OSI model 7 layer

Physical Layer      ในชั้นที่ 1 ของ OSI Model นี้ เป็นชั้น Physical Layer ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสื่อสาร (Transmission) ทำหน้าที่ จัดการเชื่อมต่อ และ การส่งสัญญาณทางไฟฟ้า จากผู้ส่ง ไปยังผู้รับ โดยผ่านสื่อกลาง เช่น สายทองแดง คลื่นวิทยุ สายคู่ตีเกลียว และใยแก้วนำแสงเป็นต้น โดยสัญญาณที่ผ่านอาจเป็นสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณคลื่นวิทยุ หรือสัญญาณแสง   ซึ่งในชั้นนี้จะสนใจ พิจารณาการส่งข้อมูลเป็น Bit 0 และ 1 จากต้นทาง ไปให้ถึงปลายทาง   โวลต์ที่จะใช้แทน Bit 0 และความยาวของแต่ละบิต (microsecond) โดยสร้างสภาวะให้ทราบได้ว่า สภาวะที่กำหนดขึ้น คือจุดเริ่มต้น ของการส่งผ่านข้อมูล หรือสิ้นสุด การส่งผ่านข้อมูล และต้องมีการกำหนดมาตรฐานขึ้นมาว่าปลั้กที่ใช้เสียบ เพื่อเชื่อมโยงเน็ตเวิร์ค จะต้องมีกี่ขา ในบางกรณีที่ต้องการ ส่งผ่านข้อมูล ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น จะรวมหลายช่องทางการสื่อสาร เข้าด้วยกัน ซึ่งกรณีนี้ ระดับการเชื่อมโยงทางกายภาพ จะมองช่องทางหลายๆ ช่องทาง ที่รวมเข้าด้วยกัน เหมือนช่องทางเดียว ซึ่ง Protocol ในระดับสูงขึ้นไป จะช่วยทำหน้าที่นี้ ดังนั้น การออกแบบ จึงต้องพิจารณาครอบคลุม ไปถึงกลไกทางด้านกำลังไฟฟ้า และส่วนที่ต่อเชื่อมกัน เป็นเน็ตเวิร์คย่อยด้วย     Physical Layer เป็นส่วนล่างที่รองรับทุกอย่าง ทำหน้าที่ขนส่งสัญญาณ ของ Layer ที่สูงกว่า          ทั้งหมด  โดยมาตรฐานที่ใช้กันมากที่สุดใน Physical Layer คือ RS-232C มาตรฐานของสัญญาณ และ      สายที่กำหนด ว่าสัญญาณไหนทำอะไร และระดับแรงดันไฟฟ้าเท่าใดแทน 0 หรือ 1 Physical Layer ทำหน้าที่ขนส่งสัญญาณของ Layer ที่สูงกว่าทั้งหมด ถ้าเอาสายออก คุณก็ไม่สามารถสื่อสารได้ แต่ถ้าไม่มี Layer ที่อยู่สูงขึ้นไป คุณก็ไม่มีสิ่งที่จะสื่อสาร ยิ่ง Layer สูง ๆ การสื่อสารก็จะยิ่งมีความหมาย กับผู้ใช้ปลายทางมากขึ้น

  

Layer 2 (Data-Link Layer)

          เป็นชั้นที่ทำหน้ากำหนดรูปแบบของการส่งข้อมูลข้าม Physical Network โดยใช้ Physical Address อ้างอิงที่อยู่ต้นทางและปลายทาง ซึ่งก็คือ MAC Address นั่นเอง รวมถึงทำการตรวจสอบและจัดการกับ error ในการรับส่งข้อมูล ข้อมูลที่ถูกส่งบน Layer 2 เราจะเรียกว่า Frame

ซึ่งบน Layer 2 ก็จะแบ่งเป็น LAN และ WAN ครับ

ซึ่ง ปัจจุบัน บน Layer 2 LAN เรานิยมใช้เทคโนโลยีแบบ Ethernet มากที่สุด ส่วน WAN ก็จะมีหลายแบบแตกต่างกันไป เช่น Lease Line (HDLC , PPP) , MPLS , 3G และอื่นๆ

สำหรับ LAN ยังมีการแบ่งย่อยออกเป็น 2 sublayers คือ

Logical Link Control (LLC)

IEEE 802.2 ซึ่งจะให้บริการกับ Layer ด้านบนในการเข้าใช้สัญญาณใน การรับ-ส่งข้อมูล ตามมาตรฐาน IEEE802 แล้ว จะอนุญาตให้สถาปัตยกรรมของ LAN ที่ต่างกันสามารถทำงานร่วมกันได้ หมายความว่า  Layer ด้านบนไม่จำเป็นต้องทราบว่า Physical Layer ใช้สายสัญญาณประเภทใดในการรับ-ส่งข้อมูล เพราะ LLC จะรับผิดชอบในการปรับ Frame ข้อมูลให้สามารถส่งไปได้ในสายสัญญาณประเภทนั้นได้ และไม่จำเป็นต้องสนใจว่าข้อมูลจะส่งผ่านเครือข่ายแบบไหน เช่น Ethernet , Token Ring บลาๆๆ และไม่จำเป็นต้องรู้ว่าการส่งผ่านข้อมูลใน Physical Layer จะใช้การรับส่งข้อมูล แบบใด LLC จะเป็นผู้จัดการเรื่องเหล่านี้ได้ทั้งหมดครับ

Media Access Control (MAC)

IEEE 802.3 ใช้ควบคุมการติดต่อสื่อสารกับ Layer 1 และรับผิดชอบในการรับ-ส่งข้อมูลให้สำเร็จและถูกต้อง โดยมีการระบุ MAC Address ของอุปกรณ์เครือข่าย ซึ่งใช้อ้างอิงในการส่งข้อมูลจากต้นทางไปยังปลายทาง เช่น

จาก ต้นทางส่งมาจาก MAC Address หมายเลข AAAA:AAAA:AAAA ส่งไปหาปลายทางหมายเลข BBBB:BBBB:BBBB เมื่อปลายทางได้รับข้อมูลก็จะรู้ว่าใครส่งมา เพื่อจะได้ตอบกลับไปถูกต้อง นั่นเอง

บน Ethernet (IEEE802.3) เมื่อมันมีหน้าที่ในการรับผิดชอบการรับ-ส่งข้อมูลให้สำเร็จและถูกต้อง มันจึงมีการตรวจสอบข้อผิดพลาดในการส่งข้อมูลด้วย ที่เราเรียกว่า Frame Check Sequence (FCS) และยังตรวจสอบกับ Physical ด้วยว่าช่องสัญญาณพร้อมสำหรับส่งข้อมูลไหม ถ้าว่างก็ส่งได้ ถ้าไม่ว่างก็ต้องรอ กลไลนี่เรารู้จักกันในชื่อ CSMA/CD นั่นเองครับ

CSMA/CD มันก็คือกลไลการตรวจสอบการชนกันของข้อมูล บน Ethernet ถ้าเกิดมีการชนกันเกิดขึ้น มันก็จะส่งสัญญาณ (jam signal) ออกไปเพื่อให้ทุกคนหยุดส่งข้อมูล แล้วสุ่มรอเวลา (back off) เพื่อส่งใหม่อีกครั้ง 

Layer 3 (Network Layer)

          ทำหน้าที่ส่งข้อมูลข้ามเครือข่าย หรือ ข้าม network โดยส่งข้อมูลผ่าน Internet Protocol (IP) โดยมีการสร้างที่อยู่ขึ้นมา (Logical Address) เพื่อใช้อ้างอิงเวลาส่งข้อมูล เราเรียกว่า IP address ข้อมูลที่ถูกส่งมาจากต้นทาง เพื่อไปยังปลายทาง ที่ไม่ได้อยู่บนเครือข่ายเดียวกัน จำเป็นจะต้องพึ่งพาอุปกรณ์ที่ทำงานบน Layer 3 นั่นก็คือ Router หรือ Switch Layer 3 โดยใช้ Routing Protocol (OSPF , EIGRP) เพื่อหาเส้นทางและส่งข้อมูลนั้น (IP) ข้ามเครือข่ายไป

โดยการทำงานของ Internet Protocol (IP) เป็นการทำงานแบบ Connection-less หมายความว่า IP ไม่มีการตรวจสอบข้อมูลว่าส่งไปถึงปลายทางไหม แต่มันจะพยายามส่งข้อมูลออกไปด้วยความพยายามที่ดีที่สุด (Best-Effort) เพราะฉะนั้น ข้อมูลที่ส่งออกไปแล้วไม่ถึงปลายทาง ต้นทางก็จะไม่รู้เลย ถ้าส่งไปแล้วข้อมูลไม่ถึงปลายทาง ฝั่งต้นทางจะต้องทำการส่งไปใหม่ บน Layer 3 จึงมี Protocol อีกตัวนึงเพื่อใช้ตรวจสอบว่าปลายทางยังมีชีวิตอยู่ไหม ก่อนที่จะส่งข้อมูล นั่นคือ ICMP ครับ แต่ผู้ใช้งานจะต้องเป็นคนเรียกใช้ protocol ตัวนี้เองนะครับ

Layer 4 (Transport Layer)

          ทำหน้าที่เชื่อมต่อกับ Upper Layer ในการใช้งาน network services ต่างๆ หรือ Application ต่าง จากต้นทางไปยังปลายทาง (end-to-end connection) ในแต่ละ services ได้ โดยใช้ port number ในการส่งข้อมูลของ Layer 4 จะใช้งานผ่าน protocol 2 ตัว คือ TCP และ UDP

เมื่อข้อมูลถูกส่งมาใช้งานผ่าน services Telnet ไปยังปลายทางถูกส่งลงมาที่ Layer 4 ก็จะทำการแยกว่า telnet คือ port number 23 เป็น port number ที่ใช้ติดต่อไปหาปลายทาง แล้วฝั่งต้นทางก็จะ random port number ขึ้นมา เพื่อให้ปลายทางสามารถตอบกลับมาได้เช่นเดียวกัน

ทีนี้เรามาดู protocol 2 ตัว ใน Layer 4 กันต่อครับ

Transmission Control Protocol (TCP) มีคุณลักษณะที่สำคัญ ดังนี้

·         จัดแบ่งข้อมูลจากระดับ Application ให้มีขนาดพอเหมาะที่จะส่งไปบนเครือข่าย (Segment)

·         มีการสร้าง Connection กันก่อนที่จะมีการรับส่งข้อมูลกัน (Connection-oriented)

·         มีการใช้ Sequence Number เพื่อจัดลำดับการส่งข้อมูล

·         มีการตรวจสอบว่าข้อมูลที่ส่งไปถึงปลายทางหรือไม่ (Recovery)

บน TCP ก่อนจะส่งข้อมูลนั้นจะต้องทำการตรวจสอบก่อนว่า ปลายทางสามารถติดต่อได้ โดยจะทำการสร้างการเชื่อมต่อระหว่างผู้ส่งและผู้รับก่อน โดยใช้กลไล Three-Way Handshake เพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลที่ส่งจะสามารถส่งถึงผู้รับแน่นอน

             นอกจาก Three-Way Handshake แล้ว TCP ยังมีกลไก Flow Control เพื่อควบคุมการส่งข้อมูลเมื่อเกิดปัญหาบนเครือข่ายระหว่างที่ส่งข้อมูลอยู่ หรือ กลไล Error Recovery ในกรณีที่มีข้อมูลบางส่วนหายไปขณะส่ง ก็ให้ทำการส่งมาใหม่ (Retransmission) แต่ผมขอพูดเรื่องกลไลต่างๆไว้เพียงเบื้องต้นละกันนะครับ

        นอกจากนั้นยังสามารถทำการจัดสรรค์หรือแบ่งส่วนของข้อมูลออกเป็นส่วนๆ (Segmentation) ก่อนที่จะส่งลงไปที่ Layer 3 อีกด้วย และข้อมูลที่ถูกแบ่งออก ก็จะใส่ลำดับหมายเลขเข้าไป (Sequence number) เพื่อให้ปลายทางนำข้อมูลไปประกอบกันได้อย่างถูกต้อง

User Datagram Protocol (UDP) มีคุณลักษณะที่สำคัญ ดังนี้

·         ไม่มีการสร้าง Connection กันก่อนที่จะมีการรับส่งข้อมูลกัน (Connectionless)

·         ส่งข้อมูลด้วยความพยายามที่ดีที่สุด (Best-Effort)

·         ไม่มีการตรวจสอบว่าข้อมูลที่ส่งไปถึงปลายทางหรือไม่   (No Recovery)

บน UDP จะตรงข้ามกับ TCP เลยครับ เพราะ ไม่มีการสร้างการเชื่อมต่อกันก่อน หมายความว่าถ้า services ใดๆ ใช้งานผ่าน UDP ก็จะถูกส่งออกไปทันทีด้วยความพยายามที่ดีที่สุด (ฺBest-Effort) และไม่มีการส่งใหม่เมื่อข้อมูลสูญหาย (No Recovery) หรือส่งไม่ถึงปลายทางอีกด้วย

ข้อดีของมันก็คือ มีความรวดเร็วในการส่งข้อมูล เพราะฉะนั้น services ที่ใช้งานผ่าน UDP ก็มีมากมาย เช่น TFTP , DHCP , VoIP และอื่นๆ เป็นต้น

ผมชอบภาพนี้ เพราะเปรียบเทียบการทำงานของ TCP และ UDP ได้เห็นภาพดีเหมือนกันครับ

Layer 5 (Session Layer)

ทำหน้าที่ควบคุมการเชื่อมต่อ session เพื่อติดต่อจากต้นทาง กับ ปลายทาง ลองดูจากรูปตัวอย่างเผื่อจะทำให้เข้าใจง่ายขึ้น (รึเปล่า) 55+

เมื่อฝั่งต้นทางต้องการติดต่อไปยังปลายทางด้วย port 80 (เปิด Internet Explorer) ฝั่งต้นทางก็จะทำการติดต่อไปยังปลายทาง โดยการสร้าง session ขึ้นมา เป็น session ที่ 1 ส่งผ่าน Layer 4 โดย random port ต้นทางขึ้นมาเป็น 1025 ส่งไปหาปลายทางด้วย port 80

ระหว่าง ที่ session ที่ 1 ใช้งานอยู่ เราติดต่อไปยังปลายทางอีกครั้งด้วย port 80 (เปิด Google Chrome) ฝั่งต้นทางก็จะทำการสร้าง session ที่ 2 ขึ้นมา ส่งผ่าน Layer 4 โดย random port ต้นทางขึ้นมาเป็น 1026 ส่งไปหาปลายทางด้วย port 80

แล้วแต่ละ session ฝั่งปลายทาง ก็จะตอบกลับมาด้วย port ที่ฝั่งต้นทางส่งมา ทำให้สามารถแยก session ออกได้ เมื่อเราส่งข้อมูลบนเครือข่าย

 

Layer 6 (Presentation Layer)

ทำหน้าที่ในการแปล หรือ นำเสนอ structure , format , coding ต่างๆของข้อมูลบน application ที่จะส่งจากต้นทางไปยังปลายทาง ให้อยู่ในรูปแบบที่ฝั่งต้นทางและปลายทาง สามารถเข้าใจได้ทั้ง 2 ฝั่ง

 

Layer 7 (Application Layer)

ทำหน้าที่ติดต่อระหว่างผู้ใช้ (user) กับ application ที่ใช้งานบนเครือข่าย เช่น Web Browser (HTTP) , FTP , Telnet เป็นต้น สรุปแล้วมันก็คือพวก application ที่ใช้งานผ่าน network