آموزش رایگان ccna enterprise؛ قسمت یازدهم: آشنایی با مدل مرجع osi

در سری مقالات آموزش ccna در فالنیک، سرفصل‌هایی را مطرح می‌کنیم که طبق آزمون ccna هستند و در این آزمون مورد سوال قرار می‌گیرند. در این مقاله و مقاله آینده قصد داریم مدل مرجع osi و لایه‌های مختلف آن را بررسی کرده، نحوه عملکرد و وظایف هر کدام از لایه‌ها را شرح دهیم. با فالنیک همراه باشید.

• لایه های مدل مرجع osi
• شناخت کلی لایه های مدل osi
• عملکرد لایه های osi
• ارسال اطلاعات بین لایه ها
• لایه کاربرد
• لایه ارائه
• لایه جلسه
• لایه انتقال
• ارتباط اتصال‌گرا و ارتباطات بدون اتصال

قبل از این‌که بتوانید سوئیچ‌ها و روترهای سیسکو را با موفقیت پیکربندی کنید، باید اطلاعات کامل و دقیقی‌ در ارتباط با مفاهیم اولیه و پیشرفته شبکه داشته باشید. «مدل مرجع اتصال سیستم‌های باز (OSI)» بهترین مکان برای شروع یادگیری اصول مهم شبکه‌ ها است، زیرا به شما کمک می‌کند تا نحوه انتقال اطلاعات بین مولفه‌های شبکه را درک کنید. اطلاع از چگونگی عملکرد چهار لایه پایینی مدل OSI ضروری است چون اکثر مولفه‌های شبکه در این لایه‌ها کار می‌کنند.

آشنایی با عملکرد این لایه‌ها کمک می‌کند تا نحوه انتقال ترافیک بین مولفه‌های شبکه را درک کرده و از مدل مرجع OSI برای نشان دادن فرآیند کپسوله‌سازی و کپسول‌زدایی استفاده کنید. در این مقاله و مقاله شماره بعد با جزییاتی از مدل مرجع OSI و لایه‌های آن آشنا می‌شوید که شاید آن‌ها را کمتر در منابع فارسی دیده باشید.

لایه‌های مدل مرجع OSI

در اوایل دهه 1980، سازمان بین‌المللی استاندارد (ISO)، استانداردی را برای سازندگان تجهیزات تعریف کرد تا بتوانند تجهیزات شبکه را بر مبنای یک خط‌مشی واحد و به‌گونه‌ای طراحی کنند که قابلیت برقراری ارتباط با یکدیگر در محیط‌های مختلف را داشته باشند. معماری استانداردی که امروزه به‌نام مدل مرجع OSI از آن نام برده می‌شود در هفت لایه خلاصه می‌شود. این لایه‌ها به ترتیب و از بالا به پایین لایه کاربرد، ارائه، جلسه، انتقال، شبکه، پیوند داده و فیزیکی نام دارند. هر لایه مسئول انجام یک فرآیند یا نقش خاص است.

نکته: برای آ‌ن‌که ترتیب این لایه‌ها را بدون مشکل به‌خاطر بسپارید، این جمله انگلیسی را حفظ کنید تا دیگر مشکلی بابت فراموشی این لایه‌ها نداشته باشید.

All people seem to need data processing

در این‌‌جا حرف اول هر کلمه به ترتیب به لایه‌های زیر اشاره دارد:

• لایه کاربرد (Application)
• لایه ارائه (Presentation)
• لایه جلسه (Session)
• لایه انتقال (Transport)
• لایه شبکه (Network)
• لایه پیوند داده (Data Link)
• لایه فیزیکی (Physical)

شناخت کلی لایه‌های مدل osi

سه لایه اول که «کاربرد»، «ارائه» و «جلسه» هستند، به عنوان لایه‌های بالایی مدل OSI شناخته می‌شوند و معمولاً توسط نرم‌افزارهای کاربردی کنترل می‌شوند. به عبارت دقیق‌تر، این لایه‌ها توسط مدیر شبکه کنترل یا اصلاح نمی‌شوند. با این‌حال، مدیران شبکه می‌توانند از اطلاعاتی که در ارتباط با عملکرد لایه‌های انتقال، شبکه، پیوند ‌داده و لایه‌ فیزیکی دارند برای عیب‌یابی ارتباطات شبکه استفاده کنند. این چهار لایه که به عنوان لایه‌های پایینی مدل OSI شناخته می‌شوند، لایه‌هایی هستند که به عنوان یک حرفه‌ای شبکه باید اطلاعات کاملی در ارتباط با آن‌ها داشته باشید.

هر لایه از مدل OSI مسئول ارتباط مستقیم با لایه‌های بالا و پایین خود است که دریافت داده‌ها یا ارسال داده‌ها به لایه‌های مجاور را کنترل می‌کند. به عنوان مثال، لایه ارائه، اطلاعات را از لایه کاربرد دریافت می‌کند، آن را قالب‌بندی می‌کند و برای لایه جلسه ارسال می‌کند. لایه ارائه هرگز مستقیماً با لایه‌های انتقال، شبکه، پیوند داده یا فیزیکی در ارتباط نیست. این فرآیند در ارتباط با دیگر لایه‌های مدل OSI نیز صادق است.

عملکرد لایه‌های osi

درک عملکرد هر یک از لایه‌های مدل مرجع OSI هنگام عیب‌یابی مولفه‌های شبکه و ارتباطات شبکه بسیار مهم است. هنگامی که عملکرد این لایه‌ها و طرز کار ابزارهای عیب‌یابی را که برای لایه‌های مختلف ارائه شده‌اند، به خوبی درک کنید، عیب‌یابی مشکلات مربوط به شبکه ساده خواهد بود.

به‌طور کلی، ارتباط شبکه از لایه کاربرد مدل OSI آغاز می‌شود و از طریق لایه‌های دیگر ادامه پیدا می‌کند تا به لایه فیزیکی برود. سپس اطلاعات از طریق رسانه ارتباطی به حرکت خود ادامه می‌دهند تا به سیستم دریافت‌کننده برسند. شکل زیر این موضوع را نشان می‌دهد. همان‌گونه که مشاهده می‌کنید عکس این قضیه هنگامی اتفاق می‌افتد که گیرنده پیامی را مبنی بر دریافت اطلاعات برای فرستنده ارسال می‌کند. کل مفهوم دنیای شبکه و تمامی مکانیزم‌ها و تجهیزاتی که برای دنیای شبکه‌ها طراحی می‌شوند در تصویر زیر خلاصه شده است.

ارسال اطلاعات بین لایه‌ها

هنگامی که به ارتباط دو دستگاه مانند دو رایانه فکر می‌کنید، باید به این نکته دقت کنید که هر اقدامی که در یک لایه از رایانه‌ی فرستنده انجام می‌شود، در کامپیوتر گیرنده و در همان لایه عکس آن انجام می‌شود. به عنوان مثال، اگر لایه ارائه، اطلاعات را در رایانه فرستنده فشرده کند، آن‌گاه داده‌ها در رایانه گیرنده از حالت فشرده خارج می‌شوند.

بیایید به لایه‌ها از دیدگاه دو رایانه که داده‌ها را بین یکدیگر ارسال می‌کنند نگاه کنیم. Computer1 و Server1 در حال تبادل داده در شبکه هستند. همان‌گونه که در شکل زیر نشان داده شده است، Computer1 کامپیوتر فرستنده و Server1 کامپیوتر گیرنده است. تبادل داده با ارسال درخواستی به Server1 در لایه برنامه Computer1 شروع می‌شود. در Server1، داده‌ها از طریق لایه‌ها به لایه کاربرد بازگردانده می‌شوند، که داده‌ها را به برنامه یا سرویس مناسب در سیستم ارسال می‌کند.

• نکته امتحانی

آزمون ccna مطمئناً دانش شما در مورد مدل OSI و هر یک از لایه‌های آن را محک می‌زند، بنابراین برای موفقیت در آزمون باید با عملکرد هر یک از این لایه‌ها آشنا باشید. همچنین، باید توجه داشته باشید که داده‌ها پس از رسیدن به لایه‌های مختلف، ممکن است تغییراتی دریافت کنند و البته نام‌های خاص آن لایه را به خود می‌گیرند. به‌طوری‌که در لایه 4، داده‌ها «سگمنت» (Segment) نامیده می‌شوند. در لایه 3، داده‌ها بسته (Packet) نامیده می‌شوند و در لایه 2 به داده‌ها فریم (Frame) گفته می‌شود.

لایه 7: لایه کاربرد (Application Layer)

لایه «کاربرد» روی سیستم ارسال (Computer1) که مسئول شروع درخواست واقعی است، در حال اجراست. این درخواست می‌تواند هر نوع درخواست شبکه‌ای باشد، یک درخواست وب با استفاده از یک مرورگر وب (HTTP)، یک درخواست تحویل ایمیل با استفاده از پروتکل انتقال ساده (SMTP)، یا یک درخواست فایل با استفاده از نرم‌افزار‌های FTP در سیستم دریافت‌کننده. لایه کاربرد مسئول ارسال درخواست به برنامه یا سرویس مناسب در آن سیستم است. به‌طور مثال، در شکل قبل، فرض کردیم که شما مالک Computer1 هستید و آدرس Server1 را در مرورگر وب خود تایپ کرده‌اید تا یک درخواست HTTP ایجاد کنید.

پروتکل‌های بسیار زیادی وجود دارند که در لایه کاربرد اجرا می‌شوند. رایج‌ترین آن‌ها عبارتند از:

1. HTTP
2. telnet
3. پوسته امن SSH (سرنام Secure Shell)
4. پروتکل انتقال فایل FTP (سرنام File Transfer Protocol)
5. پروتکل دفتر پست نگارش سه POP3 (سرنام Post Office Protocol)
6. پروتکل انتقال نامه ساده  SMTP(سرنام Simple Mail Transfer Protocol)
7. نکته امتحانی

به یاد داشته باشید که لایه کاربرد، پروتکل‌ها و خدماتی را ارائه می‌دهد که سیستم‌ها را قادر می‌سازد تا یک درخواست (سیستم ارسال) را آغاز کنند یا به یک درخواست (سیستم دریافت‌کننده) سرویس‌دهی کنند.

لایه 6: لایه ارائه (Presentation Layer)

پس از ارسال درخواست، لایه کاربرد داده‌ها را به لایه «ارائه» منتقل می‌کند، جایی که داده‌ها قالب‌بندی می‌شوند تا سیستم دریافت‌کننده قادر به تفسیر آن‌ها باشد. وقتی لایه ارائه، داده‌ها را از لایه کاربرد دریافت می‌کند، مطمئن می‌شود که داده‌ها در فرمت مناسب هستند، اگر این‌گونه نباشد، لایه ارائه تغییراتی روی داده‌ها یا به عبارت دقیق‌تر بسته‌ها انجام می‌دهد. در سیستم دریافت‌کننده، زمانی که لایه ارائه، داده‌های شبکه را از لایه «نشست» دریافت می‌کند، مطمئن می‌شود که داده‌ها قالب مناسبی دارند؛ در غیر این صورت، دوباره یک فرآیندِ تبدیل روی آن‌ها انجام می‌دهد.

توابع قالب‌بندی که می‌توانند در لایه «نمایش» سیستم فرستنده استفاده شوند، شامل فشرده‌سازی، رمزگذاری و اطمینان از این موضوع هستند که سیستم کدینگ طرف مقابل قادر به درک این اطلاعات است. به عنوان مثال، اگر داده‌هایی که قصد ارسال آن‌ها را داریم باید فشرده‌سازی شوند، لایه کاربرد، درخواست را به لایه «ارائه» تحویل می‌دهد، لایه ارائه درخواست را دریافت و فشرده‌سازی را انجام می‌دهد. در این‌جا، دریافت‌کننده باید این داده‌ها را از حالت فشرده خارج کند تا بتواند آن‌ها را بخواند. هنگامی که داده‌ها به لایه‌ی نمایش رایانه‌ی گیرنده می‌رسد، از حالت فشرده خارج شده و سپس به لایه برنامه تحویل داده می‌شوند.

لایه 5: لایه جلسه (Session Layer)

لایه «نشست» یا «جلسه»، تعامل (گفت‌وگوی) بین رایانه‌ها را با ایجاد، مدیریت و خاتمه ارتباطات بین آن‌ها مدیریت می‌کند. هنگامی که یک جلسه برقرار می‌شود، سه کار متمایز انجام می‌شوند:

1. درخواست‌کننده، وظیفه دارد سرویس و قوانین ارتباط بین دو سیستم را در مرحله استقرار مدیریت می‌کند. این قوانین مواردی از قبیل این‌که چه کسی و چه زمانی داده‌ها باید ارسال شوند، و چه مقدار داده می‌تواند در یک زمان ارسال شود را شامل می‌شود. هر دو سیستم باید در مورد قوانین به توافق برسند. قوانین حاکم بر شبکه درست مثل آداب گفتگو هستند.
2. پس از ایجاد قوانین، مرحله انتقال داده آغاز می‌شود. هر دو طرف می‌دانند چگونه با یکدیگر صحبت کنند، چه روش‌ها و فناوری‌هایی برای برقراری ارتباط کارآمد هستند و چگونه خطاها را تشخیص دهند. همه این اطلاعات از طریق قوانین تعریف شده در مرحله اول به دست می‌آیند.
3. در نهایت، مرحله خاتمه نشست آغاز می‌شود. این مرحله زمانی اتفاق می‌افتد که جلسه کامل می‌شود و ارتباط به شکل منظمی پایان می‌یابد.

در مثال ما و در این مرحله، Computer1 یک جلسه با Server1 ایجاد می‌کند و با همدر مورد قوانین نشست به توافق می‌رسند.

• نکته امتحانی

به یاد داشته باشید که لایه جلسه مسئول راه‌اندازی، حفظ و پایان دادن به اتصالات شبکه است. از تکنیک‌ها و پروتکل‌های لایه نشست باید به تماس‌های از راه دور (RPC) و سیستم فایل شبکه (NFS) اشاره کرد.

لایه 4: لایه انتقال (Transport)

چهارمین لایه مدل osi لایه‌ی «انتقال» یا transport نام دارد. وظایف مختلفی بر عهده این لایه است که در ادامه آن‌ها را ذکر می‌کنیم.

1.لایه انتقال عملکردهایی مانند تحویل قابل اعتماد و غیرقابل اعتمادِ داده را مدیریت می‌کند. پروتکل‌های انتقالِ قابل اعتماد که در لایه انتقال استفاده می‌شوند باید از تحویل مطمئن داده‌ها به مقصد اطمینان حاصل کنند. در سیستم ارسال، لایه انتقال وظیفه شکستن داده‌ها به قطعات کوچک‌تر را که سگمنت نام دارند، بر عهده دارد؛ به‌طوری که در صورت نیاز به ارسال مجدد، تنها بخش‌هایی از داده‌های از دست رفته ارسال شوند. بخش‌های گمشده زمانی شناسایی می‌شوند که لایه انتقال پس از دریافت بسته‌ها، تأییدیه‌ها (ACK) را از سیستم راه دور دریافت کند. در سیستم دریافت‌کننده، لایه انتقال وظیفه باز کردن تمام بسته‌ها و بازسازی پیام اصلی را بر عهده دارد.

2.یکی دیگر از عملکردهای لایه انتقال، شناسایی توالی سگمنت‌ها است. ترتیب‌دهی (Sequencing) یا به زبان ساده مرتب‌سازی، یک سرویس اتصال‌گرا است که بخش‌هایی را که خارج از صف دریافت می‌شوند دریافت می‌کند و آن‌ها را به ترتیبِ درست پشت سر هم قرار می‌دهد. به عنوان مثال، اگر من پنج بسته را برای شما ارسال کنم و شما بسته‌ها را بدون ترتیب و به صورت ۳، ۱، ۴، ۲، ۵ دریافت کنید، لایه انتقال اعداد دنباله را می‌خواند و آن‌ها را به ترتیب صحیح مونتاژ می‌کند.

3.لایه انتقال گزینه‌ی تعیین یک آدرس سرویس (Service Address) را که به عنوان آدرس پورت شناخته می‌شود، فعال می‌کند. آدرس پورت به سرویس‌ها یا برنامه‌هایی که روی سیستم‌ها اجرا می‌شوند این امکان را می‌دهد تا از طریق یک آدرس پورت منحصربه‌فرد در سیستم قادر به برقراری ارتباط با شبکه باشند و همچنین مشخص می‌کند که درخواست از چه برنامه‌ای است و به سمت چه برنامه‌ای باید هدایت شود. سیستم عامل‌های مدرن چند برنامه را به‌طور همزمان اجرا می‌کنند و هر برنامه‌ی شبکه، یک آدرس خدمات منحصر به فرد دارد. آدرس‌های سرویس که به‌درستی تعریف شده‌اند (مثلاً با استانداردهای شبکه) آدرس‌های شناخته شده (well-known addresses) نامیده می‌شوند. آدرس‌های سرویس نیز توسط پروتکل‌هایی مانند TCP/IP سوکت (Socket) یا پورت (Port) نامیده می‌شوند.

• نکته امتحانی

برای آزمون به خاطر داشته باشید که TCP نمونه‌ای از یک پروتکل لایه انتقال است که مسئول تحویلِ قابل اعتماد است، در حالی که پروتکل دیتاگرام کاربر (UDP) نمونه‌ای دیگر از پروتکل لایه انتقال است که مسئول تحویل غیرقابل اعتماد است.

در این مرحله، درخواست به بخش‌هایی تقسیم می‌شود تا برای تحویل در سراسر شبکه آماده شده و اطلاعات لایه انتقال (مانند پروتکل انتقال مورد استفاده و هرگونه اطلاعات انتقال اضافی) به درخواست اضافه شود.

ارتباط اتصال‌گرا و ارتباطات بدون اتصال

ارتباطات مبتنی بر اتصال، تحویل مطمئن داده‌ها را از فرستنده به گیرنده تضمین می‌کنند. هنگام برقراری خدمات اتصال، این شکل از ارتباط مستلزم آن است که نوعی عملکرد «دست‌دهی» (handshake) در ابتدای جلسه ارتباطی انجام شود. در طی این فرآیند، دو کامپیوتر قوانین ارتباطی را تعیین می‌کنند، مانند این‌که چه مقدار داده در یک زمان ارسال شود و از کدام پورت‌ها استفاده شود. لازم به توضیح است که دست‌دهی روش صحیح خاتمه دادن به جلسه را پس از پایان یک ارتباط تعیین می‌کند. رویکرد فوق تضمین می‌کند که ارتباط به شیوه‌ای درست پایان پذیرفته است.

یک نشست به تعامل پایدار و قابل اطمینان بین دو کامپیوتر اشاره دارد. یک نشست مانند یک تماس تلفنی است: شما یک تماس تلفنی را با شماره‌گیری آغاز می‌کنید، سپس با طرف مقابل صحبت می‌کنید (تبادل داده‌ها) و در انتها از واژه «خداحافظ» استفاده می‌کنید و در نهایت پس از پایان مکالمه تماس را قطع می‌کنید. از آن‌جایی که سرویس‌های اتصال‌گرا می‌توانند ارتباط قابل اعتمادی را ارائه دهند، زمانی که دو کامپیوتر نیاز به ارتباط در یک جلسه دارند از این سرویس‌ها استفاده می‌شود. جلسات تا زمانی حفظ می‌شود که دو کامپیوتر تصمیم بگیرند که ارتباط آن‌ها به پایان رسیده است یا خیر.

ارتباط بدون اتصال، شکل دیگری از ارتباط است که در آن سیستم فرستنده خود را معرفی‌ نمی‌کند (بر مبنای قوانین توافقی دو طرف کار نمی‌کند) و فقط داده‌ها را ارسال می‌کند. همچنین، کامپیوترِ مقصد هنگام دریافت اطلاعات به منبع اطلاع نمی‌دهد. این نوع ارتباط غیرقابل اعتماد در نظر گرفته می‌شود، زیرا هیچ پیامی مبنی بر تضمین تحویل ارسال نمی‌شود. ارتباط بدون اتصال می‌تواند سریع‌تر از ارتباطات اتصال‌گرا باشد زیرا سربار مدیریت جلسه وجود ندارد و پس از ارسال اطلاعات، گام دومی برای اطمینان از دریافت صحیح برداشته نمی‌شود.

استفاده از یک پروتکل بدون اتصال در لایه انتقال یعنی پروتکل لایه انتقال، تحویل را تضمین نمی‌کند. با این حال، پروتکل‌های لایه بالاتر، مانند پروتکل‌های لایه کاربردی، ممکن است دارای عملکردی برای تضمین تحویل باشند.

برای آزمون CCNA R&S مهم است که عملکردهای اصلی لایه انتقال را بدانید که عبارتند از:

1. ارتباط بین دو دستگاه یا سیستم را راه‌اندازی کرده، حفظ و پایان می‌دهد.
2. می‌تواند تحویل مطمئن یا غیرقابل اعتماد داده‌ها را در این اتصال فراهم کند.
3. داده‌ها را به بخش‌های کوچک‌تر و قابل مدیریت‌تر تقسیم می‌کند.
4. اتصالات را چندگانه می‌کند و به چند برنامه امکان می‌دهد داده‌ها را به‌طور همزمان توسط یک دستگاه شبکه ارسال و دریافت کنند.
5. می‌تواند کنترل جریان را از طریق سیگنال‌های آماده/غیرآماده مدیریت کند تا مطمئن شود مؤلفه دیگری داده‌های بیش از اندازه ارسال نمی‌کند که باعث بروز مشکل سرریز شود. هر دوی این روش‌ها برای جلوگیری از بروز مشکل تراکم اضافی انجام می‌شود. برای این منظور از مولفه‌ای به‌نام بافر (buffer) استفاده می‌شود.

• نکته امتحانی

برای آزمون ccna باید پنج عملکرد اصلی لایه انتقال را بدانید که عبارتند از:

1. مدیریت اتصال
2. تحویل قابل اعتماد و غیرقابل اعتماد داده
3. کنترل جریان
4. چندگانه‌سازی
5. تقسیم‌بندی

در مقاله بعدی با سایر عملکردهای لایه انتقال و همچنین لایه‌های دیگر مدل OSI آشنا می‌شویم.