کانال شبکه فیزیکی لایه ها نحوه عملکرد مدل OSI

مدل شبکه OSI(مدل مرجع پایه اتصال سیستم های باز - مدل مرجع پایه برای تعامل سیستم های باز، خلاصه. EMWOS; 1978) - مدل شبکه پشته پروتکل شبکه OSI / ISO (GOST R ISO / IEC 7498-1-99).

مشخصات کلی مدل OSI

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

تا پایان دهه 70 تعداد زیادی پشته پروتکل ارتباطی اختصاصی قبلاً در جهان وجود داشت که به عنوان مثال می توان به پشته های محبوب مانند DECnet ، TCP / IP و SNA اشاره کرد. چنین تنوعی از ابزارهای متقابل، مشکل ناسازگاری بین دستگاه‌هایی را که از پروتکل‌های مختلف استفاده می‌کنند، به منصه ظهور رساند. یکی از راه‌های حل این مشکل در آن زمان، انتقال کلی به یک پشته پروتکل واحد و مشترک برای همه سیستم‌ها بود که با در نظر گرفتن کاستی‌های پشته‌های موجود ایجاد شد. این رویکرد آکادمیک برای ایجاد یک پشته جدید با توسعه مدل OSI آغاز شد و هفت سال (از 1977 تا 1984) طول کشید. هدف از مدل OSI ارائه یک نمایش کلی از ابزار شبکه است. این زبان به عنوان نوعی زبان جهانی برای متخصصان شبکه توسعه داده شد و به همین دلیل به آن مدل مرجع می گویند.در مدل OSI ابزارهای تعامل به دو دسته تقسیم می شوند. هفت لایه: برنامه کاربردی، ارائه، جلسه، انتقال، شبکه، پیوند داده و فیزیکی. هر لایه با یک جنبه بسیار خاص از نحوه تعامل دستگاه های شبکه سر و کار دارد.

برنامه ها می توانند پروتکل های تعامل خود را با استفاده از مجموعه چند سطحی از ابزارهای سیستم برای این اهداف پیاده سازی کنند. برای این منظور یک رابط برنامه نویسی کاربردی (Application Program Interface, API) در اختیار برنامه نویسان قرار می گیرد. مطابق با طرح ایده‌آل مدل OSI، یک برنامه کاربردی فقط می‌تواند به بالاترین لایه - لایه برنامه درخواست کند، با این حال، در عمل، بسیاری از پشته‌های پروتکل ارتباطی به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهند مستقیماً به خدمات یا سرویس‌هایی که در زیر لایه‌ها قرار دارند دسترسی داشته باشند. به عنوان مثال، برخی از DBMS ها دارای دسترسی از راه دور داخلی به فایل ها هستند. 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 به طور مستقیم به ابزارهای سیستمی که مسئول انتقال پیام ها از طریق شبکه هستند که در لایه های پایینی مدل OSI قرار دارند آدرس می دهد. بنابراین، فرض کنید یک برنامه میزبان A می خواهد با یک برنامه میزبان B تعامل داشته باشد. برای این کار، برنامه A یک درخواست به لایه برنامه، مانند یک سرویس فایل، ارسال می کند. بر اساس این درخواست، نرم افزار لایه کاربردی پیامی را در قالب استاندارد تولید می کند. 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 ارائه فشار می دهد. پروتکل سطح ارائه، بر اساس اطلاعات دریافتی از هدر پیام 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 هایی برای پروتکل سطح ارائه ماشین مقصد است. پیام به دست آمده به لایه جلسه منتقل می شود، که به نوبه خود سربرگ خود و غیره را اضافه می کند. در قالب یک تریلر به اصطلاح.) در نهایت پیام به سطح پایین، فیزیکی، می رسد که در واقع آن را از طریق خطوط ارتباطی به ماشین مقصد منتقل می کند. در این مرحله، پیام با سرفصل های همه سطوح "بیش از حد رشد کرده است".

لایه فیزیکی پیام را بر روی رابط خروجی فیزیکی کامپیوتر 1 قرار می دهد و "سفر" خود را از طریق شبکه آغاز می کند (تا این مرحله، پیام از یک لایه به لایه دیگر در رایانه 1 منتقل می شد). هنگامی که پیامی در رابط ورودی کامپیوتر 2 به شبکه می رسد، توسط لایه فیزیکی آن دریافت می شود و به طور متوالی از لایه ای به لایه دیگر بالا می رود. هر لایه هدر لایه خود را تجزیه و پردازش می کند و عملکردهای مناسب را انجام می دهد و سپس این هدر را حذف می کند و پیام را به لایه بالاتر ارسال می کند. همانطور که از توضیحات مشخص است، موجودیت های پروتکل هم سطح مستقیماً با یکدیگر ارتباط برقرار نمی کنند؛ واسطه ها همیشه در این ارتباط شرکت می کنند - ابزار پروتکل های سطوح پایین تر. و فقط سطوح فیزیکی گره های مختلف به طور مستقیم با هم تعامل دارند.

لایه های 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؛ 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 برنامه: RDP، HTTP، SMTP، SNMP، POP3، FTP، XMPP، OSCAR، Modbus، SIP، TELNET و غیره.

لایه نمایشی

لایه ارائه (لایه ارائه) 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 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 کدهای تبادل اطلاعات باینری توسعه یافته EBCDIC، مانند پردازنده مرکزی IBM، برای نمایش داده ها استفاده می کند، و دیگری از کد استاندارد تبادل اطلاعات ASCII آمریکایی (که توسط اکثر سازندگان رایانه دیگر استفاده می شود) استفاده می کند. 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 سطح ارائه انجام می شود، رمزگذاری داده ها است که در مواردی که لازم است از اطلاعات ارسال شده در برابر دسترسی گیرندگان غیرمجاز محافظت شود، استفاده می شود. برای انجام این کار، فرآیندها و کد در سطح view باید تبدیل داده را انجام دهند. در این سطح، برنامه های فرعی دیگری وجود دارند که متون را فشرده می کنند و تصاویر گرافیکی را به جریان بیت تبدیل می کنند تا بتوانند از طریق شبکه منتقل شوند.

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 نقشه‌های بیتی با وضوح بالا استفاده می‌شود. استاندارد بعدی سطح ارائه که می تواند برای گرافیک استفاده شود، استانداردی است که توسط Joint Photographic Expert Group توسعه یافته است. در استفاده روزمره، این استاندارد به سادگی JPEG نامیده می شود.

گروه دیگری از استانداردهای سطح ارائه وجود دارد که ارائه صدا و فیلم را تعریف می کند. این شامل رابط دیجیتال ابزار موسیقی (MIDI) برای نمایش دیجیتالی موسیقی است که توسط گروه متخصصان تصاویر متحرک توسعه یافته است، استاندارد MPEG که برای فشرده‌سازی و کدگذاری فیلم‌ها بر روی سی‌دی، ذخیره آنها به صورت دیجیتالی و انتقال با سرعت تا 1.5 مگابیت بر ثانیه استفاده می‌شود. و QuickTime استانداردی است که عناصر صوتی و تصویری را برای برنامه های در حال اجرا بر روی رایانه های Macintosh و PowerPC توصیف می کند.

پروتکل های لایه 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 نشست مدل یک جلسه ارتباطی را حفظ 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 (پروتکل جریان داده AppleTalk)، ASP (پروتکل جلسه AppleTalk)، H.245 (پروتکل کنترل تماس برای ارتباطات چند رسانه ای)، ISO-SP (پروتکل لایه جلسه OSI (X.225، ISO 8327))، iSNS ( سرویس نام فضای ذخیره‌سازی اینترنت)، L2F (پروتکل ارسال لایه 2)، L2TP (پروتکل تونل‌سازی لایه 2)، NetBIOS (سیستم خروجی ورودی پایه شبکه)، PAP (پروتکل تأیید اعتبار رمز عبور)، PPTP (پروتکل تونل‌سازی نقطه به نقطه)، RPC (پروتکل تماس رویه از راه دور)، RTCP (پروتکل کنترل حمل و نقل بی‌درنگ)، SMPP (پیام کوتاه نظیر به نظیر)، SCP (پروتکل کنترل جلسه)، ZIP (پروتکل اطلاعات منطقه)، SDP (پروتکل مستقیم سوکت‌ها]).

لایه حمل و نقل

لایه حمل و نقل (لایه حمل و نقل) مدل برای اطمینان از انتقال داده های قابل اعتماد 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 کل بسته، یا تکرار بسته ها، نقض ترتیب دریافت بسته های داده را رد نمی کند. TCP انتقال مداوم داده قابل اعتماد را فراهم می کند، به استثنای از دست دادن داده ها یا نقض ترتیب ورود یا تکرار آنها، می تواند داده ها را با شکستن بخش های بزرگ داده به قطعات و بالعکس چسباندن قطعات به یک بسته، دوباره توزیع کند.

پروتکل های لایه انتقال: ATP (پروتکل تراکنش AppleTalk)، CUDP (UDP چرخه ای)، DCCP (پروتکل کنترل تراکم داده ها)، FCP (کانال فیبر| پروتکل کانال فیبر)، IL (پروتکل IL)، NBF (پروتکل فریم NetBIOS)، NCP ( پروتکل اصلی NetWare)، SCTP (پروتکل انتقال کنترل جریان)، SPX (مبادله بسته های متوالی)، SST (انتقال جریان ساختاری)، TCP (پروتکل کنترل انتقال)، UDP (پروتکل دیتاگرام کاربر).

لایه شبکه

لایه شبکه (lang-en| لایه شبکه) مدل برای تعیین مسیر انتقال داده طراحی شده است. 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 (مبادله بسته های اینترنتی)، X.25 (تا حدی در لایه 2 پیاده سازی شده)، CLNP (پروتکل شبکه بدون اتصال)، IPsec (امنیت پروتکل اینترنت). پروتکل های مسیریابی - RIP (پروتکل اطلاعات مسیریابی)، OSPF (اولین کوتاه ترین مسیر را باز کنید).

لایه پیوند

لایه پیوند (لایه پیوند داده) 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 سطح را به دو سطح فرعی تقسیم می کند: MAC (کنترل دسترسی رسانه ها) دسترسی به یک رسانه فیزیکی مشترک را تنظیم می کند، LLC (کنترل پیوند منطقی) سرویس لایه شبکه را ارائه می دهد.

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

پروتکل های لایه پیوند: ARCnet، ATM (حالت انتقال ناهمزمان)، شبکه کنترل کننده (CAN)، Econet، IEEE 802.3 (اترنت)، سوئیچینگ حفاظت خودکار اترنت (EAPS)، رابط داده توزیع شده فیبر (FDDI)، رله فریم، سطح بالا کنترل پیوند داده (HDLC)، IEEE 802.2 (توابع LLC را به لایه های MAC IEEE 802 ارائه می دهد)، رویه های دسترسی به پیوند، کانال D (LAPD)، شبکه بی سیم IEEE 802.11، LocalTalk، تعویض برچسب چند پروتکل (MPLS)، پروتکل نقطه به نقطه (PPP)، پروتکل نقطه به نقطه روی اترنت (PPPoE)، StarLan، حلقه توکن، تشخیص پیوند یک طرفه (UDLD)، x.25]]، ARP.

در برنامه نویسی، این سطح نشان دهنده درایور کارت شبکه است؛ در سیستم عامل ها، یک رابط نرم افزاری برای تعامل سطوح کانال و شبکه با یکدیگر وجود دارد. این یک سطح جدید نیست، بلکه صرفاً اجرای مدلی برای یک سیستم عامل خاص است. نمونه هایی از این رابط ها: ODI، NDIS، UDI.

لایه فیزیکی

لایه فیزیکی (لایه فیزیکی) - 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. سازمان های مختلفی در تدوین این روش ها مشارکت دارند، از جمله: موسسه مهندسین برق و الکترونیک، اتحاد صنعت الکترونیک، موسسه استانداردهای مخابرات اروپا و غیره. 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.

Hubs]]، 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 مانند فیبر نوری، جفت تابیده، کابل کواکسیال، پیوند داده ماهواره ای و غیره تعریف می کند. انواع استاندارد رابط های شبکه مربوط به لایه فیزیکی عبارتند از:)