طبقة ارتباط البيانات هي الطبقة الثانية في نموذج ربط الأنظمة المفتوحة (OSI). فهو يتعامل مع النقل الموثوق لحزم البيانات عبر الشبكات المادية، ويدير اكتشاف الأخطاء وتصحيحها، ويتحكم في الوصول إلى الشبكة.
السياق التاريخي لطبقة وصلة البيانات
يعود مفهوم طبقة ربط البيانات إلى تطوير نموذج OSI في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات من قبل المنظمة الدولية للمعايير (ISO). تم تصميم هذا النموذج لإنشاء بيئة مفتوحة للتطوير وقابلية التشغيل البيني بين أجهزة وبرامج الشبكة. يقسم نموذج OSI العملية المعقدة للاتصال من كمبيوتر إلى كمبيوتر إلى سبع طبقات يمكن التحكم فيها. تم تصميم طبقة ربط البيانات، وهي الطبقة الثانية، لتوفير نقل موثوق وفعال للبيانات بين الأجهزة عبر وسيط مادي.
التعمق أكثر في طبقة رابط البيانات
تخدم طبقة ارتباط البيانات العديد من الوظائف المهمة ضمن نموذج OSI:
-
مزامنة الإطار: يقوم بتقسيم تدفق البتات المستلمة من طبقة الشبكة إلى وحدات بيانات يمكن التحكم فيها تسمى الإطارات.
-
العنونة الجسدية: إذا كان سيتم توزيع الإطارات على أنظمة مختلفة على الشبكة، تضيف طبقة ارتباط البيانات رأسًا إلى الإطار لتحديد العنوان الفعلي للكمبيوتر الوجهة.
-
التحكم في التدفق: إذا كان معدل أخذ البيانات من قبل المتلقي أقل من المعدل المنتج عند المرسل، فإن طبقة ربط البيانات تفرض آلية للتحكم في التدفق لتجنب إرباك المتلقي.
-
التحكم في الأخطاء: يضيف الموثوقية إلى الطبقة المادية عن طريق إضافة آليات للكشف عن الإطارات التالفة أو المفقودة وإعادة إرسالها. كما أنه يمنع تكرار الإطارات باستخدام أنظمة الإقرار.
-
صلاحية التحكم صلاحية الدخول: عندما يكون جهازان أو أكثر متصلين بنفس الرابط، تكون بروتوكولات ربط البيانات ضرورية لتحديد الجهاز الذي يتحكم في الارتباط في أي وقت محدد.
الهيكل الداخلي لطبقة وصلة البيانات
تنقسم طبقة ربط البيانات إلى طبقتين فرعيتين لتؤدي وظائفها بفعالية:
-
التحكم المنطقي في الارتباط (ذ.م.م): هذه الطبقة الفرعية العليا مسؤولة عن مزامنة الإطار والتحكم في التدفق والتحقق من الأخطاء.
-
التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC): الطبقة الفرعية السفلية، MAC، مسؤولة عن التعامل مع كيفية وصول الجهاز الموجود على الشبكة إلى البيانات والإذن بنقلها.
الميزات الرئيسية لطبقة ربط البيانات
-
تأطير: التأطير هو عملية إنشاء الإطارات من مخططات البيانات أو الحزم الخاصة بطبقة الشبكة. يتم إرسال هذه الإطارات إلى الطبقة المادية لإعادة توجيهها.
-
العنونة الجسدية: يوفر تعريفًا فريدًا لكل جهاز على الشبكة.
-
الخطأ والتحكم في التدفق: يضمن اتصالاً موثوقًا به من خلال تطبيق تقنيات اكتشاف/تصحيح الأخطاء والتحكم في التدفق.
-
صلاحية التحكم صلاحية الدخول: يحدد قواعد نقل الجهاز.
أنواع طبقة ارتباط البيانات
يمكن تصنيف بروتوكولات طبقة ربط البيانات بناءً على نوع الشبكة التي تعمل عليها:
| نوع الشبكة | بروتوكول |
|---|---|
| شبكة المنطقة المحلية (LAN) | إيثرنت، حلقة رمزية |
| شبكة المناطق الحضرية (MAN) | الناقل المزدوج لقائمة الانتظار الموزعة (DQDB) |
| شبكة واسعة النطاق (WAN) | بروتوكول نقطة إلى نقطة (PPP)، التحكم في ارتباط البيانات عالي المستوى (HDLC) |
استخدام طبقة ارتباط البيانات والمشاكل/الحلول المرتبطة بها
تشكل طبقة ارتباط البيانات العمود الفقري لنقل البيانات عبر الشبكات. فهو يشارك في العديد من التطبيقات مثل شبكات LAN وWAN، وتحديد جهاز الشبكة، وإنشاء قناة اتصال موثوقة. ومع ذلك، فإنه يواجه أيضًا مشكلات مثل الاصطدام وتلف البيانات والازدحام. تتم معالجة هذه المشكلات من خلال خوارزميات الكشف عن التصادم ورموز اكتشاف الأخطاء وتصحيحها وآليات التحكم في التدفق على التوالي.
تحليل مقارن لطبقة وصلة البيانات
يوضح الجدول أدناه المقارنة بين طبقة ارتباط البيانات والطبقات المجاورة:
| طبقة OSI | المهام |
|---|---|
| الطبقة المادية | ينقل تدفق البتات الخام عبر الوسيط المادي |
| طبقة وصل البيانات | إطارات حزم البيانات، وتنفذ التحكم في الأخطاء وتدير الوصول إلى الوسيط المادي |
| طبقة الشبكة | يتعامل مع التوجيه وإعادة توجيه الحزم |
وجهات النظر المستقبلية والتقنيات
مع تطور تكنولوجيا الشبكات، ستستمر طبقة ربط البيانات في التكيف ودمج التقنيات الجديدة لنقل البيانات بشكل أفضل. ستتطلب تقنيات مثل الشبكات الكمومية وشبكات 5G أو 6G بروتوكولات طبقة ربط البيانات للتعامل مع معدلات بيانات أعلى وزمن وصول أقل وزيادة قدرات الشبكة.
الخوادم الوكيلة وطبقة ربط البيانات
تعمل الخوادم الوكيلة، التي تعمل كوسيط للطلبات المقدمة من العملاء الذين يبحثون عن موارد من خوادم أخرى، في طبقة التطبيق لنموذج OSI. ومع ذلك، لا تزال طبقة ارتباط البيانات تلعب دورًا حيث يجب أن تنتقل البيانات عبر هذه الطبقة للوصول إلى وجهتها. يمكن للخوادم الوكيلة استخدام آليات التحكم في الخطأ والتدفق الخاصة بطبقة ارتباط البيانات لضمان نقل البيانات بشكل موثوق.
