مدل OSI (اتصال سیستم‌های باز):
OSI (اتصال سیستم‌های باز) یک مدل مرجع برای چگونگی ارتباط برنامه‌ها بر روی یک شبکه است. این مدل تمرکز خود را بر ارائه یک طراحی بصری از چگونگی ساخت هر لایه ارتباطی بر روی دیگری دارد، شروع شده از کابل‌کشی فیزیکی تا برنامه‌ای که سعی دارد با دیگر دستگاه‌ها در یک شبکه ارتباط برقرار کند.
مدل مرجع یک چارچوب مفهومی برای درک روابط است. هدف از مدل مرجع OSI راهنمایی فناوری فروشندگان و توسعه‌دهندگان است تا محصولات و برنامه‌های کامپیوتری ارتباطات دیجیتالی که آن‌ها ایجاد می‌کنند قابلیت همکاری داشته باشند و چارچوب واضحی را برای توصیف توابع یک سیستم شبکه یا ارتباطات که در حال استفاده است، ترویج کنند.
بیشتر فروشندگان مشغول در ارتباطات سعی می‌کنند تا محصولات و خدمات خود را نسبت به مدل OSI توصیف کنند. این کمک می‌کند تا آن‌ها بین پروتکل‌های مختلف حمل و نقل، طرح‌های آدرس‌دهی و روش‌های بسته‌بندی ارتباطات تمایز قائل شوند. و, هرچند برای هدایت بحران و ارزیابی مفید است، مدل OSI از نظر نظری است و تنها باید به عنوان یک راهنمای عمومی استفاده شود. به عنوان مثال، مجموعه پروتکل کنترل انتقال/پروتکل اینترنت (TCP/IP)، پروتکل شبکه مورد استفاده بیشتر است، اما حتی آن نیز به طور کامل به مدل OSI نگاشت نمی‌شود.
تاریخچه مدل OSI
در دهه 1970، پژوهشگران فناوری شروع به بررسی چگونگی بهترین ارتباط بین سیستم‌های کامپیوتری با یکدیگر کردند. در چند سال بعد، چندین مدل رقابتی ایجاد و به جامعه منتشر شد. اما تا سال 1984 نبود که سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) بهترین قسمت‌های مدل‌های مرجع شبکه رقابتی را برگزید تا OSI را به عنوان یک راه برای ایجاد یک چارچوب پیشنهاد دهد که شرکت‌های فناوری در سراسر جهان می‌توانستند به عنوان اساس فناوری‌های شبکه خود استفاده کنند.
از دیدگاه ISO، آسان‌ترین راه برای ایجاد یک مدل مفهومی، سازماندهی مدل‌ها به لایه‌های مختلف انتزاعی بود که برای سازماندهی و ارسال داده‌ها بین سیستم‌های کامپیوتری لازم است. نگاه کردن به داخل هر لایه انتزاعی برای دیدن جزئیات یک بخش از این فرآیند ارتباط شبکه را نشان می‌دهد. هر لایه می‌تواند به عنوان یک ماژول ارتباطی جداگانه یا یک قطعه از پازل در نظر گرفته شود. اما برای دستیابی به هدف واقعی ارسال داده از یک دستگاه به دستگاه دیگر، هر ماژول باید با یکدیگر کار کند.
چگونگی کارکرد مدل OSI
متخصصان فناوری اطلاعات (IT) در زمینه شبکه، از OSI برای مدل‌سازی یا مفهوم‌سازی چگونگی ارسال یا دریافت داده در یک شبکه استفاده می‌کنند. درک این موضوع بخش اساسی از بیشتر گواهینامه‌های شبکه IT است، از جمله برنامه‌های گواهینامه شبکه Cisco (CCNA) و CompTIA Network+. همانطور که اشاره شد، این مدل به منظور شکستن استانداردها، فرآیندها و پروتکل‌های انتقال داده در یک سلسله از هفت لایه طراحی شده است، که هر یک از آن‌ها برای انجام وظایف خاصی در مورد ارسال و دریافت داده مسئول هستند.
مفهوم اصلی OSI این است که فرآیند ارتباط بین دو نقطه‌ی پایانی در یک شبکه می‌تواند به هفت گروه متمایز از وظایف مرتبط تقسیم شود، یا به عبارت دیگر هفت لایه. هر کاربر یا برنامه‌ی ارتباطی بر روی یک دستگاه قرار دارد که می‌تواند این هفت لایه از وظایف را فراهم کند.
در این معماری، هر لایه به لایه‌ی بالایی خود خدمت می‌کند و به نوبه خود توسط لایه‌ی زیرین خدمت می‌شود. بنابراین، در یک پیام داده شده بین کاربران، جریان داده به پایین از طریق لایه‌ها در کامپیوتر منبع، در سراسر شبکه و سپس به بالا از طریق لایه‌ها در کامپیوتر گیرنده خواهد بود. تنها لایه‌ی برنامه در بالای پشته است که خدماتی به یک لایه‌ی با سطح بالاتر ارائه نمی‌دهد.
هفت لایه از وظایف توسط ترکیبی از برنامه‌ها، سیستم‌عامل‌ها (OSها)، درایورهای کارت شبکه، سخت‌افزار شبکه و پروتکل‌هایی که به یک سیستم امکان ارسال یک سیگنال را از طریق شبکه از طریق وسایل فیزیکی مختلف، از جمله مس پیچیده، فیبر نوری، وای‌فای یا LTE با 5G فراهم می‌کنند، ارائه می‌شود.
۷ لایه از مدل OSI
چه کارکردی برای هر لایه از مدل OSI وجود دارد؟ هفت لایه از مدل ارتباط باز همچنین به شرح زیر است:
لایه ۷. لایه برنامه
لایه برنامه به کاربر - انسان یا نرم‌افزار - امکان می‌دهد تا با برنامه یا شبکه تعامل کند هر زمان که کاربر تصمیم به خواندن پیام‌ها، انتقال فایل‌ها یا انجام دیگر وظایف مرتبط با شبکه بگیرد. مرورگرهای وب و سایر برنامه‌های متصل به اینترنت، مانند Outlook و Skype، از پروتکل‌های لایه ۷ برنامه استفاده می‌کنند.
لایه ۶. لایه ارائه
لایه ارائه داده‌ها را برای لایه برنامه بر اساس سمانتیک یا نحوی که برنامه قبول می‌کند، ترجمه یا قالب‌بندی می‌کند. این لایه همچنین رمزگذاری و رمزگشایی را که لایه برنامه نیاز دارد، انجام می‌دهد.
لایه ۵. لایه جلسه
لایه جلسه مسئول برقراری، هماهنگی و پایان دادن به گفتگوها بین برنامه‌ها است. خدمات آن شامل تأیید هویت و اتصال مجدد پس از وقفه است. این لایه تعیین می‌کند که چقدر سیستم منتظر پاسخ برنامه دیگر باشد. نمونه‌هایی از پروتکل‌های لایه جلسه شامل X.225 و ZIP است.
لایه ۴. لایه حمل و نقل
لایه حمل و نقل مسئول انتقال داده در سراسر شبکه است و مکانیسم‌های بررسی خطا و کنترل جریان داده را فراهم می‌کند. این تعیین می‌کند که چقدر داده باید ارسال شود، کجا باید ارسال شود و با چه نرخی. TCP در مجموعه TCP/IP بهترین نمونه‌ی لایه حمل و نقل است. در اینجا است که ارتباطات از شماره‌های درگاه TCP برای دسته‌بندی و سازماندهی انتقالات داده در سراسر شبکه استفاده می‌کنند.
لایه ۳. لایه شبکه
وظیفه اصلی لایه شبکه حرکت داده به داخل و از طریق دیگر شبکه‌ها است. پروتکل‌های لایه شبکه با بسته‌بندی داده با اطلاعات آدرس شبکه صحیح، انتخاب مسیرهای شبکه مناسب و ارسال داده‌های بسته‌بندی شده به لایه حمل و نقل به این کار می‌پردازند. از دیدگاه TCP/IP، اینجا جای
ی است که آدرس‌های IP برای مسیریابی استفاده می‌شوند.
لایه ۲. لایه پیوند داده
لایه پیوند داده یا لایه پروتکل، در یک برنامه مسئول حرکت داده به داخل و خارج از یک پیوند فیزیکی در شبکه است. این لایه با مشکلاتی که نتیجه خطاهای انتقال بیت است، مواجه می‌شود. این مطمئن می‌شود که سرعت جریان داده دستگاه‌های ارسال و دریافت را غلبه نکند. این لایه همچنین اجازه می‌دهد که داده‌ها به لایه ۳، لایه شبکه، منتقل شوند که در آنجا آدرس‌دهی و مسیریابی انجام می‌شود.
لایه ۱. لایه فیزیکی
لایه فیزیکی با استفاده از رابط‌های الکتریکی، مکانیکی یا آیین‌نامه، داده‌ها را حمل می‌کند. این لایه مسئول ارسال بیت‌های کامپیوتر از یک دستگاه به دستگاه دیگر در طول شبکه است. این تعیین می‌کند که چگونه اتصالات فیزیکی به شبکه برقرار می‌شوند و چگونه بیت‌ها به سیگنال‌های قابل پیش‌بینی تبدیل می‌شوند هنگامی که به صورت الکتریکی، نوری یا از طریق امواج رادیویی منتقل می‌شوند.
توابع متقاطع لایه
توابع متقاطع لایه، یا خدماتی که ممکن است بیش از یک لایه را تحت تأثیر قرار دهند، شامل موارد زیر است:
خدمات امنیتی در ارتباطات که توسط توصیه X.800 اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU-T) تعریف شده است؛
توابع مدیریتی که امکان پیکربندی، نمونه‌سازی، نظارت و پایان دادن به ارتباطات دو یا چند نهاد را فراهم می‌کند؛
Multiprotocol Label Switching (MPLS)، که در یک لایه مدل OSI کار می‌کند که بین لایه ۲ پیوند داده و لایه ۳ شبکه قرار دارد - MPLS می‌تواند انواع مختلفی از ترافیک را حمل کند، از جمله قاب‌های اترنت و بسته‌های IP؛
Address Resolution Protocol (ARP) که آدرس‌های IPv4 (لایه ۳ OSI) را به آدرس‌های MAC اترنت (لایه ۲ OSI) ترجمه می‌کند؛ و
سیستم نام دامنه (DNS)، که یک خدمت لایه برنامه است که برای جستجوی آدرس IP یک نام دامنه استفاده می‌شود.
مزایا و معایب مدل OSI
مدل OSI چندین مزیت دارد، از جمله:
- این مدل به عنوان یک مدل استاندارد در شبکه‌سازی کامپیوتری در نظر گرفته می‌شود.
- این مدل از خدمات بدون اتصال و همچنین خدمات مبتنی بر اتصال پشتیبانی می‌کند. کاربران می‌توانند از خدمات بدون اتصال استفاده کنند وقتی به انتقال داده‌ها سریع‌تر در اینترنت نیاز دارند و از مدل مبتنی بر اتصال زمانی که به دنبال قابلیت اطمینان هستند استفاده کنند.
- این مدل قابلیت سازگاری با بسیاری از پروتکل‌ها را دارد.
- این مدل قابلیت‌های بیشتری دارد و از نظر امنیتی مطمئن‌تر است نسبت به داشتن تمام خدمات در یک لایه.
معایب مدل OSI عبارتند از:
- هیچ پروتکل خاصی را تعریف نمی‌کند.
- لایه جلسه، که برای مدیریت جلسه استفاده می‌شود، و لایه ارائه، که با تعامل کاربر سر و کار دارد، به اندازه سایر لایه‌ها در مدل OSI مفید نیستند.
- برخی خدمات در لایه‌های مختلف تکرار می‌شوند، مانند لایه حمل و نقل و لایه پیوند داده.
- لایه‌ها نمی‌توانند به صورت موازی کار کنند؛ هر لایه باید منتظر دریافت داده‌ها از لایه قبلی باشد.
مدل OSI در مقابل مدل TCP/IP
مدل مرجع OSI توابع یک سیستم ارتباطات یا شبکه‌سازی را توصیف می‌کند، در حالی که TCP/IP یک مجموعه از پروتکل‌های ارتباطی است که برای اتصال دستگاه‌های شبکه به اینترنت استفاده می‌شود. TCP/IP و OSI مدل‌های معروفی در ارتباطات شبکه‌ای هستند.
مدل‌های OSI و TCP/IP هم شباهت‌ها و هم تفاوت‌هایی دارند. اصلی‌ترین شباهت در ساختار آن‌ها است، چرا که هر دو از لایه‌ها استفاده می‌کنند، اگرچه مدل OSI از هفت لایه تشکیل شده است، در حالی که TCP/IP فقط از چهار لایه تشکیل شده است.
شباهت دیگر این است که لایه بالایی هر مدل، لایه برنامه است که همان وظایف را در هر مدل انجام می‌دهد، اگرچه ممکن است با توجه به اطلاعاتی که هر یک دریافت می‌کند متفاوت باشد.
وظایف انجام شده در هر مدل نیز مشابه هستند زیرا هر دو از یک شبکه و لایه حمل و نقل برای عملکرد استفاده می‌کنند. مدل‌های OSI و TCP/IP عمدتاً برای انتقال بسته‌های داده استفاده می‌شوند، اگرچه هر یک از وسایل و مسیرهای مختلفی برای رسیدن به مقصدهای خود استفاده می‌کنند.
شباهت‌های دیگر بین مدل‌های OSI و TCP/IP عبارتند از:
- هر دو مدل منطقی هستند.
- هر دو استانداردهای شبکه‌سازی را تعریف می‌کنند.
- هر دو فرآیند ارتباط شبکه را در لایه‌ها تقسیم می‌کنند.
- هر دو چارچوب‌هایی برای ایجاد و پیاده‌سازی استانداردها و دستگاه‌های شبکه ارائه می‌دهند.
- هر دو امکان می‌دهند تا یک سازنده دستگاه‌ها و مؤلفه‌های شبکه‌ای را بسازد که می‌تواند با دستگاه‌ها و مؤلفه‌های ساخته شده توسط سایر سازندگان همزیستی کند و با آن‌ها کار کند.
- هر دو توابع پیچیده را به مؤلفه‌های ساده‌تر تقسیم می‌کنند.
تفاوت‌های بین مدل‌های OSI و TCP/IP عبارتند از:
- OSI سه لایه - برنامه، ارائه و جلسه - را برای تعریف وظیفه لایه‌های بالایی استفاده می‌کند، در حالی که TCP/IP فقط از لایه برنامه استفاده می‌کند.
- OSI دو لایه جداگانه - فیزیکی و پیوند داده - را برای تعریف وظ
یفه لایه‌های پایینی استفاده می‌کند، در حالی که TCP/IP فقط از لایه پیوند استفاده می‌کند.
- OSI از لایه شبکه برای تعریف استانداردها و پروتکل‌های مسیریابی استفاده می‌کند، در حالی که TCP/IP از لایه اینترنت استفاده می‌کند.