يتم إنتاج النماذج التي تتصل بالنظام. النظرية: نموذج شبكة OSI. وظائف طبقة التطبيق لنموذج OSI

تم تطوير هذا النموذج في عام 1984 من قبل منظمة المعايير الدولية (ISO)، وكان يُطلق عليه في الأصل اسم Open Systems Interconnection، OSI.
نموذج التفاعل الأنظمة المفتوحة(في الواقع - نموذج لتفاعل الشبكة) هو معيار لتصميم اتصالات الشبكة ويفترض اتباع نهج متعدد الطبقات لبناء الشبكات.
يخدم كل مستوى من النموذج مراحل مختلفة من عملية التفاعل. من خلال التقسيم إلى طبقات، يسهل نموذج شبكة OSI على الأجهزة والبرامج العمل معًا. يقسم نموذج OSI وظائف الشبكة إلى سبع طبقات: التطبيق، والعرض التقديمي، والجلسة، والنقل، والشبكة، والارتباط، والمادية.

• الطبقة المادية(الطبقة المادية) - تحدد طريقة اتصال أجهزة الكمبيوتر فعليًا بالشبكة. تتمثل وظائف الأدوات التي تنتمي إلى هذا المستوى في تحويل البيانات الرقمية خطوة بخطوة إلى إشارات مرسلة عبر وسيط مادي (على سبيل المثال، عبر كابل)، بالإضافة إلى النقل الفعلي للإشارات.
• طبقة وصل البيانات(طبقة ربط البيانات) - هي المسؤولة عن تنظيم نقل البيانات بين المشتركين من خلال الطبقة المادية، وبالتالي، على هذا المستوى، يتم توفير وسائل العنونة التي تجعل من الممكن تحديد المرسل والمستلم بشكل فريد في مجموعة المشتركين بأكملها المتصلة بشبكة مشتركة خط الاتصال. تتضمن وظائف هذا المستوى أيضًا طلب الإرسال لغرض الاستخدام المتوازي لخط اتصال واحد من قبل عدة أزواج من المشتركين. بالإضافة إلى ذلك، توفر أدوات طبقة الارتباط التحقق من الأخطاء التي قد تحدث أثناء نقل البيانات بواسطة الطبقة المادية.
• طبقة الشبكة(طبقة الشبكة) - تضمن تسليم البيانات بين أجهزة الكمبيوتر في الشبكة، وهي عبارة عن ارتباط بين شبكات فعلية مختلفة. يفترض هذا المستوى وجود أدوات عنونة منطقية تسمح لك بتعريف جهاز كمبيوتر بشكل فريد في شبكة مترابطة. إحدى الوظائف الرئيسية التي تؤديها الأدوات على هذا المستوى هي النقل المستهدف للبيانات إلى مستلم محدد.
• طبقة النقل(طبقة النقل) - تقوم بنقل البيانات بين برنامجين يعملان عليهما أجهزة كمبيوتر مختلفةمع ضمان عدم وجود خسائر وازدواجية في المعلومات التي قد تنشأ نتيجة أخطاء الإرسال للطبقات السفلية. إذا كانت البيانات المرسلة عبر طبقة النقل مجزأة، فإن وسائل هذه الطبقة تضمن تجميع الأجزاء بالترتيب الصحيح.
• مستوى الجلسة (أو الجلسة).(طبقة الجلسة) - تسمح لبرنامجين بالحفاظ على اتصال طويل الأمد عبر الشبكة، وتسمى جلسة (جلسة) أو جلسة. تدير هذه الطبقة إنشاء الجلسة وتبادل المعلومات وإنهاء الجلسة. كما أنها مسؤولة عن المصادقة، وبالتالي تسمح فقط لمشتركين معينين بالمشاركة في الجلسة، وتوفر خدمات أمنية لتنظيم الوصول إلى معلومات الجلسة.
• طبقة العرض(طبقة العرض التقديمي) - تنفذ التحويل الوسيط لبيانات الرسائل الصادرة إلى تنسيق عام، والذي يتم توفيره عن طريق المستويات الأدنى، بالإضافة إلى التحويل العكسي للبيانات الواردة من تنسيق عام إلى تنسيق مفهوم للبرنامج المتلقي.
• طبقة التطبيقات(طبقة التطبيق) - توفر وظائف اتصال شبكية عالية المستوى، مثل نقل الملفات وإرسال رسائل البريد الإلكتروني وما إلى ذلك.

نموذج OSI بعبارات بسيطة

نماذج الشبكة. الجزء 1. OSI.

نموذج الشبكة المرجعية OSI

كما ذكرنا أعلاه، فإن نموذج الشبكة هو نموذج للتفاعل بين بروتوكولات الشبكة (المعايير)، وفي كل مستوى توجد بروتوكولات خاصة بها. إن سردها عملية مملة (وليس هناك أي معنى)، لذا من الأفضل أن ننظر إلى كل شيء باستخدام مثال، لأن سهولة استيعاب المادة تكون أعلى بكثير مع الأمثلة؛)

طبقة التطبيقات

المستوى التنفيذي

طبقة الجلسة

طبقة النقل

طبقة الشبكة

طبقة وصل البيانات

الطبقة المادية

خاتمة

ومرحبًا مرة أخرى، أيها الأصدقاء الأعزاء، سنفهم اليوم ما هو نموذج شبكة OSI وما هو المقصود منه في الواقع.

كما تفهم بالفعل، فإن الشبكات الحديثة معقدة للغاية، حيث تحدث العديد من العمليات المختلفة، ويتم تنفيذ مئات الإجراءات. من أجل تبسيط عملية وصف هذا التنوع من وظائف الشبكة (والأهم من ذلك، لتبسيط عملية التطوير الإضافي لهذه الوظائف)، جرت محاولات لهيكلتها. نتيجة للهيكلة، تم تنفيذ جميع الوظائف شبكة الكمبيوتر، مقسمة إلى عدة مستويات، كل منها مسؤول فقط عن مجموعة معينة من المهام المتخصصة للغاية. هنا يمكن مقارنة نموذج الشبكة بهيكل الشركة. وتنقسم الشركة إلى أقسام. يؤدي كل قسم وظائفه الخاصة، ولكن أثناء العمل يكون على اتصال مع الأقسام الأخرى.

فصل الوظائف باستخدام نموذج الشبكة

التفاعل بين طبقات نموذج شبكة OSI

العمل على بعض مستويات نموذج شبكة OSI

التواصل بين نظامين من منظور نموذج OSI

توضيح لمبدأ التغليف

مستويات نموذج تفاعل الأنظمة المفتوحة

طبقة التطبيق هي النقطة التي تتواصل من خلالها التطبيقات مع الشبكة (نقطة الدخول إلى نموذج OSI). باستخدام هذه الطبقة من نموذج OSI، يتم تنفيذ المهام التالية: إدارة الشبكة، وإدارة انشغال النظام، وإدارة نقل الملفات، وتحديد المستخدم من خلال كلمات المرور الخاصة به. ومن أمثلة البروتوكولات على هذا المستوى: HTTP، وSMTP، وRDP، وما إلى ذلك. في كثير من الأحيان، تؤدي بروتوكولات طبقة التطبيق وظائف بروتوكولات طبقة العرض التقديمي وطبقة الجلسة في نفس الوقت.

هذا المستوى مسؤول عن تنسيق عرض البيانات. بشكل تقريبي، يقوم بتحويل البيانات الواردة من طبقة التطبيق إلى تنسيق مناسب للإرسال عبر الشبكة (وبالتالي، يقوم بإجراء العملية العكسية، وتحويل المعلومات الواردة من الشبكة إلى تنسيق مناسب للمعالجة بواسطة التطبيقات).

في هذا المستوى يتم إنشاء وصيانة وإدارة جلسة الاتصال بين نظامين. هذا المستوى هو المسؤول عن الحفاظ على الاتصال بين الأنظمة طوال الفترة الزمنية التي يحدث خلالها تفاعلها.

تكون البروتوكولات الموجودة على هذا المستوى من نموذج شبكة OSI مسؤولة عن نقل البيانات من نظام إلى آخر. على هذا المستوى، يتم تقسيم كتل البيانات الكبيرة إلى كتل أصغر مناسبة للمعالجة بواسطة طبقة الشبكة (يتم دمج كتل صغيرة جدًا من البيانات في كتل أكبر)، ويتم تمييز هذه الكتل بشكل مناسب لاستعادتها لاحقًا في الطرف المتلقي. وأيضًا، عند استخدام البروتوكولات المناسبة، تكون هذه الطبقة قادرة على توفير التحكم في تسليم حزم طبقة الشبكة. عادةً ما تسمى كتلة البيانات التي يعمل عليها هذا المستوى بالقطعة. ومن أمثلة البروتوكولات على هذا المستوى: TCP، UDP، SPX، ATP، إلخ.

هذا المستوى مسؤول عن توجيه (تحديد المسارات المثلى من نظام إلى آخر) كتل البيانات لهذا المستوى. عادةً ما تسمى كتلة البيانات عند هذا المستوى بالحزمة. هذا المستوى مسؤول أيضًا عن العنونة المنطقية للأنظمة (نفس عناوين IP)، والتي يتم على أساسها إجراء التوجيه. تتضمن البروتوكولات في هذا المستوى: IP، IPX، وما إلى ذلك. وتشمل الأجهزة التي تعمل على هذا المستوى أجهزة التوجيه.

هذه الطبقة مسؤولة عن العنونة المادية لأجهزة الشبكة (عناوين MAC)، والتحكم في الوصول إلى الوسيط، وتصحيح الأخطاء التي ترتكبها الطبقة المادية. كتلة البيانات المستخدمة في مستوى الارتباطعادة ما يسمى الإطار. يتضمن هذا المستوى الأجهزة التالية: المفاتيح (ليس كلها)، الجسور، إلخ. التقنية النموذجية التي تستخدم هذا المستوى هي Ethernet.

ينقل نبضات بصرية أو كهربائية عبر وسيط نقل محدد. تشتمل الأجهزة من هذا المستوى على جميع أنواع أجهزة إعادة الإرسال والمحاور.

النموذج المرجعي OSI

من أجل الوضوح، تنقسم عملية الشبكة في النموذج المرجعي OSI إلى سبع طبقات. هذا البناء النظري يجعل المفاهيم المعقدة إلى حد ما أسهل للتعلم والفهم. في الجزء العلوي من نموذج OSI يوجد التطبيق الذي يحتاج إلى الوصول إلى موارد الشبكة، وفي الأسفل توجد بيئة الشبكة نفسها. ومع انتقال البيانات من طبقة إلى أخرى، تعمل البروتوكولات العاملة في تلك الطبقات على إعدادها تدريجيًا للإرسال عبر الشبكة. بمجرد وصولها إلى النظام المستهدف، تتحرك البيانات للأعلى عبر الطبقات، مع قيام البروتوكولات نفسها بتنفيذ نفس الإجراءات، ولكن بترتيب عكسي فقط. في عام 1983 المنظمة الدولية للمقاييس(المنظمة الدولية للمعايير ISO) و قطاع التقييسالاتصالات التابعة للاتحاد الدولي للاتصالات(قطاع تقييس الاتصالات في الاتحاد الدولي للاتصالات، ITU-T) نشر وثيقة "النموذج المرجعي الأساسي للتوصيل البيني للأنظمة المفتوحة"، والتي وصفت نموذجًا لتوزيع وظائف الشبكة بين 7 مستويات مختلفة (الشكل 7.1). كان من المفترض أن يشكل هذا الهيكل المكون من سبع طبقات الأساس لمجموعة بروتوكولات جديدة، لكن لم يتم تنفيذه مطلقًا في شكل تجاري. بدلاً من ذلك، يتم استخدام نموذج OSI مع مجموعات البروتوكولات الموجودة كأداة تدريب ومرجع. تسبق معظم البروتوكولات الشائعة اليوم تطوير نموذج OSI، لذا فهي لا تتوافق تمامًا مع هيكله المكون من سبع طبقات. في كثير من الأحيان، يجمع بروتوكول واحد بين وظائف مستويين أو حتى عدة مستويات من النموذج، وغالبًا ما لا تتوافق حدود البروتوكولات مع حدود طبقات OSI. ومع ذلك، يظل نموذج OSI أداة مساعدة بصرية ممتازة لفحص عمليات الشبكة، وغالبًا ما يربط المحترفون الوظائف والبروتوكولات بطبقات محددة.

تغليف البيانات

في الأساس، يتجلى تفاعل البروتوكولات التي تعمل على مستويات مختلفة من نموذج OSI في حقيقة أن كل بروتوكول يضيف عنوان(الرأس) أو (في حالة واحدة) جَرَّار(التذييل) إلى المعلومات التي تلقاها من المستوى أعلاه. على سبيل المثال، يقوم أحد التطبيقات بإنشاء طلب لمورد الشبكة. ينتقل هذا الطلب إلى أسفل مكدس البروتوكول. عندما تصل إلى طبقة النقل، تقوم البروتوكولات الموجودة في تلك الطبقة بإضافة رأسها الخاص إلى الطلب، والذي يتكون من حقول تحتوي على معلومات خاصة بوظائف هذا البروتوكول. يصبح الطلب الأصلي نفسه حقل بيانات (حمولة) لبروتوكول طبقة النقل. بعد إضافة رأسه، يقوم بروتوكول طبقة النقل بتمرير الطلب إلى طبقة الشبكة. يضيف بروتوكول طبقة الشبكة رأسه الخاص إلى رأس بروتوكول طبقة النقل. وبالتالي، بالنسبة لبروتوكول طبقة الشبكة، تصبح الحمولة هي الطلب الأصلي ورأس بروتوكول طبقة النقل. يصبح هذا البناء بأكمله هو الحمولة لبروتوكول طبقة الارتباط، الذي يضيف رأسًا ومقطورة إليه. نتيجة هذا النشاط هي حقيبة بلاستيكية(حزمة)، جاهزة للإرسال عبر الشبكة. عندما تصل الحزمة إلى وجهتها، يتم تكرار العملية في الاتجاه المعاكس. يقوم بروتوكول كل طبقة لاحقة من المكدس (الآن من الأسفل إلى الأعلى) بمعالجة وإزالة رأس البروتوكول المكافئ لنظام الإرسال. عند اكتمال العملية، يصل الطلب الأصلي إلى التطبيق المخصص له، بنفس الشكل الذي تم إنشاؤه به. تسمى عملية إضافة رؤوس للطلب (الشكل 1.8) التي تم إنشاؤها بواسطة التطبيق تغليف البيانات(تغليف البيانات). في جوهره، يشبه هذا الإجراء عملية إعداد خطاب لإرساله عبر البريد. الطلب هو الرسالة نفسها، وإضافة العناوين هي نفس وضع الرسالة في ظرف، وكتابة العنوان، وختمه، وإرساله فعليًا.

الطبقة المادية

عند أدنى مستوى لنموذج OSI - بدني(مادي) - يتم تحديد خصائص عناصر معدات الشبكة - بيئة الشبكة، طريقة التثبيت، نوع الإشارات المستخدمة لنقل البيانات الثنائية عبر الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، تحدد الطبقة المادية نوع محول الشبكة الذي يجب تثبيته على كل كمبيوتر ونوع المحور الذي سيتم استخدامه (إذا لزم الأمر). على المستوى المادي نحن نتعامل مع كابلات النحاس أو الألياف الضوئية أو أي منها اتصال لاسلكي. في شبكة LAN، ترتبط مواصفات الطبقة المادية بشكل مباشر ببروتوكول ربط البيانات المستخدم على الشبكة. بمجرد تحديد بروتوكول طبقة الارتباط، يجب عليك استخدام أحد مواصفات الطبقة المادية التي يدعمها هذا البروتوكول. على سبيل المثال، يدعم بروتوكول طبقة ارتباط Ethernet العديد من البروتوكولات خيارات مختلفةالطبقة المادية - أحد نوعين من الكابلات المحورية، أي زوج من الكابلات الملتوية، وكابلات الألياف الضوئية. يتم تشكيل معلمات كل خيار من هذه الخيارات من معلومات عديدة حول متطلبات الطبقة المادية، على سبيل المثال، نوع الكابل والموصلات، والطول المسموح به للكابلات، وعدد المحاور، وما إلى ذلك. يعد الامتثال لهذه المتطلبات ضروريًا التشغيل العادي للبروتوكولات. على سبيل المثال، في كابل طويل جدًا، قد لا يلاحظ نظام Ethernet تصادمات الحزم، وإذا كان النظام غير قادر على اكتشاف الأخطاء، فلن يتمكن من تصحيحها، مما يؤدي إلى فقدان البيانات. لا يتم تحديد كافة جوانب الطبقة المادية بواسطة معيار بروتوكول طبقة الارتباط. يتم تعريف بعضها بشكل منفصل. تم وصف إحدى مواصفات الطبقة المادية الأكثر استخدامًا في معيار كابلات الاتصالات للمباني التجارية، والمعروف باسم EIA/TIA 568A. يتم نشره بشكل مشترك المعهد الوطني الأمريكي في ستانالسهام(المعهد الوطني الأمريكي للمعايير، ANSI)، جمعيات منالصناعات الالكترونية(جمعية صناعة الإلكترونيات، EIA) و رابطة صناعة الاتصالات(رابطة صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية، TIA). المدرجة في هذه الوثيقة وصف تفصيليكابلات شبكات نقل البيانات في البيئات الصناعية، بما في ذلك الحد الأدنى للمسافة من مصادر التداخل الكهرومغناطيسي والقواعد الأخرى لوضع الكابلات. اليوم، غالبًا ما يُعهد بتمديد الكابلات في الشبكات الكبيرة إلى شركات متخصصة. يجب أن يكون المقاول المعين على دراية تامة بـ EIA/TIA 568A وغيرها من المستندات المماثلة، بالإضافة إلى قوانين بناء المدينة. عنصر اتصال آخر محدد في الطبقة المادية هو نوع الإشارة لنقل البيانات عبر وسيط الشبكة. بالنسبة للكابلات ذات القاعدة النحاسية، تكون هذه الإشارة عبارة عن شحنة كهربائية، أما بالنسبة لكابل الألياف الضوئية فهي عبارة عن نبضة ضوئية. قد تستخدم أنواع أخرى من بيئات الشبكات موجات الراديو ونبضات الأشعة تحت الحمراء وإشارات أخرى. بالإضافة إلى طبيعة الإشارات، يتم إنشاء مخطط إرسالها على المستوى المادي، أي الجمع الشحنات الكهربائيةأو نبضات ضوئية، تُستخدم لتشفير المعلومات الثنائية التي يتم إنشاؤها بواسطة الطبقات العليا. تستخدم أنظمة Ethernet نظام إشارات يُعرف باسم ترميز مانشستر(ترميز مانشستر)، ويتم استخدامه في أنظمة Token Ring التفاضليمانشسترمخطط (مانشستر التفاضلي).

طبقة وصل البيانات

بروتوكول قناةيضمن مستوى (رابط البيانات) تبادل المعلومات بين أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة وبرامج الشبكة. يقوم بإعداد البيانات المرسلة إليه بواسطة بروتوكول طبقة الشبكة لإرسالها إلى الشبكة، وينقل البيانات التي يتلقاها النظام من الشبكة إلى طبقة الشبكة. عند تصميم وبناء شبكة LAN، يعد بروتوكول طبقة الارتباط المستخدم هو العامل الأكثر أهمية في اختيار المعدات وكيفية تثبيتها. لتنفيذ بروتوكول طبقة الارتباط، يجب استخدام الأجهزة و برمجة: محولات واجهة الشبكة (إذا كان المحول جهازًا منفصلاً متصلاً بالحافلة، فإنه يُسمى بطاقة واجهة الشبكة أو ببساطة بطاقة الشبكة)؛ برامج تشغيل محول الشبكة؛ كابلات الشبكة (أو وسائط الشبكة الأخرى) ومعدات التوصيل المساعدة؛ محاور الشبكة (في بعض الحالات). تم تصميم كل من محولات الشبكة والمحاور لبروتوكولات طبقة الارتباط المحددة. تم تصميم بعض كابلات الشبكة أيضًا لبروتوكولات معينة، ولكن هناك أيضًا كابلات مناسبة لبروتوكولات مختلفة. بالطبع، اليوم (كما هو الحال دائمًا) بروتوكول طبقة الارتباط الأكثر شيوعًا هو Ethernet. Token Ring متأخرة كثيرًا، تليها بروتوكولات أخرى مثل FDDI (واجهة البيانات الموزعة بالألياف). هناك عادةً ثلاثة عناصر رئيسية مضمنة في مواصفات بروتوكول طبقة الارتباط: تنسيق الإطار (أي الرأس والمقطورة المضافة إلى بيانات طبقة الشبكة قبل الإرسال إلى الشبكة)؛ آلية للتحكم في الوصول إلى بيئة الشبكة؛ واحد أو أكثر من مواصفات الطبقة المادية المستخدمة مع بروتوكول معين.

تنسيق الإطار

يضيف بروتوكول طبقة الارتباط رأسًا ومقطورة إلى البيانات الواردة من بروتوكول طبقة الشبكة، ويحولها إلى إطار(الإطار) (الشكل 1.9). باستخدام تشبيه البريد مرة أخرى، فإن الرأس والمقطورة هما المظروف لإرسال الرسالة. أنها تحتوي على عناوين أنظمة إرسال واستقبال الحزمة. بالنسبة لبروتوكولات LAN مثل Ethernet وToken Ring، تكون هذه العناوين عبارة عن سلاسل سداسية عشرية مكونة من 6 بايت مخصصة لمحولات الشبكة في المصنع. يتم استدعاؤها، على عكس العناوين المستخدمة في المستويات الأخرى من نموذج OSI appa العناوين العسكرية(عنوان الجهاز) أو عناوين MAC (انظر أدناه).

ملحوظةتحتوي البروتوكولات الموجودة في طبقات مختلفة من نموذج OSI على أسماء مختلفة للهياكل التي تقوم بإنشائها عن طريق إضافة رأس إلى البيانات الواردة من بروتوكول أعلى. على سبيل المثال، ما يطلق عليه بروتوكول طبقة الارتباط إطارًا سيكون عبارة عن مخطط بيانات لطبقة الشبكة. الاسم الأكثر عمومية للوحدة الهيكلية للبيانات على أي مستوى هو حقيبة بلاستيكية.

من المهم أن نفهم أن بروتوكولات طبقة الارتباط توفر الاتصال فقط بين أجهزة الكمبيوتر الموجودة على نفس الشبكة المحلية (LAN). ينتمي عنوان الجهاز الموجود في الرأس دائمًا إلى جهاز كمبيوتر متصل بنفس الشبكة المحلية (LAN)، حتى لو كان النظام المستهدف موجودًا على شبكة مختلفة. الوظائف المهمة الأخرى لإطار طبقة الارتباط هي تحديد بروتوكول طبقة الشبكة الذي أنشأ البيانات الموجودة في الحزمة والمعلومات لاكتشاف الأخطاء. يمكن أن تستخدم طبقة الشبكة بروتوكولات مختلفة، لذا يتضمن إطار بروتوكول طبقة الارتباط عادةً رمزًا يمكن استخدامه لتحديد بروتوكول طبقة الشبكة الذي قام بإنشاء البيانات في تلك الحزمة. مسترشدًا بهذا الرمز، يقوم بروتوكول طبقة الارتباط للكمبيوتر المتلقي بإعادة توجيه البيانات إلى البروتوكول المقابل لطبقة الشبكة الخاصة به. للكشف عن الأخطاء، يقوم نظام الإرسال بالحساب دورية جديلة رمز زائدة عن الحاجة(فحص التكرار الدوري، CRC) للحمولة النافعة ويكتبها على مقطورة الإطار. بعد استلام الحزمة، يقوم الكمبيوتر المستهدف بإجراء نفس الحسابات ويقارن النتيجة بمحتويات المقطورة. إذا تطابقت النتائج، تم نقل المعلومات دون أخطاء. وإلا فإن المستلم يفترض أن الحزمة تالفة ولا يقبلها.

التحكم بالوصول إلى وسائط الإعلام

عادةً ما تشترك أجهزة الكمبيوتر الموجودة على شبكة LAN في وسيط شبكة أحادي الاتجاه. في هذه الحالة، من الممكن أن يبدأ جهازي كمبيوتر في إرسال البيانات في وقت واحد. في مثل هذه الحالات، يحدث نوع من تصادم الحزم، الاصطدام(الاصطدام)، حيث يتم فقدان البيانات الموجودة في كلا الحزمتين. إحدى الوظائف الرئيسية لبروتوكول طبقة ربط البيانات هي التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC)، أي التحكم في نقل البيانات بواسطة كل كمبيوتر وتقليل تصادمات الحزم. تعد آلية التحكم في الوصول إلى الوسائط إحدى أهم خصائص بروتوكول طبقة الارتباط. تستخدم شبكة Ethernet آلية مع استشعار الناقل واكتشاف الاصطدام (الوصول المتعدد لتحسس الناقل مع اكتشاف التصادم، CSMA/CD) للتحكم في الوصول إلى الوسيط. تستخدم بعض البروتوكولات الأخرى، مثل Token Ring، تمرير الرمز المميز.

مواصفات الطبقة المادية

غالبًا ما تدعم بروتوكولات طبقة الارتباط المستخدمة في الشبكات المحلية (LAN) أكثر من وسيط شبكة واحد، ويتم تضمين واحد أو أكثر من مواصفات الطبقة المادية في معيار البروتوكول. يرتبط ارتباط البيانات والطبقات المادية ارتباطًا وثيقًا لأن خصائص وسيط الشبكة تؤثر بشكل كبير على كيفية تحكم البروتوكول في الوصول إلى الوسيط. لذلك يمكننا أن نقول ذلك في الشبكات المحليةتؤدي بروتوكولات طبقة الارتباط أيضًا وظائف الطبقة المادية. في الشبكات العالميةيتم استخدام بروتوكولات طبقة الارتباط التي لا تتضمن معلومات الطبقة المادية، على سبيل المثال، SLIP (بروتوكول إنترنت الخط التسلسلي) وPPP (بروتوكول نقطة إلى نقطة).

طبقة الشبكة

للوهلة الأولى قد يبدو ذلك شبكةتقوم طبقة (الشبكة) بتكرار بعض وظائف طبقة ارتباط البيانات. ولكن هذا غير صحيح: بروتوكولات طبقة الشبكة هي "المسؤولة" عن ذلك نهاية إلى نهايةالاتصالات (من طرف إلى طرف)، بينما تعمل بروتوكولات طبقة الارتباط فقط داخل شبكة LAN. بمعنى آخر، تضمن بروتوكولات طبقة الشبكة بشكل كامل نقل الحزمة من المصدر إلى النظام الهدف. اعتمادًا على نوع الشبكة، قد يكون المرسل والمستلم على نفس الشبكة المحلية (LAN)، أو على شبكات محلية مختلفة داخل نفس المبنى، أو على شبكات محلية مفصولة بآلاف الكيلومترات. على سبيل المثال، عندما تتواصل مع خادم على الإنترنت، فإن الحزم التي ينشئها جهاز الكمبيوتر الخاص بك تمر عبر عشرات الشبكات في طريقها إليها. سيتغير بروتوكول طبقة الارتباط عدة مرات لاستيعاب هذه الشبكات، لكن بروتوكول طبقة الشبكة سيظل كما هو طوال الطريق. حجر الزاوية في مجموعة بروتوكولات TCP/IP (بروتوكول التحكم في الإرسال/بروتوكول الإنترنت) وبروتوكول طبقة الشبكة الأكثر استخدامًا هو بروتوكول الإنترنت (IP). Novell NetWare لها خاصيتها بروتوكول الشبكة IPX (تبادل حزم الإنترنت)، وفي الشبكات الصغيرة مايكروسوفت ويندوزعادةً ما يتم استخدام بروتوكول NetBEUI (واجهة المستخدم المحسنة لـ NetBIOS). يتم تحديد معظم الوظائف المخصصة لطبقة الشبكة من خلال إمكانيات بروتوكول IP. مثل بروتوكول طبقة الارتباط، يضيف بروتوكول طبقة الشبكة رأسًا إلى البيانات التي يتلقاها من طبقة أعلى (الشكل 1.10). يتكون عنصر البيانات الذي تم إنشاؤه بواسطة بروتوكول طبقة الشبكة من بيانات طبقة النقل ورأس طبقة الشبكة ويسمى مخطط البيانات(مخطط البيانات).

معالجة

يحتوي رأس بروتوكول طبقة الشبكة، مثل رأس بروتوكول طبقة الارتباط، على حقول تحتوي على عناوين أنظمة المصدر والهدف. ومع ذلك، في هذه الحالة، ينتمي عنوان نظام الوجهة إلى الوجهة النهائية للحزمة وقد يختلف عن عنوان الوجهة الموجود في رأس بروتوكول طبقة الارتباط. على سبيل المثال، عندما تكتب عنوان موقع ويب في شريط عنوان المتصفح الخاص بك، تحدد الحزمة التي تم إنشاؤها بواسطة جهاز الكمبيوتر الخاص بك عنوان النظام المستهدف على مستوى الشبكة كعنوان خادم الويب، بينما يحدد العنوان في طبقة الارتباط لجهاز التوجيه الموجود على شبكة LAN الخاصة بك والتي توفر الوصول إلى الإنترنت. يستخدم IP نظام العنونة الخاص به، وهو مستقل تمامًا عن عناوين طبقة الارتباط. يتم تعيين 32 بت لكل كمبيوتر على شبكة IP يدويًا أو تلقائيًا عنوان IPلتحديد كل من الكمبيوتر نفسه والشبكة التي يوجد عليها. في IPX، يتم استخدام عنوان الجهاز لتعريف الكمبيوتر نفسه، بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام عنوان خاص لتعريف الشبكة التي يوجد عليها الكمبيوتر. يقوم NetBEUI بتمييز أجهزة الكمبيوتر بواسطة أسماء NetBIOS المخصصة لكل نظام أثناء التثبيت.

التجزئة

يجب أن تعبر مخططات بيانات طبقة الشبكة شبكات متعددة في طريقها إلى وجهتها، وتواجه الخصائص والقيود المحددة لبروتوكولات طبقة الارتباط المختلفة. أحد هذه القيود هو الحد الأقصى لحجم الحزمة الذي يسمح به البروتوكول. على سبيل المثال، يمكن أن يصل حجم إطار Token Ring إلى 4500 بايت، بينما يمكن أن يصل حجم إطارات Ethernet إلى 1500 بايت. عندما يتم إرسال مخطط بيانات كبير تم إنشاؤه في شبكة Token Ring إلى شبكة Ethernet، يجب أن يقوم بروتوكول طبقة الشبكة بتقسيمه إلى عدة أجزاء لا يزيد حجمها عن 1500 بايت. هذه العملية تسمى التجزئة(التجزئة). أثناء عملية التجزئة، يقوم بروتوكول طبقة الشبكة بتقسيم مخطط البيانات إلى أجزاء، يتوافق حجمها مع إمكانيات بروتوكول طبقة ارتباط البيانات المستخدم. يصبح كل جزء حزمة مستقلة ويستمر في طريقه إلى نظام طبقة الشبكة المستهدفة. يتم تشكيل مخطط البيانات المصدر فقط بعد وصول جميع الأجزاء إلى الوجهة. في بعض الأحيان، في الطريق إلى النظام المستهدف، يجب إعادة تجزئة الأجزاء التي تم تقسيم مخطط البيانات إليها.

التوجيه

التوجيه(التوجيه) هو عملية اختيار المسار الأكثر كفاءة على الإنترنت لنقل مخططات البيانات من نظام الإرسال إلى نظام الاستقبال. في الشبكات البينية المعقدة، مثل الإنترنت أو الكبيرة شبكات الشركات، غالبًا ما تكون هناك عدة طرق للانتقال من كمبيوتر إلى آخر. يقوم مصممو الشبكات عن عمد بإنشاء روابط زائدة عن الحاجة حتى تتمكن حركة المرور من العثور على طريقها إلى وجهتها حتى في حالة فشل أحد أجهزة التوجيه. تُستخدم أجهزة التوجيه لتوصيل شبكات LAN الفردية التي تعد جزءًا من الإنترنت. الغرض من جهاز التوجيه هو قبول حركة المرور الواردة من شبكة واحدة وإعادة توجيهها إلى نظام معين على شبكة أخرى. هناك نوعان من الأنظمة على شبكات الإنترنت: صالة(أنظمة النهاية) و متوسط(الأنظمة الوسيطة). الأنظمة النهائية هي مرسلون ومستقبلون للحزم. جهاز التوجيه هو نظام وسيط. تستخدم الأنظمة النهائية جميع الطبقات السبع لنموذج OSI، في حين أن الحزم التي تصل إلى الأنظمة المتوسطة لا ترتفع فوق طبقة الشبكة. هناك، يقوم جهاز التوجيه بمعالجة الحزمة وإرسالها إلى أسفل المكدس لنقلها إلى النظام الهدف التالي (الشكل 1.11).

لتوجيه الحزمة إلى الهدف بشكل صحيح، تقوم أجهزة التوجيه بتخزين الجداول التي تحتوي على معلومات الشبكة في الذاكرة. يمكن للمسؤول إدخال هذه المعلومات يدويًا أو جمعها تلقائيًا من أجهزة التوجيه الأخرى باستخدام بروتوكولات متخصصة. يتضمن الإدخال النموذجي لجدول التوجيه عنوان شبكة أخرى وعنوان جهاز التوجيه الذي يجب أن تنتقل الحزم من خلاله إلى تلك الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي عنصر جدول التوجيه على مقياس الطريق -التقييم المشروط لفعاليته. إذا كانت هناك مسارات متعددة إلى النظام، فإن جهاز التوجيه يختار المسار الأكثر كفاءة ويرسل مخطط البيانات إلى طبقة ارتباط البيانات لنقلها إلى جهاز التوجيه المحدد في إدخال الجدول بأفضل قياس. في الشبكات الكبيرة، يمكن أن يكون التوجيه عملية معقدة بشكل غير عادي، ولكن في أغلب الأحيان يتم ذلك تلقائيًا دون أن يلاحظها أحد من قبل المستخدم.

تعريف بروتوكول طبقة النقل

مثلما يحدد رأس طبقة الارتباط بروتوكول طبقة الشبكة الذي أنشأ البيانات ونقلها، فإن رأس طبقة الشبكة يحتوي على معلومات حول بروتوكول طبقة النقل الذي تم تلقي البيانات منه. واستنادًا إلى هذه المعلومات، يقوم نظام الاستقبال بإعادة توجيه مخططات البيانات الواردة إلى بروتوكول طبقة النقل المناسب.

طبقة النقل

الوظائف التي تؤديها البروتوكولات ينقلطبقة (النقل)، تكمل وظائف بروتوكولات طبقة الشبكة. غالبًا ما تشكل بروتوكولات هذه الطبقات المستخدمة لنقل البيانات زوجًا مترابطًا، كما يمكن رؤيته في مثال TCP/IP: يعمل بروتوكول TCP على مستوى النقل، IP - على الشبكة. تحتوي معظم مجموعات البروتوكولات على بروتوكولين أو أكثر من بروتوكولات طبقة النقل التي تؤدي وظائف مختلفة. بديل لـ TCP هو UDP (بروتوكول مخطط بيانات المستخدم). تتضمن مجموعة بروتوكولات IPX أيضًا العديد من بروتوكولات طبقة النقل، بما في ذلك NCP (بروتوكول NetWare Core) وSPX (تبادل الحزم المتسلسل). الفرق بين بروتوكولات طبقة النقل من مجموعة معينة هو أن بعضها موجه للاتصال والبعض الآخر ليس كذلك. الأنظمة التي تستخدم البروتوكول موجه نحو الاتصال(موجهة نحو الاتصال)، قبل إرسال البيانات، يقومون بتبادل الرسائل لإقامة اتصال مع بعضهم البعض. وهذا يضمن تشغيل الأنظمة وجاهزيتها للانطلاق. بروتوكول TCP، على سبيل المثال، موجه نحو الاتصال. عند الاتصال بخادم الإنترنت باستخدام متصفح، يقوم المتصفح والخادم أولاً بإجراء ما يسمى مصافحة ثلاثية الخطوات(ثلاثة طريقة المصافحة). فقط بعد ذلك يقوم المتصفح بإرسال عنوان صفحة الويب المطلوبة إلى الخادم. عند اكتمال نقل البيانات، تقوم الأنظمة بنفس المصافحة لإنهاء الاتصال. بالإضافة إلى ذلك، تنفذ البروتوكولات الموجهة للاتصال إجراءات إضافية، مثل إرسال إشارة إقرار الحزمة، وتجزئة البيانات، والتحكم في التدفق، واكتشاف الأخطاء وتصحيحها. عادة، يتم استخدام هذا النوع من البروتوكولات لنقل كميات كبيرة من المعلومات التي يجب ألا تحتوي على خطأ واحد، مثل ملفات البيانات أو البرامج. تضمن الميزات الإضافية للبروتوكولات الموجهة للاتصال نقل البيانات بشكل صحيح. ولهذا السبب يتم استدعاء هذه البروتوكولات غالبًا موثوق(موثوق). الموثوقية في هذه الحالة هي مصطلح تقني ويعني أنه يتم فحص كل حزمة مرسلة بحثًا عن الأخطاء، ويتم إخطار النظام المرسل بتسليم كل حزمة. عيب هذا النوع من البروتوكول هو الكمية الكبيرة من بيانات التحكم المتبادلة بين النظامين. أولاً، يتم إرسال رسائل إضافية عند إنشاء الاتصال وإنهائه. ثانيًا، يكون الرأس المضاف إلى الحزمة بواسطة بروتوكول موجه للاتصال أكبر بكثير من رأس البروتوكول بدون اتصال. على سبيل المثال، العنوان بروتوكول TCPيستغرق /IP 20 بايت ويأخذ رأس UDP 8 بايت. بروتوكول، ليس موجها للاتصال(بدون اتصال)، لا ينشئ اتصالاً بين نظامين قبل نقل البيانات. يقوم المرسل ببساطة بنقل المعلومات إلى النظام المستهدف دون القلق بشأن ما إذا كان مستعدًا لقبول البيانات أو ما إذا كان النظام موجودًا بالفعل. عادة، تلجأ الأنظمة إلى بروتوكولات غير متصلة مثل UDP للمعاملات القصيرة التي تتكون من الطلبات وإشارات الاستجابة فقط. تعمل إشارة الاستجابة من جهاز الاستقبال ضمنيًا كإشارة إقرار بالإرسال.

ملحوظةلا تقتصر البروتوكولات الموجهة للاتصال وغير المتصلة على طبقة النقل. على سبيل المثال، لا تكون بروتوكولات طبقة الشبكة عادةً موجهة نحو الاتصال، لأنها تعتمد على طبقة النقل لضمان موثوقية الاتصال.

عادةً ما تحتوي بروتوكولات طبقة النقل (وكذلك طبقات الشبكة وارتباط البيانات) على معلومات من طبقات أعلى. على سبيل المثال، تتضمن رؤوس TCP وUDP أرقام المنافذ التي تحدد التطبيق الذي أنشأ الحزمة والتطبيق الذي تم توجيهها إليه. على حصة(الجلسة)، يبدأ تناقض كبير بين البروتوكولات المستخدمة فعليًا ونموذج OSI. على عكس الطبقات السفلية، لا توجد بروتوكولات مخصصة لطبقة الجلسة. يتم دمج وظائف هذه الطبقة في البروتوكولات التي تؤدي أيضًا وظائف الطبقات التمثيلية والتطبيقية. تعد طبقات النقل والشبكة ورابط البيانات والطبقات المادية مسؤولة عن النقل الفعلي للبيانات عبر الشبكة. بروتوكولات الجلسة والمستويات الأعلى ليس لها علاقة بعملية الاتصال. تتضمن طبقة الجلسة 22 خدمة، العديد منها يحدد كيفية تبادل المعلومات بين الأنظمة الموجودة على الشبكة. وأهم الخدمات هي إدارة الحوار وفصل الحوار. يسمى تبادل المعلومات بين نظامين على الشبكة حوار(حوار). إدارة الحوار(التحكم في الحوار) يتكون من اختيار الوضع الذي ستتبادل فيه الأنظمة الرسائل. هناك وضعان من هذا القبيل: نصف المزدوجة(بديل ثنائي الاتجاه، TWA) و دوبلكس(في اتجاهين متزامن، TWS). في الوضع أحادي الاتجاه، يقوم النظامان أيضًا بإرسال الرموز المميزة مع البيانات. لا يمكن نقل المعلومات إلا إلى جهاز كمبيوتر يحتوي على هذه اللحظةهناك علامة. وهذا يتجنب تضارب الرسائل على طول الطريق. النموذج المزدوج أكثر تعقيدًا. لا توجد علامات فيه؛ يمكن لكلا النظامين نقل البيانات في أي وقت، حتى في وقت واحد. تقسيم الحوار(فصل الحوار) يتكون من التضمين في دفق البيانات نقاط المراقبة(نقاط التفتيش) التي تسمح بمزامنة تشغيل نظامين. وتعتمد درجة صعوبة تقسيم الحوار على الطريقة التي يتم بها. في الوضع أحادي الاتجاه، تقوم الأنظمة بإجراء مزامنة بسيطة عن طريق تبادل رسائل نقاط التفتيش. في وضع الازدواج الكامل، تقوم الأنظمة بإجراء مزامنة كاملة باستخدام الرمز الرئيسي/النشط.

المستوى التنفيذي

على ممثلتؤدي طبقة العرض وظيفة واحدة: ترجمة بناء الجملة بين أنظمة مختلفة. في بعض الأحيان، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الشبكة صيغًا مختلفة. تسمح لهم الطبقة التمثيلية "بالموافقة" على بناء جملة مشترك لتبادل البيانات. عند إنشاء اتصال في طبقة العرض التقديمي، تتبادل الأنظمة الرسائل حول تركيبات الجملة الموجودة لديها وتختار الجملة التي ستستخدمها أثناء الجلسة. كلا النظامين المشاركين في الاتصال لديهم خلاصةبناء الجملة(بناء الجملة المجرد) هو شكل الاتصال "الأصلي". قد تختلف تركيبات الجملة المجردة لمنصات الكمبيوتر المختلفة. أثناء عملية تنسيق النظام، أمر شائع بناء جملة النقلبيانات(بناء الجملة). يقوم نظام الإرسال بتحويل تركيبه المجرد إلى بناء جملة نقل البيانات، ويقوم نظام الاستقبال، عند اكتمال النقل، بالعكس. إذا لزم الأمر، يمكن للنظام تحديد بناء جملة نقل البيانات مع وظائف اضافيهعلى سبيل المثال، ضغط البيانات أو تشفيرها.

طبقة التطبيقات

طبقة التطبيق هي نقطة الدخول التي من خلالها تصل البرامج إلى نموذج OSI وموارد الشبكة. توفر معظم بروتوكولات طبقة التطبيقات خدمات الوصول إلى الشبكة. على سبيل المثال، باستخدام بروتوكول SMTP (بروتوكول نقل البريد البسيط)، فإن معظم البرامج بريد إلكترونيتستخدم لإرسال الرسائل. بروتوكولات طبقة التطبيقات الأخرى، مثل FTP (بروتوكول نقل الملفات)، هي في حد ذاتها برامج. تتضمن بروتوكولات طبقة التطبيق غالبًا وظائف طبقة الجلسة والعرض التقديمي. ونتيجة لذلك، تحتوي حزمة البروتوكول النموذجية على أربعة بروتوكولات منفصلة تعمل في طبقات التطبيق والنقل والشبكة وارتباط البيانات.

هذه المادة مخصصة للمرجع نموذج شبكة OSI ذو سبع طبقات. ستجد هنا إجابة السؤال لماذا يحتاج مسؤولو النظام إلى فهم نموذج الشبكة هذا، وسيتم النظر في جميع المستويات السبعة للنموذج، وسوف تتعلم أيضًا أساسيات نموذج TCP/IP، الذي تم بناؤه على أساس النموذج المرجعي OSI

عندما بدأت في الانخراط في مختلف تقنيات تكنولوجيا المعلومات وبدأت العمل في هذا المجال، بالطبع، لم أكن أعرف أي نموذج، لم أفكر فيه حتى، لكن أخصائي أكثر خبرة نصحني بالدراسة، أو بدلاً من ذلك، افهم هذا النموذج ببساطة، مضيفًا أن " إذا فهمت جميع مبادئ التفاعل، فسيكون من الأسهل بكثير إدارة الشبكة وتكوينها وحل جميع أنواع الشبكات والمشكلات الأخرى" لقد استمعت إليه بالطبع وبدأت في البحث في الكتب والإنترنت ومصادر المعلومات الأخرى، وفي نفس الوقت التحقق من وجوده. الشبكة الموجودة، هل هذا كله صحيح حقًا؟

في العالم الحديثلقد وصل تطوير البنية التحتية للشبكة إلى مستوى عالٍ لدرجة أنه بدون بناء شبكة صغيرة، لا يمكن لأي مؤسسة ( بما في ذلك وصغيرة) لن يكون قادرًا على الوجود بشكل طبيعي، لذلك أصبح الطلب على مسؤولي النظام متزايدًا. ومن أجل بناء وتكوين عالي الجودة لأي شبكة، مدير النظاميجب أن تفهم مبادئ النموذج المرجعي OSI، فقط حتى تتمكن من تعلم كيفية فهم تفاعل تطبيقات الشبكة، وفي الواقع مبادئ نقل بيانات الشبكة، سأحاول تقديم هذه المادة بطريقة يسهل الوصول إليها حتى للمسؤولين المبتدئين.

نموذج شبكة OSI (النموذج المرجعي الأساسي للتوصيل البيني للأنظمة المفتوحة) هو نموذج مجرد لكيفية تفاعل أجهزة الكمبيوتر والتطبيقات والأجهزة الأخرى على الشبكة. باختصار، جوهر هذا النموذج هو أن منظمة ISO ( المنظمة الدولية للمقاييس) وضع معيارًا لتشغيل الشبكة بحيث يمكن للجميع الاعتماد عليه، وكان هناك توافق لجميع الشبكات والتفاعل فيما بينها. يعد TCP/IP أحد أكثر بروتوكولات اتصالات الشبكة شيوعًا والمستخدمة في جميع أنحاء العالم، وهو مبني على أساس نموذج مرجعي.

حسناً، لننتقل مباشرة إلى مستويات هذا النموذج نفسه، ولنتعرف أولاً على الصورة العامة لهذا النموذج في سياق مستوياته.

الآن دعونا نتحدث بمزيد من التفصيل عن كل مستوى، فمن المعتاد وصف مستويات النموذج المرجعي من أعلى إلى أسفل، وعلى طول هذا المسار يحدث التفاعل، على جهاز كمبيوتر واحد من أعلى إلى أسفل، وعلى الكمبيوتر حيث تكون البيانات يتم استلامها من الأسفل إلى الأعلى، أي. تمر البيانات عبر كل مستوى بالتسلسل.

وصف مستويات نموذج الشبكة

طبقة التطبيق (7) (طبقة التطبيقات) هي نقطة البداية والنهاية في نفس الوقت للبيانات التي تريد إرسالها عبر الشبكة. هذه الطبقة مسؤولة عن تفاعل التطبيقات عبر الشبكة، أي. تتواصل التطبيقات في هذه الطبقة. هذا هو أعلى مستوى وعليك أن تتذكره عند حل المشكلات التي تنشأ.

HTTP، POP3، SMTP، FTP، TELNETو اخرين. بمعنى آخر، يرسل التطبيق 1 طلبًا إلى التطبيق 2 باستخدام هذه البروتوكولات، ولمعرفة أن التطبيق 1 أرسل الطلب إلى التطبيق 2، يجب أن يكون هناك اتصال بينهما، وهو البروتوكول المسؤول عن ذلك اتصال.

طبقة العرض (6)- هذه الطبقة مسؤولة عن تشفير البيانات بحيث يمكن نقلها لاحقًا عبر الشبكة وبالتالي تحويلها مرة أخرى حتى يفهم التطبيق هذه البيانات. بعد هذا المستوى، تصبح بيانات المستويات الأخرى هي نفسها، أي. بغض النظر عن نوع البيانات، سواء كانت كذلك وثيقة كلمةأو رسالة البريد الإلكتروني.

تعمل البروتوكولات التالية على هذا المستوى: RDP، LPP، NDRو اخرين.

مستوى الجلسة (5)- مسؤول عن الحفاظ على الجلسة بين عمليات نقل البيانات، أي. وتختلف مدة الجلسة حسب البيانات التي يتم نقلها، لذا يجب الحفاظ عليها أو إنهائها.

تعمل البروتوكولات التالية على هذا المستوى: أسب، L2TP، PPTPو اخرين.

طبقة النقل (4)- مسؤول عن موثوقية نقل البيانات. كما أنه يقسم البيانات إلى شرائح ويجمعها مرة أخرى عندما تأتي البيانات بأحجام مختلفة. هناك بروتوكولان معروفان على هذا المستوى: TCP وUDP. يضمن بروتوكول TCP تسليم البيانات بالكامل، لكن بروتوكول UDP لا يضمن ذلك، ولهذا السبب يتم استخدامها لأغراض مختلفة.

طبقة الشبكة (3)- وهو مصمم لتحديد المسار الذي يجب أن تسلكه البيانات. تعمل أجهزة التوجيه على هذا المستوى. وهو مسؤول أيضًا عن: ترجمة العناوين والأسماء المنطقية إلى عناوين فعلية، وتحديد طريق قصير، والتبديل والتوجيه، ومراقبة مشاكل الشبكة. وعلى هذا المستوى يعمل بروتوكول IPوبروتوكولات التوجيه، على سبيل المثال. مزق، OSPF.

طبقة الارتباط (2)- يوفر التفاعل على المستوى المادي؛ على هذا المستوى، عناوين ماكأجهزة الشبكة، ويتم أيضًا مراقبة الأخطاء وتصحيحها هنا، أي. يرسل إعادة طلب للإطار التالف.

الطبقة المادية (1)– هذا هو التحويل المباشر لجميع الإطارات إلى نبضات كهربائية والعكس صحيح. بعبارة أخرى انتقال جسديبيانات. إنهم يعملون على هذا المستوى محاور.

هذا ما تبدو عليه عملية نقل البيانات بأكملها من وجهة نظر هذا النموذج. فهو مرجع وموحد ولذلك يعتمد عليه الآخرون تقنيات الشبكةوالنماذج على وجه الخصوص نموذج TCP/IP.

نموذج TCP IP

نموذج TCP/IPيختلف قليلاً عن نموذج OSI، ولنكون أكثر تحديدًا، يجمع هذا النموذج بعض مستويات نموذج OSI ويوجد 4 منها فقط:

• مُطبَّق؛
• ينقل؛
• شبكة؛
• قناة.

توضح الصورة الفرق بين النموذجين، كما توضح مرة أخرى المستويات التي تعمل بها البروتوكولات المعروفة.

يمكننا الحديث عن نموذج شبكة OSI وبالتحديد عن تفاعل أجهزة الكمبيوتر على الشبكة لفترة طويلة ولن يصلح مقال واحد، وسيكون غير واضح بعض الشيء، لذلك حاولت هنا تقديم أساس هذا النموذج ووصف لجميع المستويات. الشيء الرئيسي هو أن تفهم أن كل هذا صحيح حقًا وأن الملف الذي أرسلته عبر الشبكة يمر ببساطة " ضخم"قبل الوصول إلى المستخدم النهائي، ولكن هذا يحدث بسرعة كبيرة بحيث لا تلاحظه، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى تقنيات الشبكة المتقدمة.

آمل أن يساعدك كل هذا على فهم التفاعل بين الشبكات.

إن عالم تكنولوجيا المعلومات الحديث عبارة عن هيكل ضخم ومتفرع يصعب فهمه. لتبسيط الفهم وتحسين تصحيح الأخطاء حتى في مرحلة تصميم البروتوكولات والأنظمة، تم استخدام بنية معيارية. من الأسهل علينا معرفة أن المشكلة تكمن في شريحة الفيديو عندما تكون بطاقة الفيديو جهازًا منفصلاً عن بقية الأجهزة. أو لاحظ وجود مشكلة في قسم منفصل من الشبكة، بدلاً من تجريف الشبكة بأكملها.

يتم أيضًا إنشاء طبقة منفصلة من تكنولوجيا المعلومات - الشبكة - بشكل نمطي. يُطلق على نموذج تشغيل الشبكة اسم نموذج الشبكة المرجعي الأساسي لربط الأنظمة المفتوحة ISO/OSI. باختصار - نموذج OSI.

يتكون نموذج OSI من 7 طبقات. يتم تجريد كل مستوى من المستويات الأخرى ولا يعرف شيئًا عن وجودها. يمكن مقارنة نموذج OSI بهيكل السيارة: يقوم المحرك بعمله عن طريق إنشاء عزم الدوران ونقله إلى علبة التروس. المحرك لا يهتم بما يحدث بعد ذلك مع عزم الدوران هذا. هل سيدور عجلة أم يرقة أم مروحة؟ تمامًا مثل العجلة، لا يهم من أين يأتي عزم الدوران هذا - من المحرك أو المقبض الذي يديره الميكانيكي.

هنا نحتاج إلى إضافة مفهوم الحمولة. كل مستوى يحمل كمية معينة من المعلومات. بعض هذه المعلومات مملوكة لهذا المستوى، على سبيل المثال، العنوان. عنوان IP الخاص بالموقع لا يزودنا بأي معلومات مفيدة. نحن نهتم فقط بالقطط التي يعرضها لنا الموقع. لذلك يتم نقل هذه الحمولة في ذلك الجزء من الطبقة الذي يسمى وحدة بيانات البروتوكول (PDU).

طبقات نموذج OSI

دعونا نلقي نظرة على كل مستوى من مستويات نموذج OSI بمزيد من التفاصيل.

المستوى 1.بدني ( بدني). وحدة التحميل ( PDU) هنا هو الشيء. الطبقة المادية لا تعرف شيئًا سوى الآحاد والأصفار. على هذا المستوى، تعمل الأسلاك ولوحات التصحيح ومحاور الشبكة (محاور يصعب الآن العثور عليها في شبكاتنا المعتادة) ومحولات الشبكة. إنها محولات الشبكة ولا شيء آخر من الكمبيوتر. نفسي محول الشبكةيستقبل سلسلة من البتات ويرسلها إلى أبعد من ذلك.

المستوي 2.قناة ( وصلة البيانات). PDU - الإطار ( إطار). تظهر المعالجة على هذا المستوى. العنوان هو عنوان MAC. طبقة الارتباط مسؤولة عن تسليم الإطارات إلى المستلم وسلامتها. في الشبكات التي نعرفها، يعمل بروتوكول ARP على مستوى الارتباط. تعمل عنونة المستوى الثاني فقط ضمن مقطع شبكة واحد ولا تعرف أي شيء عن التوجيه - ويتم التعامل مع هذا من خلال مستوى أعلى. وفقًا لذلك، فإن الأجهزة التي تعمل على L2 هي المحولات والجسور وبرنامج تشغيل محول الشبكة.

مستوى 3.شبكة ( شبكة). حزمة PDU ( رزمة). البروتوكول الأكثر شيوعًا (لن أتحدث أكثر عن "الأكثر شيوعًا" - هذه المقالة مخصصة للمبتدئين، وكقاعدة عامة، لا يواجهون أي شيء غريب) هنا هو IP. تتم المعالجة باستخدام عناوين IP، والتي تتكون من 32 بت. يتم توجيه البروتوكول، أي أن الحزمة يمكن أن تصل إلى أي جزء من الشبكة من خلال عدد معين من أجهزة التوجيه. تعمل أجهزة التوجيه على L3.

مستوى 4.ينقل ( ينقل). شريحة PDU ( شريحة)/مخطط البيانات ( مخطط البيانات). وفي هذا المستوى تظهر مفاهيم المنافذ. يعمل TCP وUDP هنا. البروتوكولات في هذا المستوى مسؤولة عن الاتصال المباشر بين التطبيقات وموثوقية تسليم المعلومات. على سبيل المثال، يمكن أن يطلب TCP إعادة إرسال البيانات إذا تم استلام البيانات بشكل غير صحيح أو لم يتم استلامها كلها. يمكن لـ TCP أيضًا تغيير معدل نقل البيانات إذا لم يكن لدى الجانب المتلقي الوقت لاستقبال كل شيء (حجم نافذة TCP).

يتم تنفيذ المستويات التالية "بشكل صحيح" فقط في RFC. من الناحية العملية، تعمل البروتوكولات الموضحة في المستويات التالية في وقت واحد على عدة مستويات من نموذج OSI، لذلك لا يوجد تقسيم واضح إلى طبقات الجلسة والعرض التقديمي. في هذا الصدد، المكدس الرئيسي المستخدم حاليًا هو TCP/IP، والذي سنتحدث عنه أدناه.

مستوى 5.حصة ( حصة). بيانات وحدة البيانات ( بيانات). يدير جلسة التواصل وتبادل المعلومات والحقوق. البروتوكولات - L2TP، PPTP.

المستوى 6.تنفيذي ( عرض تقديمي). بيانات وحدة البيانات ( بيانات). عرض البيانات وتشفيرها. جبيغ، أسكي، مبيغ.

المستوى 7.مُطبَّق ( طلب). بيانات وحدة البيانات ( بيانات). المستوى الأكثر عددًا وتنوعًا. يقوم بتشغيل جميع البروتوكولات عالية المستوى. مثل POP وSMTP وRDP وHTTP وما إلى ذلك. لا يتعين على البروتوكولات هنا أن تفكر في توجيه المعلومات أو ضمان تسليمها - ويتم ذلك عن طريق الطبقات الأدنى. في المستوى 7، من الضروري فقط تنفيذ إجراءات محددة، على سبيل المثال، تلقي كود html أو رسالة بريد إلكتروني إلى مستلم معين.

خاتمة

تسمح نمطية نموذج OSI بالتعرف السريع على مناطق المشكلات. بعد كل شيء، إذا لم يكن هناك بينغ (3-4 مستويات) للموقع، فلا فائدة من الخوض في الطبقات الفوقية (TCP-HTTP) عندما لا يتم عرض الموقع. من خلال التجريد من المستويات الأخرى، يكون من الأسهل العثور على خطأ في الجزء الإشكالي. قياسا على السيارة - نحن لا نتحقق من شمعات الإشعال عندما نثقب العجلة.

نموذج OSI هو نموذج مرجعي، وهو نوع من الحصان الكروي في الفراغ. استغرق تطويرها وقتا طويلا جدا. بالتوازي مع ذلك، تم تطوير مكدس بروتوكول TCP/IP، والذي يستخدم بنشاط في الشبكات في الوقت الحاضر. وبناء على ذلك، يمكن رسم تشبيه بين TCP/IP و OSI.

لتنسيق تشغيل أجهزة الشبكة من الشركات المصنعة المختلفةولضمان تفاعل الشبكات التي تستخدم بيئات انتشار الإشارة المختلفة، تم إنشاء نموذج مرجعي لتفاعل الأنظمة المفتوحة (OSI). النموذج المرجعي مبني على مبدأ هرمي. يقدم كل مستوى خدمات للمستوى الأعلى ويستخدم خدمات المستوى الأدنى.

تبدأ معالجة البيانات على مستوى التطبيق. بعد ذلك، تمر البيانات عبر جميع طبقات النموذج المرجعي، ويتم إرسالها عبر الطبقة المادية إلى قناة الاتصال. عند الاستقبال، تتم المعالجة العكسية للبيانات.

يقدم النموذج المرجعي OSI مفهومين: بروتوكولو واجهه المستخدم.

البروتوكول عبارة عن مجموعة من القواعد التي على أساسها تتفاعل طبقات الأنظمة المفتوحة المختلفة.

الواجهة عبارة عن مجموعة من وسائل وأساليب التفاعل بين عناصر النظام المفتوح.

يحدد البروتوكول قواعد التفاعل بين الوحدات من نفس المستوى في العقد المختلفة، والواجهة - بين الوحدات ذات المستويات المجاورة في نفس العقدة.

هناك إجمالي سبع طبقات من النموذج المرجعي OSI. تجدر الإشارة إلى أن الأكوام الحقيقية تستخدم طبقات أقل. على سبيل المثال، يستخدم بروتوكول TCP/IP الشهير أربع طبقات فقط. لماذا هذا؟ سنشرح لاحقا قليلا. والآن دعونا ننظر إلى كل مستوى من المستويات السبعة على حدة.

طبقات نموذج OSI:

• المستوى الجسدي. يحدد نوع وسيط نقل البيانات، والخصائص الفيزيائية والكهربائية للواجهات، ونوع الإشارة. تتعامل هذه الطبقة مع أجزاء من المعلومات. أمثلة على بروتوكولات الطبقة المادية: Ethernet، ISDN، Wi-Fi.
• مستوى ارتباط البيانات مسؤول عن الوصول إلى وسيط النقل وتصحيح الأخطاء ونقل البيانات بشكل موثوق. في الاستقباليتم تجميع البيانات الواردة من الطبقة المادية في إطارات، وبعد ذلك يتم التحقق من سلامتها. إذا لم تكن هناك أخطاء، فسيتم نقل البيانات إلى طبقة الشبكة. إذا كانت هناك أخطاء، فسيتم تجاهل الإطار ويتم إنشاء طلب إعادة الإرسال. تنقسم طبقة ارتباط البيانات إلى طبقتين فرعيتين: MAC (التحكم في الوصول إلى الوسائط) وLLC (التحكم في الارتباط المحلي). ينظم MAC الوصول إلى الوسيط الفعلي المشترك. توفر شركة ذات مسؤولية محدودة خدمة طبقة الشبكة. تعمل المحولات في طبقة ارتباط البيانات. أمثلة على البروتوكولات: Ethernet، PPP.
• طبقة الشبكة. وتتمثل مهامها الرئيسية في التوجيه - تحديد المسار الأمثل لنقل البيانات، والمعالجة المنطقية للعقد. بالإضافة إلى ذلك، قد يتم تكليف هذا المستوى باستكشاف مشكلات الشبكة وإصلاحها (بروتوكول ICMP). تعمل طبقة الشبكة مع الحزم. أمثلة على البروتوكولات: IP، ICMP، IGMP، BGP، OSPF).
• طبقة النقل. مصممة لتقديم البيانات دون أخطاء أو خسائر أو تكرار بالتسلسل الذي تم إرسالها به. ينفذ التحكم الشامل في نقل البيانات من المرسل إلى المتلقي. أمثلة على البروتوكولات: TCP، UDP.
• مستوى الجلسة. يدير إنشاء/صيانة/إنهاء جلسة الاتصال. أمثلة على البروتوكولات: L2TP، RTCP.
• المستوى التنفيذي. تحويل البيانات إلى النموذج المطلوب، وتشفيرها/تشفيرها، وضغطها.
• طبقة التطبيقات. يوفر التفاعل بين المستخدم والشبكة. يتفاعل مع التطبيقات من جانب العميل. أمثلة على البروتوكولات: HTTP، FTP، Telnet، SSH، SNMP.

بعد التعرف على النموذج المرجعي، دعونا نلقي نظرة على مكدس بروتوكول TCP/IP.

هناك أربع طبقات محددة في نموذج TCP/IP. كما يتبين من الشكل أعلاه، يمكن لطبقة TCP/IP واحدة أن تتوافق مع عدة طبقات من نموذج OSI.

مستويات نموذج TCP/IP:

• مستوى واجهات الشبكة. يتوافق مع الطبقتين السفليتين من نموذج OSI: رابط البيانات والمادي. وبناء على ذلك يتضح أن هذا المستوى يحدد خصائص وسط الإرسال (الزوج الملتوي، الألياف الضوئية، الراديو)، نوع الإشارة، طريقة التشفير، الوصول إلى وسط الإرسال، تصحيح الخطأ، العنونة المادية (عناوين MAC). . في نموذج TCP/IP، يعمل بروتوكول الإيثرنت ومشتقاته (Fast Ethernet، Gigabit Ethernet) على هذا المستوى.
• طبقة التوصيل البيني. يتوافق مع طبقة الشبكة لنموذج OSI. يتولى جميع وظائفه: التوجيه والعنونة المنطقية (عناوين IP). يعمل بروتوكول IP على هذا المستوى.
• طبقة النقل. يتوافق مع طبقة النقل لنموذج OSI. - مسؤول عن تسليم الحزم من المصدر إلى الوجهة. على هذا المستوى، يتم استخدام بروتوكولين: TCP وUDP. يعد TCP أكثر موثوقية من UDP عن طريق إنشاء طلبات اتصال مسبقة لإعادة الإرسال عند حدوث أخطاء. ومع ذلك، في الوقت نفسه، يكون TCP أبطأ من UDP.
• طبقة التطبيقات. وتتمثل مهمتها الرئيسية في التفاعل مع التطبيقات والعمليات على الأجهزة المضيفة. أمثلة على البروتوكولات: HTTP، FTP، POP3، SNMP، NTP، DNS، DHCP.

التغليف هو طريقة لتعبئة حزمة بيانات يتم فيها استخلاص رؤوس الحزم المستقلة من رؤوس المستويات الأدنى عن طريق تضمينها في المستويات الأعلى.

دعونا نلقي نظرة على مثال محدد. لنفترض أننا نريد الانتقال من جهاز كمبيوتر إلى موقع ويب. للقيام بذلك، يجب على جهاز الكمبيوتر الخاص بنا إعداد طلب http للحصول على موارد خادم الويب الذي يتم تخزين صفحة الموقع التي نحتاجها عليه. على مستوى التطبيق، تتم إضافة رأس HTTP إلى بيانات المتصفح. بعد ذلك، في طبقة النقل، تتم إضافة رأس TCP إلى الحزمة الخاصة بنا، والتي تحتوي على أرقام منفذ المرسل والمستلم (المنفذ 80 لـ HTTP). في طبقة الشبكة، يتم إنشاء رأس IP يحتوي على عناوين IP الخاصة بالمرسل والمستلم. مباشرة قبل الإرسال، تتم إضافة رأس Ethernet في طبقة الارتباط، والتي تحتوي على (عناوين MAC) الفعلية للمرسل والمستلم. بعد كل هذه الإجراءات، يتم إرسال الحزمة في شكل أجزاء من المعلومات عبر الشبكة. في حفل الاستقبال، يحدث الإجراء العكسي. سيتحقق خادم الويب في كل مستوى من الرأس المقابل. إذا نجح الفحص، فسيتم تجاهل الرأس وتنتقل الحزمة إلى المستوى الأعلى. وإلا، فسيتم تجاهل الحزمة بأكملها.