شرح نموذج OSI

نموذج OSI : هى مراحل تكون الداتا أو البيانات ونقلها من الـ device Source جهاز المرسل إلى جهاز المستقبل device Destination .

Open Systems Interconnection

وهو نظام في مجال شبكات الحاسوب المرجع الأساسي لترابط الأنظمة المفتوحة .
المرجع وضعته المنظمة الدولية للمعايير ISO سنة 1983برقم 7498 , ليكون نموذج نظري موثوق لبروتوكولات الاتصلات بين الشبكات الحاسوبية .

المهام : وظائف الأتصال والتنظيم حسب مرجع أو إس آي مقسمة على سبع طبقات – Layers مختلفة .

لكل طبقة دور يضم مجموعة مهمات يتطلب تحقيقها داخلها وعبر التواصل مع الطبقة التي تسبقها أو التي تليها حسب الترتيب .

ويشرح مرجع أو إس آي ذلك من خلال 4 أجزاء هي :

• النموذج القاعدي
• نظام الحماية
• التسمية والعنونة
• الإطار العام للتسيير – Routing

تم مراجعة المرجع سنة 1994 بتركيز على الجزء الأول

يوصف المرجع على أنه نظري. ذلك أن المرجع يصف بشكل عام المهام والأدوار التي تقوم بها أنظمة الربط الشبكية من دون الدخول في التفاصيل التقنية أو ذكر للتكنولوجيات المستعملة . بعض تفصيل المرجع من حيث العمليات والوظائف لم يتم لحد الأن دمجها في أحد من الأنظمة .

الأهداف :

1. ضمان نقل البيانات عبر الشبكة بطريقة امنة وسليمة .
2. توفير نفقات عرض الحزمة الدولي .
3. توفير جودة أفضل لخدمة نقل الصوت عبر بروتوكول الإنترنت VoIP .
4. إدار الخدمة وتوسّع الشبكة .

مميزات OSI :

Provides a standard for hardware development
بمعنى إنها توفر توحيد قياس ثابت يستخدمه مطورون أجهزة الهاردوير للشبكات

Allows for modular software development
توفر لمطوري برامج السوفت وير التركيز على طبقة واحدة والتي سيعمل عليها البرنامج أو إذا كان سيعمل على عدة طبقات مختلفة حسب الوظيفة التي سيقوم بها

Speed development of new technology
تجعل عملية تطوير كل ما هو متعلق بالشبكات سريعة

فائدة فهم OSI Layers :

1. تستطيع فهم و حل المشاكل Troubleshooting الشبكات.
2. معرفة كيفية تكوين الداتا وما هو شكلها في كل مرحلة Encapsulations .
3. بعد أن تفهم الطبقات أو مراحل ال OSI وكيف تتكون البيانات خلالها تستطيع أن تفهم وتحل المشاكل التي تصادفك على الشبكة ،فعندما تعرف كل جهاز أو هاردوير أو حتى تطبيق أو بروتوكول أين يعمل وفي أي مرحلة فعندها تستطيع التوصل لحل المشكلة بطريقة أسرع ، فعلى سبييل المثال عندما تقوم بعمل Ping على جهاز آخر على الشبكة فتفشل العملية فعلى اي اساس تصل لسبب المشكلة فهناك عدة اسباب قد تكون احدهما سبب المشكلة مثل الكابل أو كارت الشبكة أو بروتوكول Tcp/ip فعندما ا تفهم طبقات OSI ستعرف أن كل منهم يعمل في طبقة ولهذا ينصح بالكشف أولا عن الكابل الطبقة الأولى physical ثم كارت الشبكة الطبقة الثانية data link ( ثم TCP) .
4. معرفة و تتبع كل شيء في الشبكة من خلل الـ OSI و معرفة كل طبقة ماذا تقوم في وقت الإرسال و الاستقبال و تتبع البيانات المرسلة و المستقبلة من و إلى المستخدم .
5. تفيد بمعرفة النقاط الحساسة في الشبكات و اخذ الحذر منه و كيفية تشفير الدتا و فك التشفير .
6. معرفة كل جهاز في آية طبقة يعمل مثل الهاب و الراوتر و السويتش و جهاز الكمبيوتر.

طبقات المرجع :

يعرض مرجع أو إس آي على شكل 7 طبقات (التي تتكون) بشكل عمودي، أعلاه الطبقة السابعة وأسفله الطبقة الأولى.

7- Application layer
6- Presentation layer
5- Session layer
4- Transport layer
3- Network layer
2- Data link layer
1- Physical layer

شرح مراحل كل طبقة من طبقة OSI Layer بالتفصيل :

سأقوم بشرح كل طبقة بالتفصيل مع ذكر بعض الامثلة على كل طبقة و معرفة كل طبق و ما هي وظيفتها .

7- طبقة التطبيقات – Application layer

هذه الطبقة المسؤولة عن التطبيقات مثل البرامج التي يتعامل معها المستخدم مثل تصفح الانترنت يحتاج الى البرامج مثل برامج التصفح Google Chrome أو Mozilla Firefox أو عندما يريد رفع ملفات إلى السيرفر أو سحب ملفات يحتاج ايضاً إلى برامج النقل مثل FTP Client أو عندما ا يحتاج لـ إرسال بريد أو استقبال بريد يحتاج برنامج Outlook كل هذه البرامج تعمل في طبقة التطبيقات – Application layer بمعنى ما يتم العمل عليه من قبل المستخدم بشكل تطبيق كله يندرج تحت طبقة الـ Application layer و بطبع كل هذه البرامج تحتاج لـ البروتوكولات و سأقوم بذكر بعض من هذه البروتوكولات التي تعمل في طبقة التطبيقات – Application layer .

في هذه الصورة يوجد برنامج الـ Mozilla Firefox و برنامج الـ Outlook في هذه المرحلة يجب المعرفة اننا الأن نقف في الطبقة السابعة و هي طبقة التطيبقات Application layer واي برامج اخرى .

البروتوكولات التي تعمل في طبقة التطيبقات – Application layer :

SNMP , DNS, FTP, LDAP, LMP, NTP , HTTP , DHCP, Open VPN, SMTP , POP3 , IMAP , WAE, WAP, SSH, Telnet ,SIP, PKI, SOAP, rlogin, TLS / SSL.

6- طبقة العرض – Presentation layer

هذه طبقة العرض الطبقة المسؤولة عن تهيئة البيانات و التفريق ما بين كل نوع من البيانات و في هذه الطبقة يتم العمل على اعداد و اخذ كل امتداد على حسب نوع البيانات مثل النصوص و الصور و الفيديو و الملفات المضغوطة و تقوم هذه الطبقة بعمل تشفير و فك التشفير للبيانات و تقوم بتغيير شكل البيانات إلى أشكال مختلفة إذا تطلب الأمر و بعد أن تتم عملية التهئية سيتم الإرسال من جهاز المرسل إلى جهاز المستقبل و العكس .

مثال على طبقة العرض تقوم طبقة العرض بعمل الصيغ المناسبة للبيانات مثل عندما نقوم بإرسال صورة ستقوم الصورة بنزول من طبقة التطبيقات و هي الـ Application layer و الوصول إلى طبقة العرض Presentation layer و عند الوصول لهذه الطبقة ستقوم بعملية تهئية الصورة و وضع الصيغة التالية إذا كانت صورة الصيغة png,jpeg gif , في هذه المرحلة سيتم تحديد نوع الصورة و إرساله بصيغتها .

البروتوكولات التي تعمل في طبقة العرض – Presentation layer :

JPEG, MPEG, ASCII , EBCDIC , HTML, AFP, PAD , NDR , RDP, PAD, AVI.

عملية التهئية : هي عملية تهيئة البيانات أو الداتا ليتم اخذ صيغتها و امتداها المناسب . عملية الضغط و فك الضغط : هي عملية ضغط البيانات من قبل المرسل حتى تصل المستقبل و عند استلم البيانات للمستبقل سيتم فك الضغط و كذلك عملية التشفير و فك التشفير .

5- طبقة جلسة العمل – Session layer

هي الطبقة المسؤولة عن جلسة العمل و عن ادارة و فتح و اغلاق آية اتصال ما بين المستخدمين و مثال على ذالك عندما نقوم بفتح أكثر من موقع على شبكة الانترنت نقوم بدخول على المتصفح و نقوم بدخول على أكثر من موقع في نفس الوقت و من غير اية مشكلة هذا لي إنه طبقة الـ Session تقوم بادارة الاتصال و تنظيمها بينم تقوم ايضاً هذه البطقة بفتح كل بورت لكل تطيبق معين مثل انا الأن اتصفح موقع فيس بوك و اريد الدخول إلى موقع جوجل و يوتويب في نفس الوقت لا يوجد اية مشكلة سأقوم بدخول عليهم بكل سهولة وذلك لي أن طبقة الـ Session تقوم بفتح بورت لكل موقع لوحده و ايضاً هذه الطبقة تقوم بتحدد نوع الاتصال المستخدم مثل الإرسال في اتجاه واحد (single) هذا يعني الإرسال في اتجاه واحد يرسل مره واحد مثل الراديو التلفزيون تسمع ولا تسطيع الرد عليه و يجد أيضاً الإرسال و الاستقبال في نفس الوقت (half duplex) هذا يعني الإرسال و الاستقبال في نفس الوقت ولكن بشكل متقطع مثل عند وصول الإشارة للطرف الآخر سيتم الاستقبال و عند استقبال الإشارة و قبولها يستطيع الإرسال مره آخر من المستقبل إلى المرسل ولكن بشكل مرتب و منظم من دون تداخل الإشارة , و يوجد النوع الاخير من أنواع الإرسال .

(Full duplex) هذا النوع من الاتصال يكون بشكل مباشرة استقال و إرسال بخط واحد من دون انتظار بمعنى يستقبل و يرسل في نفس الوقت على خط واحد من دون تقطع مثل عندما تكون تتصل على أحد الاصدقاء و تتكلم معه على الهاتف لحظة انك تسطيع مقطعته و الحديث معه و هو في نفس الحظة يتكلم و انتا في نفس هذه الحظة تتكلم هذه يعني انكم على نفس الخط تستطيعون الحديث و هذه يعني إنه (Full duplex) .

البروتوكولات التي تعمل في الطبقة المسؤولة عن جلسة العمل – Session layer :

SAP, RTP, NFS, SQL, RPC, NETBIOS NAM, NCP, SOCKETS, SMB, NETBEUI, 9P.

4- طبقة نقل و ادارة البيانات – Transport layer

هذه الطبقة المسؤولة عن نقل و ادارة البيانات و تحديد نوع البيانات المرسلة و المستقبلة وبعده تقوم بتحديد نوع البروتوكول المناسب للبيانات في عملية إرسال و نقل البيانات مثل بعض البيانات تحتاج استخدام بروتوكول TCP Commection oriented protocol هذا البروتوكول يستخدم في في نقل البيانات المهمة جدا هذا البروتوكول بعد نقل البيانات يتاكد من وصول البيانات بشكل كامل و إذا لم يتم توصيل البيانات بشكل كامل سيقوم بعودة إرساله مره اخرى و يوجد عملية تقوم بهذه المهمة سأقوم بشرحها في نهاية هذا الموضوع اما البيانات التي تستخدم بروتوكول الـ UDP Comectionless هي البيانات تكون مثل الصوت و الفيديو مثل عندما تستخدم برنامج السكايب بعض اوقت تشعر أن الصوت أو الصورة يوجد فيهم تقطع و عدم وضوح للصوت و الصورة لماذا لإنه هذه البيانات يتم نقلها عن طريق بروتوكول الـ UDP و هذا البروتوكول لا يهتم في توصيل البيانات بشكل كامل فقط ينقل مره واحدة ولا يتاكد من البيانات هل تم استلامه بشكل كامل أو لا لهذا السبب ترى الصوت أو الصورة يوجد فيها ضعف و تقطيع على عكس بروتوكول الـ TCP فهو يتاكد من وصول البيانات بشكل كامل .

البروتوكولات التي تعمل في الطبقة المسؤول عن نقل و ادارة البيانات – Transport layer

• TCP: Transmission Communication Protocol
• UDP: User Datagram Protocol

طريقة التحكم في نقل البيانات في طبقة النقل Transport layer :

يوجد طريقتان للتحكم في عملية نقل البيانات .

1- التحكم في نقل البيانات flow control , و تصحيح الاخطاء Error correction تتم عليمة نقل البيانات flow control عن طريق تقطيع الداتا ثم ترقيمها Sequencing ثم الإرسال و التأكد من الطرف الآخر بالإستلام وقته يقوم الطرف الآخر برد على إنه استلام البيانات بشكل صحيح Acknowledgments إرسال باقي الداتا .

٢- يتم تحديد نوع البيانات و بعده يتم تحديد نوع البروتوكول الذي يجب استخدامه TCP أو UDP

بعده سيتم اختيار البورتات المناسبة لكل تطبيق

يوجد نوعان من البورتات :

البورتات المحجوزة تكون هذه البورتات محجوزة في داخل النظام لبعض التطبيقات و البروتوكولات و تبداء هذه البروتوكولات من ( 1024 to 0 ) و هذه البروتوكولات لا يمكن استخدامها على تطبيقات أخرى .

البورتات الآخر وتستخدم هذه البورتات من قبل التطيبقات التي يتم العمل عليه على النظام مثل البرامج مثل برنامج المتصفح أو برنامج السكايب أو برنامج الريموت كنترول أو برنامج التحكم عن بعد و هذه التطيبقات تقوم باخذ بورتات بشكل عشوائي للخروج على الشبكة للوصل إلى جهاز اخرى ليدخل من بورت مختلف .

3- طبقة الشبكة – Network layer

هذه الطبقة المختصة في الشبكة و هي المسؤولة عند ادارة الـ Packet تتم عملية التحويل إلى Packet بعد نزول الداتا من طبقة النقل Transport layer يتم نزول الداتا على شكل segment و بعد وصولها لطبقة الشبكة Network layer يتم تحويلها من segment إلى Packet و بعده يتم إضافة IP جهاز المرسل و جهاز المستقبل و بعد هذه العملية تقوم هذه الطبقة بتحديد مسار الـ Packet الذي سيتم نقل البيانات منه و الذي يسمى الموجه أو التوجيه routing في هذه المرحلة يتواجد في المسار بروتوكولات توجيه المستخدمة ما بين الموجهات أو الراوترات مثل بروتوكولات RIP, EIGRP, OSPF ، BGP .

البروتوكولات التي تعمل في طبقة الشبكة – Network layer :

IPv4, IPv6 , IPx , ICMP, IPsec, IGMP.CLNP,EGP,EIGRP,IGRP,IPX SCCP, GRE, OSPF, ARP, RIP, Routed-SMLT

هذه الطبقة هي المسؤولة عن الشبكة بشكل مباشرة في عملية توجيه البيانات من شبكة لـ شبكة أخرى في منطقة أخرى و هي المسؤولة ايضا عن عملية الربط ما بين الراوترات أو الموجهات و هذه الطبقة من أهم الطبقات الذي يجب على الدارس فهما جيداً في حال وقوع مشكلة في الشبكة يجب المعرفة في آية طبقة من الطبقات السبعة المشكلة موجودة ليتم حل هذه المشكلة بشكل سريع .

2- طبقة ربط البيانات – data link layer

طبقة ربط البيانات أو طبقة ربط المعطيات طبقة ربط البيانات هي الطبقة التي يتم فيها تجهيز البيانات من أجل تسليمها للشبكة اي تحويل البت الخام إلى جدول من الإطارات .

و يتم تغليف الحزم (Packet) في إطار (FRAME) وهو مصطلح يستخدم لوصف حزم البيانات الثنائية (binary data) البروتوكولات في هذه الطبقة تساعد في عنونة واكتشاف أخطاء ومعالجة الأخطاء في البيانات التي سترسل وتستقبل. وتقوم بعملية نقل كتل من البيانات عبر الرابط الفيزيائي (المادي). فالحواسيب المضيفة ترسل من وإلى واجهات معالجات الرسال (Interface Message Processor IMP) التي تعالج الاتصالات عبر رابط الاتصال المادي.

بشكل عام تكون مهمة طبقة ربط البيانات صنع خط فيزيائي يظهر الخطأ إلى الطبقات الأعلى وهذا ما يدعى بالدارة الافتراضية. هكذا الطبقة الأعلى من التسلسل الهرمي.

البرتوكولات تستطيع تمرير البيانات إلى الأسفل حيث الطبقات المنخفضة وتكون قادرة أن تفترض إذا كانت الرسالة وصلت إلى وجهتها بالإضافة إلى أنه من المهم أن يحصل المستقبل على البيانات بنفس الشكل المرسل. وهذا مايعرف بشفافية البيانات والتي تعني أن البيانات المنقولة لا تتغير ولا تحرف.

طبقة التحكم بالربط المنطقي :

أو طبقة التحكم المنطقية Logical Link Control LLC يتم فيها تحويل ال Bits إلى Bytes ثم تحويلها إلى Frames ويتحدد نوع وحجم ال Frame حسب ال Logical Network Topology والمقصود بها طريقة تخاطب الأجهزه هل تستخدم ال Token ring مثلا أم ال star مثلا وهي الطريقة الشائعة فحجم ال Frame يختلف هنا وأيضا حسب نوع البروتوكول المستخدم يختلف حجم ال == Frame طبقة التحكم . بالوصول إلى الوسائط : Media Access Control MAC = يتم في هذة المرحلة وضع العنوان ماك Mac Address الخاص بكرت الشبكة وهو متفرد ولا يتكرر في أي جهاز إلى ال Frame وأيضا بحث طريقة وضع البيانات على الكابل بطريقه لاتتعارض مع وضع جهاز آخر للبيانات على الكابل في نفس الوقت.

المشاكل التي تواجه طبقة ربط البيانات :

1. أخطاء على الرابط المادي بسبب الضوضاء وأخطاء خط .
2. معدل نقل البيانات من الخط محدود على النحو الذي يحدده عرض النطاق الترددي.
3. سرعة تجهيز محدودة من قبل المضيف وواجهات معالجات الرسالة (IMP). فالمضيف يستطيع فقط الموافقة على بيانات ضمن مجال معين.
4. حجم الذاكرة المؤقت على ( RAM ذاكرة الوصول العشوائي) .

1- الطبقة الفزيائية – Physical layer

هذه الطبقة الاخيرة من الطبقة السبعة و هي آخر مرحلة تمر فيها البيانات أو الداتا بشكل نهائي ليتم ايصاله للجهاز المطلوب , و في هذه المرحلة يتم تحويل الداتا أو البيانات عند الوصول لهذه الطبقة تكون على شكل فريم Frame و تتم عملية التحويل من فريم Frame إلى اشارات كهربائية BITS و يقوم بهذه الوظيفة كرت الشبكة و المودم و بعد الانتهاء من هذه العملية يستم التسليم لكابل الشبكة المتوصل في كرت الشبكة و بعده ستبحر البيانات في عالم الشبكة للوصول إلى الجهاز المطلوب .

البروتوكولات التي تعمل في طبقة ربط البيانات و الطبقة الفزيائية

الآن لنتعرف على شكل الداتا في كل طبقة من الطبقات السبعة في الجدول التالي :

الأن لنتعرف على الأجهزة التي تعمل في كل طبقة من الطبقات السبعة في الجدول التالي :

الأن ناتي للتوضيح الأكثر أهمية في الحياة الحقيقة و العملية كل هذا الشرح هو عبارة عن شرح و مفهوم للطبقة السابعة OSI Layers ولا يوجد له وجود ولكن في الحياة الحقيقة يوجد ما يسمى الـ TCP/IP و هو مكون من اربعة طبقات ماخوذ من النموذج الأول و هذه الصورة توضح نموذج الـ TCP/IP .

الأن بعد أن فهمت النموذج الأول و هو النموذج المكون من السبع طبقة الأن يسهل عليك فهم النموذج الثاني و هو الـ TCP/IP.