أخر الاخبار

كورس +CompTIA Network بالعربي | شرح نماذج OSI و TCP/IP

 

وادي التكنولوجيا | بالعربية: كورس +CompTIA Network بالعربي | شرح نماذج OSI و TCPIP

مرحبًا بك عزيزنا القاريء لمدونة وادي التكنولوجيا | بالعربية، سوف نبدأ في هذا الدرس الأول من سلسلة الدروس المؤهلة للحصول على شهادة +CompTIA Network، شرح نماذج OSI و TCP/IP.



مقدمة الدرس


لقد عرفنا في الدرس السابق أن شهادة +CompTIA Network تغطي مجموعة واسعة من المعارف والمهارات التي تنطبق على الأدوار الوظيفية المختلفة للشبكات، ويتطلب الدور الوظيفي للشبكات معرفة أساسية بمصطلحات الشبكة ومكوناتها ومعاييرها وأنواعها وتكويناتها. 


ومع وجود خلفية المعلومات والمهارات التي تقدمها شهادة +CompTIA Network، يمكن أن تتحرك حياتك المهنية في مجال الشبكات في العديد من الاتجاهات، سواء كنت تقنيًا في دعم الشبكة أو مثبِّتًا لها أو مسؤولًا عنها، فإن المعرفة بنظرية الشبكات الأساسية توفر الأساس الضروري اللازم لتعلم مفاهيم الشبكات الأكثر تقدمًا، وسيساعدك الفهم الجيد لنظرية الشبكات الأساسية على النجاح في أي دور وظيفي مرتبط بالشبكة.


لذلك، في هذا الدرس سوف تتعرف على المفاهيم الأساسية لنظرية الشبكات.



أهداف الدرس


في هذا الدرس سوف تتعلم التالي:

  • وصف وظائف طبقات نموذج OSI.
  • وصف وظائف طبقات نموذج TCP/IP.


بعد هذا الدرس يجب أن تكون قادر على فهم الأجهزة والتطبيقات والبروتوكولات والخدمات في طبقات OSI المناسبة لها، واستيعاب مفاهيم وخصائص الـ Routing and Switching أو التوجيه والتبديل. 



الموضوع الأول: شرح طبقات نموذج OSI


تم بناء تطبيقات الشبكة على معايير الشبكة المشتركة ونماذج الشبكات التي تصف كيفية اتصال الأجهزة والبروتوكولات.


لذلك في هذا الموضوع سوف نحدد كيف يشير تنفيذ ودعم هذه الأنظمة إلى نموذج مرجعي مشترك مهم وهو نموذج "الربط البيني للأنظمة المفتوحة | Open Systems Interconnection" أو المعروف اختصارًا بـ (OSI).


يقوم نموذج OSI بتقسيم عملية اتصال البيانات إلى طبقات منفصلة، وستمكنك القدرة على تحديد طبقات OSI ووظائف الأجهزة والبروتوكولات التي تعمل في كل طبقة من تنفيذ الشبكات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.



حدود الشبكة


الشبكة عبارة عن نظامين أو أكثر من أنظمة الكمبيوتر المرتبطة ببعضها البعض بواسطة شكل من أشكال وسائط النقل التي تمكنهم من مشاركة المعلومات، ولا يهم ما إذا كانت الشبكة تحتوي على اثنين أو آلاف من الأجهزة، فالمفهوم هو نفسه في الأساس. 


ويمكنك التفكير في أي شبكة من حيث العقد والروابط، فالعقد هي أجهزة تتواصل على الشبكة، والروابط هي مسارات الاتصالات بينها.


وتوفر الشبكة الخدمات المختلفة لمستخدميها، وتضمن هذه الخدمات الوصول إلى الملفات والمجلدات والطابعات المشتركة، بالإضافة إلى تطبيقات البريد الإلكتروني وقواعد البيانات، كما توفر الشبكات الحديثة خدمات أكثر تنوعًا، بما في ذلك تطبيقات الويب، ونقل الصوت عبر بروتوكول الإنترنت (VoIP)، ومؤتمرات الوسائط المتعددة.


ويتم تصنيف الشبكات ذات الأحجام المختلفة بطرق مختلفة، غالبًا ما توصف الشبكة الموجودة في مكان واحد بأنها شبكة المنطقة المحلية (LAN)، ويشمل هذا التعريف العديد من أحجام الشبكات المختلفة ذات الوظائف والقدرات المتنوعة على نطاق واسع، فيمكن أن تشمل كلاً من الشبكات السكنية التي تحتوي على جهازي كمبيوتر، وشبكات المؤسسات التي تحتوي على مئات الخوادم وآلاف محطات العمل.


وتسمى الشبكات الموجودة في مواقع جغرافية مختلفة ولكن ذات ارتباطات مشتركة بشبكات المنطقة الواسعة (WANs).


نموذج الربط البيني للأنظمة المفتوحة (OSI)


قامت المنظمة الدولية للتوحيد القياسي والمعروفة اختصارًا بـ ISO بتطوير النموذج المرجعي لربط الأنظمة المفتوحة (OSI) في عام 1977، وقد تم تصميمه للمساعدة في فهم كيفية عمل نظام الشبكة من حيث مكونات الأجهزة والبرامج، وذلك من خلال فصل وظيفة هذه المكونات إلى طبقات منفصلة. 

وادي التكنولوجيا | بالعربية: The OSI model

مع زيادة تعقيد أجهزة وبرامج الكمبيوتر، تصبح مشكلة الاتصال الناجح بين هذه الأنظمة أكثر صعوبة، لذلك يتيح تقسيم هذه المشكلات الصعبة إلى "مهام فرعية" إمكانية فهمها وحلها بسهولة أكبر، ويعني استخدام هذا النهج متعدد الطبقات أنه يمكنك العمل على التصميم وتصحيح الأخطاء لطبقة واحدة دون التأثير على أي من الطبقات الأخرى.


وتؤدي كل طبقة مجموعة مختلفة من المهام المطلوبة لاتصالات الشبكة، وعلى الرغم من عدم قيام جميع أنظمة الشبكة بتنفيذ الطبقات باستخدام هذا الهيكل، إلا أنها تنفذ كل مهمة بطريقة ما، فنموذج OSI ليس معيارًا أو مواصفة؛ بل هو بمثابة دليل وظيفي لتصميم بروتوكولات الشبكة والبرامج والأجهزة، ولاستكشاف أخطاء الشبكات وإصلاحها.


بروتوكول DATA UNITS وحدات البيانات (PDUs)


البروتوكول عبارة عن مجموعة من القواعد التي تمكن الأنظمة من الاتصال عن طريق تبادل البيانات بتنسيق منظم، ويحتوي على وظيفتان من أهم وظائف البروتوكول في توفير العنونة (التي تصف أين يجب أن تذهب البيانات) والتغليف (الذي يصف كيفية حزم البيانات للإرسال)، وتتمثل العملية الأساسية للتغليف في قيام البروتوكول بإضافة حقول في رأس أي بيانات (حمولة) يتلقاها من تطبيق أو بروتوكول آخر. 


وفي كل طبقة يجب أن تعمل عقدتان على نفس البروتوكول، ويتصل البروتوكول الذي يعمل في كل طبقة بطبقته المكافئة (أو النظيرة) على العقدة الأخرى، ويوصف هذا الاتصال بين العقد في نفس الطبقة بأنه تفاعل طبقة واحدة لإرسال أو استقبال اتصال في كل عقدة، وتوفر كل طبقة خدمات للطبقة أعلاه وتستخدم خدمات من الطبقة أدناه، ويشار إلى هذا باسم تفاعل الطبقة المجاورة.


وعندما يتم إرسال رسالة من عقدة إلى أخرى، فإنها تنتقل إلى أسفل كومة الطبقات على عقدة الإرسال، وتصل إلى عقدة الاستقبال باستخدام وسائط الإرسال، ثم تمرر المكدس على تلك العقدة في كل مستوى (باستثناء الطبقة المادية | Physical layer)، وتضيف عقدة الإرسال رأسًا إلى حمولة البيانات، وتشكل "قطعة" من البيانات تسمى بروتوكول وحدة بيانات (PDU)، وتُعرف هذه العملية باسم التغليف.


على سبيل المثال: في شبكة محلية نموذجية، على عقدة الإرسال يتم إنشاء البيانات بواسطة تطبيق مثل HTTP، والذي سيتضمن رأس التطبيق الخاص به، وفي طبقة النقل Transport layer، تتم إضافة رأس TCP إلى بيانات التطبيق هذه، وفي طبقة الشبكة Network layer، يتم تغليف مقطع TCP في رأس IP، ويتم وضع حزمة IP في إطار Ethernet في طبقة ارتباط البيانات Data Link layer، ثم يتم إرسال دفق البتات المكون للإطار عبر الشبكة في الطبقة المادية Physical layer.


ثم تقوم العقدة المستقبلة بتنفيذ العملية العكسية (فك التغليف أو فك الكبسولة)، فعلى سبيل المثال: يتلقى تدفق البتات الذي يصل إلى الطبقة المادية Physical layer، ويفك تشفير إطار Ethernet، ثم يستخرج حزمة IP من هذا الإطار ويحل المعلومات الموجودة في رأس IP، ثم يفعل الشيء نفسه بالنسبة لرؤوس TCP والتطبيق، وفي النهاية يستخرج بيانات التطبيق للمعالجة بواسطة برنامج برمجي.

وادي التكنولوجيا | بالعربية: التغليف وفك التغليف للبيانات داخل الشبكة


تنويه:  هل لاحظت في المثال السابق أنه لم يتم استخدام بعض الطبقات، وذلك لأن بروتوكولات "العالم الحقيقي" لا تتوافق تمامًا مع نموذج OSI.


الطبقة الأولى (المادية | PHYSICAL)


في البداية يجب عليك معرفة أن العُقدة هي أي جهاز يمكنه الاتصال بالشبكة عبر واجهة شبكة واحدة أو أكثر، ويمكن استخدام هذا المصطلح لوصف أجهزة نقطة النهاية، مثل: أجهزة الكمبيوتر أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الخوادم أو الهواتف التي تعمل عن طريق الـ IP أو الهواتف الذكية أو الطابعات أو السويتشات أو الراوترات.


وغالبًا ما تسمى العقدة الموجودة على الشبكة اللاسلكية بالمحطة، وغالبًا ما يستخدم مصطلح المضيف في شبكات TCP/IP ليعني به جهاز النظام النهائي، مثل الكمبيوتر.


ويتم إنشاء ارتباط بين عُقَد الشبكة باستخدام شكل من أشكال النقل أو الوسائط المادية، وعادةً ما يأخذ هذا شكل كبل أو سِلك، لكن الوسائط اللاسلكية التي تستخدم تقنيات مثل الإرسال اللاسلكي يمكن أن توفر نفس الوظيفة.


فالطبقة المادية (PHY) لنموذج OSI هي المسؤولة عن إرسال واستلام البتات من عُقدة إلى عُقدة أخرى، ويكون المقطع هو الجزء الذي تشترك فيه جميع العُقد في الوصول إلى نفس الوسائط، وتنقسم الشبكة عادةً إلى أجزاء للتعامل مع القيود المادية لوسائط الشبكة المستخدمة، لتحسين الأداء أو لتحسين الأمان.


وتحدد الطبقة المادية كما يلي:


  • الهيكل المادي: لتخطيط العُقد والوصلات كما هو محدد بواسطة وسائط الإرسال.
  • المواصفات الميكانيكية للواجهة المادية لوسط الشبكة: مثل مواصفات الكبل والموصل المتوسط ​​وتفاصيل التوصيل (عدد ووظائف المسامير المختلفة في موصل الشبكة) أو مواصفات جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي.
  • عملية إرسال واستقبال الإشارات عبر وسيط الشبكة: بما في ذلك مخططات التشكيل والتوقيت / التزامن.


وتشمل الأجهزة التي تعمل في الطبقة المادية على ما يلي:


  • أجهزة الـ Transceivers: وهي الجزء من واجهة الشبكة الذي يرسل ويستقبل الإشارات عبر وسائط الشبكة.
  • أجهزة الـ Repeaters: وهو جهاز يقوم بتضخيم إشارة إلكترونية لتمديد المسافة القصوى المسموح بها لنوع الوسائط.
  • أجهزة الـ Hubs: وهو جهاز يتم نشره كنقطة مركزية لاتصال العقد.
  • أجهزة الـ Media converters: وهو جهاز يقوم بتحويل أحد أنواع إشارات الوسائط إلى نوع آخر.
  • أجهزة الـ Modems: وهو جهاز يقوم بالتحويل بين عمليات إرسال الإشارات الرقمية والتناظرية.


الطبقة الثانية (ربط البيانات | DATA LINK)


يعتمد عدد قليل نسبيًا من الشبكات على ربط المضيفين معًا بشكل مباشر بدلاً من جعل المضيفين ينشئون روابط مباشرة مع بعضهم البعض، ويتم توصيل كل مضيف بعقدة مركزية، مثل السويتش أو نقطة وصول لاسلكية.


وتوفر العُقدة المركزية وظيفة إعادة التوجيه، حيث تتلقى الاتصال من عُقدة واحدة وترسلها إلى أخرى، ويتم وصف عناوين الواجهات داخل نفس الشبكة كعناوين محلية أو عناوين أجهزة.


فطبقة ارتباط البيانات (DATA LINK) هي المسؤولة عن نقل البيانات بين العُقد الموجودة في نفس المقطع المنطقي، وهو المقطع حيث يمكن لجميع العُقد إرسال حركة المرور إلى بعضها البعض باستخدام عناوين الأجهزة، بغض النظر عما إذا كانت تشترك في الوصول إلى نفس الوسائط.


وتنظم طبقة ربط البيانات عملية بث البيانات على شكل 1s و 0s أو (بتات)، القادمة من الطبقة المادية إلى وحدات منظمة تسمى الإطارات، ويحتوي كل إطار على حزمة طبقة شبكة كحمولة صافية، وتضيف طبقة ربط البيانات معلومات التحكم إلى الحمولة في شكل حقول رأس، وتتضمن هذه الحقول عنوان جهاز المصدر والوجهة.

وادي التكنولوجيا | بالعربية: شكل بناء الإطار في الشبكات


يحتوي الجزء الأخير من الإطار عادةً على نوع من التحقق من الأخطاء، وتقوم البروتوكولات في معظم الطبقات بإجراء فحص للتحقق من نقل البيانات بشكل صحيح.


فطبقة ربط البيانات قادرة فقط على فحص الأخطاء الأساسية للغاية، مثل: تحديد الإطارات المقطوعة أو التالفة، لا توجد وظيفة لتلقي أو إعادة إرسال الإطارات التالفة، لكن يتم التعامل مع هذه الوظيفة في طبقات أعلى من نموذج OSI.


أجهزة الطبقة الثانية


تتضمن أجهزة الاتصال الموجودة في طبقة Data Link ما يلي:


  • كارت الشبكة أو Network Interface Cards والمعروف اختصارًا بـ (NIC): تربط مضيفًا بوسائط الشبكة (كابلات أو لاسلكية) وتمكنه من الاتصال عبر الشبكة عن طريق تجميع الإطارات وتفكيكها.
  • الجسور أو Bridges: يربط شبكتين ببعضهم مع تقليل انخفاض الأداء لوجود المزيد من العُقد على نفس الشبكة، وذلك لأن الجسر يحتوي على منافذ متعددة، ويعمل كل منفذ منها كواجهة شبكة أو كـ كارت شبكة.
  • السويتش أو Switches: هو نوع متقدم من الجسور مع العديد من المنافذ، ينشئ السويتش ارتباطات بين عدد كبير من العُقد بشكل أكثر كفاءة.
  • نقاط الوصول اللاسلكية أو Wireless access points: تسمح نقطة الوصول اللاسلكية للعُقد التي تحتوي على بطاقات شبكة لاسلكية بالاتصال وإنشاء جسر بين الشبكات اللاسلكية والشبكات السلكية.


يوضح الشكل التالي كيف تنشئ أجهزة الطبقة الأولى والطبقة الثانية أنواعًا مختلفة من تجزئة الشبكة، فالمضيفون المرتبطون بأجهزة الـ hubs موجودون في نفس المقطع المادي ويشاركون الوصول إلى وسائط الشبكة، وتقوم أجهزة الـ hubs فقط بتكرار الإشارات بدون أي نوع من أنواع معالجة الطبقة الثانية. 


أما أجهزة الجسور تنشئ رابطًا بين المقطعين الماديين بحيث يمكن للمضيفين في القسم A إرسال واستقبال الرسائل إلى المضيفين في القسم B، وتقوم أجهزة الجسور بإجراء معالجة الطبقة الثانية وتعيد توجيه حركة المرور المناسبة فقط، وذلك بناءً على عناوين الأجهزة للعُقد في الأقسام A و B.

وادي التكنولوجيا | بالعربية: الأقسام التي تم إنشاؤها بواسطة أجهزة الـ Hub والسويتشات


معايير IEEE 802


على مر السنين، تم تطوير العديد من البروتوكولات والمعايير والمنتجات لتغطية التقنيات العاملة في الطبقة الأولى (المادية) والطبقة الثانية (ربط البيانات) لنموذج OSI.


ومن أهم هذه المعايير هو معيار IEEE 802، والذي نشرته لجنة معايير LAN/MAN  التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات أو Institute of Electrical and Electronics Engineers والمعروف اختصارًا بـ (IEEE)، وهي هيئة مهنية تشرف على تطوير وتسجيل المعايير الإلكترونية.


وتقسم معايير IEEE وظائف الطبقة الثانية (ربط البيانات) إلى طبقتين فرعيتين: التحكم في الوصول إلى الوسائط أو Media Access Control والمعروفة اختصارًا بـ (MAC) والتحكم في الارتباط المنطقي أو Logical Link Control والمعروفة اختصارًا بـ (LLC).

وادي التكنولوجيا | بالعربية: مقارنة بين معيار IEEE 802 ونموذج OSI


معيار IEEE 802.3   


تحدد الطبقة الفرعية للتحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) كيفية مشاركة العديد من واجهات الشبكة في وسيط إرسال واحد، وهي تغطي ما يلي:


  • ناقل طوبولوجيا منطقية أو حلقة.
  • تنازع طريقة الوصول إلى الوسائط أو تمرير الرمز المميز.
  • معالجة تنسيق عنوان الجهاز لكل واجهة شبكة.
  • تنسيق الإطار.
  • آلية فحص الأخطاء.


ويحدد معيار IEEE 802.3 البروتوكولات التي تُنَفذ وظائف طبقة MAC الفرعية، بالإضافة إلى مواصفات الإشارات والوسائط في الطبقة الأولى (المادية)، ويعتمد معيار IEEE 802.3 على منتج شبكات Ethernet، والذي طوره هو اتحاد DIX الذي يتألف من شركة Digital Equipment Corporation والمعروفة اختصارًا بـ (DEC) وشركة Intel وشركة Xerox.


وعلى الرغم من عدم استخدام اسم المنتج في وثائق معيار 802.3، إلا أنه يشار إليه عالميًا باسم Ethernet، وهو يُعد الآن المعيار الوحيد المدعوم على نطاق واسع للشبكات المحلية السلكية، وتُستخدم سلسلة معايير IEEE 802.11 لـ (Wi-Fi) لتنفيذ شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية (WLAN).


معيار IEEE 802.2


يتم استخدام معيار IEEE 802.2 للطبقة الفرعية للتحكم في الارتباط المنطقي (LLC) مع بروتوكولات 802 الأخرى، مثل: 802.3 (Ethernet) و 802.11 (Wi-Fi).


ويوفر بروتوكول LLC واجهة خدمة قياسية للطبقة الثالثة (الشبكة)، بغض النظر عن بروتوكول الطبقة الفرعية MAC المستخدم.


الطبقة الثالثة (الشبكة | NETWORK)


تعد الطبقة الثالثة (الشبكة) مسؤولة عن نقل البيانات حول شبكة من الشبكات، وتُعرف باسم الشبكة البينية أو الإنترنت.


وبينما تكون الطبقة الثانية (ربط البيانات) قادرة على إعادة توجيه البيانات باستخدام عناوين الأجهزة داخل قسم واحد، فإن الطبقة الثالثة (الشبكة) تنقل المعلومات حول الشبكة البينية باستخدام معرفات الشبكة المنطقية والمضيف، وغالبًا ما تكون الشبكات غير متجانسة ؛ أي أنها تستخدم مجموعة متنوعة من وسائط الطبقة الأولى (المادية) وبروتوكولات الطبقة الثانية (ربط البيانات).

وادي التكنولوجيا | بالعربية: الطبقة الثالثة (الشبكة)


تنقل طبقة الشبكة المعلومات بين الشبكات عن طريق فحص عنوان طبقة الشبكة للوِجهة أو عنوان الشبكة المنطقي، ثم تقوم بتوجيه الحزمة عبر الشبكة البينية باستخدام أنظمة وسيطة (أجهزة التوجيه أو الراوتر).


ثم تنتقل الحزمة من جهاز الراوتر عن طريق جهاز راوتر (أو القفز بخطوة) عبر الشبكة البينية إلى الشبكة المستهدفة، وبمجرد وصولها إلى الشبكة الوجهة، يمكن استخدام عنوان الجهاز لتسليم الحزمة إلى العُقدة الهدف.


والجهاز الرئيسي الذي يعمل في الطبقة الثالثة (الشبكة) هو جهاز التوجيه أو الراوتر، كما تشتمل الأجهزة الأخرى على سويتشات الطبقة الثالثة، والتي تجمع بين وظيفة السويتشات وأجهزة الراوتر وجدران الحماية الأساسية.


تنويه: الاصطلاح العام هو وصف وحدات PDU المغلفة في طبقة الشبكة على أنها حِزم أو مخططات بيانات، والرسائل التي تم تغليفها في طبقة ربط البيانات على أنها إطارات، وغالبًا ما تُستخدم الحزمة لوصف وحدات PDU في أي طبقة.


أجهزة الراوتر مقابل أجهزة السويتش


يوضح الشكل التالي كيف يمكن استخدام أجهزة الراوتر والسويتش في شبكة نموذجية.


فالشبكة بأكملها متصلة بالإنترنت عبر جهاز راوتر / جدار حماية WAN، وهذا نوع من أجهزة الراوتر التي يمكنها الاتصال باستخدام تنسيقات الطبقة الثانية (ربط البيانات) المختلفة للارتباط بالإنترنت وتنسيق إطار Ethernet المستخدم على الشبكة المحلية، كما أن لديها وظيفة أمان مهمة، وذلك باستخدام جدار حماية لمنع حركة المرور غير المرغوب فيها من الدخول إلى الشبكة المحلية أو مغادرتها.


ويتم استخدام جهاز راوتر آخر لتقسيم الشبكة إلى ثلاث شبكات فرعية منطقية، ويتم تعيين هذه الشبكات الفرعية إلى أقسام الطبقة الثانية، ويتم تقديم قسمين بواسطة سويتشين والآخر بواسطة جهاز Hub قديم.

وادي التكنولوجيا | بالعربية: تحديد مواقع مكونات الشبكة


من خلال الصورة السابقة، ستلاحظ أنه يمكن للعُقد الموجودة داخل كل شبكة فرعية أو قسم أن تخاطب بعضها البعض بشكل مباشر، ولكن يمكنها فقط التواصل مع العُقد الموجودة في الأقسام أو الشبكات الفرعية الأخرى عبر جهاز التوجيه أو الراوتر، كما يمكن للعُقد الموجودة في الأقسام A و B استخدام سرعة الربط الكاملة البالغة 1 جيجابت في الثانية، أما العُقد الموجودة في القسم C تشترك  في الوصول إلى عرض النطاق الترددي للوسائط البالغ 100 ميجابت في الثانية فقط.


الطبقة الرابعة (النقل | TRANSPORT)


تهتم الطبقات الثلاث الأولى من نموذج OSI بشكل أساسي بتحريك الإطارات ومخططات البيانات بين العُقد والشبكات، أما في الطبقة الرابعة (النقل) والمعروفة أيضًا باسم الطبقة "من طرف إلى طرف | end-to-end" أو طبقة "مضيف إلى مضيف | host-to-host"، يبدأ محتوى التغليف في أن يصبح مهمًا، فسوف يتصل أي مضيف معين على الشبكة بالعديد من المضيفين الآخرين باستخدام العديد من أنواع بيانات الشبكات المختلفة.


وتتمثل إحدى الوظائف الهامة للطبقة الرابعة (النقل) في تحديد كل نوع من تطبيقات الشبكة من خلال تخصيص رقم منفذ لها، فعلى سبيل المثال: يمكن تحديد البيانات من تطبيق تصفح الويب HTTP على أنها المنفذ 80، بينما يمكن تحديد البيانات من خادم البريد الإلكتروني على أنها المنفذ 25.


إذًا في الطبقة الرابعة (النقل)، يرسل المضيف حزم البيانات من الطبقات العليا كسلسلة من وحدات PDU إلى الطبقة الرابعة، ويشار إلي هذه الحزم باسم المقاطع، ثم يتم تمييز كل مقطع برقم منفذ التطبيق، ثم يتم تمرير المقطع إلى الطبقة الثالثة (الشبكة) للتسليم.


تنويه: يقوم كل مضيف بتعيين رقمي منفذ للعميل، فيتم تعيين رقم منفذ الوجهة للخدمة التي يطلبها العميل (على سبيل المثال HTTP على المنفذ 80)، ويقوم العميل أيضًا بتعيين رقم منفذ مصدر عشوائي (على سبيل المثال 47747)، فيستخدم الخادم رقم المنفذ المعين من قبل العميل (47747 العشوائي) كرقم منفذ الوجهة لردوده، ورقم منفذ التطبيق (80 لـ HTTP) كمنفذ المصدر الخاص به، وتسمح هذه الطريقة للمضيفين بتتبع "محادثات" متعددة لبروتوكول التطبيق نفسه.


ففي الطبقة الثانية (ربط البيانات) والطبقة الثالثة (الشبكة)، لا يكون رقم المنفذ مهمًا لأنه يصبح جزءًا من حمولة البيانات ويكون غير مرئي لأجهزة الراوتر والسويتش التي تنفذ وظائف العنونة وإعادة التوجيه لهذه الطبقات.


ثم في المضيف المستلم، يتم استخراج كل حزمة من إطارها، ثم تحديدها برقم المنفذ الخاص بها، ثم يتم تمريرها إلى المعالج ذي الصلة في الطبقة الخامسة (الجلسة) والطبقة السابعة (التطبيق)، أو بعبارة أخرى، يتم فك تدفق حركة المرور.



طبقة النقل مسؤولة أيضًا عن ضمان تسليم موثوق للبيانات، إذا طلبت الطبقة السابعة (التطبيق) ذلك، والتسليم الموثوق يعني إعادة إرسال أي حزم مفقودة أو تالفة، كما يمكن لطبقة النقل التغلب على نقص الموثوقية في بروتوكولات المستوى الأدنى.


وتشتمل الأجهزة التي تعمل في طبقة النقل على سويتشات متعددة الطبقات تعمل عادةً كموازن للأحمال، كما تشتمل على أنواع عديدة من أجهزة الأمان، مثل: جدران الحماية الأكثر تقدمًا وأنظمة كشف التسلل (IDS).


الطبقة الخامسة (الجلسة | SESSION)


تتطلب معظم بروتوكولات التطبيقات تبادل رسائل متعددة بين العميل والخادم، ويُطلق على هذا التبادل لمثل هذا التسلسل من الرسائل جلسة أو حوار، وتمثل الطبقة الخامسة (الجلسة) وظائف التحكم في الحوار التي تدير عملية إنشاء مربع الحوار وإدارة نقل البيانات ثم إنهاء (أو تمزيق) الجلسة.


ويمكن أن تعمل الجلسات في ثلاثة أوضاع:


  • أحادي الاتجاه | One-way: نظام واحد فقط مسموح به لإرسال الرسائل، ويتلقى الآخر فقط.
  • ثنائي الاتجاه متناوب | Two-way alternate: وهو نظام نصف مزدوج الاتجاه، يقوم المضيفون بإنشاء نظام لأخذ الأدوار لإرسال الرسائل، مثل تبادل رمز مميز.
  • في اتجاهين متزامن | Two-way simultaneous: وهو نظام مزدوج الاتجاه، يمكن لأي من المضيفين إرسال رسائل في أي وقت.


الطبقة السادسة (العرض | PRESENTATION)


تقوم الطبقة السادسة (العرض) بتحويل البيانات بين التنسيق المطلوب للشبكة والصيغة المطلوبة للتطبيق.


على سبيل المثال: يتم استخدام طبقة العرض لتحويل مجموعة الأحرف، بمعنى أن أجهزة الكمبيوتر المتصلة قد تستخدم أنظمة ترميز أحرف مختلفة، مثل: الكود القياسي الأمريكي لتبادل المعلومات ASCII و Unicode، توافق طبقة العرض على ترجمة البيانات إلى أحد التنسيقات، أو سيقوم كلاهما بترجمة البيانات إلى تنسيق ثالث.


ويمكن أيضًا تصور طبقة العرض على أنها تدعم ضغط البيانات وتشفيرها، ومع ذلك غالبًا ما يتم تنفيذ هذه الوظائف بواسطة أجهزة وبروتوكولات التشفير التي تعمل في الطبقات السفلية.


الطبقة السابعة (التطبيق | APPLICATION)


توجد طبقة التطبيق في الجزء العلوي من نموذج OSI، ولا يقوم بروتوكول طبقة التطبيق بتغليف أي بروتوكولات أخرى أو تقديم خدمات لأي بروتوكول، بل توفر بروتوكولات طبقة التطبيق واجهة للبرامج على مضيفي الشبكة الذين أنشأوا قناة اتصال من خلال بروتوكولات المستوى الأدنى لتبادل البيانات.


على سبيل المثال: أحد أكثر الخدمات استخدامًا التي توفرها طبقة التطبيق هو نقل الملفات، فقد تستخدم أنظمة التشغيل وأنظمة الملفات المختلفة اصطلاحات مختلفة تمامًا لتسمية الملفات وتنسيقات الملفات، ويجب أن تتغلب طبقة التطبيق على هذه الاختلافات.


وعلى نطاق أوسع، توفر بروتوكولات الطبقة العليا معظم الخدمات التي تجعل الشبكة مفيدة، وليست وظيفية فحسب، بما في ذلك الطباعة عبر الشبكة والبريد الإلكتروني والاتصالات وخدمات قواعد البيانات.


ملخص نموذج OSI


تلخص الصورة التالية نموذج OSI، مع سرد وحدات PDU في كل طبقة، جنبًا إلى جنب مع أنواع الأجهزة التي تعمل في كل طبقة.

وادي التكنولوجيا | بالعربية: الأجهزة والمفاهيم الممثلة في طبقة نموذج OSI



الموضوع الثاني: شرح مجموعة TCP/IP


بينما يُستخدم نموذج OSI في تصميم الشبكة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها من الناحية العملية، تهيمن مجموعة TCP/IP على الشبكات. 


ونحن في هذا الموضوع سنقوم بفحص البروتوكولات الرئيسية التي تشكل مجموعة TCP/IP وعرض موضعها فيما يتعلق بنموذج OSI.


مجموعة بروتوكول TCP/IP


يتم إنشاء أقسام أو مقاطع الشبكة من الهياكل المادية والمنطقية التي تم إنشاؤها بواسطة المنتجات التي تعمل في الطبقة الأولى (المادية) والطبقة الثانية (ربط البيانات) لنموذج OSI، لذلك توجد بروتوكولات التطبيقات والعمل عبر الإنترنت.


والمقصود بالبروتوكولات هي إجراءات أو قواعد تستخدمها أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة للتواصل، ولكي يتم الاتصال يجب أن يكون لدى جهازي الكمبيوتر بروتوكول مشترك، وغالبًا ما يتم تصميم العديد من البروتوكولات المستخدمة للتواصل لكي تعمل معًا، وتُعرف باسم مجموعة البروتوكول.


ولقد تم استخدام العديد من مجموعات البروتوكولات لاتصالات LAN و WAN على مر السنين، ومع ذلك فإن الغالبية العظمى من الشبكات قد اجتمعت الآن على استخدام مجموعة "بروتوكول الإنترنت/ بروتوكول التحكم في الإرسال | Transmission Control Protocol/ Internet Protocol" أو المعروفة اختصارًا بـ TCP/IP، وتعتمد معظم عمليات تنفيذ الشبكة التي سيُطلب منك إجراؤها على استخدام TCP/IP.


تقوم مجموعة بروتوكولات TCP/IP بتعيين نموذج مفاهيمي من أربع طبقات، هي: 


  • الطبقة الأولى (الربط أو واجهة الشبكة | Link/ Network Interface).
  • الطبقة الثانية (الإنترنت | Internet).
  • الطبقة الثالثة (النقل | Transport).
  • الطبقة الرابعة (التطبيق | Application).


ويشار إلى هذا النموذج باسم Internet Protocol Suite، أو نموذج Department of Defense (DoD)، أو نموذج ARPA، وتتوافق كل طبقة في هذا النموذج مع طبقة واحدة أو أكثر من نموذج OSI.


يوضح الشكل التالي كيفية مقارنة نموذج OSI مع نموذج بروتوكول TCP/IP، ويتم تنفيذ بعض طبقات OSI بواسطة بروتوكول واحد، ويتم تنفيذ بعض الطبقات بواسطة عدة بروتوكولات، وتغطي بعض البروتوكولات عدة طبقات، وهذا يعكس التركيز على الأداء والكفاءة في الشبكات الواقعية، وتستهلك كل طبقة تغليف طاقة المعالجة وعرض النطاق الترددي، بحيث يتكون كل رأس من سلسلة من البايتات التي يجب إرسالها وفك تشفيرها بالإضافة إلى بيانات التطبيق، وبالتالي يميل نموذج بروتوكول TCP/IP إلى أن يكون أبسط من نموذج OSI.

وادي التكنولوجيا | بالعربية: مقارنة نماذج OSI و TCP/IP


طبقات نموذج TCP / IP


يتم وصف وظائف طبقات نموذج TCP/IP في الأقسام التالية:


الطبقة الأولى (الربط أو واجهة الشبكة | Link/ Network Interface)


طبقة الربط أو واجهة الشبكة هي المكافئ للطبقة المادية وطبقة ربط البيانات في نموذج OSI فهي تحدد اتصال المضيف بوسائط الشبكة.


وتتضمن هذه الطبقة الأجهزة والبرامج المشاركة في تبادل الإطارات بين المضيفين، ويمكن أن تكون التقنيات المستخدمة قائمة على LAN (Ethernet أو Wi-Fi) أو قائمة على WAN (T-carrier أو ISDN أو DSL).


الطبقة الثانية (الإنترنت | Internet)


توفر طبقة الإنترنت وظائف العنونة والتوجيه، كما توفر القدرة على تجزئة الإطارات الكبيرة من طبقة واجهة الشبكة إلى حزم أصغر.


وتستخدم طبقة الإنترنت عدة بروتوكولات، ولا سيما بروتوكول الإنترنت IP وبروتوكول تحليل العنوان ARP لتسهيل تسليم الحزم.


تنويه: يُعتقد أحيانًا أن بروتوكول تحليل العنوان ARP يعمل في طبقة ربط البيانات في نموذج OSI لأنها تحتاج إلى الإشارة إلى عناوين الأجهزة MAC وليست قابلة للتوجيه، ومن ناحية أخرى لا يتطلب بروتوكول الطبقة الثانية مثل Ethernet وظيفة تحليل العنوان ARP، بينما يتطلب بروتوكول الطبقة الثالثة مثل IP، وأفضل حل هو التفكير في تحليل العنوان ARP على أنه بروتوكول طبقة 2.5 وتركه عند هذا الحد.


الطبقة الثالثة (النقل | Transport)


تُنشئ طبقة النقل أو طبقة المضيف إلى المضيف اتصالات بين التطبيقات المختلفة التي يتصل بها مضيفو المصدر والوجهة، وتقوم بتقسيم معلومات طبقة التطبيق إلى شرائح.


وتوفر مجموعة نماذج TCP/IP طريقتين لتوصيل البيانات:


  • التسليم القائم على الاتصال باستخدام بروتوكول "التحكم في الإرسال | Transmission Control Protocol" والمعروف اختصارًا بـ TCP.
  • التسليم بدون اتصال باستخدام بروتوكول "مخطط بيانات المستخدم | User Datagram Protocol" والمعروف اختصارًا بـ UDP.


الطبقة الرابعة (التطبيق | Application)


هذه هي الطبقة التي يمكن من خلالها تشغيل العديد من بروتوكولات عالية المستوى لنماذج TCP/IP، مثل: FTP و HTTP و SMTP.


الشبكات التي يتم تبديلها بالحزمة مقابل الشبكات التي يتم تبديلها بالدائرة


تم إجراء البحث الأصلي الذي يقوم عليه بروتوكول TCP/IP في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات من قبل وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة ARPA، وهي الذراع البحثية لوزارة الدفاع الأمريكية DoD.


أرادت وزارة الدفاع بناء شبكة لربط مواقع عسكرية منفصلة، وكان النموذج الأولي عبارة عن شبكة بحث تسمى ARPANET، تم ربط أربعة مواقع جامعية باستخدام نظام يوصف بأنه شبكة تبديل الحزمة.


وقبل هذا التطور كان على أي جهازي كمبيوتر يرغبان في الاتصال ببعضهما أن يفتحا قناة مباشرة تُعرف باسم الدائرة، وهي عبارة عن مسار مخصص يتم إنشاؤه بين موقعين، مثل جهازي راوتر أو جهازي مودم.


ويمكن أن تكون الدائرة متاحة بشكل دائم، ولكن في حالة وجود مسار بتبديل الدارة، تتفاوض أجهزة الراوتر على عملية الربط، ثم بمجرد إنشاء الاتصال يتم إعادة توجيه جميع الاتصالات على نفس المسار، وفي نهاية الاتصال يتم قطع الاتصال ويصبح المسار متاحًا لاستخدام اتصال آخر، وإذا تم كسر هذه الدائرة، ستتوقف أجهزة الكمبيوتر عن الاتصال على الفور.


ويقدم تبديل الحزم القدرة لمضيف واحد على إعادة توجيه المعلومات إلى آخر باستخدام أي مسار متاح، ويوصف بروتوكول تبديل الحزم بأنه قوي لأنه يمكنه التعافي تلقائيًا من حالات فشل ارتباط الاتصالات، ثم يقوم بإعادة توجيه حزم البيانات حول شبكة الإنترنت من المسارات المتاحة، وفي حالة تلف خطوط النقل أو في حالة فشل جهاز الراوتر في الاستجابة، يمكنه استخدام أي مسار شبكة متاح باقٍ.


يوضح الشكل التالي مثالاً لنظام التشغيل البيني، فيمكن إرسال الحزمة التي يتم إرسالها من الشبكة A إلى الشبكة D عبر الشبكة C، وهي أقصر طريق، فإذا أصبح هذا المسار غير متاح، يتم توجيه الحزمة باستخدام مسار بديل ، مثل A-F-E-D.

وادي التكنولوجيا | بالعربية: شبكات تبديل الحزم


ميزة أخرى لشبكات تبديل الحزم هي أن البيانات تنقسم إلى أجزاء صغيرة، فلطالما كان إرسال أجزاء كبيرة من المعلومات يمثل مشاكل، وفي حالة فقد رسالة أو تلفها فإن إعادة إرسال الرسالة بأكملها يستخدم قدرًا كبيرًا من النطاق الترددي ويؤدي إلى تأخير كبير.


إن قدرة تجزئة بروتوكول الإنترنت على تقسيم الرسائل الكبيرة إلى حزم صغيرة عديدة تعني  أنه يمكن إعادة إرسال حزمة واحدة بتكلفة قليلة نسبيًا في حالة فقدها أو تلفها أثناء الإرسال، وهذا يعني أيضًا أن البروتوكول يمكن أن يعمل مع أنواع مختلفة من تنسيقات وأحجام إطار بروتوكول ارتباط البيانات الأساسي.


TCP/IP ومعايير الإنترنت


يتم دعم TCP/IP على كل مضيف شبكة وجهاز شبكة تقريبًا، ومع ذلك فهي ليست ملكًا لأي جهة، فهو معيار مفتوح يمكن لأي شخص اقتراح تعديلات وتحسينات عليه.


وبالمثل، فإن بروتوكول TCP/IP والإنترنت مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، وعلى الرغم من عدم وجود منظمة واحدة تمتلك الإنترنت أو تقنياته، إلا أن العديد من المنظمات مسؤولة عن تطوير الإنترنت وبالتالي TCP/IP.


جمعية الإنترنت ISOC


الغرض من جمعية الإنترنت ISOC هو تشجيع تطوير الإنترنت وإتاحتها، وتوفير موارد تنظيمية لمجلس هندسة الإنترنت IAB.


مجلس هندسة الإنترنت IAB


مجلس هندسة الإنترنت IAB هي اللجنة الفنية لجمعية الإنترنت ISOC وهي مسؤولة عن وضع معايير الإنترنت ونشر هذه المعايير كطلبات للتعليقات RFCs، ومن بين المسؤوليات الأخرى، يحكم IAB المجموعات التالية:


  • فريق عمل هندسة الإنترنت IETF  يركز على حلول مشاكل الإنترنت واعتماد معايير جديدة.
  • هيئة الإنترنت للأرقام المخصصة IANA تدير تخصيص عناوين IP وصيانة مساحة المجال ذات المستوى الأعلى.


يتم تشغيل IANA حاليًا بواسطة Internet Corporation for Assigned Names and Numbers والمعروفة اختصارًا بـ ICANN، وتخصص IANA عناوين للسجلات الإقليمية الذين يقومون بعد ذلك بتخصيصها للسجلات المحلية أو موفري خدمة الإنترنت ISPs.


وتعرف السجلات الإقليمية في آسيا / المحيط الهادئ بـ APNIC، وأمريكا الشمالية وجنوب إفريقيا بـ ARIN، وأمريكا اللاتينية بـ LACNIC، وأوروبا وشمال إفريقيا وآسيا الوسطى والشرق الأوسط بـ RIPE NCC.


طلبات التعليقات RFCs


يتم تطوير معايير TCP/IP بالإجماع، وتدور عملية اعتماد معايير الإنترنت حول إنتاج مستندات تسمى طلبات التعليقات RFCs، ويتم نشر معايير TCP/IP عبر RFCs، وتصف بعض طلبات التعليقات RFC خدمات الشبكة أو البروتوكولات وتنفيذها، بينما يلخص البعض الآخر السياسات.


لا يتم تحديث RFC الأقدم، فإذا كانت التغييرات مطلوبة، يتم نشر RFC جديد برقم جديد، لذلك من المهم دائمًا التحقق من أن لديك RFC الأحدث حول موضوع معين، وليست كل طلبات التعليقات RFC تصف المعايير، فبعضها مخصص للمعلومات، والبعض الآخر تجريبي.



الملخص


في هذا الدرس تعرفنا على: 


  • بعض المصطلحات الأساسية للشبكة وحول استخدام نموذج OSI ونموذج TCP/IP لتحديد وظائف تقنيات الشبكة في الطبقات.
  • أن الشبكات تتكون من العُقد ووسائط النقل وأجهزة الشبكات المحلية وأجهزة التوجيه أو الراوتر والبروتوكولات.
  • يستخدم نموذج OSI لتحليل وظائف الشبكة في طبقات (المادية، ربط البيانات، الشبكة، النقل، الجلسة، العرض والتطبيق)، من المهم أن تكون قادرًا على ربط أجهزة وبروتوكولات الشبكة بطبقة OSI المناسبة.
  • مجموعة بروتوكولات TCP/IP هي أساس الإنترنت وتستخدم للعديد من الشبكات المحلية والشبكات WAN الخاصة، وتستخدم نموذجًا أبسط مكون من أربع طبقات مقارنةً بـ OSI (الربط، الإنترنت، النقل والتطبيق)



التدريب الأول


أجب على أسئلة المراجعة التالية:  رابط التدريب



في النهاية، نتمنى أن نكون قد أضفنا لكم معلومة جديدة ومفيدة، وفي حالة وجود أي استفسارات لا تترددوا في ذكرها لنا في التعليقات وسوف نقوم بالتواصل معكم والرد على استفساراتكم.


مصطفى أمان
بواسطة : مصطفى أمان
صانع محتوى تعليمي تقني على مدونتي وعلى قناة اليوتيوب. وهدفي من هذا المحتوى هو محو الأمية المتعلقة بمجال تكنولوجيا المعلومات حتى نبدأ من حيث انتهى الأخرين.
تعليقات



    حجم الخط
    +
    16
    -
    تباعد السطور
    +
    2
    -
    [chatbot]