مدل OSI چیست؟

مدل OSI یا Open Systems Interconnection یه مدل مفهومیه که کمک می‌کنه بفهمیم دستگاه‌ها چطوری توی شبکه با هم ارتباط برقرار می‌کنن. ایده اصلیش اینه که شبکه خیلی پیچیده به نظر میاد، ولی اگه بخش‌هاش رو جدا کنیم و هر بخش یه کار مشخص داشته باشه، همه چیز ساده‌تر می‌شه.

این مدل توسط سازمان استاندارد بین‌المللی (ISO) ارائه شد تا یه چارچوب مشخص داشته باشیم و همه سیستم‌ها و نرم‌افزارها حتی اگه از تولیدکننده‌های مختلف باشن، بتونن با هم هماهنگ باشن. کاربردش خیلی گسترده‌ست؛ وقتی شبکه‌ای طراحی می‌کنیم، خطایی پیش میاد یا می‌خوایم یه سیستم جدید اضافه کنیم، با نگاه کردن به مدل OSI می‌تونیم راحت بفهمیم مشکل از کجاست و چه کاری باید انجام بدیم.

یه مثال ساده از دنیای واقعی: وقتی می‌خوای یه ایمیل از لپ‌تاپت به دوستت بفرستی، داده‌ها اول از برنامه ایمیلت (مثل Outlook یا Gmail) عبور می‌کنن، بعد از اینترنت منتقل می‌شن، به سرور ایمیل دوستت می‌رسن و نهایتاً توی صندوق ورودی دوستت ظاهر می‌شن. مدل OSI مثل یه نقشه‌ست که نشون می‌ده هر مرحله از ارسال و دریافت اطلاعات دقیقاً چه کاری انجام می‌ده و چطوری همه چیز درست پیش می‌ره.

حالا یه سوال که ممکنه پیش بیاد: آیا مدل OSI هنوز توی دنیای امروز استفاده می‌شه؟ جواب اینه: بله و خیر! یعنی توی عمل، شبکه‌های واقعی اغلب از پروتکل‌ها و استانداردهای ترکیبی استفاده می‌کنن و دقیقاً همه مراحل OSI رو رعایت نمی‌کنن، ولی همچنان مدل OSI یه ابزار آموزشی و تحلیلی فوق‌العاده‌ست. مهندسین شبکه و متخصصین امنیت ازش استفاده می‌کنن تا بفهمن داده‌ها چطور حرکت می‌کنن و مشکلات رو راحت‌تر پیدا کنن.

لایه اول: لایه فیزیکی (Physical Layer)

لایه فیزیکی در پایین‌ترین سطح از مدل OSI قرار دارد و وظیفه‌ی اصلی آن، انتقال بیت‌های خام (0 و 1) از طریق رسانه‌ی فیزیکی است. این لایه هیچ درکی از ساختار داده، آدرس‌دهی یا خطا ندارد؛ بلکه صرفاً مسئول تبدیل داده‌های دیجیتال به سیگنال‌های قابل انتقال (الکتریکی، نوری یا رادیویی) و ارسال آن‌ها به مقصد است.

در این لایه مشخص می‌شود که برای انتقال داده، از چه نوع کابل، کانکتور و فرکانسی استفاده شود، چه ولتاژی برای ارسال «1» یا «0» در نظر گرفته شود و شکل سیگنال‌ها به چه صورت باشد. استانداردهایی مانند RS-232 و IEEE 802.3 در این لایه تعریف می‌شوند. رسانه‌های انتقال مثل کابل‌های مسی (UTP, STP)، فیبر نوری، یا حتی امواج رادیویی نیز در این لایه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تجهیزات فیزیکی مانند کابل‌ها، هاب‌ها، تکرارگرها (repeater)، مودم‌ها و بخشی از کارت شبکه (NIC) که با انتقال فیزیکی داده‌ها سروکار دارند، در این لایه فعالیت می‌کنند. به عنوان مثال، اگر کابل شبکه‌ای قطع شود یا پورت شبکه از کار بیفتد، ارتباط در همین لایه مختل خواهد شد.

لایه دوم: لایه پیوند داده (Data Link Layer)

لایه پیوند داده وظیفه دارد تا داده‌های خامی که از لایه فیزیکی می‌آیند را به واحدهایی به‌نام فریم تقسیم کند و انتقال آن‌ها را به صورت قابل اطمینان مدیریت نماید. این لایه خطاهای فیزیکی را شناسایی کرده و در صورت امکان اصلاح می‌کند. همچنین کنترل جریان داده بین دو دستگاه را انجام می‌دهد.

در این لایه، داده‌ها به‌همراه اطلاعات کنترلی، به فریم‌هایی با ساختار مشخص تبدیل می‌شوند. هر فریم شامل آدرس مبدأ و مقصد است که در این لایه با آدرس‌های سخت‌افزاری یا همان MAC Address مشخص می‌شود. به همین دلیل، سوئیچ‌ها که بر اساس آدرس MAC تصمیم‌گیری می‌کنند، در این لایه عمل می‌کنند.

پروتکل‌هایی مانند Ethernet، PPP، ARP و Frame Relay در این لایه کار می‌کنند. همچنین، لایه پیوند داده به دو زیرلایه تقسیم می‌شود: زیرلایه MAC که مسئول کنترل دسترسی به رسانه انتقال است و زیرلایه LLC که وظیفه‌ی مدیریت ارتباط بین دستگاه‌ها را برعهده دارد.

لایه سوم: لایه شبکه (Network Layer)

در لایه شبکه، وظیفه‌ی اصلی مسیریابی بسته‌های داده (Packets) بین شبکه‌های مختلف است. برخلاف لایه پیوند داده که در محدوده شبکه محلی (LAN) عمل می‌کند، لایه شبکه امکان ارتباط بین شبکه‌های متفاوت (Internetworking) را فراهم می‌سازد.

مهم‌ترین مسئولیت این لایه، اختصاص آدرس منطقی (IP Address) به دستگاه‌ها و یافتن بهترین مسیر برای ارسال داده‌ها از مبدأ به مقصد است. روترها (Routers) به‌عنوان تجهیزات اصلی این لایه شناخته می‌شوند. آن‌ها بر اساس جداول مسیریابی و پروتکل‌هایی مانند OSPF، RIP یا BGP تصمیم می‌گیرند که بسته‌ها باید از چه مسیری عبور کنند.

پروتکل IP (در نسخه‌های IPv4 و IPv6)، پروتکل ICMP (برای ارسال پیام‌هایی مانند Ping) و پروتکل‌هایی مانند ARP (برای تبدیل IP به MAC) در این لایه فعالیت می‌کنند.

لایه چهارم: لایه انتقال (Transport Layer)

لایه انتقال وظیفه دارد که داده‌ها را به شکلی مطمئن و با ترتیب صحیح به لایه‌های بالاتر برساند. این لایه مسئولیت کنترل خطا، شماره‌گذاری بخش‌های داده، و مدیریت جریان داده را برعهده دارد. در صورت از بین رفتن بخشی از داده، این لایه مسئول ارسال مجدد آن است.

در این لایه دو پروتکل اصلی وجود دارند: TCP (Transmission Control Protocol) که انتقال داده را به صورت اتصال‌گرا و با تضمین صحت انجام می‌دهد، و UDP (User Datagram Protocol) که بدون تضمین تحویل، داده‌ها را سریع‌تر ارسال می‌کند. انتخاب بین این دو پروتکل بسته به نوع کاربرد صورت می‌گیرد؛ مثلاً برای دانلود فایل از TCP و برای تماس صوتی آنلاین از UDP استفاده می‌شود.

لایه پنجم: لایه نشست (Session Layer)

لایه نشست مسئول برقراری، نگهداری و پایان دادن به جلسات ارتباطی بین دو سیستم یا دو اپلیکیشن است. این لایه می‌تواند نشست‌ها را هماهنگ کرده و امکان از سرگیری یک نشست قطع‌شده را فراهم کند. در سیستم‌هایی که چند نشست هم‌زمان برقرار است، مدیریت جلسات مجزا به عهده این لایه است.

پروتکل‌هایی مانند NetBIOS، SMB (Server Message Block) و RPC (Remote Procedure Call) از جمله پروتکل‌های این لایه هستند. به‌طور مثال، هنگام اجرای یک ویدیو کنفرانس، این لایه مسئول حفظ اتصال پایدار بین کلاینت و سرور است.

لایه ششم: لایه نمایش (Presentation Layer)

لایه نمایش وظیفه دارد داده‌ها را به فرمت قابل فهم برای لایه کاربرد تبدیل کند. این لایه شامل عملیات‌هایی مانند تبدیل کدگذاری‌ها (مثلاً ASCII به Unicode)، فشرده‌سازی داده‌ها، و رمزگذاری/رمزگشایی است.

وقتی که شما از مرورگر برای مشاهده یک تصویر JPEG استفاده می‌کنید یا وقتی اطلاعاتی از طریق HTTPS رمزگذاری می‌شود، لایه نمایش در حال فعالیت است. پروتکل‌هایی مانند SSL/TLS، فرمت‌هایی مانند JPEG، PNG، MP3، و استانداردهایی برای قالب‌بندی داده مثل XML و JSON در این لایه قرار دارند.

لایه هفتم: لایه کاربرد (Application Layer)

لایه کاربرد نزدیک‌ترین لایه به کاربر نهایی است. در واقع، نرم‌افزارهایی مانند مرورگر وب، کلاینت ایمیل، ابزار انتقال فایل و سایر اپلیکیشن‌هایی که به شبکه متصل می‌شوند، از خدمات این لایه استفاده می‌کنند. این لایه پروتکل‌هایی را ارائه می‌دهد که امکان تعامل مستقیم با کاربران و نرم‌افزارها را فراهم می‌کنند.

پروتکل‌های معروف این لایه عبارت‌اند از: HTTP و HTTPS برای مرور وب، FTP برای انتقال فایل، SMTP و IMAP برای ایمیل، و DNS برای ترجمه نام دامنه به آدرس IP. زمانی که کاربر آدرس یک سایت را در مرورگر وارد می‌کند و محتوای صفحه بارگذاری می‌شود، مجموعه‌ای از فرایندها در همین لایه آغاز می‌شوند.