الطبقة الثانية: طبقة ربط البيانات

1. بعد التعرف على الطبقة الفيزيائية التي تشكل البنية التحتية التي تنقل عليها البيانات على شكل إشارات عبر الوسائط المختلفة (سلكية ولاسلكية)، وحيث أن هناك عدة أجهزة قد تتشارك باستخدام نفس الوسيط لنقل بياناتها تأتي هذه الطبقة الثانية لتنظم عملية الإرسال على الوسائط المشتركة بين عدة أجهزة وذلك لضمان عدم تداخل الإشارات وبالتالي تداخل البيانات وضياعها.
2. تقوم هذه الطبقة بهذا العمل باستخدام عدة أجهزة، أهمها:

• أولاً: واجهة بطاقة الشبكة ⁦Network Interface Card NIC⁩.
• ثانياً: محول الشبكة المحلية ⁦LAN Switch⁩.

وهي الواجهة التي تربط جهاز الحاسوب بالوسيط (حيث لا تقوم هذه البطاقة بإرسال أي بيانات إلا بعد التأكد من خلو الوسيط من الإشارات.

1. في أنظمة الاتصال نحتاج لأنظمة عنونة (إعطاء عنوان) منها أنظمة عنونة محلية كنظام العنونة داخل دولة معينة وأخرى عنونة عالمية كنظام العنونة الدولي، داخل شبكة الحاسوب المحلية يتم الاستعانة بنظام العنونة الفيزيائي ومن أنظمة العنونة الفيزيائية الشائعة عنونة ⁦(MAC Media Access Control)⁩.
2. ولكن للتنقل بين الشبكات نحن بحاجة لنظام عنونة آخر، يسمى نظام العنونة المنطقي ومن أنظمة العنونة المنطقية الشائعة عنونة ⁦IP⁩.

ملاحظة: يسمى تنسيق الرسالة في هذه الطبقة بإطار ⁦(Frame)⁩.

تساعد طبقة ربط البيانات في إنشاء نظام عنونة محلي (العنونة الفيزيائية) حيث يستخدم هذا العنوان لتحويل الإطار ⁦frame⁩ داخل حدود الشبكة. (العنونة المنطقية سنتعرف عليها في الدرس الثاني من هذه الوحدة).

ما هو عنوان الـ ⁦MAC⁩ ؟ و كيف تحصل علية أجهزة الشبكة؟

عنوان الـ ⁦MAC⁩ هو أحد أنظمة العنونة الفيزيائية حيث يتم إنشاؤه من قبل المصنع بشكل فيزيائي على بطاقة الشبكة عند إنتاجها، يكون هذا العنوان فريداً على مستوى جميع بطاقات الشبكة في العالم، وبالتالي عنوان الـ ⁦MAC⁩ لأي جهاز مرتبط ببطاقة الشبكة الموجودة بداخله، وتحافظ الأجهزة على عنوانها ⁦MAC⁩ الخاص بها مهما انتقلت من موقع إلى آخر، ما دام أنها تستخدم نفس البطاقة للاتصال بالشبكة.

يتكون عنوان الـ ⁦MAC⁩ من 48 بت، و يتم تمثيله في أنظمة التشغيل على هيئة نظام العد السادس عشر ⁦Hexadecimal⁩.

نشاط (١): التحويل بين أنظمة العد. ١- التحويل من النظام العشري إلى النظام الثنائي وبالعكس. ٢- التحويل بين النظام الثنائي والسداسي العشري وبالعكس.

في النظام السادس عشر يتم تمثيل كل 4 بت برقم سداسي عشري واحد كما في الجدول.

من خانة سداسية عشرية يتكون عنوان الـ ⁦MAC⁩، ما هو عدد العناوين التي يستطيع أن يغطيها ؟

الحل

المعطيات: يتكون عنوان الـ ⁦MAC⁩ من 48 بت، كل 4 بت تمثل رقم سداسي عشري. عدد الأرقام السداسي عشرية = ⁦48 ÷ 4 = 12⁩ رقم سداسي عشري. صيغ تمثيل عنوان ⁦MAC⁩ : ⁦8C-DC-D4-43-37-EF 8C⁩:⁦DC⁩:⁦D4⁩:43:37:⁦EF⁩

عدد العناوين التي يستطيع أن يغطيها عنوان ⁦MAC⁩: $2^{48} = 281.474.976.710.656$ عنوان ⁦MAC⁩ مختلف.

نشاط (٢): تحديد عنوان ⁦MAC⁩ على جهازك.

في أنظمة تشغيل الـ ⁦windows⁩ قم بفتح موجه سطر الأوامر عن طريق كتابة الأمر ⁦cmd⁩ داخل نافذة التشغيل ⁦Run⁩ في نظام ⁦windows⁩ ثم اضغط على زر ⁦OK⁩.

من واجهة سطر الأوامر قم بكتابة الأمر التالي: ⁦ipconfig / all⁩ ، ثم اضغط ⁦Enter⁩

الضغط على أيقونة الإعدادات ⁦settings⁩ الموجودة داخل قائمة التطبيقات.

تظهر قائمة نختار منها بند حول الجهاز ⁦about device⁩.

ثم نختار من قائمة حول الجهاز البند الحالة ⁦status⁩.

في قائمة الحالة ⁦status⁩ تجد بنداً يوضح به عنوان الـ ⁦MAC⁩ للجهاز.

كرر هذه الخطوات على نفس الجهاز ولكن بالاتصال بشبكات مختلفة (شبكة بيتك، مدرستك، منزل أقاربك). ما هي النتيجة؟ هل تغير عنوان الـ ⁦MAC⁩ بتغير الشبكة المتصل عليها الجهاز؟ ناقش نتائجك وجد تفسيراً لها.

من أهم أجهزة الشبكة التي تعمل في هذه الطبقة أيضاً جهاز محول الشبكة ⁦LAN Switch⁩.

ملاحظة: يعدّ تغيير عنوان الـ ⁦MAC⁩ دليل على أن الجهاز مقلد، وليس أصلياً.

محول الشبكة ⁦Switch⁩: جهاز يقوم بربط مجموعة أجهزة في شبكة محلية بشكل نجمي ⁦star⁩ حيث يقوم بتنظيم مرور البيانات بين الأجهزة على الشبكة المحلية. المخطط النجمي ⁦star⁩: مخطط يربط أجهزة الحاسوب عبر نقطة مركزية ترتبط بها جميع أجهزة الحاسوب.

كيف يعمل محول الشبكة؟

في هذا المثال يرغب الجهاز في الجهة اليسرى (مصدر الرسالة)، بإرسال رسالة لجهاز في الطرف الآخر (هدف الرسالة). يقوم الجهاز مصدر الرسالة بناء الإطار كما هو موضح للشكل، وإرساله للمحول.

تقوم محولات الشبكة بتحويل الرسالة للجهاز الهدف عبر المنفذ المناسب بناءً على الحقل الذي يحتوي على عنوان الـ ⁦MAC⁩ الهدف الموجود في رأس الرسالة (الإطار) كما في الشكل.

حيث يوجد داخل كل محول جدول يربط عناوين ⁦MAC⁩ بأرقام المنافذ المتصلة بها.

كيف يتم تعبئة جدول عناوين الـ ⁦MAC⁩ داخل المحول ⁦Switch⁩؟

يستخدم المحول العنوان الموجود في حقل عنوان ⁦MAC⁩ المصدر الموجود في رأس الرسالة (الإطار) للتعرف على مواقع الأجهزة في الشبكة.

وعندما يستقبل المحول أول رسالة من جهاز الحاسوب يتعرف مباشرة على عنوان الـ ⁦MAC⁩ الخاص به ويضيفه داخل جدول العناوين مقترنا مع رقم المنفذ الذي أتت منه الرسالة.

يستخدم المحول قيمة ⁦(Frame Check Sequence) FCS⁩ الموجودة في حقل تفحص الأخطاء الموجودة في ذيل الرسالة (الإطار).

و ذلك للتأكد من صلاحية الإطار خوفاً من أي تغيير حدث للإطار في الطريق بسبب التشويش، فإذا كانت النتيجة الإطار غير صالح يقوم محول الشبكة بالتخلص منه.

1. كم عدد الخانات الثنائية التي يتكون منها عنوان الـ ⁦MAC⁩ ؟ وكيف يتم تمثيله بأنظمة التشغيل ؟ ادعم إجابتك بمثال.
2. لماذا يتم تصنيف عنوان الـ ⁦MAC⁩ كعنوان فيزيائي؟
3. ما وظيفة بطاقة واجهة الشبكة الموجودة في جهاز الحاسوب؟
4. ماذا يستفيد المحول ⁦Switch⁩ من حقل ⁦FCS⁩ الموجود في ذيل الإطار؟
5. كيف يتخذ المحول ⁦Switch⁩ القرار المناسب لتحويل الرسالة للمنفذ الصحيح؟
6. كيف يقوم المحول ⁦Switch⁩ بتعبئة جدول عناوين الـ ⁦MAC⁩ ؟