروتکل های لایه پیوند کار می کنند. مسئله این است که این پروتکل‌ها به صراحت مفهوم یک بخش شبکه (یا زیر شبکه یا بخش) را که می‌تواند هنگام ساختاردهی یک شبکه بزرگ استفاده شود، تعریف نمی‌کنند. بنابراین، توسعه دهندگان فناوری های شبکه تصمیم گرفتند که وظیفه ساخت یک شبکه ترکیبی را به سطح جدیدی - شبکه یک - واگذار کنند.