الطبقتان الفيزيائية وطبقة ربط البيانات

يبدأ نموذج OSI من الأسفل بالأجزاء الأقرب إلى العتاد. الطبقة 1 هي الطبقة الفيزيائية، والطبقة 2 هي طبقة ربط البيانات. تعمل الطبقتان معًا على نقل البِتّات الخام عبر وسيط، وتسليمها بشكل موثوق إلى الجهاز التالي على الشبكة المحلية نفسها. وتشكل هاتان الطبقتان الأساس الذي تعتمد عليه جميع الطبقات الأخرى، إذ تحولان الإشارات الكهربائية أو الضوئية إلى إطارات قابلة للاستخدام.

تتعامل الطبقة الفيزيائية مع الإرسال الفعلي للبِتّات على هيئة إشارات. وتشمل الكابلات والموصلات ومستويات الجهد والنبضات الضوئية والموجات الراديوية. وينحصر دورها في نقل قيم 1 و0 الخام عبر وسيط؛ فهي لا تفهم العناوين أو المعاني. وكل ما يمكن لمسه فعليًا، مثل الكابل أو المنفذ، يوجد في الطبقة الفيزيائية.

في الطبقة 1، تكون البيانات مجرد تدفق من البِتّات المشفرة على هيئة إشارات فيزيائية. ففي النحاس، تكون البِتّات تغيرات في الجهد؛ وفي الألياف، تكون نبضات ضوئية؛ وفي Wi-Fi، تكون موجات راديوية. وتحدد الطبقة الفيزيائية كيفية تمثيل القيمة 1 والقيمة 0 حتى يتفق الطرفان عليها. وإذا أُسيء تحديد ذلك، فلن تتمكن أي طبقة أعلى من العمل، لأن البِتّات لن تصل بشكل صحيح.

تأخذ طبقة ربط البيانات البِتّات الخام وتنظمها في وحدات منظمة تسمى الإطارات، مع إضافة العنونة المحلية والتحقق من الأخطاء. وتتمثل مهمتها في التسليم الموثوق بين جهازين ضمن مقطع الشبكة المحلية نفسه. وبينما ترسل الطبقة 1 الإشارات فقط، تمنح الطبقة 2 هذه الإشارات بنية ووجهة، مما يجعل الاتصال المحلي موثوقًا.

‏الإطار هو وحدة طبقة ربط البيانات. ويحيط بالبيانات برأس وذيل يتضمنان عناوين العتاد المصدر والوجهة وقيمة للتحقق من الأخطاء. ويُخبر الرأس الجهاز التالي بالجهة التي ينبغي أن تستقبل الإطار، بينما يتيح الذيل للمستقبل التحقق من وصول الإطار دون تلف. وتوضح عملية بناء الإطارات كيفية حزم الطبقة 2 للبِتّات من أجل التسليم المحلي.

تستخدم الطبقة 2 عناوين MAC ‏(Media Access Control) لتحديد الأجهزة على الشبكة المحلية. وعنوان MAC هو عنوان عتاد فريد مدمج في محول الشبكة، ويُكتب على هيئة ستة أزواج من الأرقام السداسية العشرية. وعلى خلاف عناوين IP، تكون عناوين MAC محلية ومرتبطة بالجهاز الفعلي. وتستخدمها المحولات لتسليم الإطارات إلى المنفذ الصحيح على شبكة LAN.

تفحص طبقة ربط البيانات كل إطار بحثًا عن الأخطاء باستخدام قيمة في الذيل تسمى تسلسل التحقق من الإطار. ويعيد المستقبل حساب هذه القيمة ويقارنها بالقيمة المستلمة؛ فإذا اختلفتا، فهذا يعني أن الإطار تالف ويتم تجاهله. وتكشف هذه العملية التلف الناتج عن الضوضاء الكهربائية أو التداخل. ويمنع اكتشاف الأخطاء في الطبقة 2 البيانات التالفة من التسبب خفيةً في إفساد الطبقات الأعلى.

تنقسم طبقة ربط البيانات إلى جزأين: الطبقة الفرعية MAC، التي تتحكم في الوصول إلى الوسيط وتتولى عنونة العتاد، والطبقة الفرعية LLC ‏(Logical Link Control)، التي تدير الاتصال مع الطبقة الأعلى. ويتيح هذا التقسيم لواجهة علوية واحدة العمل عبر العديد من التقنيات الفيزيائية المختلفة. وتوجد العنونة المادية والوصول إلى الوسيط في الطبقة الفرعية MAC.

تعمل بعض الأجهزة بشكل أساسي في هاتين الطبقتين. تعمل الموزعات والكابلات الأساسية في الطبقة 1، إذ تنقل الإشارات فحسب. وتعمل المحولات في الطبقة 2، فتقرأ عناوين MAC لإعادة توجيه الإطارات إلى المنفذ الصحيح. ومعرفة الطبقة التي يعمل فيها الجهاز توضح ما يمكنه فعله وما لا يمكنه فعله، وهو أمر بالغ الأهمية عند تصميم الشبكة أو إصلاحها.

تتعامل الطبقتان 1 و2 مع الاتصال داخل شبكة محلية واحدة فقط. ولا يمكنهما نقل البيانات بين شبكات منفصلة، لأن عناوين MAC غير مصممة للتوجيه العالمي. وللانتقال من شبكة إلى أخرى، تحتاج إلى الطبقة 3 وعناوين IP. ويوضح هذا الحد سبب وجود الطبقات الأعلى، وسبب كون الموجّه، وليس المحول، هو الذي يربط الشبكات المختلفة.

ترسل الطبقة الفيزيائية البِتّات الخام على هيئة إشارات عبر وسيط، بينما تحزم طبقة ربط البيانات تلك البِتّات في إطارات تحتوي على عناوين MAC وتحقق من الأخطاء لضمان التسليم المحلي الموثوق. توجد الموزعات في الطبقة 1، والمحولات في الطبقة 2. وتحول هاتان الطبقتان السفليتان معًا الإشارات الكهربائية أو الضوئية إلى اتصال موثوق بين الأجهزة المتجاورة على الشبكة نفسها.

ماذا تضيف طبقة ربط البيانات إلى البِتّات الخام القادمة من الطبقة الفيزيائية؟

تنقل الطبقة الفيزيائية (الطبقة 1) البِتّات الخام على هيئة إشارات عبر الكابلات أو الألياف أو موجات الراديو. وتحزم طبقة ربط البيانات (الطبقة 2) البِتّات في إطارات تحتوي على عناوين MAC وتسلسل تحقق من الإطار لاكتشاف الأخطاء، مما يضمن التسليم المحلي الموثوق. وتضم الطبقة 2 الطبقتين الفرعيتين MAC وLLC. تعمل الموزعات في الطبقة 1، والمحولات في الطبقة 2. وتتولى هاتان الطبقتان الاتصال المحلي فقط؛ أما عبور الشبكات فيتطلب الطبقة 3.