แบบจำลอง OSI สำหรับเครือข่าย

องค์การ ISO และแบบจำลอง OSI

องค์กรกำหนดมาตรฐานสากลหรือมักเรียกสั้นว่า ๆ ISO นั้น จัดเป็นองค์กรหนึ่งที่ได้รับการยอมรับกันทั่วโกเกี่ยวกับการกำหนดมาตรฐานสากล และมาตรฐาน ISO นี่เอง ก็ได้ครอบคลุมหักเกณฑ์เครือข่ายการสื่อสารด้วย ที่เรียกว่า Open Systems Interconnection หรือมักเรียกสั้น ๆ ว่า แบบจำอง OSI ซึ่งเป็นแบบจำลองอ้างอิงเครือข่ายมาตรฐานสากล โดยทาง ISO ได้พัฒนาแบบจำลองนี้ขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1984

แบบจำลอง OSI เป็นระบบเปิด ( Open System ) ที่อนุญาตให้ระบบที่มีความแตกต่างกันสามารถสื่อสารระหว่างกันได้ กล่าวคือ มาตรบานแบบจำลอง OSI ที่จัดทำขึ้นมานั้น ก็เพื่อวัตถุประสงค์ให้ระบบที่มีความแตกต่างกันสามารถสื่อสารกันได้ด้วยการใช้มาตรบานการสื่อสารที่เป็นสากล โดยไม่มีความจำเป็นที่จะต้องไปเปลี่ยนแปลงฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ใด ๆ อย่างไรก็ตาม แบบจำลอง OSI ไม่ใช่โปรโตคอล ดังที่หลายคนเข้าใจกันแต่เป็นเพียงแบบจำลองแนวความคิด ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างความเข้าใจในสถาปัตยกรรมเครือข่าย และปัจจุบันก็ได้มีการนำโมเดลนี้มาเป็นแบบจำลองทางสถาปัตยกรรมหลักสำหรับการสื่อสารในระดับสากล

แบบจำลอง OSI มีกรอบการทำงานเป็นลำดับชั้น หรือรียกว่า “ เลเยอร์ ” แต่ลำดับชั้นจะมีชื่อเรียกที่แตกต่างกัน รวมถึงฟังก์ชันหน้าที่ก็มีความแตกต่างกันในแต่ละชั้น สำหรับลำดับชั้นต่าง ๆ ที่กำหนดขึ้นมานั้น จะถือเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการสื่อสารร่วมกัน โดยแบบจำอง OSI ได้มีการแบ่งออกเป็น 7 ลำดับชั้นด้วยกันคือ คือ

• ลำดับชั้นฟิสิคัส
• ลำดับชั้นดาต้าลิงก์
• ลำดับชั้นเน็ตเวิร์ก
• ลำดับชั้นทรานสปอร์ต
• ลำดับชั้นเซสซัน
• ลำดับชั้นพรีเนเตชัน
• ลำดับชั้นแอปพลิเคชัน

หลายคนอาจสงสัยว่า ทำไมต้องมีการแบ่งเป็นลำดับชั้นต่าง ๆ มากมาย ซึ่งการมีหลาย ๆ ดับชั้นจะไม่เกิดความยุ่งยากเหรอ ในความเป็นจริงแล้ว การที่แบ่งเป็นส่วนการทำงานย่อย ๆ ที่เรียกว่าเลเยอร์หรือลำดับจะส่งผลดีกว่า ให้ลองเปรียบเทียบง่าย ๆ กับการเขียนโปรแกรม ลองคิดดูว่า เราทำไมไม่เขียนโปรแกรมแบบรวมกันอยู่ในโมดูลเดียว แต่การออกแบบโปรแกรมที่ดี ควรเขียนโปรแกรมแยกออกเป็นโปรแกรมย่อยหรือโมดูลต่าง ๆ ซึ่งแต่ ละโมดูลก็จะมีหน้าที่การทำงานเฉพาะส่วนของตัวเอง การปรับปรุงหรือการ

สำหรับแนวความคิดในการแบ่งลำดับชั้นสื่อสารแบบจำลอง OSI สามารถสรุปได้เป็นข้อ ๆ ดังต่อไปนี้

• เพื่อลดความวับซ้อน ทำให้ง่ายต่อการเรียนรู้และเข้าใจ
• เพื่อให้แต่ละลำดับชั้นมีบทบาทหน้าที่ที่ชัดเจน และแตกต่างกัน
• เพื่อให้แต่ละลำดับชั้นปฏิบัติงานตามหน้าที่ที่ได้รับมอบหมาย
• เพื่อให้ฟังก์ชันการทำงานในแต่ละลำดับชั้นที่ได้กำหนดขึ้นมานั้น สอดคล้องกับมาตรฐานสากล
• จากขอบเขตความรับผิดชอบในแต่ลำดับชั้น ทำให้มีการสื่อสารในแต่ละลำดับชั้นมีความคล่องตัว และเพื่อป้องกันในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงบนเลเยอร์หนึ่ง ๆ แล้วส่งผลกระทบต่อเลเยอร์อื่น ๆ
• จำนวนลำดับชั้นจะต้องมีจำนวนมากเพียงพอ และเหมาะสมต่อการจำแนกหน้าที่การทำงานให้กับแต่ละชั้นเท่าที่จำเป็น ซึ่งไม่ใช่มีจำนวนลำดับชั้นมากมายเทอะทะเกินความจำเป็น

1.ลำดับชั้นฟิสิคัล

คือลำดับชั้นทางกายภาพ ซึ่งเป็นส่วนที่เกี่ยวข้องกับการส่งกระแสบิต บนตัวกลางสื่อสารซึ่งเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกลและทางอิเล็กทรอนิกส์ในการอินเตอร์เฟซและตัวกลางที่ใช้ส่งข้อมูลรวมถึงการกำหนดหน้าที่และขั้นตอนการทำงานของอุปกรณ์ที่จะต้องอินเตอร์เฟซเพื่อการปฏิบัติงานเมื่อเกิดการส่งข้อมูล ตัวอย่างเช่นรายละเอียด RS -232 , รายละเอียดของฮาร์ดแวร์บนเครือข่าย เป็นต้น

โดยสามารถสรุปหน้าที่รับผิดชอบของลำดับชั้นฟิสิคัลได้ดังรายละเอียดต่อไปนี้

• คุณสมบัติทางกายภาพของการอินเตอร์เฟซและตัวกลาง เป็นข้อกำหนดทางคุณสมบัติของอินเตอร์เฟซระหว่างอุปกรณ์ และตัวกลางที่ใช้ส่งผ่านข้อมูล

2.ลำดับชั้นดาต้าลิงก์

คือลำดับชั้นเชื่อมโยงข้อมูล โดยมีหน้าที่การส่งมอบข้อมูลในลักษณะ Node – to – Node วึ่งจะกำหนดกฎเกณฑ์สำหรับการขาถึงและการใช้งานบนชั้นฟิสิคัล ด้วยการจะจัดการกับข้อมูลอย่างไรให้อยู่ในรูปแบบของเฟรม เพื่อจะจัดส่งเฟรมนี้อย่างไรบนเครือข่าย โดยต้องมีความวางใจได้ถึงการนำพาข้อมูลจากลำดับชั้นฟิสิคัลที่ปราศจากข้อผิดพลาดใด ๆ เพื่อบริการให้กับลำดับชั้นที่สูงขึ้นไป ซึ่งก็คือลำดับชั้นเน็ตเวิร์กนั่นเอง

ลำดับชั้นย่อย LLC

เป็นลำดับชั้นที่จัดการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์บนลิงก์ของเครือข่าย โดย LLC นี้จะถูกกำหนดขึ้นโดย IEEE 802.2 ซึ่งสนับสนุนการเชื่อมต่อในรูปแบบทั้งคอนเน็กชันเลส และคอนเน็กชันโอเรียนเต็ด เพื่อบริการให้กับโปรโตคอลในลำดับสูงต่อไป

ลำดับชั้นย่อย MAC

เป็นลำดับชั้นย่อยที่จัดการเกี่ยวกับการเข้าถึงตัวกลางเพื่อการสื่อสารบนเครือข่ายโดยรายละเอียดของ LLC และ MAC จะกล่าวไว้ในบทที่ 7

โดยสามารถสรุปหน้าที่รับผิดชอบของลำดับชั้นดาต้าลิงก์ได้ ดังรายละเอียดต่อไปนี้

3.ลำดับชั้นเน็ตเวิร์ก

สำหรับลำดับชั้นเน็ตเวิร์กหรือชั้นเครือข่ายนี้จะรับผิดชอบเกี่ยวกับการส่งแพ็กเก็ตจากต้นทางไปยังปลายทางทางผ่านเครือข่ายหลาย ๆ เครือข่ายด้วยกัน ความแตกต่างระหว่างลำดับชั้นดาต้าลิงก์และเน็ตเวิร์กก็คือ หน่วยข้อมูลบนลำดับชั้นเน็ตเวิร์กนี้จะถูกแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ที่เรียกว่า “ แพ็กเก็ต ” โดยแต่ละแพ็กเก็ตนี้จะถูกส่งไปยังปลายทางซึ่งอาจมีเครือข่ายย่อยต่าง ๆที่มีลิงก์มากมาย และเครือข่ายต่างชนิดกัน ในขณะที่ลำดับชั้นดาต้าลิงก์นั้นจะส่งไปยังโหนดปลายทางที่อยู่บนลิงก์เดียวกันเท่านั้น ดังนั้น ถ้าเครือข่ายที่เชื่อมต่อกันนั้นมีการเชื่อมต่อกันบนลิงก์เดียวกัน ก็จะใช้งานเพียงลำดับชันดาต้าลิงก์เท่านั้น แต่อย่างไรก็ตาม หากเครือข่ายได้มีการเชื่อมต่อไปยังเครือข่ายอื่น ๆ ก็จำเป็นต้องใช้บริการจากลำดับชั้นเน็ตเวิร์กเพื่อจัดการส่งแพ็กเก็ตไปยังปลายทางในลักษณะ Source - to- destination

4.ลำดับชั้นทรานสปอร์ต

เป็นลำดับชั้นเคลื่อนย้าย ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการส่งข้อมูลในลักษณะ End – to – End ด้วยการสร้างความน่าเชื่อถือถึงการรับประกันการบริการรับส่งข้อมูล ว่าข้อมูลที่ส่งไปนั้นถึงผู้รับแน่นอน หากเกิดข้อผิดพลาดระหว่างการส่ง ก็จะมีการส่งใหม่ ซึ่งโดยปกติจะมีโปรโตคอลหลักอยู่ 2 ชุดด้วยกันที่ทำงานบนชั้นนี้ คือ โปรโตคอลเน็กชันเลส ซึ่งก็คือ UDP และ โปรโตคอลเน็กชันโอเรียนเต็ด ซึ่งก็คือ TCP

ที่กล่าวว่าโปรโตคอล UDP เป็นโปรโตคอลชนิดคอนเน็กชันเลส ก็เพราะว่าโปรโตคอล UDP จะไม่มีการสร้างคอนเน็กชันกับสถานีปลายทาง กล่าวคือ ฝ่ายส่งจะส่งข้อมูลทันที โดยไม่สนใจว่าข้อมูลที่ตนส่งไปนั้นจะส่งถึงมือผู้รับหรือไม่ และหากเกิดข้อผิดพลาดในข้อมูล ผู้ที่นำข้อมูลนี้ไปใช้จะต้องดำเนินการกับปัญหาเหล่านี้แทน ยกตัวอย่างเช่น การส่งจดหมายอิเล็กทรอนิกส์หรือ E-mail ซึ่งผู้ส่งสามารถส่งอีเมลได้ในทันที โดยผู้ส่งไม่ต้องมทีการติดต่อกับผู้รับว่าพร้อมที่จะรับข้อมูลหรือไม่ และเมลที่ส่งไปอาจไปถึงปลายทางล่าช้าหรือสูญหายก็อาจเป็นไปได้ เนื่องจากไม่มีการรับประกันการส่งนั่นเอง โดยแต่ละแพ็กเก็ตที่ส่งผ่านเครือข่ายจะอิสระกัน ดังนั้นอาจนำส่งไปยังเส้นทางที่แตกต่างกันในแต่ละแพ็กเก็ต และปลายทางจะมีการรวมแพ็กเก็ตเป็นชุดเดียวกันด้วยหมายเลขลำดับ ในขณะที่โปรโตคอล TCP ซึ่งเป็นโปรโตคอลชนิดคอนเน็กชันระหว่างกันด้วยการตอบตกลงในข้อกำหนดด้านกาสื่อสาร ไม่ว่าจะเป็นคบวามเร็วหรือแบนด์วิดธ์ในการส่งข้อมูล จากนั้นก็จะมีการสร้างเส้นทางเพื่อลำเลียงข้อมูลและดำเนินการส่งข้อมูลเป็นลับ โดยจะยุติการเชื่อมต่อเมื่อรับส่งข้อมูลเสร็จสมบูรณ์ นอกจากนี้ TCP จะมีกลไกในการตรวจสอบข้อมูลที่ส่งไปว่าส่งไปถึงมือผู้รับหรือไม่ และจะส่งแพ็กเก็ตรอบใหม่ไปให้ในกรณีที่แพ็กเก็ตนั้นสูญหาย รวมถึงการกำจัดแพ็เก็ตที่ซ้ำซ้อนออกไป ยกตัวอย่างเช่น การใช้โปรโตคอล FTP ในการโอนถ่ายข้อมูล ซึ่งจะมีการรับประกันถึงข้อมูลสารสนเทศที่ส่งผ่านเครือข่ายที่ต้องไม่มีการสูญเสีย และแพ็กเก็ตจะส่งไปถึงปลายทางตามลำดับ

5.ลำดับชั้นเซสชัน

เป็นลำดับชั้นควบคุมหน้าต่างการสื่อสาร การจัดการการแลกเปลี่ยนข่าวสาร ซึ่งตั้งแต่ชั้นเวสชันขึ้นไปนี้จะทำหน้าที่บริการหรือคอยอำนวยความสะดวกให้แก่ผู้ใช้ โดยหลาย ๆ เซสชันนี้อาจเกิดขึ้นได้จากการทำงานของคนเพียงคนเดียวหรือหลาย ๆ คน ก็ได้ เช่น การล็อกอินแบบรีโมต เพื่อเข้าใช้บริการจากโฮสต์ ก็ถือเป็นเซสชันหนึ่งที่ประกอบด้วยขั้นตอน

การล็อกอิน – การกรอกรหัสผ่าน – การใช้โฮสต์ - การออกจากระบบ

จะเห็นได้ว่าในลำดับชั้นเซสชันนั้นจะมีวิธีการควบคุมการเชื่อมต่อระหว่างต้นทางกับปลายทาง ตั้งแต่เริ่มต้นการสื่อสารไปจนกระทั่งยึดการสื่อสาร กล่าวคือ จะมีขั้นตอนเริ่มต้นตั้งแต่การสร้างเซสชัน , การแลกเปลี่ยนข่าวสารในเซสชันนั้น ๆ อย่างต่อเนื่อง และการถูติเซสชัน โดยการแลกเปลี่ยนข่าวสารนั้น ก็อาจเป็นได้ทั้งแบบอาร์ฟดูเพล็กซ์ หรือฟลูดูเพล็กซ์ อย่างไรก็ตาม หากการสื่อสารภายในเซสชันนั้นเกิดความล้มเหลวขึ้น และทำให้ข้อมูลเสียหาย ก็อาจจำเป็นต้องเริ่มต้นการทำงานของเซสชันนั้นใหม่ เช่น การส่งไฟล์ข้อมูลที่มี

6.ลำดับชั้นพรีเซ็นเตชัน

เป็นลำดับชั้นนำเสนอที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบ และความหมาย ของสารสนเทศที่แลกเปลี่ยนกันระหว่างสองระบบเป็นสำคัญ เช่น ข้อมูลในรูปแบบตัวอักษร ตัวเลข และสัญลักษณ์อื่น ๆ ซึ่งไม่ใช่ข้อมูลที่อยู่ในรูปแบบของบิตไบนารีที่ในลำดับชั้นส่วนล่างมักนำไปใช้อ้างอิง ดังนั้น ในชั้นนี้จะมีส่วนข้องเกี่ยวกับรหัสแทนข้อมูลที่คอมพิวเตอร์แต่ละระบบอาจมีการเข้ารหัสที่แตกต่างกัน เช่น รหัสแอสกี , รหัสยูนิโค้ด ที่มักใช้กับเครื่องพีซีคอมพิวเตอร์หรือรหัสเอบซีดิค ที่ใช้บนเครื่องเมนเฟรม แต่ด้วยหน้าที่รับผิดชอบลำดับชั้นพรีเซ็นเตชัน นี้จะทำให้สามารถนำเสนอข้อมูลได้อย่างเข้าใจทั้งสองอฝ่าย ถึงแม้ว่าระบบสื่อสารกันจะใช้เครื่องมือที่มีการเข้ารหัสแทนข้อมูลที่แตกต่างกันก็ตาม โดยจะมีกระบวนการแปล ให้สามารถนำเสนอได้อย่างถูกต้อง กล่าวคือ ฝ่ายส่งจะส่งข้อมูลอะไรไปก็ตาม ฝ่ายรับก็จะได้รับข้อมูลที่มีความหมายเดียวกัน

นอกจากนี้แล้วในลำดับของชั้นพรีเซ็นเตชันนี้ยังมีระบบความปลอดภัยในข้อมูล เช่น มีการเข้ารหัสข้อมูลด้วยการเปลี่ยนรูปของข้อมูลเดิมให้อยู่ในรูปแบบของข้อมูลที่มีการเข้ารหัสไว้ก่อนที่จะนำส่งไปยังเครือข่าย และเมื่อข้อมูลส่งถึงปลายทางก็จะมีการถอดรหัสข้อมูลเพื่อให้กลับเป็นข้อมูลตามแบบต้นฉบับ รวมถึงการบีบอัดข้อมูล เพื่อให้ข้อมูลมีขนาดเล็กลง โดยเฉพาะข้อมูลที่อยู่ในรูปแบบของมัลติมีเดีย ซึ่งประกอบด้วยข้อความ ออดิโอ และวิดีโอ เอข้อมูลถูกบีบอัดก็จะทำให้ขนาดของข้อมูลที่ต้องการส่งมีขนาดเล็กลงกว่าเดิม ทำให้ช่วยลดแบนด์วิดธ์ในขณะสื่อสาร ซึ่งส่งผลดีต่อความรวดเร็วในการสื่อสาร

7.ลำดับชั้นแอปพลิเคชัน

เป้นลับชั้นประยุกต์ ซึ่งอนุญาตให้ยูสเซอร์ที่ใช้งานซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันตาง ๆ สามารถเข้าถึงเครือข่ายโดยจะเรียมการเพื่อการอินเตอร์เฟซระหว่างยูสเซอร์กับคอมพิวเตอร์ และสนับสนุนการบริการต่าง ๆ เช่น การส่งจดหมายอิเล็กทรอนิกส์หรืออีเมล การรีโมตระยะไกลเพื่อข้าถึงข้อมูลหรือถ่ายโอนข้อมูล การแชร์ฐานข้อมูลและการบริการอื่น ๆ

การบริการต่าง ๆ ในลำดับชั้นแอปพลิเคชันมุ่งเน้นการอำนวยความสะดวกแก่ผู้ใช้ด้วยโปรโตคอลต่าง ๆ ในลำดับชั้นแอปพลิเคชัน ทำให้เราสามารถทำการส่งไฟล์ ส่งอีเมล หรืออื่น ๆ โดยไม่จำเป็นต้องทำการเขียนโปรแกรมเพื่อกระทำดังกล่าว เช่น ในกรณีที่มีการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างกัน ก็เพียงใช้บริการโปรโตคอล FTP เพื่อให้เราสามารถส่งไฟล์ระหว่างกันได้ การส่งเมลก็ใช้บริการ SMTP หรือการท่องเว็บด้วยโปรโตคอล http เป็นต้น ซึ่งสิ่งเหล่านี้ถือเป็นการบริการทางเครือข่ายในรูปแบบแอปพลิเคชันของโปรโตคอลนั้น ๆ