مدل OSI چیست؟
مدل OSI چیست؟
در این بخش آموزشی، به معرفی مدل مرجع هفت‌لایه‌ای OSI و کاربردهای آن در شبکه می‌پردازیم.
مدل OSI چیست؟ مدل OSI یک ساختار تئوری است که ارتباطات شبکه را به هفت لایه مجزا تقسیم می‌کند و برای استانداردسازی ارتباطات شبکه‌ای طراحی شده است. این مدل توضیح می‌دهد که چگونه داده‌ها در مسیر ارسال و دریافت، به‌صورت مرحله‌به‌مرحله از هر لایه عبور می‌کنند. اگرچه مدل OSI به‌صورت مستقیم پیاده‌سازی نشده، اما بسیاری از پروتکل‌های رایج مانند TCP/IP بر پایه‌ی اصول آن طراحی و توسعه یافته‌اند.
در شکل زیر می‌توانید هر ۷ لایه OSI به همراه پروتکل‌های استفاده شده در آن‌ها را مشاهده کنید. با ما همراه باشید تا تک‌تک این لایه‌ها را بررسی کنیم.
فهرست مطالب
۷ لایه مدل OSI
لایه اول: لایه فیزیکی (Physical Layer)
همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید لایه فیزیکی پایین‌ترین لایه در مدل OSI است و مسئول انتقال داده به‌صورت سیگنال‌های فیزیکی (مانند الکتریکی، نوری یا رادیویی) در بستر شبکه است. این لایه هیچ درکی از محتوای داده ندارد و تنها وظیفه‌اش انتقال بیت‌ها (۰ و ۱) بین دستگاه‌هاست.
برخی از تجهیزات و فناوری‌هایی که در لایه فیزیکی استفاده می‌شوند عبارت‌اند از:
- کابل شبکه (Cat5e, Cat6, Fiber)
- هاب‌ها و ریپیترها (Repeater)
- کانکتورهای RJ45، ST، SC
- استانداردهای IEEE مانند 802.3 (Ethernet) و 802.11 (Wi-Fi)
- موج‌برها و سیگنال‌های رادیویی در شبکه‌های بی‌سیم
نکته مهم درباره لایه فیزیکی: لایه فیزیکی هیچ مفهومی از آدرس‌دهی، فریم یا بسته ندارد و صرفاً داده‌های خام را بدون تفسیر منتقل می‌کند. تمام هوشمندی شبکه در لایه‌های بالاتر اتفاق می‌افتد.
لایه دوم: پیوند داده (Data Link)
در لایه دوم مدل OSI، که به آن لایه پیوند داده (Data Link Layer) گفته می‌شود، یکی از مهم‌ترین وظایف، آدرس‌دهی سخت‌افزاری (Hardware Addressing) یا همان MAC Addressing است.
تمام دستگاه‌هایی که به شبکه متصل می‌شوند—از جمله کامپیوترها، لپ‌تاپ‌ها، پرینترها و حتی گوشی‌های هوشمند—دارای کارت شبکه‌ای (NIC) هستند که یک آدرس فیزیکی منحصربه‌فرد به نام MAC Address دارند. این آدرس به‌صورت ۴۸ بیتی و بر پایه مبنای ۱۶ (هگزادسیمال) نوشته می‌شود و برای شناسایی یکتای دستگاه‌ها در سطح شبکه محلی (LAN) استفاده می‌شود.
ساختار MAC Address
- شامل ۱۲ کاراکتر هگزادسیمال است که در ۶ بخش ۲ کاراکتری (۸ بیتی) نمایش داده می‌شود.
- ۳ بخش اول نشان‌دهنده کد کارخانه سازنده کارت شبکه است (OUI).
- ۳ بخش دوم به‌صورت یکتا توسط همان کارخانه تولید می‌شود و تضمین می‌کند که آدرس، تکراری نباشد.
بنابراین آدرسی فیزیکی در دنیا منحصر بفرد است. البته نحوه ی نمایش آدرس فیزیکی در سیسکو به صورت دیگری است.
مشاهده MAC Address
روش‌های مختلفی برای دیدن MAC آدرس وجود دارد. یکی از رایج‌ترین روش‌ها در ویندوز، استفاده از دستور زیر در Command Prompt است:
getmac
خروجی آن به‌صورت زیر خواهد بود:
روش‌های مختلف دیگری نیز برای به‌دست‌آوردن MAC Address وجود دارد. برای مطالعه روش‌های دیگر می‌توانید روی لینک زیر کلیک کنید.
همچنین با مراجعه به سایت‌هایی مانند MACVendors.com می‌توانید سازنده کارت شبکه را از طریق MAC آدرس شناسایی کنید.
پروتکل‌ها و تجهیزات مورد استفاده در لایه پیوند داده (Data Link)
پروتکل‌ها
- Ethernet (IEEE 802.3)
- MAC (Media Access Control)
- Wi-Fi (IEEE 802.11)
- PPP (Point-to-Point Protocol)
- Frame Relay
- Token Ring (IEEE 802.5)
تجهیزات
- سوئیچ (Switch)
- Bridge
- کارت شبکه (NIC - Network Interface Card)
- Access Point (در حالت Bridge Mode)
نکته فنی
- این لایه به دو زیرلایه تقسیم می‌شود:
- LLC (Logical Link Control): مدیریت فریم‌بندی و تطابق با لایه شبکه
- MAC (Media Access Control): مدیریت دسترسی به رسانه (مثل CSMA/CD در Ethernet یا CSMA/CA در Wi-Fi)
- آدرس MAC در سطح سخت‌افزار تعریف می‌شود و معمولاً قابل تغییر نیست (هرچند برخی سیستم‌عامل‌ها امکان تغییر آن را می‌دهند).
- برخلاف لایه‌های بالاتر که عملکردشان بیشتر نرم‌افزاری است، لایه فیزیکی و لایه پیوند داده ترکیبی از سخت‌افزار و نرم‌افزار هستند.
لایه سوم: شبکه (Network)
وظیفه‌ی اصلی لایه شبکه، آدرس‌دهی منطقی و مسیریابی بسته‌ها بین مبدأ و مقصد است. در این لایه، هر دستگاه در شبکه با شناسه‌ای به نام IP Address (آدرس IP) شناسایی می‌شود. این آدرس یک مقدار ۳۲ بیتی در نسخه IPv4 است که در شبکه‌های مبتنی بر پروتکل TCP/IP استفاده می‌شود.
مسیریابی (Routing) از مهم‌ترین وظایف این لایه است. روترها با بررسی آدرس IP مقصد، مسیر بهینه‌ی ارسال داده‌ها را انتخاب می‌کنند. همچنین، این لایه وظیفه‌هایی مثل کنترل ازدحام (Congestion Control) و مدیریت خطا در مسیریابی را نیز بر عهده دارد.
برای مشاهده تنظیمات IP سیستم، می‌توان از دستور
ipconfig
در محیط CMD استفاده کرد. برای آموزش کامل دستور IPconfig می‌توانید روی لینک زیر کلیک کنید.
برای ردیابی مسیر بسته‌ها تا مقصد نیز، دستور
tracert
کاربرد دارد و روترهای میانی بین شما و سرور مقصد را نمایش می‌دهد. برای آموزش کامل دستور Tracert می‌توانید روی لینک زیر کلیک کنید.
پروتکل‌ها و تجهیزات مورد استفاده در لایه شبکه (Network)
پروتکل‌ها
- IP (Internet Protocol)
- ICMP (Internet Control Message Protocol)
- ARP (Address Resolution Protocol)
- OSPF (Open Shortest Path First)
- RIP (Routing Information Protocol)
- BGP (Border Gateway Protocol)
- EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
تجهیزات
- Router (روتر)
- Layer 3 Switch (سوئیچ لایه سوم)
- Multilayer Switch
- Firewall (در حالت مسیریابی)
- Core Router / Edge Router
لایه چهارم: انتقال (Transport)
لایه انتقال وظیفه‌ی مدیریت ارتباط انتها به انتها (End-to-End) بین دو سیستم را بر عهده دارد. این لایه تضمین می‌کند که داده‌ها به‌درستی، به‌طور کامل و بدون خطا به مقصد برسند. همچنین، یکی از ویژگی‌های مهم این لایه، استفاده از شناسه‌هایی به نام Port Number برای تفکیک سرویس‌ها و برنامه‌ها در هر سیستم است.
در این لایه دو پروتکل پرکاربرد وجود دارد:
پروتکلی اتصال‌گرا (Connection-Oriented) که از مکانیزم‌هایی مانند تأیید دریافت (ACK)، کنترل ازدحام و شماره‌گذاری قطعه‌ها برای انتقال مطمئن داده‌ها استفاده می‌کند.
پروتکلی بدون اتصال (Connectionless) که برای ارسال سریع داده‌ها بدون اطمینان از تحویل استفاده می‌شود. مناسب برای کاربردهایی مثل تماس صوتی، ویدیو یا بازی‌های آنلاین.
از دیگر وظایف لایه انتقال می‌توان به تقطیع داده‌ها (Segmentation) اشاره کرد؛ در این فرآیند، داده‌های دریافتی از لایه Session به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند تا برای ارسال در شبکه مناسب‌تر باشند.
نکته: تفاوت اتصال‌گرا و غیراتصال‌گرا:در پروتکل اتصال‌گرا (Connection-Oriented) پیش از تبادل داده، ابتدا یک ارتباط امن و پایدار بین فرستنده و گیرنده برقرار می‌شود. این نوع ارتباط اطمینان از تحویل صحیح داده را تضمین می‌کند. در پروتکل غیراتصال‌گرا (Connectionless): بدون برقراری ارتباط اولیه، داده‌ها مستقیماً ارسال می‌شوند. سریع‌تر است اما تحویل و ترتیب داده تضمین نمی‌شود.
لایه پنجم: نشست (Session)
هنگامی که داده‌ها به فرم قابل فهم برای ارسال تبدیل شدند، نوبت به برقراری نشست ارتباطی (Session) بین فرستنده و گیرنده می‌رسد. این نشست در واقع یک کانال منطقی برای تبادل داده است که باید ایجاد، مدیریت و در زمان مناسب خاتمه داده شود.
لایه پنجم مدل OSI، یعنی لایه نشست (Session Layer)، مسئول همین فرآیند است. این لایه وظایف زیر را بر عهده دارد:
- برقراری اتصال (Establishing Session) بین دو سیستم ارتباطی
- مدیریت نشست فعال و هماهنگی جریان داده
- بازسازی نشست در صورت قطعی
- پایان دادن به نشست پس از اتمام انتقال اطلاعات
این لایه همچنین امکان پیاده‌سازی Synchronization یا همگام‌سازی بین ارتباطات را فراهم می‌کند؛ به‌عنوان مثال، در انتقال فایل‌های بزرگ یا مکالمات آنلاین، می‌توان نشست را در نقاط مشخصی نشانه‌گذاری کرد تا در صورت قطعی، از همان نقطه ادامه پیدا کند.
پروتکل‌های مورد استفاده در لایه نشست
- NetBIOS (Network Basic Input/Output System)
- RPC (Remote Procedure Call)
- PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol)
- NFS (Network File System)
- SMB (Server Message Block)
لایه ششم: نمایش (Presentation)
لایه ششم مدل OSI، یعنی لایه نمایش (Presentation)، مسئول ترجمه، رمزگذاری و فشرده‌سازی داده‌هاست. این لایه به‌نوعی مترجم بین سیستم‌های متفاوت محسوب می‌شود. داده‌هایی که از لایه‌های بالاتر (معمولاً لایه کاربرد) می‌رسند، ممکن است برای سیستم مقصد قابل درک نباشند؛ در نتیجه، لایه نمایش آن‌ها را به فرمتی قابل فهم برای لایه‌های پایین‌تر تبدیل می‌کند – و بالعکس.
وظایف کلیدی این لایه عبارت‌اند از:
تبدیل داده‌ها بین فرمت‌های مختلف مانند ASCII، EBCDIC، JPEG، MPEG و غیره
برای حفظ امنیت داده‌ها در حین انتقال، اطلاعات رمزگذاری می‌شوند (مثلاً با استفاده از SSL/TLS)
کاهش حجم داده‌ها به‌منظور استفاده‌ی بهینه از پهنای باند و سرعت بیشتر در انتقال
مثال: وقتی یک ایمیل رمزگذاری شده ارسال می‌شود، لایه نمایش در سیستم فرستنده داده‌ها را رمزگذاری می‌کند و در سمت گیرنده، مجدداً آن‌ها را رمزگشایی می‌کند.
پروتکل‌ها و فرمت‌های مرتبط با لایه نمایش
- SSL (Secure Sockets Layer)
- TLS (Transport Layer Security)
- JPEG / PNG / GIF (فرمت‌های تصویری)
- MP3 / MP4 / AAC (فرمت‌های صوتی و تصویری)
- ASCII / EBCDIC / Unicode (استانداردهای نمایش متن)
- MPEG / AVI (فرمت‌های ویدئویی)
لایه هفتم: کاربرد (Application)
لایه هفتم مدل OSI، یعنی لایه کاربرد (Application Layer)، بالاترین لایه این مدل است. این لایه همان جایی‌ست که نرم‌افزارهای کاربردی (Application Software) مانند مرورگرها، کلاینت‌های ایمیل، نرم‌افزارهای چت و… با شبکه تعامل دارند. لایه کاربرد در واقع واسطه‌ای بین کاربر و شبکه است و محیطی فراهم می‌کند تا برنامه‌ها بتوانند از سرویس‌های شبکه استفاده کنند.
در این لایه، داده‌ها برای انتقال در سطح شبکه آماده می‌شوند، اما هنوز به بیت و بسته تبدیل نشده‌اند؛ این کار به ترتیب در لایه‌های پایین‌تر انجام می‌شود.
پروتکل‌های معروف لایه هفتم
- HTTP / HTTPS – مرور صفحات وب
- FTP / SFTP – انتقال فایل
- SMTP / IMAP / POP3 – ارسال و دریافت ایمیل
- DNS – ترجمه نام دامنه به IP
- SNMP – مدیریت و مانیتورینگ شبکه
- Telnet / SSH – دسترسی از راه دور به دستگاه‌ها
سفر یک بسته داده از لایه ۷ تا لایه ۱ – قدم‌به‌قدم با یک مثال واقعی
تصویر زیر را به‌دقت بررسی کنید.
برای درک بهتر مدل OSI، تصور کنید که در مرورگر خود آدرس https://hivanetwork.ir را وارد می‌کنید. این کار، آغاز یک سفر برای یک بسته داده از لایه‌ی ۷ تا لایه‌ی ۱ است. بیایید ببینیم در هر مرحله چه اتفاقی می‌افتد:
لایه 7 – Application:
مرورگر شما با استفاده از پروتکل HTTPS درخواست اتصال را ایجاد می‌کند. این پروتکل مشخص می‌کند که درخواست از نوع وب و ایمن است.
لایه 6 – Presentation:
داده‌ها ممکن است رمزنگاری (Encryption) شوند (مثلاً با TLS) تا در مسیر انتقال محافظت شوند. در صورت نیاز، داده‌ها فشرده یا به فرمت قابل درک تبدیل می‌شوند.
لایه 5 – Session:
یک جلسه ارتباطی (Session) بین مرورگر شما و سرور برقرار می‌شود. این لایه مدیریت شروع، نگهداری و پایان این ارتباط را بر عهده دارد.
لایه 4 – Transport:
داده‌ها به بخش‌های کوچکتر (Segmentation) تقسیم می‌شوند. پروتکل TCP کنترل می‌کند که همه بخش‌ها صحیح و کامل به مقصد برسند. هر بخش دارای یک شماره پورت است (مثلاً پورت 443 برای HTTPS).
لایه 3 – Network:
در اینجا آدرس‌های IP مبدا و مقصد به بسته اضافه می‌شوند. وظیفه مسیریابی نیز در این لایه انجام می‌شود، یعنی تعیین اینکه بسته از چه مسیری به مقصد برسد.
لایه 2 – Data Link:
بسته حالا در قالب فریم (Frame) قرار می‌گیرد. آدرس‌های MAC مبدا و مقصد نیز به آن افزوده می‌شوند. این لایه مسئول انتقال بسته در داخل یک شبکه محلی (LAN) است.
لایه 1 – Physical:
حالا فریم به شکل سیگنال‌های الکتریکی یا نوری در کابل شبکه یا از طریق امواج رادیویی منتقل می‌شود. این پایین‌ترین لایه صرفاً مسئول ارسال فیزیکی داده است.
وقتی داده به مقصد رسید، دقیقاً همین مسیر را به صورت معکوس طی می‌کند و در هر لایه از header مخصوص آن لایه “پوسته‌برداری” می‌شود تا در نهایت محتوای اصلی به نرم‌افزار مقصد برسد.
PDU (Protocol Data Unit) چیست؟
PDU یا “واحد داده پروتکلی” مفهومی است که برای اشاره به قالب بسته‌های داده‌ای مورد استفاده در هر لایه از مدل OSI به کار می‌رود. هر لایه از این مدل، داده‌ها را با ساختار و نام مخصوص به خود پردازش و انتقال می‌دهد. در ادامه روند تغییر شکل داده از لایه بالاتر به لایه پایین‌تر شرح داده می‌شود:
در لایه‌های کاربردی (لایه‌های 7، 6 و 5) داده‌ها به صورت ساده و خام با عنوان Data شناخته می‌شوند.
هنگام ورود به لایه چهارم (Transport Layer)، این داده‌ها برای کنترل بهتر بر انتقال، به بخش‌های کوچک‌تری تقسیم می‌شوند که هر کدام Segment نامیده می‌شود. در این مرحله، هدرهایی شامل اطلاعات کنترلی مانند شماره پورت‌ها به هر Segment افزوده می‌شود.
در لایه سوم (Network Layer)، هر Segment به یک Packet تبدیل می‌شود. در این مرحله نیز، اطلاعاتی مانند آدرس IP مبدا و مقصد به بسته افزوده می‌شود.
سپس در لایه دوم (Data Link Layer)، Packet به Frame تبدیل می‌شود. در این لایه علاوه بر هدر، یک Trailer نیز به انتهای فریم اضافه می‌شود که معمولاً برای کنترل خطا استفاده می‌گردد.
نهایتاً، در لایه فیزیکی (Physical Layer)، داده‌ها به صورت بیت (Bit) بر روی رسانه فیزیکی منتقل می‌شوند.
ارتباط با مدل TCP/IP
مدل OSI ابزاری مفهومی و آموزشی برای درک نحوه عملکرد شبکه‌ها در لایه‌های مختلف است. اما در عمل، بیشتر شبکه‌های امروزی بر پایه مدل TCP/IP طراحی و پیاده‌سازی شده‌اند.
مدل TCP/IP، که به عنوان مدل اینترنت نیز شناخته می‌شود، ساده‌تر و کاربردی‌تر از مدل OSI است و به جای ۷ لایه، از ۴ لایه اصلی تشکیل شده است. با وجود تفاوت در تعداد لایه‌ها، می‌توان بین لایه‌های این دو مدل، تطابق‌هایی برقرار کرد. برای مثال، لایه‌های Application، Presentation و Session در مدل OSI، همگی در لایه Application مدل TCP/IP ادغام شده‌اند.
در مقاله TCP/IP به معرفی کامل مدل TCP/IP، مقایسه آن با OSI و بررسی عملکرد لایه‌های آن در انتقال داده پرداخته‌ایم. برای مطالعه این مقاله می‌توانید روی لینک زیر کلیک کنید.
پروتکل TCP/IP
مدل TCP/IP در این آموزش به صورت خلاصه به معرفی بخش های مهم پروتکل TCP/IP می پردازیم.مدل TCP/IP یا مدل مرجع اینترنتی که گاهی مدل مرجع ARPANET نامیده می شود، در سال 1970 به وسیله DARPA طراحی شده است.TCP/IP پروتکلی استاندارد برای ارتباط کامپیوترهای موجود در شبکه می باشد. مدل
در این مقاله ساختار مدل مرجع OSI تشریح شد؛ برای درک بهتر مفاهیم مدل OSI می‌توانید ویدیوی زیر را مشاهده کنید:
امیدواریم این مقاله برای شما مفید بوده باشد.
خدمات ما در مجموعه هیواشبکه شامل :
شرکت فنی و مهندسی هیوانوآوران داده گستر : مجری طراحی ، پیاده سازی ، پشتیبانی پروژه های شبکه و امنیت در استان گیلان – رشت و شهرها و استانهای همجوار
آموزشگاه تخصصی هیواشبکه : برگزار کننده دوره های تخصصی شبکه و امنیت ، پیکربندی سرور HP ، مجازی سازی ، MCSA 2022 ، نتورک و … به صورت حضوری با مجوز از سازمان فنی و حرفه ای و آموزش کارکنان دولت در رشت ، استان گیلان و به صورت مجازی در سراسر کشور
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.