بعض الإسئلة والأجوبة وبعض الشروحات عن الشبكات المحلية .2

تقنية ألــ TCPIP

--------------------------------------------------------------------------------

يمثل TCP/IP من الناحية العلمية مجموعة من الوسائل التي تمكن الحواسيب المشبكة
من الاتصال فيما بينها ، بصرف النظر عما اذا كانت تنتمي الي الشبكة ذاتها او إلي شبكات منفصلة ، وما اذا كانت من نوع واحد او من انواع مختلفة ، ويمثل TCP/IP مجموعة من المعايير القياسية، المستقلة عن منصات العتاد التي يؤمن الاتصال فيما بينها، وهو يجسر الفجوة بين الحواسيب ونظم التشغيل والشبكات المختلفة، و TCP/IP كذلك البروتوكول الذي يحرك شبكة الانترنت العالمة التي يعود اليهاا الفضل الأساسي في شهرته الواسعة ... تقوم بروتوكولات TCP/IP علي تقنية Packet Switching تبديل الرزم ... وتبديل الرزم تعني تقسيم البيانات الي رزم Packet منفصلة وحيدة الهوية التي تشكل بعد جمعها البيانات كليا ..



= نظرة علي TCP/IP =


في السبعينيات قامت وكالة مشروع الأبحاث المتطورة ARPA بتطوير تقنية تبديل الرزم وتم ربطها بـ Network Control Protocol NCP بروتوكول التحكم في الشبكة ..
ولم تكن TCP بروتوكول التحكم في النقل نشرت بعد في وثائق RFC (اقرا الشرح حول RFC وهي وثائق تشرح وتحدد قياسيات انترنت ) ... الا سنة 1981 ( راجع الوثيقة رقم 793 و 791 ) ...
وطور بروتوكول TCP/IP نتيجة لأبحاث مولتها وكالة مشروع الأبحاث المتطورة ARPA التابعة للحكومة الأمريكية في مطلع السبعينيات ، وبفضل بروتوكول TCP/IP أضبح بإمكان شبكات البحوث العلمية حول العالم أن تتصل، لتشكل فيما بينها شبكة افتراضية يشار إليها باسم InternetWork ، وتعتبر هذه الشبكة الافتراضية النموذج الاول لشبكة انترنمت بعد أن تحول الخليط الذي كان قائما من الشبكات والذي عرف باسم ARPAnet إلي العمل وفقا لبروتوكول TCP/IP ، وأصبحت الشبكة الناتجة العمود الفقري لشبكة إنترنت التي نعرفها اليوم.



= أساسيات TCP/IP =


يمثل الاختصار TCP/IP العبارة Transmission Control Protocol/Internet Protocol أي بروتوكول التحكم بالنقل / بروتوكول انترنت . ويعرف البروتوكول في مصطلحات الشبكات بأنه طريقة قياسية متفق عليها ، تتيح لحاسوبين تبادل البيانات، ويتألف TCP/IP من بروتوكولات عديدة تربو علي المائة ، ولذلك كثيرا ما يشار اليها بعبارة مجموعة TCP/IP ، حيث يشكل TCP و IP البروتوكولين الأساسين في المجموعة .
تمثل برمجيات TCP/IP التي تركبها علي حاسوبك، تجسيدا محددا لهذا البروتوكول ملائما خصيصا لمنصة العتاد التي تستخدمها، وتتضمن هذه البرمجيات عادة برامج تطبيقية عالية المستوي مثل FTP ( بروتوكول نقل الملفات ) والذي يسمح للمستخدمين بإنجاز نقل الملفات عبر الشبكة، من خلال سطر الأوامر المستخدم لنظام التشغيل المستخدم في أجهزتهم ..




===== البروتوكول ======

Protocol بروتوكول
هو اللغة التي تتخاطب بها أجهزة الكمبيوتر المتصلة عبر الشبكة، بهدف تبادل المعلومات. وإذا أردنا تعريف البروتوكول بلغة تقنية، نقول أنه وصف رسمي لهيئات الرسائل والقواعد التي يجب على كمبيوترين اتباعها لتبادل تلك الرسائل. تستطيع البروتوكول وصف تفاصيل البنية التحتية للواجهة البينية بين كمبيوترين اتباعها لتبادل تلك الرسائل. تستطيع البروتوكولات وصف تفاصيل البنية التحتية للواجهة البينية بين كمبيوترين ( مثل ترتيب البتات والبايتات المرسلة عبر الأسلاك ). وتستطيع أيضاً، وصف عمليات التبادل التي تجري بين البرامج على مستوى البنية الفوقية ( مثل الطريقة التي يتبادل بها برنامجان، الملفات عبر إنترنت )
===

السبب الذي يجعل من TCP/IP مهما للغاية هذه الأيام هو أنه يسمح للشبكات المستقلة بالاتصال مع إنترنت، أو الاتصال مع بعضها لشتكل شبكات إنترانت خاصة، تتصل الشبكات المكونة لإنترانت فيزيئيا بواسطة أجهزة تسمي الموجهات Router أو موجهات IP . والموجه هو حاسوب قوم بنقل رزم من البيانات من حاسوب لآخر.
تنتقل المعلومات ضمن شبكة إنترانت العاملة وفق بروتوكول TCP/IP في وحدات منفصلة تسمي رزم IP (IP PACKET ) أو جزئيات بيانات IP (IP Datagrams)
وتؤمن برمجيات TCP/IP الاتصال بين أي حاسوبين متصلين الي شبكة تعمل وفقا لهذا البروتوكول . ويخفي بروتوكول TCP/IP عمليا الموجهات ومعمارية الشبكة ويجعل كل شيء يبدو كشبكة كبيرة واحدة . وكما أن الصلة إلي شبكة Ethernet تعرف بواسطة هوية Ethernt ID بطول 48 بت، وكذلك فإن الوصل إلي انترانت يعرف بواسطة عنوان IP
بطول 32 بت، ويعبر عن هذا العنوان بواسطة أعداد عشرؤية منقطة مثل 128.2.3.44
وعند إسناذ عنوان IP لحاسوب بعيد يممكن لحاسوب مرتبط إلي إنترانت او إنترنت أن يرسل البيانات إلي ذلك الكمبيوتر تماما كما لو أن الحاسوبين بين جزء من الشبكة الفيزيائية نفسها ...

يقدم TCP/IP حلا لمسئلة إمكانية تبادل البيانات بين حاسوبين متصلين إلي الانترانت ذاته ، ولكنها ينتميان إلي شبكات فيزيائية مختلفة، وياتي حل هذه المسئلة في أجزاء متعددة بحيث يؤدي كل عضو من عائلة TCP/IP نصيبه في حل جزء من المسئلة
يرسل بروتوكول IP وهو البروتوكول الأهم في طاقم TCP/IP رزم بيانات IP عبر الانترانت، ويتطلب ذلك القيام بعملية هامة للغاية تسمي التوجيه Routing أي اختيار الممر الذي ستسلكه رزم البيانات عبر الشبكة للوصول من A إلي B .
ويمثل TCP بروتوكول المستوي الأعلي الذي يسمح لتطبيقات منفذة علي حواسيب مضيفة مختلفة بتبادل تيارات Streams من البيانات ، ويقسم بروتوكول TCP تيارات البيانات إلي كتل تسمي مقاطع TCP Segments ويقوم بنقل هذه المقاطع مستخدما بروتوكول IP .
وفي معظم الحال ترسل كل قطعة TCP بواسطة رزمة البيانات IP وحيدة، ولكن عند الضرورة يقوم بروتوكول TCP بتقسيم المقطع إلي عدة رزم بيانات IP ، بحيث تصبح متوافقة مع إطارات البيانات الفيزيائية التي تحمل البينات والبايتات بين الحاوسيب المضيفة علي الشبكة , بما أن بروتوكول IP لا يضمن وصول رزم البيانات بالترتيب ذاته الذي ارسل به، يقوم بروتوكول TCP بتجيمع مقاطع TCP في الطرف الآخر ليشكل منها تيار بيانات متصلا، يعتبر كل من FTP و telnet مثالا مألوفا لتطبيقات TCP/IP المعتمدة علي TCP ويمثل بروتوكول UDP عضوا آخر مهما في مجموعة TCP/IP وهو بروتوكول رزم بيانات المستخدم، وهو مشابه لبروتوكول TCP لكنه أكثر بدائية، يعتبر TCP بروتوكولات موثوقا لأنه يقوم بالتحري عن الاخطاء المحتملة Error Checking وإجراءات المصافحة handshaking اللازمة للتأكد من ان البيانات تصل سليمة إلي هدفها ..
ولا يعتبر بروتوكول UPD موثوقا لأنه لا يضمن وصول رزم البيانات بالترتيب الذي أرسلت به أو يضمن حتي مجرد وصولها، وإذا كانت الموثوقية مطلوبة فإن تحقيقها يقع علي عاتق التطبيق المعني . ومع ذلك يبقي لبروتوكول UDP مكانه في عالم TCP/IP وثمة عدد من التطبيقات التي تستخدمه . ويعد بروتوكول إدارة الشبكة البسيطة SNMP المتوفر مع معظم أدوات TCP/IP أحد تطبيقاتا بروتوكول UDP

تلعب بروتوكولات أخري أدوارا ها أقل بروزا لكنها لا تقل أهمية عن غيرها في تشغيل شبكات TCP/IP . فمثلا يترجم حل شيفرة العنوان ARP عنوان IP إلي عنوان شبكة فيزيائي ، مثل عناوين إيثرنت، وهناك بروتوكول حل شيرة العنوان العكسي RARP وهو يؤدي الوظيفة المعاكسة أي أنه يحول العنوان الفيزيائي إلي عنوان IP . أما بروتوكول رسائل التحكم بإنترنت ICMP فهو بروتوكول داعم يستخدم IP لإيصال معلومات التحكم، وتلك المتعلقة بحصول خطأ أثناء نقل رزم IP ، إذا لم يكن الموجه قادرا مثلا علي إرسال رزم بيانات IP يقوم باستعمال ICMP لإعلام المرسل بوجود مشكلة .



تنقسم البروتوكولات بشكل عام الى قسمين:
1- Connection-Oriented.
2- Connectionless.

يقوم البروتوكول من النوع الأول Connection-Oriented بإعداد اتصال مباشر يسمى دائرة ظاهرية أو افتراضية Virtual Circuit بين الأجهزة المتصلة في الشبكة.
و يحقق هذا الإتصال المباشر موثوقية عالية لتسليم البيانات و لكنه قد يؤدي الى بطئ في عمل و أداء الشبكة.
يعتبر بروتوكول Transmission Control Protocol(TCP) مثالا واضحا على البروتوكولات محددة وجهة الإتصال Connection-Oriented.
بينما البروتوكولات من النوع الثاني Connectionless فإنها لا توفر اتصالا مباشرا مع الكمبيوتر المستقبل قبل إرسال البيانات، مما يعني أن البيانات تنتقل بسرعة أكبر مما يحسن من أداء الشبكة، و لكن هذه الطريقة ليست تامة الموثوقية نظرا لأنه لا سبيل لمعرفة فيما إذا حدثت أخطاء أثناء الإرسال أم لم تحدث.
يعتبر بروتوكول UDP مثالا واضحا على البروتوكولات عديمة الإتصال Connectionless.


= معمارية الطبقاتTCP/IP و ISO/OSI =

عند مناقشة معماريات الشبكة، غالبا ما يستخدم مصمموا الشبكات نموذج ISO/OSI
منظمة المقاييس العالمية / وصل الانظمة المفتوحة Open System Interconnection ذا الطبقات السبع، حيث تمثل كل طبقة في النموذج مستوي من فعاليات الشبكة، ونجد في القعر الطبقة الفيزيائية Physical Layer والتي تمثل الوسط الفيزيائي الذي تنتقل المعلومات من خلاله أي كابلات التشبيك، وتتوضع فوق تلك الطبقة طبقة توصيل البيانات Data-Link Layer والتي توفر خدماتها بواسطة بطاقات الشبكة، الطبقة الأعلي هي طبقة التطبيقات Application Layer التي تنفذ فيها برامج التطبيقات العاملة في بيئة الشبكة.

العملية الكاملة لنقل البيانات على الشبكة تمر بمجموعة من الخطوات، و في كل خطوة معينة تنفذ مهام محددة لا يمكن تنفيذها في خظوة أخرى، و لكل خطوة بروتوكول محدد أو مجموعة بروتوكولات في طبقة محددة تحدد كيفية تنفيذ المهام المتعلقة بهذه الخطوة، كما أن هذه الخطوات تكون متشابهة لكل جهاز على الشبكة، كما يجب ملاحظة أن الجهاز المرسل يقوم باتباع هذه الخطوات من الأعلى الى الأسفل بينما يقوم الجهاز المستقبل باتباع هذه الخطوات بشكل معكوس من الأسفل الى الأعلى ..

وتقوم برمجيات TCP/IP في الجهة المستقبلة بإعادة تشكيل البيانات الاصلية للتطبيق المستقبل وذلك بالتقاط أطر ايثرنت وتمريرها عبر مكدس TCP/IP ، وتتمثل أفضل الطرق لفهم TCP/IP من الداخل باستخدام برامج من نوع Sniffer ( مقتفي الأثر ) للنظر داخل الإطارات التي تجول حول الشبكة . وملاحظة المعلومات المضافة من قبل وحدات TCP/IP المتعددة .

لتصوير الدور الذي يلعبه TCP/IP في العالم الحقيقي للشبكات لننظر إلي ما يحدث عند قيام برنامج تصفح الشبكى Web الذي يستخدم بروتوكول نقل النص المتشعب HTTP باسترجاع صفحة البيانات بهيئة HTML من مزود شبكة Web في انترنت .
يستخدم مصفح الشبكة تجريدا برمجيا عالي المستوي، يسمي المقبس Socket لتشكل وصلة افتراضية إلي المزود ولاسترجاع صحفة Web يرسل المتصفح الشبكة امر GET بلغة HTTP إحضار إلي المزود ، وذلك بكتابة الامر الي المقبس فتقوم برمجيات المقبس بدورها باستخدام بروتوكول TCP لإرسال البتات والبايتات المشكلة لامر GET إلي مزود Web ويقسم TCP البيانات ويمرر المقاطع المنفردة إلي وحدة IP التي ترسلها بدورها علي شكل رزم بيانات إلي مزود Web إذا كان متصفح الشبكة والمزود متصلين بشبكات فيزيائية مختلفة ( كما هي الحال عادة ) فعندها تذهب رزم البيانات من شبكة إلي أخري ، إلي حين وصولها إلي الشبكة التي يتصل بها المزود فيزيائيا وتسلم رزم البيانات بالنتيجة إلي المستقبل ويعاد تشكيلها بحيث تدور بالنسبة لمزود Web الذي يقرأ كتل البيانات بتنفيذ عملية القراءة من المقبس كتيار مستمر من البيانات ويبدو ظهور البيانات المكتوبة الي المقبس في احدي النهايات، عند النهاية الأخري بالنسبة للمزود ولمتصفح الشبكة، وكأنه يتم بفعل سحري، لكن في الأعماق تحثل كل أصناف التفاعلات المعقدة،، لخلق الانطباع بحصول تدفق متصل للبيانات عبر الشبكة .
ومجمل ما يقوم به TCP هو تحويل عدد كبير من الشبكات الصغيرة إلي شبكة كبيرة وتقديم كافة الخدمات والتطبيقات اللازمة للاتصال بين هذه الشبكات ، عبر شركة إنترنت الناتجة عن هذا الوصل .



= ISO/OSI نموذج =
وبروتوكولات TCP/IP في الحقيقة تحتوي علي بروتوكولات عدة تتوضع في نموذج مكدس Protocol Stack ( Stack هي مجموعة من البروتوكولات المتكاملة في عملها معا، و كل طبقة في هذه المجموعة تحتوي على بروتوكول مختلف يقوم بوظيفة مختلفة)
علي شكل طبقات Layers يجب أن ينظم عمل البروتوكولات المختلفة حتى لا يحدث أي تعارض أو نقص في عملها.
يطلق على تنظيم المهام بين البروتوكولات المختلفة اسم Layering
ويطلق مصطلح Binding على الطريقة التي يتم بها ربط البروتوكولات و ترتيبها معا لتكوين Protocol Stack .

الطبقة السابعة - التطبيقات Application
الطبقة السادسة - التمثيل Representation
الطبقة الخامسة - الجلسة Session
الطبقة الرابعة - النقل Transport
الطبقة الثالثة الشبكة Network
الطبقةا لثانية - وصل البيانات Data Link ( تحتوي علي طبقتين فرعييتن MAC و LLC )
الطبقة الاولي - الطبقة الفيزيائية Physical


كيف يعمل الطبقات ؟
كل طبقة من طبقات مكدس OSI مسئولة عن وظيفة معينة او مجموعة وظائف . الطبقة الثلاث الأعلي( طبقة التطبيقات حتي الجلسة ) عادة تدار من قبل التطبيق نفسها، وبذلك المستخدم لديه بعضا من التحكم . اما باقي 4 طبقات عادة تدار من قبل الحاسوب نفسها .
من الصعب جدا اكتشاف مالذي يفعله المكدس من في الطبقات السفلي ، ولكن هناك منطقة داكنة بين الطبقات العليا والسفلي ولكن كل طبقة تؤثر في غيرها ..
....


تبادل البيانات
يحدث في كل طبقات نموذج OSI تبادل للمعلومات فيما بين الطبقات.. معلومات عن الطبقة الحالية تضاف إلي ترويسة أو ذيل الرزمة قبل تسليمها الي الطبقة التالية،
والطبقة التالية بدورها تضيف معلومات بنفس الشكل هكذا دواليك ....
واضافة معلومات الي الرزمة تسمي تغليف Encapsulation ، والطبقة الوحيدة التي لا تقوم بإضافة معلومات إلي الرزمة هي الطبقة الفيزيائية . عندما يستقبل الجهاز المرسل اليه رزمة، تقوم بجرد معلومات كل طبقة في نفس الطبقة ( طبقة الجلسة تقوم بجرد معلومات المضافة من قبل طبقة الجلسة في الجهاز المرسل ) وتمرر الباقي الي الطبقة التالية ... حتي تصل إلي طبقة التمثيل والطبقة تمرر الرزمة علي شكل البيانات الاصلية ( بدون المعلومات الترويسية ) ....

طبقة التطبيقات
طبقة التطبيقات الطبقة الوحيدة التي يتفاعل معها المستخدم ، وهي تقدم الخدمات مباشرة إلي التطبيقات . طبقة التبيطقات يمكنها فحص الموارد المتبقية، تزامن الاتصال، وتعريف اطراف الاتصال .. وتطبيقات TCP/IP العاملة في هذه الطبقة .. FTP، Telnet، SMTP ، POP3 ..

طبقة التمثيل ..
طبقة التمثيل الطبقة الوحيدة التي يمكنها تغيير البيانات في الرزمة .وهي تهتم بتفاصيل التشفير والتحويل والتأكد من أن البيانات المرسلة إلي الطرف الآخر صالح للتعامل والقراءة في الطرف الآخر .. وانواع البيانات في هذه الطبقة تشمل JPEG,GIFF,TIFF,DOC,MPEG,MP3 ..
عملية ضغط وتشفير البيانات قبل ارسال الرزمة تتم في هذه الطبقة ...


طبقةالجلسة ...
هذه الطبقة تتولي انشاء الاتصال وقطعها بين طبقة التمثيل
والخدمات التي تقوم بالطلبيات والاجابة علي الطلبيات تتم ادارتها بواسطة البروتوكولات الموجودة في هذه الطبقة وهي تشمل بروتوكول معلومات المطقة Zone Information Protocol/ZIP, بروتوكول التحكم في الجلسة Session Control Protocol/SCP و خدمة AppleTalk التي تدير خدمة ربط الأسماء ...

طبقة النقل :
طبقة النقل مسئولة عن توفير نقل موثوق للمعلومات عبر الشبكات ...
وهي تكسب موثوقية الاتصالات بطرق الآتية :
1 - التحكم في التدقف dataflow control : وذلك حتي تكون سرعة ارسال البيانات من المرسل اسرع من سرعة معالجة المستقبل لها .....
2 - المزج Multiplexing،، لتمكين البيانات القادمة من تطبيقات مختلفة ان تتوضع في وصلة وحيدة .
3 - انشاء دوائر ظاهرية Virtual Cuirctبين المضيفات المتصلة، حيث يتم انشاءها وفصلها من قبل هذه الطبقة ..
4 : فحص الأخطاء Error checkingمن أجل الاخطاء الواقعة أثناء النقل ..
5 : طلب ارسال البيانات التالفة ...
والبروتوكول الأساسي في مجموعة TCP/IP والقابعة في هذه الطبقة هي بروتوكول TCP نفسها ... والفرق بين TCP و UDP التي تعتبر من بروتوكولات هذه الطبقة، الفرق بينهما فخص الأخطاء وتصحيحها .... ولذلك تعتبر TCP بروتوكولا موثوقا، اما UDP فبروتوكول غير موثوق...

منطقيا كل مضيف ( حاسوب ) يمكنه التعامل مع 65,536 منفذ (Port (2^16 من أجل TCPو UDP . وكل منفذ يمكن الوصول اليه من قبل برنامج واحد في وقت واحد. فمثلا مزود telnet يعمل مع منفذ TCP رقم 23، واذا كان المنفذ مشغول من طرف Telnet فلا يستطيع استخدامها برامج اخري . وبعض المنافذ من الممكن أن تكون مستعملا لأكثر من برامج مثل منفذ 53 الذي يستعمله مزود DNS وحصان طروادة الشهيرة Back Orifice، يراقب منفذ معيا من اجل وصول البيانات او طلب التعامل من جهات اخري . والبرامج مثل PcAnyWhere يعمل في هذا النمط .
ولكن اذا أراد مدير الشبكة قيد استخدام Telnet من الممكن ربطه بمنفذ آخر غير المنفذ القياسي 23 .
بعض المنافذ العامة
منافذ TCP
21 - FTP
23 - Telnet
25 - SMTP
53 - DNS

منافذ UDP
53 - DNS
69 - TFTP
161 - SNMP
520 - RIP


طبقة الشبكات Network Layer
طبقة الشبكات يسمح بدمج وصلات معلومات متعددة في وصلة واحدة ...
عادة بروتوكول هذه الطبقة تعتبر بروتوكولات التوجيه Routing ومع ذلك هناك بروتوكولات اخري في هذه الطبقة . من بروتوكولات التوجيه :
Internet Protocol/IP و Border Gateway Protocol/BGP،Open Shortest Path First/OSPF، Routing Information Protocol/RIP, Automatic Route discovery subsets of the IP Protocol


العناوين المنطقية Logical Addresses
العنوان المنطقي عنوان تعطي لبطاقة واجهة الشبكة، وبذلك يتمكن مدير الشبكة من معرف الشبكة التي ينتمي اليها حاسوب ما.
ويسمح أيضا بتوفير مضيف متعدد العناوين( التي تملك عنوان بروتوكول طبقة الشبكة ) التي بامكانه العمل بجسر للشبكة .

طبقة ربط البيانات : Data Link Layer
وظيفة هذه الطبقة تقديم سبيل موثوق من اجل نقل البيانات في الشبكة، ويستخدم عنونة فيزيائية من ترحيل البيانات الي العالم الخارجي. وهذا الطبقة ايضا تستيطع تعريف طوبولوجيا الشبكة.
في الحقيقة هذه الطبقة تتكون من طبقتين فرعييتن

الطبقة الفرعية The LLC Sublayer
طبقة التحكم في الربط المنطقي LLC تدير اكثر من اتصالات في وصلة شبكة وحيدة. والمواصفات تم تحديدها في IEEE 802.2 والمواصفات تدعم الاتصال connectionless and connection oriented services.

الطبقة الفرعية The MAC Sublayer
طبقة التحكم في الوصول تدير في وصول البروتوكول الي وسيط فيزيائي ( العتاد) مثل كبل ايثرنت . مواصفات IEEE MAC تعرف عناوين MAC التي تعرف بالعنوان الفيزيائي والتي تمكن اكثر من جهاز في هذه الطبقة ؟.

العناوين الفيزيائية Physical Addresses
العنوان الفيزيائي هو عنوان موجود في بطاقات مثل بطاقة ايثرنت، ويشبه الرقم التسلسلي .وهو بطول 6 بتات ويمثل بالستعشري . واول ثلاث بايتات تستخدم للتعريف علي منتج البطاقة . وهذه البايتات الثلاث تدمج مع البايتات الباقية وتنتج منها رقم معرف فريد للبطاقة . واذا نظرت في بطاقة واجهة الشبكة NIC سوف تري رقما مثل هذه 1A 4F 33 FF A3 B0 . واذا كان هذا الميزة غير موجودة في البطاقة، فالطريقة الوحيدة من اجل توجيه البيانات عبر الشبكات هو اعطاء كل جهاز عنوانا TCP/IP او IPX/SPX فريدة .

الطبقة الفيزيائية The Physical Layer
هذه الطبقة مسئولة عن الحصول علي تدفق البتات ووضعها في الطريق في العتاد الشبكي .

والطبقات الفيزيائية Physical، ربط المعلومات Data-Link، والشبكة NetWorking كل هذه الطبقة ليست خاصة بالشبكة من نوع LAN بل توجد في الشبكات واسعة النطاق WAN ايضا.


= مجموعة TCP/IP وطبقاتها =
تكلمنا عن طبقات ISO/OSI وأقسامها ( تشمل كل مكونات الشبكة وليست البروتوكولات فقط ) ، والآن نتكلم عن الطبقات الخاصة بعائلة TCP/IP اي طبقات البروتوكولات ....
مجموعة بروتوكولات TCP/IP بحد ذاتها تم تطويرها في شكل طبقات كل طبقة مسؤولة عن جزء معين في عملية الاتصال ككل.. وكل طبقة تضم المزيج من البروكولات في هذه المجموعة .. وهي اربع طبقات كما يلي

Application Layer Telnet, FTP, e-mail, LPD SNMP TFTP SNMP Xwindow etc.
Host to Host/Transport Layer TCP, UDP
Internet Layer IP RFC791, ICMP RFC792, IGMP, ARP,RARP
Network Access Layer device driver and interface card, RFC894 - Ethernet/ Fast Ethernet, Token Ring,FDDI



DoD-TCP/IP Suit Model OSI Reference Model

طبقة التطبيقات
طبقة المعالجة والتطبيقات طبقة التمثيل
طبقة الجلسة

المضيف - المضيف طبقة النقل

الانترنت طبقة الشبكة

الوصول الي الشبكة طبقة وصل البيانات
الطبقة الفيزيائية

نلاحظ ان OSI تضم طبقات زائدة لا تدخل في ضمن البروتوكولات ...

يمكننا تقسيم البروتوكولات حسب وظيفتها الى ثلاث أقسام ( وليست الطبقات ( :
1 - بروتوكولات تطبيقات Application Protocols.
2 - بروتوكولات نقل Transport Protocols.
3 - بروتوكولات شبكة Network Protocols.

تعمل بروتوكولات التطبيقات في الطبقات العليا من Protocol Stack و تتلخص مهمتها في تبادل البيانات و تحقيق التفاعل بين التطبيقات و من أمثلتها:
Server Message Block (SMB)
Novell's NetWare Core Protocols (NCPs)
File Transfer Access and Management Protocol (FTAMP)

و من بروتوكولات التطبيقات الخاصة بالإنترنت :
File Transfer Protocol (FTP)
Telnet

أما بروتوكولات النقل فتستخدم لتوفير جلسات الإتصال بين الكمبيوترات على الشبكة و هي مسئولة عن صيانة جودة و دقة المعلومات المنقولة بين الأجهزة، و من أمثلتها:
الجزء الناقل من بروتوكول ميكروسوفت NWLink.
الجزء الناقل من بروتوكول NetBEUI
Sequenced Packet Exchange (SPX)
Transmission Control Protocol(TCP)

بينما تقدم بروتوكولات الشبكة خدمات ربط Link Services و تتلخص مهامها بما يلي:
1- عنونة و توجيه المعلومات Adressing/Routing.
2- البحث عن إخطاء في عملية الإرسال Error checking.
3- التعامل مع طلبات إعادة الإرسال .
4- تحديد قوانين الإتصال في بيئات محددة من الشبكات مثل إثرنت و Token Ring.
من الأمثلة على هذه البروتوكولاتما يلي:
Internet Protocol (IP)
Internetwork Packet Exchange (IPX)

وكل طبقة لديها عمل معين
1 - طبقة الوصل واحيانا تدعي طبقة ربط البيانات Dara-Link Layer او طبقة واجهة الشبكات Network Interface Layer تشمل عادة المشغل device driver في نظام التشغيل وتقابل بطاقة واجهة الشبكة في الحاسوب. والاثنين معا تعالج كل ما تتطلب التعامل مع العتاد والوسائط ( الاسلاك الخ ) ...

2 - طبقة الشبكات تدعي احيانا Internet layer تعالج حركة الرزمة مسيرتها في الشبكة مثل توجيه الرزم، وبروتوكولات مثل
IP/Internet Protocol, ICMP/Internet Message Control Protocol,
IGMP/Internet Group Management Protocol تخدم في هذه الطبقة مثلا ...

3 - طبقة النقل تقوم بمعالجة سير البيانات Flow of data بين الطرفين وتقدمها لطبقة التطبيقات التي فوقها .. وفي الحقيقة هناك نوعان من بروتوكول النقل TCP و UDP .

4 - طبقة التطبيقات تقوم بمعالجة تفاصيل البرامج ... مثل telnet,ftp,smtp الخ



التكوين المنطقي لأبسط عقدة في الشبكة كما يلي

----------------------------

| network applications |

| |

|... \ | / .. \ | / ...|

| ----- ----- |

| |TCP| |UDP| |

| ----- ----- |

| \ / |

| -------- |

| | IP | |

| ----- -*------ |

| |ARP| | |

| ----- | |

| \ | |

| ------ |

| |ENET| |

| ---@-- |

----------|-----------------

|

----------------------o---------

Ethernet Cable كبل ايثرنت

الصورة 1 - عقدة مبسطة لشبكة TCP/IP





هذا تكوين منطقي لعقدة أو جهاز في الشبكة تعتمد علي معمارية الطبقات ... والتي تحدد سلوك هذا الجهاز علي الإنترنت ... المربعات تمثل مرحلة معالجة البيانات ,, والخطوط توصل المربعات ترينا الطريق التي تسلكه البيانات إلي الأمام ..

أما الخط الأفقي في الأسفل فتمثل كبل ايثرنت،، وO تمثل الـ Transceiver .. و النجمة * تمثل عنوان IP و@ تمثل عنوان Ethernet



= ==بنية وحدة بيانات المرسلة والمصطلحات

The formation of a transmitted unit of information

رزم البيانات تنتقل من طبقة إلي أخرى في نموذج OSI حتى الطبقة الأخيرة تتعرض للتغيير، وهي إضافة ترويسات والتذييلات إلي الرزم . وفي كل طبقة تسمي وحدة البيانات بأسماء مختلفة :

الطبقة اسم الطبقة اسم وحدة البيانات



7 التطبيقات بيانات/معلومات المستخدم user data

6 التمثيل بيانات data

5 الجلسة بيانات data

4 النقل مقطع segment

3 الشبكة رزمة packet

2 ربط البيانات إطار frame

1 الفيزيائية بتات/قناة بتات bit steam



Packet رزمة

Datagram جزئية بيانات

Segment مطقع

Stream تيار

Frame إطار

data flow سريان البيانات

Message رسالة



وهنا بعض المصطلحات الأخرى بالتفصيل

جزئية بيانات Datagram : رزمة المتواجدة في طبقة الشبكات التي تستخدم خدمات الشبكة من نوع الاتصال الحقيقي .



الرسالة Message : تسمية أخرى للبيانات المتواجدة فوق طبقة الشبكة، وأيضا هذه الاصطلاح تطلق علي البيانات في طبقة التطبيقات .



الخلية Cell : وحدة بيانات التي تتواجد في طبقة ربط البيانات Data-Link وبطول متغير، واغلب الأحيان توجد في شبكات من نوع WAN مثل ATM ( 53 بت ).



وحدة بيانات data unit : اصطلاح عام للبيانات في أي طبقة كان.



المشغل Driver : برنامج تقوم بالاتصال مباشرة مع كرت واجهة الشبكة مثل Ethernet .

والنموذجModule برنامج تقوم بالاتصال مع المشغل، أو تطبيقات الشبكة Network Application أو مع نموذج آخر..

فكما نري تاخذ وحدة بيانات data عدة اسماء مختلفة تبعا لموقعها في مكدس TCP/IP

في طبقة ايثرنت تدعي إطار ايثرنت، واذا كان بين طبقة ايثرنت ونموذج ايبي تدعي رزمة IP، واذا كان بين نموذج IP ونموذج UDP تدعي جزئية بيانات datagram، واذا كان بين نموذج IPونموذج TCP تدعي مطقع TCP ، واذا كان في طبقة تطبيقات الشبكة

تدعي رسالة تطبيق Applicatio Message ...للمزيد حول هذه الاسماء يمكنك مراجعة الوثيقة المعنونة RFC1122





==== نظرة إلي تكوين عقدة في الشبكة من زاوية البروتوكولات...

=== مسار البيانات في المكدس

والآن دعنا نتبع البيانات مسارها في المكدس كما هي في الصورة الأولى، البرنامج التي تعتمد علي TCP تمرر البيانات من طبقة التطبيقات إلي نموذج TCP، أما البرنامج التي تعتمد علي UDP تمررها علي نموذج UDP.. برامج FTP تعتبر مثلا علي البرامج التي تعتمد علي TCP، والمكدس في حالتها تكون FTP/TCP/IP/Ethernetأما SNMP مثلا تعتبر مثالا علي البرامج المعتمدة علي UDP والمكدس في حالتها تكون SNMP/UDP/IP/Ethernet



1 2 3 ... n 1 2 3 ... n

\ | / | \ | | / ^

\ | | / | \ | | / |

------------- flow ---------------- flow

|multiplexer| of |de-multiplexer| of

------------- data ---------------- data

| | | |

| v | |

1 1

الصورة الثانية : المازجات والموزعات

n-to-1 multiplexer and 1-to-n de-multiplexer





كما في الصورةا الثانية نموذج TCP ونموذج UDP ومشغل Ethernet تعتبر Multiplexerمازجات N - to -1 (أي تضع عدة قنوات في قناة واحدة من اجل إرسالها إلي الخارج ) ....

وتعتبر موزعات De-Multiplexer أيضا 1- to- nفي نفس الوقت ( أي توزع البيانات الواردة في قناة واحدة إلي عدة قنوات )





والآن : فلنقل أن هناك بيانات واردة،، أول محطتها ستكون ايثرنت ( وهنا تسمي إطار Ethernet Frame) ومشغل ايثرنت تقوم بتمريرها إلي الأعلى ، أما نموذج بروتوكول ARPحل العناوين أو نموذج بروتوكول IPفي حقل النوع Type في إطار ايثرنت تحدد فيما إذا كانت تمررالي ARP أو IP



فلنقل أن البيانات مررت إلي نموذج IP، وIP تقوم بدورها بتمرير البيانات إلي الأعلى TCP أو UDP حسبما تخبرها حقل Protocol في ترويسة IP لرزم البيانات ..



فلنقل أنها أي البيانات مررت إلى نموذج UDP،، وتسمي هنا Application Message وبدورها تمرر إلي تطبيق الشبكة حسبما تخبرها حقل المنفذ Port في ترويسة الرزمة ...

وإذا مررت إلى TCP بنفس الشكل تمرر إلى تطبيق الشبكة حسب حقل Port في ترويسة TCP ..

عملية المزج ( مزج بيانات القنوات القادمة من اعلي الطبقة إلي الطبقات السفلي ) سهلة نسبا .. فكل نموذج/ بروتوكول تقوم بإضافة ترويسة/نهاية خاصة بها إلى رزمة البيانات .. وبذلك يمكن توزيعها في الطرف الآخر ...



البيانات القادمة من برامج تطبيقات الشبكة تمرر سواء إلى TCP/UDP إلى الأسفل ، فنموذج IP وأخيرا الطبقة الفيزيائية Network Interface Driver مثل Ethernet ..



وغني عن الذكر، أن تقنية إنترنت تدعم أنواع عتاد مختلفة للشبكات،، والايثرنت تعتبر اكثر شيوعا في الشبكات الفيزيائية ...

الجهاز في صورة رقم بــ لديها واجهة/ اتصال ايثرنت واحدة .... وبذلك لديها عنوان ايثرنت أو MAC Address مكونة من 6 بايتات، اي 48 بتات... 24 منها رقم تعريف خاص للشركة المنتجة ..



ونفس الجهاز لديها عنوان IP مكونة من 4 بتات كما ذكرنا أعلاه .. هذا العنوان تتواجد في المكدس في اسفل نموذج IP، وتكون لكل جهاز في الانترنت عنوان IP وحيد .

والجهاز المتصل بالانترنت دائما تعرف عنوانها الخاص سواء عنوان IP أو Ethernet ...

( لاحظ أننا نتكلم عن جهاز متصل بشبكة أي عن عقدة ما في الشبكة ... )





والآن نأخذ شكلا آخر للجهاز ....

الجهاز إذا كان متصلا إلى بطاقتين ايثرنت ستكون كما يلي المكدس





----------------------------

| network applications |

| |

|... \ | / .. \ | / ...|

| ----- ----- |

| |TCP| |UDP| |

| ----- ----- |

| \ / |

| -------- |

| | IP | |

| ----- -*----*- ----- |

| |ARP| | | |ARP| |

| ----- | | ----- |

| \ | | / |

| ------ ------ |

| |ENET| |ENET| |

| ---@-- ---@-- |

----------|-------|---------

| |

| ---o---------------------------

| Ethernet Cable 2

---------------o----------

Ethernet Cable 1

الصورةالثالثة : عقدة شبكة مع 2 بطاقة ايثرنت

لاحظ أن هذا الجهاز لديه واجهتين شبكة .. أي بطاقتين ايثرنت ... وبذلك تصبح لديها زوجا من عنوان IP وزوجا من عنوان Ethernet ..

وفي هذه الحالة نموذج IP تعتبر مازجn - to - m وموزع المزج m - to - n



1 2 3 ... n 1 2 3 ... n

\ | | / | \ | | / ^

\ | | / | \ | | / |

------------- flow ---------------- flow

|multiplexer| of |de-multiplexer| of

------------- data ---------------- data

/ | | \ | / | | \ |

/ | | \ v / | | \ |

1 2 3 ... m 1 2 3 ... m



الصورة الرابعة : المازجات والموزعات المتعددة :

n-to-m multiplexer and m-to-n de-multiplexer



TCP UDP

\ /

\ /

--------------

| IP |

| |

| --- |

| / \ |

| / v |

--------------

/ \

/ \

data data

comes in goes out

here here

الصورةالخامسة : تمرر رزمة IP

Example of IP Forwarding a IP Packet



وعملية إرسال رزم IP إلى شبكة خارجية تسمي تمرير، Forwarding ، والجهاز الخاص لعملية التمرير هذه تسمي الموجه IP-Router



كما تري من الصورة أعلاه أن توجيه رزم لا علاقة لها هنا بنماذج TCP أو UDP

لان بعض تصميمات الموجهات لا تحتوي علي تلك النموذجين ...



=== IPتصمم شبكة منطقية وحيدة ..

نموذج IP تعتبر مفتاح نجاح تقنية الإنترنت .. فكل نموذج أو المشغل تضيف إلى Message ترويساتها كما ذكرنا حتى تصل إلي النموذج أو الطبقة السفلي .. وفي المقابل تقوم كل نموذج أو الطبقة في الطرف الآخر تقوم بعزل الترويسة الخاصة بها حتى تصل إلي الطبقة العليا كما أرسلت في شكل Message خام ...

ترويسة IP تحمل عنوان IPالتي تكون شبكة منطقية وحيدة من شبكات فيزيائية متعددة . وتشبيك هذه الشبكات الفيزيائية هي مصدر Internet. يعني مجموعة من الشبكات الفيزيائية متصلة ومتشابكة ببعضها وتسمي إنترنت وتشكلها.