ما الطبقة التي تحوّل حزم البيانات إلى إطارات؟ شرح طبقة ربط البيانات
الإجابة المباشرة: في نموذج OSI، تقوم طبقة ربط البيانات (Data Link Layer)، وهي الطبقة الثانية، بتغليف حزم طبقة الشبكة داخل إطارات (Frames) مناسبة للإرسال عبر وصلة محلية. وتضيف هذه الطبقة معلومات مثل عناوين MAC وحقول التحكم والتحقق من الأخطاء بحسب تقنية الربط المستخدمة.
يحدث أحيانًا خلط بين اسم طبقة ربط البيانات في نموذج OSI واسم طبقة الوصول إلى الشبكة (Network Access أو Link Layer) في نموذج TCP/IP. المصطلحان مرتبطان، لكن النموذجين لا يقسمان الوظائف بالطريقة نفسها.
ما طبقة ربط البيانات في نموذج OSI؟
نموذج OSI يقسم الاتصال الشبكي إلى سبع طبقات مفاهيمية. تقع طبقة ربط البيانات فوق الطبقة الفيزيائية مباشرة وتحت طبقة الشبكة. تستقبل وحدة بيانات من طبقة الشبكة، ثم تغلفها في إطار يناسب وسيط الاتصال المحلي.
وحدة البيانات في طبقة ربط البيانات هي الإطار (Frame)، بينما تُسمى وحدة البيانات في طبقة الشبكة عادة الحزمة أو الرزمة (Packet). أما الطبقة الفيزيائية فتنقل البتات على شكل إشارات كهربائية أو ضوئية أو لاسلكية. يمكنك مراجعة شرح نموذج OSI، وكذلك مقال الطبقة الفيزيائية في نموذج OSI.
ما وظائف طبقة ربط البيانات؟
- التأطير (Framing): تقسيم تدفق البيانات إلى إطارات يمكن للجهة المستقبلة التعرف إلى بدايتها ونهايتها.
- العنونة المحلية: استخدام عناوين طبقة الربط، مثل عناوين MAC في Ethernet، لتحديد واجهة الإرسال والاستقبال على الوصلة المحلية.
- التحكم في الوصول إلى الوسط: تنظيم طريقة مشاركة الأجهزة في وسيط الاتصال وفق التقنية المستخدمة.
- كشف بعض أخطاء الإرسال: قد يتضمن الإطار حقلًا مثل FCS يعتمد على CRC لاكتشاف تلف البيانات أثناء النقل على الوصلة.
- تنظيم تدفق البيانات: قد توفر بعض تقنيات الربط آليات للتحكم في التدفق أو إدارة الاتصال.
ما المعلومات التي يحتوي عليها إطار Ethernet؟
يتكون إطار Ethernet من حقول تحدد الجهة المستقبلة والمرسلة ونوع البيانات المنقولة، إضافة إلى حقل التحقق من الإطار. تختلف التفاصيل بحسب إصدار Ethernet والوسوم المستخدمة، لكن الصورة التعليمية المبسطة تشمل:
| الحقل | وظيفته |
|---|---|
| عنوان MAC للوجهة | يحدد واجهة الشبكة المقصودة على الوصلة المحلية أو ضمن VLAN |
| عنوان MAC للمصدر | يحدد واجهة الإرسال التي أرسلت الإطار |
| Type/Length | يشير إلى نوع البروتوكول المحمول أو طول البيانات وفق صيغة الإطار |
| البيانات Payload | تحمل عادة حزمة طبقة الشبكة أو بيانات بروتوكول آخر |
| FCS | يساعد المستقبل على اكتشاف أخطاء الإطار باستخدام آلية تحقق مثل CRC |
يوضح المعيار RFC 894 طريقة نقل حزم IP داخل إطارات Ethernet؛ إذ توضع حزمة IP في حقل البيانات الخاص بالإطار، ويحدد حقل النوع البروتوكول المحمول.
كيف تتحول الحزمة إلى إطار؟ مثال عملي
لنفترض أن حاسوبًا يريد إرسال بيانات إلى جهاز آخر على الشبكة المحلية. تنشئ طبقة الشبكة حزمة IP، ثم تمررها إلى طبقة ربط البيانات. تحدد هذه الطبقة عنوان MAC للوجهة المحلية، وتضيف عنوان المصدر وحقول الإطار، ثم تسلّم الإطار إلى الطبقة الفيزيائية لإرساله على شكل بتات.
- يحدد الحاسوب عنوان IP للوجهة ويقرر ما إذا كانت الوجهة داخل الشبكة المحلية أو عبر بوابة افتراضية.
- إذا احتاج إلى عنوان MAC للخطوة التالية، يستخدم آلية حل العناوين المناسبة؛ ففي IPv4 على Ethernet يُستخدم ARP عادةً.
- تُغلّف حزمة IP داخل إطار Ethernet يحتوي على عنوان MAC للمصدر والوجهة.
- يرسل المحول (Switch) الإطار اعتمادًا على جدول عناوين MAC، أو يذيعه عند الحاجة وفق قواعد الشبكة.
- عند وصول الإطار إلى الموجّه، تُزال تغليفات طبقة الربط، وتُفحص حزمة IP، ثم يُنشأ إطار جديد مناسب للوصلة التالية.
يشرح RFC 826 كيف يترجم بروتوكول ARP عنوان بروتوكول مثل IPv4 إلى عنوان Ethernet محلي. لذلك لا يعني عنوان MAC أن الحاسوب يعرف عنوان الجهاز النهائي في كل الإنترنت؛ بل يتعامل غالبًا مع عنوان القفزة التالية على الوصلة الحالية.
هل يتغير إطار Ethernet عند المرور عبر الموجّه؟
نعم، في العادة ينتهي إطار الوصلة الأولى عند واجهة الموجّه. يقرأ الموجّه حزمة طبقة الشبكة ويتخذ قرار التوجيه، ثم يعيد تغليف الحزمة داخل إطار جديد يناسب الوصلة التالية. لذلك قد تتغير عناوين MAC من قفزة إلى أخرى، بينما يستمر عنوانا IP للمصدر والوجهة في تمثيل طرفي الاتصال، مع احتمال تغير بعض الحقول مثل TTL أثناء التوجيه.
ما الفرق بين طبقة ربط البيانات وطبقة الوصول إلى الشبكة؟
| المفهوم | في نموذج OSI | في نموذج TCP/IP |
|---|---|---|
| الموضع | طبقة مستقلة هي الطبقة الثانية | تندرج وظائف الربط عادة ضمن طبقة Link أو Network Access |
| الوظائف | التأطير والعنونة المحلية والتحكم في الوصول إلى الوسط | تشمل عادة وظائف الربط والواجهة مع الوسيط، وقد تجمع مع وظائف الطبقة الفيزيائية |
| وحدة البيانات الشائعة | Frame | Frame أو وحدة مرتبطة بتقنية الوصلة |
لذلك فإن عبارة «طبقة الوصول إلى الشبكة» قد تكون مقبولة عند شرح نموذج TCP/IP، لكن عند السؤال عن طبقة OSI التي تحول حزم الشبكة إلى إطارات فالإجابة الأدق هي طبقة ربط البيانات، الطبقة الثانية.
ما البروتوكولات والتقنيات التي تعمل في طبقة الربط؟
- Ethernet: تقنية شائعة للشبكات المحلية السلكية، وتحدد صيغة الإطار وآليات العنونة والوصول إلى الوسط.
- Wi‑Fi: تستخدم تقنيات IEEE 802.11 لربط الأجهزة لاسلكيًا، وتشمل وظائف في طبقتي الربط والفيزيائية.
- PPP: بروتوكول يستخدم في بعض وصلات الاتصال نقطة إلى نقطة.
- VLAN: تضيف وسمًا إلى إطار Ethernet لتمييز الشبكات المحلية الافتراضية وتنظيم نطاقات البث.
هل تضمن طبقة ربط البيانات وصول البيانات دائمًا؟
لا. يمكن لآليات طبقة الربط كشف بعض أخطاء الإطار أو تنظيم الوصول إلى الوسط، لكن ذلك لا يعني ضمان وصول البيانات إلى التطبيق النهائي. قد يُسقط إطار تالف، وقد تحدث خسارة أو ازدحام في طبقات أخرى. تعتمد موثوقية الاتصال من طرف إلى طرف على البروتوكولات والآليات المستخدمة عبر المسار كله.
إذا أردت متابعة دور بروتوكولات الطبقات العليا، اقرأ مقال طبقة التطبيقات وبروتوكول DNS لمعرفة كيف تعمل خدمة تحويل أسماء النطاقات إلى عناوين IP.
أسئلة شائعة
ما رقم طبقة ربط البيانات في نموذج OSI؟
هي الطبقة الثانية (Layer 2)، وتأتي فوق الطبقة الفيزيائية وتحت طبقة الشبكة.
ما وحدة البيانات في طبقة ربط البيانات؟
الإطار (Frame). أما وحدة البيانات في طبقة الشبكة فتسمى عادة الحزمة أو الرزمة (Packet).
هل عنوان MAC هو نفسه عنوان IP؟
لا. عنوان MAC يستخدم على مستوى الوصلة المحلية لتحديد واجهة شبكة، بينما عنوان IP عنوان منطقي يستخدمه التوجيه بين الشبكات.
هل يعمل الموجّه في طبقة ربط البيانات؟
وظيفة التوجيه الأساسية للموجّه في طبقة الشبكة، لكنه يتعامل أيضًا مع طبقة الربط على كل واجهة لإرسال الإطارات واستقبالها.
الخلاصة
الطبقة التي تحول حزم طبقة الشبكة إلى إطارات في نموذج OSI هي طبقة ربط البيانات، الطبقة الثانية. تضيف هذه الطبقة معلومات التأطير والعناوين المحلية وحقول كشف الأخطاء، ثم تسلّم الإطار إلى الطبقة الفيزيائية. ويجب التمييز بينها وبين طبقة الوصول إلى الشبكة في نموذج TCP/IP، التي تجمع وظائف متقاربة ضمن تقسيم مختلف.
المصادر والمراجع
[1] RFC Editor – RFC 894: A Standard for the Transmission of IP Datagrams over Ethernet Networks
[2] RFC Editor – RFC 826: An Ethernet Address Resolution Protocol
