طبقات وبروتوكولات نموذج OSI في شبكة الكمبيوتر

ما هو نموذج OSI؟

استخدم نموذج OSI (الربط البيني للأنظمة المفتوحة) هو نموذج مرجعي مفاهيمي يصف كيفية انتقال البيانات بين الأنظمة على الشبكة. وهو يقسم الاتصال إلى سبعة أقسام أساسية.tracتتكون طبقات نموذج OSI من t طبقة، لكل منها مسؤولية محددة بوضوح ومجموعة بروتوكولات خاصة. لا يُطبق النموذج تمامًا كما هو موضح في الشبكات الحقيقية - حيث أن بروتوكول TCP/IP هو حزمة البروتوكولات المستخدمة فعليًا - ولكن تظل طبقات OSI هي المصطلحات القياسية التي يستخدمها المهندسون لتحليل مشاكل الشبكة.

خصائص نموذج OSI

• لا يتم إنشاء طبقة إلا عند وجود مستوى مميز من الامتصاصtracهناك حاجة إلى tion.
• يتم اختيار وظيفة كل طبقة بحيث تتوافق مع بروتوكول موحد دوليًا.
• ينبغي أن تكون الطبقات كثيرة بما يكفي لفصل الاهتمامات ولكن قليلة بما يكفي لتجنب التعقيد المفرط.
• تعتمد كل طبقة على الطبقة التي تليها مباشرة للحصول على الخدمات الأساسية، وتعرض الخدمات للطبقة التي تعلوها مباشرة.
• لا ينبغي أن يتطلب التغيير داخل طبقة واحدة تغييرات في الطبقات التي تعلوها أو التي تليها.

لماذا نستخدم نموذج OSI؟

• يوفر مفردات مشتركة لفهم التواصل عبر الشبكة.
• يُسهّل ذلك عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها من خلال فصل الوظائف إلى طبقات شبكة مستقلة.
• تساعد الخرائط المهندسين على استيعاب التقنيات الجديدةping وضعها على طبقات مألوفة.
• يتيح لك مقارنة العلاقات الوظيفية عبر مجموعات البروتوكولات المختلفة.

تاريخ نموذج OSI

• أواخر 1970s بدأت المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) برنامجًا لتحديد معايير الشبكات العامة.
• 1973 — أبرز نظام تبديل الحزم التجريبي في المملكة المتحدة الحاجة إلى بروتوكولات ذات مستوى أعلى.
• 1983 — تم نشر نموذج OSI لأول مرة كمواصفات تفصيلية للواجهة.
• 1984 — اعتمدت المنظمة الدولية للمقاييس (ISO) رسميًا بنية OSI كمعيار دولي (ISO 7498).

طبقات نموذج OSI السبع

نموذج OSI هو بنية مرجعية متعددة الطبقات، حيث تؤدي كل طبقة وظيفة محددة. وتعمل الطبقات السبع معًا لنقل البيانات من المرسل إلى المستقبل.

• الطبقات العليا (التطبيق، العرض التقديمي، الجلسة): تتعامل مع دلالات التطبيقات وتعمل بشكل أساسي في البرمجيات.
• الطبقات الدنيا (النقل، الشبكة، ربط البيانات، الطبقة الفيزيائية): يتناول هذا القسم نقل البيانات، وتقسيمها إلى حزم، وتشكيلها، والوسيط المادي. كما يشمل قسمي ربط البيانات والوسيط المادي الأجهزة.

الطبقات السبع، من الأعلى إلى الأسفل، هي:

1. تطبيق
2. العرض
3. جلسة
4. النقل
5. الانرنيت
6. رابط البيانات
7. فيزيائي

مخطط طبقات الشبكة.

الطبقة المادية

استخدم الطبقة المادية يُحدد هذا المعيار المواصفات الكهربائية والميكانيكية والفيزيائية لاتصال البيانات. وهو ينقل البتات الخام عبر وسيط الإرسال، ولا يهتم بالبروتوكولات أو دلالات الطبقات العليا. تُعد واجهة معدل البيانات الأساسي (PRI) مثالًا على الاتصالات التي تعمل في هذه الطبقة - تعرف على المزيد في برنامج تعليمي لبروتوكول PRI.

تشمل أمثلة الأجهزة المادية للطبقة المادية محولات الشبكة، وكابلات الإيثرنت، والمكررات، وموزعات الشبكات.

طبقة وصل البيانات

استخدم طبقة ربط البيانات يكتشف ويصحح الأخطاء التي قد تحدث في الطبقة الفيزيائية، ويدير البروتوكول الذي يُنشئ ويُنهي اتصالاً بين جهازين متصلين مباشرةً. كما يقوم بتأطير البتات الخام في إطارات مُهيكلة، ويتعامل مع عناوين MAC الفيزيائية.

ينقسم رابط البيانات إلى طبقتين فرعيتين:

1. التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC): يتحكم في كيفية وصول الأجهزة إلى الوسيط المشترك وكيفية استخدامها transmit البيانات.
2. التحكم في الارتباط المنطقي (LLC): يحدد ويغلف بروتوكولات طبقة الشبكة ويكتشف الأخطاء.

الوظائف المهمة لطبقة ربط البيانات

• التأطير: يقسم بيانات طبقة الشبكة إلى إطارات.
• يضيف رأسًا يحتوي على العنوان الفعلي (MAC) للمصدر والوجهة.
• يوفر توصيل الإطارات من نقطة إلى أخرى بين الأجهزة المتجاورة.
• يكتشف الأخطاء ويعيد طلب الإطارات التالفة أو المفقودة.
• يوفر آلية لاجتياز الشبكات المستقلة المرتبطة ببعضها البعض.

طبقة الشبكة

استخدم طبقة الشبكة يوفر هذا النظام الوسائل الوظيفية والإجرائية لنقل سلاسل البيانات ذات الأطوال المتغيرة بين الأجهزة المضيفة الموجودة على شبكات مختلفة. ويتولى معالجة العنونة المنطقية (بروتوكول الإنترنت)، والتوجيه، وإعادة توجيه الحزم.

لا يُعدّ توصيل البيانات عبر طبقة الشبكة موثوقًا به بطبيعته، بل تقع مسؤولية ضمان ذلك على عاتق طبقة النقل. وتشمل بروتوكولات إدارة الطبقات في هذه الطبقة ما يلي:

1. بروتوكولات التوجيه (OSPF، BGP، RIP).
2. إدارة مجموعات البث المتعدد (IGMP).
3. تخصيص عناوين طبقة الشبكة (DHCP).

طبقة النقل

استخدم طبقة النقل يعتمد هذا النظام على طبقة الشبكة لتوفير نقل بيانات شامل بين العمليات على أجهزة المصدر والوجهة. كما يحافظ على خصائص جودة الخدمة مثل الترتيب والموثوقية والتحكم في التدفق.

تقوم طبقة النقل بتقسيم رسائل الطبقات العليا إلى أجزاء، وترقيمها، ثم إعادة تجميعها عند جهاز الاستقبال. وهي تضمن تسليم الرسائل بالتسلسل الصحيح ودون أخطاء عند استخدامها مع بروتوكولات موثوقة مثل TCP، أو تقبل فقدان بعض البيانات مقابل زيادة السرعة عند استخدامها مع UDP.

الوظائف المهمة لطبقة النقل

• يقوم بتقسيم الرسالة الواردة من طبقة الجلسة وترقيم كل جزء.
• يقوم بتوصيل كل جزء إلى العملية الصحيحة على الجهاز الوجهة باستخدام المنافذ.
• يضمن وصول الرسالة كاملةً دون أخطاء،transmitting عند الضرورة.
• يدير التحكم في التدفق بحيث لا يطغى المرسل السريع على المستقبل البطيء.

طبقة الجلسة

استخدم طبقة الجلسة يتحكم هذا النظام في الحوارات (الجلسات) بين جهازين حاسوبيين. فهو يُنشئ الاتصالات المنطقية ويديرها وينهيها، ويتولى عملية المصادقة عند الحاجة، ويدعم كلاً من الحوارات ثنائية الاتجاه الكاملة وثنائية الاتجاه الجزئية. ويُستخدم غالبًا في بيئات تستخدم استدعاءات الإجراءات عن بُعد.

الوظائف المهمة لطبقة الجلسة

• يقوم بإنشاء جلسة بين نظامين، والحفاظ عليها، وإنهاؤها.
• يُمكّن كلا النظامين من الدخول في حوار مُتحكم به.
• يضيف نقاط تفتيش إلى تدفق البيانات بحيث يمكن استئناف الجلسة بعد انقطاعها.

طبقة العرض

استخدم طبقة العرض يُحدد هذا النظام تنسيق تبادل البيانات بين كيانين متصلين، ويتولى ضغط البيانات وتشفيرها. ويُطلق عليه أحيانًا اسم طبقة بناء الجملة.

وظائف طبقة العرض التقديمي

• ترجمة مجموعة الأحرف (على سبيل المثال، من ASCII إلى EBCDIC).
• ضغط البيانات لتقليل عدد البتات على الشبكة.
• تشفير البيانات - على سبيل المثال، TLS لحماية سلامة وسرية البيانات.
• يوفر دعمًا لتنسيقات خدمات مثل البريد الإلكتروني ونقل الملفات.

طبقة التطبيقات

استخدم طبقة التطبيقات هي الطبقة الأقرب إلى المستخدم النهائي، وهي الطبقة الوحيدة التي تتفاعل مباشرةً مع التطبيقات. لا تحتوي هذه الطبقة على التطبيقات نفسها، بل تعرض خدمات الشبكة التي تستخدمها التطبيقات.

وظائف طبقة التطبيق

• يحدد شركاء الاتصال، ويحدد مدى توافر الموارد، وينسق عملية الاتصال.
• يتيح للمستخدمين تسجيل الدخول إلى مضيف بعيد.
• يوفر خدمات البريد الإلكتروني والوصول إلى الدليل.
• يوفر الوصول إلى قواعد البيانات الموزعة للحصول على معلومات عالمية حول الكائنات والخدمات.

التفاعل بين طبقات نموذج OSI

تتدفق المعلومات المرسلة من تطبيق حاسوبي إلى آخر عبر طبقات نموذج OSI على جهاز الإرسال، وعبر السلك، ثم تعود إلى أعلى عبر الطبقات الموجودة على جهاز الاستقبال.

• تتواصل كل طبقة مع الطبقة التي تعلوها، والطبقة التي تليها، والطبقة النظيرة المقابلة لها على النظام البعيد.
• في الرسم التخطيطي أدناه، تتصل طبقة ربط البيانات للنظام الأول مع طبقات الشبكة والطبقات المادية على نفس المضيف ومع طبقة ربط البيانات للنظام البعيد.

البروتوكولات المدعومة في كل طبقة من طبقات نموذج OSI

طبقة	الاسم	البروتوكولات المشتركة
طبقة 7	تطبيق	SMTP، HTTP، HTTPS، FTP، POP3، SNMP، DNS
طبقة 6	العرض	MPEG، ASCII، SSL، TLS
طبقة 5	جلسة	نت بيوس، SAP، آر بي سي
طبقة 4	النقل	تكب، UDP، SCTP
طبقة 3	الانرنيت	IPv4، IPv6، ICMP، IPsec، ARP، MPLS
طبقة 2	رابط البيانات	إيثرنت، بروتوكول PPP، ترحيل الإطارات، ATM، HDLC
طبقة 1	فيزيائي	RS-232، 100BaseTX، ISDN، IEEE 802.11 (الإشارات المادية)

الاختلافات بين نموذج OSI وبروتوكول TCP/IP

نموذج OSI	نموذج TCP/IP
يوفر تمييزًا واضحًا بين الواجهات والخدمات والبروتوكولات.	لا يرسم خطاً فاصلاً صارماً بين الخدمات والواجهات والبروتوكولات.
يتكون من سبع طبقات.	يتكون من أربع طبقات (التطبيق، النقل، الإنترنت، الوصول إلى الشبكة).
يستخدم طبقة شبكة مخصصة للتوجيه.	يستخدم طبقة إنترنت واحدة تجمع بين التوجيه والعنونة.
يحتوي على طبقات منفصلة للطبقة الفيزيائية وطبقة ربط البيانات.	يجمع بين طبقتي الربط المادي وربط البيانات في طبقة واحدة للوصول إلى الشبكة.
طبقة النقل موجهة نحو الاتصال.	استخدم TCP / IP طبقة النقل هي طبقة موجهة الاتصال (TCP) وطبقة غير موجهة الاتصال (UDP).
يبلغ الحد الأدنى لحجم رأس OSI حوالي 5 بايت.	يبلغ الحد الأدنى لحجم رأس TCP/IP 20 بايت.

مزايا نموذج OSI

• يعمل على توحيد أجهزة التوجيه والمحولات وغيرها من الأجهزة وفقًا لحدود الطبقات المحددة جيدًا.
• يقلل من التعقيد ويوحد واجهات المستخدم.
• يسهل الهندسة المعيارية - يمكن للبائعين الابتكار داخل طبقة واحدة دون الإضرار بالطبقات الأخرى.
• يضمن توافق التكنولوجيا بين مختلف الموردين.
• يُسرّع من تطور بروتوكولات الشبكة.
• يوفر الدعم لكل من الخدمات التي تتطلب اتصالاً والخدمات التي لا تتطلب اتصالاً.
• لا يزال النموذج المرجعي القياسي في تعليم شبكات الحاسوب.
• يوفر مرونة للتكيف مع أنواع عديدة من البروتوكولات.

عيوب نموذج OSI

• قد يكون دمج بروتوكولات العالم الحقيقي في طبقات نموذج OSI أمراً شاقاً.
• إنه نموذج مرجعي فقط - فهو لا يحدد بروتوكولات محددة.
• بعض الخدمات مكررة عبر الطبقات (على سبيل المثال، فحص الأخطاء في طبقة النقل وطبقة ربط البيانات).
• لا يمكن تشغيل الطبقات بالتوازي - كل طبقة تنتظر مخرجات الطبقة السابقة.

الأسئلة الشائعة