نظام أوزي للشبكات

شرح بالتفصيل نظام أوزي للشبكات (" Open System Interconnection Reference Model "OSI")

مقدمة
منذ الايام الاولى لظهور الشبكات الحاسوب قامت العديد من الشركات بوضع تصاميم لنظم تحدد الطريقة التي على اساسها يتم تبادل البيانات عبر هذه الشبكات, مما ادى الى عدم توافق هذه الانظمة وبالتالي استحالة ربطها ببعضها البعض
اخذت عدة هيئات دولية على عاتقها وضع نماذج نظرية معيارية (standard) تصنف من خلالها طريقة عمل الشبكات وسلوك مكوناتها في مختلف مراحل الاتصال ما بين المرسل والمستقبل
ومن ضمن هذه النماذج النظرية التي وحدت طريقة عمل شبكات الحاسوب كان النظام المفتوح ونظام TCP/IP ونظام IPX/SPX وغيرها من الانظمة
ما هو النظام المفتوح What is OSI؟
من النماذج المعيارية التي بواستطها يتم وصف طريقة عمل الشبكة والقواعد الواجب اتباعها في تصميمها اقترح في العام 1984 من قبل الانظمة الدولية للمواصفات والمقاييس (International standards organization "ISO") نموذجا اطلق عليه تسمية النموذج المرجعي لنظام الوصلات المفتوح او النموذج المفتوح
(Open System Interconnection Reference Model "OSI")
النموذج المقترح يقسم الوظائف التي تنجزها الشبكة في تنفيذ عملية الاتصال بين اجهزتها الى سبعة وظائف اساسية كل واحدة منها تمثل احدى مراحل عملية الاتصال بين عقدتين في الشبكة تسمى كل مرحلة بالطبقة (layer)
وصف الطبقة
(layer)
رقم الطبقة
التطبيق
application
7
التقديم
Presentation
6
الجلسة
session
5
النقل
transport
4
الشبكة
network
3
وصل البيانات
Data link
2
الفيزيائية
physical
1
ويتم التعامل مع كل طبقة من طبقات النظام المفتوح بالرغم من علاقتها ببعضها البعض , كوحدة مستقلة تعالج مشاكلها باستقلالية عن الطبقات الاخرى
الطبقة العليا (السابعة) هي طبقة التطبيق التي توفر للتطبيقات المنفذة في الحاسوب (مثل البريد الالكتروني) الوصول الى خدمات الشبكة وفي اسفل النموذج تستقر الطبقة الفيزيائية (الاولى) حيث موصلات الشبكة التي تقوم بتمرير الاشارات الى الحاسوب المستهدف
يفترض النموذج المقترح ان اي حاسوب لكي يصل الى الشبكة يجب ان يحوي مكدس للبروتوكولات (protocols stack) والذي يسمى ايضا طقم البروتوكولات (protocols suit) حيث ان تنفيذ الوظائف في اي طبقة يتم بواسطة بروتوكول معين او اكثر من هذا المكدس. وبالتعاون ما بين هذه البروتوكولات ومشغلات (برمجيات) معدات واجهزة الشبكة يتحقق الوصول الى الشبكة
المعادلة التالية توضح هذا التعاون
بروتوكولات + مشغلات الاجهزة وصول الى الشبكة
لنلق نظرة مفصلة على كل طبقة من طبقات OSI :

1- الطبقة الأولى Application و هي الطبقة التي يتحكم فيها المستخدم مباشرة و هي تدعم برامج مثل:

1- برامج نقل الملفات.

2- برامج قواعد البيانات.

3- برامج البريد الإلكتروني.

و هذه الطبقة هي المسئولة عن توفير إتصال بين عمليات التطبيقات و بيئة OSI كما أنها تتحكم بالوصول العام للشبكة و تدفق البيانات و علاج الأخطاء.

و توفر هذه الطبقة خدمات تسمى Application Service Elements (ASEs) و تشمل هذه الخدمات ما يلي:

1- Association Control Service Element (ACSE).

2- File Transfer, Acess and Management (FTAM).

3- Message Handling System (MHS).

كما انها تؤمن الربط بين المستخدم وخدمات الشبكة المختلفة في هذه الطبقة هناك انواع من التطبيقات مثل برنامج البريد الالكتروني , نقل البيانات , الوصول الى قواعد البيانات, توفير امكانية الوصول الى الطابعات والملفات, واستخدام المعلومات الموجودة في قاعدة البيانات الخاصة بتعريف المستخدمين لموارد الشبكة

كما تعتبر هذه الطبقة السبب في تاسيس جلسة اتصال (session)

فعلى سبيل المثال يحصل برنامج نقل الملفات وبرنامج البريد الالكتروني على امكانية الوصول الى الملفات المطلوبة

وبناءا على طلب المستفيد من خلال هذه الطبقة والتي تقوم اليا بتوليد طلب الى البروتوكول المناسب

للمباشرة بتحقيق جلسة اتصال(فتح قناة) لجلب الملفات المطلوبة

2- الطبقة الثانية Presentation و هي المسئولة عن تشكيل البيانات بالهيئة المناسبة للطبقة المجاورة العليا أو السفلى حسب الحالة هل هي عملية إرسال أو إستقبال ، وعملها الاساسي ادارة عمليات ترميز البيانات (coding) من خلال التاكد من ان المعلومات المتبادلة بين حاسوبين سيتم ترميزها بنظام مماثل ام لا فالحاسوب الذي يستخدم النظام ASCII

في ترميز البيانات قد يحتاج ان يتعامل مع حاسوب اخر يستخدم نظام الترميز EBCDICمثلا عند ذلك فان مهمة هذه الطبقة

هو تحقيق التوافق ما بين اساليب الترميز المستخدمة في طرفي التراسل

كما أن هذه الطبقة مسئولة عن الترجمة بين البروتوكولات المختلفة كما تقوم بتحويل الصيغ المختلفة من الصور مثل PCX و PNG و JPG و غيرها الى صيغة قابلة للقراءة و المشاهدة من قبل برنامج المستخدم ، و تقوم هذه الطبقة أيضا بضغط (compression)

وتشفير(Encryption)البيانات لتقليل عدد البتات التي يجب نقلها.وكجزء من اجراءات امن هذه البيانات.

3- الطبقة الثالثة Session و هي التي تسمح لبرنامجين على كمبيوترين مختلفين بإجراء اتصال و استخدام هذا الإتصال و إنهائه بين الجهازين ، كما أن هذه الطبقة مسؤولة عن التعرف على الأجهزة و أسمائها و إصدار تقارير عن الإتصالات التي تجريها و تقوم هذه الطبقة أيضا ببعض مهام الإدارة مثل ترتيب الرسائل المرسلة حسب وقت إرسالها و مدة إرسال كل رسالة و من البروتوكولات التي تعمل ضمن هذه الطبقة ما يلي :

أ- Network File System (NFS).

ب- Structured Query Language (SQL).

ج- X Windows.

كما تقوم هذه الطبقة بأخذ عينة من آخر جزء من البيانات تم إرساله عند توقف الشبكة عن العمل و ذلك لكي يتم إرسال البيانات عندما تعود الشبكة الى العمل من النقطة التي توقف عندها الإرسال.

4- الطبقة الرابعة Transport و هي الطبقة التي تفصل بين الطبقات الموجهة للمستخدم User-Oriented و الطبقات الموجهة للشبكة Network-Oriented.

تقوم هذه الطبقة بتجزئة البيانات الى أجزاء تسمى Segments ، كما تقوم بالتأكد من وصول هذه الأجزاء بدون أخطاء أو نقص أو تكرار و بالترتيب المناسب و باستخدام الوجهة المناسبة و تقوم هذه الطبقة في الجهاز المستقبل بإرسال رسالة تعلم بإستلامها للبيانات.

كما تستخدم هذه الطبقة بروتوكول TCPوهو بروتوكول النقل

5- الطبقة الخامسة Network و هي مسئولة عن عنونة الرسائل و ترجمة العناوين المنطقية و الأسماء الى عناوين مادية تفهمها الشبكة.

حيث تقوم هذه الطبقة في الجهاز المرسل باضافة عنوان المرسل والمستقبل

ضمن الحزمة حيث يسمى هذا العنوان بالعنوان المنطقي (logical address) او عنوان الطبقة الثالثة(layer 3 address)

او الIP address علما بان هذا العنوان والخاص بالجهاز يتم تثبيته من خلال برمجيات كارت الشبكة ومن قبل مدير الشبكة

او من قبل نظام توزيع العنونة ديناميكيا .ولهذه الطبقة مجموعة من البروتوكولات اللازمة لاجراء عمليات التراسل ما بين اقسام الشبكة الواحدة

وبين الشبكات المختلفة

وتعتبر استخدام هذه الطريقة ضروريا في حالة وجود برامج تستوجب تطبيقاتها عمل هذه الطبقة او في حالة التراسل

بين اكثر من شبكة لاجراء عمليات التوجيه التي تقع ضمن مسؤولية هذه الطبقة

**العنوان المنطقي قد يكون بريد إلكتروني أو عنوان إنترنت بهذا الشكل 123.123.123.123 أما العنوان المادي فيكون بهذا الشكل 02.12.3A.D1.23.AS .

و تقوم هذه الطبقة باختيار أنسب مسار بين الجهاز المرسل و المستقبل ، لهذا فإن أجهزة الموجهات Routers تعمل من ضمن هذه الطبقة.

كما تستخدم هذه الطبقة بروتوكول IP الذي يمثل عنوان الجهاز

6- الطبقة السادسة Data-Link و هي المسئولة عن المحافظة على التزامن في إرسال و استقبال البيانات و تقوم بتقسيم البيانات الى أجزاء أصغر تسمى Frames و تضيف إليها أجزاء الرأس Header و الذيل Trailer و التي تحتوي على معلومات تحكم للتأكد من خلو الإطارات من أي أخطاء.

وتقسم هذه الطبقة الى جزئين هما

أ- طريقة التحكم بالوصول (media access control "MAC")

الملاصقة للطبقة الاولى من النظام المفتوح

ب-وطبقة التحكم بالربط المنطقي (logical link control "LLC")

والملاصقة للطبقة الثالثة من النظام المفتوح

كما تستخدم هذه الطبقة بروتوكول MAC والذي يمثل رقم الشبكة

7- الطبقة السابعة Physical و هي الطبقة المواجهة لوسط الإرسال و المسئولة عن إرسال البيانات التي تم تجهيزها من قبل الطبقات العليا عبر وسط الإرسال.

كما تعرف هذه الطبقة الكيفية التي ستتصل بها بطاقة الشبكة بالأسلاك.

لنر الآن الكيفية التي تتصل و تتفاعل بواسطتها هذه الطبقات معا.

يطلق على الهيئة القياسية التي يقوم البروتوكول بتشكيل البيانات المارة بين الطبقات عليها اسم Protocol Data Unit (PDU).

و تقوم الواجهة الفاصلة بين كل طبقتين بتعريف العمليات و الخدمات التي توفرها الطبقة السفلى لجارتها العليا و تسمى هذه العمليات Primitives.

و لكي تقوم أي طبقة عليا بالوصول الى الطبقة المجاورة السفلى فإنها لا بد أن تستخدم عنوانا يسمى Service Access Point (SAP) و يمكن تصور هذا العنوان كمنفذ منطقي تمر البيانات من خلاله و يضاف الحرف الأول من اسم كل طبقة لهذا المصطلح ليصف اسم المنفذ الخاص بكل طبقة ، فمنفذ طبقة Network يسمى NSAP.

عند مرور البيانات من طبقة لأخرى فإنه من الممكن استخدام نوعين من الخدمات هما:

1- Confirmed.

2- Unconfirmed.

في الخدمة Confirmed تستخدم العمليات Primitives التالية:

1- الطلب Request.

2- الإشارة Indication.

3- الرد Response.

4- التأكيد Confirm.

أما في الخدمة Unconfirmed فتستخدم :

1- الطلب Request.

2- الإشارة Indication.

ملخص الدرس:

تقسم أنظمة الحاسوب الى أنظمة مفتوحة و أنظمة مغلقة.

يتكون OSI من سبع طبقات :

1- application،2- presentation،3- session,4- transport،5- network،6- data-link،7- physical.

و كل طبقة عليا تستفيد من خدمات الطبقات السفلى ، و يفصل بين كل طبقة و التي تليها فاصل يسمى Interface