لایه های هفت گانه مدل مرجع OSI

[Sadegh7]

تا چند سال قبل ، طراحي شبكه هاي كامپيوتري ، هنري مرموز و پيچيده بود . هر سازنده سيستم هاي كامپيوتري براي شبكه اش معماري خاص خود را داشت و هيچ كدام از اين معماري ها با يكديگر سازگاري نداشتند ، ولي امروزه وضعيت به كلي با گذشته متفاوت است . تقريباً كليه دست اندركاران صنايع مرتبط با

كامپيوتر ، روي مجموعه اي از استانداردهاي بين المللي براي تشريح شبكه هاي كامپيوتري به توافق رسيده اند . اين استاندارد ها تحت عنوان مدل مرجع اُاِس آي شناخته مي شوند . در آينده نزديك ، تقريباً تمامي معماري هاي ديگر براي شبكه ها ناپديد خواهند شد و كامپيوتر هاي سازنده به سادگي خواهند توانست با كامپيوتر هاي سازنده ديگر ارتباط برقرار كنند و بدين ترتيب به كارگيري شبكه ها بيش از پيش عموميت خواهد يافت.

معرفي

سه قرن گذشته هر كدام تحت تسلط يك تكنولوژي بوده است قرن هجدهم قرن سيستم هاي مكانيكي بود كه انقلاب صنعتي را به همراه آورد و قرن نوزدهم دوران موتورهاي بخار بود در قرن بيستم تكنولوژي مسلط ،تكنولوژي جمع آوري ،پردازش و توزيع اطلاعات بوده است.همراه با ديگر تغييرات شاهد نسب شبكه هاي جهاني تلفني اختراع راديو و تلويزيون،تولد و رشد بي سابقه صنعت كامپيوتر و پرتاب ماهواره هاي مخابراتي بوده ايم.

همان گونه كه به سالهاي پاياني اين قرن نزديك مي شويم تفاوت هاي بين جمع آوري ،انتقال ،ذخيره سازي و پردازش اطلاعات از بين مي روند .و اين امور به سرعت به يكديگر نزديك مي شود .سازمانهايي به صدها دفتر كه در مناطق جغرافيايي پراكنده اي قرار گرفته اند توقع دارند كه اطلاعات مربوط به وضعيت دورترين دفاتر خود را با فشار تكمه دريافت كنند به موازات ازدياد توان ما در جمع آوري،پردازش و توزيع اطلاعات و تقاضا براي پردازش پيچيده تر اطلاعات با سرعت بيشتري افزايش مي يابد.

هر چند صنعت كامپيوتر در مقايسه با ديگر صنايع (مانند صنايع اتومبيل و يا حمل و نقل هوايي )صنعت جواني است اما در زماني كوتاه پيشرفت خيره كنند هاي داشته اي است دردو دهه اول پيدايش سيستم هاي كامپيوتري ،اين سيستم ها بسيار متمركز بوده اند و اغلب در يك اطاق بزرگ قرار داشتند معمولا اين اطاق ديوارهايي شيششه اي داشت تا بينندگان بخوبي از هيبت الكترونيكي دستگاهها حظ بصر ببرند يك دانشگاه يا شركت متوسط ممكن بود يك يا دو دستگاه كامپيوتر داشته باشد در حالي كه اين تعداد در سازمانهاي بزرگتر به حداكثر چندين دستگاه مي رسيد در آن زمان اين فكر كه طي بيست سال آينده كامپيوتر هايي با همان توان به اندازه اي كوچك تر از يك تمبر پستي به شكل انبوه ميليوني ساخته خواهد شد.از مقوله افسانه هاي علمي تخيلي بود.نزديكي بين كامپيوتر و ارتباطات آثار عميقي بر چگونگي سازماندهي كامپيوترها داشته است.

 

ساختار شبكه

در اينجا توجه خود را از تأثيرات اجتماعي شبكه هاي كامپيوتري به مسائل فني درگير در طراحي يك شبكه معطوف مي كنيم در هر شبكه مجموعه اي از ماشينها براي اجراي برنامه هاي كاربران وجود دارند .ما با استفاده از واژه هاي به كاربرده شده در اولين شبكه اساسي و مهم يعني آرپانت اين ماشينها را ميزبان مي ناميم واژه سيستم انتهايي نيز در مواقعي به همين منظور به كار برده مي شوند ميزبان ها از طريق زير شبكه ارتباطي كه بهد اختصار زير شبكه ناميده مي شوند با يكديگر در ارتباطند وظيفه يزر شبكه حمل پيامها بين ميزبانها است همان طور كه سيستم تلفن كلمات را از گوينده به شنونده حمل مي كنند با جدا سازي امور كاملا مخابراتي شبكه(زير شبكه) از امور كاربردي آن (ميزبان)طراحي كامل شبكه بسيار آسانتر مي شود.

در اكثر شبكه هاي منطقه اي زير شبكه شامل دو جزء متمايز است خطوط انتقال و عناصر راه گزيني خطوط انتقال كه آنها را مدارات ،كانالها يا شاه سيمها نيز مي نامند بيت هاي اطلاعاتي را بين مكيزبانها انتقال مي دهد.

عناصر راه گزيني كامپيوتر هاي خاص منظور براي اتصال دو ياچند خط انتقال هستند هنگام دريافت داده بر روي يكي از خطوط ورودي عنصر راه گزيني بايد خط خروجي لازم براي انتقال آنرا تعيين كند .دوباره با پيروي از واژه شناسي بكار رفته در آركانت عناصر راه گزيني را پردازنده هاي واسط پيام(آي.ام.پي)خواهيم ناميد اگر چه عبارت گره راه گزين بسته سيستم مياني و يا مركز راه گزيني داده نيز متداول اند .متاسفانه توافقي بر روي واژه شناسي در اين مورد وجود ندارد و هر

نويسنده از يك نام متفاوت استفاده مي كند واژه آي ام پي احتمالا به اندازه واژههاي ديگر مناسب است در اين مدل كه در شكل ۱-۲ نشان داده شده است هر ميزبان به يك (و گاهي چند) پردازنده واسط متصل مي شود.كليه ترافيك ورودي به هر ميزبان يا خروجي از ‌آن از طريق پردازنده واسط متصل به آن ميزبان هدايت مي شود.

معماريهاي شبكه

شبكه هاي كامپيوتري نوين به شكلي بسيار ساخت يافته طراحي مي شوند.

سلسله مراتب پروتكل ها

براي كاهش پيچيدگي طراحي اكثر شبكه هابه شكل مجموعه اي از لايه ها يا
سطوح سازمان بندي مي شوند كه در آنها هر لايه بر روي لايه ديگر قرار گرفته 
است تعداد لايه ها نام هر لايه محتويات و وظايف هر لايه از يك شبكه به شبك

ديگر متفاوت است با اين همه در تمامي شبكه ها هدف هر لايه ارائه خدمات 
مشخصي به لايه بالاتر است به گونه اي كه لايه بالاتر مستقل از جزئيات ،پياده 
سازي ،خدمات ارائه شده به آن باشد.

لايه n ام در يك ماشين متصل به شبكه با لايه n ام ماشين ديگر محاوره مي

كند مجموع قواعد و قرار دادهاي بكار برده شده در اين محاوره را پروتكل لايه n 
مي نامند در شكل ۱ پروتكل هاي شبكه هفت لايه اي نشان داده شده است به نهادهايي كه لايه هاي يكسان در ماشين هاي مختلف را تشكيل مي دهند فرايندهاي هم تا مي گويند به عبارت ديگر اين فراتيندهايي همتا هستند كگه با استفاده از پروتكل محاوره مي كنند در واقع هيچ داده اي به طور مستقيم از لايه n ام يك ماشين به لايه n ام كاشين ديگر منتقل نمي شود بجاي آن هر لايه داده و اطلاعات كنترلي مربوط را به لايه زيري خود انتقال مي دهد اين امر ادامه مي يابد تا به پائين ترين لايه برسيم در زير لايه يك رسانه فيزيكي قرار دارد كه از طريق آن ارتباط واقعي انجام مي پذيرد در شكل ۱ ارتباطات مجازي با خط چين و ارتباطات واقعي با خطوط پيوسته نشان داده شده است.

بين هر جفت از لايه هاي مجاور يك واسط قرار دارد اين واسط عمليات و خدمات پايه اي كه لايه زيرين به لايه بالايي ارائه مي دهند را تعريف مي كنند
هنگامي كه طراحان شبكه نسبت به تعداد لايه هاي لازم و خدمات هر يك از لايه ها تصميم مي گيرند يكي از مهمترين مسايلي كه در ذهن دارند تعريف روشني از واسط هاي لايه هاست .انجام اين مهم نياز بدان دارد كه هر لايه مجموعه مشخصي از وظايف بخوبي قابل فهم را انجام دهد وجود واسطهاي مجزا علاوه بر

كاهش مقدار اطلاعات منتقل شده بين لايه ها اين امكان را بوجود مي آورد كه پياده سازي يك لايه را بتوان كاملا تغيير داد(مثلا كليه خطوط تلفن را باكانالهاي ماهوارهاي جايگزين كرد)آنچه فقط بوسيله لايه جديد بايد ارائه شود بطور دقيق همان خدماتي است كه لايه زيرين قبلي به لايه مجاور بالاييخود ارائه مي كرد.

مجموعه لايه ها و پروتكل ها را معماري شبكه مي گويند .مشخصه هاي معماري بايد حاوي اطلاعات كافي براي نوشتن برنامه ها و ساختن سخت افزار هاي هر لايه باشد به طوري كه آن لايه بتواند به شكلي صحيح از پروتكل مربوط به خود اطاعت كند جزئيات پياده سازي و مشخصه هاي واسط ها هيچ كدام بخشي از معماري شبكه نيستند چه اينها درون ماشين مخفي شده اند و از خارج قابل رؤيت نيستند حتي لزومي به اينكه تمامي واسط ها در ماشينهاي يك شبكه مثل هم باشند نيز وجود ندارند البته هر ماشين بايد بتواند

از كليه پروتكل ها استفاده صحيح كند.

شكل ۱ – لايه ها ، پروتكل ها ، واسطه ها

شايد يك مثال بتواند ارتباطات چند لايه اي را بهتر تفهيم كند .دو فيلسوف (فرايندهاي همتا در لايه سوم)را تصور كنيد كه يكي از آنها در كنيا و ديگري در اندونزي است و مي خواهد با هم ارتباط برقرار كند چون آندو هيچكدام زبان ديگري را درك نمي كنند هر يك مترجمي را استخدام مي كنند (فرايندهاي همتا در لايه دوم )مترجم ها نيز هر كدام ا يك مهندس براي مخابره پيام تماس مي گيرند (فرايندهاي همتا در لايه اول )فيلسوف اول مي خواهد مراتب احترام خود را به همتاي

خود ابلاغ كند براي اين منظور پيام خود را (به زبان سوواهيلي)از واسط ۳/۲ به مترجم خود مي رساند تا با توجه به پروتكل لايه ۲ به زبان متقابل ترجمه شود .آنگاه مترجم پيام را براي مخابره به مهندس خود مي دهد تا براساس توافق هاي انجام گرفته بين دو مهندس پيام به يكي از وسيله هاي تلگراف ،تلفن ،شبكه كامپيوتري يا روش ديگري ارسال شود (پروتكل لايه ۱)سپس پيام دريافت شده به زبان اندونزيايي از واسط۳/۲ عبور داده مي شود و به فيلسوف دوم داده مي شود.توجه داشته باشيد كه هر پروتكل تازماني كه واسط ها ثابت هستند كاملا مستقل از ديگر پروتكل ها است شايد مترجمان بخواهند ترجمه شان را به هلندي يا فرانسه انجام دهند تا زماني كه هر دو نسبت بدين امر توافق داشته باشند و واسط هاي خود با لايه هاي ۱ يا۳ را تغيير ندهند مشكلي به ميان نخواهد آمد.

حال مثال فني تري را در نظر مي گيريم چگونه مي توان بين لايه هاي بالايي شبكه هفت لايه اي شكل ۲ ارتباط بر قرار كرد ؟پيامي بنام m بوسيله فرايندي در لايه ۷ ايجاد مي شوند پيام مذبور مطابق تعريف واسط لايه ۷/۶ از لايه ۷ به لايه ۶ منتقل مي شود در اين مثال لايه ۶ پيام را به روش خاصي تغيير مي دهد ( مثلا فشرده مي سازد)و پيام جديد را كه آنرا m مي ناميم مخابره مي كند اين پيام از واسط ۶/۵ به لايه ۵ منتقل مي شود لايه ۵در اين مثال پيام را تغيير نمي دهد بلكه فقط جريان اطلاعات را در شبكه راتنظيم مي كنند (مثلا از ورود پيام هاي به لايه ۶ تا وقتي كه آن لايه مشغول تحويل پيام هايش به لايه ۵ است جلوگيري كند).

 

شكل ۲ – مثالي از جريان اطلاعات بر اساس ارتباط مجازي در لايه ۷

در بسياري از شبكه ها محدوديتي براي اندازه پيام ارسال شده بوسيله لايه ۴ وجود ندارد اما براي اندازه پيام ارسل شده بوسيله لايه ۳ محدوديت اعمال مي شود به همين دليل لايه ۴ بايد پيام هاي دريافتي را به لايه هاي كوچكتر تقسيم كند و براي هر يك از آنها سرايند قرار دهد اين سرايند شامل اطلاعات كنترلي شماره ترتيب و امكثال آن است تا لايه ۴ در ماشين مقصد بتواند پيام را به شكل يكجا شناسائي كند در بسياري از لايه هاي سرايند ها شامل اندازه،زمان ،و ديگر مؤلفه هاي كنترلي نيز هستند.

لايه ۳ تصميم مي گيرد كه از چه خط خروجي استفاده كند آنگاه سرايندهاي لازم براي خود را ايجاد و به داده دريافت شده اضافه مي كند سپس آنرا به لايه ۲ مي فرستد لايه ۲ غلاوه بر سايند هاي مورد نظر خود يك پسايند نيز به داده دريافتي اضافه مي كند سپس داده حاصل را به داده اول براي انتقال فيزيكي مي دهد در ماشين دريافت كننده پيام رسيده به سمت بالا مي رود و از لايه ها عبور مي كند و در اين مسير سرايند ها پاك مي شوند هيچ كدام از سرايند هاي متعلق به لايه هي زيرين لايه n به لايه n نمي رسد.

مهم ترين مطلبي كه بايد درباره شكل ۲ فهميده شود رابطه بين ارتباطات واقعي و ارتباطات مجازي و تفاوت بين پروتكل ها و واسط ها است .فرايند هاي همتا در لايه ۴ تصور مي كند ارتباط بين آنها به شكل افقي و بر اساس پروتكل لايه ۴ به انجام مي گيرد احتمال دارد هر يك از آنها از پردازه هايي به نام هاي send to other side (ارسال به طرف ديگر)و Getfromotherside (دريافت از طرف ديگر )براي ارسال و دريافت پيام استفاده كنند اما در واقع اين پردازنده ها تنها با لايه هاي زيرين خود و بوسيله واسط ۴/۳ ارتباط برقرار مي كنند.

در طراحي شبكه ها تجريد بوسيله فرايندهاي همتا امري بسيار مهم است بدون اين كار نمي توانيم طراحي كامل يك شبكه را كه كار بسيار مشكلي است به طراحي تنها چند لايه مستقل ،كوچكتر و قابل مديريت تبديل كنيم.

نكات طراحي لايه ها

نكات مهمي در طراحي لايه هاي مختلف شبكه هاي كامپيوتري وجود دارند كه در اينجا به اختصار به برخي از آنها اشاره مي كنيم.
هر لايه بايد ساز و كاري براي بر قرار كردن اتصال داشته باشند از آنجا كه يك شبكه معمولا تعداد زيادي كامپيوتر را در بر مي گيرد و برخي از اين كامپيوتر ها مي توانند چندين فرايند در حال اجرا داشته باشند يك فرايند بر روي يك ماشين بايد اعلام كند كه با كدام فرايندها در ماشين ديگر مي خواهد ارتباط برقرار كند به علت امكان وجود چندين فرايند مقصد نوعي آدرس دهي براي مشخص كردن فرايند مقصد مورد نظر مورد نياز است.

مسأله ديگر قطع اتصالهايي است كه ديگر مورد نياز نيستند كه اين نكته ظاهراً قابل اغماض در واقع مي تواند مشكل ساز باشد.
تصميمات ديگري كه در طراحي شبكه ها مهم اند قواعد انتقال داده هستند در برخي سيستم ها داده فقط در يك جهت منتقل مي شود اينگونه ارتباطات را يكطرفه مي نامند در برخي سيستم هاي ديگر داده در يكي از دو جهت در حال حركت است اما نه بشكل همزمان بدين نوع از ارتباطات ،ارتباطات نيمه دو طرفه نام نهاده اند پروتكل ارتباطي همچنين بايد تعداد كانالهاي منطقي و اولويت هاي هريك را معين كند بسياري از شبكه ها حداقل دو كانال منطقي براي هر اتصال دارند يكي براي داده عادي و يكي براي داده اضطراري.

چون مدارهاي فيزيكي ارتباطي صد در صد بدون خطا نيستندكنترل خطا نيز از نكات مهم شبكه ها است.كدهاي بسياري براي آشكار سازي و تصحيح خطا وجود دارند علاوه بر اين دريافت كننده بايد راهي براي مطلع ساختن ارسال كننده از اين مطلب كه كدام يك از پيام ها درست و كدام يك غلط دريافت شده اند داشته باشند.

همه كانالهاي ارتباطاتي ترتيب پيامها را به ترتيب ارسال آنها حفظ نمي كنند براي جبران از دست دادن اين ترتيب پروتكل بايد روشهايي را اتخاذ كند تا دريافت كننده بتواند قطعات پيامهاي دريافتي را به ترتيب ارسال رديف كند يكي از روشهاي بسيار ساده شماره گذاري قطعات پيام است اما باز اين سئوال باقي مي ماند كه با قطعاتي از پيام كه خارج از تزتيب دريافت مي شود چه بايد كرد؟

يكي از مسائلي كه در هر لايه بايد در نظر گرفت جلوگيري از غرق شدن يك دريافت كننده كند در پيامهايي است كه يك فرستنده سريع تر براي او ارسال مي كند راه حل هاي بسياري پيشنهاد شده است كه بعدا بررسي مي شود.همه اين راه حل ها شامل نوعي باز خورد مستقيم و يا غير مستقيم از دريافت كننده به ارسال كننده است كه وضعيت فعلي دريافت كننده را اطلاع دهد.

مشكل ديگري كه در برخي لايه ها بايد حل عدم توانائي همه فرايند ها در قبول پيامهائي به طول نامحدود است اين امر دليل ايجاد ساز و كارهايي براي قطعه قطعه كردن انتقال و دوباره به هم چسباندن قطعات پيامها است .يكي از مسائل هم ارز اين مطلب اين است كه برخي فرايند ها اصرار بر ارسال واحدهايي بسيار كوچك از داده دارند كه ارسال هر يك از آنها به تنهايي مقرون به صرفه نيست و كارايي را به پايين مي آورد در اينجا راه حل ممكن جمع آوري چند پيام كوچك داراي مقصدي مشترك و ارسال يك جاي آنها و سپس جدا سازي آنها در مقصد است.

هنگامي كه ايجاد يك اتصال جداگانه براي هر زوج از فرايند هاي مايل به ايجاد ارتباط گرانقيمت و يا مشكل باشد لايه زيرين مي تواند از يك اتصال بطور همزمان براي چند محاوره مختلف استفاده كنند اين عمل تا زماني كه چند تافت سازي و سپس وا تافت سازي پيام ها به شكلي ناپيدا انجام پذيرد مي تواند بوسيله هر لايه اي مورد استفاده قرار گيرد .چند تافت سازي در لايه فيزيكي در مواردي كه مثلا همه ارتباطات فقط بوسيله چند مدار فيزيكي بايد انجام پذيرد نيز مورد نياز است.

اگر مسير هاي متعددي بين ارسال كننده و دريافت كننده موجود باشد بايد يكي از اين مسير ها انجام شود گاهي تصمصم بايد بين دو يا چند لايه اتخاذ شود مثلا براي انتقال داده از لندن به رم ممكن است تصميمي در سطوح بالا اتخاذ شود كه انتقال از طريق فرانسه يا آلمان بسته به قوانين داخلي خاص آنها انجام گيرد و يا بر اساس حجم ترافيك فعلي تصميمي در سطوح پائين تر براي انتخاب يكي از خطوط قابل استفاده اتخاذ شود.

مدل مرجع اُ اِس آي

اكنون كه در خصوص لايه ها بشكل عمومي بحث كرده ايم لازم است در مورد مجموعه لايه هايي كه در تمامي اين كتاب مورد استفاده قرار مي گيرد نيز اشاره اي داشته باشيم مدل مورد نظر در شكل ۳ نشان داده شده است اين مدل بر مبناي پيشنهاد سازماناستانداردهاي بين المللي (آي اس ا) بنا شده است كه بعنوان اولين قدم بسوي استاندارد سازي پروتكل هاي مختلف است.(دي و زيمبرمان ۱۹۸۳) اين مدل ،مدل مرجع (آي اس ا) براي اتصال سيستم هاي باز (ااس آي ) ناميده مي شوند چون كه اين مدل در رابطه با متصل كردن سيستم هايي كه براي ارتباط با سيستم هاي ديگر باز هستند تعريف شده اند براي اختصار آنرا مدل (ا اي آي ) مي ناميم.

مدل (ا اس آي) داراي هفت لايه است اصولي كه منجر به اين هفت لايه شده اند به شرح زير هستند.
۱-لايه جديد در جائي ايجاد مي شوند كه يك سطح جديد از تجريد مورد نياز باشند.
۲-هر لايه بايد اعمال خاص و كاملا تعريف شده خود را انجام دهند.
۳- اعمالي كه هر لايه انجام مي دهد بايد با توجه به پروتكل هاي بين المللي استاندارد شده انتخاب شوند.
۴- محدوده لايه ها بايد چنان انتخاب شود كه جريان اطلاعات بين واسط ها به حداقل ممكن برسد .
۵-تعداد لايه ها آنقدر كم انتخاب نشود كه يك لايه مجبور به انجام اعمال مجزا و مستقل زيادي شود و اين تعداد آن زياد نباشد كه معماري آن غير قابل مديريت شود.

شكل ۳ – معماري شبكه كه بر اساس مدل اواس آي تهيه شده است

در زير بخشهايي از لايه هاي مدل (ا اس آي ) را به ترتيب مورد بحث قرار خواهيم داد .توجه داشته باشيد كه اين مدل به تنهايي يك معماري شبكه نيست چون خدمات هر لايه و پروتكل هاي آن رامشخص نمي كند اين مدل فقط اعمال انجام گرفته بوسيله هر لايه را معين مي كند.با وجود اين ا اس آي استانداردهايي باي هر لايه به وجو آورده است هر چند اين استانداردها لزوما بخشي از مدل نيستند هر يك از اين استانداردها به شكل جداگانه تحت عنوان يك استاندارد بين المللي چاپ شده است.

لايه فيزيكي

لايه فيزيكي مسئول ارسال بيت هاي خام بر روي يك كانال ارتباطي است در طراحي اين لايه مهم اين است كه يك بيت ارسالي با مقداري يك بوسيله دريافت كننده نيز با مقدار يك و نه صفر دريافت شود سئوالاتي كه معمولا در اين طراحي بايد به آن پاسخ داد اين است كه چند ولت الكتريسيته روي كانال نشانگر مقدار يك و چند ولت نشانگر صفر باشد و اينكه هر بيت ميكروثانيه طول بكشد همچنين آيا مي توان به شكل هم زمان ارتباطي دو طرفه بر قرار كرد و يا چگونه مي توان اتصال اوليه را بر قرار و در انتهاي ارتباط آنرا قطع كرد تعداد پليه هاي اتصال دهنده شبكه چه تعدادي بايد باشد و اينكه هر پايه به چه منظوري مورد استفاده قرار خواهد گرفت نكات طراحي در اين مرحله مربوط به واسط هاي مكانيكي ،الكتريكي و رويه اي است و نيز به رسانه فيزيكي انتقال كه زير لايه فيزيكي قرار دارد مربوط مي شود طراحي لايه فيزيكي در محدوده فعاليت هاي يك مهندس برق است.

لايه پيوند داده

كار مهم لايه پيوند داده اين است كه با استفاده از امكانات انتقال اطلاعات خام يك خط را از ديد لايه شبكه به خطي تبديل كند كه بدون خطا عمل انتقال اطلاعات را انجام دهد براي انجام اين كار لايه پيوند داده فرستنده را وادار مي كند تا داده ورودي را به تعدادي قاب داده (معمولا چند صد بايت ) تقسيم كند اين قابها را به ترتيب و پشت سر هم براي دريافت كننده ارسال دارد و قابهاي تصديق را از طرف دريافت كننده ارسال مي شوند.پردازش كنند بدليل اينكه لايه فيزيكي فقط رشته هايي از بيت را دريافت و بدون توجه به ساختمان و معناي اين بيت ها آنها را ارسال ميدارند اين بر عهده لايه پيوند داده است.كه محدوده قاب داده را تشخيص دهد اين امر مي تواند با اضافه كردن يك الگو از بيت ها در ابتدا و انتهاي قاب داده انجام گيرد البته بايد ترتيبي اتخاذ گردد تا اگر اين الگو از بيت ها بطور اتفاقي در بين داده يافت شود موجب اختلال در كار ارسال نشود.

نويز روي خط مي تواند يك قاب داده را كاملا از بين ببرد در چنين حالتي نرم افزار لايه پيوند داده در ماشين مبدأ بايد آن قاب را دوباره ارسال دارد اما انتقال دوباره قابها مي تواند قابهاي تكراري در شبكه ايجاد كند مثلا در صورتي كه تصوير يك قاب كه از دريافت كننده به فرستنده ارسال مي شود در راه گم شود فرستنده ممكن است آن قاب را دوباره بفرستد وظيفه لايه پيوند داده است كه مشكلات ناشي از خراب شدن ،گم شدن و تكراري شدن قابها را حل كند لايه پيوند داده همچنين ممكن است خدمات مختلفي را به لايه شبكه ارائه كند اين خدمات از كيفيت هاي مختلفي بر خوردار است و ايجاد آنها هزينه هاي متفاوتي خواهد

داشت مطلب ديگري كه درلايه پيوند داده و همچنين ديگر لايه ها مورد توجه قرار مي گيرد اينست كه چگونه مي توان از غرق شدن دريافت كننده اي كند در اطلاعات ارسالي از سوي يك فرستنده سريع جلوگيري كرد.برخي قواعد ترافيك بايد مورد استفاده قرارگيرد تا بدين وسيله فرستنده مطلع شود كه دريافت كننده چه تعداد ميانگين جهت دريافت پيام در اختيار دارد به منظور ايجاد سهولت،امر تنظيم جريان داده و تحمل خرابي و خطا به شكل يك پارچه پياده سازي مي شود .
يك خط مي تواند براي ارسال داده درهر دو جهت مورد استفاده قرار گيرد اين امر مشكلات تازه اي براي لايه پيوند داده شده ايجاد مي كند مشكل اين است كه ترافيك قابهاي تصديق براي قابهاي ارسالي از A بهB با ترافيك قابهاي معمولي كه B مي خواهد به A ارسال كند براي در اختيار گرفتن خط بين A و B رقابت مي كنند يك راه حل زيركانه براي اين مسئله اين است كهتصديق قابهاي ارسالي از A به B را بر قابي را B مي خواهد براي A بفرستد سوار كند در باره اين راه حل بهدا بطور مفصل صحبت خواهيم كرد.

لايه شبكه

لايه شبكه امور مربوط به كنترل عمليات زير شبكه را انجام مي دهد مطلب مهم در طراحي اين لايه تعيين اين امر است كه چگونه بسته هاي ارسالي از مبدأ به مقصد مسير يابي مي شوند.مسير هاي مختلف مي توانند بر اساس جدولهايي باشند كه در شبكه تعبيه شده اند و به ندرت تغغير مي كنند اين مسيرها همچنين مي توانند در ابتد ا ي هر مكالمه مثلا يك اجلاس پايانه اي و يا در نهايت به شكل كاملا پويا تعيين شوند در حالت كاملا پويا مسير هر بسته به طور

مستقل و بر اساس بار شبكه تعيين مي شوند اگر تعداد زيادي بسته در يك زمان و در زير شبكه موجود باشد اين بسته ها در راه يكديگر قرار مي گيرند و موجب تنگنا هايي در شبكه مي شوند كنترل اين ازدحام نيز بر عهده لايه شبكه است با توجه به اينكه استفاده از شبكه هزينه هاي در بر دارد نرم افزارهايي براي

حساب داري در لايه شبكه تعبيبه شده است اين نرم افزارها حداقل بايد تعداد بسته ها و يا تعداد بيت و يا نويسه هايي را كه هر مشتري روي شبكه مي فرستد محاسبه و صورت حساب تنظيم كند هنگامي كه يك بسته از مرز يك كشور مي گذرد ممكن است نرخهاي مختلفي بر آن اعمال شود كه اين امر حساب داري را مشكل مي سازد.

هنگامي كه يك بسته در راه رسيدن به مقصد از يك شبكه به شبكه ديگر مي شود مشكلات بسياري ميتواند بروز كند نحوه آدرس دهي در شبكه ممكن است با شبكه اول متفاوت باشد شبكه دوم ممكن است اصولا بسته هاي شبكه اول را به دليل مثلا اندازه خيلي بزرگشان قبول نكند پروتكل ها نيز ممكن است متفاوت باشند وظيفه لايه شبكه است كه اين مشكلات را مرتفع سازد و امكان متصل شدن شبكه هاي ناهمگن را فراهم سازد در شبكه هاي داده فرا كم مسئله مسير يابي بسيار ساده است بنابراين لايه شبكه در چنين شبكه هايي خيلي نازك است و ممكن است حتي وجود نداشته باشد.

لايه حمل

كار اصلي لايه حمل دريافت داده از لايهاجلاس تقسيم آن به قطعات كوچك تر براي انتقال به لايه شبكه و تضمين اين امر است كه اين قطعات صحيح و سالم به مقصد برسند به علاوه كليه اين امور بايد به شكل كارا و با هزينه كم انجام گيرد به طوري كه لايه اجلاس از تغييرات غير قابل اجتناب د ر سخت افزار در امان و بدون تغيير باقي بماند.

در شرايط معمولي لايه حمل براي هر اتصال در سطح لايه خود كه از سوي لايه اجلاس در خواست مي شود يك اتصال مستقل در شبكه ايجاد مي كنند با وجود اين اگر اتصال در سطح لايه حمل نياز به توان عملياتي بالايي داشته باشد لايه حمل ممكن است چندين اتصال در سطح لايه شبكه ايجاد كند تا بتواند داده انتقالي را در اين اتصالات تقسيم كند و توان عملياتي را بالا ببرد از طرف ديگر اگر ايجاد و نگهداري اتصالات در سطح لايه شبكه گران تمام شود لايه حمل مي تواند چندين اتصال در سطح لايه حمل را در يك اتصال در سطح لايه شبكه چند تافت سازد با اين كار هزينه كل پائين مي ايد در كليه حالات لازم است كه لايه حمل امر چند تافت سازي را از ديدگاه لايه اجلاس مخفي كند.

لايه حمل همچنين تعيين مي كند كه چه نوع خدماتي را به لايه اجلاسو در نهايت به استفاده كننده شبكه ارائه مي دهد رايج ترين نوع اتصال در سطح اين لايه كانال نكته به نكته اي است كه عاري از خطا بوده و پيام ها را به ترتيب ارسال به دريافت كننده تحويل مي دهد با وجود اين ديگر خدمات لايه حمل مي تواند ارسال پيام هاي مستقل بدون هيچگونه تضميني در ترنيب دريافت آنها بوسيله دريافت كننده و يا داده پراكني پيامها براي چندين مقصد باشد نوع اين خدمات در زمان بر قراري اتصال مشخص مي شود.

لايه حمل يك لايه مبدأ-به-مقصد و يا انتها به انتها است بعبارت ديگر يك برنامه برروي ماشين مبدأ مكالمه اي را به كمك سرايند ها و پيامهاي كنترلي با برنامه مشابهي بر روي ماشين مقصد بر قرار مي كند در لايه هاي پائيني پروتكل بين يك ماشين و ماشين مجاور آن عمل مي كند نه بين ماشين مبدا و مقصد كه ممكن است بوسيله چندين پردازنده واسط از يكديگر جدا باشد فرق بين لايه هاي اول تا سوم و لايه هاي چهارم تا هفتم كه لايه هاي انتها به انتها هستند در شكل ۷-۱ نشان داده شده است.

بسياري از مييزبان ها سيستم هاي چند برنامه اي هستند اين بدان معنا است كه چندين اتصال وارد سيستم ميزبان و از آن خارج مي شوند بنابر اين لازم است بوسيله اطلاعاتي مشخص شود كه چه پيامي به چه اتصالي مربوط مي شود سرايد حمل (H4 در شكل ۲)يكي از محلهايي است كه مي توان اين اطلاعات را در آن قرار داد.

علاوه بر چند تافت سازي چند جريان از پيامها در يك كانال لايه حمل در بر قراري و قطع اتصالها نيز فعال است براي رسيدن به هدف نامگذاري خاصي براي مشخص كردن اينكه هر فرايند در يك ماشين با چه فرايندي در ماشين ديگرمي خواهد ارتباط بر قرار كند لازم است همچنين سازوكاري براي تنظيم جريان داده در شبكه لازم است تا يك ميزبان سريع نتواند يك ميزبان كند تر را در اطلاعات ارسالي قطع كند كنترل جريان بين ميزبانها از كنترل جريان بين پردازنده هاي واصل متفاوت است هر چند در آينده خواهيم ديد كه قوانين مشابهي بر هر دو حاكم است.

لايه اجلاس

لايه اجلاس به كاربران ماشين هاي مختلف اين امكان را مي دهد كه اجلاسي بين يكديگر داشته باشند يك اجلاس حمل عادي داده را همانند لايه حمل اما با ارائه برخي خدمات براي كاربردهاي خاص ممكن مي سازد يك اجلاس مي تواند براي ورود كاربران به يك سيستم اشتنراك زماني از راه دور يا براي انتقال پرونده ها بين دو ماشين بكار برده مي شود.

يكي از خدمات لايه اجلاس مديريت و كنترل محاوره است ،اجلاس ها انتقال دو طرفه و همزمان يا يكطرفه داده را ممكن مي سازد در صورتي كه ترافيك فقط در يك جهت در هر زمان ممكن باشد (مانند يك ريا راه آهن)لايه اجلاس حساب نوبت ها را نگه خواهد داشت.
يكي ديگر از خدمات لايه اجلاس مديريت نشانه است در برخي از پروتكل لازم است تا دو طرف محاوره يك كار را همزمان با هم شروع نكند براي مديريت اين كار لايه اجلاس نشانه هايي را تأمين مي كند كه مي تواند بين ماشين هاي مبدا و مقصد رد و بدل شود فقط طرفي را كه نشانه در اختيار دارد مي تواند عمليات حساس از نوع فوق را انجام دهد.

از ديگر خدمات اين لايه همگام سازي است مثلا به مشكلات ناشي از يك انتقال پرونده دو ساعته كه از طريق كانالي انجام مي گيرد كه زمان بين دو خرابي آن يك ساعت است توجه كنيد پس از هر قطعه ارتباط پرونده بايد از ابتدا انتقال يابد و بدين ترتيب عملا انتقال آن با استفاده از كانال مذبور غير ممكن خواهد بود براي از بين بردن اين مشكل لايه اجلاس در داده ارسالي نقاط وارسي اضافه مي كنند تا پس از قطع ارتباط تنها داده هاي‌كه بعد از آخرين نقطه وارسي ارسال شده‌اند دوباره فرستاده شوند.

لايه ارائه

لايه ارائه وظايفي را انجام مي دهد كه درخواست انجام آنها به حدي رسيده است كه يافتن راه حل عمومي را اجتناب ناپذير مي سازد و نمي توان كاربران را در يافتن راه حل آنها‌آزاد گذاشت بخصوص بر خلاف لايه هاي زيرين كه فقط متوجه انتقال بيت ها زا جائي بجائي ديگر هستند لايه ارائه قواعد نحوي و معناي اطلاعات ارسالي رابررسي مي كند.

نمونه بارز از خدمات لايه ارائه كد گذاري داده مطابق يك استاندارد از پيش توافق شده است برنامه هاي كاربدي معمولا مجموعه اي از بيت هاي دودويي تصادفي را رد و ب دل نمي كند آنها اطلاعاتي چون نام ها ،تاريخ ها،مقادير پول و امثال آنرا منطقل مي كنند چنين مواردي بوسيله رشته هاي نويسه اي اعداد صحيح و اعشاري و يا بشكل ساختار داده اي مركب متشكل از چندين گونه داده اي ساده تر نشان داده مي شوند كامپيوتر هاي مختلف كدهاي متفاوتي براي نشان

دادن نويسه ها (مانند كد اسكي و يا ابسيديك)اعداد صحيح(مانند مكمل يك و مكمل دو)و ديگر موارد بكار مي رود براي ممكن سازي ارتباط بين داده كامپيوتر هايي كه بروش مختلف كد گذاري مي كنند ساختار داده اي تبادل شده را مي توان بشكلي مجرد تعريف كرد و سپس بر اساس يك استاندارد كد گذاري بر روي خط برد مديريت تجريد ساختار داده اي و تبديل نمادهاي مورد استفاده يك كامپيوتر به نمادهاي مورد استفاده شبكه بوسيله لايه ارائه انجام مي پذيرد.
لايه ارائه با جوانب ديگر كد گذاري اطلاعات نيز سر و كاتر دارد مثلا فشرده سازي داده مي تواند براي كاهش بيدهاي انتقالي و همچنين رمز گذاري به منطظور حفاظت از اطلاعات بكار برده شود.

لايه كاربرد

لايه كاربرد حاوي مجموعه اي از پرو تكل هاي متفاوت است كه مورد استفاده عموم قرار مي گيرد مثلا صد نوع پايانه نا سازگار در جهان وجود دارد مشكلات طراحي يك نرم افزار ويراستار متن را كه قرار است بر روي شبكه با همه اين پايانه ها كار كند را تصور كنيد.

يكي از راه حل هاي اين مشكل تعريف پايانه مجازي شبكه است كه مي توان ويراستارها را براي كار با آن طراحي كرد براي يك پايانه واقعي بايد نرم افزاري نوشت كه عمليات پايانه مجازي شبكه را در آن پايانه واقعي انجام دهد مثلا هنگامي كه يك كاربر مكان نما را به سمت چپ بالاي صفحه تصوير در پايانه مجازي حركت مي دهد اين برنامه بايد چنان عمل كند كه مكان نما در پايانه واقعي نيز به همان محل منتقل شود نرم افزارهاي لازم براي كار با پايانه مجازي در لايه كاربرد قرار مي گيرند.

از ديگر اعمال لايه كاربرد انتقال پرونده هاست سيستم هاي مختلف قرار دادهاي متفاوتي براي نام گذاري پرونده هاو نيز براي نشان دادن خطوط متن دارد انتقال يك پرونده بين دو سيستم متفاوت نياز به بررسي اختلاف موجود در سيستم پروند هاي آنها دارد اين كار نيز برعهده لايه كاربرد قرار داده شده است علاوه بر اين پست الكترونيكي ورود به سيستم از راه دور جستجوي فهرست راهنما و تعبيه ديگر امكانات همه منظوره و خاص منظوره بر عهده اين لايه است.

انتقال داده در مدل اُ اِس آي

مثالي از چگونگي انتقال داده با استفاده مدل ا اس آي در شكل ۴ نشان داده شده است فرايندي مي خواهد داده اي را براي فرايند ديگر ارسال كند اين داده به لايه كاربرد منتقل ميشود كه در آنجا سرايند كاربرد كه ممكن است تهي باشد بدان اضافه ميشود و آنگاه مجموعه داده حاصل به لايه ارائه تحويل داده ميشود.




www.kishtech.ir