مدل OSI به زبان ساده: راهنمای جامع لایه‌های شبکه برای متخصصان فناوری اطلاعات

آیا تاکنون در هنگام انتقال فایل یا ارسال ایمیل با مشکل مواجه شده‌اید؟

در دنیای امروز که ارتباطات دیجیتال نقش حیاتی دارند، درک نحوه انتقال داده‌ها در شبکه‌ها امری ضروری است. مدل OSI (Open Systems Interconnection) چارچوبی است که به ما کمک می‌کند تا این فرآیند پیچیده را به بخش‌های قابل فهم تقسیم کنیم.​

اهمیت مدل OSI در شبکه‌های کامپیوتری

درک مشترک از سیستم‌های پیچیده

مدل OSI با تقسیم ارتباطات به هفت لایه مجزا، زبان مشترکی برای درک و تحلیل شبکه‌ها فراهم می‌کند. این تقسیم‌بندی به متخصصان شبکه کمک می‌کند تا مشکلات را به‌صورت دقیق‌تر شناسایی و برطرف کنند.​

تسهیل تحقیق و توسعه

با ساختار لایه‌ای مدل OSI، توسعه‌دهندگان می‌توانند بر روی بهبود یک لایه خاص تمرکز کنند بدون اینکه سایر لایه‌ها تحت تأثیر قرار گیرند. این رویکرد ماژولار، نوآوری را تسریع می‌کند و به تیم‌های مختلف اجازه می‌دهد تا به‌صورت هم‌زمان بر روی جنبه‌های مختلف ارتباطات شبکه‌ای کار کنند.​

استانداردسازی انعطاف‌پذیر

مدل OSI امکان ادغام فناوری‌های جدید در هر لایه را بدون اختلال در ساختار کلی شبکه فراهم می‌کند. این ویژگی تضمین می‌کند که دستگاه‌ها و پروتکل‌های مختلف می‌توانند به‌صورت مؤثر با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.​

بررسی لایه‌های هفت‌گانه مدل OSI

مدل OSI از هفت لایه تشکیل شده است که هر کدام وظایف خاصی را بر عهده دارند. در ادامه به بررسی هر یک از این لایه‌ها می‌پردازیم:

1. لایه کاربرد (Application Layer)

این لایه رابط بین نرم‌افزارهای کاربردی و خدمات شبکه‌ای است. پروتکل‌هایی مانند HTTP (برای مرور وب)، FTP (برای انتقال فایل)، SMTP (برای ارسال ایمیل) و DNS (برای تبدیل نام دامنه به آدرس IP) در این لایه عمل می‌کنند.​

2. لایه نمایش (Presentation Layer)

لایه نمایش مسئول ترجمه داده‌ها بین لایه کاربرد و فرمت شبکه است. این لایه وظایفی مانند رمزنگاری، فشرده‌سازی و تبدیل کدها (مثلاً از ASCII به EBCDIC) را انجام می‌دهد تا داده‌ها برای سیستم مقصد قابل فهم باشند.​

3. لایه نشست (Session Layer)

لایه نشست مدیریت و کنترل ارتباطات بین سیستم‌ها را بر عهده دارد. این لایه ارتباطات را برقرار، حفظ و خاتمه می‌دهد و از پروتکل‌هایی مانند RPC (Remote Procedure Call) برای اجرای رویه‌ها در سیستم‌های راه دور استفاده می‌کند.​

4. لایه انتقال (Transport Layer)

لایه انتقال مسئول انتقال مطمئن داده‌ها بین سیستم‌ها است. پروتکل‌هایی مانند TCP (Transmission Control Protocol) و UDP (User Datagram Protocol) در این لایه عمل می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که داده‌ها به‌درستی و به‌ترتیب صحیح به مقصد می‌رسند.​

5. لایه شبکه (Network Layer)

این لایه مسئول مسیریابی و انتقال داده‌ها بین شبکه‌های مختلف است. پروتکل IP (Internet Protocol) در این لایه عمل می‌کند تا آدرس‌دهی و مسیریابی داده‌ها را مدیریت کند.​

6. لایه پیوند داده (Data Link Layer)

لایه پیوند داده مسئول انتقال داده‌ها بین دو دستگاه در یک شبکه محلی است. این لایه وظایفی مانند تشخیص و تصحیح خطاها و کنترل جریان داده‌ها را بر عهده دارد.​

7. لایه فیزیکی (Physical Layer)

لایه فیزیکی مسئول انتقال بیت‌های خام از طریق رسانه‌های فیزیکی مانند کابل‌ها و سیگنال‌های الکتریکی است. این لایه شامل سخت‌افزارهایی مانند کابل‌ها، سوئیچ‌ها و کارت‌های شبکه است.

ارتباط در مدل OSI چگونه انجام می‌شود؟ (یک مثال عملی)

برای درک بهتر عملکرد لایه‌های OSI، به مثال زیر توجه کنید:

فرض کنید کاربری در نیویورک می‌خواهد ایمیلی برای همکارش در لندن ارسال کند:

• در لایه کاربرد (Layer 7)، برنامه ایمیل مانند Outlook از پروتکل SMTP برای ارسال پیام استفاده می‌کند.

• در لایه نمایش (Layer 6)، ایمیل قالب‌بندی و رمزنگاری می‌شود.

• در لایه نشست (Layer 5)، ارتباطی (Session) بین سرور ایمیل نیویورک و لندن برقرار می‌شود.

• در لایه انتقال (Layer 4)، ایمیل به بسته‌های کوچک تقسیم شده و TCP انتقال مطمئن و به ترتیب را تضمین می‌کند.

• در لایه شبکه (Layer 3)، هر بسته آدرس مبدا و مقصد IP می‌گیرد و مسیر بهینه مسیریابی می‌شود.

• در لایه پیوند داده (Layer 2)، آدرس‌های MAC برای ارتباط در شبکه‌های محلی و تشخیص خطا استفاده می‌شود.

• در لایه فیزیکی (Layer 1)، داده به سیگنال الکتریکی تبدیل و از طریق کابل‌های فیبر نوری در بستر اقیانوس اطلس منتقل می‌شود.

زمانی که سرور دریافت‌کننده در لندن پیام را دریافت کند:

• لایه فیزیکی سیگنال‌ها را به داده تبدیل می‌کند.

• لایه پیوند داده بسته‌ها را دریافت و بررسی می‌کند.

• لایه شبکه صحت رسیدن بسته‌ها را کنترل می‌کند.

• لایه انتقال آن‌ها را به ترتیب صحیح بازسازی می‌کند.

• لایه نشست ارتباط را باز نگه می‌دارد.

• لایه نمایش رمزگشایی و قالب‌بندی را انجام می‌دهد.

• و در نهایت لایه کاربرد ایمیل را در صندوق ورودی نمایش می‌دهد.

مزایای مدل OSI

مدل OSI به کاربران و مدیران شبکه کمک می‌کند:

• تشخیص دهند که برای طراحی شبکه به چه سخت‌افزار و نرم‌افزاری نیاز دارند.

• فرآیند ارتباط میان اجزای شبکه را درک و مستند کنند.

• در زمان بروز مشکل، لایه معیوب را شناسایی کرده و سریع‌تر رفع اشکال کنند.

همچنین به تولیدکنندگان تجهیزات و نرم‌افزارهای شبکه امکان می‌دهد:

• محصولات خود را به نحوی طراحی کنند که با محصولات دیگر سازگار و قابل تعامل (Interoperable) باشند.

• مشخص کنند که محصول آن‌ها در کدام لایه از شبکه فعالیت می‌کند.

مقایسه مدل OSI و مدل TCP/IP

TCP/IP در واقع قدیمی‌تر از مدل OSI و محصول وزارت دفاع آمریکا (DoD) است. تفاوت مهم این دو مدل در این است که:

• TCP/IP ساده‌تر بوده و چند لایه OSI را در هم ادغام کرده است:

  • لایه‌های 5، 6، 7 در OSI در TCP/IP به یک لایه Application تبدیل شده‌اند.

  • لایه‌های 1 و 2 در OSI در TCP/IP به Network Access Layer تبدیل شده‌اند.

  • برخلاف OSI، TCP/IP مسئولیت ترتیب‌دهی (Sequencing) و تأیید (Acknowledgment) را به لایه انتقال می‌سپارد.

از دیگر تفاوت‌ها:

• TCP/IP یک مدل کاربردی مبتنی بر پروتکل‌های مشخص و استاندارد است، در حالی‌که OSI یک مدل مفهومی و پروتکل‌مستقل برای توصیف همه اشکال ارتباطات شبکه‌ای است.

• در TCP/IP اکثر برنامه‌ها تمام لایه‌ها را استفاده می‌کنند، در صورتی‌که در OSI، برنامه‌های ساده ممکن است نیازی به برخی لایه‌ها نداشته باشند.

​