เลเยอร์โมเดล OSI และโปรโตคอลในเครือข่ายคอมพิวเตอร์
ไบรซ์ ลีโอ
⚡ สรุปอย่างชาญฉลาด
โมเดล OSI กำหนดโครงสร้างเชิงแนวคิดของการสื่อสารเครือข่ายออกเป็นเจ็ดชั้น ได้แก่ ชั้นกายภาพ (Physical), ชั้นเชื่อมโยงข้อมูล (Data Link), ชั้นเครือข่าย (Network), ชั้นขนส่ง (Transport), ชั้นเซสชัน (Session), ชั้นการนำเสนอ (Presentation) และชั้นแอปพลิเคชัน (Application) แต่ละชั้นมีหน้าที่และความรับผิดชอบและโปรโตคอลเฉพาะ และให้บริการเฉพาะชั้นที่อยู่เหนือและใต้เท่านั้น
โมเดล OSI คืออะไร?
การขอ แบบจำลอง OSI (Open Systems Interconnection) เป็นแบบจำลองอ้างอิงเชิงแนวคิดที่อธิบายวิธีการเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างระบบต่างๆ บนเครือข่าย โดยแบ่งการสื่อสารออกเป็นเจ็ดส่วนย่อยtracโครงสร้างเครือข่ายประกอบด้วยเลเยอร์ต่างๆ แต่ละเลเยอร์มีหน้าที่รับผิดชอบที่ชัดเจนและชุดโปรโตคอลเฉพาะ โมเดลนี้ไม่ได้นำไปใช้ในเครือข่ายจริงอย่างเป๊ะๆ (TCP/IP คือชุดโปรโตคอลที่ใช้งานจริง) แต่เลเยอร์ของ OSI ยังคงเป็นคำศัพท์มาตรฐานที่วิศวกรใช้ในการวิเคราะห์ปัญหาเครือข่าย
ลักษณะของแบบจำลอง OSI
- ชั้นจะถูกสร้างขึ้นเฉพาะในบริเวณที่มีระดับของ abs ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนเท่านั้นtracจำเป็นต้องมีการดำเนินการ
- หน้าที่ของแต่ละชั้นได้รับการเลือกให้สอดคล้องกับโปรโตคอลมาตรฐานสากล
- ควรมีจำนวนเลเยอร์มากพอที่จะแยกส่วนต่างๆ ออกจากกัน แต่ก็ควรมีจำนวนน้อยพอที่จะหลีกเลี่ยงความซับซ้อนที่มากเกินไป
- แต่ละเลเยอร์จะพึ่งพาเลเยอร์ที่อยู่ต่ำกว่าในด้านบริการพื้นฐาน และจะเปิดเผยบริการต่างๆ ให้กับเลเยอร์ที่อยู่สูงกว่า
- การเปลี่ยนแปลงภายในชั้นใดชั้นหนึ่ง ไม่ควรส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในชั้นที่อยู่ด้านบนหรือด้านล่าง
เหตุใดจึงต้องใช้โมเดล OSI?
- จัดเตรียมคำศัพท์ร่วมกันเพื่อทำความเข้าใจการสื่อสารผ่านเครือข่าย
- ช่วยให้การแก้ไขปัญหาทำได้ง่ายขึ้นโดยการแยกฟังก์ชันต่างๆ ออกเป็นเลเยอร์เครือข่ายอิสระ
- ช่วยให้วิศวกรเรียนรู้เทคโนโลยีใหม่ๆ ได้ง่ายขึ้นด้วยการสร้างแผนที่ping พวกมันถูกวางลงบนชั้นที่คุ้นเคย
- ช่วยให้คุณเปรียบเทียบความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างชุดโปรโตคอลต่างๆ ได้
ประวัติความเป็นมาของแบบจำลอง OSI
- ปลายทศวรรษ 1970 — องค์กร ISO ได้เริ่มโครงการกำหนดมาตรฐานเครือข่ายทั่วไป
- 1973 — ระบบสวิตช์แพ็กเก็ตแบบทดลองในสหราชอาณาจักรได้เน้นย้ำถึงความจำเป็นของโปรโตคอลระดับสูงกว่า
- 1983 — โมเดล OSI ได้รับการเผยแพร่ครั้งแรกในรูปแบบข้อกำหนดอินเทอร์เฟซโดยละเอียด
- 1984 — ISO ได้นำสถาปัตยกรรม OSI มาใช้เป็นมาตรฐานสากลอย่างเป็นทางการ (ISO 7498)
7 ชั้นของโมเดล OSI
โมเดล OSI เป็นสถาปัตยกรรมอ้างอิงแบบหลายชั้น โดยแต่ละชั้นทำหน้าที่เฉพาะเจาะจง ชั้นทั้งเจ็ดทำงานร่วมกันเพื่อส่งข้อมูลจากผู้ส่งไปยังผู้รับ
- เลเยอร์ระดับบน (แอปพลิเคชัน, การนำเสนอ, การประชุม): เกี่ยวข้องกับความหมายของแอปพลิเคชันและทำงานเป็นหลักในซอฟต์แวร์
- ชั้นล่าง (การขนส่ง, เครือข่าย, การเชื่อมโยงข้อมูล, ทางกายภาพ): เกี่ยวข้องกับการขนส่งข้อมูล การแบ่งแพ็กเก็ต การจัดเฟรม และสื่อทางกายภาพ นอกจากนี้ Data Link และ Physical ยังรวมถึงฮาร์ดแวร์ด้วย
ชั้นทั้งเจ็ดจากบนลงล่าง ได้แก่:
- การใช้งาน
- การเสนอ
- เซสชั่น
- การขนส่ง
- เครือข่าย
- Data Link
- กายภาพ
แผนภาพแสดงชั้นของเครือข่าย
ชั้นกายภาพ
การขอ ชั้นกายภาพ กำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้า กลไก และทางกายภาพของการเชื่อมต่อข้อมูล มันส่งข้อมูลดิบผ่านสื่อส่งสัญญาณ และไม่เกี่ยวข้องกับโปรโตคอลหรือความหมายในระดับที่สูงกว่า PRI (Primary Rate Interface) เป็นตัวอย่างหนึ่งของการสื่อสารโทรคมนาคมที่ทำงานในระดับนี้ — เรียนรู้เพิ่มเติมได้ใน... บทช่วยสอน PRI.
ตัวอย่างของฮาร์ดแวร์ระดับกายภาพ ได้แก่ อะแดปเตอร์เครือข่าย สายเคเบิลอีเธอร์เน็ต ตัวขยายสัญญาณ และฮับเครือข่าย
ดาต้าลิงค์เลเยอร์
การขอ ชั้นดาต้าลิงก์ ตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นในเลเยอร์ทางกายภาพ และจัดการโปรโตคอลที่สร้างและยุติการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องที่เชื่อมต่อกันโดยตรง โดยจะแปลงบิตดิบให้เป็นเฟรมที่มีโครงสร้าง และจัดการการกำหนดแอดเดรสทางกายภาพ (MAC)
ระบบ Data Link แบ่งออกเป็นสองชั้นย่อย:
- ระบบควบคุมการเข้าถึงสื่อ (MAC): ควบคุมวิธีการที่อุปกรณ์ต่างๆ เข้าถึงสื่อที่ใช้ร่วมกัน และวิธีการเข้าถึงเหล่านั้น transmit ข้อมูล
- การควบคุมการเชื่อมโยงเชิงตรรกะ (LLC): ระบุและห่อหุ้มโปรโตคอลระดับเครือข่าย และตรวจจับข้อผิดพลาด
หน้าที่สำคัญของเลเยอร์ Data Link
- การจัดเฟรม: แบ่งข้อมูลระดับเครือข่ายออกเป็นเฟรม
- เพิ่มส่วนหัวที่มีที่อยู่ทางกายภาพ (MAC) ของต้นทางและปลายทาง
- ช่วยให้สามารถส่งเฟรมข้อมูลแบบทีละขั้นตอนระหว่างอุปกรณ์ที่อยู่ติดกันได้
- ตรวจจับข้อผิดพลาดและร้องขอเฟรมที่เสียหายหรือสูญหายอีกครั้ง
- นำเสนอกลไกในการสำรวจเครือข่ายอิสระที่เชื่อมโยงกัน
เลเยอร์เครือข่าย
การขอ เลเยอร์เครือข่าย โปรแกรมนี้提供วิธีการเชิงฟังก์ชันและขั้นตอนในการถ่ายโอนลำดับข้อมูลที่มีความยาวแปรผันระหว่างโฮสต์ที่อยู่บนเครือข่ายที่แตกต่างกัน โดยจัดการเรื่องการกำหนดแอดเดรสเชิงตรรกะ (IP) การกำหนดเส้นทาง และการส่งต่อแพ็กเก็ต
การส่งข้อมูลในระดับเครือข่ายนั้นไม่น่าเชื่อถือโดยเนื้อแท้ การรับประกันความน่าเชื่อถือเป็นหน้าที่ของระดับการขนส่ง โปรโตคอลการจัดการระดับนี้ประกอบด้วย:
- โปรโตคอลการกำหนดเส้นทาง (OSPF, BGP, RIP)
- การจัดการกลุ่มมัลติแคสต์ (IGMP)
- การกำหนดแอดเดรสระดับเครือข่าย (DHCP)
เลเยอร์การขนส่ง
การขอ ชั้นการขนส่ง สร้างขึ้นบนเลเยอร์เครือข่ายเพื่อรองรับการขนส่งข้อมูลแบบครบวงจรระหว่างกระบวนการต่างๆ บนเครื่องต้นทางและปลายทาง โดยรักษาคุณสมบัติคุณภาพการบริการ เช่น ลำดับ ความน่าเชื่อถือ และการควบคุมการไหลของข้อมูล
ชั้นการขนส่ง (Transport layer) แบ่งข้อความจากชั้นบนออกเป็นส่วนย่อย กำหนดหมายเลขให้ และประกอบส่วนย่อยเหล่านั้นเข้าด้วยกันอีกครั้งที่ฝั่งผู้รับ ชั้นนี้รับประกันการส่งมอบข้อมูลที่ถูกต้องและเรียงลำดับเมื่อใช้ร่วมกับโปรโตคอลที่เชื่อถือได้ เช่น TCP หรือยอมรับการสูญหายเพื่อแลกกับความเร็วเมื่อใช้ร่วมกับ UDP
หน้าที่สำคัญของชั้นการขนส่ง
- แบ่งข้อความที่ได้รับจากเลเยอร์เซสชันออกเป็นส่วนๆ และกำหนดหมายเลขให้กับแต่ละส่วน
- ส่งข้อมูลแต่ละส่วนไปยังกระบวนการที่ถูกต้องบนเครื่องปลายทางโดยใช้พอร์ตต่างๆ
- รับประกันว่าข้อความทั้งหมดจะส่งถึงโดยไม่มีข้อผิดพลาดtransmitปรับแต่งเมื่อจำเป็น
- จัดการการควบคุมการไหลของข้อมูล เพื่อไม่ให้ผู้ส่งที่ส่งเร็วเกินไปทำให้ผู้รับที่รับช้าได้รับข้อมูลมากเกินไป
ชั้นเซสชัน
การขอ เลเยอร์เซสชัน ทำหน้าที่ควบคุมการสนทนา (เซสชัน) ระหว่างคอมพิวเตอร์สองเครื่อง โดยจะสร้าง จัดการ และยุติการเชื่อมต่อเชิงตรรกะ จัดการการตรวจสอบสิทธิ์เมื่อจำเป็น และรองรับการสนทนาทั้งแบบฟูลดูเพล็กซ์และฮาล์ฟดูเพล็กซ์ โดยส่วนใหญ่มักนำไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่ใช้การเรียกใช้ฟังก์ชันระยะไกล (Remote Procedure Calls)
หน้าที่สำคัญของเลเยอร์เซสชัน
- สร้าง รักษา และยุติการเชื่อมต่อระหว่างสองระบบ
- ช่วยให้ทั้งสองระบบสามารถเข้าสู่การสนทนาที่มีการควบคุมได้
- เพิ่มจุดตรวจสอบลงในสตรีมข้อมูลเพื่อให้เซสชันสามารถกลับมาทำงานต่อได้หลังจากเกิดการหยุดชะงัก
เลเยอร์การนำเสนอ
การขอ เลเยอร์การนำเสนอ กำหนดรูปแบบการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสองฝ่ายที่สื่อสารกัน และจัดการการบีบอัดและการเข้ารหัส บางครั้งเรียกว่า ชั้นไวยากรณ์.
หน้าที่ของเลเยอร์การนำเสนอ
- การแปลงชุดอักขระ (เช่น ASCII เป็น EBCDIC)
- การบีบอัดข้อมูลเพื่อลดจำนวนบิตที่ส่งผ่านสายส่ง
- การเข้ารหัสข้อมูล — ตัวอย่างเช่น TLS เพื่อปกป้องความสมบูรณ์และความลับของข้อมูล
- รองรับรูปแบบไฟล์สำหรับบริการต่างๆ เช่น อีเมลและการโอนไฟล์
Application Layer
การขอ แอพลิเคชันเลเยอร์ เป็นเลเยอร์ที่อยู่ใกล้กับผู้ใช้ปลายทางมากที่สุดและเป็นเลเยอร์เดียวที่โต้ตอบกับแอปพลิเคชันโดยตรง เลเยอร์นี้ไม่ได้มีแอปพลิเคชันอยู่ภายใน แต่จะเปิดเผยบริการเครือข่ายที่แอปพลิเคชันใช้แทน
หน้าที่ของเลเยอร์แอปพลิเคชัน
- ระบุคู่ค้าในการสื่อสาร พิจารณาความพร้อมของทรัพยากร และประสานงานการสื่อสาร
- อนุญาตให้ผู้ใช้ล็อกอินเข้าสู่โฮสต์ระยะไกล
- ให้บริการอีเมลและเข้าถึงสมุดรายชื่อผู้ติดต่อ
- นำเสนอการเข้าถึงฐานข้อมูลแบบกระจายสำหรับข้อมูลทั่วโลกเกี่ยวกับวัตถุและบริการต่างๆ
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเยอร์โมเดล OSI
ข้อมูลที่ส่งจากแอปพลิเคชันคอมพิวเตอร์หนึ่งไปยังอีกแอปพลิเคชันหนึ่งจะไหลผ่านเลเยอร์ OSI บนฝั่งผู้ส่ง ผ่านสายเคเบิล และไหลกลับขึ้นมาผ่านเลเยอร์บนฝั่งผู้รับ
- แต่ละเลเยอร์จะสื่อสารกับเลเยอร์ที่อยู่เหนือกว่า เลเยอร์ที่อยู่ต่ำกว่า และเลเยอร์คู่ค้าที่สอดคล้องกันบนระบบระยะไกล
- ในแผนภาพด้านล่าง เลเยอร์ Data Link ของระบบแรกสื่อสารกับเลเยอร์ Network และ Physical บนโฮสต์เดียวกัน และกับเลเยอร์ Data Link ของระบบระยะไกล
โปรโตคอลที่รองรับในแต่ละเลเยอร์ของ OSI
| ชั้น | ชื่อ | โปรโตคอลทั่วไป |
|---|---|---|
| เลเยอร์ 7 | การใช้งาน | SMTP, HTTP, HTTPS, FTP, POP3, SNMP, DNS |
| เลเยอร์ 6 | การเสนอ | MPEG, ASCII, SSL, TLS |
| เลเยอร์ 5 | เซสชั่น | เน็ตไบออส, SAPอาร์พีซี |
| เลเยอร์ 4 | การขนส่ง | TCP, UDP, SCTP |
| เลเยอร์ 3 | เครือข่าย | IPv4, IPv6, ICMP, IPsec, ARP, MPLS |
| เลเยอร์ 2 | Data Link | อีเธอร์เน็ต, PPP, เฟรมรีเลย์, ATM, HDLC |
| เลเยอร์ 1 | กายภาพ | RS-232, 100BaseTX, ISDN, IEEE 802.11 (การส่งสัญญาณทางกายภาพ) |
ความแตกต่างระหว่าง OSI และ TCP/IP
| แบบจำลอง OSI | โมเดล TCP/IP |
|---|---|
| แสดงความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างอินเทอร์เฟซ บริการ และโปรโตคอล | ไม่ได้กำหนดขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างบริการ อินเทอร์เฟซ และโปรโตคอล |
| มีทั้งหมดเจ็ดชั้น | ประกอบด้วยสี่ชั้น (แอปพลิเคชัน, การขนส่ง, อินเทอร์เน็ต, การเข้าถึงเครือข่าย) |
| ใช้เลเยอร์เครือข่ายเฉพาะสำหรับการกำหนดเส้นทาง | ใช้เลเยอร์อินเทอร์เน็ตเดียวที่รวมการกำหนดเส้นทางและการกำหนดที่อยู่เข้าด้วยกัน |
| มีเลเยอร์ทางกายภาพและเลเยอร์การเชื่อมโยงข้อมูลแยกกัน | รวมเลเยอร์ทางกายภาพและเลเยอร์การเชื่อมโยงข้อมูลเข้าไว้ในเลเยอร์การเข้าถึงเครือข่ายเดียว |
| ชั้นการขนส่ง (Transport layer) เป็นแบบเน้นการเชื่อมต่อ (connection-oriented) | การขอ TCP / IP ชั้นการขนส่งข้อมูล (Transport layer) มีทั้งแบบที่ต้องมีการเชื่อมต่อ (TCP) และแบบที่ไม่ต้องมีการเชื่อมต่อ (UDP) |
| ขนาดขั้นต่ำของส่วนหัว OSI อยู่ที่ประมาณ 5 ไบต์ | ขนาดขั้นต่ำของส่วนหัว TCP/IP คือ 20 ไบต์ |
ข้อดีของแบบจำลอง OSI
- กำหนดมาตรฐานสำหรับเราเตอร์ สวิตช์ และฮาร์ดแวร์อื่นๆ โดยยึดตามขอบเขตของชั้นต่างๆ ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน
- ลดความซับซ้อนและกำหนดมาตรฐานของอินเทอร์เฟซ
- ช่วยให้การออกแบบเป็นแบบโมดูลาร์ — ผู้ผลิตสามารถสร้างสรรค์นวัตกรรมภายในชั้นเดียวได้โดยไม่กระทบต่อชั้นอื่นๆ
- รับประกันความเข้ากันได้ของเทคโนโลยีระหว่างผู้จำหน่ายต่างๆ
- ช่วยเร่งการพัฒนาโปรโตคอลเครือข่าย
- รองรับทั้งบริการที่มีการเชื่อมต่อและบริการที่ไม่มีการเชื่อมต่อ
- ยังคงเป็นแบบจำลองอ้างอิงมาตรฐานในการศึกษาด้านเครือข่ายคอมพิวเตอร์
- มีความยืดหยุ่นในการปรับให้เข้ากับโปรโตคอลหลายประเภท
ข้อเสียของแบบจำลอง OSI
- การนำโปรโตคอลในโลกแห่งความเป็นจริงมาปรับใช้กับเลเยอร์ของ OSI อาจเป็นเรื่องที่ยุ่งยาก
- นี่เป็นเพียงแบบจำลองอ้างอิงเท่านั้น ไม่ได้กำหนดโปรโตคอลเฉพาะใดๆ
- บริการบางอย่างมีการทำซ้ำข้ามเลเยอร์ (ตัวอย่างเช่น การตรวจสอบข้อผิดพลาดในเลเยอร์การขนส่งและเลเยอร์การเชื่อมโยงข้อมูล)
- เลเยอร์ต่างๆ ไม่สามารถทำงานพร้อมกันได้ — แต่ละเลเยอร์จะรอผลลัพธ์จากเลเยอร์ก่อนหน้า
