สถาปัตยกรรมเครือข่าย (มาตรฐาน OSI)

(ภาพจาก thaigoodview.com)

ในปี ค.ศ. 1977 องค์กร ISO (international Oraganization for Standard)ได้จัดตั้งคณะ
 กรรมการขึ้นกลุ่มหนึ่ง เพื่อทำการศึกษาจัดรูปแบบมาตรฐาน และพัฒนาสถาปัตยกรรมเครือข่าย และใน ปี ค.ศ. 1983 องค์กร ISO ก็ได้ออกประกาศรูปแบบของสถาปัตยกรรมเครือข่ายมาตราฐานในชื่อของ  "รูปแบบ OSI " (Open System Interconnection Model) เพื่อใช้เป็นรูปแบบมาตราฐานในการเชื่อมต่อระบบ คอมพิวเตอร อักษร์ "O" หรือ "Open" ก็ หมายถึง การที่คอมพิวเตอร์หรือระบบคอมพิวเตอร์หนึ่งสามารถ "เปิด" กว้างให้คอมพิวเตอร์หรือระบบคอมพิวเตอร์อื่นที่ใช้มาตราฐาน OSI เหมือนกันสามารถติดต่อไปมาหา สู่ระหว่างกันได้ จุดมุ่งหมายของการกำหนดการแบ่งโครงสร้างของสถาปัตยกรรมเครือข่ายออกเป็นเลเยอร์ ๆ และกำหนดหน้าที่การทำงานในแต่ละเลเยอร์ รวมถึงกำหนดรูปแบบการอินเตอร์เฟซระหว่างเลเยอร์ด้วย โดยมีหลักเกณฑ์ในการกำหนดดังต่อไปนี้
  1. ไม่แบ่งโครงสร้างออกเป็นเลเยอร์ ๆ มากเกินไป
  2. แต่ละเลเยอร์จะต้องมีการทำงานแตกต่างกันทั้งขบวนการและเทคโนโลยี
  3. จัดกลุ่มหน้าที่การทำงานที่คล้ายกันให้อยู่ในเลเยอร์เดียวกัน
  4. เลือกเฉพาะการทำงานที่เคยใช้ได้ผลประสบความสำเร็จแล้ว
  5. กำหนดหน้าที่การทำงานเฉพาะง่ายๆ แก่เลเยอร์ เผื่อว่าในอนาคตถ้ามีการออกแบบเลเยอร์
ใหม่ หรือมีการเปลี่ยนแปลงโปรโตคอลใหม่ในอันที่จะทำให้สถาปัตยกรรมมีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น จะไม่มีผล ทำให้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ และซอฟต์แวร์ ที่เคยใช้อยู่เดิมจะต้องเปลี่ยนแปลง
  6. กำหนดอินเตอร์เฟซมาตรฐาน
  7. ให้มีการยืดหยุ่นในการเปลี่ยนแปลงโปรโตคอลในแต่ละเลเยอร์
  8. สำหรับเลเยอร์ของแต่ละเลเยอร์ให้ใช้หลักเกณฑ์เดียวกันกับที่กล่าวมาใน 7 ข้อแรก

เรเยอร์ทั้ง 7 ชั้น
(ภาพจาก cisco.com)

สถาปัตยกรรมรูปแบบ OSI ที่ได้ประกาศออกสู่สาธารณชนมีรูปแบบดังแสดงในรูปด้านบน และ
สถาปัตยกรรมรูปแบบ OSI สำหรับการสื่อสารผ่านเครือข่ายเป็นดังที่แสดงในรูปด้านล่าง รูปแบบ OSI มีการ แบ่งโครงสร้างของสถาปัตยกรรมออกเป็น 7 เลเยอร์ และในแต่ละเลเยอร์ได้มีการกำหนดหน้าที่การทำงานไว้ ดังต่อไปนี้
  1. เลเยอร์ชั้น Physical เป็นชั้นล่างที่สุดของการติดต่อสื่อสาร ทำหน้าที่ส่ง-รับข้อมูลจริง ๆ จาก
ช่องทางการสื่อสาร (สื่อกลาง) ระหว่างคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งกับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ๆ มาตรฐานสำหรับ เลเยอร์ ชั้นนี้จะกำหนดว่าแต่ละคอนเนคเตอร์ (Connector) เช่น RS-232-C มีกี่พิน(pin) แต่ละพินทำหน้า ที่อะไรบ้าง ใช้สัญญาณไฟกี่โวลต์ เทคนิคการมัลติเพล็กซ์แบบต่างๆ ก็จะถูกกำหนดอยู่ในเลเยอร์ชั้นนี้ 


  2. เลเยอร์ชั้น Data Link จะเป็นเสมือนผู้ตรวจสอบ หรือควบคุมความผิดพลาดในข้อมูลโดยจะ 
แบ่งข้อมูลที่จะส่งออกเป็นแพ็กเกจหรือเฟรม ถ้าผู้รับได้รับข้อมูลถูกต้องก็จะส่งสัญญาณยืนยันกลับมาว่า ได้รับ ข้อมูลแล้ว เรียกว่า สัญญาณ ACK (Acknowledge) ให้กับผู้ส่ง แต่ถ้าผู้ส่งไม่ได้รับสัญญาณ ACK หรือได้รับ สัญญาณ NAK (Negative Acknowledge) กลับมา ผู้ส่งก็อาจจะทำการส่งข้อมุลไปให้ใหม่ อีกหน้าที่หนึ่ง ของเลเยอร์ชั้นนี้คือป้องกันไม่ให้เครื่องส่งทำการส่งข้อมูลเร็วจนเกินขีดความสามารถของเครืองผู้รับจะรับข้อ มูลได้ 


  3. เลเยอร์ Network เป็นชั้นที่ออกแบบหรือกำหนดเส้นทางการเดินทางของข้อมูลที่จะส่ง-รับใน
 การส่งผ่านข้อมูลระหว่างต้นทางและปลายทาง ซึ่งแน่นอนว่าในการสื่อสารข้อมูลผ่านเครือข่ายการสื่อสารจะ ต้องมีเส้นทางการส่ง-รับข้อมูลมากกว่า 1 เส้นทาง ดังนั้นเลเยอร์ชั้น Network นี้จะทำหน้าที่เลือกเส้นทางที่ ใช้เวลาในการสื่อสารน้อยที่สุด และระยะทางสั้นที่สุดด้วย ข่าวสารที่รับมาจากเลเยอร์ชั้นที่ 4 จะถูกแบ่งออกเป็น แพ็กเกจ ๆ ในชั้นนี้


  4. เลเยอร์ Transport บางครั้งเรียกว่า เลเยอร์ชั้น Host-to-Host หรือเครื่องต่อเครื่อง และจาก
เลเยอร์ชั้นที่ 4 ถึงชั้นที่ 7 นี้รวมกันจะเรียกว่า เลเยอร์ End-to-End ในเลเยอร์ชั้น Transport นี้เป็นการ สื่อสารกันระหว่างต้นทางและปลายทาง (คอมพิวเตอร์กับคอมพิวเตอร์) กันจริง ๆ เลเยอร์ชั้น Transpot จะ ทำหน้าที่ตรวจสอบว่าข้อมูลที่ส่งมาจากเลเยอร์ชั้น Session นั้นไปถึงปลายทางจริง ๆ หรือไม่ ดังนั้นการกำ หนดตำแหน่งของข้อมูล(address) จึงเป็นเรื่องสำคัญในชั้นนี้ เนื่องจากจะต้องรู้ว่าใครคือผู้ส่ง และใครคือผู้รับ ข้อมูลนั้น 


  5. เลเยอร์ Session ทำหน้าที่เชื่อมโยงระหว่างผู้ใช้งานกับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ๆ โดยผู้ใช้จะใช้
 คำสั่งหรือข้อความที่กำหนดไว้ป้อนเข้าไปในระบบ ในการสร้างการเชื่อมโยงนี้ผู้ใช้จะต้องกำหนดรหัสตำแหน่ง ของจุดหมายปลายทางที่ต้องมีการติดต่อสื่อสารด้วย เลเยอร์ชั้น Session จะส่งข้อมูลทั้งหมดให้กับเลเยอร์ชั้น Transport เป็นผู้จัดการต่อไป ในเครือข่ายทั้งเลเยอร์ Session และเลเยอร์ Transport อาจจะเป็นเลเยอร์ ชั้นเดียวกัน


  6. เลเยอร์ Presentation ทำหน้าที่เหมือนบรรณารักษ์ กล่าวคือคอยรวบรวมข้อความ (Text) และ
แปลงรหัส หรือแปลงรูปแบบของข้อมูลให้เป็นรูปแบบการสื่อสารเดียวกัน เพื่อช่วยลดปัญหาต่าง ๆ ที่อาจจะเกิด ขึ้นกันผุ้ใช้งานในระบบ 


  7. เลเยอร์ Application เป็นเลเยอรชั้นบนสุดของรูปแบบ OSI ซึ่งเป็นชั้นที่ใช้ติดต่อระหว่างผู้ใช้
โดยตรงซึ่งได้แก่ โฮสต์คอมพิวเตอร์ เทอร์มินัลหรือคอมพิวเตอร์ PC เป็นต้น แอปพลิเคชันในเลเยอรชั้นนี้ สามารถนำเข้า หรือออกจากระบบเครือข่ายได้โดยไม่จำเป็นต้องสนใจว่ามีขั้นตอนการทำงานอย่างไร เพราะจะ มีเลเยอร์ชั้น Presentation โดยตรงเท่านั้น

โปรโตคอลของในเลเยอร์แต่ละชั้นจะแตกต่างกันออกไปแต่อย่างไรก็ตามการที่เครื่องคอมพิวเตอร์
หลาย ๆ เครื่องจะติดต่อสื่อสารกันได้ ในแต่ละเลเยอร์ของแต่ละเครื่องจะต้องใช้โปรโตคอลแบบเดียวกัน หรือ ถ้าใช้โปรโตคอลต่างกันก็ต้องมีอุปกรณ์ หรือซอฟต์แวร์ที่สามารถแปลงโปรโตคอลที่ต่างกันนั้นให้มีรูปแบบเป็น อย่างเดียวกัน เพื่อเชื่อมโยงให้คอมพิวเตอร์ทั้ง 2 เครื่องสามารถติดต่อกันได้

ตัวอย่างของโปรโตคอลที่ใช้ในเลเยอร์ชั้นต่างๆ ในรูปแบบ OSI 

สรุป
  เราสามารถแบ่งส่วนการทำงานของสถาปัตยกรรมรูปแบบ OSI ได้ง่าย ๆ จากรูปด้านล่าง โดยด้าน
ซ้ายมือซึ่งจัดแบ่งเลเยอร์ทั้ง 7 ชั้นออกเป็น 3 ส่วนคือส่วนของผู้ใช้งาน ส่วนการติดต่อระหว่างเครื่องต่อเครื่อง และส่วนการเชื่อมโยงต้นทางกับปลายทาง สำหรับในทางขวามือของรูปจะเป้นการจัดแบ่งลักษณะ การสื่อ สารออกเป็น 2 ส่วนคือส่วนดำเนินการโดยผู้ใช้งาน และอีกส่วนหนึ่งเป็นการดำเนินการโดยเครือข่าย

สถาปัตยกรรมรูปแบบ OSI แบ่งแยกตามส่วนการทำงาน

ถ้าเรากล่าวถึงการติดต่อเชื่อมโยงการสื่อสารแลกเปลี่ยนข้อมูลจากคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งไปยัง
คอมพิวเตอร์ อีกเครื่องหนึ่ง ให้แบ่งกลุ่มการทำงานของเลเยอร์ตามทางซ้ายมือของรูป แต่จะเป็นเรื่องของ โปรโตคอลซึ่งทำหน้าที่ในการกำหนดการสื่อสาร และควบคุมจัดการสื่อสาร ขอให้ยึดแบบการแบ่งลักษณะของ การสื่อสารตามทางขวามือเป็นหลัก ตัวอย่าง เช่นการสื่อสารข้อมูลโดยผ่านเครือข่าย X.25 ของเครือข่ายจะ ทำหน้าที่ในการสื่อสารใน 3 เลเยอร์ชั้นล่างของรูปแบบ OSI ส่วนของเลเยอร์ 4 ชั้นที่เหลือจะเป็นโปรโตคอล สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างผู้ใช้งาน





ที่มา : http://cptd.chandra.ac.th/selfstud/datacom/CAI/part3-2.htm