اقرأ في هذا المقال
“OSI” تعني نموذج ربط الأنظمة المفتوحة، والطبقة المادية في نموذج “OSI” هي الطبقة الدنيا وتستخدم لنقل البيانات في شكلها الأساسي مستوى البت، كما يمكن أن يكون وسيط الإرسال سلكياً أو لاسلكياً وتشتمل مكونات الطبقة المادية في النموذج السلكي على الكابلات والموصلات، والتي يتم تنفيذها لنقل البيانات من مكان إلى آخر.
ما هي الطبقة المادية
الطبقة المادية: هي الطبقة الأولى في نموذج “OSI”، وتلعب دور التفاعل مع الأجهزة الفعلية وآلية الإشارات، والطبقة المادية هي الطبقة الوحيدة من نموذج شبكة “OSI” التي تتعامل فعلياً مع التوصيل المادي لمحطتين مختلفتين، حيث تحدد هذه الطبقة معدات الأجهزة والكابلات والأسلاك والترددات والنبضات المستخدمة لتمثيل الإشارات الثنائية وما إلى ذلك.
- “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.
أساسيات الطبقة المادية
يتم إرسال البيانات في شكل إشارات كهرومغناطيسية والتي تُترجم إلى تيار من البتات، وعلى مدى السنوات القليلة الماضية كان هناك نمو سريع في نقل البيانات اللاسلكية أيضاً، حيث نظراً لتوفر الإنترنت أصبحت اتصالات “Wi-Fi” و”Bluetooth” هي القاعدة.
توفر الطبقة المادية خدماتها لطبقة ارتباط البيانات، حيث تقوم طبقة ارتباط البيانات بتسليم الإطارات إلى الطبقة المادية، كما تقوم الطبقة المادية بتحويلها إلى نبضات كهربائية تمثل البيانات الثنائية ثم يتم إرسال البيانات الثنائية عبر الوسائط السلكية أو اللاسلكية.
للطبقة المادية مسؤوليتين هما إرسال بتات واستقبالها، حيث تأتي البتات فقط بقيم 1 أو 0 وتتواصل الطبقة المادية مباشرة مع الأنواع المختلفة لوسائط الاتصال الفعلية، كما تُعتبر أنواع الوسائط المتنوعة قيم البت هذه بطرق مختلفة وهناك حاجة إلى بروتوكولات محددة لكل نوع من أنواع الوسائط لوصف أنماط البت المناسبة التي يجب استخدامها، وكيفية تشفير البيانات في إشارات الوسائط والصفات المختلفة لواجهة ربط الوسائط المادية.
تحدد مواصفات الطبقة المادية المتطلبات الكهربائية والميكانيكية والوظيفية لتكوين وصيانة وإلغاء تحفيز الرابط المادي بين الأنظمة الطرفية، وفي الطبقة المادية يتم تحديد الواجهة بين المعدات الطرفية للبيانات “DTE” وجهاز إنهاء دائرة البيانات “DCE”، كما يتم تحديد موصلات الطبقة المادية “RJ-45″ و”BNC e.c.t” والطوبولوجيا المادية المختلفة أي شبكات الحافلات والنجوم والشبكات الهجينة، وبواسطة “OSI” كمعايير ممّا يسمح للأنظمة المختلفة بالتواصل.
- “DTE” هي اختصار لـ “Data terminal equipment”.
- “DCE” هي اختصار لـ “Data termination equipment”.
- “RJ-45” هي اختصار لـ “Registered Jack-45”.
- “BNC” هي اختصار لـ “Bayonet Neil-Concelman”.
عناصر الطبقة المادية
أولاً: الإشارات
- عندما يتم إرسال البيانات عبر وسيط مادي يجب أولاً تحويلها إلى إشارات كهرومغناطيسية.
- يمكن أن تكون البيانات نفسها تمثيلية مثل الصوت البشري أو رقمية مثل الملفات الموجودة على القرص.
- يمكن تمثيل كل من البيانات التماثلية والرقمية في إشارات رقمية أو تماثيلية.
1- الإشارات الرقمية
- الإشارات الرقمية منفصلة بطبيعتها وتمثل تسلسل نبضات الجهد.
- تُستخدم الإشارات الرقمية داخل دائرة نظام الكمبيوتر.
2- الإشارات التماثلية
الإشارات التماثلية: هي في شكل موجة مستمرة في الطبيعة وتمثلها موجات كهرومغناطيسية مستمرة.
ثانياً: ضعف ناقل الحركة
عندما تنتقل الإشارات عبر الوسط، فإنّها تميل إلى التدهور، وقد يكون لهذا العديد من الأسباب كما هو موضح:
1- التوهين
لكي يفسر المستقبِل البيانات بدقة، يجب أن تكون الإشارة قوية بدرجة كافية وعندما تمر الإشارة عبر الوسط تميل إلى أن تصبح أضعف لأنّها تغطي المسافة تفقد قوتها.
2- التشتت
- عندما تنتقل الإشارة عبر الوسائط فإنّها تميل إلى الانتشار والتداخل.
- مقدار التشتت يعتمد على التردد المستخدم.
3- تأخير التشويه
- يتم إرسال الإشارات عبر الوسائط بسرعة وتردد محددين مسبقاً.
- إذا لم تتطابق سرعة الإشارة والتردد، فهناك احتمالات أن تصل الإشارة إلى الوجهة بطريقة عشوائية.
- في الوسائط الرقمية، يُعد هذا أمراً بالغ الأهمية أن تصل بعض وحدات البت إلى ما قبل تلك المرسلة مسبقاً.
4- الضوضاء
تُعد الاضطراب العشوائي أو التقلب في الإشارة التماثلية أو الرقمية يمثل ضوضاء في الإشارة، ممّا قد يؤدي إلى تشويه المعلومات الفعلية التي يتم نقلها، كما يمكن تمييز الضوضاء في أحد الفئات التالية:
أولاً: الضوضاء الحرارية
تعمل الحرارة على إثارة الموصلات الإلكترونية للوسيط ممّا قد يؤدي إلى حدوث ضوضاء في الوسائط وحتى مستوى معين لا يمكن تجنب الضوضاء الحرارية.
ثانياً: التعديل
- عندما تشترك ترددات متعددة في وسيط، يمكن أن يتسبب تداخلها في حدوث ضوضاء في الوسط.
- تحدث ضوضاء التشكيل البيني إذا كان هناك ترددان مختلفان يتشاركان وسيطاً وكان أحدهما به قوة مفرطة أو أنّ المكون نفسه لا يعمل بشكل صحيح، فقد لا يتم تسليم التردد الناتج كما هو متوقع.
ثالثاً: الحديث المتبادل
يحدث هذا النوع من الضوضاء عندما تدخل إشارة أجنبية إلى الوسائط، وذلك لأنّ الإشارة في وسيط واحد تؤثر على إشارة الوسيط الثاني.
رابعاً: الاضطرابات غير المنتظمة
- يتم إدخال هذه الضوضاء بسبب الاضطرابات غير المنتظمة مثل البرق أو الكهرباء أو ماس كهربائى أو المكونات المعيبة.
- تتأثر البيانات الرقمية في الغالب بهذا النوع من الضوضاء.
ثالثاً: وسائط النقل
الوسائط التي يتم إرسال المعلومات بين نظامي كمبيوتر عليها، تسمى وسائط الإرسال، ووسائط النقل تأتي في شكلين.
1- وسائل الإعلام الموجهة
- جميع أسلاك أو كابلات الاتصال عبارة عن وسائط موجهة، مثل “UTP” والكابلات المحوريةوالألياف الضوئية.
- في هذه الوسائط يتم توصيل المرسل والمستقبل بشكل مباشر ويتم إرسال المعلومات أي إرشادها من خلاله.
ملاحظة:“UTP” هي اختصار لـ “Unshielded Twisted Pair”.
2- وسائط غير موجهة
- يُعد الفضاء اللاسلكي أو في الهواء الطلق عبارة عن وسائط غير موجهة، لأنّه لا يوجد اتصال بين المرسل والمستقبل.
- تنتشر المعلومات عبر الأثير ويمكن لأي شخص بما في ذلك المستلم الفعلي جمع المعلومات.
مكونات الطبقة المادية
تشتمل مكونات الأجهزة الأساسية المستخدمة في الطبقة المادية “OSI” على بطاقات واجهة الشبكة “NIC” والموصلات والواجهات والكابلات التي تسهل نقل البيانات من المصدر إلى الوجهة.
1- بطاقة دخول الشبكة
- تُعد بطاقة واجهة الشبكة مكوناً يتم تثبيته في الكمبيوتر لتوصيله بأي شبكة متاحة.
- تُستخدم الموصلات والواجهات لتوصيل الكابلات من مصدر إلى آخر.
- اعتماداً على نوع الكابل المستخدم، يتم اختيار الموصلات وفقاً لذلك.
- والكابلات عبارة عن مكونات مادية تحمل إشارات كهرومغناطيسية أو بصرية من خلالها وتنقلها من مصدر شبكة إلى وجهة شبكة.
2- أنواع كابل الطبقة المادية
هناك “3 أنواع” رئيسية من الكابلات المستخدمة في الشبكات هي زوج مجدول محمي وزوج مجدول غير محمي وكابل محوري.
أولاً: زوج ملتوي محمي
يتضمن هذا النوع من الكابلات وضع درع رقائق معدنية حول أزواج من الأسلاك الملتوية لمنع التداخل الكهرومغناطيسي.
ثانياً: زوج مجدول غير محمي
هذا النوع من الكابلات مصنوع بنفس طريقة زوج مجدول محمي ولكن بدون درع رقائق إضافي حول الأسلاك.
ثالثاً: كابل متحد المحور
- يحتوي هذا النوع من الكابلات على سلك مغطى بدروع موصلة وعزل بديلة.
- هذا يجعل الكابل أكثر موثوقية عند توصيل شبكات مختلفة.
