نموذج ربط الأنظمة المفتوحة (OSI). طبقة ارتباط البيانات لنموذج شبكة OSI

نموذج شبكة OSIهو نموذج مرجعي لتفاعل الأنظمة المفتوحة، باللغة الإنجليزية يبدو مثل النموذج المرجعي الأساسي للتوصيل البيني للأنظمة المفتوحة. والغرض منه هو تمثيل عام لأدوات تفاعل الشبكة.

وهذا هو، نموذج OSI هو معايير عامة لمطوري البرامج، بفضل أي جهاز كمبيوتر يمكنه فك تشفير البيانات المرسلة من كمبيوتر آخر. ولتوضيح الأمر، سأقدم مثالاً واقعيًا. ومن المعروف أن النحل يرى كل ما حوله بالأشعة فوق البنفسجية. أي أن أعيننا وأعين النحلة ترى نفس الصورة بطرق مختلفة تمامًا، وما تراه الحشرات قد يكون غير مرئي للرؤية البشرية.

الأمر نفسه ينطبق على أجهزة الكمبيوتر - إذا كتب أحد المطورين تطبيقًا ببعض لغات البرمجة التي يفهمها جهاز الكمبيوتر الخاص به، ولكنه غير متاح لأي شخص آخر، فلن تتمكن على أي جهاز آخر من قراءة المستند الذي تم إنشاؤه بواسطة هذا التطبيق. ولذلك، توصلنا إلى فكرة أنه عند كتابة التطبيقات، يجب اتباع مجموعة واحدة من القواعد المفهومة للجميع.

من أجل الوضوح، يتم تقسيم عملية تشغيل الشبكة عادة إلى 7 مستويات، كل منها يدير مجموعته الخاصة من البروتوكولات.


بروتوكول الشبكةهي القواعد والإجراءات الفنية التي تسمح لأجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة بالاتصال وتبادل البيانات.
تسمى مجموعة البروتوكولات التي يوحدها هدف نهائي مشترك بمكدس البروتوكول.

لتنفيذ مهام مختلفة، هناك العديد من البروتوكولات التي تخدم الأنظمة، على سبيل المثال، مكدس TCP/IP. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية إرسال المعلومات من جهاز كمبيوتر واحد عبر شبكة محلية إلى كمبيوتر آخر.

مهام جهاز الكمبيوتر الخاص بالمرسل:

  • الحصول على البيانات من التطبيق
  • قسميها إلى أكياس صغيرة إذا كان الحجم كبيرًا
  • الاستعداد للإرسال، أي الإشارة إلى المسار والتشفير وتحويل الشفرة إلى تنسيق الشبكة.

مهام جهاز الكمبيوتر الخاص بالمستلم:

  • تلقي حزم البيانات
  • إزالة معلومات الخدمة منه
  • نسخ البيانات إلى الحافظة
  • بعد اكتمال استقبال جميع الحزم، قم بتكوين كتلة بيانات أولية منها
  • أعطها للتطبيق

من أجل تنفيذ جميع هذه العمليات بشكل صحيح، هناك حاجة إلى مجموعة واحدة من القواعد، أي النموذج المرجعي OSI.

دعنا نعود إلى مستويات OSI. وعادة ما يتم عدها بترتيب عكسي وتقع تطبيقات الشبكة في أعلى الجدول، وتكون وسيلة نقل المعلومات المادية في الأسفل. عندما تتدفق البيانات من الكمبيوتر مباشرة إلى كابل الشبكة، تقوم البروتوكولات التي تعمل في طبقات مختلفة بتحويلها تدريجيًا، وإعدادها للنقل المادي.


دعونا ننظر إليهم بمزيد من التفصيل.

7. طبقة التطبيق

وتتمثل مهمتها في جمع البيانات من تطبيق الشبكة وإرسالها إلى المستوى 6.

6. طبقة العرض

يترجم هذه البيانات إلى لغة عالمية واحدة. والحقيقة هي أن كل معالج كمبيوتر لديه تنسيق معالجة البيانات الخاص به، ولكن يجب أن يدخلوا الشبكة بتنسيق عالمي واحد - وهذا ما تفعله طبقة العرض التقديمي.

5. طبقة الجلسة

لديه العديد من المهام.

  1. إنشاء جلسة تواصل مع المتلقي. يقوم البرنامج بتحذير الكمبيوتر المتلقي بأن البيانات على وشك إرسالها إليه.
  2. هذا هو المكان الذي يتم فيه التعرف على الاسم وحمايته:
    • تحديد الهوية - التعرف على الاسم
    • المصادقة - التحقق من كلمة المرور
    • التسجيل - التنازل عن السلطة
  3. تحديد الجهة التي تقوم بنقل المعلومات والمدة التي سيستغرقها ذلك.
  4. وضع نقاط تفتيش في تدفق البيانات الإجمالي بحيث أنه في حالة فقدان أي جزء، يكون من السهل تحديد الجزء المفقود ويجب إعادة إرساله.
  5. التجزئة هي تقسيم كتلة كبيرة إلى حزم صغيرة.

4. طبقة النقل

يوفر للتطبيقات المستوى المطلوب من الحماية عند تسليم الرسائل. هناك مجموعتان من البروتوكولات:

  • البروتوكولات الموجهة نحو الاتصال - فهي تراقب تسليم البيانات وتطلب بشكل اختياري إعادة الإرسال في حالة فشلها. هذا هو TCP - بروتوكول التحكم في نقل المعلومات.
  • ليست موجهة نحو الاتصال (UDP) - فهي ببساطة ترسل كتلًا ولا تراقب تسليمها بشكل أكبر.

3. طبقة الشبكة

يوفر الإرسال من طرف إلى طرف للحزمة عن طريق حساب مسارها. على هذا المستوى، في الحزم، تتم إضافة عناوين IP الخاصة بالمرسل والمستلم إلى جميع المعلومات السابقة التي تم إنشاؤها بواسطة المستويات الأخرى. منذ هذه اللحظة، تُسمى حزمة البيانات بـ PACKET نفسها، والتي تحتوي على >>عناوين IP (بروتوكول IP هو بروتوكول شبكي بيني).

2. طبقة ربط البيانات

هنا يتم نقل الحزمة عبر كابل واحد، أي شبكة محلية واحدة. إنه يعمل فقط حتى جهاز التوجيه الطرفي لشبكة محلية واحدة. تضيف طبقة الارتباط إلى الحزمة المستلمة رأسها الخاص - عناوين MAC للمرسل والمستلم، وفي هذا النموذج تسمى كتلة البيانات بالفعل بالإطار.

عند إرسالها خارج شبكة محلية واحدة، يتم تعيين MAC للحزمة ليس للمضيف (الكمبيوتر)، ولكن لجهاز التوجيه الخاص بشبكة أخرى. هذا هو المكان الذي تنشأ فيه مسألة IP باللونين الرمادي والأبيض، والتي تمت مناقشتها في المقالة التي تم توفير الرابط لها أعلاه. Gray هو عنوان ضمن شبكة محلية واحدة ولا يتم استخدامه خارجها. الأبيض هو عنوان فريد عبر شبكة الإنترنت العالمية.

عندما تصل حزمة إلى جهاز التوجيه الطرفي، يتم استبدال IP الخاص بالحزمة بعنوان IP الخاص بجهاز التوجيه هذا وتتصل الشبكة المحلية بأكملها بالشبكة العالمية، أي الإنترنت، تحت عنوان IP واحد. إذا كان العنوان باللون الأبيض، فلن يتغير جزء البيانات الذي يحمل عنوان IP.

1. الطبقة المادية (طبقة النقل)

مسؤول عن تحويل المعلومات الثنائية إلى إشارة مادية يتم إرسالها إلى رابط البيانات الفعلي. إذا كانت كبلًا، فهي إشارة كهربائية، وإذا كانت شبكة ألياف ضوئية، فهي إشارة ضوئية. يتم تنفيذ هذا التحويل باستخدام محول الشبكة.

مكدسات البروتوكول

TCP/IP عبارة عن حزمة بروتوكولات تدير نقل البيانات على الشبكة المحلية وعلى الإنترنت العالمي. تحتوي هذه المكدس على 4 مستويات، أي وفقًا للنموذج المرجعي OSI، يجمع كل منها عدة مستويات.

  1. التطبيق (OSI - التطبيق والعرض التقديمي والجلسة)
    البروتوكولات التالية مسؤولة عن هذا المستوى:
    • TELNET - جلسة اتصال عن بعد في شكل سطر أوامر
    • FTP - بروتوكول نقل الملفات
    • SMTP - بروتوكول إعادة توجيه البريد
    • POP3 وIMAP - تلقي البريد
    • HTTP - العمل مع مستندات النص التشعبي
  2. النقل (نفس الشيء بالنسبة لـ OSI) هو TCP وUDP الموصوفين أعلاه.
  3. الإنترنت (OSI - الشبكة) هو بروتوكول IP
  4. مستوى واجهة الشبكة (OSI - القناة والمادية) تكون برامج تشغيل محول الشبكة مسؤولة عن تشغيل هذا المستوى.

المصطلحات عند الإشارة إلى كتلة البيانات

  • الدفق - البيانات التي يتم تشغيلها على مستوى التطبيق
  • مخطط البيانات عبارة عن كتلة من البيانات الناتجة من UPD، أي أنها لا تتمتع بتسليم مضمون.
  • المقطع عبارة عن كتلة مضمونة للتسليم عند مخرج بروتوكول TCP.
  • الحزمة عبارة عن كتلة من إخراج البيانات من بروتوكول IP. نظرًا لأنه في هذا المستوى لم يتم ضمان تسليمه بعد، فيمكن أيضًا أن يطلق عليه مخطط البيانات.
  • الإطار عبارة عن كتلة تحتوي على عناوين MAC المخصصة.

في مقال اليوم أريد العودة إلى الأساسيات والحديث عنها نماذج التوصيل البيني للأنظمة المفتوحة OSI. ستكون هذه المادة مفيدة لمسؤولي النظام المبتدئين وجميع المهتمين ببناء شبكات الكمبيوتر.

جميع مكونات الشبكة، من وسيلة نقل البيانات إلى المعدات، تعمل وتتفاعل مع بعضها البعض وفقا لمجموعة من القواعد الموضحة في ما يسمى نماذج تفاعل الأنظمة المفتوحة.

نموذج التشغيل البيني للأنظمة المفتوحة OSI(الربط البيني للنظام المفتوح) تم تطويره من قبل المنظمة الدولية طبقاً لمعايير ISO (منظمة المعايير الدولية).

وفقًا لنموذج OSI، يتم نقل البيانات من المصدر إلى الوجهة سبعة مستويات . في كل مستوى، يتم تنفيذ مهمة محددة، والتي لا تضمن في النهاية تسليم البيانات إلى الوجهة النهائية فحسب، بل تجعل نقلها مستقلاً عن الوسائل المستخدمة لذلك. وبالتالي، يتم تحقيق التوافق بين الشبكات ذات الطبولوجيا ومعدات الشبكة المختلفة.

يؤدي فصل جميع أدوات الشبكة إلى طبقات إلى تبسيط تطويرها واستخدامها. كلما ارتفع المستوى، زادت تعقيد المشكلة التي يحلها. الطبقات الثلاث الأولى لنموذج OSI ( المادية، القناة، الشبكة) ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالشبكة ومعدات الشبكة المستخدمة. المستويات الثلاثة الأخيرة ( الجلسة، طبقة عرض البيانات، التطبيق) يتم تنفيذها باستخدام نظام التشغيل وبرامج التطبيقات. طبقة النقلويعمل كوسيط بين هاتين المجموعتين.

قبل إرسالها عبر الشبكة، يتم تقسيم البيانات إلى الحزم ، أي. أجزاء من المعلومات منظمة بطريقة معينة بحيث تكون مفهومة لأجهزة الاستقبال والإرسال. عند إرسال البيانات، تتم معالجة الحزمة بشكل تسلسلي عبر جميع مستويات نموذج OSI، بدءًا من التطبيق وحتى المستوى المادي. في كل مستوى، معلومات التحكم لهذا المستوى (تسمى رأس الحزمة )، وهو أمر ضروري لنقل البيانات بنجاح عبر الشبكة.

ونتيجة لذلك، تبدأ رسالة الشبكة هذه في الظهور وكأنها شطيرة متعددة الطبقات، والتي يجب أن تكون "صالحة للأكل" بالنسبة للكمبيوتر الذي يستقبلها. للقيام بذلك، يجب عليك الالتزام بقواعد معينة لتبادل البيانات بين أجهزة كمبيوتر الشبكة. تسمى هذه القواعد البروتوكولات .

على الجانب المتلقي، تتم معالجة الحزمة عن طريق جميع طبقات نموذج OSI بترتيب عكسي، بدءًا من الطبقة المادية وانتهاءً بالتطبيق. في كل مستوى، تقوم الوسائل المقابلة، مسترشدة ببروتوكول الطبقة، بقراءة معلومات الحزمة، ثم إزالة المعلومات المضافة إلى الحزمة على نفس المستوى من جانب الإرسال، وإرسال الحزمة إلى وسائل المستوى التالي. عندما تصل الحزمة إلى طبقة التطبيق، ستتم إزالة جميع معلومات التحكم من الحزمة، وستعود البيانات إلى شكلها الأصلي.

الآن دعونا نلقي نظرة على تشغيل كل طبقة من نموذج OSI بمزيد من التفاصيل:

الطبقة المادية – الأسفل، وخلفه مباشرة قناة اتصال يتم من خلالها نقل المعلومات. يشارك في تنظيم الاتصالات مع مراعاة خصائص وسيلة نقل البيانات. وبالتالي، فهو يحتوي على جميع المعلومات حول وسيط نقل البيانات: مستوى الإشارة وترددها، ووجود التداخل، ومستوى توهين الإشارة، ومقاومة القناة، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، فهو المسؤول عن نقل تدفق المعلومات وتحويلها وفقًا لطرق التشفير الحالية. يتم تعيين عمل الطبقة المادية في البداية لمعدات الشبكة.
تجدر الإشارة إلى أنه بمساعدة الطبقة المادية يتم تحديد الشبكة السلكية واللاسلكية. في الحالة الأولى، يتم استخدام الكابل كوسيط مادي، وفي الحالة الثانية، يتم استخدام أي نوع من الاتصالات اللاسلكية، مثل موجات الراديو أو الأشعة تحت الحمراء.

طبقة وصل البيانات ينفذ المهمة الأكثر صعوبة - يضمن نقل البيانات المضمون باستخدام خوارزميات الطبقة المادية ويتحقق من صحة البيانات المستلمة.

قبل البدء في نقل البيانات، يتم تحديد مدى توفر قناة الإرسال. يتم نقل المعلومات في كتل تسمى شؤون الموظفين ، أو إطارات . ويتم تزويد كل إطار من هذا القبيل بتسلسل من البتات في نهاية وبداية الكتلة، ويتم استكماله أيضًا بمجموع اختباري. عند استلام مثل هذه الكتلة في طبقة الارتباط، يجب على المستلم التحقق من سلامة الكتلة ومقارنة المجموع الاختباري المستلم مع المجموع الاختباري المضمن فيه. إذا تطابقت، تعتبر البيانات صحيحة، وإلا يتم تسجيل خطأ ويلزم إعادة الإرسال. وفي كل الأحوال يتم إرسال إشارة إلى المرسل بنتيجة العملية، ويحدث هذا مع كل إطار. وبالتالي، فإن المهمة الثانية المهمة لطبقة الارتباط هي التحقق من صحة البيانات.

يمكن تنفيذ طبقة ارتباط البيانات في الأجهزة (على سبيل المثال، باستخدام المحولات) وباستخدام البرامج (على سبيل المثال، برنامج تشغيل محول الشبكة).

طبقة الشبكة اللازمة لأداء أعمال نقل البيانات مع التحديد الأولي للمسار الأمثل لتحريك الحزم. نظرًا لأن الشبكة يمكن أن تتكون من أجزاء ذات طبولوجيا مختلفة، فإن المهمة الرئيسية لطبقة الشبكة هي تحديد أقصر مسار، وتحويل العناوين المنطقية وأسماء أجهزة الشبكة في نفس الوقت إلى تمثيلها المادي. هذه العملية تسمى التوجيه ، ولا يمكن المبالغة في تقدير أهميتها. بوجود نظام توجيه يتم تحديثه باستمرار بسبب حدوث أنواع مختلفة من "الازدحام" في الشبكة، يتم نقل البيانات في أقصر وقت ممكن وبأقصى سرعة.

طبقة النقل يستخدم لتنظيم نقل موثوق للبيانات، مما يلغي فقدان المعلومات أو عدم صحتها أو ازدواجيتها. وفي الوقت نفسه، تتم مراقبة الامتثال للتسلسل الصحيح عند إرسال البيانات واستقبالها، وتقسيمها إلى حزم أصغر أو دمجها في حزم أكبر للحفاظ على سلامة المعلومات.

طبقة الجلسة مسؤول عن إنشاء جلسة اتصال وصيانتها والحفاظ عليها للوقت اللازم لإكمال نقل كامل كمية البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يقوم بمزامنة إرسال الحزم عن طريق التحقق من تسليم الحزمة وسلامتها. أثناء عملية نقل البيانات، يتم إنشاء نقاط تحكم خاصة. إذا حدث فشل أثناء الإرسال والاستقبال، فسيتم إرسال الحزم المفقودة مرة أخرى، بدءًا من أقرب نقطة تحكم، مما يسمح لك بنقل كامل كمية البيانات في أقصر وقت ممكن، مما يوفر سرعة جيدة بشكل عام.

طبقة عرض البيانات (أو كما يطلق عليه أيضاً المستوى التنفيذي ) متوسط، ومهمته الرئيسية هي تحويل البيانات من تنسيق الإرسال عبر الشبكة إلى تنسيق مفهوم لمستوى أعلى، والعكس صحيح. بالإضافة إلى ذلك، فهي مسؤولة عن جلب البيانات إلى تنسيق واحد: عندما يتم نقل المعلومات بين شبكتين مختلفتين تمامًا بتنسيقات بيانات مختلفة، فقبل معالجتها، من الضروري إحضارها إلى نموذج يكون مفهومًا لكلا الطرفين. المتلقي والمرسل. في هذا المستوى يتم استخدام خوارزميات التشفير وضغط البيانات.

طبقة التطبيقات – الأخير والأعلى في نموذج OSI. مسؤول عن ربط الشبكة مع المستخدمين - التطبيقات التي تتطلب معلومات من خدمات الشبكة على جميع المستويات. بمساعدتها، يمكنك معرفة كل ما حدث أثناء عملية نقل البيانات، بالإضافة إلى معلومات حول الأخطاء التي حدثت أثناء عملية النقل. بالإضافة إلى ذلك، يضمن هذا المستوى تشغيل جميع العمليات الخارجية التي تتم من خلال الوصول إلى الشبكة - قواعد البيانات، وعملاء البريد الإلكتروني، ومديري تنزيل الملفات، وما إلى ذلك.

وجدت على الإنترنت صورة قدمها مؤلف مجهول نموذج شبكة OSIعلى شكل برجر. أعتقد أن هذه صورة لا تنسى للغاية. إذا كنت بحاجة فجأة، في بعض المواقف (على سبيل المثال، أثناء مقابلة عمل)، إلى سرد جميع الطبقات السبع لنموذج OSI بالترتيب الصحيح من الذاكرة، فقط تذكر هذه الصورة، وسوف تساعدك. للراحة، قمت بترجمة أسماء المستويات من الإنجليزية إلى الروسية: هذا كل شيء لهذا اليوم. وفي المقال القادم سأواصل الموضوع وأتحدث عنه.

بدأت للتو العمل كمسؤول الشبكة؟ لا تريد أن تحصل على الخلط؟ مقالتنا ستكون مفيدة لك. هل سمعت أحد المسؤولين الذين اختبروا الزمن يتحدث عن مشاكل الشبكة ويذكر بعض المستويات؟ هل سبق لك أن سُئلت في العمل عن الطبقات الآمنة والتي تعمل إذا كنت تستخدم جدار حماية قديمًا؟ لفهم أساسيات أمن المعلومات، تحتاج إلى فهم التسلسل الهرمي لنموذج OSI. دعونا نحاول أن نرى قدرات هذا النموذج.

يجب أن يكون مسؤول النظام الذي يحترم نفسه على دراية جيدة بمصطلحات الشبكة

مترجم من الإنجليزية - النموذج المرجعي الأساسي لتفاعل الأنظمة المفتوحة. بتعبير أدق، نموذج الشبكة الخاص بمكدس بروتوكول الشبكة OSI/ISO. تم تقديمه في عام 1984 كإطار مفاهيمي يقسم عملية إرسال البيانات على شبكة الويب العالمية إلى سبع خطوات بسيطة. إنها ليست الأكثر شيوعًا، نظرًا لتأخر تطوير مواصفات OSI. تعتبر مجموعة بروتوكولات TCP/IP أكثر فائدة وتعتبر النموذج الرئيسي المستخدم. ومع ذلك، لديك فرصة كبيرة لمواجهة نموذج OSI كمسؤول النظام أو في مجال تكنولوجيا المعلومات.

تم إنشاء العديد من المواصفات والتقنيات لأجهزة الشبكة. من السهل الخلط بينك وبين هذا التنوع. إنه نموذج تفاعل الأنظمة المفتوحة الذي يساعد أجهزة الشبكة التي تستخدم طرق اتصال مختلفة على فهم بعضها البعض. لاحظ أن OSI مفيد للغاية لمصنعي البرامج والأجهزة المشاركين في تصميم المنتجات المتوافقة.

اسأل ما فائدة هذا بالنسبة لك؟ ستمنحك معرفة النموذج متعدد المستويات الفرصة للتواصل بحرية مع موظفي شركات تكنولوجيا المعلومات؛ ولن تكون مناقشة مشاكل الشبكة مللًا مرهقًا بعد الآن. وعندما تتعلم أن تفهم في أي مرحلة حدث الفشل، يمكنك بسهولة العثور على الأسباب وتقليل نطاق عملك بشكل كبير.

مستويات OSI

يحتوي النموذج على سبع خطوات مبسطة:

  • بدني.
  • قناة.
  • شبكة.
  • ينقل.
  • الدورة.
  • تنفيذي.
  • مُطبَّق.

لماذا تقسيمها إلى خطوات يجعل الحياة أسهل؟ يتوافق كل مستوى مع مرحلة معينة من إرسال رسالة الشبكة. جميع الخطوات متسلسلة، مما يعني أن الوظائف يتم تنفيذها بشكل مستقل، ليست هناك حاجة للحصول على معلومات حول العمل في المستوى السابق. المكونات الضرورية الوحيدة هي كيفية تلقي البيانات من الخطوة السابقة، وكيفية إرسال المعلومات إلى الخطوة التالية.

دعنا ننتقل إلى التعرف المباشر على المستويات.

الطبقة المادية

المهمة الرئيسية للمرحلة الأولى هي إرسال البتات عبر قنوات الاتصال المادية. قنوات الاتصال المادية هي أجهزة تم إنشاؤها لإرسال واستقبال إشارات المعلومات. على سبيل المثال، الألياف الضوئية أو الكابل المحوري أو الزوج الملتوي. يمكن أن يتم النقل أيضًا عبر الاتصال اللاسلكي. تتميز المرحلة الأولى بوسط نقل البيانات: الحماية من التداخل، وعرض النطاق الترددي، والممانعة المميزة. يتم أيضًا تحديد خصائص الإشارات النهائية الكهربائية (نوع التشفير ومستويات الجهد وسرعة نقل الإشارة) وتوصيلها بأنواع الموصلات القياسية، ويتم تعيين اتصالات الاتصال.

يتم تنفيذ وظائف المرحلة المادية على كل جهاز متصل بالشبكة. على سبيل المثال، يقوم محول الشبكة بتنفيذ هذه الوظائف على جانب الكمبيوتر. ربما تكون قد واجهت بالفعل بروتوكولات الخطوة الأولى: RS-232، وDSL، و10Base-T، والتي تحدد الخصائص الفيزيائية لقناة الاتصال.

طبقة وصل البيانات

في المرحلة الثانية، يتم ربط العنوان المجرد للجهاز بالجهاز الفعلي، ويتم التحقق من توفر وسيط الإرسال. يتم تشكيل البتات في مجموعات - إطارات. المهمة الرئيسية لطبقة الارتباط هي تحديد الأخطاء وتصحيحها. من أجل الإرسال الصحيح، يتم إدراج تسلسلات البتات المتخصصة قبل الإطار وبعده ويتم إضافة المجموع الاختباري المحسوب. عندما يصل الإطار إلى الوجهة، يتم حساب المجموع الاختباري للبيانات التي وصلت بالفعل مرة أخرى؛ وإذا تطابق مع المجموع الاختباري في الإطار، يعتبر الإطار صحيحًا. وإلا، سيظهر خطأ يمكن تصحيحه عن طريق إعادة إرسال المعلومات.

تتيح مرحلة القناة إمكانية نقل المعلومات بفضل بنية اتصال خاصة. على وجه الخصوص، تعمل الحافلات والجسور والمحولات من خلال بروتوكولات طبقة الارتباط. تتضمن مواصفات الخطوة الثانية: Ethernet وToken Ring وPPP. يتم تنفيذ وظائف مرحلة القناة في الكمبيوتر بواسطة محولات الشبكة وبرامج التشغيل الخاصة بها.

طبقة الشبكة

في المواقف القياسية، لا تكفي وظائف مرحلة القناة لنقل معلومات عالية الجودة. يمكن لمواصفات الخطوة الثانية نقل البيانات فقط بين العقد التي لها نفس الهيكل، على سبيل المثال، شجرة. هناك حاجة لمرحلة ثالثة. من الضروري تشكيل نظام نقل موحد ببنية متفرعة لعدة شبكات لها بنية عشوائية وتختلف في طريقة نقل البيانات.

لشرح ذلك بطريقة أخرى، تقوم الخطوة الثالثة بمعالجة بروتوكول الإنترنت وتنفيذ وظيفة جهاز التوجيه: العثور على أفضل مسار للمعلومات. جهاز التوجيه هو جهاز يقوم بجمع البيانات حول بنية اتصالات الشبكة البينية وينقل الحزم إلى الشبكة الوجهة (عمليات النقل العابر - القفزات). إذا واجهت خطأ في عنوان IP، فهذه مشكلة تنشأ على مستوى الشبكة. يتم تقسيم بروتوكولات المرحلة الثالثة إلى بروتوكولات الشبكات أو التوجيه أو تحليل العناوين: ICMP وIPSec وARP وBGP.

طبقة النقل

لكي تصل البيانات إلى التطبيقات والطبقات العليا من المكدس، يلزم وجود مرحلة رابعة. يوفر الدرجة المطلوبة من الموثوقية في نقل المعلومات. هناك خمس فئات من خدمات مرحلة النقل. ويكمن الاختلاف بينهما في الضرورة الملحة، وجدوى استعادة الاتصال المنقطع، والقدرة على اكتشاف أخطاء الإرسال وتصحيحها. على سبيل المثال، فقدان الحزمة أو الازدواجية.

كيفية اختيار فئة خدمة مرحلة النقل؟ عندما تكون جودة قنوات الاتصال عالية، تكون الخدمة خفيفة الوزن خيارًا مناسبًا. إذا لم تعمل قنوات الاتصال بشكل آمن في البداية، فمن المستحسن اللجوء إلى خدمة مطورة توفر الحد الأقصى من الفرص للعثور على المشكلات وحلها (التحكم في تسليم البيانات، ومهلة التسليم). مواصفات المرحلة 4: TCP وUDP لمكدس TCP/IP، وSPX لمكدس Novell.

يسمى الجمع بين المستويات الأربعة الأولى نظام النقل الفرعي. إنه يوفر مستوى الجودة المحدد بالكامل.

طبقة الجلسة

المرحلة الخامسة تساعد في تنظيم الحوارات. من المستحيل على المحاورين مقاطعة بعضهم البعض أو التحدث بشكل متزامن. تتذكر طبقة الجلسة الطرف النشط في لحظة معينة وتقوم بمزامنة المعلومات وتنسيق الاتصالات بين الأجهزة والحفاظ عليها. تتيح لك وظائفه العودة إلى نقطة التفتيش أثناء عملية نقل طويلة دون الحاجة إلى البدء من جديد. وفي المرحلة الخامسة أيضًا، يمكنك إنهاء الاتصال عند اكتمال تبادل المعلومات. مواصفات طبقة الجلسة: NetBIOS.

المستوى التنفيذي

تتضمن المرحلة السادسة تحويل البيانات إلى تنسيق عالمي يمكن التعرف عليه دون تغيير المحتوى. نظرًا لاستخدام تنسيقات مختلفة في أجهزة مختلفة، فإن المعلومات التي تتم معالجتها على المستوى التمثيلي تسمح للأنظمة بفهم بعضها البعض، والتغلب على الاختلافات النحوية والتشفيرية. بالإضافة إلى ذلك، في المرحلة السادسة، يصبح من الممكن تشفير وفك تشفير البيانات، مما يضمن السرية. أمثلة على البروتوكولات: ASCII وMIDI وSSL.

طبقة التطبيقات

المرحلة السابعة في قائمتنا والأولى إذا قام البرنامج بإرسال البيانات عبر الشبكة. تتكون من مجموعات من المواصفات التي يستطيع المستخدم من خلالها تصفح صفحات الويب. على سبيل المثال، عند إرسال الرسائل عبر البريد، يتم تحديد بروتوكول مناسب على مستوى التطبيق. تكوين مواصفات المرحلة السابعة متنوع للغاية. على سبيل المثال، SMTP وHTTP أو FTP أو TFTP أو SMB.

ربما تكون قد سمعت في مكان ما عن المستوى الثامن لنموذج ISO. رسميًا، لا يوجد، لكن ظهرت مرحلة ثامنة كوميدية بين العاملين في مجال تكنولوجيا المعلومات. وهذا كله يرجع إلى حقيقة أن المشاكل يمكن أن تنشأ بسبب خطأ المستخدم، وكما تعلم فإن الإنسان في قمة التطور، لذلك ظهر المستوى الثامن.

بعد النظر في نموذج OSI، تمكنت من فهم البنية المعقدة للشبكة وفهمت الآن جوهر عملك. تصبح الأمور بسيطة جدًا عند تقسيم العملية!

نموذج شبكة OSI(إنجليزي) يفتح أنظمة الربط البيني أساسي مرجع نموذج- النموذج المرجعي الأساسي لتفاعل الأنظمة المفتوحة) - نموذج الشبكة لمكدس بروتوكول الشبكة OSI/ISO.

نظرًا للتطور المطول لبروتوكولات OSI، فإن حزمة البروتوكولات الرئيسية المستخدمة حاليًا هي TCP/IP، والتي تم تطويرها قبل اعتماد نموذج OSI وبدون الاتصال به.

نموذج OSI

نوع البيانات

طبقة

المهام

7. التطبيق

الوصول إلى خدمات الشبكة

6. العرض

تمثيل البيانات وتشفيرها

5. الجلسة

إدارة الجلسة

القطاعات/مخططات البيانات

4. النقل

الاتصال المباشر بين نقاط النهاية والموثوقية

3. الشبكة

تحديد الطريق والعنونة المنطقية

2. القناة (رابط البيانات)

معالجة المادية

1. المادية

العمل مع وسائط النقل والإشارات والبيانات الثنائية

مستويات نموذج OSI

في الأدبيات، من المعتاد في أغلب الأحيان البدء في وصف طبقات نموذج OSI من الطبقة 7، والتي تسمى طبقة التطبيق، والتي تصل من خلالها تطبيقات المستخدم إلى الشبكة. ينتهي نموذج OSI بالطبقة الأولى - المادية، والتي تحدد المعايير المطلوبة من قبل الشركات المصنعة المستقلة لوسائط نقل البيانات:

    نوع وسيط النقل (كابل نحاسي، ألياف ضوئية، هواء راديو، إلخ.)،

    نوع تعديل الإشارة،

    مستويات الإشارة للحالات المنفصلة المنطقية (صفر وواحد).

يجب أن يتفاعل أي بروتوكول لنموذج OSI إما مع البروتوكولات الموجودة في طبقته، أو مع البروتوكولات بوحدة أعلى و/أو أقل من طبقته. تسمى التفاعلات مع البروتوكولات ذات المستوى الواحد أفقيًا، ومع المستويات الأعلى أو الأدنى - العمودي. يمكن لأي بروتوكول لنموذج OSI أن يؤدي وظائف طبقته فقط ولا يمكنه أداء وظائف طبقة أخرى، وهو ما لا يتم تنفيذه في بروتوكولات النماذج البديلة.

يتوافق كل مستوى، بدرجة معينة من الاصطلاح، مع معامله الخاص - وهو عنصر من البيانات غير قابل للتجزئة منطقيًا، والذي يمكن تشغيله على مستوى منفصل ضمن إطار النموذج والبروتوكولات المستخدمة: على المستوى المادي، أصغر وحدة هي وحدة بت، على مستوى الارتباط، يتم دمج المعلومات في إطارات، على مستوى الشبكة - في حزم (مخططات البيانات)، عند النقل - إلى شرائح. أي جزء من البيانات يتم دمجها منطقيًا للإرسال - الإطار أو الحزمة أو مخطط البيانات - يعتبر رسالة. والرسائل بشكل عام هي معاملات الجلسة ومستويات التمثيل والتطبيق.

تتضمن تقنيات الشبكة الأساسية الطبقات المادية وطبقات وصلة البيانات.

طبقة التطبيقات

طبقة التطبيق (طبقة التطبيق) - المستوى الأعلى للنموذج الذي يضمن تفاعل تطبيقات المستخدم مع الشبكة:

    السماح للتطبيقات باستخدام خدمات الشبكة:

    • الوصول عن بعد إلى الملفات وقواعد البيانات،

      إعادة توجيه البريد الإلكتروني؛

    يكون مسؤولاً عن نقل معلومات الخدمة؛

    يزود التطبيقات بمعلومات الخطأ؛

    يولد استعلامات لطبقة العرض.

بروتوكولات مستوى التطبيق: RDP HTTP (بروتوكول نقل النص التشعبي)، SMTP (بروتوكول نقل البريد البسيط)، SNMP (بروتوكول إدارة الشبكة البسيط)، POP3 (بروتوكول مكتب البريد الإصدار 3)، FTP (بروتوكول نقل الملفات)، XMPP، OSCAR، Modbus، SIP، TELNET وغيرها.

المستوى التنفيذي

المستوى التنفيذي (مستوى العرض؛ اللغة الإنجليزية) عرض تقديمي طبقة) يوفر تحويل البروتوكول وتشفير/فك تشفير البيانات. يتم تحويل طلبات التطبيق المستلمة من طبقة التطبيق إلى تنسيق للإرسال عبر الشبكة في طبقة العرض، ويتم تحويل البيانات المستلمة من الشبكة إلى تنسيق تطبيق. يمكن لهذه الطبقة إجراء ضغط/إلغاء ضغط أو تشفير/فك تشفير البيانات، بالإضافة إلى إعادة توجيه الطلبات إلى مورد شبكة آخر إذا تعذر معالجتها محليًا.

عادةً ما تكون طبقة العرض بروتوكولًا وسيطًا لتحويل المعلومات من الطبقات المجاورة. يتيح ذلك الاتصال بين التطبيقات الموجودة على أنظمة كمبيوتر مختلفة بطريقة شفافة للتطبيقات. توفر طبقة العرض تنسيق التعليمات البرمجية والتحويل. يتم استخدام تنسيق التعليمات البرمجية للتأكد من أن التطبيق يتلقى معلومات لمعالجة ما هو منطقي بالنسبة له. إذا لزم الأمر، يمكن لهذه الطبقة إجراء الترجمة من تنسيق بيانات إلى آخر.

لا تتعامل طبقة العرض التقديمي مع تنسيقات البيانات وعرضها فحسب، بل تتعامل أيضًا مع هياكل البيانات التي تستخدمها البرامج. وبالتالي، توفر الطبقة 6 تنظيم البيانات أثناء إرسالها.

لفهم كيفية عمل ذلك، دعونا نتخيل أن هناك نظامين. يستخدم أحدهما رمز تبادل المعلومات الثنائية الممتد EBCDIC لتمثيل البيانات، على سبيل المثال، يمكن أن يكون هذا هو حاسوب IBM الرئيسي، والآخر يستخدم رمز تبادل المعلومات القياسي الأمريكي ASCII (تستخدمه معظم الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر الأخرى). إذا كان هذان النظامان بحاجة إلى تبادل المعلومات، فستكون هناك حاجة إلى طبقة العرض التقديمي التي ستقوم بإجراء التحويل والترجمة بين التنسيقين المختلفين.

وظيفة أخرى يتم تنفيذها في طبقة العرض هي تشفير البيانات، والذي يستخدم في الحالات التي يكون فيها من الضروري حماية المعلومات المرسلة من تلقيها من قبل مستلمين غير مصرح لهم. لإنجاز هذه المهمة، يجب أن تقوم العمليات والتعليمات البرمجية في طبقة العرض التقديمي بتحويل البيانات.

تحدد معايير طبقة العرض أيضًا كيفية تمثيل الصور الرسومية. لهذه الأغراض، يمكن استخدام تنسيق PICT - وهو تنسيق صورة يستخدم لنقل رسومات QuickDraw بين البرامج. تنسيق تمثيل آخر هو تنسيق ملف الصورة TIFF ذو العلامات، والذي يُستخدم عادةً للصور النقطية عالية الدقة. معيار طبقة العرض التقديمي التالي الذي يمكن استخدامه للرسومات هو معيار JPEG.

هناك مجموعة أخرى من معايير مستوى العرض التي تحدد عرض أجزاء الصوت والأفلام. يتضمن ذلك واجهة الآلات الموسيقية الإلكترونية (MIDI) للتمثيل الرقمي للموسيقى، والتي تم تطويرها بواسطة معيار MPEG لمجموعة خبراء الصور المتحركة.

بروتوكولات طبقة العرض التقديمي: AFP - بروتوكول حفظ ملفات Apple، ICA - بنية الحوسبة المستقلة، LPP - بروتوكول العرض خفيف الوزن، NCP - بروتوكول NetWare الأساسي، NDR - تمثيل بيانات الشبكة، XDR - تمثيل البيانات الخارجية، X.25 PAD - بروتوكول مجمع/مفكك الحزم .

طبقة الجلسة

مستوى الجلسة حصة طبقة) يضمن النموذج الحفاظ على جلسة الاتصال، مما يسمح للتطبيقات بالتفاعل مع بعضها البعض لفترة طويلة. تدير الطبقة إنشاء/إنهاء الجلسة، وتبادل المعلومات، ومزامنة المهام، وتحديد أهلية نقل البيانات، وصيانة الجلسة أثناء فترات عدم نشاط التطبيق.

بروتوكولات طبقة الجلسة: ADSP، ASP، H.245، ISO-SP (بروتوكول طبقة جلسة OSI (X.225، ISO 8327))، iSNS، L2F، L2TP، NetBIOS، PAP (بروتوكول مصادقة كلمة المرور)، PPTP، RPC، RTCP ، SMPP، SCP (بروتوكول التحكم بالجلسة)، ZIP (بروتوكول معلومات المنطقة)، SDP (بروتوكول التوصيل المباشر)..

طبقة النقل

طبقة النقل ينقل طبقة) تم تصميم النموذج لضمان نقل البيانات بشكل موثوق من المرسل إلى المستلم. ومع ذلك، يمكن أن يختلف مستوى الموثوقية بشكل كبير. هناك العديد من فئات بروتوكولات طبقة النقل، بدءًا من البروتوكولات التي توفر وظائف النقل الأساسية فقط (على سبيل المثال، وظائف نقل البيانات دون إشعار بالاستلام)، إلى البروتوكولات التي تضمن تسليم حزم البيانات المتعددة إلى الوجهة بالتسلسل الصحيح، وتعدد إرسال البيانات توفر التدفقات آلية للتحكم في تدفق البيانات وتضمن موثوقية البيانات المستلمة. على سبيل المثال، يقتصر UDP على مراقبة سلامة البيانات ضمن مخطط بيانات واحد ولا يستبعد إمكانية فقدان حزمة كاملة أو تكرار الحزم، مما يؤدي إلى تعطيل الترتيب الذي يتم به تلقي حزم البيانات؛ ويضمن بروتوكول TCP نقلًا مستمرًا وموثوقًا للبيانات، باستثناء فقدان البيانات أو تعطيل ترتيب وصولها أو تكرارها، يمكن إعادة توزيع البيانات عن طريق تقسيم أجزاء كبيرة من البيانات إلى أجزاء، وعلى العكس من ذلك، دمج الأجزاء في حزمة واحدة.

بروتوكولات طبقة النقل: ATP، CUDP، DCCP، FCP، IL، NBF، NCP، RTP، SCTP، SPX، SST، TCP (بروتوكول التحكم في الإرسال)، UDP (بروتوكول مخطط بيانات المستخدم).

طبقة الشبكة

طبقة الشبكة شبكة طبقة) تم تصميم النموذج لتحديد مسار نقل البيانات. مسؤول عن ترجمة العناوين المنطقية والأسماء إلى عناوين فعلية، وتحديد أقصر الطرق، والتبديل والتوجيه، ومراقبة المشاكل والازدحام في الشبكة.

تقوم بروتوكولات طبقة الشبكة بتوجيه البيانات من المصدر إلى الوجهة. تُسمى الأجهزة (أجهزة التوجيه) التي تعمل على هذا المستوى تقليديًا بأجهزة المستوى الثالث (استنادًا إلى رقم المستوى في نموذج OSI).

بروتوكولات طبقة الشبكة: IP/IPv4/IPv6 (بروتوكول الإنترنت)، IPX، X.25، CLNP (بروتوكول الشبكة بدون اتصال)، IPsec (أمان بروتوكول الإنترنت). بروتوكولات التوجيه - RIP، OSPF.

طبقة وصل البيانات

طبقة وصل البيانات بيانات وصلة طبقة) تم تصميمه لضمان تفاعل الشبكات على المستوى المادي والتحكم في الأخطاء التي قد تحدث. يقوم بحزم البيانات الواردة من الطبقة المادية، المقدمة في وحدات البت، في إطارات، ويتحقق من سلامتها، وإذا لزم الأمر، يصحح الأخطاء (يشكل طلبًا متكررًا لإطار تالف) ويرسلها إلى طبقة الشبكة. يمكن لطبقة ربط البيانات التواصل مع طبقة مادية واحدة أو أكثر، ومراقبة هذا التفاعل وإدارته.

تقسم مواصفات IEEE 802 هذه الطبقة إلى طبقتين فرعيتين: MAC. وسائط وصول يتحكم) ينظم الوصول إلى وسيط مادي مشترك، LLC (eng. التحكم في الارتباط المنطقي) يوفر خدمة طبقة الشبكة.

تعمل المفاتيح والجسور والأجهزة الأخرى على هذا المستوى. تستخدم هذه الأجهزة عنونة الطبقة الثانية (حسب رقم الطبقة في نموذج OSI).

بروتوكولات طبقة الارتباط - ARCnet، ATMEthernet، تبديل الحماية التلقائية لشبكة Ethernet (EAPS)، IEEE 802.2، IEEE 802.11wireless LAN، LocalTalk، (MPLS)، بروتوكول نقطة إلى نقطة (PPP)، بروتوكول نقطة إلى نقطة عبر Ethernet (PPPoE) )، StarLan، حلقة الرمز، اكتشاف الارتباط أحادي الاتجاه (UDLD)، x.25.

الطبقة المادية

المستوى الجسدي بدني طبقة) - أدنى مستوى للنموذج الذي يحدد طريقة نقل البيانات المقدمة في شكل ثنائي من جهاز (كمبيوتر) إلى آخر. فهي تنقل الإشارات الكهربائية أو الضوئية إلى بث كبل أو راديو، وبالتالي تستقبلها وتحولها إلى بتات بيانات وفقًا لطرق تشفير الإشارة الرقمية.

تعمل المحاور ومكررات الإشارة ومحولات الوسائط أيضًا على هذا المستوى.

يتم تنفيذ وظائف الطبقة المادية على جميع الأجهزة المتصلة بالشبكة. على جانب الكمبيوتر، يتم تنفيذ وظائف الطبقة المادية بواسطة محول الشبكة أو المنفذ التسلسلي. تشير الطبقة المادية إلى الواجهات المادية والكهربائية والميكانيكية بين نظامين. تحدد الطبقة المادية أنواع وسائط نقل البيانات مثل الألياف الضوئية، والزوج الملتوي، والكابل المحوري، ووصلة بيانات القمر الصناعي، وما إلى ذلك. الأنواع القياسية لواجهات الشبكة المتعلقة بالطبقة المادية هي: V.35، RS-232، RS-485، موصلات RJ-11 وRJ-45 وAUI وBNC.

بروتوكولات الطبقة المادية: IEEE 802.15 (Bluetooth)، IRDA، EIARS-232، EIA-422، EIA-423، RS-449، RS-485، DSL، ISDN، SONET/SDH، 802.11Wi-Fi، Etherloop، واجهة راديو GSMUm ,ITU وITU-T,TransferJet,ARINC 818,G.hn/G.9960.

عائلة TCP/IP

تحتوي عائلة TCP/IP على ثلاثة بروتوكولات نقل: TCP، الذي يتوافق تمامًا مع OSI، ويوفر التحقق من استلام البيانات، والذي يتوافق مع طبقة النقل فقط من خلال وجود منفذ، مما يضمن تبادل مخططات البيانات بين التطبيقات، ولكنه لا يفعل ذلك. لا تضمن استلام البيانات؛ وSCTP، المصمم للتغلب على بعض أوجه القصور في TCP، وإضافة بعض الابتكارات. (هناك حوالي مائتي بروتوكول آخر في عائلة TCP/IP، وأشهرها هو بروتوكول خدمة ICMP، المستخدم لاحتياجات التشغيل الداخلية؛ والباقي أيضًا ليس بروتوكولات نقل).

عائلة IPX/SPX

في عائلة IPX/SPX، تظهر المنافذ (التي تسمى المقابس أو المقابس) في بروتوكول طبقة الشبكة IPX، مما يسمح بتبادل مخططات البيانات بين التطبيقات (يحتفظ نظام التشغيل ببعض المقابس لنفسه). ويكمل بروتوكول SPX بدوره IPX بجميع إمكانيات طبقة النقل الأخرى في توافق كامل مع OSI.

كعنوان مضيف، يستخدم IPX معرفًا مكونًا من رقم شبكة مكون من أربعة بايت (يتم تعيينه بواسطة أجهزة التوجيه) وعنوان MAC الخاص بمحول الشبكة.

نموذج TCP/IP (5 طبقات)

    طبقة التطبيق (5)أو توفر طبقة التطبيقات خدمات تدعم تطبيقات المستخدم بشكل مباشر، على سبيل المثال، برامج نقل الملفات والوصول إلى قاعدة البيانات والبريد الإلكتروني وخدمات تسجيل الخادم. هذا المستوى يتحكم في جميع المستويات الأخرى. على سبيل المثال، إذا كان المستخدم يعمل مع جداول بيانات Excel وقرر حفظ ملف عمل في الدليل الخاص به على خادم ملفات الشبكة، فإن طبقة التطبيق تضمن نقل الملف من كمبيوتر العمل إلى محرك أقراص الشبكة بشفافية للمستخدم .

    طبقة النقل (4) (طبقة النقل)يضمن تسليم الحزم دون أخطاء وخسائر، وكذلك بالتسلسل المطلوب. هنا، يتم تقسيم البيانات المرسلة إلى كتل، ووضعها في حزم، ويتم استعادة البيانات المستلمة من الحزم. يمكن تسليم الحزم من خلال إنشاء اتصال (قناة افتراضية) وبدونه. طبقة النقل هي الطبقة الحدودية والجسر بين الطبقات الثلاثة العليا، وهي خاصة جدًا بالتطبيقات، والثلاثة السفلية، وهي خاصة جدًا بالشبكة.

    طبقة الشبكة (3) (طبقة الشبكة)يكون مسؤولاً عن معالجة الحزم وترجمة الأسماء المنطقية (العناوين المنطقية، مثل عناوين IP أو عناوين IPX) إلى عناوين MAC للشبكة الفعلية (والعكس صحيح). على نفس المستوى، يتم حل مشكلة اختيار المسار (المسار)، الذي يتم من خلاله تسليم الحزمة إلى وجهتها (إذا كان هناك عدة مسارات في الشبكة). على مستوى الشبكة، تعمل أجهزة الشبكة المتوسطة المعقدة مثل أجهزة التوجيه.

    طبقة القناة (2) أو طبقة التحكم في خط النقل (طبقة وصلة البيانات)مسؤول عن إنشاء حزم (إطارات) من النوع القياسي لشبكة معينة (Ethernet، Token-Ring، FDDI)، بما في ذلك حقول التحكم الأولية والنهائية. هنا، يتم التحكم في الوصول إلى الشبكة، ويتم اكتشاف أخطاء الإرسال عن طريق حساب المجموع الاختباري، ويتم إعادة إرسال الحزم الخاطئة إلى جهاز الاستقبال. تنقسم طبقة ارتباط البيانات إلى طبقتين فرعيتين: طبقة LLC العليا وطبقة MAC السفلية. تعمل أجهزة الشبكة المتوسطة مثل المحولات على مستوى ارتباط البيانات.

    الطبقة المادية (1) (الطبقة المادية)- هذا هو المستوى الأدنى للنموذج، وهو المسؤول عن تشفير المعلومات المرسلة إلى مستويات الإشارة المقبولة في وسط الإرسال المستخدم، وفك التشفير العكسي. كما أنها تحدد متطلبات الموصلات، والموصلات، والمطابقة الكهربائية، والتأريض، وحماية التداخل، وما إلى ذلك. في الطبقة المادية، تعمل أجهزة الشبكة مثل أجهزة الإرسال والاستقبال وأجهزة إعادة الإرسال ومراكز إعادة الإرسال.

الذي لم يكن تطويره مرتبطًا بنموذج OSI.

طبقات نموذج OSI

يتكون النموذج من 7 مستويات تقع الواحدة فوق الأخرى. تتفاعل الطبقات مع بعضها البعض (عموديًا) من خلال واجهات، ويمكن أن تتفاعل مع طبقة متوازية لنظام آخر (أفقيًا) باستخدام البروتوكولات. يمكن لكل مستوى التفاعل مع جيرانه فقط وأداء الوظائف المخصصة له فقط. يمكن رؤية المزيد من التفاصيل في الشكل.

نموذج OSI
نوع البيانات مستوى المهام
بيانات 7. طبقة التطبيق الوصول إلى خدمات الشبكة
6. طبقة العرض تمثيل البيانات والترميز
5. طبقة الجلسة إدارة الجلسة
شرائح 4. النقل الاتصال المباشر بين نقاط النهاية والموثوقية
الحزم 3. الشبكة تحديد الطريق والعنونة المنطقية
شؤون الموظفين 2. القناة معالجة المادية
أجزاء 1. الطبقة المادية العمل مع وسائط النقل والإشارات والبيانات الثنائية

مستوى التطبيق (التطبيق). طبقة التطبيقات)

يضمن المستوى الأعلى للنموذج تفاعل تطبيقات المستخدم مع الشبكة. تسمح هذه الطبقة للتطبيقات باستخدام خدمات الشبكة، مثل الوصول عن بعد إلى الملفات وقواعد البيانات وإعادة توجيه البريد الإلكتروني. كما أنه مسؤول عن نقل معلومات الخدمة وتزويد التطبيقات بمعلومات حول الأخطاء وإنشاء طلبات إليها مستوى العرض. مثال: HTTP، POP3، SMTP، FTP، XMPP، OSCAR، BitTorrent، MODBUS، SIP

تنفيذي (مستوى العرض) طبقة العرض)

هذه الطبقة مسؤولة عن تحويل البروتوكول وترميز/فك تشفير البيانات. فهو يحول طلبات التطبيقات الواردة من طبقة التطبيق إلى تنسيق للإرسال عبر الشبكة، ويحول البيانات الواردة من الشبكة إلى تنسيق مفهوم للتطبيقات. يمكن لهذه الطبقة إجراء ضغط/إلغاء ضغط أو تشفير/فك تشفير البيانات، بالإضافة إلى إعادة توجيه الطلبات إلى مورد شبكة آخر إذا تعذر معالجتها محليًا.

عادةً ما تكون الطبقة السادسة (العروض التقديمية) للنموذج المرجعي OSI عبارة عن بروتوكول وسيط لتحويل المعلومات من الطبقات المجاورة. يتيح ذلك الاتصال بين التطبيقات الموجودة على أنظمة كمبيوتر مختلفة بطريقة شفافة للتطبيقات. توفر طبقة العرض تنسيق التعليمات البرمجية والتحويل. يتم استخدام تنسيق التعليمات البرمجية للتأكد من أن التطبيق يتلقى معلومات لمعالجة ما هو منطقي بالنسبة له. إذا لزم الأمر، يمكن لهذه الطبقة إجراء الترجمة من تنسيق بيانات إلى آخر. لا تتعامل طبقة العرض التقديمي مع تنسيقات البيانات وعرضها فحسب، بل تتعامل أيضًا مع هياكل البيانات التي تستخدمها البرامج. وبالتالي، توفر الطبقة 6 تنظيم البيانات أثناء إرسالها.

لفهم كيفية عمل ذلك، دعونا نتخيل أن هناك نظامين. يستخدم أحدهما EBCDIC، مثل حاسب IBM المركزي، لتمثيل البيانات، ويستخدم الآخر ASCII (تستخدمه معظم الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر الأخرى). إذا كان هذان النظامان بحاجة إلى تبادل المعلومات، فستكون هناك حاجة إلى طبقة العرض التقديمي التي ستقوم بإجراء التحويل والترجمة بين التنسيقين المختلفين.

وظيفة أخرى يتم تنفيذها في طبقة العرض هي تشفير البيانات، والذي يستخدم في الحالات التي يكون فيها من الضروري حماية المعلومات المرسلة من تلقيها من قبل مستلمين غير مصرح لهم. لإنجاز هذه المهمة، يجب أن تقوم العمليات والتعليمات البرمجية في طبقة العرض التقديمي بتحويل البيانات. هناك إجراءات أخرى على هذا المستوى تعمل على ضغط النصوص وتحويل الرسومات إلى تدفقات بت بحيث يمكن نقلها عبر الشبكة.

تحدد معايير طبقة العرض أيضًا كيفية تمثيل الصور الرسومية. ولهذه الأغراض، يمكن استخدام تنسيق PICT، وهو تنسيق صورة يستخدم لنقل رسومات QuickDraw بين برامج Macintosh وPowerPC. تنسيق تمثيل آخر هو تنسيق ملف الصورة TIFF ذو العلامات، والذي يُستخدم عادةً للصور النقطية عالية الدقة. معيار طبقة العرض التالي الذي يمكن استخدامه للصور الرسومية هو الذي طورته مجموعة خبراء التصوير المشتركة؛ في الاستخدام اليومي يسمى هذا المعيار ببساطة JPEG.

هناك مجموعة أخرى من معايير مستوى العرض التي تحدد عرض أجزاء الصوت والأفلام. يتضمن ذلك واجهة MIDI (الواجهة الرقمية للآلات الموسيقية) للتمثيل الرقمي للموسيقى، التي طورتها مجموعة Motion Picture Experts Group MPEG، وتستخدم لضغط مقاطع الفيديو وترميزها على الأقراص المضغوطة، وتخزينها في شكل رقمي وإرسالها بسرعات تصل إلى 1.5 يعد Mbits /s وQuickTime معيارًا يصف عناصر الصوت والفيديو للبرامج التي يتم تشغيلها على أجهزة كمبيوتر Macintosh وPowerPC.

مستوى الجلسة طبقة الجلسة)

المستوى الخامس من النموذج مسؤول عن الحفاظ على جلسة الاتصال، مما يسمح للتطبيقات بالتفاعل مع بعضها البعض لفترة طويلة. تدير الطبقة إنشاء/إنهاء الجلسة، وتبادل المعلومات، ومزامنة المهام، وتحديد أهلية نقل البيانات، وصيانة الجلسة أثناء فترات عدم نشاط التطبيق. يتم ضمان تزامن الإرسال عن طريق وضع نقاط تفتيش في دفق البيانات، والتي يتم استئناف العملية منها في حالة انقطاع التفاعل.

طبقة النقل طبقة النقل)

تم تصميم المستوى الرابع من النموذج لتقديم البيانات دون أخطاء أو خسائر أو تكرار بالتسلسل الذي تم إرسالها به. لا يهم ما هي البيانات التي يتم نقلها، من أين وأين، أي أنها توفر آلية النقل نفسها. فهو يقسم كتل البيانات إلى أجزاء، يعتمد حجمها على البروتوكول، ويجمع الأجزاء القصيرة في جزء واحد، ويقسم الأجزاء الطويلة. على سبيل المثال: TCP، UDP.

هناك العديد من فئات بروتوكولات طبقة النقل، بدءًا من البروتوكولات التي توفر وظائف النقل الأساسية فقط (على سبيل المثال، وظائف نقل البيانات دون إشعار بالاستلام)، إلى البروتوكولات التي تضمن تسليم حزم البيانات المتعددة إلى الوجهة بالتسلسل الصحيح، وتعدد إرسال البيانات توفر التدفقات آلية للتحكم في تدفق البيانات وتضمن موثوقية البيانات المستلمة.

لا تضمن بعض بروتوكولات طبقة الشبكة، والتي تسمى البروتوكولات غير المتصلة، تسليم البيانات إلى وجهتها بالترتيب الذي تم إرسالها به بواسطة الجهاز المصدر. تتعامل بعض طبقات النقل مع هذا من خلال جمع البيانات بالتسلسل الصحيح قبل تمريرها إلى طبقة الجلسة. تعدد إرسال البيانات يعني أن طبقة النقل قادرة على معالجة تدفقات بيانات متعددة في وقت واحد (قد تأتي التدفقات من تطبيقات مختلفة) بين نظامين. آلية التحكم في التدفق هي آلية تسمح لك بتنظيم كمية البيانات المنقولة من نظام إلى آخر. غالبًا ما تحتوي بروتوكولات طبقة النقل على وظيفة التحكم في تسليم البيانات، مما يجبر نظام الاستقبال على إرسال إقرارات إلى الجانب المرسل بأن البيانات قد تم استلامها.

يمكن وصف تشغيل بروتوكولات إنشاء الاتصال باستخدام مثال تشغيل الهاتف العادي. تبدأ بروتوكولات هذه الفئة في نقل البيانات عن طريق الاتصال أو إنشاء مسار لتتبع الحزم من المصدر إلى الوجهة. بعد ذلك، يبدأ نقل البيانات التسلسلية ومن ثم يتم إنهاء الاتصال عند الانتهاء من النقل.

تعمل البروتوكولات غير المتصلة، التي ترسل بيانات تحتوي على معلومات العنوان الكاملة في كل حزمة، بشكل مشابه لنظام البريد. تحتوي كل رسالة أو حزمة على عنوان المرسل والمستلم. بعد ذلك، يقرأ كل مكتب بريد وسيط أو جهاز شبكة معلومات العنوان ويتخذ قرارًا بشأن توجيه البيانات. يتم إرسال خطاب أو حزمة بيانات من جهاز وسيط إلى آخر حتى يتم تسليمها إلى المستلم. لا تضمن البروتوكولات غير المتصلة وصول المعلومات إلى المستلم بالترتيب الذي تم إرسالها به. تكون بروتوكولات النقل مسؤولة عن تثبيت البيانات بالترتيب المناسب عند استخدام بروتوكولات الشبكة بدون اتصال.

طبقة الشبكة طبقة الشبكة)

تم تصميم الطبقة الثالثة من نموذج شبكة OSI لتحديد مسار نقل البيانات. مسؤول عن ترجمة العناوين المنطقية والأسماء إلى عناوين فعلية، وتحديد أقصر الطرق، والتبديل والتوجيه، ومراقبة المشاكل والازدحام في الشبكة. يعمل جهاز الشبكة مثل جهاز التوجيه على هذا المستوى.

تقوم بروتوكولات طبقة الشبكة بتوجيه البيانات من المصدر إلى الوجهة.

طبقة وصل البيانات طبقة وصل البيانات)

تم تصميم هذه الطبقة لضمان تفاعل الشبكات في الطبقة المادية والتحكم في الأخطاء التي قد تحدث. فهو يحزم البيانات الواردة من الطبقة المادية في إطارات، ويتحقق من سلامتها، ويصحح الأخطاء إذا لزم الأمر (يرسل طلبًا متكررًا لإطار تالف) ويرسله إلى طبقة الشبكة. يمكن لطبقة ربط البيانات التواصل مع طبقة مادية واحدة أو أكثر، ومراقبة هذا التفاعل وإدارته. تقسم مواصفات IEEE 802 هذه الطبقة إلى طبقتين فرعيتين - MAC (التحكم في الوصول إلى الوسائط) ينظم الوصول إلى الوسيط الفعلي المشترك، وتوفر LLC (التحكم في الارتباط المنطقي) خدمة طبقة الشبكة.

في البرمجة، يمثل هذا المستوى برنامج تشغيل بطاقة الشبكة؛ وفي أنظمة التشغيل توجد واجهة برمجية لتفاعل طبقات القناة والشبكة مع بعضها البعض، وهذا ليس مستوى جديدًا، ولكنه مجرد تطبيق لنموذج لنظام تشغيل محدد . أمثلة على هذه الواجهات: ODI، NDIS

المستوى الجسدي الطبقة المادية)

يهدف المستوى الأدنى للنموذج إلى نقل دفق البيانات مباشرة. ينقل الإشارات الكهربائية أو الضوئية إلى البث الكبلي أو الراديوي، وبالتالي يستقبلها ويحولها إلى بتات بيانات وفقًا لطرق تشفير الإشارات الرقمية. وبعبارة أخرى، فإنه يوفر واجهة بين وسائط الشبكة وجهاز الشبكة.

البروتوكولات: IRDA، USB، EIA RS-232، EIA-422، EIA-423، RS-449، RS-485، Ethernet (بما في ذلك 10BASE-T، 10BASE2،

العيب الرئيسي في OSI هو طبقة النقل غير المدروسة. على ذلك، يسمح OSI بتبادل البيانات بين التطبيقات (تقديم المفهوم ميناء- معرف التطبيق)، ومع ذلك، لا يتم توفير القدرة على تبادل مخططات البيانات البسيطة (نوع UDP) في OSI - يجب أن تشكل طبقة النقل اتصالات، وتضمن التسليم، وتتحكم في التدفق، وما إلى ذلك (نوع TCP). تنفذ البروتوكولات الحقيقية هذا الاحتمال.

عائلة TCP/IP

تحتوي عائلة TCP/IP على ثلاثة بروتوكولات نقل: TCP، وهو متوافق تمامًا مع OSI، مما يوفر التحقق من استلام البيانات، وUDP، الذي يتوافق مع طبقة النقل فقط من خلال وجود منفذ، مما يسمح بتبادل مخططات البيانات بين التطبيقات. ، لكنه لا يضمن استلام البيانات، وSCTP، مصممة للتغلب على بعض أوجه القصور في TCP والتي أضافت بعض الابتكارات. (يوجد حوالي مائتي بروتوكول آخر في عائلة TCP/IP، أشهرها بروتوكول خدمة ICMP، المستخدم لاحتياجات التشغيل الداخلية؛ والباقي أيضًا ليس بروتوكولات نقل.)

عائلة IPX/SPX

في عائلة IPX/SPX، تظهر المنافذ (التي تسمى "المآخذ" أو "المآخذ") في بروتوكول طبقة شبكة IPX، مما يسمح بتبادل مخططات البيانات بين التطبيقات (يحتفظ نظام التشغيل ببعض المقابس لنفسه). ويكمل بروتوكول SPX بدوره IPX بجميع إمكانيات طبقة النقل الأخرى في توافق كامل مع OSI.

كعنوان مضيف، يستخدم IPX معرفًا مكونًا من رقم شبكة مكون من أربعة بايت (يتم تعيينه بواسطة أجهزة التوجيه) وعنوان MAC الخاص بمحول الشبكة.

نموذج وزارة الدفاع

مكدس بروتوكول TCP/IP باستخدام نموذج OSI مبسط مكون من أربع طبقات.

معالجة في IPv6

يبلغ طول عناوين الوجهة والمصدر في IPv6 128 بت أو 16 بايت. يعمل الإصدار 6 على تعميم أنواع العناوين الخاصة للإصدار 4 على أنواع العناوين التالية:

  • البث الأحادي – عنوان فردي. يحدد عقدة واحدة - منفذ كمبيوتر أو جهاز توجيه. يجب تسليم الحزمة إلى العقدة عبر أقصر طريق.
  • الكتلة - عنوان المجموعة. يشير إلى مجموعة من العقد التي تشترك في بادئة عنوان مشتركة (على سبيل المثال، متصلة بنفس الشبكة الفعلية). يجب توجيه الحزمة إلى مجموعة من العقد على طول أقصر مسار، ثم تسليمها فقط إلى أحد أعضاء المجموعة (على سبيل المثال، أقرب عقدة).
  • البث المتعدد – عنوان مجموعة من العقد، ربما في شبكات فعلية مختلفة. يجب تسليم نسخ الحزمة إلى كل عقدة اتصال باستخدام إمكانيات البث المتعدد للأجهزة أو تسليم البث، إن أمكن.

مثل IPv4، يتم تقسيم عناوين IPv6 إلى فئات بناءً على قيمة البتات الأكثر أهمية في العنوان.

معظم الفصول محجوزة للاستخدام في المستقبل. الأكثر إثارة للاهتمام للاستخدام العملي هو الفصل المخصص لمقدمي خدمات الإنترنت، والذي يسمى البث الأحادي المعين من قبل الموفر.

عنوان هذه الفئة له البنية التالية:

يتم تعيين معرف فريد لكل مزود خدمة إنترنت يحدد جميع الشبكات التي يدعمها. بعد ذلك، يقوم المزود بتعيين معرفات فريدة لمشتركيه، ويستخدم كلا المعرفين عند تعيين مجموعة من عناوين المشتركين. يقوم المشترك نفسه بتعيين معرفات فريدة لشبكاته الفرعية وعقد هذه الشبكات.

يمكن للمشترك استخدام تقنية الشبكات الفرعية IPv4 لتقسيم حقل معرف الشبكة الفرعية إلى حقول أصغر.

المخطط الموصوف يجعل نظام عنونة IPv6 أقرب إلى المخططات المستخدمة في الشبكات الإقليمية، مثل شبكات الهاتف أو شبكات X.25. سيسمح التسلسل الهرمي لحقول العناوين لأجهزة التوجيه الأساسية بالعمل فقط مع الأجزاء العليا من العنوان، مما يترك معالجة الحقول الأقل أهمية لأجهزة توجيه المشتركين.

يجب تخصيص 6 بايت على الأقل لحقل معرف المضيف حتى تتمكن من استخدام عناوين MAC للشبكة المحلية مباشرةً في عناوين IP.

لضمان التوافق مع نظام عنونة IPv4، يحتوي IPv6 على فئة من العناوين التي تحتوي على 0000 0000 في البتات الأكثر أهمية في العنوان. يجب أن تحتوي البايتات الأربع السفلية لعنوان هذه الفئة على عنوان IPv4. يجب أن توفر أجهزة التوجيه التي تدعم كلا الإصدارين من العناوين ترجمة عند إرسال حزمة من شبكة تدعم عنونة IPv4 إلى شبكة تدعم عنونة IPv6، والعكس صحيح.

نقد

تعرض نموذج OSI المكون من سبع طبقات لانتقادات من قبل بعض الخبراء. على وجه الخصوص، في الكتاب الكلاسيكي "UNIX. "دليل مسؤول النظام" كتب إيفي نيميث وآخرون:

... بينما كانت لجان ISO تتجادل حول معاييرها، كان مفهوم الشبكات بالكامل يتغير خلف ظهورهم، وكان يتم تنفيذ بروتوكول TCP/IP في جميع أنحاء العالم. ...
…
وهكذا، عندما تم تنفيذ بروتوكولات ISO أخيرًا، ظهر عدد من المشكلات:
استندت هذه البروتوكولات إلى مفاهيم ليس لها أي معنى في الشبكات الحديثة.
وكانت مواصفاتها في بعض الحالات غير مكتملة.
من حيث الأداء الوظيفي، كانت أدنى من البروتوكولات الأخرى.
إن وجود طبقات متعددة جعل هذه البروتوكولات بطيئة وصعبة التنفيذ.
…
... الآن حتى أكثر المؤيدين المتحمسين لهذه البروتوكولات يعترفون بأن OSI يتحرك تدريجياً نحو أن يصبح حاشية سفلية في صفحات تاريخ الكمبيوتر.