الطبقات السبعة (OSI Layers)

اساسيات شبكات الحاسوب

لا بد لمن يريد الدخول إلى علم الشبكات وتعلم اساسيات شبكات الحاسوب من معرفة وفهم (OSI Model) والتي تعتبر ابجديات علم شبكات الحاسوب. OSI Model هو عبارة عن تصنيف شبكة الحاسوب لطبقات وهمية (Layers) بحيث يكون لكل طبقة مزايا ووظائف خاصة بها ومختلفة عن الطبقات الأخرى، وأكرر الطبقات هي وهمية وغير مرئية ووجدت لتسهيل فهم علم الشبكات وتسهيل تطوير وتحديث شبكات الحاسوب لتصبح قادرة على قبول أي تحديث مستقبلي دون الحاجة لتغيير الشبكة بشكل كامل.

شبكة الحاسوب هي البنية التحتية التي يتم من خلالها نقل البيانات بين الأجهزة، عملية نقل البيانات تكون بين طرف مرسل للبيانات (Source) وطرف/أطراف مستقبلة (Destination). عند تراسل البيانات بين الطرفين لا بد أن يقوم المرسل باضافة معلومات أخرى على البيانات المرسلة (Headers) مثل اضافة عناوين المرسل وعناوين المستقبل، نوع البيانات، حجم البيانات، نوع الخدمة، والكثير الكثير. تفيد المعلومات الاضافية في عملية نقل البيانات إلى الجهاز المستقبل وامكانية استرجاع البيانات المرسلة خاصة بأن الشبكات لديها امكانية بنقل مختلف أنواع البيانات (النصوص بمختلف أنواعها، الصوت بمختلف أشكاله، الفيديو بمخلتف أشكاله).

والمعلومات التي تضاف على البيانات المرسلة هذه متنوعة بطبيعتها، فكان لا بد من عمل تصنيف طبقي  (Layers)بحيث تضيف كل طبقة المعلومات التي تتناسب مع وظيفتها، فالبيانات المراد إرسالها هي تشبه الرسالة اليدوية (المكتوب) والمعلومات الاضافية تشبه المعلومات التي تضاف على الظرف الخاص بالرسالة اليدوية (عنوان المرسل، عنوان المرسل إليه، طابع البريد، ختم البريد، إلخ).

وهذه ميزة وجود الطبقات (Layers) في شبكات الحاسوب فكل ما يتعلق بالشبكة يكون مردّه لطبقة معينة، وهذا يسهل تتبع الاعطال من أجل حلها، فمثلا لو ظهر أن جهاز الحاسوب غير قادر على الاتصال بالشبكة فإننا نحصر أسباب المشكلة بالطبقة الأولى (Layer 1) أو الثانية (Layer 2). كما أن فكرة وجود طبقات تسهل عملية تطوير الشبكات وتسهل فهم عملها، فكل طبقة مسؤولة عن وظيفة أو مجموعة من الوظائف.

ولو جاز لنا التشبيه فإن الطبقات هي بمثابة الأقسام الموجودة في شركة ما، فقسم المحاسبة مسؤول عن الأمور المالية، قسم الموارد البشرية مسؤول عن الموظفين ودوامهم وتأهليهم، وكذلك يوجد قسم الهندسة، وقسم المبيعات، وهكذا، جميع هذه الاقسام متخصصة بأداء مهام معينة تحقق غاية الشركة ومتاغمة فيما بينها بأداء الواجبات.

لكن السؤال الآن ما هي طبقات (OSI Layer) وما هي وظائف كل طبقة؟

طبقات OSI Model

لكي نبني شبكة لا بد من توفير الأجزاء الرئيسية مثل الأجهزة الطرفية (Workstation)، أجهزة الشبكة (Network Devices) والوسط الناقل (Transmission Media).

 

تتألف OSI Model من سبع طبقات وهي موضحة بالشكل التالي:

الطبقة الأولى (Physical Layer) ووظيفتها ربط الجهاز بالوسط الناقل (transmission media) أياً كان نوع الوسط الناقل سواء أكان من الألياف الضوئية (Optical fiber) أو من كوابل (UTP) أو من كوابل (Coaxial) أو حتى إن كان الوسط الناقل هو الفراغ. وظيفة (Physical Layer) تحويل المعلومات المراد ارسالها (Transmitted Data) إلى إشارات كهربائية او ضوئية او لاسلكية تناسب الوسط الناقل وشكل الإشارة (Digital Encoding) تناسب نوع الوسط الناقل والعكس صحيح.

 Hello ====>>>> 10110011001

                             +5V  0V  +5v  +5V  0V  0V

الطبقة الثانية (Data Link) ووظيفته إعطاء عنوان مادي (Physical Address) للجهاز المرتبط على الشبكة ويمتاز هذا العنوان بأنه ثابت لا يتغير بتغيير مكان الجهاز على الشبكة ويمكن تشبيهه بالرقم التسلسلي لجهاز الخلوي (Serial No.) الذي يبقى ثابت بغض النظر عن شبكة الخلوي التي يعمل عليها جهاز الخلوي. كما تقوم هذه الطبقة بفحص وجود أخطاء للمعلومات المستقبلة (Cyclic Redundancy Check “CRC”)

كما تقوم هذه الطبقة بوظيفة مهمة وهي (Media Access Control) اي وضع آلية للسيطرة على استخدام الشبكة من قبل الاطراف‘ فمن المعلوم بأن للشبكة عدة مستخدمين (أطراف) تتواصل فيما بينها عن طريق الشبكة، لذا فإنه من الضروري ايجاد طرق تضمن استخدام الشبكة المشتركة من قبل جميع الأطرف دون أن يؤثر طرف على الآخر.

أما الطبقة الثالثة (Network Layer) فوظيفتها اختيار أفضل طريق (Best Path) يمكن أن تسلكه المعلومات المرسلة  لكي تصل الهدف المقصود (Destination) بأفضل طريق. كما تقوم هذه الطبقة بتحديد عنوان متغير (Logical Address)  للاطراف وهو شبيه برقم الخلوي المعتاد وهذا الرقم يتغير حسب الشبكة التي يعمل عليها.

الطبقة الرابعة (Transmission Layer) تصنف لنوعين هما (Transmission Control Protocol “TCP”)   و   (User Datagram Protocol “UDP. بروتوكول TCP يضبط عمل نقل المعلومات حيث يتم الاتفاق بين الطرفين على حجم الارساليات خلال عملية نقل البيانات (Window Size) وكذلك استخدام مبدأ إعادة الإرسال في حال وجود خطأ في المعلومات المستلمة، كما يوم هذا البروتوكول بتهيئة الاتصال قبل نقل البيانات (Connection-oriented). أما بالنسبة ل (UDP) فإنه بعكس (TCP) فإنه لا يستخدم اي وسيلة لضبط عملية نقل البيانات ولا يتم تهيئة الاتصال قبل عملية النقل (Connectionless).

هذه الطبقة يتم تحديد آلية إرسال المعلومات إن كانت (TCP)  أو  (UDP)، كذلك تقوم بإعطاء ارقام المنافذ  (Port Number) لكل للمعلومات المرسلة والمستقبلة.

الطبقة الخامسة (Session Layer) ووظيفتها فتح واغلاق ومراقبة الجلسات (Sessions) بين المرسل والمستقبل. فمثلا عند كتابة العنوان www.yahoo.com في برنامج تصفح الانترنت فأن الموقع لا يفتح إلا بعد أن تضغط على كلمة (GO) أو أن تدخل(Enter) هنا يقوم ال (Session Layer) بفتح جلسة (session) مع موقع Yahoo ويقوم بمراقبة الجلسة او اغلاقها حسبما يتطلب الأمر.

أما الطبقة الساسة (Presentation Layer) فتعمل كالمترجم بين عدة لغات، فهي قادرة على تحديد نوع المعلومات المستقبلة والمرسلة (text, flash, wave, pdf, ….) وتحديد البرنامج الذي يقوم بالتعامل مع كل نوع على حدى فكثيرا ما يقوم برنامج التصفح  بفتح التطبيق/البرنامج الذي يناسب نوع المعلومات تلقائيا فمثلا يقوم بتشغيل (acrobat reader) داخل (internet explorer) لكي يعرض المعلومات المستقبلة من نوع (pdf). كذلك يقوم بالتعرف على نوع (text enconding).

الطبقة السابعة (Application Layer) وهي عبارة عن البرنامج الذي يعمل من خلال شبكة الحاسوب ومن أمثلته (Internet Explorer) و (Outlook Express) وغيرهما.

Cisco CUME Platform Limitations

                     Platform Maximum                         Number of Phones

Cisco 1861 Integrated Services Router                     8

Cisco IAD2430 Integrated Access Device                24

Cisco 2801 Integrated Services Router                     24

Cisco 3250 Ruggedize Services Router                    10

Cisco 3270 Ruggedize Services Router                    50

Cisco 2811 Integrated Services Router                     35

Cisco 2821 Integrated Services Router                     50

Cisco 2851 Integrated Services Router                   100

Cisco 3725 Multiservice Access Router                  144

Cisco 3745 Multiservice Access Router                  192

Cisco 3825 Integrated Services Router                   175

Cisco 3845 Integrated Services Router                    250

Routing Protocols Comparison

	RIP v1	RIP v2	EIGRP	OSPF	BGP
Interior/Exterior?	Interior	Interior	Interior	Interior	Exterior
Type	Distance Vector	Distance Vector	Hybrid distance vector	Link-state	Path Vector
Default Metric	Hop count	Hop count	Delay, bandwidth, reliability, and load, using the Diffusing Update Algorithm (DUAL)	Cost	Multiple Attributes
Administrative Distance	120	120	90 (internal) 170 (external)	110	20 (external) 200 (internal)
Hop count Limit	15	15	224 (100 default)	None	EBGP Neighbors: 1 (default) IBGP Neighbors: None
Convergence	Slow	Slow	Very Fast	Fast	Average
Update timers	30 seconds	30 seconds	Only when change occurs	Only when changes occur; (LSA table is refreshed every 30 minutes, however)	Only when changes occur
Updates	Full table	Full table	Only Changes	Only Changes	Only Changes
Classless	No	Yes	Yes	Yes	Yes
Supports VLSM	No	Yes	Yes	Yes	Yes
Algorithm	Bellman-Ford	Bellman-Ford	DUAL	Dijkstra	Best Path Algorithm
Update Address	Broadcast	224.0.0.9	224.0.0.10	224.0.0.5 (All SPF Routers) 224.0.0.6 (DR’s and BDR’s)	Unicast
Protocol and Port	UDP port 520		IP Protocol 88	IP Protocol 89	TCP port 179
Methodology	Selects routers with the lowest hop count	Selects routers with the lowest hop count	Sends hello packets every five seconds to neighbors (can interoperate with IGRP) to see if the neighbors are still available	Develops adjacencies with its neighbors, periodically sending hello packets to neighbors, flooding changes to neighbors when a link’s status changes, and sending “paranoia updates” to neighbors every 30 minutes of all recent link state changes	If the network, its complete AS path, and the gateway are correct,    Then the route is compared with other routes to the same network.  If    the new route is better than the current one, then it is flooded to    other BGP peers
Ideal topology	Smaller networks that aren’t very dynamic, have fewer than 15 hops, and are not subnetted from classful boundaries	maller networks that aren’t very dynamic, have fewer than 15 hops	Any network, small to very large; all routers must be Cisco	Any network, small to very large	Used by ISPs & Large Enterprises.
Standard	RFC 1058	RFC 1388	proprietary of Cisco	RFC 2328	RFC 1105
Strengths	- Easy to configure and use. - Since it has been around so long, it is well known and widely used.	- Easy to configure and use. - Since it has also been around so long, it is well known and widely used. - Version 2 adds support for VSLM or Classless Internet Domain Routing (CIDR), MD5 Authentication, and route summarization.	- Uses DUAL to provide very quick convergence and a loop-free network. - Supports IP and IPX. - Requires less CPU than OSPF (see next section). - Requires little bandwidth for routing updates. - Supports VLSM or CIDR. - Uses the delay, bandwidth, reliability, and load of a link as its metric; this makes it very accurate in selecting the proper route. - Offers backward compatibility with IGRP.	- Converges quickly, compared to a distance vector protocol. - Routing update packets are small, as the entire routing table is not sent. - Not prone to routing loops. - Scales very well to large networks. - Recognizes the bandwidth of a link, taking this into account in link selection. - Supports VLSM or CIDR. - Supports a long list of optional features that many of the other protocols do not.
Weaknesses	- Limited to a hop count of 15; after a packet travels through 15 routers and still has another router to travel to, it will be discarded. -Doesn’t support a variable-length subnet mask (VLSM), which means that it sends routing updates based only on a fixed-length subnet mask (FLSM) or routes that fall on classful boundaries. So RIP V1 will not work with a network that has been subnetted beyond the normal /8, /16, /24 (255.0.0.0, 255.255.0.0, 255.255.255.0) or Class A, B, and C network boundaries. -Converges slowly, especially on large networks. - Doesn’t have knowledge of the bandwidth of a link. - Doesn’t support multiple paths for the same route. - Routing updates can require significant bandwidth, as the entire routing table is sent when a link’s status changes. - Prone to routing loops.	- Limited to a hop count of 15; after a packet travels through 15 routers and still has another router to travel to, it will be discarded. - Converges slowly, especially on large networks. - Doesn’t have knowledge of the bandwidth of a link. - Doesn’t support multiple paths for the same route. - Routing updates can require significant bandwidth as the entire routing table is sent when a link’s status changes. - Prone to routing loops.	- Not an Internet standard; all routers must be from Cisco Systems.	More complex to configure and understand than a distance vector protocol