طبقة ربط البيانات

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

طبقة ربط البيانات ، أو الطبقة الثانية ، هي الطبقة الثانية من نموذج OSI ذي الطبقات السبع لشبكات الحاسوب . تُعد هذه الطبقة طبقة البروتوكول التي تنقل البيانات بين العقد على جزء من الشبكة عبر الطبقة الفيزيائية . [ 2 ] توفر طبقة ربط البيانات الوسائل الوظيفية والإجرائية لنقل البيانات بين كيانات الشبكة، وقد توفر أيضًا وسائل لاكتشاف الأخطاء التي قد تحدث في الطبقة الفيزيائية وتصحيحها عند الضرورة.

تُعنى طبقة ربط البيانات بتسليم الإطارات محليًا بين العُقد الموجودة على نفس مستوى الشبكة. لا تعبر إطارات ربط البيانات، كما تُسمى وحدات بيانات البروتوكول هذه ، حدود الشبكة المحلية. يُعدّ التوجيه بين الشبكات والعنونة العالمية من وظائف الطبقات العليا، مما يسمح لبروتوكولات ربط البيانات بالتركيز على التسليم المحلي والعنونة والوساطة. وبهذا، تُشبه طبقة ربط البيانات شرطي مرور محلي؛ إذ تسعى إلى الوساطة بين الأطراف المتنافسة على الوصول إلى وسيط، دون الاهتمام بوجهتها النهائية. عندما تحاول الأجهزة استخدام وسيط في الوقت نفسه، تحدث تصادمات الإطارات. تُحدد بروتوكولات ربط البيانات كيفية اكتشاف الأجهزة لهذه التصادمات والتعافي منها، وقد تُوفر آليات للحد منها أو منعها.

من أمثلة بروتوكولات ربط البيانات: الإيثرنت ، وبروتوكولات واي فاي IEEE 802.11 ، و ATM ، و Frame Relay . في مجموعة بروتوكولات الإنترنت (TCP/IP)، تقع وظائف طبقة ربط البيانات ضمن طبقة الربط ، وهي الطبقة الأدنى في النموذج الوصفي، والتي يُفترض أنها مستقلة عن البنية التحتية المادية.

وظيفة

تُتيح وصلة البيانات نقل إطارات البيانات بين الأجهزة المتصلة بها. ضمن دلالات بنية شبكة OSI، تستجيب بروتوكولات طبقة وصلة البيانات لطلبات الخدمة من طبقة الشبكة ، وتؤدي وظيفتها بإصدار طلبات خدمة إلى الطبقة الفيزيائية . قد يكون هذا النقل موثوقًا أو غير موثوق ؛ فالعديد من بروتوكولات وصلة البيانات لا تُرسل إشعارات باستلام الإطارات وقبولها بنجاح، وقد لا تُجري بعضها أي فحص لأخطاء الإرسال. في هذه الحالات، يجب أن تُوفر البروتوكولات ذات المستوى الأعلى التحكم في التدفق ، وفحص الأخطاء، والإشعارات، وإعادة الإرسال.

يحتوي رأس الإطار على عنواني المصدر والوجهة اللذين يحددان الجهاز الذي أنشأ الإطار والجهاز المتوقع أن يستقبله ويعالجه. وعلى عكس العناوين الهرمية والقابلة للتوجيه في طبقة الشبكة، فإن عناوين الطبقة الثانية مسطحة، أي أنه لا يمكن استخدام أي جزء من العنوان لتحديد المجموعة المنطقية أو الفيزيائية التي ينتمي إليها.

في بعض الشبكات، مثل شبكات IEEE 802 المحلية، تُوصف طبقة ربط البيانات بتفصيل أكبر، حيث تتضمن طبقات فرعية للتحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) والتحكم في الارتباط المنطقي (LLC). هذا يعني إمكانية استخدام بروتوكول IEEE 802.2 LLC مع جميع طبقات MAC الخاصة بـ IEEE 802، مثل Ethernet و Token Ring و IEEE 802.11 ، بالإضافة إلى بعض طبقات MAC غير التابعة لـ 802، مثل FDDI . وتُحدد بروتوكولات أخرى لطبقة ربط البيانات، مثل HDLC ، لتشمل كلا الطبقتين الفرعيتين، مع العلم أن بعض البروتوكولات الأخرى، مثل Cisco HDLC ، تستخدم تأطير HDLC منخفض المستوى كطبقة MAC بالتزامن مع طبقة LLC مختلفة. في معيار ITU-T G.hn ، الذي يوفر طريقة لإنشاء شبكة محلية عالية السرعة (تصل إلى 1 جيجابت/ثانية) باستخدام أسلاك المنزل الموجودة ( خطوط الطاقة وخطوط الهاتف والكابلات المحورية )، يتم تقسيم طبقة ربط البيانات إلى ثلاث طبقات فرعية (تقارب بروتوكول التطبيق، والتحكم في الارتباط المنطقي، والتحكم في الوصول إلى الوسائط).

الطبقات الفرعية

غالباً ما تُقسّم طبقة ربط البيانات إلى طبقتين فرعيتين: التحكم في الربط المنطقي (LLC) والتحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC). [ 3 ]

تقوم الطبقة الفرعية العليا، LLC، بدمج البروتوكولات التي تعمل في أعلى طبقة ربط البيانات، وتوفر اختيارياً التحكم في التدفق، والإقرار، والإخطار بالأخطاء. كما توفر LLC عنونة وتحكم ربط البيانات، وتحدد الآليات المستخدمة لعنونة المحطات عبر وسيط الإرسال، وللتحكم في البيانات المتبادلة بين أجهزة الإرسال والاستقبال.

طبقة فرعية للتحكم في الوصول إلى الوسائط

قد يشير مصطلح MAC إلى الطبقة الفرعية التي تحدد من يُسمح له بالوصول إلى الوسائط في أي وقت (مثل CSMA/CD ). وفي أحيان أخرى، يشير إلى بنية إطار يتم تسليمها بناءً على عناوين MAC الموجودة بداخلها.

توجد عمومًا طريقتان للتحكم في الوصول إلى الوسائط: الموزعة والمركزية. [ 4 ] ويمكن تشبيه كلتيهما بالتواصل بين الناس. ففي شبكة تتكون من أشخاص يتحدثون، أي في محادثة، يتوقف كل منهم لفترة عشوائية ثم يحاول التحدث مرة أخرى، مما يُنشئ فعليًا لعبة طويلة ومعقدة من قول "لا، أنت أولًا".

تقوم الطبقة الفرعية للتحكم في الوصول إلى الوسائط أيضًا بمزامنة الإطارات ، والتي تحدد بداية ونهاية كل إطار من البيانات في دفق بتات الإرسال . ويتضمن ذلك إحدى الطرق التالية: الكشف القائم على التوقيت، وعدّ الأحرف، وحشو البايتات، وحشو البتات.

  • يعتمد النهج الزمني على توقع وجود فترة زمنية محددة بين الإطارات.
  • تعتمد خوارزمية عدّ الأحرف على تتبع عدد الأحرف المتبقية في رأس الإطار. إلا أن هذه الطريقة تتأثر بسهولة في حال تلف هذا الحقل.
  • يُسبق الإطار بتسلسل بايتات خاص مثل DLE STX، ويليه تسلسل DLE ETX . يجب استبعاد ظهور DLE (قيمة البايت 0x10) بتسلسل DLE آخر. يتم الكشف عن علامات البدء والإيقاف في جهاز الاستقبال وإزالتها، وكذلك أحرف DLE المُضافة.
  • وبالمثل، تستبدل تقنية حشو البتات علامات البداية والنهاية هذه بعلامات تتكون من نمط بتات خاص (مثل: 0، ستة بتات 1، ثم 0). ويتم تجنب ظهور هذا النمط في البيانات المراد إرسالها بإضافة بت. على سبيل المثال، إذا كانت العلامة 01111110، فسيتم إضافة 0 بعد خمسة بتات 1 متتالية في تدفق البيانات. تُزال العلامات والأصفار المضافة عند جهاز الاستقبال. وهذا يُتيح إطارات بيانات طويلة بشكل غير محدود، ويُسهّل عملية المزامنة للمُستقبِل. يُضاف البت المحشو حتى لو كان بت البيانات التالي 0، وهو ما لا يُمكن الخلط بينه وبين تسلسل المزامنة ، بحيث يستطيع المُستقبِل التمييز بوضوح بين البتات المحشوة والبتات العادية.

خدمات

الخدمات التي توفرها طبقة ربط البيانات هي:

اكتشاف الأخطاء وتصحيحها

إضافةً إلى تأطير البيانات، قد تقوم طبقة ربط البيانات أيضًا باكتشاف أخطاء الإرسال والتعافي منها. ولكي يتمكن جهاز الاستقبال من اكتشاف أخطاء الإرسال، يجب على المرسل إضافة معلومات زائدة كرمز لاكتشاف الأخطاء إلى الإطار المُرسَل. وعندما يستلم جهاز الاستقبال إطارًا، فإنه يتحقق مما إذا كان رمز اكتشاف الأخطاء المُستَلَم يطابق رمز اكتشاف الأخطاء المُعاد حسابه.

يمكن تعريف رمز كشف الأخطاء بأنه دالة تحسب قيمة r (عدد البتات الزائدة) لكل سلسلة من N بت. أبسط رموز كشف الأخطاء هو بت التكافؤ ، الذي يسمح للمستقبل باكتشاف أخطاء الإرسال التي أثرت على بت واحد من بين البتات المرسلة N + r . في حال وجود عدة بتات مقلوبة، قد لا تتمكن طريقة التحقق من اكتشاف ذلك في جهاز الاستقبال. توجد طرق أكثر تطورًا من كشف أخطاء التكافؤ، توفر مستويات أعلى من الجودة والميزات.

حهـLLيا
85121215

مثال بسيط على كيفية عمل ذلك باستخدام البيانات الوصفية هو إرسال كلمة "HELLO"، وذلك بتشفير كل حرف وفقًا لموقعه في الأبجدية. على سبيل المثال، يُشفّر الحرف A بالرقم 1، والحرف B بالرقم 2، وهكذا كما هو موضح في الجدول على اليمين. بجمع الأرقام الناتجة، نحصل على 8  + 5  + 12  + 12  + 15  = 52، و5  + 2  = 7 لحساب البيانات الوصفية. أخيرًا، يتم إرسال تسلسل الأرقام "8 5 12 12 15 7"، والذي سيراه المُستقبِل إذا لم تكن هناك أخطاء في الإرسال. يعلم المُستقبِل أن الرقم الأخير المُستلم هو البيانات الوصفية لكشف الأخطاء، وأن جميع البيانات السابقة هي الرسالة، لذا يُمكنه إعادة حساب العمليات الحسابية المذكورة أعلاه، وإذا تطابقت البيانات الوصفية، يُمكنه الاستنتاج أن البيانات قد تم استلامها دون أخطاء. مع ذلك، إذا رأى جهاز الاستقبال شيئًا مثل تسلسل "7 5 12 12 15 7" (تم تغيير العنصر الأول بسبب خطأ ما)، فيمكنه إجراء الفحص عن طريق حساب 7  + 5  + 12  + 12  + 15  = 51 و 5  + 1  = 6، وتجاهل البيانات المستلمة باعتبارها معيبة لأن 6 لا تساوي 7.

صُممت خوارزميات متطورة لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها لتقليل مخاطر تداخل أخطاء الإرسال المتعددة في البيانات وعدم اكتشافها. ومن الخوارزميات التي يمكنها حتى اكتشاف وصول البايتات الصحيحة ولكن بترتيب خاطئ، خوارزمية فحص التكرار الدوري (CRC). تُستخدم هذه الخوارزمية غالبًا في طبقة ربط البيانات.

أمثلة على البروتوكولات

العلاقة بنموذج TCP/IP

في حزمة بروتوكولات الإنترنت (TCP/IP)، تقع وظائف طبقة ربط البيانات في نموذج OSI ضمن أدنى طبقاته، وهي طبقة الربط . يقتصر نطاق عمل طبقة الربط في TCP/IP على الربط الذي يتصل به المضيف، وتقتصر مهامها على مسائل الأجهزة، وصولاً إلى الحصول على عناوين MAC لتحديد مواقع المضيفين على الربط ونقل حزم البيانات عبره. وُصفت وظائف طبقة الربط في RFC 1122، وهي تختلف في تعريفها عن طبقة ربط البيانات في نموذج OSI، وتشمل جميع الطرق التي تؤثر على الربط المحلي.

لا يُعدّ نموذج TCP/IP مرجعًا شاملًا لتصميم الشبكات من أعلى إلى أسفل. فقد صُمّم لتوضيح المجموعات المنطقية ونطاقات الوظائف اللازمة لتصميم مجموعة بروتوكولات الربط الشبكي TCP/IP، كما هو مطلوب لتشغيل الإنترنت. وبشكل عام، ينبغي تجنّب المقارنات المباشرة أو الصارمة بين نموذجي OSI وTCP/IP، لأنّ الطبقات في TCP/IP ليست معيارًا أساسيًا للتصميم، بل تُعتبر عمومًا "ضارة" (RFC 3439). وعلى وجه الخصوص، لا يفرض TCP/IP تسلسلًا هرميًا صارمًا لمتطلبات التغليف، كما هو الحال في بروتوكولات OSI.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "X.225  : تكنولوجيا المعلومات - الربط البيني للأنظمة المفتوحة - بروتوكول جلسة موجهة الاتصال: مواصفات البروتوكول" . مؤرشف من الأصل في 1 فبراير 2021. تم الاطلاع عليه في 10 مارس 2023 .
  2. ↑ "ما هي الطبقة الثانية، ولماذا يجب أن تهتم بها؟" . accel-networks.com. مؤرشف من الأصل في 18 فبراير 2010. تم الاطلاع عليه في 29 سبتمبر 2009 .
  3. ↑ ريجيس ج. بيتس ودونالد و. غريغوري (2007). دليل اتصالات الصوت والبيانات ( الطبعة الخامسة). ماكجرو هيل بروفيشنال. ص 45. ISBN   978-0-07-226335-0.
  4. ↑ غووانغ مياو ؛ غوكونغ سونغ (2014). تصميم شبكات لاسلكية موفرة للطاقة والطيف . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-1107039889.
  • أندرو تانينباوم، إس. (2005). شبكات الحاسوب (  الطبعة الرابعة). 482، FIE، باتبارجانج ، دلهي 110092: دار نشر دورلينج كيندرسلي (الهند) المحدودة، مرخصة من بيرسون للتعليم في جنوب آسيا. ISBN 81-7758-165-1.{{cite book}}: CS1 maint: location ( link )
  • أودوم، ويندل (2013). CCENT/CCNA ICND1 100-101، دليل شهادة CCENT الرسمي . بول بوغر، سيسكو برس. ISBN 978-1-58714-385-4.