مدل چهار لایه ای TCP/IP

مدل چهار لایه ای TCP/IP

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 ۱۹۸۳ 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
• …