در چه سطحی از مدل osi کار می کند. مدل OSI آسان است! لایه های وابسته به شبکه و مستقل از شبکه مدل osi هفت سطحی

در این مقاله خواهیم فهمید که مدل شبکه OSI چیست، از چه سطوحی تشکیل شده است و چه عملکردهایی را انجام می دهد. بنابراین، موضوع گفتگو، مدل خاصی از تعامل بین استانداردها است که توالی تبادل داده ها و برنامه ها را تعیین می کند.

مخفف OSI Open Systems Interconnection مخفف Open Systems Interconnection Model می باشد. برای حل مشکل سازگاری سیستم های مختلف، سازمان استاندارد در سال 1983 مرجع مدل OSI را منتشر کرد. این ساختار سیستم های باز، الزامات آنها و تعاملات آنها را توصیف می کند.

سیستم باز سیستمی است که بر اساس مشخصات باز که برای همه در دسترس است و همچنین استانداردهای خاصی را رعایت می کند، تدوین شده است. به عنوان مثال، سیستم عامل ویندوز یک سیستم باز در نظر گرفته می شود زیرا بر اساس مشخصات باز است که عملکرد اینترنت را توصیف می کند، اما کدهای اولیه سیستم بسته است.

مزیت این است که می توان شبکه ای از دستگاه ها را از سازندگان مختلف ساخت، در صورت لزوم، اجزای جداگانه آن را جایگزین کرد. شما به راحتی می توانید چندین شبکه را در یک کل ترکیب کنید.

با توجه به مدل مورد نظر ما، لازم است شبکه های کامپیوتری از هفت سطح تشکیل شده باشند. از آنجایی که مدل پروتکل های تعریف شده توسط استانداردهای فردی را توصیف نمی کند، یک معماری شبکه نیست.

متأسفانه، از نقطه نظر عملی، مدل تعامل سیستم های باز اعمال نمی شود. ویژگی آن در تسلط بر مسائل نظری تعامل شبکه است. به همین دلیل است که این مدل به عنوان یک زبان ساده برای توصیف ساخت انواع شبکه ها استفاده می شود.

سطوح مدلOSI

ساختار اصلی یک سیستم متشکل از 7 سطح است. این سوال پیش می‌آید که هفت مرحله مسئول چیست و چرا مدل به این همه سطوح نیاز دارد؟ همه آنها مسئول مرحله خاصی از فرآیند ارسال پیام شبکه هستند و همچنین حاوی بار معنایی خاصی هستند. مراحل جدا از یکدیگر انجام می شوند و نیازی به کنترل بیشتر از جانب کاربر ندارند. راحت نیست؟

مراحل پایین تر سیستم، از مرحله اول تا سوم، تحویل فیزیکی داده ها را از طریق شبکه مدیریت می کنند که به آنها لایه های رسانه می گویند.

بقیه سطوح به اطمینان از تحویل دقیق داده ها بین رایانه های موجود در شبکه کمک می کند، آنها ماشین های میزبان نامیده می شوند.

برنامه نزدیکترین سطح به کاربر است. تفاوت آن با سایرین این است که به سطوح دیگر خدمات ارائه نمی کند. خدماتی را برای فرآیندهای برنامه که خارج از محدوده مدل هستند، مانند انتقال پایگاه داده، صدا و غیره ارائه می دهد.

این مرحله نسبتاً ساده‌تر از سایرین مرتب شده است، زیرا به غیر از یک و صفر، سیستم اندازه‌گیری دیگری در آن وجود ندارد، این سطح اطلاعات را تجزیه و تحلیل نمی‌کند و به همین دلیل پایین‌ترین سطح است. عمدتاً انتقال اطلاعات را انجام می دهد. پارامتر بار اصلی بیت است.

هدف اصلی لایه فیزیکی نشان دادن صفر و یک به عنوان سیگنال هایی است که از طریق یک رسانه انتقال داده ارسال می شوند.

به عنوان مثال، یک کانال ارتباطی خاص (CS)، یک پیام در حال ارسال، یک فرستنده و بر این اساس، یک گیرنده وجود دارد. CS ویژگی های خاص خود را دارد:

• پهنای باند، بر حسب بیت/ثانیه اندازه گیری می شود، یعنی چه مقدار داده می توانیم در واحد زمان انتقال دهیم.
• تأخیر، چقدر طول می کشد تا پیام به فرستنده به گیرنده برسد.
• تعداد خطاها، اگر خطاها به طور مکرر رخ می دهند، پروتکل ها باید تصحیح خطا را ارائه دهند. و اگر نادر باشد، می توان آنها را در سطوح بالاتر، به عنوان مثال، در سطح حمل و نقل اصلاح کرد.

به عنوان کانالی برای انتقال اطلاعات از موارد زیر استفاده می شود:

• کابل: تلفن، کواکسیال، جفت پیچ خورده، نوری.
• فناوری های بی سیم مانند امواج رادیویی، تابش مادون قرمز.
• ماهواره CS
• به دلیل سرعت کم و تداخل زیاد، از اپتیک های بی سیم یا لیزر به ندرت استفاده می شود.

بسیار نادر است که در کابل های نوری خطا رخ دهد، زیرا تأثیرگذاری بر انتشار نور دشوار است. در کابل های مسی، خطا رخ می دهد، اما به ندرت، و در یک محیط بی سیم، خطاها اغلب رخ می دهد.

ایستگاه بعدی که اطلاعات بازدید می کند گمرک را یادآوری می کند. یعنی آدرس IP از نظر سازگاری با رسانه انتقال مقایسه خواهد شد. همچنین کاستی های سیستم را شناسایی و اصلاح می کند. برای راحتی عملیات بیشتر، بیت ها به فریم - قاب گروه بندی می شوند.

هدف از لایه پیوند، انتقال پیام ها از طریق فریم های CS است.

وظایفلینک اطلاعات

• محل شروع و پایان پیام را در جریان بیت پیدا کنید
• تشخیص و تصحیح خطاها هنگام ارسال اطلاعات
• در آدرس دادن، باید بدانید که اطلاعات را به کدام رایانه ارسال کنید، زیرا در یک محیط مشترک، اساساً چندین رایانه به یکدیگر متصل می شوند.
• دسترسی مداوم به یک محیط مشترک را فراهم کنید تا همزمان، اطلاعات توسط یک کامپیوتر منتقل شود.

خطاها در لایه پیوند داده شناسایی و تصحیح می شوند. اگر تشخیص داده شود، صحت تحویل داده ها بررسی می شود، اگر نادرست باشد، قاب دور ریخته می شود.

تصحیح خطا مستلزم استفاده از کدهای خاصی است که اطلاعات اضافی را به داده های ارسالی اضافه می کند.

ارسال مجدد داده ها، در ارتباط با روش تشخیص خطا استفاده می شود. اگر خطایی در یک فریم تشخیص داده شود، آن را دور انداخته و فرستنده فریم را دوباره ارسال می کند.

شناسایی و رفع اشکال

تمرین کارآمدی روش های زیر را نشان داده است، اگر از یک رسانه قابل اعتماد برای انتقال داده ها (سیمی) استفاده می شود و خطاها به ندرت رخ می دهد، بهتر است آنها را در سطح بالا اصلاح کنید. اگر خطاها به طور مکرر در CS رخ می دهد، خطاها باید بلافاصله در سطح پیوند تصحیح شوند.

عملکردهای این مرحله در رایانه توسط آداپتورهای شبکه و درایورهای مناسب برای آنها انجام می شود. از طریق آنها، و تبادل مستقیم داده ها وجود دارد.

برخی از پروتکل های مورد استفاده در لایه پیوند HDLC با استفاده از توپولوژی گذرگاه و سایرین هستند.

(نETWORK)

مرحله شبیه فرآیند توزیع اطلاعات است. برای مثال، همه کاربران به گروه‌هایی تقسیم می‌شوند و بسته‌های داده بر اساس آدرس‌های IP متشکل از 32 بیت از هم جدا می‌شوند. به لطف کار روترها در این مثال است که تمام تفاوت های شبکه از بین می رود. این به اصطلاح فرآیند مسیریابی منطقی است.

وظیفه اصلی ایجاد شبکه های ترکیبی است که بر اساس فناوری های شبکه با سطوح مختلف پیوند ساخته شده اند: اترنت، MPLS. لایه شبکه "ستون ستون فقرات" اینترنت است.

هدف لایه شبکه

ما می توانیم از طریق اترنت و وای فای اطلاعات را از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر منتقل کنیم، پس چرا به لایه دیگری نیاز داریم؟ فناوری لایه پیوند (CL) دو مشکل دارد، اول اینکه فناوری های CL با یکدیگر متفاوت هستند و دوم اینکه محدودیت مقیاس بندی وجود دارد.

تفاوت در فناوری های لایه پیوند چیست؟

سطح متفاوتی از خدمات ارائه شده، برخی از سطوح، تحویل و ترتیب لازم پیام ها را تضمین می کنند. Wi-Fi فقط تحویل پیام را تضمین می کند، نه.

آدرس دهی متفاوت، بر اساس اندازه، سلسله مراتب. فناوری های شبکه ممکن است از پخش پشتیبانی کنند، به عنوان مثال. امکان ارسال اطلاعات به تمام رایانه های موجود در شبکه وجود دارد.

حداکثر اندازه فریم (MTU) ممکن است متفاوت باشد، به عنوان مثال، در اینترنت 1500، و در Wi-Fi 2300. چگونه می توان چنین تفاوت هایی را در سطح شبکه مورد مذاکره قرار داد؟

شما می توانید نوع متفاوتی از خدمات را ارائه دهید، به عنوان مثال، فریم های Wi-Fi با یک تأیید ارسال دریافت می شوند و در اترنت بدون تأیید ارسال می شوند.

به منظور مذاکره در مورد تفاوت در آدرس دهی، در سطح شبکه، آدرس های سراسری معرفی می شوند که به آدرس های فناوری های خاص (ARP for ) لایه پیوند بستگی ندارند.

Fragmentation برای انتقال داده ها در چندین شبکه که اندازه فریم های متفاوتی دارند استفاده می شود. یک مثال را در نظر بگیرید، کامپیوتر اول از طریق 4 شبکه میانی، که توسط 3 روتر متحد شده اند، داده ها را به دومی منتقل می کند. هر شبکه دارای یک MTU متفاوت است.

کامپیوتر اولین فریم را تشکیل داد و آن را به روتر منتقل کرد، روتر اندازه فریم را تجزیه و تحلیل کرد و متوجه شد که انتقال کامل آن از طریق شبکه 2 غیرممکن است، زیرا mtu2 آن بسیار کوچک است.

روتر داده ها را به 3 قسمت تقسیم می کند و آنها را جداگانه ارسال می کند.

روتر بعدی داده ها را در یک بسته بزرگ ترکیب می کند، اندازه آن را تعیین می کند و آن را با شبکه mtu 3 مقایسه می کند. و می بیند که یک بسته MTU3 نمی تواند به طور کامل منتقل شود (MTU3 بزرگتر از MTU2 است، اما کمتر از MTU1) و روتر آن را تقسیم می کند. بسته به 2 قسمت و ارسال به روتر بعدی.

آخرین روتر بسته را ترکیب می کند و کل بسته را برای گیرنده می فرستد. Fragmentation با تجمع شبکه ها سروکار دارد و از فرستنده و گیرنده پنهان است.

چگونه مشکل مقیاس پذیری در لایه شبکه حل می شود؟

کار نه با آدرس های فردی، مانند سطح پیوند، بلکه با بلوک های آدرس انجام می شود. بسته هایی که مسیر آنها مشخص نیست، به جای بازگرداندن به همه پورت ها، رها می شوند. و یک تفاوت قابل توجه با کانال، امکان چندین اتصال بین دستگاه های سطح شبکه و تمامی این اتصالات فعال خواهد بود.

وظایف لایه شبکه:

• ترکیب شبکه های ساخته شده توسط فناوری های مختلف؛
• ارائه خدمات با کیفیت؛
• مسیریابی، یافتن مسیری از فرستنده اطلاعات به گیرنده، از طریق گره های شبکه میانی.

مسیریابی

به دنبال راهی برای ارسال بسته بین شبکه ها از طریق گره های حمل و نقل - روترها باشید. بیایید به مثالی از مسیریابی نگاه کنیم. این طرح از 5 روتر و دو کامپیوتر تشکیل شده است. چگونه می توان داده ها را از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر منتقل کرد؟

دفعه بعد می توان داده ها را به روش دیگری ارسال کرد.

در صورت خرابی یکی از روترها، هیچ چیز وحشتناکی اتفاق نمی افتد، می توانید راهی برای دور زدن روتر خراب پیدا کنید.

پروتکل های مورد استفاده در این مرحله عبارتند از: IP پروتکل اینترنت; IPX، لازم برای مسیریابی بسته ها در شبکه ها و غیره.

(حمل و نقل)

وظیفه زیر وجود دارد، یک بسته به رایانه ای می رسد که به یک شبکه ترکیبی متصل است، بسیاری از برنامه های شبکه (مرورگر وب، اسکایپ، ایمیل) روی رایانه در حال اجرا هستند، ما باید بفهمیم که کدام برنامه باید این بسته را منتقل کند. تعامل برنامه های کاربردی شبکه توسط لایه انتقال مدیریت می شود.

وظایف لایه حمل و نقل

ارسال داده بین پردازش ها در میزبان های مختلف. با ارائه آدرس دهی، باید بدانید که این یا آن بسته برای کدام فرآیند در نظر گرفته شده است. اطمینان از قابلیت اطمینان انتقال اطلاعات.

مدل تعاملسیستم باز

هاست ها دستگاه هایی هستند که برنامه های کاربر مفید و تجهیزات شبکه مانند سوئیچ ها، روترها در آنها کار می کنند.

یکی از ویژگی های لایه انتقال، تعامل مستقیم یک کامپیوتر با لایه انتقال در رایانه دیگر است، در سطوح دیگر تعامل در امتداد پیوندهای زنجیره انجام می شود.

این لایه یک اتصال انتها به انتها بین دو میزبان تعاملی فراهم می کند. این لایه مستقل از شبکه است، به شما امکان می دهد جزئیات تعامل شبکه را از توسعه دهندگان برنامه پنهان کنید.

برای آدرس دهی در سطح حمل و نقل، از پورت ها استفاده می شود، این اعداد از 1 تا 65535 هستند. پورت ها به این صورت نوشته می شوند: 192.168.1.3:80 (آدرس IP و پورت).

ویژگی های لایه حمل و نقل

بر خلاف شبکه ای که برای انتقال داده استفاده می شود، قابلیت اطمینان بالاتری را ارائه می دهد. از کانال های ارتباطی قابل اعتماد استفاده می شود، خطا در این CS ها به ندرت رخ می دهد، بنابراین، می توان یک شبکه قابل اعتماد ساخت که ارزان باشد و خطاها را می توان به صورت برنامه ریزی شده در هاست اصلاح کرد.

لایه انتقال تحویل داده ها را تضمین می کند، از تاییدیه گیرنده استفاده می کند، در صورت عدم دریافت تایید، حمل و نقل مجددا تاییدیه داده را ارسال می کند. ضمانت پیگیری پیام.

لایه جلسه (جلسه)

جلسه (جلسه) مجموعه ای از تعاملات شبکه با هدف حل یک کار واحد است.

اکنون شبکه‌سازی پیچیده‌تر شده است و مانند گذشته از پرسش و پاسخ ساده تشکیل نمی‌شود. به عنوان مثال، شما یک صفحه وب را بارگذاری می کنید تا در مرورگر نمایش داده شود، ابتدا باید خود متن صفحه وب (.html)، یک فایل سبک (.css) که عناصر طراحی صفحه وب را توصیف می کند، دانلود تصاویر دانلود کنید. بنابراین، برای تکمیل کار بارگذاری یک صفحه وب، چندین عملیات شبکه جداگانه باید اجرا شود.

Session تعیین می کند که انتقال اطلاعات بین 2 فرآیند برنامه چگونه خواهد بود: نیمه دوبلکس (یک به یک انتقال و دریافت داده ها). یا دوبلکس (انتقال و دریافت همزمان اطلاعات).

لایه نمایشی(ارائه)

توابع - برای نمایش داده های ارسال شده بین فرآیندهای برنامه در فرم مورد نیاز.

برای توصیف این سطح، از ترجمه خودکار شبکه از زبان های مختلف استفاده کنید. به عنوان مثال، شما یک شماره تلفن را می گیرید، روسی صحبت می کنید، شبکه به طور خودکار به فرانسوی ترجمه می شود، اطلاعات را به اسپانیا منتقل می کند، جایی که شخصی تلفن را برمی دارد و سؤال شما را به زبان اسپانیایی می شنود. این وظیفه هنوز اجرایی نشده است.

برای محافظت از داده های ارسال شده از طریق شبکه، از رمزگذاری استفاده می شود: لایه سوکت های امن و همچنین امنیت لایه انتقال، این فناوری ها به شما امکان می دهند داده هایی را که از طریق شبکه ارسال می شوند رمزگذاری کنید.

پروتکل‌های لایه برنامه از TSL/SSL استفاده می‌کنند و می‌توانند با s در انتها شناسایی شوند. به عنوان مثال، https، ftps و دیگران. اگر در مرورگر مشاهده کردید که از پروتکل https و یک قفل استفاده می شود، به این معنی است که داده ها از طریق شبکه با استفاده از رمزگذاری محافظت می شوند.

(کاربرد)

برای تعامل بین برنامه های کاربردی شبکه مانند وب، ایمیل، اسکایپ و غیره ضروری است.

در واقع مجموعه ای از مشخصات است که به کاربر اجازه می دهد برای یافتن اطلاعات مورد نیاز خود وارد صفحات شود. به عبارت ساده، وظیفه یک برنامه کاربردی فراهم کردن دسترسی به خدمات شبکه است. محتوای این سطح بسیار متنوع است.

کارکردکاربرد:

• حل مشکلات، ارسال فایل; مدیریت شغل و سیستم؛
• شناسایی کاربران از طریق ورود، آدرس ایمیل، رمز عبور، امضای الکترونیکی.
• درخواست برای ارتباط با سایر فرآیندهای برنامه؛

ویدیو در مورد تمام سطوح مدلOSI

نتیجه

تجزیه و تحلیل مشکلات با استفاده از مدل های شبکه OSI به شما کمک می کند تا به سرعت آنها را پیدا و رفع کنید. جای تعجب نیست که کار بر روی پیش نویس برنامه، قادر به شناسایی کاستی ها، در حالی که دارای یک دستگاه پله پیچیده است، برای مدت طولانی انجام شد. این مدل در واقع یک معیار است. در واقع، در یک زمان، کار با او برای ایجاد پروتکل های دیگر انجام شد. مثلا، . امروزه اغلب از آنها استفاده می شود.

)، IPX، IGMP، ICMP، ARP.

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.

من با تعریف نحوه انجام آن شروع می کنم. مدل OSI یک مدل ایده آل نظری برای انتقال داده ها از طریق شبکه است. این بدان معنی است که در عمل شما هرگز با این مدل مطابقت دقیقی نخواهید داشت، این معیاری است که توسعه دهندگان نرم افزار شبکه و سازندگان تجهیزات شبکه برای حفظ سازگاری 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 به یک نکته ظریف اشاره کنم - آنچه را که در مدل OSI از طریق شبکه منتقل می شود ، داده ها را صدا می زنم ، که کاملاً صحیح نیست ، اما برای اینکه خواننده مبتدی را با شرایط اشتباه نگیریم ، با من سازش کردم. وجدان

در زیر شناخته شده ترین و قابل درک 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. ما جدول را از پایین به بالا می خوانیم (اما چگونه دیگر :)). در واقع، این هوی و هوس من نیست، اما من این کار را برای راحتی جذب اطلاعات انجام می دهم - از ساده تا پیچیده. برو!

در سمت راست جدول بالا، از پایین به بالا، مسیر داده های ارسال شده از طریق شبکه (مثلاً از روتر خانگی شما به کامپیوتر) نشان داده شده است. 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 واضح باشه برای رفع کامل شبهات، نمودار دیگری برای وضوح وجود دارد:

برای ردیابی مسیر داده ها و تغییراتی که با آنها از طریق سطوح رخ می دهد، کافی است تصور کنید که چگونه آنها در امتداد خط آبی در نمودار حرکت می کنند، ابتدا از بالا به پایین از طریق 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" به آن اشاره دارد، یعنی. سیم، کابل نوری، موج رادیویی (در مورد اتصالات بی سیم) و مانند آن. به عنوان مثال، اگر کامپیوتر شما از طریق کابل به اینترنت متصل است، سیم‌ها، کنتاکت‌های انتهای سیم، کنتاکت‌های کانکتور کارت شبکه کامپیوتر شما و همچنین مدارهای الکتریکی داخلی روی بردهای کامپیوتر مسئول هستند. برای کیفیت انتقال داده در سطح اول، فیزیکی. مهندسان شبکه مفهوم "مشکل با فیزیک" را دارند - این بدان معنی است که متخصص 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) - این بسیار جالب تر است. برای درک لایه پیوند، ابتدا باید مفهوم مک آدرس را درک کنیم، زیرا این آدرس شخصیت اصلی در این فصل خواهد بود :). آدرس مک را "آدرس فیزیکی"، "آدرس سخت افزار" نیز می نامند. مجموعه ای از 12 کاراکتر است هگزادسیمالسیستم اعداد تقسیم بر 6 هشت هاخط تیره یا دو نقطه، برای مثال 08:00:27:b4:88:c1. برای شناسایی منحصر به فرد یک دستگاه شبکه در شبکه مورد نیاز است. از لحاظ تئوری، یک آدرس MAC در سطح جهانی منحصر به فرد است، یعنی. چنین آدرسی در هیچ کجای دنیا وجود ندارد و در مرحله تولید به دستگاه شبکه دوخته می شود. با این حال، راه‌های ساده‌ای برای تغییر آن به یک خودسرانه 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 آکروباتیک» در یک شبکه محلی ظاهر شوند، درگیری ها و مشکلات آغاز می شود.

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

3) شبکه(شبکه) - سطح "مقدس" ، درک اصل عملکرد که در بیشتر موارد یک مهندس شبکه را چنین می کند. در اینجا، "آدرس IP" از قبل با مشت آهنین حکومت می کند، اینجا اساس پایه ها است. به دلیل عدم وجود آدرس IP، انتقال داده ها بین رایانه هایی که بخشی از همان شبکه محلی نیستند امکان پذیر می شود. انتقال داده ها بین شبکه های محلی مختلف مسیریابی نامیده می شود و دستگاه هایی که امکان انجام این کار را می دهند روتر نامیده می شوند (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 آدرس را از محدوده 192.168.1.23 می دانند. کاملاً واضح است که 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 عمیق تر نخواهیم شد، زیرا آدرس دهی IP یک موضوع جداگانه برای داستان و نمایش است.

4) لایه حمل و نقل(حمل و نقل) - همانطور که از نام آن پیداست، به طور خاص برای تحویل و ارسال داده ها به مخاطب مورد نیاز است. با تشبیه پستی که رنج طولانی مدت داریم، آدرس IP در واقع آدرس تحویل یا دریافت است و پروتکل حمل و نقل پستچی است که می تواند نامه را بخواند و می داند چگونه نامه را تحویل دهد. پروتکل ها متفاوت هستند، برای اهداف مختلف، اما آنها به یک معنی - تحویل.

سطح حمل و نقل آخرین موردی است که به طور عمده به مهندسان شبکه و مدیران سیستم علاقه دارد. اگر هر 4 سطح پایین تر همانطور که باید کار می کردند، اما داده ها به مقصد خود نرسیدند، باید مشکل را قبلاً در نرم افزار یک رایانه خاص جستجو کنید. پروتکل های به اصطلاح سطوح بالا نگرانی زیادی برای برنامه نویسان و گاهی اوقات مدیران سیستم دارند (مثلاً اگر او درگیر تعمیر و نگهداری سرور باشد). 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 به طور همزمان توسط یک برنامه یا سرویس انجام می شود و نمی توان به صراحت گفت که کجا آن را نسبت می دهیم.

5) جلسه(جلسه) - باز کردن، 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 "کرک" نشود)، می توان از آرشیو بسته بندی کرد .... اما اینجا چیزی که من نوشتم در مورد قبل به وضوح دیده می شود - بسیار دشوار است که سطح نماینده را از کجا به پایان می رساند و بعدی از کجا شروع می شود:

7) اعمال شد(Application (Application)) - همانطور که از نام آن مشخص است سطح برنامه هایی که از داده های دریافتی استفاده می کنند و نتیجه کار تمام سطوح مدل OSI را می بینیم. به عنوان مثال، شما در حال خواندن این متن هستید زیرا آن را با کدگذاری صحیح، با فونت مناسب و غیره باز کرده اید. مرورگر شما.

و اکنون، وقتی 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 مقاله از شما خواستم که به ستون سمت چپ جدول اصلی توجه نکنید. بنابراین، زمان او است! اکنون دوباره تمام لایه‌های مدل OSI را مرور می‌کنیم و می‌بینیم که چگونه بیت‌های ساده (0 و 1) به داده تبدیل می‌شوند. ما همچنین از پایین به بالا خواهیم رفت تا دنباله جذب مواد را نقض نکنیم.

در سطح فیزیکی، 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 منتقل می شوند.

در لایه پیوند داده، به اصطلاح داریم قاببه طور کلی، این بسته ای از بایت ها از 64 تا 1518 در یک بسته است که سوئیچ هدر را می خواند که حاوی آدرس های MAC گیرنده و فرستنده و همچنین اطلاعات فنی است. مشاهده مطابقت های آدرس MAC در هدر و در آن میز تعویض(حافظه)، سوئیچ فریم هایی با چنین مواردی را به دستگاه مقصد ارسال می کند

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

در سطح حمل و نقل، بسته به پروتکل مربوطه خطاب می شود، کد آن در اطلاعات سرویس هدر نشان داده شده است، و برای سرویس به پروتکل های سطح بالا داده می شود، که برای آن از قبل داده های کامل است، یعنی. اطلاعات به شکل قابل هضم و قابل استفاده برای کاربرد.

نمودار زیر این موضوع را واضح تر نشان می دهد:

در عمل، هنگام پیاده‌سازی شبکه‌ها، تمایل دارند از پروتکل‌های استاندارد استفاده کنند که می‌تواند استانداردهای اختصاصی، ملی یا بین‌المللی باشد.

بین سال‌های 1977 و 1984، متخصصان یک مدل معماری شبکه به نام مدل مرجع اتصال سیستم‌های باز (OSI) توسعه دادند. 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. توضیحات کامل این مدل شامل بیش از 1000 صفحه متن است.

اصطلاح "مدل سیستم های باز توصیه شده در تعامل" اغلب در ادبیات تحت نام "مدل ISO" یافت می شود / OSI" با اشاره به سهم ISO در شکل گیری آن. برای برخی از برنامه نویسان حرفه ای شبکه، این مدل یک معماری شبکه ایده آل را نشان می دهد.

مدل ISO/OSI از لایه بندی برای سازماندهی ساختار کلی یک شبکه در ماژول های به خوبی تعریف شده و به هم پیوسته استفاده می کند. در شبکه‌ای که به لایه‌ها تقسیم می‌شود، هر لایه برای انجام عملکرد یا سرویس خاصی از شبکه در رابطه با لایه‌های مجاور اطراف آن عمل می‌کند. هر سطح، همانطور که بود، سطح همسایه را از اطلاعات اضافی که می تواند از سطح پایین تر به بالا نفوذ کند، محافظت می کند. یک سطح به خوبی طراحی شده باید تمام ویژگی های عملکرد خود را از سطح پوشاننده پنهان کند. بر اساس این مفاد، امکان ایجاد شبکه ای متشکل از ماژول های کاربردی با یک رابط کاملاً مشخص وجود دارد.

در مدل ISO / OSI (شکل 22)، ابزارهای تعامل به هفت سطح تقسیم می شوند: کاربرد، نماینده (سطح ارائه)، جلسه، انتقال، شبکه، کانال (سطح اتصال) و فیزیکی. هر لایه با یک جنبه خاص از تعامل دستگاه های شبکه سروکار دارد. این مدل ابزارهای تعامل سیستم اجرا شده توسط سیستم عامل، ابزارهای کمکی سیستم و سخت افزار سیستم را توصیف می کند. این مدل مشخصات تعامل برنامه 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.

شکل 22 یک شبکه ساده بر اساس مدل ISO/OSI را نشان می دهد. شبکه از دو کامپیوتر تشکیل شده است که به نوبه خود از لایه ها تشکیل شده اند. فلش های متصل کننده سطوح مسیر داده ها را در شبکه نشان می دهد. برای هر لایه یک پروتکل مربوطه (پروتکل حمل و نقل، پروتکل شبکه) وجود دارد.

هر سطح از واحدهای مختلفی برای اندازه گیری مقدار داده استفاده می کند. لایه های کاربردی (لایه برنامه)، ارائه، جلسه، حمل و نقل، - از اصطلاح استفاده کنید « پیام » به عنوان واحد اندازه گیری لایه شبکه داده ها را به صورت تفسیر می کند « بسته ها » ، و سطح اتصال به عنوان « قاب » . لایه فیزیکی با بیت ها سر و کار دارد - دنباله ای از صفر و یک

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. سرتیتر 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 پیام‌ها می‌توانند خالی یا حاوی برخی داده‌ها باشند، مانند آنهایی 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 تشکیل 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 پیام دریافتی را با اطلاعات سرویس تکمیل می کند - هدر سطح نماینده، که حاوی دستورالعمل های پروتکل سطح نماینده ماشین مقصد است.

پیام به دست آمده به لایه نشست منتقل می شود که به نوبه خود هدر خود را اضافه می کند و به همین ترتیب شکل 23 تودرتوی پیام ها را در سطوح مختلف نشان می دهد.

برخی از پیاده‌سازی‌های پروتکل، اطلاعات سرویس را نه تنها در ابتدای پیام، بلکه در انتهای پیام به شکل اصطلاحاً قرار می‌دهند. تریلر ". در نهایت، پیام به سطح فیزیکی پایین تر می رسد، که در واقع آن را از طریق شبکه ها به ماشین مقصد منتقل می کند. در این لحظه، پیام با سرفصل های همه سطوح "بیش از حد رشد کرده است" (شکل 22). هنگامی که یک پیام به ماشین مقصد می رسد، توسط لایه فیزیکی آن دریافت می شود و از لایه ای به لایه دیگر منتقل می شود. هر سطح هدر سطح خود را تجزیه می کند و توابع مربوط به این سطح را انجام می دهد و سپس این هدر را حذف می کند و پیام را به سطح بالاتر ارسال می کند.

همراه با عبارت پیام، اصطلاحات دیگری نیز وجود دارد که توسط متخصصان شبکه برای نشان دادن واحدهای داده در فرآیندهای مبادله استفاده می شود. در استانداردهای ISO، نام رایج واحد داده پروتکل (PDU) برای تعیین واحدهای داده ای که پروتکل های سطوح مختلف با آن سروکار دارند، استفاده می شود. برای تعیین بلوک های داده در سطوح خاص، اغلب از نام های ویژه استفاده می شود: بسته (بسته)، دیتاگرام (داده گرام)، بخش (بخش).

مدل OSI بین دو نوع اصلی پروتکل تمایز قائل می شود. در پروتکل ها برقراری ارتباط،قبل از مبادله داده ها، فرستنده و گیرنده باید ابتدا یک اتصال برقرار کنند و احتمالاً برخی از پارامترهای پروتکل را انتخاب کنند که هنگام تبادل داده از آنها استفاده می کنند. پس از اتمام گفتگو، آنها باید اتصال را قطع کنند. تلفن نمونه ای از ارتباطات مبتنی بر اتصال است.

گروه دوم پروتکل ها - پروتکل ها بدون اینکه ابتدا یک ارتباط برقرار کنید. 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.

بیایید نگاهی دقیق تر به عملکردهای هر سطح بیندازیم.

لایه فیزیکیشامل عناصر فیزیکی (سخت افزار) است که به طور مستقیم برای انتقال اطلاعات از طریق کانال های ارتباطی شبکه خدمت می کند. بنابراین، خطوط ارتباطی - کابل های اتصال کامپیوترها - متعلق به لایه فیزیکی است. همچنین شامل روش های تبدیل سیگنال الکتریکی است. فناوری‌های مختلف شبکه مانند اترنت، ARCNET یا حلقه توکن، به لایه فیزیکی به عنوان تنظیم پارامترهای تبدیل سیگنال برای انتقال از طریق شبکه اشاره می‌کنند. لایه فیزیکی داده ها را بیت به بیت انتقال می دهد.

لایه فیزیکی نوع انتقال داده را مشخص می کند: سیمپلکس، نیمه دورو یا تمام دوبلکس.

لایه پیوند یا لایه اتصال.وظیفه لایه اتصال انتقال داده از لایه فیزیکی به لایه شبکه و بالعکس است. لایه پیوند داده، داده‌ها را از دنباله‌ای از بیت‌ها به چیزی قابل درک‌تر برای لایه شبکه تبدیل می‌کند، که اغلب به آن «فریم داده» می‌گویند (فریم داده معمولاً یک جریان بیت با قالب پیوند است که از لایه فیزیکی می‌آید).

برعکس، لایه پیوند فریم هایی را از شبکه دریافت می کند تا با رعایت فرمت صحیح لایه فیزیکی، آنها را به جریان بیت تبدیل کند. عملکرد اصلی لایه اتصال، اعمال یکپارچگی داده ها است، بنابراین قالب فریم شامل اطلاعات مورد نیاز برای انجام این کار است.

لایه پیوند با قرار دادن یک دنباله بیت خاص در ابتدا و انتهای هر فریم برای برجسته کردن آن، صحت انتقال هر فریم را تضمین می کند و همچنین با پردازش تمام بایت ها، چک جمع را محاسبه می کند. قاب به روشی خاص و اضافه کردن چک جمع به قاب چه زمانی قاب از طریق شبکه می رسد، 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.

چارچوب داده همچنین حاوی اطلاعات لازم برای شناسایی و مسیریابی صحیح آن است..

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. کارت شبکه در کامپیوتر نمونه ای از اجرای لایه اتصال است.

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.

گاهی اوقات در شبکه های جهانی تشخیص عملکردهای لایه پیوند به شکل خالص آن 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.

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

لایه شبکهاین یک سرویس تحویل اولیه اینترانت است و برای تشکیل یک سیستم حمل و نقل واحد عمل می کند. اتصال چندین شبکه و این شبکه‌ها می‌توانند از اصول کاملاً متفاوتی برای انتقال پیام‌ها بین گره‌های انتهایی استفاده کنند و ساختار دلخواه اتصالات داشته باشند. عملکردهای لایه شبکه کاملاً متنوع است. از آنجایی که لایه شبکه اطلاعات مسیریابی در سطح شبکه را مدیریت می کند، مالک این تابع است شمارش مقدار داده ها . او نیز مراقب است ترافیک ، برخوردهای احتمالی و سرعت ها انتقال از طریق کانال های ارتباطی

بر لایه شبکه اصطلاح "شبکه" خود دارای معنای خاصی است. در این مورد، یک شبکه به عنوان مجموعه ای از رایانه های متصل به هم 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 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 حتی زمانی که ساختار اتصالات بین شبکه‌های سازنده متفاوت است، پشتیبانی می‌کند. 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 پرش بین شبکه ها انجام شود و هر بار مسیر مناسب را انتخاب کنید. بنابراین، یک مسیر، دنباله ای از مسیریاب ها است که یک بسته از آن عبور می کند.

روی انجیر 24 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 مسیریابی نام دارد 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 ترافیک 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 ارسال پیام از طریق پیوندهایی با ساختار غیر استاندارد است. 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 معمولا به عنوان بسته نامیده می شوند. 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 آن‌ها شامل همان شماره شبکه است. .

لایه شبکه دو نوع پروتکل را تعریف می کند. نوع اول پروتکل های شبکه (پروتکل های مسیریابی) هستند. - 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 شناخته می شود که به آن پروتکل های تبادل اطلاعات مسیریابی یا پروتکل های مسیریابی ساده می گویند. 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 به عنوان پروتکل های حل آدرس نامیده می شوند. - پروتکل حل آدرس، ARP.

لایه حمل و نقلدرست مانند لایه شبکه که بسته ها را از طریق شبکه تحویل می دهد. لایه انتقال داده ها را بین خود رایانه ها (انتقال) می دهد. به محض اینکه لایه شبکه داده ها را به رایانه دریافت کننده تحویل می دهد، پروتکل انتقال وارد عمل می شود و داده ها را به فرآیند برنامه تحویل می دهد.

لایه انتقال برنامه ها یا لایه های بالایی پشته - برنامه و جلسه - را با انتقال داده با درجه اطمینان مورد نیاز ارائه می دهد. مدل OSI پنج کلاس از خدمات ارائه شده توسط لایه انتقال را تعریف می کند. این نوع خدمات از نظر کیفیت خدمات ارائه شده، فوریت، توانایی بازیابی ارتباطات قطع شده، در دسترس بودن امکانات مالتی پلکس برای اتصالات متعدد بین پروتکل های کاربردی مختلف از طریق یک پروتکل حمل و نقل مشترک و مهمتر از همه، توانایی تشخیص و تصحیح متفاوت است. خطاهای انتقال، مانند اعوجاج، از دست دادن و تکراری شدن 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 روش های متعدد برای بهبود قابلیت اطمینان. اگر وسایل نقلیه لایه های پایین در ابتدا بسیار غیر قابل 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.

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.

در یک شبکه سوئیچینگ بسته، لایه انتقال باید داده های حاصل از لایه نشست را به بسته های کوچکتر تقسیم کند تا آنها را به لایه شبکه منتقل کند. طرف دریافت کننده، برعکس، باید داده ها را از بسته های کوچکتر به بسته های بزرگتر جمع آوری کند تا آن را به لایه بالاتر منتقل کند.

لایه حمل و نقل تعداد بسته هایی را که در شبکه حرکت می کنند را تعیین می کند. به عبارت دیگر، لایه انتقال ترافیک بسته داده ای را تولید می کند که لایه شبکه باید آن را مدیریت کند.

لایه انتقال پهنای باند شبکه را کنترل می کند. منظور از پهنای باند (پهنای باند) حداکثر مقدار داده ای است که در یک بازه زمانی معین از یک کانال ارتباطی عبور می کند. برای افزایش توان عملیاتی (و عملکرد)، لایه انتقال چندین اتصال شبکه را برای یک اتصال حمل و نقل باز می کند. برای انجام این کار، لایه انتقال باید داده های ارسالی را مالتیپلکس و دمولتیپلکس کند. اصطلاح "مالتی پلکس" به معنای فرآیندی است که چندین جریان داده را در یک کانال ارتباطی قرار می دهد. اصطلاح "دی مولتی پلکس" به معنای عمل معکوس است. لایه انتقال کامپیوتر فرستنده، بسیاری از پیام ها را در یک اتصال حمل و نقل چندگانه (ترکیب) می کند. برعکس، لایه انتقال گیرنده، یک اتصال را به پیام های زیادی تبدیل می کند.

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 جلسهبه عنوان یک رابط شبکه کاربر، وظایف مربوط به مدیریت اتصالات بین فرآیندها و برنامه های کاربردی در رایانه های مختلف، مانند مدیریت نام، رمز عبور و حقوق دسترسی را انجام می دهد. لایه نشست فرمت داده های آماده شده برای انتقال از طریق شبکه را به فرمتی مناسب برای انتقال به برنامه ها تبدیل می کند. علاوه بر این، درخواست‌های تغییر پارامترهای اتصال مانند نرخ باود و کنترل خطا را مدیریت می‌کند. لایه نشست امکان از دست دادن اطلاعات توسط برنامه را از بین می برد.

از این نقطه به بعد، تبادل مستقیم بایت ها معنایی درونی پیدا می کند. فقط این سطح به شما امکان می دهد تا عملکردهایی مانند دسترسی به فهرست سرور را انجام دهید.

لایه نشست همچنین کنترل تبادل را فراهم می کند، مشخص می کند کدام طرف در حال حاضر فعال است و ابزارهای همگام سازی را 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.

لایه نمایشیبرخی از توابع رایجی را که شبکه به طور مکرر در اتصالات شبکه استفاده می کند ترکیب می کند. لایه ارائه رابط شبکه با دستگاه های کامپیوتری مانند چاپگرها، نمایشگرها و فرمت های فایل را تشکیل می دهد. لایه ارائه تعریف می کند که شبکه از نظر نرم افزاری و سخت افزاری کامپیوتر شبکه چگونه به نظر می رسد. پیام هایی که از لایه های پایین می آیند در صورت لزوم برای برنامه آماده می شوند.

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. برای مثال، در این سطح، اگر رایانه گیرنده از فرمت اعداد متفاوتی نسبت به رایانه فرستنده استفاده کند، تبدیل داده رخ می دهد. در این سطح می توان رمزگذاری و رمزگشایی داده ها را انجام داد که به لطف آن از محرمانه بودن تبادل داده ها بلافاصله برای کلیه خدمات برنامه اطمینان حاصل می شود.

سطح برنامهاین لایه توابع مربوط به برنامه های کاربردی در سطح شبکه را متمرکز می کند و از طریق آن کاربران شبکه به منابع مشترک مانند فایل ها، چاپگرها یا صفحات وب ابرمتن دسترسی پیدا می کنند و همچنین کارهای مشترک خود را به عنوان مثال با استفاده از پروتکل ایمیل سازماندهی می کنند. برنامه های کاربردی مانند ایمیل، مرورگر یا پایگاه داده توزیع شده نمونه هایی از استفاده از ویژگی های سطح برنامه هستند.

واحد داده ای که لایه برنامه روی آن کار می کند معمولاً پیام نامیده می شود.

سطوح وابسته به شبکه و مستقل از شبکه.توابع در تمام سطوح مدل ISO/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 توابع متمرکز بر کار با برنامه ها (شکل 25).

سه لایه پایین - فیزیکی، کانال و شبکه - وابسته به شبکه هستند، یعنی پروتکل های این سطوح ارتباط نزدیکی با اجرای فنی شبکه و تجهیزات ارتباطی مورد استفاده دارند. تغییر به تجهیزات دیگر 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. پروتکل‌های این لایه‌ها تحت تأثیر تغییرات توپولوژی شبکه، تغییرات تجهیزات یا تغییر در فناوری شبکه متفاوت قرار نمی‌گیرند. بنابراین، انتقال از اترنت به فناوری AnyLAN پرسرعت نیازی به هیچ تغییری در نرم افزاری که عملکردهای برنامه، ارائه و سطوح 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.

سوالات کنترلی:

1. مدل ISO\OSI چیست؟

2. مدل ISO\OSI شامل چند و چه سطحی است؟

3. وظایف هر لایه از مدل ISO\OSI را شرح دهید.

4. از چه پیام هایی در هر سطح تشکیل شده است.

5. مفهوم "تودرتوی پیام های سطوح مختلف" را توضیح دهید.

الکساندر گوریاچف، الکسی نیسکوفسکی

برای اینکه سرورها و کلاینت‌های شبکه با هم ارتباط برقرار کنند، باید با استفاده از پروتکل تبادل اطلاعات یکسان کار کنند، یعنی باید به همان 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 اشیاء شبکه را توصیف می کند، لیست وظایف و قوانین انتقال داده را 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 (ارائه - 6) و اعمال (برنامه - 7). اعتقاد بر این است که دو کامپیوتر می توانند در سطح خاصی از مدل OSI با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، اگر نرم افزار آنها که توابع شبکه این سطح را پیاده سازی می کند، داده های یکسان را به روشی مشابه تفسیر کند. در این حالت یک تعامل مستقیم بین دو کامپیوتر برقرار می شود که «نقطه به نقطه» نامیده می شود.

پیاده سازی مدل OSI توسط پروتکل ها پشته (مجموعه) پروتکل نامیده می شود. در یک پروتکل خاص، پیاده سازی تمام عملکردهای مدل OSI غیرممکن است. به طور معمول، وظایف یک لایه خاص توسط یک یا چند پروتکل پیاده سازی می شود. پروتکل های یک پشته باید روی یک کامپیوتر کار کنند. در این حالت، یک 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 می شود: انواع اتصالات رسانه های انتقال داده، 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 فرکانس و زمان

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

لایه فیزیکی شامل توصیفی از رسانه انتقال نیست. با این حال، پیاده‌سازی پروتکل‌های لایه فیزیکی مختص رسانه هستند. اتصال تجهیزات شبکه زیر معمولاً با لایه فیزیکی مرتبط است:

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

این لایه مدل، توپولوژی های فیزیکی را در یک شبکه سازمانی 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 کامپیوترها به یک گذرگاه انتقال داده مشترک متصل می شوند که اغلب با استفاده از کابل کواکسیال شکل می گیرد. 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 باید از قطع کننده های مخصوص (ترمیناتور) در انتهای باس استفاده شود. آسیب مکانیکی خط بر عملکرد تمام دستگاه های متصل به آن تأثیر می گذارد.

توپولوژی حلقه شامل اتصال تمام دستگاه های شبکه و رایانه ها در یک حلقه فیزیکی (حلقه) است. 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 روی کابل ورودی و یک فرستنده روی کابل خروجی داشته باشد. آسیب مکانیکی به رسانه در یک حلقه بر عملکرد همه دستگاه‌ها تأثیر می‌گذارد، با این حال، شبکه‌هایی که با استفاده از یک حلقه دوتایی ساخته می‌شوند، معمولاً دارای حاشیه تحمل خطا و عملکردهای خود ترمیمی هستند. در شبکه های ساخته شده بر روی یک حلقه دوتایی، اطلاعات یکسانی در اطراف حلقه در هر دو جهت منتقل می شود. در صورت خرابی کابل، رینگ به مدت دو برابر در حالت تک حلقه به کار خود ادامه می دهد (عملکردهای خود ترمیمی با سخت افزار مورد استفاده تعیین می شوند).

توپولوژی بعدی توپولوژی ستاره یا ستاره است. 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 ساخته شده بر روی توپولوژی ستاره ای دارای یک نقطه شکست هستند. این نقطه دستگاه مرکزی است. در صورت خرابی دستگاه مرکزی، همه شرکت کنندگان دیگر شبکه قادر به تبادل اطلاعات با یکدیگر نخواهند بود، زیرا تمام تبادلات تنها از طریق دستگاه مرکزی انجام می شد. 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 به آن متصل است - گیرنده اطلاعات - منتقل شود.

توپولوژی کاملا متصل (مش) تحمل خطا بالایی دارد. 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 دارای افزونگی است که آن را غیرعملی به نظر می‌رساند. در واقع، این توپولوژی به ندرت در شبکه های کوچک استفاده می شود، اما در شبکه های بزرگ شرکتی، می توان از یک توپولوژی کاملا مشبک 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 وجود دارد که از اتصالات بی سیم استفاده می کند - سلولی (سلولی). در آن ، دستگاه های شبکه و رایانه ها در مناطق - سلول ها (سلول) ترکیب می شوند که فقط با فرستنده گیرنده سلول تعامل دارند. انتقال اطلاعات بین سلول ها توسط فرستنده و گیرنده انجام می شود.

لایه پیوند

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

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 (فریم) یا فریم. فریم یک واحد لایه پیوند داده است که از یک دنباله به هم پیوسته از بیت های گروه بندی شده تشکیل شده است که دارای یک سرصفحه و یک انتهای است.
• قوانینی برای تشخیص (و گاهی اوقات تصحیح) خطاهای انتقال؛
• قوانین کنترل جریان داده (برای دستگاه هایی که در این سطح از مدل OSI کار می کنند، مانند پل ها).
• قوانینی برای شناسایی رایانه های موجود در شبکه با آدرس های فیزیکی آنها.

مانند بسیاری از لایه های دیگر، لایه پیوند اطلاعات کنترلی خود را به ابتدای بسته داده اضافه می کند. این اطلاعات ممکن است شامل آدرس های مبدا 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 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 به رسانه انتقال (کنترل دسترسی رسانه، MAC)؛
• کنترل پیوند منطقی (کنترل لینک منطقی، LLC).

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

مخفف MAC همچنین هنگام تعریف آدرس فیزیکی یک دستگاه شبکه استفاده می شود: آدرس فیزیکی یک دستگاه (که به صورت داخلی توسط یک دستگاه شبکه یا کارت شبکه در مرحله ساخت تعیین 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. در عین حال، باید به خاطر داشت که لایه پیوند 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 همان آدرس های MAC استفاده کرد. . از مفهوم "آدرس گره" می توان برای تعیین آدرس فیزیکی یک شی شبکه استفاده کرد. آدرس میزبان اغلب با آدرس MAC مطابقت دارد یا به طور منطقی با تغییر آدرس نرم افزار تعیین می شود.

لایه فرعی LLC قوانین همگام سازی سرویس انتقال و اتصال را تعریف می کند. این زیرلایه لایه پیوند نزدیک با لایه شبکه مدل OSI کار می کند و مسئول قابلیت اطمینان اتصالات فیزیکی (با استفاده از آدرس های MAC) است. توپولوژی منطقی یک شبکه، راه و قوانین (توالی) انتقال داده بین رایانه های موجود در شبکه را تعریف 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 رسانه استفاده می شود. یک مثال خوب از تفاوت بین توپولوژی فیزیکی و منطقی شبکه Token Ring IBM است. شبکه های محلی Token Ring اغلب از کابل مسی استفاده می کنند که در یک مدار ستاره ای شکل با یک تقسیم کننده مرکزی (هاب) قرار می گیرد. برخلاف 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 تعیین 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 بین توپولوژی فیزیکی و منطقی شبکه اترنت است. شبکه فیزیکی را می توان با استفاده از کابل های مسی و هاب مرکزی ساخت. یک شبکه فیزیکی با توجه به توپولوژی ستاره ساخته شده است. با این حال، فناوری اترنت شامل انتقال اطلاعات از یک رایانه به همه رایانه های دیگر در شبکه است. 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 شده است.

برای تعیین توپولوژی شبکه منطقی، 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 به آن ارسال شده است.

همچنین مهم است که بدانیم دستگاه های شبکه چگونه به رسانه ها دسترسی دارند.

دسترسی به رسانه

توپولوژی های منطقی از قوانین خاصی استفاده می کنند که مجوز انتقال اطلاعات به دیگر موجودیت های شبکه را کنترل می کنند. فرآیند کنترل دسترسی به رسانه ارتباطی را کنترل می کند. شبکه ای را در نظر بگیرید که در آن همه دستگاه ها اجازه دارند بدون هیچ قانونی برای دسترسی به رسانه انتقال کار کنند. همه دستگاه‌های موجود در چنین شبکه‌ای با در دسترس قرار گرفتن داده‌ها، اطلاعات را منتقل می‌کنند. این انتقال ها گاهی اوقات می توانند در زمان همپوشانی داشته باشند. در نتیجه برهم نهی، سیگنال ها تحریف می شوند و داده های ارسالی از بین می روند. به این وضعیت برخورد می گویند. برخوردها اجازه سازماندهی انتقال مطمئن و کارآمد اطلاعات بین اشیاء شبکه را نمی دهند.

برخوردهای شبکه به بخش های فیزیکی شبکه که اشیاء شبکه به آنها متصل هستند گسترش می یابد. 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، می‌توانید از پل‌ها و سایر دستگاه‌های شبکه که دارای عملکرد فیلتر ترافیک در لایه پیوند هستند استفاده کنید.

یک شبکه نمی تواند به طور عادی کار کند تا زمانی که همه موجودیت های شبکه نتوانند برخوردها را کنترل، مدیریت یا کاهش دهند. 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 توصیف می‌کند که توسط آن‌ها اجازه انتقال اطلاعات برای دستگاه‌های شبکه کنترل می‌شود: مشاجره، ارسال رمز و نظرسنجی.

قبل از انتخاب پروتکلی که یکی از این روش های دسترسی به رسانه را اجرا 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 بازه های زمانی کاملاً تعریف شده؛
• 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 دسترسی به رسانه انتقال بر اساس اولویت اول اجرا می‌شود. به عبارت دیگر، هر دستگاه شبکه برای کنترل بر رسانه انتقال رقابت می کند. سیستم‌های مسابقه به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تمام دستگاه‌های موجود در شبکه فقط می‌توانند داده‌ها را در صورت نیاز انتقال دهند. این عمل در نهایت منجر به از دست دادن جزئی یا کامل داده ها 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، پروتکل های ویژه ای توسعه یافته اند که عملکرد گوش دادن به رسانه انتقال اطلاعات را قبل از شروع انتقال داده توسط ایستگاه اجرا می کند. اگر ایستگاه شنود یک سیگنال ارسالی (از یک ایستگاه دیگر) را تشخیص دهد، از انتقال 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، زمانی که دو ایستگاه کابل را بررسی می‌کنند، برخورد اتفاق می‌افتد: هیچ سیگنالی را تشخیص نمی‌دهند، تصمیم می‌گیرند که رسانه آزاد است و سپس همزمان شروع به ارسال می‌کنند.

نمونه هایی از این پروتکل های مناقشه عبارتند از:

• دسترسی چندگانه با کنترل حامل / تشخیص برخورد (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection، CSMA / CD).
• دسترسی چندگانه با کنترل حامل / اجتناب از برخورد (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance، CSMA / CA).

پروتکل های CSMA/CDپروتکل‌های 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 هایی که داده ها را ارسال می کنند، تایمرهای داخلی ویژه ای را با مقادیر تصادفی مقداردهی اولیه می کنند. تایمرها شروع به شمارش معکوس می کنند و وقتی به صفر رسید، ایستگاه ها باید سعی کنند داده ها را دوباره ارسال کنند. از آنجایی که تایمرها با مقادیر تصادفی مقداردهی اولیه شدند، یکی از ایستگاه ها سعی می کند انتقال داده را قبل از دیگری تکرار کند. بر این اساس، ایستگاه دوم مشخص می کند که رسانه داده در حال حاضر مشغول است و منتظر می ماند تا آن آزاد شود.

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

پروتکل های CSMA/CA CSMA/CA از طرح هایی مانند دسترسی برش زمان یا ارسال درخواست برای دسترسی به 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 عین حال مکانیسم مدیریت برش های زمانی باید در شبکه پیاده سازی شود. هر ایستگاه جدید متصل به شبکه ظاهر خود را اعلام می کند و در نتیجه فرآیند توزیع مجدد برش های زمانی برای انتقال اطلاعات را آغاز می کند. در مورد استفاده از کنترل دسترسی رسانه ای متمرکز، هر ایستگاه یک درخواست ویژه 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 هایی با انتقال نشانگر.در سیستم های ارسال رمز، 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 موجود در شبکه توزیع می کند.

هر دستگاه می داند که رمز را از کدام دستگاه دریافت می کند و باید آن را به کدام دستگاه ارسال کند. معمولاً چنین دستگاه هایی 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 توکن را برای استفاده به دستگاه بعدی ارسال می کند. پروتکل ها مدت زمانی را که یک توکن می تواند توسط هر دستگاه کنترل شود محدود می کند.

چندین پروتکل عبور رمز 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. شبکه Token Bus از کنترل دسترسی عبور رمز و توپولوژی گذرگاه فیزیکی یا منطقی استفاده می کند، در حالی که شبکه Token Ring از کنترل دسترسی عبور رمز و توپولوژی حلقه فیزیکی یا منطقی استفاده می کند.

شبکه‌های ارسال رمز 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 (به نام دستگاه کنترل کننده، اصلی یا "مستر") را به عنوان داور دسترسی رسانه ها مشخص می کند. این دستگاه همه دستگاه‌های دیگر (ثانویه) را به ترتیب از پیش تعریف‌شده نظرسنجی می‌کند تا ببیند آیا اطلاعاتی برای ارسال دارند یا خیر. برای دریافت داده از دستگاه ثانویه، دستگاه اولیه درخواست مناسبی را برای آن ارسال می کند و سپس داده ها را از دستگاه ثانویه دریافت می کند و به دستگاه گیرنده می فرستد. سپس دستگاه اولیه دستگاه ثانویه دیگری را 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 کارخانه ایده آل هستند.

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

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

زیرلایه LLC از لایه پیوند، 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 تنها یک کارت شبکه در رایانه نصب شده باشد، اما نیاز به کار با سرویس های مختلف شبکه از تولید کنندگان مختلف باشد، نرم افزار شبکه مشتری در سطح فرعی LLC امکان چنین کاری را فراهم می کند.

لایه شبکه

لایه شبکه قوانین تحویل داده بین شبکه های منطقی، تشکیل آدرس های منطقی دستگاه های شبکه، تعریف، انتخاب و نگهداری اطلاعات مسیریابی، عملکرد دروازه ها (دروازه ها) را 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 شبیه به 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 لایه پیوند فقط به یک شبکه منطقی اشاره دارد و 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 شبکه به هم پیوسته (اینترنت) و فرآیندهای انتقال اطلاعات بین شبکه ها را کار اینترنتی می گویند.

با کمک آدرس دهی فیزیکی در لایه پیوند داده، داده ها به تمام دستگاه هایی که بخشی از یک شبکه منطقی هستند تحویل داده می شود. هر دستگاه شبکه، هر کامپیوتر مقصد داده های دریافتی را تعیین می کند. اگر داده ها برای رایانه در نظر گرفته شده باشد، آن را پردازش می کند، در غیر این صورت، آن را نادیده می گیرد.

در مقابل لایه پیوند، لایه شبکه می‌تواند مسیر خاصی را در اینترنت انتخاب کند و از ارسال داده به شبکه‌های منطقی که داده‌ها به آنها خطاب نمی‌شود، اجتناب کند. لایه شبکه این کار را از طریق سوئیچینگ، آدرس دهی لایه شبکه و استفاده از الگوریتم های مسیریابی انجام می دهد. لایه شبکه همچنین مسئول ارائه مسیرهای صحیح برای داده ها در سراسر اینترنت است که از شبکه های ناهمگن تشکیل شده 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 مشخص می کند.
• توانایی پیاده سازی مسیریابی به طوری که رایانه ها و روترها بهترین مسیر را برای عبور داده ها از طریق اینترنت تعیین کنند.
• شبکه سطوح مختلف خدمات اتصال را بسته به تعداد خطاهای مورد انتظار در اینترنت انجام می دهد.

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

لایه شبکه قوانینی را برای ایجاد آدرس های شبکه منطقی برای اشیاء شبکه تعریف می کند. در یک اینترنت بزرگ، هر شیء شبکه باید یک آدرس منطقی منحصر به فرد داشته باشد. دو جزء در تشکیل آدرس منطقی دخیل هستند: آدرس منطقی شبکه 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 امکان می دهد تا انتقال داده ها را بین شبکه های منطقی مختلف سازماندهی کنید.

هر شیء شبکه، هر کامپیوتر می تواند بسیاری از توابع 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 ای را که سرویس را اجرا می کند دنبال می کند.

بسیاری از شبکه‌ها گروه‌هایی از آدرس‌های منطقی و شناسه‌های سرویس را برای انجام اقدامات از پیش تعریف‌شده و شناخته‌شده خاص رزرو می‌کنند. 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 موجودیت شبکه تعریف می کند. این انتقال ممکن است با استفاده از سوئیچینگ یا مسیریابی انجام شود.

سه روش سوئیچینگ در 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 یک کانال به دلیل عدم وجود پهنای باند کافی، حجم کاری تجهیزات سوئیچینگ یا شلوغی گیرنده امکان پذیر است.

سوئیچینگ پیام امکان انتقال یک پیام کامل (غیر شکسته نشده) را به صورت ذخیره و ارسال می دهد. 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.

هنگام استفاده از سوئیچینگ بسته، مزایای دو روش قبلی با هم ترکیب می شوند. هر پیام بزرگ به بسته های کوچکی تقسیم می شود که هر یک به ترتیب برای گیرنده ارسال می شود. هنگام عبور از اینترنت، برای هر یک از بسته ها، بهترین مسیر در آن لحظه از زمان مشخص می شود. به نظر می رسد که بخش هایی از یک پیام می توانند در زمان های مختلف به گیرنده برسند و تنها پس از کنار هم قرار دادن همه قسمت ها، گیرنده می تواند با داده های دریافتی کار کند.

هر بار که یک مسیر داده تعیین می شود، بهترین مسیر باید انتخاب شود. وظیفه تعیین بهترین مسیر را مسیریابی می گویند. این کار توسط روترها انجام می شود. وظیفه روترها تعیین مسیرهای احتمالی انتقال داده، حفظ اطلاعات مسیریابی و انتخاب بهترین مسیرها است. مسیریابی می تواند به صورت استاتیک یا پویا انجام شود. هنگام تعریف مسیریابی استاتیک، تمام روابط بین شبکه های منطقی باید تعریف شده و بدون تغییر باقی بمانند. مسیریابی پویا فرض می کند که خود روتر می تواند مسیرهای جدیدی را تعیین 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 وضعیت 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 ایجاد 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 می کند که از سرویس اتصال لایه لینک LLC مدل OSI استفاده نمی شود.

هنگام ساخت یک اینترنت، باید شبکه های منطقی ساخته شده با استفاده از فناوری های مختلف و ارائه خدمات متنوع را به هم متصل کنید. 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 حل می شود که یک دستگاه یا یک برنامه کاربردی است که قوانین یک شبکه منطقی را به قوانین شبکه دیگر ترجمه و تفسیر می کند. به طور کلی، دروازه‌ها را می‌توان در هر لایه از مدل OSI پیاده‌سازی کرد، اما اغلب در لایه‌های بالایی مدل پیاده‌سازی می‌شوند.

لایه حمل و نقل

لایه انتقال به شما امکان می دهد ساختار 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 وابسته نیستند. ویژگی های شبکه های منطقی و فیزیکی در سطوح قبلی، جایی که لایه انتقال داده ها را منتقل می کند، پیاده سازی شده است.

لایه انتقال اغلب کمبود یک 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 دریافت کننده تحویل داده نشود، لایه انتقال ممکن است دوباره ارسال کند یا لایه های بالایی را از عدم تحویل مطلع کند. سپس سطوح بالاتر 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 عملکرد شناسایی یا نگاشت نام ها و آدرس های الفبایی عددی به یکدیگر است. این عملکرد می تواند توسط هر موجودی در شبکه یا توسط ارائه دهندگان خدمات خاص به نام سرورهای دایرکتوری، سرورهای نام و موارد مشابه انجام شود. تعاریف زیر روش های تفکیک آدرس/نام را طبقه بندی می کند:

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

در حالت اول، کاربر شبکه بدون اطلاع از محل دقیق سرویس، با نام منطقی آن به سرویس دسترسی پیدا می کند. کاربر نمی داند که آیا این سرویس در حال حاضر در دسترس است یا خیر. در صورت دسترسی، نام منطقی به نام فیزیکی نگاشت می‌شود و ایستگاه کاری کاربر مستقیماً با سرویس تماس برقرار می‌کند. در حالت دوم، هر سرویس به صورت دوره ای خود را به تمامی مشتریان شبکه اعلام می کند. هر یک از مشتریان در هر زمان مشخص می‌دانند که آیا این سرویس در دسترس است یا خیر و می‌تواند مستقیماً به این سرویس دسترسی داشته باشد.

روش های آدرس دهی

آدرس‌های سرویس، فرآیندهای نرم‌افزاری خاصی را که روی دستگاه‌های شبکه اجرا می‌شوند، شناسایی می‌کنند. علاوه بر این آدرس ها، ارائه دهندگان خدمات مکالمات مختلفی را که با دستگاه های درخواست کننده خدمات انجام می دهند، پیگیری می کنند. دو روش گفتگوی مختلف از آدرس های زیر استفاده می کنند:

• شناسه اتصال؛
• شناسه تراکنش.

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

شناسه های تراکنش مانند شناسه های اتصال هستند، اما در واحدهایی کوچکتر از مکالمه عمل می کنند. تراکنش از یک درخواست و یک پاسخ تشکیل شده است. ارائه دهندگان خدمات و مصرف کنندگان خروج و رسیدن هر تراکنش را پیگیری می کنند، نه کل مکالمه را.

لایه جلسه

لایه جلسه تعامل بین دستگاه های درخواست کننده و ارائه خدمات را تسهیل می کند. جلسات ارتباطی از طریق مکانیسم‌هایی کنترل می‌شوند که مکالمه را بین نهادهای در حال برقراری، حفظ، همگام‌سازی و مدیریت می‌کنند. این لایه همچنین به لایه های بالایی کمک می کند تا یک سرویس شبکه موجود را شناسایی کرده و به آن متصل شوند.

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

لایه جلسه همچنین مکالمات بین دستگاه های ارائه دهنده خدمات و دستگاه های مصرف کننده را آغاز می کند. در اجرای این تابع، لایه جلسه اغلب هر شیء را نشان می دهد یا شناسایی می کند و حقوق دسترسی به آن را هماهنگ می کند.

لایه نشست کنترل مکالمه را با استفاده از یکی از سه حالت ارتباطی - سیمپلکس، نیمه دوبلکس و تمام 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 یک زمان منتقل کرد. Full Duplex انتقال همزمان اطلاعات را در هر دو جهت از طریق رسانه انتقال داده فراهم می کند.

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

لایه نمایشی

وظیفه اصلی لایه ارائه داده، تبدیل داده ها به فرمت های توافق شده دوجانبه (نحوه تبادل) است که برای همه برنامه های کاربردی شبکه و رایانه هایی که برنامه ها روی آنها اجرا می شوند قابل درک باشد. در این سطح، وظایف فشرده سازی و رفع 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 ممکن است بیت‌های صفر و هفتم در یک بایت را متفاوت تفسیر کنند (یا بیت صفر بالاترین بیت است یا بیت هفتم). به طور مشابه، بایت هایی که واحدهای بزرگ اطلاعات - کلمات - را تشکیل می دهند، متفاوت تفسیر می شوند.

برای اینکه کاربران سیستم عامل های مختلف اطلاعات را در قالب فایل هایی با نام و محتویات صحیح دریافت کنند، این سطح تبدیل صحیح نحو فایل را تضمین می کند. سیستم عامل های مختلف با سیستم های فایل خود متفاوت کار می کنند، راه های مختلفی برای تشکیل 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 بتواند اطلاعات فایل را به روش خود تفسیر کند، اما معنای اطلاعات نباید تغییر کند.

لایه ارائه داده ها را به یک قالب مورد توافق دوجانبه (یک 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 از حالت فشرده خارج کند و همچنین داده ها را رمزگذاری و رمزگشایی کند.

رایانه ها از قوانین مختلفی برای نمایش داده ها با 0 و 1 باینری استفاده می کنند. اگرچه همه این قوانین برای دستیابی به هدف مشترک ارائه داده های قابل خواندن توسط انسان تلاش می کنند، تولید کنندگان رایانه و سازمان های استاندارد قوانینی را ایجاد کرده اند که با یکدیگر در تضاد هستند. 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 برخی از روش های حفاظت از داده ها را توصیف می کند. حفاظت اغلب با درهم‌سازی داده‌ها انجام می‌شود که از یک یا چند روش از سه روش استفاده می‌کند: جایگشت، جایگزینی، روش جبری.

هر یک از این روش ها فقط یک روش خاص 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 به دو صورت سخت افزاری و نرم افزاری قابل انجام است. با این حال، رمزگذاری داده ها از پایان به انتها معمولاً در نرم افزار انجام می شود و بخشی از عملکرد لایه ارائه در نظر گرفته می شود. برای اطلاع دادن به اشیا در مورد روش رمزگذاری استفاده شده، معمولا از 2 روش استفاده می شود - کلیدهای مخفی و کلیدهای عمومی.

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

اشیاء شبکه با استفاده از روش های رمزگذاری کلید عمومی با یک کلید مخفی و مقداری مشخص ارائه می شوند. شی یک کلید عمومی با دستکاری یک مقدار شناخته شده از طریق یک کلید خصوصی 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 ایجاد 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. به دلیل پیچیدگی محاسبات لگاریتمی برای اعداد بزرگ، حتی دانستن کلید خصوصی خود و کلید عمومی شخص دیگری، کمک چندانی به تعیین کلید خصوصی دیگر نمی کند.

سطح کاربردی

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

در تبلیغات Active Service، 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 دستگاه های شبکه را برای نوع خاصی از خدمات نظرسنجی کنند. مشتریان شبکه نماهای ایجاد شده توسط سرورها را جمع آوری می کنند و جداول سرویس های موجود را تشکیل می دهند. اغلب شبکه هایی که از روش ارائه فعال استفاده می کنند، دوره اعتبار خاصی را نیز برای ارائه خدمات تعریف می کنند. به عنوان مثال، اگر یک پروتکل شبکه مشخص کند که نمایش خدمات باید هر پنج دقیقه ارسال شود، مشتریان سرویس‌هایی را که در پنج دقیقه گذشته ارائه نشده‌اند، مهلت می‌دهند. 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، یک تبلیغ سرویس غیرفعال را پیاده سازی می کنند. هنگامی که مشتریان می خواهند تعیین کنند که کدام خدمات در دسترس است، آنها به سادگی از دایرکتوری مکان سرویس مورد نظر و آدرس آن پرس و جو می کنند.

قبل از اینکه بتوان از یک سرویس شبکه استفاده کرد، باید برای سیستم عامل محلی کامپیوتر در دسترس باشد. روش های مختلفی برای انجام این کار وجود دارد، اما 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:

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

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

از سوی دیگر، در عملیات از راه دور، 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 ها به یک سرویس یکسان به نظر می رسند، چه داخلی باشند و چه از طریق شبکه منتقل شوند.

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 با هم همکاری می کنند تا استفاده از سرویس را هماهنگ کنند. این نوع استفاده از سرویس معمولاً برای پردازش داده‌های مشارکتی نظیر به همتا مورد نیاز است. پردازش داده های مشارکتی شامل به اشتراک گذاری قابلیت های پردازش داده برای انجام یک کار واحد است. به این معنی که سیستم عامل باید از وجود و قابلیت های دیگران آگاه باشد و بتواند برای انجام وظیفه مورد نظر با آنها همکاری کند.

ComputerPress 6 "1999