نموذج الشبكة OSI(النموذج المرجعي الأساسي لربط الأنظمة المفتوحة) هو نموذج شبكة مجردة للاتصالات وتطوير بروتوكولات الشبكة.

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. وعلى الرغم من وجود نماذج أخرى، فإن معظم الشركات المصنعة للشبكات اليوم تصمم منتجاتها بناءً على هذا الهيكل.

مستويات OSI

كل طبقة من نموذج OSI مسؤولة عن جزء من عملية المعالجة لإعداد البيانات لنقلها عبر الشبكة.

وفقًا لنموذج OSI، أثناء عملية النقل، تمر البيانات حرفيًا من أعلى إلى أسفل عبر مستويات نموذج OSI للكمبيوتر المرسل وإلى الأعلى عبر مستويات نموذج OSI للكمبيوتر المستقبل. تحدث عملية التغليف العكسية على الكمبيوتر المتلقي. تصل البتات إلى الطبقة المادية لنموذج OSI للكمبيوتر المستقبل. عندما تتحرك البيانات لأعلى عبر طبقات OSI للكمبيوتر المتلقي، فإنها ستصل إلى طبقة التطبيق.

مستوى	اسم	الوصف 1	الوصف 2
7.	مُطبَّق	هذا هو المستوى الذي يعمل فيه مستخدمو المنتج النهائي. إنهم لا يهتمون بكيفية نقل البيانات ولماذا ومن خلال أي مكان... قالوا "أريد!" - وعلينا نحن المبرمجين أن نوفر لهم ذلك. كمثال، يمكننا أن نأخذ أي لعبة على الإنترنت: بالنسبة للاعب فهي تعمل على هذا المستوى.	عندما يريد المستخدم إرسال البيانات، مثل البريد الإلكتروني، تبدأ طبقة التطبيق عملية التغليف. طبقة التطبيق مسؤولة عن توفير الوصول إلى الشبكة للتطبيقات. تمر المعلومات عبر الطبقات الثلاث العليا، وعندما تصل إلى طبقة النقل، تعتبر بيانات.
6.	ممثل (مقدمة إلى XML، SMB)	هنا يتعامل المبرمج مع البيانات الواردة من المستويات الأدنى. في الأساس، هذا هو تحويل البيانات وتقديمها في شكل سهل الاستخدام.
5.	الجلسة (شهادات TLS وSSL لموقع الويب والبريد وNetBios)	تسمح هذه الطبقة للمستخدمين بإجراء "جلسات الاتصال". أي أنه عند هذا المستوى يصبح نقل الحزم شفافًا للمبرمج، ويمكنه، دون التفكير في التنفيذ، نقل البيانات مباشرة كتدفق مستمر. هذا هو المكان الذي تلعب فيه البروتوكولات HTTP وFTP وTelnet وSMTP وما إلى ذلك.
4.	النقل (منافذ TCP، UDP)	يتحكم في نقل البيانات (حزم الشبكة). أي أنه يتحقق من سلامتها أثناء النقل، ويوزع الحمل، وما إلى ذلك. تنفذ هذه الطبقة بروتوكولات مثل TCP وUDP وما إلى ذلك. ذات أهمية قصوى بالنسبة لنا.	في طبقة النقل، يتم تقسيم البيانات إلى أجزاء يمكن إدارتها بسهولة أكبر، أو وحدات PDU لطبقة النقل، من أجل النقل المنظم عبر الشبكة. تصف وحدة PDU البيانات أثناء انتقالها من طبقة واحدة من نموذج OSI إلى طبقة أخرى. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي طبقة النقل PDU على معلومات مثل أرقام المنافذ والأرقام التسلسلية وأرقام المصافحة، والتي تُستخدم لنقل البيانات بشكل موثوق.
3.	الشبكة (IP، بروتوكول تشخيص ازدحام الشبكة ICMP)	يتحكم منطقيًا في عناوين الشبكة والتوجيه وما إلى ذلك. ينبغي أن تكون موضع اهتمام مطوري البروتوكولات والمعايير الجديدة. يتم تنفيذ بروتوكولات IP وIPX وIGMP وICMP وARP على هذا المستوى. يتم التحكم فيها بشكل أساسي بواسطة برامج التشغيل وأنظمة التشغيل. بالطبع، الأمر يستحق المشاركة، ولكن فقط عندما تعرف ما تفعله وتثق تمامًا في نفسك.	في طبقة الشبكة، يصبح كل مقطع قادم من طبقة النقل حزمة. تحتوي الحزمة على عنونة منطقية وبيانات تحكم أخرى من الطبقة الثالثة.
2.	القناة (WI-FI، ما هو الإيثرنت)	يتحكم هذا المستوى في إدراك الإشارات الإلكترونية من خلال المنطق (العناصر الإلكترونية الراديوية) للأجهزة. أي أنه من خلال التفاعل على هذا المستوى، يقوم الجهاز بتحويل تدفق البتات إلى إشارات كهربائية والعكس صحيح. نحن لسنا مهتمين بذلك لأننا لا نطور الأجهزة والرقائق وما إلى ذلك. يتعلق المستوى ببطاقات الشبكة والجسور والمحولات وأجهزة التوجيه وما إلى ذلك.	في طبقة ارتباط البيانات، تصبح كل حزمة قادمة من طبقة الشبكة إطارًا. يحتوي الإطار على العنوان الفعلي وبيانات تصحيح الأخطاء.
1.	الأجهزة (المادية) (الليزر، الكهرباء، الراديو)	يتحكم في نقل الإشارات المادية بين الأجهزة الموجودة على الشبكة. أي أنه يتحكم في نقل الإلكترونات عبر الأسلاك. نحن لسنا مهتمين به، لأن كل ما هو موجود في هذا المستوى يتم التحكم فيه بواسطة الأجهزة (تنفيذ هذا المستوى هو مهمة الشركات المصنعة للمحاور ومضاعفات الإرسال والمكررات وغيرها من المعدات). نحن لسنا فيزيائيين راديو هواة، ولكن مطوري الألعاب.	في الطبقة المادية، يصبح الإطار بتات. عبر بيئة الشبكة، يتم إرسال البتات واحدة تلو الأخرى.

نرى أنه كلما ارتفع المستوى، زادت درجة التجريد من نقل البيانات إلى العمل مع البيانات نفسها. هذا هو بيت القصيد من نموذج OSI: كلما تسلقنا أعلى وأعلى على السلم، أصبح اهتمامنا أقل فأقل بشأن كيفية نقل البيانات، وأصبح اهتمامنا أكثر فأكثر بالبيانات نفسها بدلاً من وسائل نقلها. . كمبرمجين، نحن مهتمون بالطبقات 3 و4 و5. ويجب علينا استخدام الأدوات التي توفرها لبناء الطبقات 6 و7 التي يمكن للمستخدمين النهائيين العمل بها.

طبقة الشبكة

تطبق طبقة شبكة OSI بروتوكولات IP (بنية بروتوكول الإنترنت IPv4، IPv6)، IPX، IGMP، ICMP، ARP.

يجب أن تفهم سبب الحاجة إلى إنشاء طبقة شبكة، ولماذا لا تتمكن الشبكات التي تم إنشاؤها باستخدام أدوات القناة والطبقة المادية من تلبية متطلبات المستخدم.

من الممكن إنشاء شبكة معقدة ومنظمة من خلال دمج تقنيات الشبكة الأساسية المختلفة باستخدام طبقة الارتباط: ولهذا الغرض، يمكن استخدام أنواع معينة من الجسور والمحولات. وبطبيعة الحال، بشكل عام، تتطور حركة المرور في مثل هذه الشبكة بشكل عشوائي، ولكن من ناحية أخرى، فهي تتميز أيضًا بأنماط معينة. عادةً، في مثل هذه الشبكة، يقوم بعض المستخدمين الذين يعملون في مهمة مشتركة (على سبيل المثال، موظفو قسم واحد) بتقديم طلبات إما لبعضهم البعض أو إلى خادم مشترك، وفي بعض الأحيان فقط يحتاجون إلى الوصول إلى موارد الكمبيوتر الخاصة بقسم آخر قسم. ولذلك، اعتمادًا على حركة مرور الشبكة، يتم تقسيم أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الشبكة إلى مجموعات تسمى قطاعات الشبكة. يتم دمج أجهزة الكمبيوتر في مجموعة إذا كانت معظم رسائلها موجهة (موجهة) إلى أجهزة كمبيوتر في نفس المجموعة. يمكن تقسيم الشبكة إلى أجزاء بواسطة الجسور والمحولات. فهي تقوم بفحص حركة المرور المحلية داخل مقطع ما، ولا ترسل أي إطارات خارجه، باستثناء تلك الموجهة إلى أجهزة الكمبيوتر الموجودة في مقاطع أخرى. وبالتالي، يتم تقسيم شبكة واحدة إلى شبكات فرعية منفصلة. ومن هذه الشبكات الفرعية، يمكن بناء شبكات مركبة ذات أحجام كبيرة إلى حد ما في المستقبل.

فكرة الشبكات الفرعية هي الأساس لبناء الشبكات المركبة.

تسمى الشبكة مركب(الشبكة أو الإنترنت)، إذا كان من الممكن تمثيلها كمجموعة من عدة شبكات. تسمى الشبكات التي تشكل شبكة مركبة شبكات فرعية، أو شبكات مكونة، أو ببساطة شبكات، يمكن لكل منها أن تعمل على تقنية طبقة الارتباط الخاصة بها (على الرغم من أن هذا ليس مطلوبًا).

لكن إحياء هذه الفكرة بمساعدة أجهزة إعادة الإرسال والجسور والمحولات له قيود وعيوب كبيرة جدًا.

في طوبولوجيا الشبكة المبنية باستخدام أجهزة إعادة الإرسال أو الجسور أو المحولات، يجب ألا تكون هناك حلقات. في الواقع، يمكن للجسر أو المحول أن يحل مشكلة تسليم الحزمة إلى المستلم فقط عندما يكون هناك مسار واحد بين المرسل والمستلم. على الرغم من أنه في الوقت نفسه، غالبًا ما يكون وجود اتصالات زائدة عن الحاجة، والتي تشكل حلقات، ضروريًا لتحسين موازنة التحميل، وكذلك لزيادة موثوقية الشبكة من خلال تكوين مسارات النسخ الاحتياطي.

شرائح الشبكة المنطقية الموجودة بين الجسور أو المحولات معزولة بشكل سيئ عن بعضها البعض. إنهم ليسوا محصنين ضد العواصف الإذاعية. إذا أرسلت أي محطة رسالة بث، فسيتم إرسال هذه الرسالة إلى جميع المحطات الموجودة على جميع الأجزاء المنطقية من الشبكة. يجب على المسؤول تحديد عدد حزم البث التي يُسمح لعقدة معينة بإنشائها يدويًا لكل وحدة زمنية. من حيث المبدأ، كان من الممكن بطريقة ما القضاء على مشكلة عواصف البث باستخدام آلية الشبكة الافتراضية (تكوين VLAN Debian D-Link)، المطبقة في العديد من المحولات. ولكن في هذه الحالة، على الرغم من إمكانية إنشاء مجموعات من المحطات المعزولة بواسطة حركة المرور بمرونة تامة، إلا أنها معزولة تمامًا، أي أن عقد شبكة افتراضية واحدة لا يمكنها التفاعل مع عقد شبكة افتراضية أخرى.

في الشبكات المبنية على الجسور والمحولات، من الصعب جدًا حل مشكلة إدارة حركة المرور بناءً على قيمة البيانات الموجودة في الحزمة. في مثل هذه الشبكات، يكون هذا ممكنًا فقط باستخدام عوامل التصفية المخصصة، والتي تتطلب من المسؤول التعامل مع التمثيل الثنائي لمحتويات الحزمة.

يؤدي تنفيذ نظام النقل الفرعي فقط عن طريق الطبقات المادية وطبقات وصلة البيانات، والتي تشمل الجسور والمحولات، إلى نظام عنونة أحادي المستوى غير مرن بدرجة كافية: يتم استخدام عنوان MAC كعنوان للمحطة المتلقية - عنوان الذي يرتبط بشكل صارم بمحول الشبكة.

ترتبط جميع عيوب الجسور والمحولات المذكورة أعلاه فقط بحقيقة أنها تعمل باستخدام بروتوكولات مستوى الارتباط. المشكلة هي أن هذه البروتوكولات لا تحدد بشكل صريح مفهوم جزء من الشبكة (أو شبكة فرعية، أو مقطع)، والذي يمكن استخدامه عند بناء شبكة كبيرة. لذلك، قرر مطورو تكنولوجيا الشبكات تكليف مهمة بناء شبكة مركبة إلى مستوى جديد - مستوى الشبكة.

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. يستقبل محول الشبكة نفسه تسلسل البت ويرسله بشكل أكبر.

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 الاتصال 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 عددا وتنوعا. 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.

في مقال اليوم أريد العودة إلى الأساسيات والحديث عنها نماذج الربط 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 عن طريق جميع مستويات نموذج OSI، بدءًا من التطبيق وحتى المستوى الفعلي. في كل مستوى، يتم التحكم في المعلومات الخاصة بهذا المستوى (وتسمى 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 في تركيبته. 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.

النموذج المرجعي OSI عبارة عن تسلسل هرمي للشبكة مكون من 7 مستويات تم إنشاؤه بواسطة منظمة المعايير الدولية (ISO). يحتوي النموذج المعروض في الشكل 1 على نموذجين مختلفين:

• نموذج قائم على بروتوكول أفقي ينفذ التفاعل بين العمليات والبرامج على أجهزة مختلفة
• نموذج عمودي يعتمد على الخدمات التي تقدمها الطبقات المتجاورة لبعضها البعض على نفس الجهاز

في المستوى الرأسي، تتبادل المستويات المجاورة المعلومات باستخدام واجهات API. يتطلب النموذج الأفقي بروتوكولًا مشتركًا لتبادل المعلومات على مستوى واحد.

الصورة 1

يصف نموذج OSI فقط طرق تفاعل النظام التي ينفذها نظام التشغيل والبرامج وما إلى ذلك. لا يتضمن النموذج طرق تفاعل المستخدم النهائي. من الناحية المثالية، يجب أن تصل التطبيقات إلى الطبقة العليا من نموذج OSI، ولكن في الممارسة العملية، تحتوي العديد من البروتوكولات والبرامج على طرق للوصول إلى الطبقات السفلية.

الطبقة المادية

في الطبقة المادية، يتم تمثيل البيانات في شكل إشارات كهربائية أو ضوئية تتوافق مع 1s و0s للتيار الثنائي. يتم تحديد معلمات وسط النقل على المستوى المادي:

• نوع الموصلات والكابلات
• تعيين دبوس في الموصلات
• مخطط الترميز للإشارات 0 و 1

وأكثر أنواع المواصفات شيوعًا في هذا المستوى هي:

• — معلمات الواجهة التسلسلية غير متوازنة
• - معلمات الواجهة التسلسلية المتوازنة
• إيي 802.3 -
• إيي 802.5 -

على المستوى المادي، من المستحيل فهم معنى البيانات، حيث يتم تقديمها في شكل بتات.

طبقة وصل البيانات

تقوم هذه القناة بنقل واستقبال إطارات البيانات. تنفذ الطبقة طلبات طبقة الشبكة وتستخدم الطبقة المادية للاستقبال والإرسال. تقسم مواصفات IEEE 802.x هذه الطبقة إلى طبقتين فرعيتين: التحكم في الارتباط المنطقي (LLC) والتحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC). البروتوكولات الأكثر شيوعاً على هذا المستوى هي:

• IEEE 802.2 LLC وMAC
• إيثرنت
• حلقة رمزية

وفي هذا المستوى أيضًا، يتم تنفيذ اكتشاف الأخطاء وتصحيحها أثناء الإرسال. في طبقة ربط البيانات، يتم وضع الحزمة في حقل بيانات الإطار - التغليف. اكتشاف الأخطاء ممكن باستخدام طرق مختلفة. على سبيل المثال، تنفيذ حدود الإطار الثابت، أو المجموع الاختباري.

طبقة الشبكة

في هذا المستوى، يتم تقسيم مستخدمي الشبكة إلى مجموعات. يؤدي هذا إلى تنفيذ توجيه الحزم بناءً على عناوين MAC. تنفذ طبقة الشبكة نقلًا شفافًا للحزم إلى طبقة النقل. على هذا المستوى، يتم مسح حدود شبكات التقنيات المختلفة. العمل على هذا المستوى. يظهر الشكل 2 مثالاً لتشغيل طبقة الشبكة. البروتوكولات الأكثر شيوعًا:

الشكل 2

طبقة النقل

عند هذا المستوى، يتم تقسيم تدفقات المعلومات إلى حزم لنقلها في طبقة الشبكة. البروتوكولات الأكثر شيوعاً على هذا المستوى هي:

• TCP - بروتوكول التحكم في الإرسال

طبقة الجلسة

في هذا المستوى، يتم تنظيم جلسات تبادل المعلومات بين الأجهزة النهائية. على هذا المستوى، يتم تحديد الطرف النشط وتنفيذ مزامنة الجلسة. من الناحية العملية، تتضمن العديد من بروتوكولات الطبقة الأخرى وظيفة طبقة الجلسة.

طبقة العرض

في هذا المستوى، يتم تبادل البيانات بين البرامج الموجودة على أنظمة تشغيل مختلفة. على هذا المستوى، يتم تنفيذ تحويل المعلومات (الضغط، وما إلى ذلك) لنقل تدفق المعلومات إلى طبقة النقل. بروتوكولات الطبقة المستخدمة هي تلك التي تستخدم الطبقات العليا من نموذج OSI.

طبقة التطبيقات

تنفذ طبقة التطبيق وصول التطبيق إلى الشبكة. تدير الطبقة نقل الملفات وإدارة الشبكة. البروتوكولات المستخدمة:

• FTP/TFTP - بروتوكول نقل الملفات
• × 400 - البريد الإلكتروني
• تلنت
• CMIP - إدارة المعلومات
• SNMP - إدارة الشبكة
• NFS - نظام ملفات الشبكة
• FTAM - طريقة الوصول لنقل الملفات

ألكسندر جورياتشيف، أليكسي نيسكوفسكي

لكي تتواصل خوادم الشبكة والعملاء، يجب أن يعملوا باستخدام نفس بروتوكول تبادل المعلومات، أي أنه يجب عليهم "التحدث" بنفس اللغة. يحدد البروتوكول مجموعة من القواعد لتنظيم تبادل المعلومات على جميع مستويات تفاعل كائنات الشبكة.

يوجد نموذج مرجعي للاتصال البيني للنظام المفتوح، يُطلق عليه غالبًا نموذج OSI. تم تطوير هذا النموذج من قبل المنظمة الدولية للمعايير (ISO). يصف نموذج OSI مخطط التفاعل لكائنات الشبكة، ويحدد قائمة المهام والقواعد لنقل البيانات. يتضمن سبعة مستويات: المادية (المادية - 1)، القناة (رابط البيانات - 2)، الشبكة (الشبكة - 3)، النقل (النقل - 4)، الجلسة (الجلسة - 5)، عرض البيانات (العرض التقديمي - 6 ) و تطبيق (التطبيق - 7). يعتبر جهازي كمبيوتر قادرين على التواصل مع بعضهما البعض في طبقة معينة من نموذج OSI إذا كان برنامجهما الذي ينفذ وظائف الشبكة في تلك الطبقة يفسر نفس البيانات بنفس الطريقة. في هذه الحالة، يتم إنشاء اتصال مباشر بين جهازي كمبيوتر، يسمى "من نقطة إلى نقطة".

تسمى تطبيقات نموذج OSI بواسطة البروتوكولات بمكدسات البروتوكول. من المستحيل تنفيذ جميع وظائف نموذج OSI في إطار بروتوكول واحد محدد. عادةً، يتم تنفيذ المهام على مستوى معين بواسطة بروتوكول واحد أو أكثر. يجب أن يقوم جهاز كمبيوتر واحد بتشغيل البروتوكولات من نفس المكدس. في هذه الحالة، يمكن للكمبيوتر استخدام العديد من مكدسات البروتوكول في وقت واحد.

دعونا نفكر في المهام التي تم حلها على كل مستوى من مستويات نموذج OSI.

الطبقة المادية

في هذا المستوى من نموذج OSI، يتم تحديد الخصائص التالية لمكونات الشبكة: أنواع الاتصالات لوسائط نقل البيانات، وطوبولوجيا الشبكة المادية، وطرق نقل البيانات (مع تشفير الإشارات الرقمية أو التناظرية)، وأنواع مزامنة البيانات المرسلة، والفصل قنوات الاتصال باستخدام مضاعفة التردد والوقت.

تعمل تطبيقات بروتوكولات الطبقة المادية لـ OSI على تنسيق قواعد إرسال البتات.

لا تتضمن الطبقة المادية وصفًا لوسط الإرسال. ومع ذلك، فإن تطبيقات بروتوكولات الطبقة المادية تكون خاصة بوسط إرسال معين. ترتبط الطبقة المادية عادةً باتصال أجهزة الشبكة التالية:

• المكثفات والمحاور والمكررات التي تعمل على تجديد الإشارات الكهربائية؛
• موصلات وسائط النقل التي توفر واجهة ميكانيكية لتوصيل الجهاز بوسائط النقل؛
• أجهزة المودم وأجهزة التحويل المختلفة التي تقوم بالتحويلات الرقمية والتناظرية.

تحدد هذه الطبقة من النموذج الطبولوجيا المادية في شبكة المؤسسة، والتي تم إنشاؤها باستخدام مجموعة أساسية من الهيكليات القياسية.

الأول في المجموعة الأساسية هو طوبولوجيا الحافلة. في هذه الحالة، يتم توصيل جميع أجهزة الشبكة وأجهزة الكمبيوتر بناقل نقل بيانات مشترك، والذي يتم تشكيله غالبًا باستخدام كبل متحد المحور. يسمى الكابل الذي يشكل الناقل المشترك بالعمود الفقري. ومن كل جهاز متصل بالحافلة، يتم إرسال الإشارة في كلا الاتجاهين. لإزالة الإشارة من الكابل، يجب استخدام قاطعات خاصة (فاصل) في نهايات الناقل. يؤثر الضرر الميكانيكي الذي يلحق بالطريق السريع على تشغيل جميع الأجهزة المتصلة به.

تتضمن طوبولوجيا الحلقة توصيل جميع أجهزة الشبكة وأجهزة الكمبيوتر بحلقة فعلية. في هذه الطوبولوجيا، يتم نقل المعلومات دائمًا على طول الحلقة في اتجاه واحد - من محطة إلى أخرى. يجب أن يحتوي كل جهاز شبكة على جهاز استقبال معلومات على كابل الإدخال وجهاز إرسال على كابل الإخراج. سيؤثر الضرر الميكانيكي الذي يلحق بوسط نقل المعلومات في حلقة واحدة على تشغيل جميع الأجهزة، ومع ذلك، فإن الشبكات المبنية باستخدام حلقة مزدوجة، كقاعدة عامة، لديها هامش من وظائف التسامح مع الخطأ والشفاء الذاتي. في الشبكات المبنية على حلقة مزدوجة، يتم إرسال نفس المعلومات على طول الحلقة في كلا الاتجاهين. في حالة تلف الكابل، ستستمر الحلقة في العمل كحلقة واحدة بطول مزدوج (يتم تحديد وظائف الإصلاح الذاتي بواسطة الأجهزة المستخدمة).

الطوبولوجيا التالية هي طوبولوجيا النجمة، أو النجمة. وينص على وجود جهاز مركزي تتصل به أجهزة الشبكة وأجهزة الكمبيوتر الأخرى عبر الحزم (كابلات منفصلة). الشبكات المبنية على طوبولوجيا النجمة لديها نقطة فشل واحدة. هذه النقطة هي الجهاز المركزي. إذا فشل الجهاز المركزي، فلن يتمكن جميع المشاركين الآخرين في الشبكة من تبادل المعلومات مع بعضهم البعض، حيث تم تنفيذ جميع عمليات التبادل فقط من خلال الجهاز المركزي. اعتمادًا على نوع الجهاز المركزي، يمكن إرسال الإشارة المستقبلة من أحد المدخلات (مع أو بدون تضخيم) إلى جميع المخارج أو إلى مخرج محدد يتصل به جهاز متلقي المعلومات.

تتمتع الطوبولوجيا (الشبكية) المتصلة بالكامل بقدرة عالية على تحمل الأخطاء. عندما يتم إنشاء شبكات ذات هيكل مماثل، يتم توصيل كل جهاز من أجهزة الشبكة أو أجهزة الكمبيوتر بكل مكون آخر في الشبكة. تحتوي هذه الطوبولوجيا على تكرار، مما يجعلها تبدو غير عملية. في الواقع، نادرًا ما يتم استخدام هذه الهيكلية في الشبكات الصغيرة، ولكن في شبكات المؤسسات الكبيرة يمكن استخدام هيكل شبكي كامل لتوصيل العقد الأكثر أهمية.

غالبًا ما يتم إنشاء الطبولوجيا المدروسة باستخدام اتصالات الكابلات.

هناك طوبولوجيا أخرى تستخدم الاتصالات اللاسلكية - الخلوية. في ذلك، يتم دمج أجهزة الشبكة وأجهزة الكمبيوتر في مناطق - خلايا (خلايا)، تتفاعل فقط مع جهاز الإرسال والاستقبال الخاص بالخلية. يتم نقل المعلومات بين الخلايا بواسطة أجهزة الإرسال والاستقبال.

طبقة وصل البيانات

يحدد هذا المستوى البنية المنطقية للشبكة، وقواعد الوصول إلى وسيط نقل البيانات، وحل المشكلات المتعلقة بمعالجة الأجهزة المادية داخل الشبكة المنطقية وإدارة نقل المعلومات (مزامنة الإرسال وخدمة الاتصال) بين أجهزة الشبكة.

يتم تعريف بروتوكولات طبقة الارتباط بواسطة:

• قواعد لتنظيم بتات الطبقة المادية (الثنائية والأصفار) في مجموعات منطقية من المعلومات تسمى الإطارات. الإطار عبارة عن وحدة بيانات طبقة الارتباط تتكون من تسلسل متجاور من البتات المجمعة، ولها رأس وذيل؛
• قواعد اكتشاف أخطاء الإرسال (وأحيانًا تصحيحها)؛
• قواعد التحكم في التدفق (للأجهزة التي تعمل على هذا المستوى من نموذج OSI، على سبيل المثال، الجسور)؛
• قواعد التعرف على أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الشبكة من خلال عناوينها الفعلية.

مثل معظم الطبقات الأخرى، تضيف طبقة ارتباط البيانات معلومات التحكم الخاصة بها إلى بداية حزمة البيانات. قد تتضمن هذه المعلومات عنوان المصدر وعنوان الوجهة (المادي أو الأجهزة)، ومعلومات طول الإطار، وإشارة إلى بروتوكولات الطبقة العليا النشطة.

عادةً ما ترتبط أجهزة الاتصال بالشبكة التالية بطبقة ربط البيانات:

• الجسور.
• المحاور الذكية؛
• مفاتيح.
• بطاقات واجهة الشبكة (بطاقات واجهة الشبكة والمحولات وما إلى ذلك).

تنقسم وظائف طبقة الارتباط إلى مستويين فرعيين (الجدول 1):

• التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC)؛
• التحكم في الارتباط المنطقي (Logical Link Control، LLC).

تحدد الطبقة الفرعية MAC عناصر طبقة الارتباط مثل طوبولوجيا الشبكة المنطقية، وطريقة الوصول إلى وسط نقل المعلومات، وقواعد العنونة المادية بين كائنات الشبكة.

يُستخدم الاختصار MAC أيضًا في تحديد العنوان الفعلي لجهاز الشبكة: غالبًا ما يُطلق على العنوان الفعلي للجهاز (الذي يتم تحديده داخل جهاز الشبكة أو بطاقة الشبكة في مرحلة التصنيع) عنوان MAC الخاص بهذا الجهاز. بالنسبة لعدد كبير من أجهزة الشبكة، وخاصة بطاقات الشبكة، من الممكن تغيير عنوان MAC برمجيًا. يجب أن نتذكر أن طبقة ارتباط البيانات في نموذج OSI تفرض قيودًا على استخدام عناوين MAC: في شبكة فعلية واحدة (جزء من شبكة أكبر) لا يمكن أن يكون هناك جهازان أو أكثر يستخدمان نفس عناوين MAC. لتحديد العنوان الفعلي لكائن الشبكة، يمكن استخدام مفهوم "عنوان العقدة". غالبًا ما يتطابق عنوان المضيف مع عنوان MAC أو يتم تحديده بشكل منطقي أثناء إعادة تعيين عنوان البرنامج.

تحدد الطبقة الفرعية LLC قواعد مزامنة اتصالات الإرسال والخدمة. تتفاعل هذه الطبقة الفرعية من طبقة ارتباط البيانات بشكل وثيق مع طبقة الشبكة الخاصة بنموذج OSI وتكون مسؤولة عن موثوقية الاتصالات الفعلية (باستخدام عناوين MAC). تحدد البنية المنطقية للشبكة طريقة وقواعد (تسلسل) نقل البيانات بين أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الشبكة. تنقل كائنات الشبكة البيانات اعتمادًا على الهيكل المنطقي للشبكة. تحدد الطوبولوجيا المادية المسار الفعلي للبيانات؛ ومع ذلك، في بعض الحالات، لا تعكس البنية المادية الطريقة التي تعمل بها الشبكة. يتم تحديد مسار البيانات الفعلي بواسطة الهيكل المنطقي. تُستخدم أجهزة الاتصال بالشبكة وأنظمة الوصول إلى الوسائط لنقل البيانات عبر مسار منطقي، والذي قد يختلف عن المسار الموجود في الوسيط المادي. من الأمثلة الجيدة على الاختلافات بين الطبولوجيا المادية والمنطقية شبكة Token Ring الخاصة بشركة IBM. غالبًا ما تستخدم الشبكات المحلية Token Ring الكابلات النحاسية، والتي يتم وضعها في دائرة على شكل نجمة مع مقسم مركزي (محور). على عكس الهيكل النجمي العادي، لا يقوم المركز بإعادة توجيه الإشارات الواردة إلى جميع الأجهزة المتصلة الأخرى. ترسل الدوائر الداخلية للمحور بشكل تسلسلي كل إشارة واردة إلى الجهاز التالي في حلقة منطقية محددة مسبقًا، أي بطريقة دائرية. الهيكل المادي لهذه الشبكة هو نجم، والطوبولوجيا المنطقية هي حلقة.

مثال آخر على الاختلافات بين الطبولوجيا المادية والمنطقية هو شبكة إيثرنت. يمكن بناء الشبكة الفعلية باستخدام الكابلات النحاسية والمحور المركزي. يتم تشكيل شبكة فعلية، وفقًا لطوبولوجيا النجوم. ومع ذلك، توفر تقنية Ethernet نقل المعلومات من كمبيوتر واحد إلى جميع الأجهزة الأخرى الموجودة على الشبكة. يجب أن يقوم المحور بترحيل الإشارة المستلمة من أحد منافذه إلى جميع المنافذ الأخرى. تم تشكيل شبكة منطقية ذات طوبولوجيا الناقل.

لتحديد الهيكل المنطقي للشبكة، عليك أن تفهم كيفية استقبال الإشارات فيها:

• في طبولوجيا الناقل المنطقي، يتم استقبال كل إشارة من قبل جميع الأجهزة؛
• في طبولوجيا الحلقة المنطقية، يتلقى كل جهاز فقط تلك الإشارات التي تم إرسالها إليه خصيصًا.

ومن المهم أيضًا معرفة كيفية وصول أجهزة الشبكة إلى وسيلة نقل المعلومات.

الوصول إلى وسائل الإعلام

تستخدم الطبولوجيا المنطقية قواعد خاصة تتحكم في إذن نقل المعلومات إلى كائنات الشبكة الأخرى. تتحكم عملية التحكم في الوصول إلى وسيط الاتصال. خذ بعين الاعتبار شبكة يُسمح فيها لجميع الأجهزة بالعمل دون أي قواعد للوصول إلى وسيط الإرسال. تقوم جميع الأجهزة الموجودة في مثل هذه الشبكة بنقل المعلومات بمجرد أن تصبح البيانات جاهزة؛ قد تتداخل عمليات الإرسال هذه أحيانًا مع الوقت. ونتيجة للتداخل، يتم تشويه الإشارات وفقدان البيانات المرسلة. هذا الوضع يسمى الاصطدام. لا تسمح التصادمات بتنظيم نقل موثوق وفعال للمعلومات بين كائنات الشبكة.

تمتد التصادمات في الشبكة إلى أجزاء الشبكة الفعلية التي تتصل بها كائنات الشبكة. وتشكل مثل هذه الاتصالات مساحة تصادم واحدة، يمتد فيها تأثير الاصطدامات إلى الجميع. لتقليل حجم مساحات التصادم عن طريق تقسيم الشبكة الفعلية، يمكنك استخدام الجسور وأجهزة الشبكة الأخرى التي تتمتع بقدرات تصفية حركة المرور في طبقة ارتباط البيانات.

لا يمكن للشبكة أن تعمل بشكل صحيح حتى تتمكن جميع كيانات الشبكة من مراقبة التصادمات أو إدارتها أو تخفيفها. في الشبكات، هناك حاجة إلى طريقة ما لتقليل عدد الاصطدامات والتداخل (تراكب) الإشارات المتزامنة.

توجد طرق قياسية للوصول إلى الوسائط تصف القواعد التي يتم من خلالها التحكم في إذن نقل المعلومات لأجهزة الشبكة: التنافس، وتمرير الرمز المميز، والاستقصاء.

قبل اختيار بروتوكول ينفذ إحدى طرق الوصول إلى الوسائط هذه، يجب عليك إيلاء اهتمام خاص للعوامل التالية:

• طبيعة الإرسال - مستمر أو نبضي؛
• عدد عمليات نقل البيانات؛
• الحاجة إلى نقل البيانات على فترات زمنية محددة بدقة؛
• عدد الأجهزة النشطة على الشبكة.

سيساعد كل عامل من هذه العوامل، بالإضافة إلى مزاياه وعيوبه، في تحديد طريقة الوصول إلى الوسائط الأكثر ملاءمة.

مسابقة.تفترض الأنظمة القائمة على التنافس أن الوصول إلى وسيط الإرسال يتم تنفيذه على أساس أسبقية الحضور. بمعنى آخر، يتنافس كل جهاز شبكي للتحكم في وسط الإرسال. تم تصميم الأنظمة القائمة على التنافس بحيث تتمكن جميع الأجهزة الموجودة على الشبكة من نقل البيانات حسب الحاجة فقط. تؤدي هذه الممارسة في النهاية إلى فقدان جزئي أو كامل للبيانات بسبب حدوث تصادمات بالفعل. ومع إضافة كل جهاز جديد إلى الشبكة، يمكن أن يزيد عدد التصادمات بشكل كبير. تؤدي زيادة عدد التصادمات إلى تقليل أداء الشبكة، وفي حالة التشبع الكامل لوسط نقل المعلومات، يؤدي ذلك إلى انخفاض أداء الشبكة إلى الصفر.

ولتقليل عدد الاصطدامات، تم تطوير بروتوكولات خاصة تنفذ وظيفة الاستماع إلى وسيط نقل المعلومات قبل أن تبدأ المحطة في إرسال البيانات. إذا اكتشفت محطة الاستماع إشارة يتم إرسالها (من محطة أخرى)، فسوف تمتنع عن إرسال المعلومات وستحاول مرة أخرى لاحقًا. تسمى هذه البروتوكولات بروتوكولات الوصول المتعدد لتحسس الناقل (CSMA). تعمل بروتوكولات CSMA على تقليل عدد التصادمات بشكل كبير، ولكنها لا تزيلها تمامًا. ومع ذلك، تحدث التصادمات عندما تقوم محطتان باستقصاء الكابل، وعدم العثور على أي إشارات، وتقرر أن الوسيط واضح، ثم تبدأ في إرسال البيانات في نفس الوقت.

ومن أمثلة بروتوكولات الخصومة هذه:

• اكتشاف الوصول المتعدد/الاصطدام بواسطة تحسس الناقل (CSMA/CD)؛
• تحسس الناقل للوصول المتعدد/تجنب الاصطدام (CSMA/CA).

بروتوكولات CSMA/CD.لا تستمع بروتوكولات CSMA/CD إلى الكابل قبل الإرسال فحسب، بل تكتشف أيضًا التصادمات وتبدأ عمليات إعادة الإرسال. عند اكتشاف تصادم، تقوم المحطات التي ترسل البيانات بتهيئة مؤقتات داخلية خاصة بقيم عشوائية. تبدأ أجهزة ضبط الوقت في العد التنازلي، وعندما يتم الوصول إلى الصفر، يجب على المحطات محاولة إعادة إرسال البيانات. وبما أنه تم تهيئة المؤقتات بقيم عشوائية، فإن إحدى المحطات ستحاول تكرار إرسال البيانات قبل الأخرى. وبناءً على ذلك، ستحدد المحطة الثانية أن وسيط نقل البيانات مشغول بالفعل وستنتظر حتى تصبح مجانية.

من أمثلة بروتوكولات CSMA/CD إصدار Ethernet 2 (Ethernet II، الذي طورته DEC) وIEEE802.3.

بروتوكولات CSMA/CA.يستخدم CSMA/CA مخططات مثل الوصول إلى تقسيم الوقت أو إرسال طلب للوصول إلى الوسيط. عند استخدام تقسيم الوقت، يمكن لكل محطة إرسال المعلومات فقط في أوقات محددة بدقة لهذه المحطة. وفي هذه الحالة يجب تنفيذ آلية لإدارة شرائح الوقت في الشبكة. يتم إعلام كل محطة جديدة متصلة بالشبكة بمظهرها، وبالتالي تبدأ عملية إعادة توزيع الشرائح الزمنية لنقل المعلومات. في حالة استخدام التحكم المركزي في الوصول إلى وسط الإرسال، تقوم كل محطة بإنشاء طلب إرسال خاص، والذي يتم توجيهه إلى محطة التحكم. تنظم المحطة المركزية الوصول إلى وسيط الإرسال لجميع كائنات الشبكة.

مثال على CSMA/CA هو بروتوكول LocalTalk الخاص بشركة Apple Computer.

تعد الأنظمة القائمة على التنافس أكثر ملاءمة للاستخدام مع حركة المرور المتقطعة (عمليات نقل الملفات الكبيرة) في الشبكات التي تضم عددًا صغيرًا نسبيًا من المستخدمين.

أنظمة مع نقل رمزي.في أنظمة تمرير الرمز المميز، يتم تمرير إطار صغير (رمز مميز) بترتيب معين من جهاز إلى آخر. الرمز المميز هو رسالة خاصة تنقل التحكم المؤقت في وسيط الإرسال إلى الجهاز الذي يحمل الرمز المميز. يؤدي تمرير الرمز المميز إلى توزيع التحكم في الوصول بين الأجهزة الموجودة على الشبكة.

يعرف كل جهاز الجهاز الذي يستقبل الرمز المميز منه والجهاز الذي يجب أن يمرره إليه. عادةً ما تكون هذه الأجهزة هي أقرب الأجهزة المجاورة لمالك الرمز المميز. يتحكم كل جهاز بشكل دوري في الرمز المميز، وينفذ إجراءاته (يرسل المعلومات)، ثم يمرر الرمز المميز إلى الجهاز التالي لاستخدامه. تحدد البروتوكولات الوقت الذي يستطيع فيه كل جهاز التحكم في الرمز المميز.

هناك العديد من بروتوكولات تمرير الرمز المميز. اثنان من معايير الشبكات التي تستخدم تمرير الرمز المميز هما IEEE 802.4 Token Bus وIEEE 802.5 Token Ring. تستخدم شبكة Token Bus التحكم في الوصول لتمرير الرمز المميز وطوبولوجيا الناقل الفعلي أو المنطقي، بينما تستخدم شبكة Token Ring التحكم في الوصول لتمرير الرمز المميز وطوبولوجيا الحلقة الفعلية أو المنطقية.

يجب استخدام شبكات تمرير الرمز المميز عندما تكون هناك حركة مرور ذات أولوية حساسة للوقت، مثل بيانات الصوت أو الفيديو الرقمية، أو عندما يكون هناك أعداد كبيرة جدًا من المستخدمين.

استطلاع.الاستقصاء هو أسلوب وصول يخصص جهازًا واحدًا (يسمى جهاز التحكم أو الجهاز الأساسي أو "الرئيسي") ليكون بمثابة حكم للوصول إلى الوسيط. يقوم هذا الجهاز باستقصاء جميع الأجهزة الأخرى (الثانوية) بترتيب محدد مسبقًا لمعرفة ما إذا كانت لديها معلومات لإرسالها. لتلقي البيانات من جهاز ثانوي، يرسل الجهاز الأساسي طلبًا إليه، ثم يتلقى البيانات من الجهاز الثانوي ويعيد توجيهها إلى الجهاز المتلقي. يقوم الجهاز الأساسي بعد ذلك باستقصاء جهاز ثانوي آخر، ويستقبل البيانات منه، وما إلى ذلك. يحد البروتوكول من كمية البيانات التي يمكن لكل جهاز ثانوي إرسالها بعد الاستقصاء. تعتبر أنظمة الاقتراع مثالية لأجهزة الشبكة الحساسة للوقت، مثل أتمتة المعدات.

توفر هذه الطبقة أيضًا خدمات الاتصال. هناك ثلاثة أنواع من خدمة الاتصال:

• خدمة بدون اتصال غير معترف بها - ترسل وتستقبل الإطارات بدون التحكم في التدفق وبدون التحكم في الأخطاء أو تسلسل الحزم؛
• خدمة موجهة نحو الاتصال - توفر التحكم في التدفق والتحكم في الأخطاء وتسلسل الحزم عن طريق إصدار الإيصالات (التأكيدات)؛
• خدمة الإقرار بدون اتصال - تستخدم الإيصالات للتحكم في التدفق والتحكم في الأخطاء أثناء عمليات النقل بين عقدتين في الشبكة.

توفر الطبقة الفرعية LLC لطبقة ارتباط البيانات القدرة على استخدام العديد من بروتوكولات الشبكة في وقت واحد (من مجموعات بروتوكولات مختلفة) عند التشغيل من خلال واجهة شبكة واحدة. بمعنى آخر، إذا تم تثبيت بطاقة شبكة واحدة فقط في الكمبيوتر، ولكن هناك حاجة للعمل مع خدمات الشبكة المختلفة من الشركات المصنعة المختلفة، فإن برنامج شبكة العميل على المستوى الفرعي LLC يوفر إمكانية مثل هذا العمل.

طبقة الشبكة

يحدد مستوى الشبكة قواعد تسليم البيانات بين الشبكات المنطقية، وتكوين العناوين المنطقية لأجهزة الشبكة، وتعريف واختيار وصيانة معلومات التوجيه، وتشغيل البوابات.

الهدف الرئيسي لطبقة الشبكة هو حل مشكلة نقل (توصيل) البيانات إلى نقاط محددة في الشبكة. يشبه تسليم البيانات في طبقة الشبكة بشكل عام تسليم البيانات في طبقة ارتباط البيانات في نموذج OSI، حيث يتم استخدام عنونة الجهاز الفعلي لنقل البيانات. ومع ذلك، فإن العنونة في طبقة ارتباط البيانات تنطبق فقط على شبكة منطقية واحدة وتكون صالحة فقط داخل تلك الشبكة. تصف طبقة الشبكة طرق ووسائل نقل المعلومات بين العديد من الشبكات المنطقية المستقلة (وغير المتجانسة في كثير من الأحيان) والتي تشكل، عند توصيلها معًا، شبكة واحدة كبيرة. تسمى هذه الشبكة بالشبكة البينية، وتسمى عمليات نقل المعلومات بين الشبكات بالشبكة البينية.

باستخدام العنونة الفعلية في طبقة ربط البيانات، يتم تسليم البيانات إلى جميع الأجهزة الموجودة على نفس الشبكة المنطقية. يحدد كل جهاز شبكة وكل كمبيوتر الغرض من البيانات المستلمة. إذا كانت البيانات مخصصة للكمبيوتر، فإنه يقوم بمعالجتها، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فإنه يتجاهلها.

على عكس طبقة ربط البيانات، يمكن لطبقة الشبكة تحديد مسار معين في الشبكة البينية وتجنب إرسال البيانات إلى الشبكات المنطقية التي لم يتم توجيه البيانات إليها. تقوم طبقة الشبكة بذلك من خلال التبديل وعنونة طبقة الشبكة وخوارزميات التوجيه. طبقة الشبكة مسؤولة أيضًا عن ضمان المسارات الصحيحة للبيانات عبر الشبكة البينية التي تتكون من شبكات غير متجانسة.

يتم تعريف عناصر وطرق تنفيذ طبقة الشبكة على النحو التالي:

• يجب أن يكون لكل الشبكات المنفصلة منطقيًا عناوين شبكة فريدة؛
• يحدد التبديل كيفية إجراء الاتصالات عبر الشبكة البينية؛
• القدرة على تنفيذ التوجيه بحيث تحدد أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التوجيه أفضل مسار لتمرير البيانات عبر الشبكة البينية؛
• ستؤدي الشبكة مستويات مختلفة من خدمة الاتصال اعتمادًا على عدد الأخطاء المتوقعة داخل الشبكة المترابطة.

تعمل أجهزة التوجيه وبعض المحولات في هذه الطبقة من نموذج OSI.

تحدد طبقة الشبكة قواعد تكوين عناوين الشبكة المنطقية لكائنات الشبكة. ضمن شبكة كبيرة مترابطة، يجب أن يكون لكل كائن شبكة عنوان منطقي فريد. يشارك مكونان في تكوين العنوان المنطقي: عنوان الشبكة المنطقي، وهو مشترك بين جميع كائنات الشبكة، والعنوان المنطقي لكائن الشبكة، وهو فريد لهذا الكائن. عند تكوين العنوان المنطقي لكائن الشبكة، يمكن استخدام العنوان الفعلي للكائن، أو يمكن تحديد عنوان منطقي عشوائي. يتيح لك استخدام العنونة المنطقية تنظيم نقل البيانات بين الشبكات المنطقية المختلفة.

لكل كائن شبكة، يمكن لكل كمبيوتر أداء العديد من وظائف الشبكة في وقت واحد، مما يضمن تشغيل الخدمات المختلفة. للوصول إلى الخدمات، يتم استخدام معرف خدمة خاص يسمى المنفذ أو المقبس. عند الوصول إلى الخدمة، يتبع معرف الخدمة مباشرة بعد العنوان المنطقي للكمبيوتر الذي يوفر الخدمة.

تحتفظ العديد من الشبكات بمجموعات من العناوين المنطقية ومعرفات الخدمة بغرض تنفيذ إجراءات محددة ومعروفة مسبقًا. على سبيل المثال، إذا كان من الضروري إرسال البيانات إلى كافة كائنات الشبكة، فسيتم الإرسال إلى عنوان بث خاص.

تحدد طبقة الشبكة قواعد نقل البيانات بين كائنين في الشبكة. يمكن أن يتم هذا الإرسال باستخدام التبديل أو التوجيه.

هناك ثلاث طرق للتبديل لنقل البيانات: تبديل الدائرة، تبديل الرسائل، تبديل الحزمة.

عند استخدام تبديل الدائرة، يتم إنشاء قناة نقل البيانات بين المرسل والمتلقي. ستكون هذه القناة نشطة خلال جلسة الاتصال بأكملها. عند استخدام هذه الطريقة، من الممكن حدوث تأخيرات طويلة في تخصيص القناة بسبب عدم وجود نطاق ترددي كافٍ، أو الحمل على معدات التبديل، أو انشغال المستلم.

يتيح لك تبديل الرسائل إرسال رسالة كاملة (غير مقسمة إلى أجزاء) باستخدام مبدأ "التخزين وإعادة التوجيه". يتلقى كل جهاز وسيط رسالة، ويخزنها محليًا، وعندما تكون قناة الاتصال التي يجب إرسال الرسالة من خلالها مجانية، يرسلها. هذه الطريقة مناسبة تمامًا لنقل رسائل البريد الإلكتروني وتنظيم إدارة المستندات الإلكترونية.

يجمع تبديل الحزم بين مزايا الطريقتين السابقتين. يتم تقسيم كل رسالة كبيرة إلى حزم صغيرة، يتم إرسال كل منها بالتسلسل إلى المستلم. ومع مرور كل حزمة عبر الشبكة البينية، يتم تحديد أفضل مسار في تلك اللحظة من الزمن. اتضح أن أجزاء من رسالة واحدة يمكن أن تصل إلى المستلم في أوقات مختلفة، وفقط بعد جمع جميع الأجزاء معًا، سيتمكن المستلم من العمل مع البيانات المستلمة.

في كل مرة تحدد فيها المسار التالي للبيانات، يجب عليك اختيار المسار الأفضل. تسمى مهمة تحديد أفضل مسار بالتوجيه. يتم تنفيذ هذه المهمة بواسطة أجهزة التوجيه. تتمثل مهمة أجهزة التوجيه في تحديد المسارات الممكنة لنقل البيانات، والحفاظ على معلومات التوجيه، واختيار أفضل المسارات. يمكن أن يتم التوجيه بشكل ثابت أو ديناميكي. عند تحديد التوجيه الثابت، يجب تحديد جميع العلاقات بين الشبكات المنطقية وتبقى دون تغيير. يفترض التوجيه الديناميكي أن جهاز التوجيه نفسه يمكنه تحديد مسارات جديدة أو تعديل المعلومات حول المسارات القديمة. يستخدم التوجيه الديناميكي خوارزميات توجيه خاصة، وأكثرها شيوعًا هي ناقل المسافة وحالة الارتباط. في الحالة الأولى، يستخدم جهاز التوجيه معلومات مستعملة حول بنية الشبكة من أجهزة التوجيه المجاورة. وفي الحالة الثانية، يعمل جهاز التوجيه بمعلومات حول قنوات الاتصال الخاصة به ويتفاعل مع جهاز توجيه تمثيلي خاص لإنشاء خريطة شبكة كاملة.

غالبًا ما يتأثر اختيار المسار الأفضل بعوامل مثل عدد القفزات عبر أجهزة التوجيه (عدد القفزات) وعدد علامات التجزئة (وحدات الوقت) المطلوبة للوصول إلى الشبكة الوجهة (عدد علامات التجزئة).

تعمل خدمة اتصال طبقة الشبكة عندما لا يتم استخدام خدمة الاتصال للطبقة الفرعية LLC لطبقة ارتباط البيانات لنموذج OSI.

عند بناء شبكة متكاملة، عليك ربط الشبكات المنطقية المبنية باستخدام تقنيات مختلفة وتقديم مجموعة متنوعة من الخدمات. لكي تعمل الشبكة، يجب أن تكون الشبكات المنطقية قادرة على تفسير البيانات والتحكم في المعلومات بشكل صحيح. يتم حل هذه المهمة باستخدام البوابة، وهي عبارة عن جهاز أو برنامج تطبيقي يقوم بترجمة وتفسير قواعد شبكة منطقية واحدة إلى قواعد شبكة أخرى. بشكل عام، يمكن تنفيذ البوابات على أي مستوى من نموذج OSI، ولكن في أغلب الأحيان يتم تنفيذها في المستويات العليا من النموذج.

طبقة النقل

تسمح لك طبقة النقل بإخفاء البنية المادية والمنطقية للشبكة من التطبيقات الموجودة في الطبقات العليا لنموذج OSI. تعمل التطبيقات فقط مع وظائف الخدمة العالمية تمامًا ولا تعتمد على طبولوجيا الشبكة المادية والمنطقية. يتم تنفيذ ميزات الشبكات المنطقية والمادية في الطبقات السابقة، حيث تنقل طبقة النقل البيانات.

غالبًا ما تعوض طبقة النقل عن عدم وجود خدمة اتصال موثوقة أو موجهة نحو الاتصال في الطبقات السفلية. مصطلح "موثوق" لا يعني أنه سيتم تسليم جميع البيانات في جميع الحالات. ومع ذلك، يمكن عادةً للتطبيقات الموثوقة لبروتوكولات طبقة النقل أن تعترف بتسليم البيانات أو ترفضها. إذا لم يتم تسليم البيانات بشكل صحيح إلى جهاز الاستقبال، فقد تقوم طبقة النقل بإعادة الإرسال أو إبلاغ الطبقات العليا بأن التسليم غير ممكن. يمكن للمستويات العليا بعد ذلك اتخاذ الإجراءات التصحيحية اللازمة أو تزويد المستخدم بالاختيار.

توفر العديد من البروتوكولات في شبكات الكمبيوتر للمستخدمين القدرة على العمل بأسماء بسيطة باللغة الطبيعية بدلاً من العناوين الأبجدية الرقمية المعقدة والتي يصعب تذكرها. تحليل العنوان/الاسم عبارة عن وظيفة لتحديد أو تعيين الأسماء والعناوين الأبجدية الرقمية لبعضها البعض. يمكن تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة كل كيان على الشبكة أو بواسطة مقدمي خدمات خاصة تسمى خوادم الدليل، وخوادم الأسماء، وما إلى ذلك. تصنف التعريفات التالية طرق تحليل العنوان/الاسم:

• بدء المستهلك للخدمة؛
• بدأ من قبل مزود الخدمة.

في الحالة الأولى، يصل مستخدم الشبكة إلى الخدمة من خلال اسمها المنطقي، دون معرفة الموقع الدقيق للخدمة. ولا يعرف المستخدم ما إذا كانت هذه الخدمة متاحة حاليًا أم لا. عند الاتصال، يتطابق الاسم المنطقي مع الاسم الفعلي، وتبدأ محطة عمل المستخدم في الاتصال مباشرة بالخدمة. وفي الحالة الثانية، تقوم كل خدمة بإعلام جميع عملاء الشبكة عن نفسها بشكل دوري. يعرف كل عميل في أي وقت ما إذا كانت الخدمة متاحة ويعرف كيفية الاتصال بالخدمة مباشرة.

أساليب المعالجة

تحدد عناوين الخدمة عمليات البرامج المحددة التي يتم تشغيلها على أجهزة الشبكة. بالإضافة إلى هذه العناوين، يقوم مقدمو الخدمة بمراقبة المحادثات المختلفة التي يقومون بها مع الأجهزة التي تطلب الخدمات. تستخدم طريقتان مختلفتان للمحادثة العناوين التالية:

• معرف الاتصال؛
• رقم المعاملة.

معرف الاتصال، الذي يسمى أيضًا معرف الاتصال أو المنفذ أو المقبس، يحدد كل محادثة. باستخدام معرف الاتصال، يمكن لموفر الاتصال الاتصال بأكثر من عميل واحد. يشير مزود الخدمة إلى كل كيان تحويل برقمه ويعتمد على طبقة النقل لتنسيق عناوين الطبقة السفلية الأخرى. معرف الاتصال مرتبط بمحادثة محددة.

معرفات المعاملات تشبه معرفات الاتصال، ولكنها تعمل في وحدات أصغر من المحادثة. تتكون المعاملة من طلب واستجابة. يقوم مقدمو الخدمات والمستهلكون بتتبع مغادرة ووصول كل معاملة، وليس المحادثة بأكملها.

طبقة الجلسة

تعمل طبقة الجلسة على تسهيل الاتصال بين الأجهزة التي تطلب الخدمات وتقدمها. يتم التحكم في جلسات الاتصال من خلال آليات إنشاء الحوار والحفاظ عليه ومزامنته وإدارته بين الكيانات المتصلة. تساعد هذه الطبقة أيضًا الطبقات العليا على التعرف على خدمات الشبكة المتاحة والاتصال بها.

تستخدم طبقة الجلسة معلومات العنوان المنطقي التي توفرها الطبقات السفلية لتحديد أسماء وعناوين الخوادم التي تحتاجها الطبقات العليا.

تبدأ طبقة الجلسة أيضًا المحادثات بين أجهزة مزود الخدمة وأجهزة المستهلك. عند أداء هذه الوظيفة، غالبًا ما تمثل طبقة الجلسة كل كائن أو تحدده وتنسق حقوق الوصول إليه.

تنفذ طبقة الجلسة إدارة الحوار باستخدام إحدى طرق الاتصال الثلاث - الإرسال البسيط، ونصف الاتجاه، والازدواج الكامل.

يتضمن الاتصال البسيط إرسالًا أحادي الاتجاه للمعلومات من المصدر إلى المتلقي. لا توفر طريقة الاتصال هذه أي تعليقات (من المتلقي إلى المصدر). يسمح الإرسال أحادي الاتجاه باستخدام وسيلة نقل بيانات واحدة لنقل المعلومات ثنائية الاتجاه، ومع ذلك، لا يمكن إرسال المعلومات إلا في اتجاه واحد في المرة الواحدة. يضمن الازدواج الكامل النقل المتزامن للمعلومات في كلا الاتجاهين عبر وسيط نقل البيانات.

يتم أيضًا تنفيذ إدارة جلسة اتصال بين كائنين في الشبكة، تتكون من إنشاء الاتصال ونقل البيانات وإنهاء الاتصال، على هذا المستوى من نموذج OSI. بعد إنشاء الجلسة، يمكن للبرنامج الذي ينفذ وظائف هذه الطبقة التحقق من وظيفة (صيانة) الاتصال حتى يتم إنهاؤه.

طبقة عرض البيانات

تتمثل المهمة الرئيسية لطبقة عرض البيانات في تحويل البيانات إلى تنسيقات متفق عليها بشكل متبادل (بناء جملة التبادل) تكون مفهومة لجميع تطبيقات الشبكة وأجهزة الكمبيوتر التي تعمل عليها التطبيقات. في هذا المستوى، يتم أيضًا حل مهام ضغط البيانات وفك ضغطها وتشفيرها.

يشير التحويل إلى تغيير ترتيب البت للبايتات وترتيب البايت للكلمات ورموز الأحرف وبناء جملة اسم الملف.

ترجع الحاجة إلى تغيير ترتيب البتات والبايتات إلى وجود عدد كبير من المعالجات وأجهزة الكمبيوتر والمجمعات والأنظمة المختلفة. قد تفسر المعالجات من شركات مصنعة مختلفة البتتين الصفر والسابع في البايت بشكل مختلف (إما أن يكون البت الصفري هو الأكثر أهمية، أو البت السابع). وبالمثل، يتم تفسير وحدات البايت التي تشكل وحدات كبيرة من المعلومات - الكلمات - بشكل مختلف.

لكي يتمكن مستخدمو أنظمة التشغيل المختلفة من تلقي المعلومات في شكل ملفات ذات أسماء ومحتويات صحيحة، تضمن هذه الطبقة التحويل الصحيح لتركيب الملف. تعمل أنظمة التشغيل المختلفة بشكل مختلف مع أنظمة الملفات الخاصة بها وتنفذ طرقًا مختلفة لتشكيل أسماء الملفات. يتم أيضًا تخزين المعلومات الموجودة في الملفات بترميز أحرف محدد. عندما يتفاعل كائنان في الشبكة، من المهم أن يتمكن كل منهما من تفسير معلومات الملف بشكل مختلف، ولكن لا ينبغي أن يتغير معنى المعلومات.

تقوم طبقة عرض البيانات بتحويل البيانات إلى تنسيق متسق بشكل متبادل (بناء جملة التبادل) يمكن فهمه بواسطة جميع التطبيقات المتصلة بالشبكة وأجهزة الكمبيوتر التي تعمل عليها التطبيقات. ويمكنه أيضًا ضغط البيانات وتوسيعها، بالإضافة إلى تشفير البيانات وفك تشفيرها.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر قواعد مختلفة لتمثيل البيانات باستخدام الأرقام الثنائية والأصفار. على الرغم من أن كل هذه القواعد تحاول تحقيق الهدف المشترك المتمثل في تقديم بيانات يمكن قراءتها بواسطة الإنسان، فقد أنشأت شركات تصنيع أجهزة الكمبيوتر ومنظمات المعايير قواعد تتعارض مع بعضها البعض. عندما يحاول جهازي كمبيوتر يستخدمان مجموعات مختلفة من القواعد التواصل مع بعضهما البعض، فغالبًا ما يحتاجان إلى إجراء بعض التحويلات.

غالبًا ما تقوم أنظمة التشغيل المحلية وأنظمة التشغيل الشبكية بتشفير البيانات لحمايتها من الاستخدام غير المصرح به. التشفير هو مصطلح عام يصف عدة طرق لحماية البيانات. يتم إجراء الحماية غالبًا باستخدام تشفير البيانات، والذي يستخدم واحدة أو أكثر من ثلاث طرق: التقليب، أو الاستبدال، أو الطريقة الجبرية.

كل من هذه الطرق هي ببساطة طريقة خاصة لحماية البيانات بطريقة لا يمكن فهمها إلا من قبل شخص يعرف خوارزمية التشفير. يمكن إجراء تشفير البيانات إما في الأجهزة أو في البرامج. ومع ذلك، عادةً ما يتم تشفير البيانات من طرف إلى طرف برمجيًا ويعتبر جزءًا من وظيفة طبقة العرض التقديمي. لإعلام الكائنات بطريقة التشفير المستخدمة، عادةً ما يتم استخدام طريقتين - المفاتيح السرية والمفاتيح العامة.

تستخدم طرق تشفير المفتاح السري مفتاحًا واحدًا. يمكن لكيانات الشبكة التي تمتلك المفتاح تشفير وفك تشفير كل رسالة. ولذلك، يجب أن يبقى المفتاح سرا. يمكن دمج المفتاح في شرائح الأجهزة أو تثبيته بواسطة مسؤول الشبكة. في كل مرة يتغير فيها المفتاح، يجب تعديل جميع الأجهزة (يُنصح بعدم استخدام الشبكة لنقل قيمة المفتاح الجديد).

يتم تزويد كائنات الشبكة التي تستخدم أساليب تشفير المفتاح العام بمفتاح سري وبعض القيمة المعروفة. يقوم الكائن بإنشاء مفتاح عام عن طريق معالجة قيمة معروفة من خلال مفتاح خاص. يرسل الكيان الذي يبدأ الاتصال مفتاحه العام إلى المتلقي. يقوم الكيان الآخر بعد ذلك بدمج مفتاحه الخاص رياضيًا مع المفتاح العام الممنوح له لتعيين قيمة تشفير مقبولة للطرفين.

إن امتلاك المفتاح العام فقط ليس له فائدة كبيرة للمستخدمين غير المصرح لهم. إن تعقيد مفتاح التشفير الناتج مرتفع بدرجة كافية بحيث يمكن حسابه في فترة زمنية معقولة. حتى معرفة مفتاحك الخاص والمفتاح العام لشخص آخر لا يساعد كثيرًا في تحديد المفتاح السري الآخر - نظرًا لتعقيد الحسابات اللوغاريتمية للأعداد الكبيرة.

طبقة التطبيقات

تحتوي طبقة التطبيق على كافة العناصر والوظائف الخاصة بكل نوع من خدمات الشبكة. تجمع الطبقات الست السفلية بين المهام والتقنيات التي توفر الدعم العام لخدمة الشبكة، بينما توفر طبقة التطبيق البروتوكولات اللازمة لأداء وظائف خدمة شبكة محددة.

تزود الخوادم عملاء الشبكة بمعلومات حول أنواع الخدمات التي يقدمونها. يتم توفير الآليات الرئيسية لتحديد الخدمات المقدمة من خلال عناصر مثل عناوين الخدمة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الخوادم طرقًا لتقديم خدماتها مثل تقديم الخدمة الإيجابية والسلبية.

عند إجراء إعلان خدمة نشطة، يرسل كل خادم بشكل دوري رسائل (بما في ذلك عناوين الخدمة) للإعلان عن توفرها. يمكن للعملاء أيضًا استطلاع رأي أجهزة الشبكة لنوع معين من الخدمة. يقوم عملاء الشبكة بجمع البيانات التي تقدمها الخوادم ويشكلون جداول للخدمات المتاحة حاليًا. تحدد معظم الشبكات التي تستخدم طريقة التمثيل النشط أيضًا فترة صلاحية محددة لتمثيلات الخدمة. على سبيل المثال، إذا كان بروتوكول الشبكة يحدد أنه يجب إرسال تمثيلات الخدمة كل خمس دقائق، فسيقوم العملاء بانتهاء مهلة تمثيلات الخدمة التي لم يتم إرسالها خلال الدقائق الخمس الأخيرة. عند انتهاء المهلة، يقوم العميل بإزالة الخدمة من جداوله.

تقوم الخوادم بتنفيذ إعلانات الخدمة السلبية عن طريق تسجيل خدمتها وعناوينها في الدليل. عندما يرغب العملاء في تحديد أنواع الخدمات المتاحة، فإنهم ببساطة يقومون بالاستعلام عن الدليل لمعرفة موقع الخدمة المطلوبة وعنوانها.

قبل أن تتمكن من استخدام خدمة الشبكة، يجب إتاحتها لنظام التشغيل المحلي للكمبيوتر. هناك عدة طرق لإنجاز هذه المهمة، ولكن يمكن تحديد كل طريقة حسب الموضع أو المستوى الذي يتعرف فيه نظام التشغيل المحلي على نظام تشغيل الشبكة. يمكن تقسيم الخدمة المقدمة إلى ثلاث فئات:

• واعتراض مكالمات نظام التشغيل؛
• الوضع البعيد
• معالجة البيانات المشتركة

عند استخدام اعتراض مكالمات OC، لا يكون نظام التشغيل المحلي على علم تمامًا بوجود خدمة شبكة. على سبيل المثال، عندما يحاول تطبيق DOS قراءة ملف من خادم ملفات الشبكة، فإنه يعتقد أن الملف موجود على جهاز التخزين المحلي. في الواقع، يعترض برنامج خاص طلب قراءة الملف قبل أن يصل إلى نظام التشغيل المحلي (DOS) ويعيد توجيه الطلب إلى خدمة ملفات الشبكة.

وعلى الجانب الآخر، في وضع التشغيل عن بعد، يكون نظام التشغيل المحلي على علم بالشبكة ويكون مسؤولاً عن تمرير الطلبات إلى خدمة الشبكة. ومع ذلك، الخادم لا يعرف شيئا عن العميل. بالنسبة لنظام تشغيل الخادم، تبدو جميع الطلبات المقدمة إلى الخدمة متشابهة، بغض النظر عما إذا كانت داخلية أو مرسلة عبر الشبكة.

وأخيرًا، هناك أنظمة تشغيل تدرك وجود الشبكة. يتعرف كل من مستهلك الخدمة ومقدم الخدمة على وجود الآخر ويعملان معًا لتنسيق استخدام الخدمة. عادةً ما يكون هذا النوع من استخدام الخدمة مطلوبًا لمعالجة البيانات التعاونية من نظير إلى نظير. تتضمن المعالجة التعاونية للبيانات مشاركة إمكانات معالجة البيانات لأداء مهمة واحدة. وهذا يعني أن نظام التشغيل يجب أن يكون على علم بوجود الآخرين وقدراتهم وأن يكون قادراً على التعاون معهم لأداء المهمة المطلوبة.

كمبيوتر برس 6" 1999