ما هي طبقة ارتباط البيانات ووظائفها في شبكات الحاسوب Data link layer

الشبكات معقدة للغاية، ويتم استخدام نموذج “OSI” لفهم كيفية عمل الشبكات أو الأنظمة، وفي محاولة لفهم هذا النموذج من الأفضل النظر إليه بناءً على الطبقات السبع، وبعد تقسيم نموذج “OSI” إلى سبع طبقات فإنّ التركيز على طبقة واحدة معينة يجعل من السهل فهم كيفية تواصل الأنظمة.

ما هي طبقة ارتباط البيانات

طبقة ارتباط البيانات: هي الطبقة الثانية من نموذج طبقات “OSI”، وهذه الطبقة هي واحدة من أكثر الطبقات تعقيداً ولها وظائف وخصوم معقدة، وتخفي طبقة ارتباط البيانات تفاصيل الأجهزة الأساسية وتمثل نفسها للطبقة العليا كوسيط للتواصل.

تعمل طبقة ارتباط البيانات بين مضيفين مرتبطين مباشرة بمعنى ما، ويمكن أن يكون هذا الاتصال المباشر من نقطة إلى نقطة أو بث، كما أنّ الأنظمة الموجودة على شبكة البث تكون على نفس الرابط ويميل عمل طبقة ارتباط البيانات إلى أن يصبح أكثر تعقيداً عندما يتعامل مع مضيفين متعددين في مجال تصادم واحد.

طبقة ارتباط البيانات مسؤولة عن تحويل دفق البيانات إلى إشارات شيئاً فشيئاً وإرسالها عبر الأجهزة الأساسية، وفي الطرف المستقبل تلتقط طبقة ارتباط البيانات البيانات من الأجهزة التي تكون في شكل إشارات كهربائية، وتجمعها في تنسيق إطار يمكن التعرف عليه وتسليمها إلى الطبقة العليا.

  • “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.

أساسيات طبقة ارتباط البيانات

تقوم طبقة ارتباط البيانات بإنجاز العقدة الأكثر موثوقية لإرسال البيانات للعقدة، وإنّه يشكل إطارات من الحزم التي يتم استلامها من طبقة الشبكة ويرسلها إلى الطبقة المادية، كما يقوم بمزامنة المعلومات التي سيتم نقلها عبر البيانات ويتم التحكم في الخطأ بسهولة، ثم يتم تمرير البيانات المشفرة إلى البيانات المادية.

يتم استخدام بتات الكشف عن الخطأ بواسطة طبقة ارتباط البيانات، وكما أنّه يصحح الأخطاء ويتم تجميع الرسائل الصادرة في إطارات، ثم ينتظر النظام استلام إخطارات الاستلام بعد الإرسال ويمكن الاعتماد عليها في إرسال الرسائل.

تُعد المهمة الرئيسية لطبقة ارتباط البيانات في تغيير مرفق نقل خام “Raw Transfer Facility” إلى ناقل يبدو خالياً من أخطاء الإرسال غير المكتشفة إلى طبقة الشبكة، وينجز هذه المهمة من خلال جعل المرسل يفصل بيانات الإدخال إلى إطارات بيانات وعادةً بضع مئات أو بضعة آلاف من البايتات ونقل الإطارات بالتسلسل، حيث إذا كانت الخدمة موثوقة يؤكد المستلم الاستلام الصحيح لكل إطار عن طريق إرسال إطار إقرار.

تقوم طبقة ارتباط البيانات بتحويل مرفق الإرسال الأولي إلى خط يبدو خالياً من أخطاء الإرسال غير المكتشفة إلى طبقة الشبكة، ويكون مسؤولاً عن التسليم من عقدة إلى عقدة وكما يجعل الطبقة المادية لا تتضمن الأخطاء وتظهر للطبقة العليا أي طبقة الشبكة.

خصائص طبقة ارتباط البيانات

  • عندما تصل حزمة أو رسالة إلى شبكة تقع على طبقة ارتباط البيانات مسؤولية إرسالها إلى المضيف باستعمال عنوان “MAC” الخاص بها.
  • أجهزة طبقة ارتباط البيانات هي “Switch” و”Bridges”.

الطبقات الفرعية لطبقة ارتباط البيانات

تتضمن طبقة ارتباط البيانات على طبقتين فرعيتين هما الطبقة “LLC” والطبقة “MAC”، وكما هو موصوف في مواصفات “IEEE-802 LAN”، يتمثل دور الطبقة الفرعية “LLC” في التحكم في تدفق البيانات بين التطبيقات، والخدمات المختلفة فضلاً عن توفير آليات الإقرار والإعلام بالخطأ.

يمكن للطبقة الفرعية “LLC” بعد ذلك التحدث إلى عدد من طبقات “IEEE 802 MAC” الفرعية والتي تتحكم في الوصول إلى الوسائط المادية للنقل، كما أنّها مسؤولة عن العنونة المادية للإطارات ويتضمن نوعان شائعان من طبقات “MAC” مواصفات “Ethernet” و”802.11″ اللاسلكية.

1- التحكم في الارتباط المنطقي

التحكم في الارتباط المنطقي: هي الطبقة الفرعية العليا وتتكون من بروتوكولات تعمل في الجزء العلوي من طبقة ارتباط البيانات، وتوفر أيضاً التحكم في التدفق والإقرار وإعلام الخطأ، كما توفر شركة ذات مسؤولية محدودة العنونة والتحكم في ارتباط البيانات، وهي تحدد الطرق التي يجب استخدامها لعنونة القنوات عبر وسيط الإرسال وللتحكم في البيانات المتبادلة بين منشئ الرزمة ومستلم الرسالة.

  • “LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.
  • “LLC” هي اختصار لـ “Logical Link Control”.
  • “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.

2- التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC)

  • إنّ من يمكنه الانتقال إلى الوسائط في أي وقت تحدده طبقة “MAC” الفرعية مثل “CSMA / CD“.
  • يتم تقسيم الحزمة التي يتم الحصول عليها من طبقة الشبكة إلى إطارات بالاعتماد على حجم إطار بطاقة واجهة الشبكة “NIC”، كما تغلف “DLL” أيضاً عنوان “MAC” الخاص بالمرسل والمستقبل في الرأس.
  • يتم وضع طلب بروتوكول تحليل العنوان “ARP” على السلك ويحتوي على سؤال “من لديه عنوان IP هذا؟”، وبعد الحصول على وجهة هذه الرسالة يرد المضيف بعنوان “MAC” الخاص به ومن خلال هذا يتم الحصول على عنوان “MAC” الخاص بالمستقبل.

ملاحظة:“ARP” هي اختصار لـ “Address Resolution Protocol” و”DLL” هي اختصار لـ “Dynamic-Link Library”.

ملاحظة:“CSMA / CD” هي اختصار لـ “Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection” و”NIC” هي اختصار لـ “Network Interface Card”.

فئات الوظائف المحددة لطبقة ارتباط البيانات

1- التأطير

تستقبل طبقة ارتباط البيانات دفق البتات من طبقة الشبكة التي تتجزء إلى وحدات بيانات “data units” يمكن إدارتها تسمى الإطارات.

2- العنونة المادية

إذا كان سيتم توزيع الإطارات على محطات مختلفة على الشبكة، ولتحديد العنوان الفعلي للمرسل “عنوان المصدر”، أو جهاز الاستقبال “عنوان الوجهة” للإطار تضيف مكتبة الارتباط الحيوي “DLL” رأساً للإطار، وإذا كان سيتم إرسال الإطار لنظام خارج شبكة المرسل، وعنوان المستقبل يعني عنوان الجهاز الذي يربط شبكة بأخرى.

3- التحكم في التدفق

إذا كان المعدل الذي يستهلك به جهاز الاستقبال البيانات أقل من المعدل الذي ينتجه المرسل، فإنّ طبقة ارتباط البيانات تتعامل مع آلية التحكم في التدفق لمنع تجاوز المستقبل.

4- التحكم في الخطأ

تتعامل طبقة ارتباط البيانات أيضاً مع الإطارات التالفة أو المفقودة، ومن خلال إضافة آليات لاكتشاف الإطارات المفقودة وإعادة إرسالها تزيد الموثوقية، وتمت إضافة مقطورة “trailer” إلى نهاية الإطار لتحقيق التحكم في الأخطاء.

5- التحكم في الوصول

عند توصيل أكثر من جهازين أو جهازين بالرابط المشترك، فإنّ بروتوكولات طبقة ارتباط البيانات ضرورية لتحديد الجهاز الذي يتحكم في الارتباط في أي وقت.

وظائف طبقة ارتباط البيانات

  • يعالج المشاكل التي تحدث نتيجة لأخطاء إرسال البتات.
  • يضمن تدفق البيانات بوتيرة لا تطغى على أجهزة الإرسال والاستقبال.
  • يسمح بنقل البيانات إلى الطبقة الثالثة أي طبقة الشبكة، حيث تتم معالجتها وتوجيهها.

طبقة ارتباط البيانات وحل الأخطاء

تضمن طبقة ارتباط البيانات إعداد اتصال أولي وتقسيم بيانات المخرجات إلى إطارات بيانات وتعالج الإقرارات من جهاز الاستقبال بأنّ البيانات وصلت بنجاح، كما يضمن أيضاً استقبال البيانات القادمة بشكل صحيح من خلال تحليل أنماط البت في أماكن محددة في الإطارات، وفي حالة حدوث خطأ تقوم طبقة ارتباط البيانات بإعلام البروتوكولات عالية المستوى بحدوث شيء ما للارتباط الفعلي.

تتيح إمكانيات تسلسل الإطارات داخل طبقة ارتباط البيانات لجهاز الاستلام بإعادة ترتيب الإطارات التي ربما تكون قد تم إرسالها خارج التسلسل، كما تتحقق طبقة ارتباط البيانات من عدم إعاقة الحزمة وتقوم طبقة ارتباط البيانات أيضاً بإدارة التدفقات عن طريق تمكين الأجهزة الموجودة على ارتباط لاكتشاف الازدحام، كما تنقل الأجهزة المجاورة بعد ذلك معلومات الازدحام بحيث يمكن إعادة توجيه حركة المرور وفقاً لذلك.

شاهد أيضاً

ما هي حزمة Packet over SONET في شبكات

تعد الشبكات الضوئية المتزامنة “SONET” بروتوكول طبقة مادية لإرسال تدفقات بتات رقمية متنوعة عبر روابط …