مدل‌های شبکه کامپیوتری (computer network models)
فهرست مطالب
یک شبکه کامپیوتری به مجموعه‌ای از سخت‌افزارها و نرم‌افزارهایی گفته می‌شود که به یک دستگاه امکان برقراری ارتباط با دستگاه دیگری را می‌دهد. این ارتباط از طریق ارسال و دریافت دیتا صورت میگیرد. وظیفه سخت افزار انتقال و دریافت اطلاعات و اجرای دستورالعمل‌هایی است که از طریق نرم افزار دریافت می‌کند، وظیفه نرم افزار نیز ایجاد دستور العمل‌هایی است که به وسیله آنها اطلاعات به وجود آمده و یا تغییر می‌کنند. تجهیزات سخت افزاری با این دستورات اطلاعات را دریافت،اجرا و انتقال می‌دهند. به صورت ساده‌تر سخت افزار سیستمی است فیزیکی که اطلاعات را دریافت می‌کند و آنها را انتقال می‌دهد. همچنین قسمتی از این اطلاعات به صورت فرمان است که سخت افزار آنها را اجرا می‌کند. اما به وسیله نرم افزار ما اطلاعات ارسالی را به وجود آورده و یا تغییر می‌دهیم . همچنین بوسیله نرم‌افزار به تجهیزات سخت افزاری فرمان داده و آنها را کنترل می‌کنیم.
در نتیجه سخت افزار امکان ارسال اطلاعات را به ما می‌دهد و ما به وسیله نرم‌افزار به آن فرمان می‌دهیم، همچنین نمیتوان بدون نرم‌افزار آن اطلاعات را به وجود آورد و تغییر داد. نرم افزارها توان انتقال داده و برقراری ارتباط با دستگاه‌های دیگر را بدون سخت افزار ندارند. یک انتقال اطلاعات اولیه مستلزم انجام مراحل متعددی در چندین سطح در یک شبکه کامپیوتری است. در این مقاله ما مدل های شبکه های کامپیوتری را مورد بررسی قرار می‌دهیم تا متوجه شویم که اطلاعات چگونه منتقل و دریافت می‌شوند. قبل از اینکه به بررسی مدل‌های شبکه کامپیوتری بپردازیم، بیایید در مورد لایه های تشکیل دهنده مدل‌های کامپیوتری صحبت کنیم. زیرا باعث می‌شود قبل از شروع درک درستی از نحوه انتقال داده‌ها داشته باشیم.
لایه‌ها و معماری لایه‌ای
چرا شبکه های کامپیوتری لایه لایه هستند؟ دلیل این طراحی واقعا چیست؟
در معماری شبکه‌های کامپیوتری، هدف اصلی از داشتن چندین لایه، تقسیم فرایند انتقال و دریافت داده‌ها به قسمت‌های کوچکتر و قابل مدیریت تر است. هر لایه زیرین به لایه بالایی کمک می کند. در نتیجه مجموعه ای جامع و منظم بوجود می‌آید که مدیریت ارتباطات و اجرای برنامه ها را آسان‌تر کرده و مشکلات احتمالی را کاهش می‌دهد. این لایه‌ها به هم متصل هستند و هر لایه اطلاعات را به لایه‌های بالایی و پایینی خود انتقال داده و یا دریافت می‌کند. تقسیم یک مدل به چندین لایه باعث می‌شود ساختار ساده شود و در صورت بروز مشکل، دیدن آن را آسان تر می کند. یک مدل شبکه کامپیوتری از سه جزء اصلی تشکیل شده است که عبارتند از: گیرنده و فرستنده و حامل.
خاصیت ماژولار بودن این سیستم باعث افزایش کیفیت و حجم خدماتی که ارائه می‌دهد شده است. همچنین این معماری به زیرسیستم‌ها اجازه می‌دهد با هم ارتباط برقرار کنند و روابط را به صورت کاملا واضح و صریح ارائه می‌دهد. در این معماری هر لایه کاملا مستقل عمل می‌کند. استقلالی که یک لایه دارد را، با ارائه خدماتی که از لایه پایین تر خود به بالاتر می‌دهد، بدون مشخص کردن نحوه پیاده سازی آنها حفظ می‌کند. این استقلال باعث می‌شود هر تغییری که در یک لایه ایجاد شود روی لایه‌های دیگر تأثیری نداشته باشد. از شبکه ای به شبکه دیگر، تعداد لایه‌ها، روابط آنها، ماژول‌های متصل و محتویات هر لایه کاملا متفاوت است. از سوی دیگر، هدف هر لایه، ارائه یک سرویس از لایه پایینی به یک لایه بالاتر است . همچنین در تمام مراحل انجام خدمات، پنهان کردن ویژگی‌های نحوه انجام خدمات از لایه‌های دیگر نیز صورت میگیرد.
اجزای اصلی تشکیل دهنده در معماری لایه‌ای
در یک شبکه که معماری آن به صورت لایه‌ای می‌باشد سه قسمت اصلی وجود دارد
پروتکل‌ها
پروتکل‌ها مجموعه ای از قوانینی هستند که یک لایه هنگام تبادل اطلاعات با یک موجودیت همتا از آن پیروی می‌کند. این پروتکل‌ها در واقع دستورالعمل هایی هستند که در درجه اول به تناوب و محتوایات پیامهایی که مورد استفاده است می‌پردازند.
رابط‌ها
در اصل همان روشی است که لایه‌ها با استفاده از آن با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و اطلاعات از یک لایه به لایه‌های دیگر منتقل می‌شود.
سرویس‌ها
مجموعه‌ای از فعالیت‌ها و خدماتی است که هر لایه به لایه‌ی بالاتر خود ارائه می‌دهد. به عنوان مثال در معماری لایه‌ای یک لایه در یک کامپوتر با یک لایه در دستگاه دیگری ارتباط برقرار می‌کند. می‌دانیم که هر ارتباطی تابع قوانین خاصی می‌باشد. در اینجا قوانین استفاده شده در ارتباط لایه‌ی اول با لایه دوم همان پروتکل لایه‌ای است.
ویژگی‌های معماری لایه‌ای
- هیچوقت اطلاعات از یک لایه در یک سیستم به لایه‌ی دوم در یک سیستم دیگر منتقل نمی‌شود.
- هر لایه اطلاعات را به لایه‌ی پایینی خود انتقال می‌دهد تا زمانی که پایین‌ترین لایه برسد.
- در معماری لایه‌ای ارتباط هر لایه با لایه‌ی زیرین خود از طریق یک رابط صورت میگیرد.
- ارتباط واقعی لایه‌ها در اصل به صورت فیزیکی رخ می‌دهد و هر لایه از طریق رسانه‌های فیزیکی با لایه‌ی زیرین ارتباط برقرار می‌کند.
- در معماری لایه‌ای اساسی‌ترین اطلاعات بین لایه‌ها از طریق ارتباطی صورت میگیرد که یک رابط ساده ایجاد می‌کند.
- فعالیت‌های غیر قابل مدیریت در یک معماری لایه ای به چندین قسمت کوچک و قابل مدیریت تقسیم می‌شوند.
- معماری لایه‌ای تضمین می‌کند که پیاده سازی یک لایه جدید ممکن است به راحتی جایگزین اجرای یک لایه دیگر شود.
- اطلاعات منتقل شده جزو معماری لایه‌ای نیست و فقط ارتباطات لایه‌ها و قوانین بین آنها جزوی از معماری محسوب می‌شوند.
مزایای معماری لایه‌ای
- روش تقسیم‌بندی کارها، وظایف بزرگ را در مرحله ابتدایی به کارهای کوچک تر و قابل مدیریت تر تقسیم می‌کند. در یک کلام می‌توان گفت که این استراتژی از پیچیدگی طراحی می‌کاهد.
- ماژولار بودن معماری لایه ای نسبت به معماری‌های دیگر بیشتر است. این ویژگی استقلال لایه را فراهم می‌کند و درک و استفاده از آن را آسان تر می‌کند.
- به دلیل حفظ استقلال هر لایه در معماری لایه‌ای، امکان پیاده‌سازی و تغییر یک لایه بدون تأثیر بر لایه‌های دیگر وجود دارد.
- می‌توان هر لایه از معماری لایه ای را به صورت جداگانه مورد تحقیق و آزمایش قرار داد.
معایب معماری لایه‌ای
در اینجا به معرفی معایب این نوع معماری می‌پردازیم :
پیچیدگی
معماری لایه ای میتواند پیچیدگی نرم افزار را به دلیل لایه‌های اضافی و تعامل آنها افزایش دهد. همچنین میتواند درک طراحی کلی و سازماندهی برنامه را دشوارتر کند.
بار اضافی عملکرد
هر لایه در واقع سطحی از پردازش و درگیری بوده که باری را در خلاف جهت عملکرد به سیستم اضافه می‌کند که میتواند سربار عملکرد آن شود. ارتباط بین لایه‌ها نیز میتواند در صورت عدم بهینه‌سازی مناسب، سیستم را کند کند.
هزینه‌های نگهداری
نگهداری از یک معماری بزرگ و پیچیده میتواند دشوار و زمان بر باشد. همچنین هزینه تعمیر و ایجاد تغییرات آن بالا است، به خصوص اگر نیاز باشد تغییراتی در چندین لایه ایجاد شود.
سختی و عدم انعطاف‌پذیری
تفکیک دقیق مسئولیت‌ها در معماری لایه‌ای میتواند بر خلاف با نیازهای متغیر آن باشد و انطباق این دو کار بسیار سختی است و منجر به طراحی سفت و سختی گردیده که اصلاح آن سخت است.
مهندسی بیش از حد
امکان ایجاد لایه‌های بی شمار و بیش از حد لزوم وجود دارد، این میتواند منجر به مهندسی بیش از حد و به وجود آوردن پیچیدگی‌های غیر ضروری شود. همچنین میتواند نگهداری و کار با نرم افزار را سخت تر کند.
مدل‌های شبکه کامپیوتری
به طور کلی شبکه‌های کامپیوتری به دو مدل کلی تقسیم می‌شوند
مدل OSI
یک چهارچوب هفت لایه است که برای تبادل اطلاعات بین سیستم‌های مختلف شبکه استفاده می‌شود. هرلایه عملکرد مخصوصی دارد و مسوول مدیریت جنبه‌های خاصی از ارتباط است. این لایه‌ها عبارتند از:
لایه فیزیکی
این لایه با اجزای فیزیکی شبکه مانند کابل‌ها و دستگاه های شبکه سروکار دارد.
لایه Data Link
این لایه انتقال داده‌ها را بین دستگاه ها در همان بخش شبکه مدیریت می‌کند.
لایه شبکه
این لایه داده‌ها را از یک شبکه به شبکه دیگر هدایت می‌کند.
لایه حمل و نقل
این لایه تحویل مطمئن داده‌ها را بین نقاط پایانی تضمین می‌کند.
لایه session
این لایه جلسات بین برنامه‌ها را ایجاد و مدیریت می‌کند.
لایه Presentation
این لایه داده‌ها را برای لایه aplication قالب بندی و رمزگذاری می‌کند.
لایه Aplication
این لایه رابط بین شبکه و برنامه‌های کاربر نهایی را فراهم می‌کند.
مزایای مدل OSI
مزایای مدل OSI عبارتند از:
ماژولار بودن
این ویژگی باعث شده که ارتباطات شبکه به هفت لایه مجزا تقسیم شود که هر یک عملکرد خاصی دارند و درک و مدیریت آن را آسان تر می‌کند.
انعطاف پذیری
این مدل یک چارچوب انعطاف پذیر ارائه می‌دهد که میتواند با اندازه ها و پیکربندی های مختلف شبکه سازگار شود.
قابلیت پیشرفته عیب‌یابی
میتواند به تنهایی با تقسیم کردن ارتباطات به لایه‌های جداگانه مشکلات شبکه را شناسایی کرده و حل آنها را تسهیل می‌کند.
امنیت
اجرای اقدامات امنیتی را در لایه‌های مختلف امکان پذیر می‌کند و امنیت کلی شبکه را افزایش می‌دهد.
قابلیت ارتقا
امکان ادغام سیستم‌ها و فن آوری‌های مختلف شبکه را داشته و ارتقاء دادن قابلیت همکاری و بهبود ارتباطات را فراهم می‌کند.
معایب مدل OSI
مدل osi یک مدل استاندارد و پذیرفته شده است که قابلیت‌های زیادی دارد، اما معایبی نیز در این مدل دیده می‌شود.
پیچیدگی
مدل OSI بسیار پیچیده بوده و فهم آن بسیار دشوار است به خصوص برای کسانی که پیشینه فنی ندارند.
سختی پیاده سازی
پیاده سازی مدل OSI در عمل میتواند چالش برانگیز باشد، به خصوص در شبکه های بزرگ و پیچیده کار دشواری است.
عدم تطبیق پذیری
جداسازی دقیق توابع در لایه های جداگانه میتواند تطبیق پذیری طراحی و پیاده سازی شبکه را محدود کند.
بار اضافی
لایه‌ها و فرآیندهای اضافی تعریف شده توسط مدل OSI می تواند منجر به کندی عملکرد، به ویژه در شبکه های بزرگ شود.
ناسازگاری
پیاده‌سازی مدل OSI میتواند بین فروشندگان مختلف متفاوت باشد که منجر به ناسازگاری‌ها و مشکلات سازگاری می‌شود.
عدم رفع نیازها
جداسازی دقیق توابع در لایه‌های جداگانه میتواند سازگاری با نیازهای متغیر شبکه را دشوار کند و در مواردی عدم سازگاری به وجود می‌آید.
مدل TCP/IP
مدل TCP/IP نسخه فشرده از مدل OSI است اما تنها چهار لایه دارد. این مدل اولین بار در دهه 1980 توسط وزارت دفاع ایالات متحده ایجاد و مورد استفاده قرار گرفته است. این مدل پروتکل استاندارد ارتباطی برای انتقال داده از طریق اینترنت است. در واقع شبکه جهانی اینترنت از این مدل شبکه‌ای پیروی می‌کند. این مدل از 4 لایه تشکیل شده است: لایه پیوند، لایه اینترنت، لایه انتقال و لایه کاربردی.
لایه پیوند با انتقال داده ها از طریق اتصالات فیزیکی سروکار دارد، لایه اینترنت بسته‌های داده را بین شبکه ها هدایت می‌کند، لایه حمل و نقل انتقال مطمئن داده‌ها را تضمین می‌کند، و لایه برنامه رابط هایی را برای برنامه های مختلف برای برقراری ارتباط با استفاده از پروتکل های انتقال زیرین فراهم می‌کند. این لایه‌ها با هم کار می‌کنند تا یک راه مطمئن و کارآمد برای ارتباط دستگاه‌ها از طریق شبکه فراهم کنند.
مزایای مدل TCP/IP
از TCP/IP (پروتکل کنترل انتقال/پروتکل اینترنت) به طور گسترده برای ارتباط در اینترنت و سایر شبکه های کامپیوتری استفاده می شود. برخی از مزایای مدل TCP/IP شامل موارد زیر است:
مقبولیت عام
TCP/IP پایه و اساس اینترنت است و به طور گسترده در انواع شبکه ها و سیستم های ارتباطی استفاده می شود.
سادگی
مدل TCP/IP در مقایسه با سایر مدل‌های شبکه نسبتاً ساده است و درک و پیاده‌سازی آن را آسان‌تر می‌کند.
مقیاس پذیری
TCP/IP به گونه ای طراحی شد که مقیاس پذیر باشد و می تواند رشد و تغییرات در اندازه و پیچیدگی شبکه را در خود جای دهد.
قالبیت همکاری
TCP/IP به گونه ای طراحی شده است که انعطاف پذیر و قابل تعامل باشد و به شبکه ها و سیستم های مختلف اجازه می دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
استحکام
طراحی TCP/IP باعث شد که قوی و قابل اعتماد باشد و از تحویل داده‌ها حتی در صورت وجود خطاها و خرابی های شبکه اطمینان حاصل کند.
امکان ادغام
مدل TCP/IP زمینه مناسبی را فراهم کرده و امکان ادغام فناوری ها و برنامه های کاربردی جدید را در شبکه های موجود فراهم می کند.
معایب مدل TCP/IP
مانند هر مدل دیگری, مدل TCP/IP نیز کامل نیست، با وجود اینکه امروزه بیشترین استفاده از این مدل صورت میگیرد و مورد پذیرش همگان است، اما معایبی نیز دارد.
پیچیدگی
مدل TCP/IP دارای ساختار پیچیده‌ای با لایه‌ها، پروتکل‌ها و استانداردهای متعدد است که درک و پیاده سازی آن را برای کاربران مبتدی دشوار می‌کند.
امنیت
اگرچه برخی از اقدامات امنیتی را فراهم می‌کند، اما همچنان در برابر حملاتی مانند هک، بدافزار و حملات انکار سرویس (DoS) آسیب پذیر است.
عدم توانایی
با افزایش تعداد دستگاه‌های متصل به اینترنت، مدل TCP/IP ممکن است مقیاس‌پذیری کمتری داشته باشد و نتواند نیازهای رو به رشدی را که روی آن اعمال می‌شود، برآورده کند.
عملکرد
عملکرد مدل TCP/IP میتواند تحت تأثیر ازدحام شبکه، پروتکل های قدیمی و سرعت انتقال پایین باشد.
عدم انعطاف‌پذیری
مدل TCP/IP چندان انعطاف‌پذیر نیست و تغییر یا به‌روزرسانی پروتکل‌ها میتواند باعث مشکلات سازگاری با سیستم‌های موجود شود.
سخن نهایی
در این مقاله در مورد شبکه کامپیوتری و مدل‌های آن صحبت کردیم. همچنین ساختار و معماری لایه‌ای که یک مدل کامپیوتری را تشکیل می‌دهند مورد بررسی قرار دادیم. با اجزای اصلی در معماری لایه‌ای آشنا شدیم .در مورد ویژگی‌ها، مزایا و معایب معماری لایه‌ای نیز صحبت کردیم. در ادامه گفتیم که شبکه‌های کامپیوتری به طور کلی از ۲ مدل OSI و TCP/IP تشکیل شده‌اند. در پایان نیز مزایا و معایب هر مدل را مورد بررسی قرار دادیم. جهت کسب اظلاعات بیشتر به وبلاگ پویان آی تی مراجعه نمایید.
اولین دیدگاه را اضافه کنید.