مفاهیم، انواع و معماری‌های شبکه‌های کامپیوتری

۱. مدل OSI چیست؟

مدل OSI (Open Systems Interconnection) یک مدل مرجع شبکه‌ای است که توسط سازمان ISO در دهه ۱۹۷۰ طراحی شده‌است. این مدل با تقسیم ارتباط شبکه‌ای به هفت لایه مشخص، امکان تعامل بین سیستم‌ها و تولیدکنندگان مختلف را فراهم می‌کند.

۲. رویکرد لایه‌ای

مدل OSI مانند یک نقشه مفهومی، ارتباطات شبکه را به لایه‌هایی مجزا تقسیم می‌کند، همانند بخش‌های مختلف یک سازمان که هر کدام وظایف خاص خود را دارند و در نهایت به هدف مشترک دست می‌یابند.

۳. مزایای مدل‌های مرجع

• ساده‌سازی فرآیندها: تقسیم ارتباطات به بخش‌های قابل مدیریت برای طراحی و رفع اشکال آسان‌تر
• استانداردسازی: امکان سازگاری بین تجهیزات تولیدکنندگان مختلف
• سازگاری: تسهیل ارتباط بین سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای گوناگون
• استقلال لایه‌ها: تغییر در یک لایه تأثیری بر دیگر لایه‌ها ندارد

۴. لایه‌های مدل OSI

مدل OSI از هفت لایه تشکیل شده‌است که به دو گروه تقسیم می‌شوند:

• لایه‌های بالا (۷ تا ۵): مسئول تعامل کاربر و برنامه‌ها
• لایه‌های پایین (۴ تا ۱): مسئول انتقال و تحویل داده

لایه ۷ – کاربرد

جایی‌ست که کاربران با شبکه ارتباط برقرار می‌کنند. این لایه، رابط بین برنامه‌های کاربردی (مثل مرورگرها) و پروتکل‌های شبکه است.

لایه ۶ – ارائه

داده‌ها را برای لایه کاربرد آماده می‌کند. وظایفش شامل ترجمه، فشرده‌سازی، رمزنگاری و رمزگشایی اطلاعات است.

لایه ۵ – نشست

جلسات ارتباطی بین دستگاه‌ها را ایجاد، مدیریت و خاتمه می‌دهد. حالت‌های ارتباطی ساده، نیمه‌دوگانه و دوگانه کامل را پشتیبانی می‌کند.

لایه ۴ – انتقال

داده‌ها را به سگمنت تبدیل می‌کند و ارتباط انتها به انتها را برقرار می‌سازد. پروتکل‌های TCP و UDP در این لایه فعالیت دارند.

کنترل جریان: جلوگیری از پرشدن بافر گیرنده
ویندوینگ: تعیین حجم داده قابل ارسال قبل از تأیید
ارسال مجدد با تأیید مثبت: تضمین دریافت صحیح داده‌ها

لایه ۳ – شبکه

آدرس‌دهی منطقی، مسیریابی و انتقال داده بین دستگاه‌های غیرمستقیم را بر عهده دارد. بسته‌های IP و مسیر‌یابی در این لایه بررسی می‌شوند.

لایه ۲ – پیوند داده

با استفاده از آدرس‌های MAC، داده‌ها را به فریم تبدیل کرده و انتقال فیزیکی در سطح شبکه محلی را انجام می‌دهد.

LLC: شناسایی پروتکل‌ها و انکپسولاسیون آن‌ها
MAC: کنترل دسترسی به رسانه و آدرس‌دهی فیزیکی

لایه ۱ – فیزیکی

انتقال بیت‌ها از طریق رسانه‌های فیزیکی مانند کابل یا موج‌های بی‌سیم. مشخصات مکانیکی و الکتریکی در این لایه تعریف می‌شوند.

۵. فرآیند انکپسولاسیون

در این فرآیند، داده با اطلاعات پروتکل هر لایه بسته‌بندی می‌شود تا ارتباط به‌درستی صورت گیرد.

۱. تبدیل داده‌ها به فرم قابل انتقال
۲. تقسیم‌بندی برای ارتباط قابل اعتماد
۳. افزودن آدرس‌های منطقی (IP)
۴. ایجاد فریم‌ها با آدرس‌های سخت‌افزاری
۵. تبدیل فریم به بیت و ارسال فیزیکی

۶. تکنیک‌های مدولاسیون

مدولاسیون ویژگی‌های سیگنال حامل را تغییر داده تا داده‌های دیجیتال منتقل شوند. روش‌هایی مثل FDM و TDM برای انتقال هم‌زمان چند سیگنال استفاده می‌شوند.

۷. نتیجه‌گیری

مدل OSI چارچوبی حیاتی در طراحی سیستم‌های شبکه‌ای است. شناخت لایه‌ها و فرآیند انکپسولاسیون برای توسعه سیستم‌های قابل اعتماد و موفقیت در آزمون‌هایی مانند Network+ ضروری‌ست.