الطبقة الثانية: طبقة ربط البيانات

الطبقة الثانية: من ينظّم الإرسال؟

تأتي الطبقة الثانية لتنظم عملية الإرسال على الوسائط المشتركة بين عدة أجهزة لضمان عدم تداخل الإشارات، وبالتالي تداخل البيانات وضياعها.

• 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 اجهزة قد تتشارك باستخدام نفس الوسيط لنقل بياناتها
• تقوم هذه الطبقة بهذا العمل باستخدام عدة أجهزة، أهمها:
• أولاً: بطاقة واجهة الشبكة ⁦Network Interface Card (NIC)⁩.
• ثانياً: محول الشبكة المحلية ⁦LAN Switch⁩.

بطاقة الشبكة: الحاسوب يلمس الوسيط

• حيث لا تقوم هذه البطاقة بإرسال أي بيانات إلا بعد التاكد من خلو الوسيط من الإشارات.

• في أنظمة الاتصال نحتاج لأنظمة عنونة (إعطاء عنوان)
• منها أنظمة عنونة محلية كنظام العنونة داخل دولة معينة و أخرى عنونة عالمية كنظام العنونة الدولي،
• يتم الاستعانة بنظام العنونة الفيزيائي داخل شبكة الحاسوب المحلية، ومن أنظمة العنونة الفيزيائية الشائعة عنونة ⁦(MAC Media Access Control)⁩.

المحلي يحتاج عنواناً فيزيائياً، والتنقل بين الشبكات يحتاج عنواناً منطقياً.

• ولكن للتنقل بين الشبكات نحن بحاجة لنظام عنونة آخر، يسمى نظام العنونة المنطقي ومن أنظمة العنونة المنطقية الشائعة عنونة ⁦IP⁩.
• تساعد طبقة ربط البيانات في إنشاء نظام عنونة محلي (العنونة الفيزيائية) حيث يستخدم هذا العنوان لتحويل الإطار ⁦Frame⁩ داخل حدود الشبكة.

عنوان البطاقة: بصمة لا تتغير

ما هو عنوان الـ ⁦MAC⁩ ؟ وكيف تحصل عليه أجهزة الشبكة؟

• 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 ⁦MAC⁩ من 48 بت، ويتم تمثيله في أنظمة التشغيل على هيئة نظام العد السادس عشر ⁦Hexadecimal⁩،
• ولمعرفة تمثيل عنوان الـ ⁦MAC⁩ نتعرف إلى بعض أنظمة العد والتحويل بينها.

أنظمة العد: لغة الحاسوب ولغتنا

• يتم التعامل في عالم الحاسوب والأنظمة الرقمية مع المعطيات والبيانات على شكل سلاسل من الأصفار والواحدات أو ما يطلق عليها بنظام العد الثنائي،
• ولكي تفهم الحواسيب والأنظمة الرقمية تلك المعطيات فإنه لا بد من تحويل هذه المعطيات الى اللغة التي تفهمها.
• إن التعامل مع الحواسيب والأنظمة الرقمية يتطلب معرفة بأنظمة عددية معينة، تختلف عن أنظمة الأعداد التي نتعامل معها بالحياة اليومية،
• حيث يمكن التحويل بين هذه الأنظمة ليفهمها الانسان وكذلك الأنظمة الرقمية.

التحويل إلى النظام العشري: القاعدة العامة

• يتم تحويل أي عدد من الأنظمة المختلفة الى النظام العشري الذي نتعامل معه بشكل يومي باستخدام القاعدة:

• مع مراعاة أساس النظام ⁦R⁩ المحول منه العدد، كما في الأمثلة الآتية:

من السادس عشري إلى العشري: وزن كل رقم

• يستخدم الأساس 16 للتحويل من السادس عشري إلى العشري، كما يظهر في المثالين الآتيين:

• يتكون النظام السادس عشري من 16 رقم: 0 .. 9، ⁦A⁩، ⁦B⁩، ⁦C⁩، ⁦D⁩، ⁦E⁩، ⁦F⁩، حيث أن ⁦A=10⁩، ...، ⁦F=15⁩

من العشري إلى السادس عشري: القسمة المتكررة

• يتم ذلك من خلال إجراء عملية قسمة العدد على 16، وأخذ البواقي التي تتراوح بين 0 و15،
• مع مراعاة أن الباقي إذا كان أقل من 10 نأخذه كما هو، وإذا كان 10 نضع ⁦(A)⁩ وإذا كان 11 نضع ⁦(B) ⁩... وهكذا.

من السادس عشري إلى الثنائي: أربع خانات لكل رقم

• بما أن $16=2^4$، يخصص لكل عنصر من عناصر النظام السادس عشري أربع خانات لتمثيله في النظام الثنائي،
• وتسمى كل أربع خانات رباعية،
• ويتم التحويل بين النظامين باستبدال كل رقم في النظام السادس عشري بالرباعية المقابلة له، كما في الجدول اللاحق.

مثال محلول: من السادس عشري إلى الثنائي

من الثنائي إلى السادس عشري: رباعيات من اليمين

• لتحويل العدد الثنائي إلى مكافئه السادس عشري، فإننا نجزئ العدد الثنائي إلى مجموعات رباعية، بدءاً من أقصى اليمين،
• ثم نستبدل كل رباعية بمكافئها السادس عشري،
• وفي حال كون الجزء الأخير (الطرف الأيسر) لا يحتوي أربع خانات ثنائية نكمله أصفاراً، ليصبح رباعية.

والآن جرّب أنت: أربعة تحويلات بين الثنائي والعشري والسادس عشري.

اعرف عنوان بطاقة جهازك بنفسك

هل يظهر عنوان بطاقة الشبكة على جهازك؟ جرّب بنفسك.

• أ- في أنظمة تشغيل ⁦windows⁩، قم بفتح موجه سطر الأوامر عن طريق كتابة الأمر ⁦cmd⁩ داخل نافذة التشغيل ⁦Run⁩، ثم اضغط على زر ⁦OK⁩

• ب- من واجهة سطر الأوامر قم بكتابة الأمر التالي: ⁦ipconfig / all⁩ لعرض جميع المعلومات المتعلقة ببطاقة واجهة الشبكة، ثم اضغط ⁦Enter⁩

• في نظام تشغيل الاندرويد على الهواتف الذكية

1. الضغط على أيقونة الإعدادات ⁦settings⁩ الموجودة داخل قائمة التطبيقات.

2. تظهر قائمة نختار منها بند حول الجهاز ⁦about device⁩.

3. ثم نختار من قائمة حول الجهاز البند الحالة ⁦status⁩.

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

المحول: نقطة مركزية تنظّم المرور

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

• في هذا المثال يرغب مستخدم الجهاز في الجهة اليسرى (مصدر الرسالة)، بإرسال رسالة لمستخدم الجهاز في الطرف الآخر (هدف الرسالة).
• الحل: يقوم الجهاز مصدر الرسالة ببناء الإطار كما هو موضح في الشكل، وإرساله للمحول.

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

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

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

• وعندما يستقبل المحول أول رسالة من جهاز الحاسوب يتعرف مباشرة على عنوان ⁦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 نهاية الرسالة (الإطار).

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

أسئلة الدرس: اختبر نفسك

2. لماذا يتم تصنيف عنوان ⁦MAC⁩ كعنوان فيزيائي؟

4. ماذا يستفيد المحول ⁦Switch⁩ من حقل ⁦FCS⁩ الموجود في ذيل الإطار؟

6. كيف يقوم المحول ⁦Switch⁩ بتعبئة جدول عناوين ⁦MAC⁩؟