مفاهیم پایه ای شبکه های کامپیوتری

مفاهیم پایه ای شبکه های کامپیوتری مبتنی بر استانداردهایی است که در سطوح بین المللی کاربرد دارند. در مباحث پیشین در رابطه با موضوعاتی چون: انواع شبکه های کامپیوتری، کلاینت-سرور ، شبکه های نظیر به نظیر و توپولوژی شبکه بحث شد. اما در این نوشته قصد داریم به بحث در مورد مدل اتصال متقابل سامانه ‌های باز یا مدل OSI (Open Systems Interconnection model) و اجزاء آن بپردازیم.

مفاهیم پایه ای شبکه : مدل اتصال متقابل سامانه‌های باز  یا OSI

از جمله یکی از مفاهیم پایه ای شبکه های کامپیوتری می توان به اتصال متقابل سامانه ‌های باز  یا OSI اشاره نمود. اخیرا در حوزه ی شبکه های رایانه ای و موازی با تکامل شبکه، نهاد های بین المللی مانند ISO به منظور استاندارد سازی کارکرد های شبکه ها، مدل هایی برای شبکه ها را که از ۷ لایه ی ارتباطی تشکیل شده، ارائه نموده اند. این مدل در میان متخصصان شبکه با نام OSI موسوم است. سامانه  OSI عموما برای ایجاد اتصال بین چند سیستم مخابراتی و یا شبکه های رایانه ای مورد استفاده قرار می گیرد. قصد مدل OSI این است چگونگی ارسال پیام در شبکه های رایانه ای و یا مخابراتی را بین دو نقطه تشریح نماید.

بر این اساس توجه به بحث های مدل OSI با در نظر گرفتن اهمیت آن در مباحثی چون: رفع ایرادات شبکه ها و درک قوانین ارتباطی (پروتکل ها) از جمله مفاهیم پایه ای شبکه محسوب می شود.

لازم به ذکر است که میزان کسب اطلاعات در رابطه با مدل OSI برای کارشناسان شبکه می بایست تا حدی باشد که در هنگام مطالعه ی پروتکل های گوناگون شبکه های رایانه ای، کارشناس قادر به رسم پروتکل بر روی مدل OSI باشد. چنین عملکردی به کارشناسان شبکه کمک می کند تا به صورت صحیح از توالی دریافت پروتکل ها یا داده ها از سوی تجهیزات و نرم افزار ها آگاهی یابند. در ادامه پس از نگاهی اجمالی به لایه های مدل OSI بخش هایی از جزئیات آن ها را توضیح خواهیم داد.

لایه ۷ در مدل OSI (لایه ی کاربرد)

از جمله در مفاهیم پایه ای شبکه آشنایی با لایه ی ۷ یا لایه کاربرد است. لایه ۷ در مدل OSI بیانگر ارتباط بین ۲ برنامه ای محسوب می شود که هر کدام از برنامه ها بر روی رایانه ای مستقل قرار گرفته اند. در نوشته های گذشته پروتکل هایی معرفی شدند که عموما در این لایه کاربرد دارند. این پروتکل شامل مواردی چون:

• RDP؛
• FTP؛
• HTTP؛
• Telnet؛
• IMAP4؛
• POP3؛
• SMTP؛

بودند. لازم به ذکر است که پروتکل های لایه ی ۷ در مدل OSI از طرف برنامه هایی که در دو دسته زیر گروه بندی می شوند، کاربرد دارند:

1. برنامه های قابل استفاده یا کاربردی که خدماتی را برای کاربران تامین می کنند. نمونه های شناخته شده ای از برنامه ها می توان به وب سرور ها و مرورگر ها اشاره نمود که در لایه ۷ از پروتکل HTTP استفاده می کنند.
2. نرم ‌افزار های سودمند (Utility Software) که خدماتی برای سیستم ها ارائه می دهند. از نمونه های چنین برنامه هایی می توان به برنامه هایی بر پایه ی SNMP اشاره نمود. چنین برنامه هایی عموما برای نظارت و گردآوری اطلاعات در مورد ترافیک شبکه و آگاه سازی مدیران شبکه در رابطه با نابسامانی هایی که نیاز به ارزیابی و رسیدگی دارد، در نظر گرفته می شوند.

لایه ۶ در مدل OSI (لایه ی نمایش)

یکی دیگر از مفاهیم پایه ای شبکه لایه ی نمایش یا همان لایه ۶ در مدل OSI محسوب می شود. لایه شش در اصل وظیفه ی فرمت بندی دوباره، فشرده سازی (Data compression) و یا رمز گذاری (Data Encryption) بر عهده دارد. برای نمونه می توان گفت که یک ایمیل قادر است در لایه ۶ مدل OSI نمایش داده شده و به وسیله ی سرویس‌های ایمیل (Email Services) یا دیگر برنامه های عامل رمزگذاری گردد.

لایه ۵ (نشست یا جلسه)

این لایه در بین لایه های مدل OSI تشریح می کند که چگون اطلاعات در بین برنامه ها همگام (Synchronous) شده و در صورتی که پیام به برنامه مقصد نرسد به چه طریقی می بایست بازیابی گردد. برای نمونه، نرم افزار اسکایپ (Skype)

به هنگام بر قرار نمودن یک ارتباط تصویری و یا صوتی با سیستم عامل تعامل برقرار می کند تا در نتیجه ی این تعامل ارتباطی صحیح بین ۲ نقطه میسر شود.

لازم به یادآوری است که لایه های ۷، ۶ و ۵ به صورتی کاملا در هم تنیده و با هم در ارتباط هستند. چنین پیچیدگی در بسیاری از موارد موجب بروز مشکلاتی در تشخیص این لایه ها از یکدیگر می شود. با این وجود ممکن است مسئولیت های هر لایه از طرف برنامه ای کاربردی پیاده سازی (Implementation) گردد. آن هنگام که برنامه ای کاربردی یک واسط برنامه‌نویسی کاربردی (API) را می خواند، آن سیستم عامل بسیاری از مسئولیت ها را بر عهده می گیرد. بر مبنای چنین پیچیدگی هایی است که شناخت و درک صحیح کلیه لایه ها از مفاهیم پایه ای شبکه محسوب می شود.

لایه ۴ OSI (انتقال)

لایه ۴ یا لایه ی انتقال، وظیفه دارد تا اطلاعات لایه ۷ را از برنامه ای به یک برنامه دیگر انتقال دهد. این مبحث یکی از مباحث و مفاهیم پایه ای شبکه است که دیگر نوشته ها به صورت بسیط به آن پرداخته شده است. پروتکل های اصلی این لایه پروتکل های TCP (پروتکل هدایت انتقال) و UDP (پروتکل داده‌ نگار کاربر) محسوب می شوند که وظایف آن ها به شرح زیر است:

پروتکل هدایت انتقال یا TCP

این پروتکل به وارسی انتقال داده ها در شبکه جهت ایجاد ارتباط با میزبان (Host) به کار گرفته می شود. در نهایت TCP کنترل می کند که آیا اطلاعات به مقصد رسیده اند یا نه. در شرایطی که CTP تشخیص دهد که اطلاعات به مقصد نرسیده است، بار دیگر اقدام به ارسال داده ها خواهد نمود.

پروتکل داده‌ نگار کاربر یا UDP

این پروتکل به نوعی پروتکل ارتباط غیر اتصال‌ گرا (Connectionless Communication) است. در این نوع، کاربر از هیچ گونه امکان تبادل (Handshaking) برای کسب اعتماد، منظم نمودن و تبدیل یک یا چند دسته داده به محیطی یکپارچه (Integration) برخوردار نیست. بر این اساس انتقال اطلاعات با استفاده از UDP عاری از اطمینان است. لازم به ذکر است که پروتکل UDP از ساختار رمزگذاری جمع‌ آزما (Checksum) به منظور کنترل مُبرا بودن از خطا و اشتباه در اطلاعات و شماره درگاه ها (پورت ها) به منظور آدرس دادن کارهای گوناگون در نقطه شروع و نقطه هدف استفاده می نماید.

لایه ۳ (شبکه)

لایه ۳ که عموما با نام لایه ی اینترنت نیز شناخته می شود، وظیفه ی انتقال پیام از یک Node به Node دیگر را تا زمانی که پیام به نقطه هدف برسد، بر عهده دارد. در این لایه اصلی ترین پروتکلی که به کار گرفته می شود، پروتکل IP است.

آدرس IP در اصل آدرسی محسوب می شود که به هر Node بر روی شبکه اختصاص می یابد. لایه ۳ آدرس های آی پی را به منظور شناسایی اجزاء موجود بر روی شبکه به کار می گیرد. لازم به ذکر است که پروتکل IP به منظور این که بتواند به هنگام ارسال داده ها به سوی مقصد مطلوب ترین راه را بیابد، از پروتکل های دیگر کمک می گیرد. به عنوان مثال پروتکل هایی مانند: ARP و ICMP از جمله پروتکل های کاربردی در لایه ۳ محسوب می شوند. نکته ی دیگر آن که اگر در طی خط سیر، یکی از پروتکل های شبکه از این موضوع آگاهی یابد که بسته ی اطلاعاتی از حجمی بیش از ظرفیت شبکه برخوردار است، بسته مذکور را به قسمت های کوچکی بخش بندی می کند. این فرآیند تحت عنوان شکستگی (Fragmentation)   و به عنوان یکی از مفاهیم پایه ای شبکه شناخته می شود.

لایه ی ۲ (پیوند داده‌ای)

وظیفه ی لایه ی ۲ یا لایه پیوند داده‌ای ایجاد ارتباط با تجهیزات سخت افزاری صرفا بر روی یک شبکه محلی است. پروتکل های مورد استفاده در این لایه به صورت برنامه نویسی بوده و در شکل یک Middleware (میان ‌افزار) مورد استفاده قرار می گیرند. این لایه عموما در میان کارشناسان شبکه با عنوان “لایه ی پیوند دهنده” معروف است. لازم به ذکر است که سخت افزار و یا فناوری های به کار گرفته شده در یک شبکه، چگونگی کاربرد لایه ۲ را تعیین می نماید. به عنوان مثال: پروتکل های لایه ۲ ، وای فای و اترنت است. همان گونه که مطلع هستید اترنت در شبکه های کابلی و وای فای در شبکه های وایرلس استفاده می شود.

اطلاعات کنترلی لایه ی ۲ در بخش Header واقع شده که علاوه بر این، این اطلاعات در دنباله ی فریم به آخر یک بسته الصاق شده است. لازم به ذکر است که به تمامی پیام هایی که بر روی لایه ی ۲ قرار می گیرد Frame گفته می شود. Header در بردارنده ی آدرس سخت افزاری Network Adapter مقصد و مبداء می باشد. این آدرس ها عموما با نام MAC آدرس شناخته می شوند. این همان آدرسی است که به صورت نوشته ای بر روی برچسب بر روی تمامی آداپتورهای شبکه دیده می شد. این آدرس ها صرفا آدرس های کوتاهی هستند که فقط قادر به شناسایی Node ها بر روی  شبکه هستند.

لایه ی ۱ (لایه ی فیزیکی)

لایه ۱ در برابر دیگر لایه ها عاری از پیچیدگی های خاص است. تنها وظیفه ی این لایه آن است تا بیت ها را به وسیله ی انتقال دهنده ی وایرلیس یا کابلی ارسال نماید. بیت ها می توانند در شکل طول موج های وای فای، ولتاژی بر روی کابل های مسی و یا فیبر های نوری منتقل شوند. توجه داشته باشید که در بحث مفاهیم پایه ای شبکه اصولا فقط دو لایه ی ۱ و ۲ می بایست جزئیاتی مرتبط با شیوه انتقال وایرلس یا کابلی اطلاعات برخوردار باشند. گفتنی است که این دو لایه اطلاعات مورد نیاز خود را از Middleware (میان ‌افزار) کارت شبکه کسب می کنند.