لايه هاي شبكه

طراحی شبکه ها و اصول لایه بندی

برای طراحی یک شبکه ی کامپیوتری ، مسائل و مشکلات بسیار گسترده و متنوعی وجود دارد که باید به نحوی حل شود تا بتوان بک ارتباط مطمئن و قابل اعتماد بین دو ماشین در شبکه برقرار کرد . این مسائل و مشکلات همگی از یک سنخ نیستند و منشا و راه حل مشابه نیز ندارند و بخشی از آنها توسط سخت افزار و بخش دیگر با تکنیکهای نرم افزاری قابل حل هستند . به عنوان مثال نیاز برای ارتباط بی سیم بین چند ایستگاه در شبکه ، طراح شبکه را مجبور به استفاده از مدولاسیون آنالوگ در سخت افزار مخابراتی خواهد کرد ولی مسئله ی هماهنگی در ارسال بسته ها از مبدا به مقصد یا شماره گذاری بسته ها برای بازسازی پیام و اطمینان از رسیدن یک بسته ، با استفاده از تکنیکهای نرم افزاری قابل حل است . بهمین دلیل برای طراحی شبکه های کامپیوتری ، باید مسائل و مشکلاتی که برای برقراری یک ارتباط مطمئن ، ساده و شفاف بین دو ماشین در شبکه وجود دارد ، دسته بندی شده و راه حلهای استاندارد برای آنها ارائه می شود .

طراحی شبکه ها و اصول لایه بندی

اولین موضوع چگونگی ارسال و دریافت بیتهای اطلاعات بصورت یک سیگنال الکتریکی ، الکترومغناطیسی یا نوری است ، بسته به اینکه آیا کانال انتقال سیم مسی ، فیبر نوری ، کانال ماهواره ای یا خطوط مایکروویو است . بنابراین تبدیل بیتها به یک سیگنال متناسب با کانال انتقال یکی از مسائل اولیه ی شبکه به شمار می رود .
مساله دوم ماهیت انتقال است که می تواند به یکی از سه صورت زیر باشد :
- Simplex : ارتباط یکطرفه ( یک طرف همیشه گیرنده و طرف دیگر همیشه فرستنده ).
- Half Duplex : ارتباط دوطرفه غیرهمزمان ( هر دو ماشین هم می توانند فرستنده یا گیرنده باشند ولی نه بصورت همزمان ، بلکه یکی از طرفین ابتدا ارسال می کند ، سپس ساکت می شود تا طرف مقابل ارسال داشته باشد ) .
- Full Duplex : ارتباط دو طرفه همزمان ( مانند خطوط مایکروویو )
مساله سوم مسئله خطا و وجود نویز روی کانالهای ارتباطی است بدین معنا که ممکن است در حین ارسال داده ها بر روی کانال فیزیکی تعدادی از بیتها دچار خرابی شود ؛ چنین وضعیتی که قابل اجتناب نیست باید تشخیص داده شده و داده های فاقد اعتبار دور ریخته شود ، مبدا آنها را از نو ارسال کند .
با توجه به اینکه در شبکه ها ممکن است مسیرهای گوناگونی بین مبدا و مقصد وجود داشته باشد ؛ بنابراین پیدا کردن بهترین مسیر و هدایت بسته ها ، از مسائل طراحی شبکه محسوب می شود . در ضمن ممکن است یک پیام بزرگ به واحدهای کوچکتری تقسیم شده و از مسیرهای مختلفی به مقصد برسد . بنابراین بازسازی پیام از دیگر مسائل شبکه به شمار می آید .
ممکن است گیرنده به دلایلی نتواند با سرعتی که فرستنده بسته های یک پیام را ارسال می کند آنها را دریافت کند ، بنابراین طراحی مکایزمهای حفظ هماهنگی بین مبدا و مقصد از دیگر مسائل شبکه است .
چون ماشینهای فرستنده و گیرنده ی متعددی در یک شبکه وجود دارد مسائلی مثل ازدحام ، تداخل و تصادم در شبکه ها بوجود می آید که این مشکلات بهمراه مسائل دیگر باید در سخت افزار و نرم افزار شبکه حل شود .

طراح یک شبکه باید مسائل شبکه را تجزیه و تحلیل کرده و برای آنها راه حل ارائه دهد ، ولی چون این مسائل دارای ماهیتی متفاوت از یکدیگر هستند ، بنابراین طراحی یک شبکه باید بصورت لایه به لایه انجام شود . به عنوان مثال وقتی قرار است یک شبکه به گونه ای طراحی شود که ایستگاهها بتوانند انتقال فایل داشته باشند ، اولین مسئله ای که طراح باید به آن بیندیشد طراحی یک سخت افزار مخابراتی برای ارسال و دریافت بیتها روی کانال فیزیکی است . اگر چنین سخت افزاری طراحی شود ، می تواند بر اساس آن اقدام به حل مسئله ی خطاهای احتمالی در داده ها نماید ؛ یعنی زمانی مکانیزمهای کنترل و کشف خطا مطرح می شود که قبل از آن سخت افزار مخابره ی داده ها طراحی شده مکانیزمهای کنترل و کشف خطا مطرح می شود که قبل از آن سخت افزار مخابره ی داده ها طراحی شده باشد . بعد از این دو مرحله ی طراحی ، باید مکانیزمهای بسته بندی اطلاعات ، آدرس دهی ماشینها و مسیریابی بسته ها طراحی شود . سپس برای بقیه مسائل نظیر آدرس دهی پروسه ها و چگونگی انتقال فایل ، راه حل ارائه شود .

طراحی لایه ای شبکه به منظور تفکیک مسائلی که باید توسط طراح حل شود و مبتنی بر اصول زیر است

هر لایه وظیفه ی مشخصی دارد و طراح شبکه باید آنها را به دقت تشریح کند .
هر گاه سرویسهایی که باید ارائه شود از نظر ماهیتی متفاوت باشد ، باید لایه به لایه و جداگانه طراحی شود .
وظیفه هر لایه باید با توجه به قراردادها و استانداردهای جهانی مشخص شود .
تعداد لایه ها نباید آنقدر زیاد باشد که تمایز لایه ها از دیدگاه سرویسهای ارائه شده نامشخص باشد و نه آنقدر کم باشد ، که وظیفه و خدمات یک لایه ، پیچیده و نامشخص شود .
در هر لایه جزئیات لایه های زیرین نادیده گرفته می شود و لایه های بالایی در یک روال ساده و ماجولار از خدمات لایه ی زیرین خود استفاده کنند .
باید مرزهای هر لایه به گونه ای انتخاب شود که جریان اطلاعات بین لایه ها ، حداقل باشد .

برای آنکه طراحی شبکه ها سلیقه ای و پیچیده نشود سازمان جهانی استاندارد ISO ، مدلی هفت لایه ای برای شبکه ارائه کرد ، به گونه ای که وظایف و خدمات شبکه در هفت لایه ی مجزا تعریف و ارائه می شود . این مدل هفت لایه ای ، OSI نام گرفت . هر چند در شبکه ی اینترنت از این مدل استفاده نمی شود و بجای آن یک مدل چهار لایه ای به نام TCP/IP تعریف شده است ، ولیکن بررسی مدل هفت لایه ای OSI ، بدلیل دقتی که در تفکیک و تبین مسائل شبکه در آن وجود دارد ، با ارزش خواهد بود .

مدل هفت لایه ای OSI از سازمان استاندارد جهانی ISO

در این استاندارد کل وظایف و خدمات یک شبکه در هفت لایه تعریف شده است :

لایه 1 – لایه فزیکی Physical Layer

لایه 2 – لایه پیوند داده ها Data link Layer

لایه 3 – لایه شبکه Network Layer

لایه 4- لایه انتقال Transport Layer

لایه 5- لایه جلسه Session Layer

لایه 6 – لایه ارائه ( نمایش ) Presentation Layer

لایه 7 – لایه کاربرد Application Layer

از لایه های پایین به بالا ، سرویسهای ارائه شده ( با تکیه بر سرویسی که لایه های زیرین ارائه می کنند ) پیشرفته تر می شود .

این مدل به منظور تعریف یک استاندارد جهانی و فراگیر ارائه شد و گمان می رفت که تمام شبکه ها بر اساس این مدل در هفت لایه طراحی شوند ، به گونه ای که در دهه ی هشتاد سازمان ملی علوم در آمریکا عنوان کرد که در آینده فقط از این استاندارد حمایت خواهد کرد ، ولی در عمل ، طراحان شبکه به این مدل وفادار نماندند . مثلا شرکت ناول مدل پنج لایه ای خودش را بکار گرفت و در اینترنت مدل TCP/IP فراگیر شد . در اینجا به دلایل شکست مدل OSI نخواهیم پرداخت زیرا پاره ای از این عوامل از مسائل غیر علمی ( همانند انتشار رایگان اصل برنامه های TCP/IP توسط دانشگاه برکلی ) نشات می گیرد و محل بحث و مناقشه است . در مجموع این مدل ، مرجع بسیار کامل و مناسبی برای بحث در دروس دانشگاهی است .

در ادامه به اختصار وظایف هر لایه در مدل OSI را تعریف خواهیم کرد .

لایه فیزیکی

وظیفه اصلی در لایه ی فزیکی ، انتقال بیتها بصورت سیگنال الکتریکی و ارسال آن بر روی کانال می -باشد . واحد اطلاعات در این لایه بیت است و بنابراین این لایه هیچ اطلاعی از محتوای پیام ندارد و تنها بیتهای 0 و 1 را ارسال یا دریافت می کند . پارامترهایی که باید در این لایه مورد نظر باشند عبارتند از :

ظرفیت کانال فزیکی و نرخ ارسال ( Channel Capacity and Bit Rate )
نوع مدولاسیون
چگونگی کوپلاژ با خط انتقال
مسائل مکانیکی و الکتریکی مانند نوع کابل ، باند فرکانس و نوع رابط ( کانکتور ) کابل .

در این لایه که تماماً سخت افزاری است ، مسائل مخابراتی در مبادله ی بیتها ، تجزیه و تحلیل شده و طراحی های لازم انجام می شود . طراح شبکه می تواند برای طراحی این لایه ، از استانداردهای شناخته شده ی انتقال همانند RS-232 و RS-422 و RS-423 و ... که سخت افزار آنها موجود است ، استفاده کند .

این لایه هیچ وظیفه ای در مورد تشخیص و ترمیم خطا ندارد .

لایه ی پیوند داده ها

وظیفه ی این لایه آن است که با استفاده از مکانیزمهای کشف و کنترل خطا ، داده ها را روی یک کانال انتقال که ذاتا دارای خطا و مطمئن به مقصد برساند . در حقیقت می توان وظیفه ی این لایه را بیمه ی اطلاعات در مقابل خطاهای احتمالی دانست ؛ زیرا ماهیت خطا به گونه ای است که قابل رفع نیست ولی می توان تدابیری اتخاذ کرد که فرستنده از رسیدن یا نرسیدن صحیح اطلاعات به مقصد مطلع شده و در صورت بروز خطا مجدداً اقدام به ارسال اطلاعات کند ؛ با چنین مکانیزمی یک کانال دارای خطا ، به یک خط مطمئن و بدون خطا تبدیل خواهد شد .

یکی دیگر از وظائف لایه ی پیوند داده ها آن است که اطلاعات ارسالی از لایه ی بالاتر را به واحدهای استاندارد و کوچکتری شکسته و ابتدا و انتهای آن را از طریق نشانه های خاصی که Delimiter نامیده می شود ، مشخص نماید . این قالب استاندارد که ابتدا و انتهای آن دقیقاً مشخص شده ، فریم نامیده می شود ؛ یعنی واحد اطلاعات در لایه ی دوم فریم است .

کشف خطا که از وظایف این لایه می باشد می تواند از طریق اضافه کردن بیتهای کنترل خطا مثل بیتهای Parity Check و CRC و Checksum انجام شود .

یکی دیگر از وظایف لایه ی دوم کنترل جریان یا به عبارت دیگر تنظیم جریان ارسال فریم ها به گونه ای است که یک دستگاه کند هیچ گونه فریمی را به خاطر آهسته بودن از دست ندهد .

یکی دیگر از وظایف این لایه آن است که وصول داده ها یا عدم رسید داده ها را به فرستنده اعلام کند .

در بسیاری از شبکه ها از کانال اشتراکی استفاده می کنند و ارسال همزمان دو ایستگاه منجر به تصادم ( اختلاط سیگنال انتقال ) و خرابی داده ها خواهد شد . یکی دیگر از وظایف این لایه آن است که قراردادهایی را برای جلوگیری از تصادم سیگنال ایستگاههایی که از کانال اشتراکی استفاده می کنند ، وضع کند ، چراکه فرمان ارسال داده بر روی کانال مشترک از لایه ی دوم صادر می شود . این قرارداداها در زیر لایه ای به نام ( Medium Access Sublayer ) MAS تعریف شده است .

وقتی یک واحد اطلاعاتی تحویل یک ماشین متصل به کانال فزیکی در شبکه شد ، وظیفه ی این لایه پایان می یابد . از دیدگاه این لایه ، ماشینهایی که به کانال متصل نمی باشند ، در دسترس نیستند . کنترل سخت افزار لایه ی فزیکی به عهده ی این لایه است .

البته نباید فراموش کرد که وظایف این لایه نیز با استفاده از سخت افزارهای دیجیتال انجام می شود .

لایه ی شبکه

در این لایه اطلاعات به صورت بسته هایی سازماندهی می شود و برای انتقال مطمئن تحویل لایه ی دوم می شود . با توجه به آنکه ممکن است بین دو ماشین در شبکه مسیرهای گوناگونی وجود داشته باشد ، لذا این لایه وظیفه دارد هر بسته ی اطلاعاتی را پس از دریافت به مسیری هدایت کند تا آن بسته بتواند به مقصد برسد . در این لایه باید تدابیری اندیشیده شود تا از ازدحام ( یعنی ترافیک بیش از اندازه ی بسته ها در یک مسیریاب یا مرکز سوئیچ ) جلوگیری شده و از ایجاد بن بست ممانعت بعمل بیاورد .

هر مسیر یاب می تواند به صورت ایستا و غیر هوشمند بسته ها را مسیریابی کند . همچنین می تواند به صورت پویا و هوشمند برای بسته ها مسیر انتخاب نماید . در این لایه تمام ماشینهای شبکه دارای یک آدرس جهانی و منحصر به فرد خواهند بود که هر ماشین بر اساس این آدرسها اقدام به هدایت بسته ها به سمت مقصد خواهد کرد .

این لایه ذاتاً بدون اتصال است یعنی پس از تولید یک بسته ی اطلاعاتی در مبدا ، بدون هیچ تضمینی در رسیدن آن بسته به مقصد ، بسته ، شروع به طی مسیر در شبکه می کند . وظایف این لایه به سیستم نامه رسانی تشبیه شده است ؛ یک پاکت محتوی نامه پس از آنکه مشخصات لازم بر روی آن درج شد ، به صندوق پست انداخته می شود ، بدون آنکه بتوان زمان دقیق رسیدن نامه و وجود گیرنده ی نامه را در مقصد ، از قبل حدس زد . در ضمن ممکن است نامه به هر دلیلی گم شود یا به اشتباه در راهی بیفتد که مدتها در مسیر بماند و زمانی به گیرنده ی آن برسد که هیچ ارزشی نداشته باشد .

در این لایه تضمینی وجود ندارد وقتی بسته ای برای یک ماشین مقصد ارسال می شود آن ماشین آماده ی دریافت آن بسته باشد و بتواند آنرا دریافت کند . در ضمن هیچ تضمینی وجود ندارد وقتی چند بسته ی متوالی برای یک ماشین ارسال می شود به همان ترتیبی که بر روی شبکه ارسال شده ، در مقصد دریافت شوند . همچنین ممکن است که وقتی بسته ای برای یک مقصد ارسال می گردد ، به دلیل دیر رسیدن از اعتبار ساقط شده و مجدداً ارسال شود و هر دو بسته ( جدید و قدیم ) با هم برسند . این مسائل در لایه بالاتر قابل حل خواهد بود .

هرچند وظائف این لایه می تواند بصورت نرم افزاری پیاده شود ولی برای بالاتر رفتن سرعت عمل شبکه ، می توان برای این لایه یک کامپیوتر خاص طراحی نمود تا در کنار سخت افزار لایه های زیرین ، بسته ها را روی شبکه رد وبدل کند .

لایه ی انتقال

در این لایه بر اساس خدمات لایه ی زیرین ، یک سرویس انتقال بسیار مطمئن و اتصال گرا

( Connection Oriented ) ارائه می شود . تمام مشکلاتی که در لایه ی شبکه عنوان شد در این لایه حل و فصل می شود :

قبل از ارسال بسته ها ، نرم افزار این لایه اقدام به ارسال یک بسته ی ویژه می نماید تا مطمئن شود که ماشین گیرنده آماده ی دریافت اطلاعات است .
جریان ارسال اطلاعات شماره گذاری شده تا هیچ بسته ای گم نشود یا دو بار دریافت نشود .
ترتیب جریان بسته ها حفظ می شود .
در این لایه پروسه های مختلفی که بر روی یک ماشین واحد اجرا شده اند ، آدرس دهی می شوند به نحوی که هر پروسه بر روی یک ماشین واحد ، به عنوان یک هویت مستقل ، داده های خود را ارسال یا دریافت نماید .

واحد اطلاعات در این لایه قطعه ( Segment ) است . از وظایف دیگر این لایه می توان به موارد زیر اشاره کرد :

تقسیم پیامهای بزرگ به بسته های اطلاعاتی کوچکتر
بازسازی بسته های اطلاعاتی و تشکیل یک پیام کامل
شماره گذاری بسته های کوچکتر جهت بازسازی
تعیین و تبیین مکانیزم نامگذاری ایستگاه هایی که در شبکه اند .

وظایف این لایه ( و لایه های بعدی ) با استفاده از نرم افزار پیاده سازی می شود و فقط بر روی ماشینهای نهایی ( ماشینهای کاربران ) وجود دارد و مراکز سوئیچ به وظایف این لایه احتیاجی ندارند ( مگر در موارد خاص ) .

لایه ی جلسه

وظایف این لایه فراهم آوردن شرایط یک جلسه ( نشست ) همانند ورود به سیستم از راه دور ( Remote Login ) ، احراز هویت طرفین ، نگهداری این نشست و توانایی از سرگیری یک نشست در هنگام قطع ارتباط می باشد .

در این لایه نیز واحد اطلاعات پیام است . وظایف این لایه را می توان در موارد زیر خلاصه کرد :

برقراری و مدیریت یک جلسه
شناسایی طرفین
مشخص نمودن اعتبار پیامها
اتمام جلسه
حسابداری مشتری ها ( Accounting )

لایه ی ارائه ( نمایش )

در این لایه معمولا کارهایی صورت می گیرد که اگر چه بنیادی و اساسی نیستند ولیکن به عنوان نیازهای عمومی تلقی می شوند . مثلاً :

فشرده سازی فایل ( Data Compression )
رمزنگاری ( Encryption ) برای ارسال داده های محرمانه
رمزگشایی ( Decryption )
تبدیل کدها به یکدیگر وقتی که دو ماشین از استانداردهای مختلفی برای متن استفاده می کنند . ( مثل تبدیل متون EBCDIC به ASCII و بالعکس )

لایه ی کاربرد

در این لایه ، استاندارد مبادله ی پیام بین نرم افزارهایی که در اختیار کاربر بوده و به نحوی با شبکه در ارتباطند ، تعریف می شود . لایه ی کاربرد شامل تعریف استانداردهایی نظیر انتقال نامه های الکترونیکی ، انتقال مطمئن فایل ، دسترسی به بانکهای اطلاعاتی راه دور ، مدیریت شبکه و انتقال صفحات وب است .

شکل زیر ارتباط دو کامپیوتر از طریق لایه های OSI را نشان می دهد

در مدل لایه ای شبکه ، وقتی یک برنامه ی کاربردی در لایه ی آخر اقدام به ارسال یک واحد اطلاعات می نماید ، سرآیند لازم به آن اضافه شده و از طریق صدا زدن توابع سیستمی استاندارد به لایه ی زیرین تحویل داده می شود . لایه ی زیر نیز پس از اضافه کردن سرآیند لازم ، آنرا به لایه ی پایین تحویل می دهد و یک واحد اطلاعات از روی خط فیزیکی ، تحویل لایه ی بالاتر شده و در هر لایه پس از تحلیل و پردازش لازم ، سرآیند اضافه شده را حذف و به لایه ی بالاتر تحویل می دهد . در شکل زیر روند حذف و اضافه شدن سرآیند در هر لایه به تصویر کشیده شده است .

مدل چهار لایه ای TCP/IP

مدل TCP/IP زاده جنگ سرد در دهه شصت بود . در اواخر دهه ی شصت ، آژانس پروژه های پیشرفته ی تحقیقاتی دولت ایالات متحده ( Advanced Research Project Agency)ARPA با بودجه ی دولتی ، تصمیم به پیاده سازی یک شبکه ی WAN در نه ایالت آمریکا گرفت . این شبکه صرفاً اهداف نظامی را دنبال می کرد و در عرض دو سال پیاده سازی و نصب شد . برای اولین بار روش سوئیچ بسته در این شبکه معرفی شد و موفقیت این شبکه مراکز تحقیقاتی مختلف را بر آن داشت تا شروع به کار مشترک برای توسعه ی تکنولوژی شبکه نمایند . کمیته ی ARPA که به

( Internet Control and Configuration Board ) ICCB مشهور شد روز به روز شهرت یافت و رشد کرد . این کمیته با همکاری بقیه ی آژانسهای تحقیقاتی ، کار مشترک تبدیل تکنولوژی ARPA به یک پروتکل شبکه ای استاندارد به نام ( Transport Control Protocol / Internet Protocol ) TCP/IP را شروع کردند . در اوایل دهه ی هشتاد محیطهای دانشگاهی نیز از TCP/IP حمایت کردند . دانشگاه برکلی در کالیفرنیا در نسخه ی یونیکس خود که رایگان بود ، پروتکل TCP/IP را پیاده سازی و ارائه کرد . رایگان بودن این سیستم عامل بسیار قدرتمند باعث شد تا دانشکده های علوم کامپیوتری به سرعت با TCP/IP آشنا شده و ضمن پیاده سازی شبکه های مبتنی بر آن ، از این مدل حمایت نمایند . شاید بزرگترین عامل توسعه و رشد TCP/IP همین کار دانشگاه برکلی در ارائه رایگان TCP/IP بر روی یونیکس بود .

در سال 1983 کمیته ICCB بعنوان گروه طراحی اینترنت یا ( Internet Architecture Board ) IAB به جهان معرفی شد . این کمیته یک سازمان مستقل برای طراحی استانداردها و ترویج تحقیقات در زمینه ی تکنولوژی اینترنت است . کمیته ی IAB اکنون نیز وجود دارد و در دو قسمت فعالیت می کند :

گروه ( Internet Engineering Task Force ) IETF : موارد فنی و مشکلات استانداردها و تکنولوژی بکار گرفته شده در شبکه ی اینترنت را بررسی و حل می کند و جزییات پروتکلهای فعلی را در اختیار عموم قرار می دهد .
گروه ( Internet Research Task Force ) IRTF : کار تحقیقاتی به منظور بهبود و ارتقاء اینترنت را بر عهده دارد .

موفقیت IAB در اواسط دهه ی هشتاد سرمایه ها را به سمت شبکه سوق داد . سازمان ملی علوم آمریکا تصمیم به سرمایه گذاری برای راه اندازی یک ستون فقرات در آمریکا گرفت که NSFNET نامیده شد . با پیاده سازی موفق این ستون فقرات ، اینترنت باز هم رشد کرد و باز هم سرمایه ها را به سمت خود کشید و مرزهای آمریکا را در نوردید و به یک پدیده ی جهانی تبدیل شد .

مدیریت روزانه و پشتیبانی فنی شبکه ی اینترنت ، توسط مرکزی در آمریکا به نام
( Internet Network Information Center )INERNIC انجام می شود . این مرکز مدیریت سطح بالای شبکه ، ثبت اسامی نمادین در اینترنت و ثبت کلاسهای آدرس یکتا را برعهده دارد .

امروزه TCP/IP به عنوان محبوبترین پروتکل شبکه در تمام سیستمهای عامل حمایت می شود و با تمام نقایصی که دارد حتی در پیاده سازی اینترانتهایی که حتی به اینترنت متصل نیستند ، مورد استفاده قرار می گیرد .

مولفه های TCP/IP

عاملی که تمامی شبکه های مختلف دنیا را به صورت موفقیت آمیز به هم پیوند زده است ، تبعیت همه ی آنها از مجوعه پروتکلی است که تحت عنوان TCP/IP در دنیا شناخته می شود . دقت کنید که عبارت خلاصه شده ی TCP/IP می تواند به دو موضوع متفاوت اشاره داشته باشد :

مدل ( TCP/IP Model ) TCP/IP : این مدل یک ساختار چهار لایه ای برای ارتباطات گسترده تعریف می نماید که آنرا در ادامه تشریح خواهیم کرد .
پشته ی پروتکلهای ( TCP/IP Protocol Stack ) TCP/IP : پشته ی TCP/IP مجموعه ای شامل بیش از صد پروتکل متفاوت است که برای سازماندهی کلیه اجزاء شبکه ی اینترنت به کار می رود .

مدل TCP/IP

همانگونه که اشاره شد این مدل یک ساختار چهار لایه ای برای شبکه عرضه کرده است . اگر بخواهیم این مدل چهار لایه ای را با مدل هفت گانه OSI مقایسه کنیم ، لایه ی اول از مدل TCP/IP یعنی لایه ی دسترسی به شبکه تلفیقی از وظایف لایه ی فزیکی و لایه ی پیوند داده ها از مدل OSI خواهد بود . لایه ی دوم از این مدل معادل لایه ی سوم از مدل OSI یعنی لایه ی شبکه است . لایه سوم از مدل TCP/IP همنام و معادل لایه چهارم از مدل OSI یعنی لایه ی انتقال خواهد بود .

لایه های پنجم و ششم از مدل OSI در مدل TCP/IP وجود ندارد و وظایف آنها در صورت لزوم در لایه ی چهارم از مدل TCP/IP ادغام شده است .

لایه ی هفتم از مدل OSI معادل بخشی از لایه چهارم از مدل TCP/IP است .

بررسی اجمالی لایه های مدل TCP/IP

لایه ی اول : لایه ی واسط شبکه

در این لایه استانداردهای سخت افزار ، و نرم افزارهای راه انداز ( Device Driver ) و پروتکلهای شبکه تعریف می شود . این لایه درگیر با مسائل فزیکی ، الکتریکی و مخابراتی کانال انتقال ، نوع کارت شبکه و راه اندازهای لازم برای نصب کارت شبکه می باشد . در شبکه ی اینترنت که می تواند مجموعه ای از عناصر غیر همگن و نامشابه را به هم پیوند بزند انعطاف لازم در این لایه برای شبکه های گوناگون و ماشینهای میزبان فراهم شده است . یعنی الزام ویژه ای در بکارگیری سخت افزار و نرم افزار ارتباطی خاص ، در این لایه وجود ندارد . ایستگاهی که تصمیم دارد به اینترنت متصل شود بایستی با استفاده از پروتکلهای متعدد و معتبر و نرم افزار راه انداز مناسب ، به نحوی داده های خودش را به شبکه تزریق کند . بنابراین اصرار و اجبار خاصی در استفاده از یک استاندارد خاص در این لایه وجود ندارد .

لایه ی دوم : لایه ی شبکه

این لایه در ساده ترین عبارت وظیفه دارد بسته های اطلاعاتی را که از این به بعد آنها را بسته های IP می نامیم ، روی شبکه هدایت کرده و از مبداء تا مقصد به پیش ببرد . در این لایه چندین پروتکل در کنار هم وظیفه ی مسیریابی و تحویل بسته های اطلاعاتی از مبداء تا مقصد را انجام می دهند . کلیدی ترین پروتکل در این لایه ، پروتکل IP نام دارد . برخی از پروتکل های مهم که یک سری وظایف جانبی بر عهده دارند عبارتند از : IGMP – BOOTP – ARP – RARP – RIP – ICMP و ... .

همانگونه که اشاره شد در این لایه یک واحد اطلاعاتی که بایستی تحویل مقصد شود ، دیتاگرام نامیده می شود . پروتکل IP می تواند یک دیتاگرام را در قالب بسته های کوچکتری قطعه قطعه کرده و پس از اضافه کردن اطلاعات لازم برای بازسازی ، آنها را روی شبکه ارسال کند .

لازم است بدانید که در این لایه برقرای ارتباط بین مبداء و مقصد به روش بدون اتصال خواهد بود و ارسال یک بسته ی IP روی شبکه ، عبور از مسیر خاصی را تضمین نمی کند . یعنی اگر دو بسته متوالی برای یک مقصد یکسان ارسال شود هیچ تضمینی در به ترتیب رسیدن آنها وجود ندارد ، چون این دو بسته می توانند از مسیرهای متفاوتی به سمت مقصد حرکت نمایند . در ضمن در این لایه پس از آنکه بسته ای روی یکی از کانالهای ارتباطی هدایت شد ، از سالم رسیدن یا نرسیدن آن به مقصد هیچ اطلاعی بدست نخواهد آمد ، چرا که در این لایه ، برای بسته های IP هیچ گونه پیغام دریافت یا عدم دریافت بین عناصر واقع بر روی مسیر ، رد و بدل نمی شود ؛ بنابراین سرویسی که در این لایه ارائه می شود نامطمئن است و اگر به سرویسهای مطمئن و یا اتصال گرا نیاز باشد در لایه بالاتر این نیاز تامین خواهد شد .

در این لایه مسیریابها بایستی از شرایط توپولوژیکی و ترافیکی شبکه اطلاعاتی را کسب نمایند تا مسیریابی به روش پویا انجام شود . همچنین در این لایه باید اطلاعاتی درباره مشکلات یا خطاهای احتمالی در ساختار زیر شبکه بین مسیریابها و ماشینهای میزبان ، مبادله شود . یکی دیگر از وظایف این لایه ویژگی ارسال چندبخشی ( Multicast ) است یعنی یک ایستگاه قادر باشد به چندین مقصد گوناگون که در قالب یک گروه سازماندهی شده اند ، بسته یا بسته هایی را ارسال نماید .

لایه ی سوم : لایه انتقال

این لایه ارتباط ماشینهای انتهایی ( ماشینهای میزبان ) را در شبکه برقرار می کند ، یعنی می تواند بر اساس سرویسی که لایه دوم ارائه می کند یک ارتباط اتصال گرا و مطمئن ( Reliable ) ، برقرار کند . البته در این لایه برای عملیاتی نظیر ارسال صوت و تصویر که سرعت ، مهمتر از دقت و خطا است سرویسهای بدون اتصال سریع و نامطمئن نیز فراهم شده است .

در سرویس مطمئنی که در این لایه ارائه می شود ، مکانیزمی اتخاذ شده است که فرستنده از رسیدن و یا عدم رسید صحیح بسته به مقصد با خبر شود .

این لایه از یک طرف با لایه ی شبکه و از طرف دیگر با لایه ی کاربرد در ارتباط است . داده های تحویلی به این لایه توسط برنامه ی کاربردی و با صدا زدن توابع سیستمی تعریف شده در واسط برنامه های کاربردی - (Application Programming Interface ) API- ارسال و دریافت می شوند .

لایه ی چهارم : لایه ی کاربرد

در این لایه بر اساس خدمات لایه های زیرین ، سرویس سطح بالایی برای خلق برنامه های کاربردی ویژه و پیچیده ارائه می شود . این خدمات در قالب ، پروتکلهای استانداردی همانند موارد زیر به کاربر ارائه می شود :

شبیه سازی ترمینال ( TELNET / Terminal Emulation )
انتقال فایل یا( File Transfer Protocol ) FTP
مدیریت پست الکترونیکی
خدمات انتقال صفحات ابرمتنی
...

لايه هاي شبكه

مطالب مشابه :

لايه هاي شبكه

شبکه های کامپیوتر

امتیاز مسکونی پروژه اخبار شبکه جام جم

مقدمه ای بر شبکه های کامپیوتری Introduction to Computer Networks

جزوه مبانی اینرنت و شبکه

امتیاز تعاونی شبکه قرآن سیما (مهستان)

لیست پروژه های درس "شبکه های کامپیوتری"