http://www.elshami.com
OSI Model
نموذج وصل الأنظمة المفتوحة

اختصار:  Open Systems Interconnection Basic Reference Model

يعرف أيضا بأسماء أخرى، مثل:   OSI Reference Model; OSI seven layer model; ISO/OSI  

 نموذج وصل الأنظمة المفتوحة هو النموذج رقم   ISO 7498  ، وهو المعيار التقني الذي وضعته المنظمة الدولية للتقييس    International Standards Organization-ISO  الخاص بتصميم الشبكات. ويحدد هذا النموذج كيفية تخاطب بروتوكولات ومعدات الشبكات وكيفية عملها معا. هذا الطراز المرجعي reference model  الذي حددته المنظمة، يقسم الاتصالات بين كل حاسب وآخر إلى سبع طبقات  layers. وكل طبقة تكون عبارة عن مجموعة من الوظائف المتعلقة ببعضها والتي تقدم خدمات للطبقة التي فوقها كما تستقبل خدمات من الطبقة التي بأسفلها. فكل طبقة عليا في هذا الأنموذج تبنى على وظائف الطبقة التي تكون أسفل منها وكذلك فإن التحكم يمرر من طبقة للطبقة التي تليها. وفي هذا النموذج تقسم عملية الاتصالات المعقدة بين الحاسبات (وهي ما يسمى بالتشبيك التبادلي  internetworking ) إلى سلسلة من المراحل. هذه المراحل تكون في نظام من الأدنى إلى الأعلى، حيث تؤلف جميعها ما يطلق عليه مكدس وصل الأنظمة المفتوحة  OSI stack.

 

7 الطبقات العليا
5-7		 Application
 HTTP, FTP, SMTP
6   Presentation
 JPEG, GIF, MPEG
5   Session
 AppleTalk, WinSock
4 الطبقات الدنيا
1-4		 Transport
 TCP, UDP, SPX
3   Network
 IP, ICMP, IPX (router)
2   Data Link
 Ethernet, ATM (switch, bridge)
1   Physical
 Ethernet, Token Ring (hub, repeater)

ففي حالة إرسال البيانات من حاسب إلى حاسب آخر، يبدأ الإرسال في الحاسب الأول من الطبقة السابعة وهي طبقة التطبيقات  Application Layer  متجها إلى أسفل النموذج نحو الطبقات الدنيا حتى يصل إلى الطبقة الفزيائية الأولى Physical Layer  ثم عبر قنوات الاتصال السلكية أو اللاسلكية إلى الحاسب الآخر. وعندما يستقبل الحاسب الآخر الإشارات، فإن الإشارات تسير من أسفل النموذج، حيث تبدأ من الطبقة الفيزيائية  Physical Layer  التي تقوم باستقبال الإشارات من الحاسب الأول وتمررها إلى الطبقات العليا حتى تصل إلى الطبقة السابعة  Application Layer .

وعلى ذلك فإن الجهاز المرسل يقوم باتباع خطوات الإرسال من أعلى إلى أسفل بينما يقوم الجهاز المستقبل باتباع خطوات الاستقبال بشكل معكوس من أسفل إلى أعلى.

ومنذ أن تم التصديق عليه عام 1984، أصبح نموذج وصل الأنظمة المفتوحة عنصرا أساسيا عند تصميم شبكات الكمبيوتر. وعلى الرغم من أن التقنيات المستخدمة حاليا لا تتبع هذا المعيار بالكامل، إلا أنه يعتبر هاما عند دراسة معمارية الشبكات. وينظر إلى هذا النموذج على أنه معمارية قياسية لبناء نظم الشبكات. وهناك العديد من تقنيات الشبكات المستخدمة اليوم التي تعكس الطبقات السبع في نموذج وصل الأنظمة المفتوحة  Open Systems Interconnection model، انظر  open system

وكل طبقة في النموذج تمثل مستوى من فعاليات الشبكة. وهذه الطبقات موضوعة في ترتيب منطقي في مجموعتين كما يلي:

الطبقات العليا  Upper layers:  وهي تتعامل مع كل ما يطلبه المستفيد على الشبكة والاستجابة لهذه الطلبات، وتمثيل البيانات، وبروتوكولات الشبكة وذلك من وجهة نظر المستفيد. ومن أمثلة التقيات التي تستخدم في الطبقات العليا:  HTTP, FTP  ، وهي ثلاث طبقات كما يلي:

 

7 Application
 HTTP, FTP, SMTP		 التطبيقات
 تهتم بنقل المعلومات بين البرامج المختلفة
6 Presentation
 JPEG, GIF, MPEG		 التمثيل والتقديم
 تهتم بتهيئة النصوص وعرضها وتحويل الأكواد
5 Session
 AppleTalk, WinSock		 جلسة الاتصال
 تهتم ببدء واستمرار وتنسيق الاتصال

والطبقات الدنيا  Lower Layers: وهي تتعامل مع الإشارات الكهربائية وكتل البيانات الثنائية والعنونة، وتمرير هذه البيانات عبر الشبكات.  ومن أمثلة التقنيات التي تستخدم في الطبقات الدنيا:   TCP, IP, and Ethernet ، وهي أربع طبقات كما يلي:

 

4 Transport
 TCP, UDP, SPX		 النقل
 تهتم بالتسلي الصحيح للرسائل ع ا لخدمات
3 Network
 IP, ICMP, IPX (router)		 الشبكة
 تهتم بطرق نقل البيانات وتناول الرسائل ونقلها
2 Data Link
 Ethernet, ATM (switch, bridge)		 ربط البيانات
 تهتم بالتكويد والعنونة وبث البيانات
1 Physical
 Ethernet, Token Ring (hub, repeater)		 الطبقة الفيزيائية
 تهتم بربط المعدات والأجهزة

وبتقسيم الاتصالات على الشبكات إلى طبقات، فإن نموذج وصل الأنظمة المفتوحة يسهل عملية تصميم بروتوكولات الشبكات. فالنموذج مصمم لضمان موائمة المعدات التي ينتجها منتجون مختلفون (كأجهزة التوجيه  routers، والمحاور  hubs) طالما يتبع هؤلاء المنتجون تقنية النظام المفتوح  open system . وبناء عليه فإن أي جهاز ينتجه أي منتج يتبع الطبقة الثانية ، مثلا ، سوف يتواءم مع أي جهاز ينتجه منتج آخر يتبع الطبقة الثالثة طالما أن المنتجين يتبعان نموذج وصل الأنظمة المفتوحة.

 

وظائف الطبقات:

1.  الطبقة الفيزيائية أو طبقة المكونات المادية  Physical layer
 هذه الطبقة مسؤولة عن انسياب البيانات عبر وسائط الاتصال. فهي تتعامل مع البيانات التي تكون في شكل بتات  bits  ترسلها الطبقة المادية  Physical layer  الموجودة بمصدر الإرسال كما تستقبلها الطبقة المادية  Physical layer  بالجهاز المستقبل. فمثلا، كبلات شبكة الإيثرنت  Ethernet  والأجهزة والمعدات المستخدمة في الشبكات الحلقية  Token Ring  وبطاقات واجهة الشبكة   network interface cards  والوسائل الميكانيكية الأخرى تعمل على مستوى الطبقة المادية. كما أن أجهزة التوجيه  routers، والمحاور  hubs  تعمل أيضا على مستوى الطبقة المادية. ففي الطبقة المادية، ترسل البيانات باستخدام نوع الإشارات التي يساندها الوسيط المادي، كالفلطات الكهربائية أو الموجات اللاسلكية أو النبضات الضوئية أو الإشارات تحت الحمراء. فالطبقة المادية هي التي توفر الوسائل المادية hardware  لإرسال واستقبال البيانات، وكذلك الكبلات، وبطاقات الاتصال والوسائل المادية الأخرى.

 

2.  طبقة ربط البيانات  Data link layer
عند تلقي البيانات من الطبقة المادية، تقوم طبقة ربط البيانات بالتحقق من صحة وكفاءة تدفق وانسياب البيانات من الطبقة المادية، كما تتحقق من عدم وجود أخطاء، ثم تغلف البتات  bits  في إطارات  frames. كما تقوم بعنونة البيانات وتنظيم انسيابها. وطبقة ربط البيانات هي واحدة من الطبقات الثلاث (طبقة ربط البيانات، وطبقة الشبكة، وطبقة النقل)  المسؤولة عن نقل البيانات بين المعدات والأجهزة عن طريق تزامن إطارات أو بلوكات البيانات blocks of data وضبط تدفق تلك البيانات.

 

 

ولأن طبقة ربط البيانات هي الطبقة الأكثر تعقيدا في نموذج وصل الأنظمة المفتوحة، فإنها تنقسم إلى طبقتين تحتيتين:

 

3.  طبقة الشبكة   Network layer
هذه الطبقة تحدد بروتوكولات تمرير البيانات data routing لضمان وصول المعلومات من محطة لأخرى على الشبكة. فعند وصول البيانات لطبقة الشبكة، فإن عنوان مصدر وعنوان وجهة البيانات التي يحتويها كل إطار  frame  يتم فحصه لتحديد إذا ما كانت البيانات قد وصلت إلى الوجهة النهائية. فإذا ما وصلت البيانات لوجهتها النهائية، تقوم طبقة الشبكة بتهيئة البيانات في حزم قبل دفعها لطبقة النقل  Transport layer. وإلا تقوم طبقة الشبكة بتحديث عنوان الوجهة ثم ترد الإطار ثانية إلى الطبقات الدنيا للتصحيح. وتحتفظ طبقة الشبكة بالعناوين المنطقية، كعناوين بروتوكول الشبكة  IP adresses  للأجهزة المتصلة بالشبكة. وهذه الطبقة تكون مسؤولة عن بث حزم البيانات واختيار أنسب الممرات وأسرعها لإرسال الحزم. ومن البروتوكولات التي تستخدم في هذه الطبقة   X.25, IP(Internet Protocol), IPX.

 

 

4.  طبقة النقل  Transport layer

هذه الطبقة تهيئ تمرير البيانات بين الأنظمة أو المضيفات  hosts  وتحدد بنية الرسالة message structure، كما تشرف على صحة الإرسال، وذلك بإجراء بعض العمليات لمراجعة الأخطاء. وطبقة النقل لا تتعامل مع الرسائل التي تفقد أثناء الإرسال. وتقوم هذه الطبقة بتقطيع الرسالة إلى قطع صغيرة  وتحدد أرقاما مسلسلة لتلك القطع ثم ترسلها. ومن البروتوكولات المستخدمة في هذه الطبقة:  TCP/IP, TCP, UDP. وقبل بدء نقل البيانات، فإن كلا من تطبيقات الإرسال وتطبيقات الاستقبال تبلغ أنظمة تشغيل تلك التطبيقات بأن هناك عملية اتصال سوف تبدأ وأن على كل منهما الاستعداد. في هذه الحالة يمكن القول بأن الاتصال قد بدأ وأن نقل البيانات يمكن أن يبدأ.

 

5.  طبقة التحاور  Session layer
هذه الطبقة تنسق الاتصالات وتحافظ على مقومات الجلسة طول مدة استخدام النظام كما تبدأ وتنهي الاتصالات بين التطبيقات، حيث تقوم بتأمين وتسجيل العميل logging، وبعض العمليات الإدارية الأخرى. والجلسة تتألف من التحاور أو التخاطب بالبيانات. والتحاور بين الأطراف قد يتم من طرف واحد فقط  وفي اتجاه واحد فقط  simplex (one way)  (وهذا يندر استخدامه على الشبكات) أو بالتناوب  alternate  أي باستخدام نظام الاتصال نصف المزدوج  half duplex  أو باستخدام نظام الاتصال المزدوج الكامل full duplex (bi-directional). ومعظم الشبكات حاليا بإمكانها تناول الحوار باستخدام نظام الاتصال المزدوج الكامل، أي في اتجاهين في نفس الوقت . ولكن عمليا، فإن التحاور على الشبكات يكون نصف مزدوج. وهذه بعض الأمثلة على بروتوكولات طبقة التحاور:  NFS (Network File System), AppleTalk Session Protocol (ASP).

6.  طبقة التقديم  Presentation layer
تحدد هذه الطبقة كيفية تهيئة البيانات، وعرضها، وتغييرها، وفك أكوادها عن طريق الترجمة من صيغة التطبيق إلى صيغة الشبكة، وبالعكس. وهذه الطبقة مهمتها تهئية المعلومات التي ترسلها طبقة التطبيقات  Application layer  بالنظام بحيث يمكن أن تقرأها طبقة التطبيقات بالنظام الآخر، بصرف النظر عن نوع الأجهزة ونظم التشغيل المستخدمة. ومن الأدوات المستخدمة على مستوى هذه الطبقة :  ASCII, EBCDIC, GIF, JPEG

 

 

 

7. طبقة التطبيقات   Application layer
 هذه هي الطبقة العليا في نموذج وصل الأنظمة المفتوحة. وهذه الطبقة توفر خدمات الشبكة للمستقيد النهائي وهي تستفيد من الطبقات التي تحتها ولكنها معزولة تماما عن تفاصيل المعدات والأجهزة. وتتعامل هذه الطبقة مع البيانات المرسلة إلى والواردة من الطبقة السادسة بالنموذج، وهي طبقة التمثيل  Presentation layer ، حيث تحدد الطريقة التي تتفاعل بها البرامج التطبيقية application programs مع الشبكة. فهي تقدم خدمات التطبيقات مثل خدمة انتقال الملفات، والبريد الإلكتروني، وإدارة قواعد البيانات، وبرامج محاكاة الطرفيات terminal emulation، وأي خدمات تقدمها برامج الشبكة. وخدمات الشبكة في هذه الطبقة تكون عادة بروتوكولات تتعامل مع بيانات المستفيد. والتطبيقات   HTTP, Telnet, SMTP and FTP  هي تطبيقات توجد في هذه الطبقة . فمثلا، في حالة التطبيق المتعلق بمتصفح الويب  Web browser، فإن بروتوكول طبقة التطبيقات  HTTP، يغلف البيانات المطلوبة لإرسال واستقبال محتويات صفحة الويب  Web page.

 

 

ومن البروتوكولات التي تعمل في طبقة التطبيقات :

ومن الملاحظ أن تطبيقات المستخدم النهائية لا تعمل ضمن طبقة التطبيقات فمتصفح الوب مثلا ليس من طبقة التطبيقات ولكنه يستخدم البروتوكول HTTP الذي ينتمي إلى طبقة التطبيقات من أجل التخاطب مع مخدم الوب.