مشكلات تصميم طبقة ارتباط البيانات Data link layer

تقع طبقة ارتباط البيانات في نموذج “OSI” بين الطبقة المادية وطبقة الشبكة، كما تعمل هذه الطبقة على تحويل وسيلة النقل الخام التي توفرها الطبقة المادية إلى ارتباط موثوق وخالي من الأخطاء.

أساسيات تصميم طبقة ارتباط البيانات

طبقة ارتباط البيانات: هي الطبقة الثانية بعد الطبقة المادية، وتعد طبقة ارتباط البيانات مسؤولة عن الحفاظ على ارتباط البيانات بين مضيفين أو عقدتين.

تشير اتصالات البيانات إلى نقل البيانات الرقمية بين جهازي كمبيوتر أو أكثر وشبكة كمبيوتر أو شبكة بيانات تسمح لأجهزة الكمبيوتر بتبادل البيانات، كما يتم إنشاء الاتصال المادي بين أجهزة الحوسبة المتصلة بالشبكة باستخدام وسائط كابلية أو وسائط لاسلكية، وصممت منظمة المعايير الدولية “ISO” نموذج ربط الأنظمة المفتوحة “OSI”.

وفي نموذج “OSI” وفي الطبقة الثانية يتم تشفير حزم البيانات وفك تشفيرها إلى وحدات بت، كما يوفر معرفة بروتوكول الإرسال وإدارته، ويتعامل مع الأخطاء في الطبقة المادية والتحكم في تدفق البت وتزامن الإطار، حيث أنّه من مشكلات التصميم تأطير طبقة ارتباط البيانات والعنونة والتحكم في التدفق والتحكم في الخطأ.

يتم استخدام شبكات مختلفة لنقل البيانات من جهاز إلى آخر بدقة مقبولة، وبالنسبة لمعظم التطبيقات يجب أن يضمن النظام أنّ البيانات المتلقاة متطابقة مع البيانات المرسلة، ووسائط النقل هي الارتباط الأكثر عرضة للخطأ، حيث في الشبكة تختلف سعة العقد وقد لا يكون المعدل الذي يرسل به المرسل البيانات هو نفس المعدل الذي يقبله المستلم به.

وتتجزء طبقة ارتباط البيانات إلى طبقتين ثانويتين هما الطبقة الفرعية “LLC” والتي توفر منطق ارتباط البيانات وبالتالي فهي تتحكم في وظائف المزامنة، والتحكم في التدفق والتحقق من الأخطاء لطبقة ارتباط البيانات ومن وظائفها استعادة الأخطاء والقيام بعمليات التحكم في التدفق وعنونة المستخدم.

والطبقة الفرعية الأخرى هي طبقة “MAC” والتي تعمل على التحكم في التدفق وتعدد الإرسال لوسيط الإرسال، كما يتم التحكم فيها في إرسال حزم البيانات بواسطة هذه الطبقة وهذه الطبقة مسؤولة عن إرسال البيانات عبر بطاقة واجهة الشبكة، ومن وظائفها أداء التحكم في الوصول إلى الوسائط والقيام بالعنونة الفريدة للمحطات المتصلة مباشرة بشبكة “LAN” والكشف عن الأخطاء.

  • “OSI” هي اخنصار لـ “Open System Interconnection”.
  • “ISO” هي اخنصار لـ “International Organization for Standardization”.
  • “LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.
  • “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.
  • “LLC” هي اختصار لـ “Logical Link Control”.

مشكلات تصميم طبقة ارتباط البيانات

تتمثل المشكلة التي تتكون في طبقة ارتباط البيانات ومعظم الطبقات العليا أيضاً في كيفية منع جهاز الإرسال السريع من إغراق جهاز استقبال بطيء في البيانات، وغالباً ما تكون هناك حاجة إلى بعض آليات تنظيم حركة المرور للسماح لجهاز الإرسال بمعرفة مقدار مساحة التخزين المؤقت، والتي يمتلكها المستقبل في الوقت الحالي وفي كثير من الأحيان يتم دمج تنظيم التدفق ومعالجة الخطأ.

تتعرض شبكات البث “broadcast networks” إلى مشكلة أخرى في طبقة ارتباط البيانات هي طريقة التحكم في الانتقال إلى القناة المشتركة، وطبقة ثانوية خاصة من طبقة ارتباط البيانات الطبقة الفرعية للتحكم في الوصول المتوسط ​​”MAC” وتتعامل مع هذه المشكلة.

1- التأطير

لخدمة طبقة الشبكة تستعمل طبقة ارتباط البيانات الخدمة المتوفرة لها من خلال الطبقة المادية التي تقبل تدفق البتات الخام وتسلمها إلى الوجهة، كما قد يحتوي تدفق البتات هذا على خطأ وهو أن عدد البتات المستقبلة قد لا يساوي عدد البتات المرسلة، وتقسم طبقة ارتباط البيانات التدفقات إلى إطارات منفصلة وتحسب المجموع التدقيقي لكل إطار.

في الوجهة يتم إعادة حساب المجموع الاختباري، حيث يسمى كسر تدفق البتات عن طريق إدخال فراغات وفجوات زمنية بالتأطير، ونظراً لأنّه من الصعب والمخاطرة الاعتماد على التوقيت وتحديد بداية ونهاية كل إطار فإنّ الطريقة البسيطة المختلفة المستخدمة في التأطير “Framing” هي:

  • عدد الأحرف.
  • بداية ونهاية الشخصية بحشو الشخصية.
  • بداية ونهاية الأعلام، مع حشو قليلاً.

2- التحكم في الخطأ

لضمان التسلسل الصحيح والتسليم الآمن للإطارات في الوجهة يجب إرسال إقرار بواسطة الشبكة الوجهة، كما يتم إرسال إطارات تحكم خاصة للإرسال تحمل إقراراً إيجابياً أو سلبياً حول الإطارات الواردة حيث إذا أخذ المرسل إقراراً إيجابياً فهذا يعني أنّ الإطار قد وصل بأمان، كما يعني الإقرار السلبي حدوث خطأ ما ويجب إعادة إرسال الإطار.

يتم تقديم جهاز توقيت في نهاية المرسل والمتلقي، كما يتم الاحتفاظ برقم التسلسل للأرتال الصادرة حتى يتمكن المستقبل من التمييز بين إعادة الإرسال والأصول، حيث يُعد هذا أحد أهم أجزاء واجبات طبقة ارتباط البيانات.

3- التحكم في التدفق

عندما يعمل المرسل على آلة سريعة أو آلة محملة بشكل خفيف ويكون جهاز الاستقبال على آلة بطيئة أو محملة بشكل كبير، ثم يرسل جهاز الإرسال الإطارات بشكل أسرع ممّا يمكن للمستقبل قبولها، وحتى إذا كان الإرسال خالياً من الأخطاء عند نقطة معينة، فلن يتمكن جهاز الاستقبال ببساطة من التعامل مع الإطارات عند وصولها وسيبدأ في فقدان بعضها.

لمنع هذا التحكم في التدفق تم دمج الآلية التي تتضمن آلية تغذية مرتدة تطلب إعادة إرسال جهاز الإرسال لكتلة رسالة غير صحيحة، كما يُعرف إعادة الإرسال الأكثر شيوعاً باسم طلب التكرار التلقائي “ARQ”، ويعتمد التحكم في الأخطاء في طبقة ارتباط البيانات “DDL” على طلب التكرار التلقائي “ARQ” وهو إعادة إرسال البيانات في ثلاث حالات:

  • إطارات تالفة.
  • الإطارات المفقودة.
  • الإقرارات المفقودة.

ملاحظة:“ARQ” هي اختصار لـ “Automatic Repeat Request” و”DDL” هي اختصار لـ “Data Description Language”.

4- العنونة المادية

إذا كان سيتم توزيع الإطارات على أنظمة مختلفة على الشبكة، فإنّ طبقة ارتباط البيانات تضيف رأساً إلى الإطار لتحديد العنوان المادي للمرسل أو مستقبل الإطار.

ما هو بروتوكول الخدمة من طبقة ارتباط البيانات لطبقة الشبكة

تتمثل المسؤولية الأساسية لطبقة ارتباط البيانات في إتاحة الخدمة لطبقة الشبكة، والقاعدة هي نقل البيانات من طبقة الشبكة على الجهاز المصدر إلى طبقة الشبكة على الجهاز الوجهة، كما تتصل الطبقتان بارتباط البيانات ببعضهما البعض عن طريق بروتوكول التحكم في ارتباط البيانات، ومن الخدمات التي تقدمها طبقة ارتباط البيانات لطبقة ارتباط البيانات:

1- خدمة غير معترف بها بدون اتصال

كما يوحي الاسم فهو شكل غير معترف به للإرسال، وهنا يرسل الجهاز المصدر البيانات إلى الجهاز الوجهة دون أي إقرار، ولهذا لم يتم إنشاء اتصال أو تحريره، حيث إذا فقدت البيانات بسبب الضوضاء أو الواجهة فلن يتم استرداد البيانات المفقودة بواسطة الطبقة.

2- خدمة معترف بها بدون اتصال

في الخدمة بدون اتصال معترف بها يتم التعرف على كل إطار بيانات بواسطة الجهاز الوجهة، حيث في حالة فقد أي إطار بيانات أو عدم وصوله في الوقت المناسب، يمكن نقله مرة أخرى وفي هذه الخدمة ولا يتم استخدام أي اتصالات.

3- خدمة الاتصال المعترف بها

تقوم الخدمة الموجهة للاتصال المعترف بها بتصميم اتصال قبل إرسال البيانات، كما يتم ترقيم كل إطار قبل تنفيذ الإرسال في مراحل مميزة، وهذه الخدمة المقدمة لتكون أكثر موثوقية من الخدمات الأخرى.

شاهد أيضاً

ما هي شبكة الاتصال الهاتفي الافتراضية الخاصة VPDN

يرتبط مشغلو شبكات الطلب الهاتفي الخاصة الظاهرية بخادم وصول قريب والذي غالباً ما يكون موجوداً …