osi چیست؟

یکی از مفاهیم متداول دنیای شبکه مدل OSI‌ است که یک مدل انتزاعی و استاندارد برای ایجاد ارتباط بین سیستم‌های کامپیوتری محسوب می‌شود. درواقع مدل osi برای درک بهتر شبکه‌های کامپیوتری کاربرد دارد و فرایند انجام آن با گذر از 7 لایه صورت می‌گیرد. مدل osi در دنیای امروز که تکنولوژی نقشی مهم و اساسی دارد، بسیار کاربردی بوده و مهندسان فعال حوزه شبکه با آن سروکار دارند و به کمک آن می‌توانند عیب‌یابی‌ها را راحت‌تر و سریع‌تر انجام دهند. برای اینکه بدانید مدل osi چیست و با لایه‌ها، مزایا و معایب آن آشنا شوید، تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.

مدل OSI چیست و چه کاربردی دارد؟

برای مهندسان شبکه و همه افرادی که با شبکه‌ها سرو کار دارند بسیار مهم است که بدانند مدل osi چیست و چه کاربردهایی دارد. مدل osi به زبان ساده مدلی است که به منظور ارتباط بین سیستم‌های کامپیوتری استفاده می‌شود که OSI مخفف عبارت Open Systems Interconnection بوده و شامل 7 لایه فیزیکی می‌شود که هر لایه وظیفه‌ خاصی برای انتقال داده بر عهده دارد. این مدل استانداردی جهانی بوده و سازمان بین‌الملی استانداردسازی آن را ایجاد نموده است. کاربرد OSI ایجاد پیوند و ارتباط بین تجهیزات شبکه مانند روتر، مودم و سوئیچ و کمک به عملکرد بدون مشکل آن‌ها است. باتوجه به اینکه هر لایه از این مدل عملکرد خاص خود را دارد، تشخیص دلیل و منشا مشکلات و عیب‌یابی آن‌ها ساده‌تر خواهد بود بنابراین با کمک این نوع معماری شبکه می‌توان پروسه ارتباط و عیب‌یابی را در زمانی‌ کوتاه‌تر متوجه شد و مهندسان شبکه می‌توانند پروتکل‌های جدید را طراحی کنند.

اگر بدنبال راه اندازی شبکه هستید، حتما تجهیزات شبکه میکروتیک را بررسی کنید.

مفهوم PDU در معماری OSI چیست؟

به بسته‌ای از داده‌هایی که در سیستم لایه‌ای OSI قرار دارند و بین لایه‌های مختلف در حال تبادل باشند، PDU گفته می‌شود. PDU مخفف عبارت  Protocol data unit بوده و شامل مجموعه داده‌هایی است که در هنگام رد و بدل شدن بین لایه‌های مختلف مدل OSI به مقدار مجموعه داده‌ها کاسته یا افزوده می‌شود تا داده‌ها آماده تحویل و ارائه به لایه‌های پایینی یا بالایی شوند. این عملیات به این دلیل صورت می‌گیرد که Protocol data unit در هر کدام از لایه‌ها قابل درک برای همان لایه یا لایه‌های دریافت کننده مشابه بوده تا این داده‌ها را آماده نموده و با توجه به پروتکل آن را برای تحویل به لایه بعدی آماده کند که در اصطلاح به این فرایند packet-switched نیز گفته می‌‌شود.

آشنایی با ۷ لایه مدل OSI 

سیستم ارتباطی مدل جهانی OSI شامل 7 لایه مختلف بوده که هر کدام از لایه‌ها وظایف خاصی دارد و مبنایی برای لایه بعدی هستند. باتوجه به این لایه‌ها توضیحی قابل مشاهده و قابل درک برای شبکه و سیستم‌‌های ارتباطی وجود خواهد داشت و مدیر شبکه به کمک آن‌ها می‌تواند به عیب‌یابی شبکه کمک کند. در این مدل داده‌ها از دستگاه فرستنده از لایه بالا عبور کرده تا به لایه پایین می‌رسد و در دستگاه گیرنده نیز داده‌ها به صورت برعکس یعنی از پایین به بالا گذر می‌کنند. در ادامه به معرفی هر کدام از لایه‌های OSI به ترتیب پایین‌ترین لایه تا بالاترین آن خواهیم پرداخت.

لایه اول: لایه فیزیکی (Physical layer)

 پایین‌ترین لایه مدل OSI لایه فیزیکی است که در این قسمت داده‌های خام به صورت 0 و 1 یا بیت تبدیل به سیگنال شده و با رابط‌های فیزیکی و الکترونیکی موجود در این لایه رد و بدل می‌شوند. به کمک این لایه بیت‌های کامیپوتری از دستگاهی به دستگاه دیگر ارسال می‌شوند. بنابراین باتوجه به اینکه بین سخت‌افزارها ارتباط برقرار می‌شود این لایه را لایه فیزیکی می‌نامند و تشخیص نوع رابط، رسانه و سیگنال ارتباطی بر عهده این لایه است. در این لایه تجهیزات فیزیکی برقی مختلف مانند روترها و سوئیچ‌ها وجود دارد که برای انتقال داده در شبکه کاربرد دارند. بنابراین در لایه فیزیکی مسئولیت ایجاد، حفظ و خاتمه دادن به ارتباطات فیزیکی دستگاه‌های مختلف شبکه به واسطه این لایه انجام می‌شود. در لایه‌ فیزیکی بعد از اینکه داده‌های خام تبدیل به صفر و یک شد، به لایه بعدی ارسال می‌شوند. Mesh، Star و Bus جزو توپولوژی‌های مهم‌ فیزیکی در این لایه هستند و این بخش مشخص می‌کند که داده‌ها به چه روشی بین دستگاه‌ها ردوبدل شوند که از اصلی‌ترین حالات انتقال داده می‌توان به Half-Duplex، Full-Duplex و Simplex اشاره کرد.

لایه دوم: لایه دیتالینک یا داده-لینک (Data-Link Layer)

 در پله بالاتر لایه فیزیکی، لایه دیتالینک قرار دارد که امکان اتصال و برقراری ارتباط بین دو دستگاه از یک شبکه را فراهم کرده یا به آن خاتمه می‌دهد. در این لایه بسته داده‌ها از لایه شبکه دریافت شده و به قطعات کوچک‌تری تبدیل می‌شوند که به آن‌ها فریم گفته می‌شود. لایه دیتالینک متشکل از دو لایه ریز‌تر به نام MAC و LLC بوده که MAC برای ارسال و دریافت داده‌ها دستوراتی را مشخص کرده به واسطه مک‌آدرس امکان برقراری ارتباط بین دستگاه‌های یک شبکه را فراهم می‌کند و LLC نیز پروتکل‌های شبکه را شناسایی کرده، فریم‌ها را همگام‌سازی نموده و خطاهای لایه فیزیکی را برطرف می‌کند.‌ بنابراین این لایه از مدل OSI این اطمینان را فراهم می‌کند که داده‌ها بدون مشکل خاصی بین دستگاه‌های شبکه منتقل شوند. در لایه لینک-داده داده‌های خام در فریم ترکیب شده و سپس به واسطه آن بسته داده، به لایه شبکه میزبان مقصد ارسال می‌شود و در آخر مقصد لایه دیتالینک سیگنال را دریافت نموده و بعد از رمزگشایی آن را تحویل سخت افزار می‌دهد. اگر بخواهیم مثالی ساده برای درک این لایه بیان کنیم می‌توان به مدیریت فایل‌های تلفن همراه اشاره کرد که به واسطه آن فایل‌های مختلف مانند عکس، فیلم، موسیقی و اسناد ابتدا گروه‌بندی شده و در نهایت هر کدام از گروه‌ها در قالب یک پوشه مجزا در اختیار کاربر قرار می‌گیرد.

لایه سوم: لایه شبکه (Network Layer)

در مدل OSI بالاتر از لایه دیتالینک لایه شبکه قرار دارد که امکان برقراری ارتباط بین دو یا چند شبکه مختلف را فراهم می‌کند. در این لایه سگمنت‌های لایه بالاتر یعنی لایه انتقال در شبکه مبدا تبدیل به قطعاتی کوچک‌تر به نام بسته یا Packet می‌شود و مجددا آن‌ها را در شبکه دریافت کننده یا مقصد به یک‌دیگر وصل می‌کند. درواقع این لایه مسئولیت مسیریابی بسته‌های داده را از مبدا به میزبان مقصد بر عهده دارد و تفاوتی ندارد که این مسیریابی با پروتکل‌های درون شبکه‌ای صورت گیرد یا نه، در هر صورت مسیریابی در این لایه صورت خواهد گرفت. نحوه مسیریابی یا روتینگ در این لایه با استفاده از آدرس‌های IP شبکه‌ها صورت می‌گیرد و کوتاه‌ترین و بهترین مسیرهای فیزیکی را برای انتقال داده به شبکه مقصد پیدا می‌کند. بنابراین روترها نقش مهمی در لایه شبکه بر عهده دارند و مسیریابی را کوتاه‌تر و آسان‌تر می‌کنند. درمجموع ازجمله کاربردهای لایه شبکه در مدل osi می‌توان به مسیریابی، شبکه‌بندی متقابل، آدرس‌دهی، و بسته‌بندی داده اشاره کرد.

لایه چهارم: لایه انتقال (Transport Layer)

چهارمین لایه در مدل OSI لایه انتقال بوده که بین دو دستگاه یک رابطه دو طرفه ایجاد می‌کند و داده‌ها را در بین آن‌ها به شکلی موثر رد و بدل می‌کند. همانطور که از نام این لایه مشخص است به کمک آن داده‌ها از لایه قبلی گرفته شده و بعد از تبدیل به واحدهایی به نام سگمنت آن‌ها را ارسال می‌کند. سپس در لایه انتقال دستگاه مقصد نیز دوباره این سگمنت‌ها سرهم‌بندی شده و به داده‌هایی که برای لایه نشست قابل استفاده باشند، تبدیل می‌شوند. لایه انتقال به صورت دقیق میزان داده‌های ارسالی، مقصد دریافت و سرعت انتقال آن‌ها را مشخص می‌کند و به کمک این لایه خطاهای جریان داده شناسایی می‌شود. در این لایه برای هر دو انتقال بین‌شبکه‌ای و درون شبکه‌ای از از روش (End to End) یا پایان به پایان استفاده می‌شود و لازم است که همه دستگاه‌ها شبکه دارای یک نقطه دسترسی خدمات انتقال بوده و علامت‌گذاری آن‌ها به عنوان شماره پورت صورت گیرد.

لایه پنجم: لایه نشست (Session Layer)

در پله بعدی از مدل OSI لایه نشست قرار دارد که مسئولیت ایجاد و اتمام اتصالات بین دستگاه‌های یک شبکه را بر عهده دارد و به مدت زمانی که یک اتصال ایجاد شده و پایان می‌یابد، نشست، سشن یا جلسه گفته می‌شود. این لایه تضمین می‌کند نشست‌های ایجاد شده تا زمانی که همه داده‌ها ردوبدل نشوند باز باقی بماند و برای جلوگیری از اتلاف منابع بلافاصله بعد از پایان ارتباط بین نشست‌ها آن‌ها را می‌بندد. هنگامی که داده‌ها در حال تبادل هستند، لایه نشست چک‌پوینت‌هایی را ایجاد نموده و درصورتی که به هر دلیلی سشن‌ها قطع شده یا دچار اختلال شوند، روند انتقال آن‌ها مجددا از آخرین چک‌پوینت صورت می‌گیرد که این ویژگی باعث صرفه‌جویی در زمان می‌شود. ازجمله کاربردهای لایه نشست می‌توان به ایجاد، مدیریت، نگهداری، بازیابی و پایان دادن به سشن‌ها، کنترل دیالوگ، همگام سازی و مدیریت توکن‌ها اشاره کرد.

لایه ششم: لایه نمایش (Presentation Layer)

 در ششمین لایه از مدل OSI لایه نمایش، ارائه، ترجمه یا سینتکس قرار دارد که وظایف متعددی بر عهده دارد که مهم‌ترین آن، آماده کردن داده‌ها برای آخرین لایه یعنی لایه اپلیکیشن است. در لایه نمایش، داده‌های مورد نیاز اپلیکیشن به آن تحویل داده می‌شود و رمزنگاری، رمزگشایی، ترجمه و فشرده‌سازی داده‌ها نیز در همین لایه‌ها انجام می‌شود. به دلیل کاهش حجم داده‌های دریافت شده از لایه آخر، عمل فشرده‌سازی آن‌ها صورت می‌گیرد. درواقع در لایه ارائه، داده‌ها به شکلی قابل درک برای کاربران تبدیل می‌شوند و کمک می‌کند دو سیستم یک‌دیگر را درک کنند. زیرا به دلیل تفاوت syntax‌ گیرنده و فرستنده امکان عدم درک متقابل آن‌ها وجود دارد. برای مثال داده‌های کامپیوتر و موبایل با هم متفاوت بوده و لازم است با توجه به نیاز آن‌ها ترجمه شوند.

 لایه هفتم: لایه اپلیکیشن (Application Layer)

بالاترین لایه موجود در مدل OSI، لایه اپلیکیشن یا کاربرد بوده و تنها لایه‌ای محسوب می‌شود که به صورت مستقیم با داده کاربران تعامل برقرار می‌کند. لایه اپلیکیشن فرایند Data Manipulation را انجام می‌دهد و کلاینت‌ها قادرند به کمک آن‌ها داده‌های قابل فهم و خوانا را به کاربران نهایی تحویل دهند. برای مثال کلاینت‌های ایمیل یا مرورگر‌های وب برای اینکه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند به لایه اپلیکیشن نیاز دارند. بنابراین با استفاده از این لایه کاربران شبکه به یک رابط مستقیم دسترسی خواهند داشت و می‌توانند مستقیم به شبکه دسترسی داشته باشند. برای مثال هنگامی که کاربران ایمیل خود را باز می‌کنند یا فایل‌های داده را به اشتراک می‌گذارد از دسترسی‌هایی که لایه اپلیکیشن به آن‌ها می‌دهند بهره‌مند خواهند شد. البته ذکر این نکته ضرورت دارد که همه اطلاعات لایه اپلیکیشن مبتنی به کاربر نیست و ممکن است نرم‌افزار‌هایی نیز اعمال شود.

مثال کاربردی از مدل OSI در انتقال داده

یک مثال کاربردی از مدل osi در انتقال داده، ارسال ایمیل است‌. هنگامی که کاربری پیام موردنظر خود را در برنامه ایمیل تایپ کرده و بر روی دکمه ارسال کلیک می‌کند، برنامه پیام را به لایه کاربرد یا اپلیکیشن ارسال می‌کند و در این لایه پروتکل SMTP انتخاب شده و داده به لایه نمایش ارسال می‌شود. سپس در لایه نمایش داده‌ها فشرده و گروه‌بندی شده و به لایه نشست منتقل می‌شوند تا جلسه برقراری ارتباط شروع شود. در مرحله بعد داده‌ها به لایه انتقال فرستنده رسیده و در این لایه قطعه‌بندی شده و بعد از ورود به لایه شبکه به بسته‌هایی تقسیم می‌شوند و در لایه پیوند داده به فریم‌هایی کوچک‌تر تقسیم می‌شوند و در نهایت فریم‌ها توسط این لایه به لایه فیزیکی تحویل داده می‌شود. در مرحله بعد لایه فیزیکی داده‌ها را به جریانی از صفر و یک‌ها تبدیل نموده و از طریقه رسانه‌ای مثل وای فای آن‌ها را ارسال می‌کند.

وقتی رایانه کاربر دومی که ایمیل برای آن ارسال شده، جریان بیت را دریافت می‌کند، داده‌ها از مراحل مشابهی از لایه‌های مدل OSI به صورت معکوس عبور کرده و این بار فرایند از لایه پایین به بالا آغاز می‌شود.

مزایا و معایب مدل OSI

مدل osi یکی از کاربردی‌ترین مدل‌ها برای ارتباطات بین شبکه‌ای بوده و همانطور که گفته شد کاربردهای متعددی دارد اما این مدل نیز از مزایا و معایب خاص خود برخوردار است که شناخت آن‌ها برای تجربه بهتر استفاده از این مدل ضرورت دارد. در ادامه مزایا و معایب مدل OSI معرفی شده است.

مزایای مدل OSI

• برخورداری از استاندارد بین‌المللی شبکه‌های کامپیوتری
• پشتیبانی از خدمات اتصال‌محور و بدون اتصال به صورت همزمان
• کمک موثر به پیدا کردن سریع‌تر مشکلات سیستم
• امکان تفکیک پروتکل‌ها، سرویس‌ها و رابط‌های کاربری
• امکان بهبود و توسعه پروتکل‌ها
• طراحی شبکه، کمک به درک بهتری از عملکرد شبکه و ارائه یک مدل استاندارد از شبکه
• وابسته نبودن به یک سیستم عامل خاص
• کمک به پیدا کردن آسیب‌پذیری‌های امنیتی
• امکان تغییر پروتکل‌ها یا مخفی‌سازی آن‌ها
• ایمن‌تر و سازگار‌تر نسبت به سرویس‌های یک لایه
• انعطاف‌پذیری بالا در سازگاری با پروتکل‌های مختلف

معایب مدل OSI

• لایه‌ ارائه که به تعامل کاربر مربوط می‌شود و لایه نشست که قابل استفاده برای مدیریت سشن است، به اندازه دیگر لایه‌ها در مدل osi کاربردی نیستند.
• کپی شدن برخی از سرویس‌ها در لایه‌های مختلفی مانند لایه‌های انتقال و دیتالینک
• عدم امکان فعالیت لایه‌ها به صورت موازی و لزوم منتظر ماندن هر لایه برای دریافت داده‌ها توسط لایه قبلی و سپس شروع فعالیت
• عدم استفاده گسترده به دلیل ماهیت انتزاعی
• دشواری درک مدل OSI برای بسیاری از افراد
• همپوشانی داشتن کارکردهای برهی از لایه‌ها با یک‌دیگر

پروتکل‌های پرکاربرد در هر لایه OSI

در مدل OSI  هر کدام از لایه‌ها دارای پروتکل و استاندارد ‌های خاصی بوده که هر کدام نیز به لایه بالا‌تر از خود سرویسی را ارائه می‌دهد و سرویسی را از لایه پایین دریافت می‌کند تا به لایه آخر یعنی لایه اپلیکیشن برسد. در این مدل پروتکل‌ها باعث ارتباط لایه‌های مختلف شده و دستورالعمل‌هایی را عملی می‌کنند. در ادامه به معرفی پروتکل‌های شناخته‌شده‌تر هر لایه این مدل خواهیم پرداخت.

• پروتکل‌های لایه فیزیکی

پروتکل RS-232: اتصال تجهیزات سریال

پروتکل 802.11 (Wi-Fi): انتقال داده‌ در شبکه‌ بی‌سیم

• پروتکل‌های لایه داده-لینک

پروتکل اینترنت:  انتقال داده‌ در شبکه‌ محلی

پروتکل PPP: اتصال دو نقطه به یکدیگر

• پروتکل‌های لایه شبکه

پروتکل IP: آدرس‌دهی و مسیریابی برای داده‌ها

پروتکل ICMP: ارسال پیام‌های کنترلی

• پروتکل‌های لایه انتقال

پروتکل TCP: ضمانت تحویل داده

پروتکل UDP: ارسال داده بدون تضمین تحویل

• پروتکل‌های لایه نشست

پروتکل RPC: اجرای دستورالعمل‌ها از راه دور

پروتکل SAP: مدیریت جلسه‌های ارتباطی

• پروتکل‌های لایه نمایش

پروتکل MPEG: فشرده‌ کردن ویدیو

پروتکل SSL: برقراری اتصالات امن

پروتکل TLS: رمزگذاری تبادلات اینترنتی

پروتکل ASCH: تبادل امن داده

• پروتکل‌های لایه اپلیکیشن

پروتکل HTTP: انتقال داده صفحه وب

پروتکل FTP: انتقال فایل

پروتکل SMTP: ارسال ایمیل

پروتکل Telnet: برقراری ارتباط از راه دور

تفاوت مدل OSI با مدل TCP/IP

یکی دیگر از مدل‌های کاربردی در دنیای شبکه مدل TCP/IP است که مدلی استاندارد بوده و در جهت توصیف عملکرد شبکه کاربرد دارد. این مدل نسبت به OSI قدیمی‌تر است و توسط وزارت دفاع آمریکا به وجود آمد. این دو مدل به عنوان دو‌مدل مجزا در دنیای شبکه شناخته می‌شوند زیرا تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند. اصلی‌ترین تفاوت این دو مدل این است که OSI دارای 7 لایه بوده اما مدل TCP/IP متشکل از 4 لایه به نام‌های کاربرد، انتقال، اینترنت و دسترسی به شبکه است. از دیگر تفاوت‌های مدل osi و مدل TCP/IP  این است که مدل OSI شامل جزئیات بیشتر بوده و وظایف را دقیق‌تر تفکیک می‌کند. مدل TCP/IP  نسبت به مدل OSI ساده‌تر بوده و استفاده بیشتری در دنیای واقعی دارد. از TCP/IP به عنوان پایه اصلی در ارتباطات شبکه اینترنت استفاده می‌شود. تفاوت دیگر مدل osi با TCP/IP این است که در لایه شبکه مدل OSI استانداردها تعریف شده و برای پروتکل‌های مسیریابی استفاده می‌شود اما در مدل TCP/IP برای انجام این اقدامات از لایه اینترنت استفاده می‌شود.

مقایسه لایه‌ به لایه OSI و TCP/IP

اکنون که با توضیح کامل مدل osi  لایه‌های مختلف آن را شناخته و با تفاوت‌های آن با مدل TCP/IP آشنا شدید بهتر است که لایه‌های مختلف این دو مدل را نیز با یک‌دیگر مقایسه کنید تا به درک بهتری از آن‌ها دست پیدا کنید. در ادامه به  مقایسه لایه‌های OSI و TCP/IP پرداختیم.

• مدل OSI به منظور تعریف عملکرد لایه پایین از لایه‌های فیزیکی و پیوند داده استفاده می‌کند اما TCP/IP تنها از لایه پیوند استفاده می‌کند.
• لایه شبکه مدل osi با لایه اینترنت مدل TCP/IP عملکردی مشابه دارند.
• مدل TCP/IP از یک لایه برای لایه بالایی استفاده می‌کند اما OSI از سه لایه مختلف نرم افزار، ارائه و سشن بهره‌مند می‌شود.
• لایه اپلیکیشن مدل TCP/IP شامل عملکرد سه لایه نمایش، نشست و اپلیکیشن در مدل OSI می‌شود.
• لایه‌های انتقال هر دو مدل عملکردی مشابه یکدیگر دارند.

جمع‌بندی

در دنیای شبکه‌ها استفاده از مفهومی به نام مدل OSI رواح دارد که مدلی برای برقراری ارتباط بین سیستم‌های کامپیوتری مختلف بوده و مهنسان شبکه به کمک آن می‌توانند مشکلات را سریع‌تر و راحت‌تر عیب‌یابی و برطرف کنند. این مدل متشکل از 7 لایه مختلف بوده که هر کدام وظایفی بر عهده دارد و دادن‌ها با گذر از هار کدام از این لایه‌ها تغییر و تحولاتی پیدا می‌کنند تا در نهایت به لایه آخر تحویل داده می‌شوند.