อธิบาย ลักษณะ การส่งข้อมูล แต่ละชั้น เลเยอร์

• ระบบ OSI 7 Layers มีไว้ทำไม?
• OSI 7 Layers มีอะไรบ้าง ?
• อธิบาย OSI 7 Layers ในมุมมองของผู้ส่งข้อมูล-ผู้รับข้อมูล
• OSI 7 Layers เปรียบเทียบกับ TCP/IP

ระบบ OSI 7 Layers มีไว้ทำไม?

ในปัจจุบันการใช้ Network เป็นที่แพร่หลาย ซึ่งใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น การทำงาน การดูหนัง ฟังเพลง หรือการสื่อสารกัน ดังนั้นในการใช้ Network นั้น ต้องมีตัวกลางหรือค่ามาตรฐานกลาง ที่เรียกว่า OSI 7 Layers หรือ Open System Interconnection 7 Layers ซึ่งจะมาช่วยทำให้ง่ายต่อการจัดการพัฒนา แก้ไขปัญหาอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

ซึ่งองค์การ ISO หรือ International Organization for Standard เป็นผู้กำหนดมาตราฐานนี้ขึ้นมา เพื่อเป็นมาตราฐานของการสื่อสารทางคอมพิวเตอร์

OSI 7 Layers มีอะไรบ้าง ?

ในที่นี้เราจะอธิบายให้ทุกท่านได้เห็นภาพของชั้น Layer ต่างๆ ตาม OSI Model ดังนี้

ชั้นที่ 1 Physical Layer

Physical Layer หรือชั้นกายภาพ ซึ่งมีหน้าที่กำหนดมาตราฐานของสัญญาณทางไฟฟ้า มาตราฐานของ Conector สายไฟต่างๆ มาตราฐานของสาย Coaxial, Lan, Fiber Optic รวมทั้งแรงดันทางไฟฟ้าและมีหน่วยการรับส่งข้อมูลเป็น Bits

ชั้นที่ 2 Data Link Layer

Data Link Layer หรือชั้นสื่อกลางของการส่งข้อมูล เนื่องจากข้อมูลจากชั้นสื่อสารฟิสิคัลอาจมีสัญญาณรบกวนหรือข้อผิดพลาดปะปนมาพร้อมกับสัญญาณ ดังนั้นชั้น Data Link จึงต้องมีกระบวนการตรวจจับ และแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น ข้อมูลที่อยู่ใน Layer นี้ จะมีลักษณะเป็น Frame คือมีส่วนหัว(Header) และส่วนท้าย(Trailer) ปะมาด้วยส่วนของ Header จะมีข้อมูลที่ใช้ในการส่ง เช่นตำแหน่งของผู้รับ ชนิดของ Frame ส่วนของ Trailer จะเป็นข้อมูลที่เอาไว้เช็คความถูกต้องของข้อมูล

Layer นี้มีข้อกำหนดมาตราฐานที่ใช้ในการโอนถ่ายข้อมูล ที่เรียกว่า Protocol มีหน่วยข้อมูลคือ Frame

โดยแบ่งหน้าที่ออกเป็น

• Logical Link Control(LLC) หรือ Data Link Control(DLC) จัดการสื่อสารระหว่าง Layer 1 และ Layer 3
  • ควบคุมการไหลของข้อมูล(Flow Control) ในการส่งข้อมูล หากความเร็วในการรับและส่งข้อมูลไม่สัมพันธ์กัน เช่น ฝั่งส่งทำาการส่งข้อมูลอย่างต่อเนื่อง แต่ฝั่งรับรับข้อมูลไม่ทันเนื่องจากมีหน่วยความจำบัฟเฟอร์จำกัด ฝั่งรับก็จะรับข้อมูลจนล้น

• Media Access Control(MAC) ใช้ที่อยู่ Hardware ที่กำหนดให้กับ Network Interface Card(NIC) หรือ แผงวงจรสำหรับเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เข้ากับเครือข่าย เพื่อระบุ Computer หรือ อุปกรณ์เฉพาะ ในการแสดงต้นทางและปลายทางของข้อมูล ทำหน้าที่สื่อสารกับ Layer 1 โดยตรง
  • จัดหน่วยข้อมูลให้อยู่ในรูปแบบของเฟรม(Framing) จะทำการแบ่งส่วนข้อมูลที่ได้รับจากชั้นสื่อสาร Network ให้อยู่ในรูปแบบของเฟรม
  • ฟิสิคัลแอดเดรส(Physical Address) เนื่องจากในการส่งผ่านเฟรมข้อมูล จำเป็นที่จะต้องรู้ว่าเฟรมข้อมูลส่งมาจากที่ใด และจะส่งไปที่ไหน ดังนั้นจึงมีการใส่เฮดเดอร์ไปพร้อมกับเฟรม เพื่อระบุตำแหน่งที่อยู่ของผู้ส่ง (Source Address) และตำแหน่งที่อยู่ของผู้รับ(Destination Address) เช่น หมายเลขการ์ดเครือข่าย(MAC Address) ซึ่งเป็นตำแหน่งที่อยู่ของโหนดบนเครือข่าย โดยอุปกรณ์จะถูกกำหนดด้วยหมายเลขไว้แล้วและไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้
  • การควบคุมการเข้าถึง(Access Control) เมื่อมีอุปกรณ์มากกว่าสองอุปกรณ์ขึ้นไป เชื่อมต่อกันในเครือข่าย และมีการใช้สายสัญญาณเส้นเดียว เพื่อสื่อสารกัน โปรโตคอลในชั้นสื่อสารนี้จะต้องตัดสินให้มีเพียงอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งมีสิทธิ์ในการเข้าควบคุมสื่อกลางเพื่อส่งข้อมูลในช่วงเวลาหนึ่งๆ
  • การควบคุมข้อผิดพลาด(Error Control) หากข้อมูลเกิดการสูญหายระหว่างทาง ระบบจะต้องสามารถตรวจจับข้อผิดพลาดดังกล่าว และดำเนินการส่งข้อมูลรอบใหม่ได้ รวมถึงป้องกันการรับข้อมูลซ้ำ เนื่องมาจากข้อมูลมาถึงช้า ทำให้ระบบเข้าใจว่าข้อมูลสูญหายแล้วทำการส่งข้อมูลรอบใหม่ และระบบจะต้องมีกระบวนการกำจัดเฟรมที่ซ้ำออกได้โดยปกติการควบคุมข้อผิดพลาดทำโดยเพิ่มรหัสเข้าไปที่ส่วนหางที่เรียกว่า Trailer ซึ่งผู้รับสามารถนำไปตรวจสอบข้อผิดพลาดได้

ตัวอย่างของ Protocol เช่น

Ethernet, Token Ring, IEEE 802.3/202.2, Frame Relay, FDDI, HDLC, ATM, MPLS

ชั้นที่ 3 Network Layer

Network Layer หรือชั้นที่จัดการเรื่องติดต่อสื่อสารข้ามผ่านระบบ Network การส่งข้อมูลจากโฮสต์หนึ่งไปยังอีกโฮสต์หนึ่งในเครือข่ายที่ต่างกัน เป็นตัวกลางการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่าง Layer 2 กับ Layer 4 มีหน่วยข้อมูลคือ Packets

โดยแบ่งหน้าที่ออกเป็น

• ลอจิคัลแอดเดรส(Logical Addressing) เป็นแอดเดรสที่ใช้ในการระบุตำแหน่งของอุปกรณ์ โดยที่ไม่ยึดติดกับอุปกรณ์หรือเครื่องใดเครื่องหนึ่งโดยเฉพาะ สามารถนำไปใช้กับคอมพิวเตอร์เครื่องใดๆ ก็ได้ เช่น IP Address
• เลือกเส้นทาง(Routing) เมื่อเครือข่ายมีการเชื่อมต่อกับเครือข่ายขนาดใหญ่ การส่งข้อมูลจากต้นทางไปยังปลายทางจำเป็นต้องมีการเลือกเส้นทางการส่งข้อมูลที่ดีที่สุด และเหมาะสมที่สุด เพื่อให้สามารถส่งข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว และเลือกเส้นทางใหม่ที่สามารถใช้งานได้ หากบางเส้นทางถูกตัดขาดเครือข่ายอินเตอร์เน็ตจำเป็นต้องมี เร้าเตอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กำหนดเส้นทางการส่งข้อมูลบนเครือข่าย และในการส่งข้อมูลจะใช้ Logical Address เป็นตัวชี้ตำแหน่งของคอมพิวเตอร์ต้นทางและปลายทาง

ตัวอย่างของ Protocol เช่น

IP, Novell IPX, ARP, ICMP

ชั้นที่ 4 Transport Layer

Transport Layer ทำหน้าที่ส่งมอบข้อมูลในลักษณะ Process-to-Processโดยการส่งมอบข้อมูลระหว่างโปรเซสจากต้นทางไปยังปลายทางต้องทำได้อย่างถูกต้อง โดยโปรเซส คือ โปรแกรมประยุกต์ใดๆ ที่รันอยู่บนเครื่องโฮสต์

โดยแบ่งหน้าที่ออกเป็น

• ตำแหน่งที่อยู่ของพอร์ต(Port Address) เนื่องจากคอมพิวเตอร์สามารถรันโปรแกรมได้หลายโปรแกรมพร้อมกัน จึงจำเป็นต้องมีพอร์ตต่างๆ ไว้บริการด้านการสื่อสาร โดยชั้นสื่อสารทรานสปอร์ตจะเพิ่มเฮดเดอร์ที่ถือเป็นแอดเดรสพิเศษ เรียกว่า Service-Point Address หรือ Port Address เพื่อให้ชั้นสื่อสารเน็ตเวิร์กสามารถส่งแพ็กเก็ตต่างๆ ไปยังคอมพิวเตอร์ปลายทางได้อย่างถูกต้อง และชั้นสื่อสารทรานสปอร์ตได้รับข่าวสารครบถ้วน และมั่นใจได้ว่าจะส่งข่าวสารไปยังโปรเซสบนคอมพิวเตอร์ได้อย่างถูกต้อง
• การแบ่งเซกเมนต์และการรวบรวม(Segmentation and Reassembly) เมื่อชั้นสื่อสารทรานสปอร์ตได้รับข่าวสารจากชั้นสื่อสารเซสชั่นก็จะทำการแบ่งข่าวสารออกเป็นเซกเมนต์ย่อยๆ โดยแต่ละเซกเมนต์จะมีเลขลำดับ (Sequence Number) บรรจุอยู่ด้วย เพื่อให้โปรเซสฝั่งรับสามารถรวบรวม (Reassembly) กลับมาได้ และนำส่งชั้นสื่อสารด้านบนต่อไป
• การควบคุมการเชื่อมต่อ(Connection Control) การสื่อสารระหว่างโปรเซสบนชั้นสื่อสารทรานสปอร์ต สามารถทำในรูปแบบของคอนเน็กชั่นเลส(UDP) หรือ คอนเน็กชั่นโอเรียนเต็ด(TCP)
• การควบคุมการไหลของข้อมูล(Flow Control) การควบคุมการไหลของข้อมูลระหว่างฝั่งส่งกับฝั่งรับ โดยจะทำในลักษณะ Process-to-Process
• การควบคุมข้อผิดพลาด(Error Control) การควบคุมข้อผิดพลาดของการรับส่งข้อมูลระหว่างฝั่งส่งและฝั่งรับ โดยจะทำในลักษณะ Process-to-Process ซึ่งในการรับส่งข้อมูลจะสร้างความมั่นใจถึงข่าวสารที่ส่งไปยังปลายทางว่าจะต้องไม่มีข้อผิดพลาดใดๆ เช่นข้อมูลเสีย สูญหาย หรือข้อมูลซ้ำ โดยหากพบข้อผิดพลาด ก็จะทำการส่งข้อมูลรอบใหม่

ตัวอย่างของ Protocol เช่น

TCP, UDP, SPX

ชั้นที่ 5 Session Layer

Session Layer เป็นชั้นที่ทำหน้าที่ควบคุมการสื่อสาร การจัดการแลกเปลี่ยนข่าวสารที่เกิดขึ้นระหว่างโฮสต์ ซึ่งอาจโต้ตอบกันแบบ Simplex, Haft-duplexหรือ Full-Duplex โดยการสื่อสารที่กำลังดำเนินการอยู่ ณ ขณะใดขณะหนึ่งเรียกว่า Session ซึ่งหลายๆ Session อาจเกิดจากการทำงานของคนเพียงคนเดียว หรือหลายคนก็ได้ เช่น การสนทนา

โดยแบ่งหน้าที่ออกเป็น

• การควบคุมไดอะล็อก(Dialog Control) ชั้นสื่อสารเซสชั่นอนุญาตให้สองระบบแลกเปลี่ยนข่าวสารกัน ตั้งแต่เริ่มต้นจนสิ้นสุดการสื่อสาร โดยจะมีขั้นตอนเริ่มต้นด้วยการเปิดเซสชั่นเพื่อแลกเปลี่ยนข่าวสารอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งยุติการสื่อสารด้วยการยกเลิกเซสชั่นนั้นๆ ซึ่งโปรเซสสามารถโต้ตอบกันในรูปแบบ Half-Duplex (ผลัดกันรับส่งข้อมูล) หรือ Full-Duplex (รับและส่งข้อมูลได้ในเวลาเดียวกัน)
• การซิงโครไนซ์(Synchronization) เนื่องจากการสื่อสารภายในเซสชั่นสามารถเกิดความล้มเหลวได้ เมื่อเกิดขึ้นจะต้องมีการเปิดเซสชั่นเพื่อสื่อสารกันรอบใหม่ดังนั้นชั้นสื่อสารเซสชั่นจึงอนุญาตให้โปรเซสสามารถเพิ่มจุดตรวจสอบ(Check Point) เข้าไปพร้อมกับข้อมูลที่ส่ง เช่น การแทรกจุดตรวจสอบในทุกๆ 100 หน้าของการส่งไฟล์ 2000 หน้า

ชั้นที่ 6 Presentation Layer

Presentation Layer เป็นชั้นสื่อสารที่นำเสนอเกี่ยวกับการแปลงข้อมูล การเข้ารหัสข้อมูล และการบีบอัดข้อมูลให้มีรูปแบบและความหมายเดียวกันเนื่องจากคอมพิวเตอร์แต่ละระดับ อาจใช้รหัสแทนข้อมูลที่แตกต่างกันได้ เช่น บนพีซีใช้รหัส ASCII หรือ Unicode ส่วนเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ ใช้รหัส EBCDIC ซึ่งถ้าไม่มีกระบวนการจัดการกับรหัสแทนข้อมูลที่แตกต่างกัน จะทำให้การนำเสนอข้อมูลระหว่างสองระบบเกิดความผิดพลาด

โดยแบ่งหน้าที่ออกเป็น

• การแปลงข้อมูล(Translation) โปรเซสหรือโปรแกรมที่รันอยู่ในสองระบบซึ่งอาจใช้คอมพิวเตอร์คนละระดับกัน และมีการใช้รหัสแทนข้อมูลแตกต่างกันเมื่อต้องการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกัน ชั้นสื่อสารพรีเซนเตชั่นจะทำหน้าที่ในการแปลงรหัสที่แตกต่างกัน ให้อยู่ในรูปแบบเดียวกัน เพื่อนำเสนอข้อมูลให้ตรงกันทั้งสองฝั่ง
• การเข้ารหัสข้อมูล(Encryption) การส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย จำเป็นต้องมีระบบความปลอดภัยของข้อมูลที่ดี ดังนั้นการเปลี่ยนรูปข้อมูลเดิมให้อยู่ในรูปแบบของข้อมูลที่เข้ารหัส(Encryption) ทำให้อ่านไม่รู้เรื่อง จะช่วยป้องกันการลักลอบดักข้อมูลไปใช้งานจากผู้ไม่หวังดี และเมื่อข้อมูลส่งถึงปลายทางก็จะมีการถอดรหัส(Decryption) ข้อมูลกลับเป็นข้อมูลต้นฉบับ
• การบีบอัดข้อมูล(Compression) เทคนิคการบีบอัดเพื่อให้ข้อมูลมีขนาดเล็ก จะส่งผลดีต่อความเร็วในการสื่อสาร และช่วยลดแบนด์วิดธ์ในระบบสื่อสารลงได้ ซึ่งเป็นเทคนิคสำคัญในการส่งผ่านข้อมูลมัลติมีเดีย ที่ประกอบด้วยข้อความ ออดิโอ และวีดีโอ

เป็นชั้นสื่อสารที่มุ่งเน้นการติดต่อกับผู้ใช้ อนุญาตให้ผู้ใช้สามารถเข้าถึงเครือข่ายได้ โดยจะมี User Interface เพื่อสนับสนุนงานบริการต่างๆ เช่น การส่งจดหมายอิเล็กทรอนิกส์ การเข้าถึงข้อมูลและถ่ายโอนข้อมูล และการบริการอื่นๆ

ชั้นที่ 7 Application Layer

Application Layer เป็น Layer ที่อยู๋ใกล้กับ Users มากที่สุด โดยจะเป็น Protocol ต่างๆที่ใช้ในการสื่อสารกับ Users เช่น HTTP, FTP, HTTPS นิยมใช้กับ Software เพื่อง่ายต่อการใช้งานและเข้าถึงกับ Users เช่น หาก Users ต้องการใช้ Protocol HTTP เพื่อท่องโลก Internet ก็จะใช้ Browser เช่น Firefox, Chrome, etc เพื่อเรียกใช้ Protocol ดังกล่าวนั่นเอง

ตัวอย่างงานบริการบนชั้น Application Layer

• การจัดการไฟล์ข้อมูล(File Transfer, Access and Management) เป็นซอฟร์แวร์ที่อนุญาตให้ผู้ใช้สามารถเข้าถึงไฟล์แบบระยะไกล เพื่อสามารถดำเนินการเกี่ยวกับไฟล์ รวมถึงการติดต่อโฮสต์คอมพิวเตอร์แบบระยะไกล เพื่อคัดลอกข้อมูลจากโฮสต์มายังเครื่องของตน
• การบริการอีเมล์(Mail Service) เป็นซอฟต์แวร์ที่นำมาใช้เพื่อรับส่งจดหมายอิเล็กทรอนิกส์หรืออีเมล์ และการจัดเก็บอีเมล์

อธิบาย OSI 7 Layers ในมุมมองของผู้ส่งข้อมูล-ผู้รับข้อมูล

OSI 7 Layers ก็คือระบบมาตรฐานกลาง ที่ทำให้เราเข้าทำให้ง่ายต่อการจัดการพัฒนา แก้ไขปัญหาอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ดังที่กล่าวไป อธิบายการทำงานง่ายๆ เบื้องต้นให้เห็นภาพก็คือ

OSI 7 Layers เปรียบเทียบกับ TCP/IP

TCP/IP หรือ Transmission Control Protocol / Internet Protocol เป็นชุดโปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้อุปกรณ์เครือข่ายที่สามารถเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ต ได้รับการพัฒนาโดย ARPANET ซึ่งมีการจัดเรียงอยู่ 4 Layers ทำให้สามารถเปรียบเทียบกับ OSI Model ได้ง่าย

ชั้น Application 

ชั้น Application ของ TCP/IP จะเสมือนรวมชั้น Application ชั้น Presentation และชั้น Session เข้าเป็นชั้นเดียวกันโดยมีหน้าที่เป็นส่วนในการติดต่อระหว่างผู้ใช้งานกับ ส่วนบริการต่างๆ เช่น การโอนย้านไฟล์ (FTP), การรับส่งจดหมายอิเล็กทรอนิกส์ (SMTP) หรือบริการในการควบคุมเครื่องระยะไกล (Telnet)

ตัวอย่างของ Protocol

• FTP (File Transfer Protocol) เป็นตัวให้บริการถ่ายโอนไฟล์ผ่านระบบเครือข่าย
• Telnet ให้บริการ การติดต่อคอมพิวเตอร์ระยะไกลในระบบเครือข่าย
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) ใช้บริการ E-mail
• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) ใช้บริการการแสดงเว็บ
• DNS (Domain Name System) ซึ่งใช้ในการแปลงข้อมูลชื่อเว็บเป็น IP Address
• SNMP (Simple Network Management Protocol) ซึ่งใช้ควบคุมดูแลเครือข่าย
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) ซึ่งใช้แจก IP Address ให้กับเครื่องลูกข่ายโดยอัตโนมัติ

ชั้น Transport 

ชั้น Transport ของ TCP/IP จะทำน้าที่เช่นเดียวกับ Transport ของ OSI Model คือ จัดเตรียมข้อมูลในการรับ-ส่ง เพื่อควบคุมการรับ-ส่งข้อมูลให้มีเสถียรภาพเชื่อถือได้ รวมทั้งการตัดแบ่งข้อมูลเป็นส่วนย่อย

ตัวอย่างของ Protocol

• TCP(Transmission Control Protocol) เป็นโปรโตคอลที่ทำงานในลักษณะ Connection Oriented โดยจะแบ่งข้อมูลเป็นส่วนย่อยๆ เพื่อส่งออกไปยังปลายทาง แล้วประกอบเป็นข้อมูลที่ถูกต้องตามเดิม หากมีข้อมูลบางส่วนขาดหายไป จะมีการแจ้งกลับ เพื่อให้ส่งไปใหม่ จึงเป็นการรับประกันว่าปลายทางจะได้รับข้อมูลที่สมบูรณ์ถูกต้องเสมอ
• UDP(User Datagram Protocol) เป็นโปรโตคอลที่ทำงานในลักษณะ Connectionless คือจะส่งข้อมูลออกไปโดยไม่มีการตรวจสอบย้อนกลับว่าปลายทางได้รับข้อมูลถูกต้องครบถ้วนหรือไม่ ดังนั้นข้อมูลที่ส่งไปจึงมีความสมบูรณ์ถูกต้องน้อยกว่า การส่งข้อมูลโดยใช้โปรโตคอล TCP แต่จะส่งได้รวดเร็วกว่าและใช้แบนด์วิดท์ (Bandwidth) ของช่องสัญญาณน้อยกว่า

ชั้น Internet 

ชั้น Internet จะทำหน้าที่เช่นเดียวกับชั้น Network ของ OSI Model ในการเลือกเส้นทางการส่งข้อมูลรวมทั้งสร้างสภาวะการเชื่อมต่อ และ สภาวะยกเลิกการเชื่อมต่อ

ตัวอย่างของ Protocol

• IP (Internet Protocol) เป็นโปรโตคอลในการเลือกเส้นทาง และเป็นโปรโตคอลหลักในการส่งข้อมูลในเครือข่าย
• ICMP (Internet Control Message Protocol) เป็นโปรโตคอลที่ใช้แจ้งเตือนเมื่อมีปัญหาในการับ-ส่งข้อมูล
• ARP (Address Resolution Protocol) เป็นโปรโตคอลที่ใช้ในการแปลงหมายเลข IP เป็นหมายเลข MAC Address ซึ่งเป็นหมายเลขประจำตัวทางฮาร์ดแวร์ของอุปกรณ์เครือข่าย

ชั้น Network Interface

ชั้น Network Interface จะทำหน้าที่แปลง IP Address เป็นหมายเลขประจำตัวทางฮาร์ดแวร์ของอุปกรณ์เครือข่าย เพื่อใช้ในการรับ-ส่งข้อมูลในระดับกายภาพ รวมทั้งการสร้างสัญญาณไฟฟ้าสำหรับการรับ-ส่งข้อมูลตามมาตรฐานทางฮาร์ดแวร์ที่ใช้ เช่น ระบบ อีเธอร์เน็ต หรือ โทเค็นริง ซึ่งจะคล้ายกับการรวม ชั้น Data Link และ ชั้น Physical ของ OSI Model เข้าด้วยกัน

ตัวอย่างของ Protocol

Ethernet, Token Ring, IEEE 802.3/202.2