ما هي وظائف الطبقة المادية في شبكات الحاسوب

تقدم الطبقة المادية الخدمات الخاصة إلى طبقة ارتباط البيانات ثم تتيح طبقة “DLL” جميع الإطارات للطبقة المادية، وتقوم الطبقة المادية بتغييرها إلى نبض كهربائي مثل النموذج الثنائي وفي النهاية يتم نقل هذه البيانات الثنائية إلى وسائط نقل سلكية أو لاسلكية.

ما هي الطبقة المادية

الطبقة المادية: هي الطبقة السفلية في نموذج ربط النظام المفتوح “OSI” وهو تمثيل مادي وكهربائي للنظام، وهي تتألف من مكونات شبكة مختلفة مثل مقابس الطاقة والموصلات وأجهزة الاستقبال وأنواع الكابلات وما إلى ذلك.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.

• “DLL” هي اختصار لـ “data link layer”.

أساسيات عمل وظائف الطبقة المادية

تنقل الطبقة المادية بتات البيانات من جهاز مثل الكمبيوتر إلى جهاز آخر، كما تحدد الطبقة المادية أنواع التشفير، وهذه هي الطريقة التي يتم بها ترميز 0 و1 في إشارة والطبقة المادية مسؤولة عن اتصالات تدفقات البيانات الخام غير المهيكلة عبر وسيط مادي.

الطبقة المادية هي طبقة 1 في نموذج “OSI” الذي يلعب نشاطاً رئيسياً للتفاعل مع مكونات الأجهزة ونظام آلية الإشارة، كما تتعامل هذه الطبقة في الواقع مع توصيل نقطتي محطة متميزتين وتحدد الطبقة المادية موارد الأجهزة والترددات والنبض والكابلات التي يتم تمثيلها في الإشارات الثنائية مثل 0 و1.

انتقال الإشارة في الطبقة المادية

في الطبقة المادية يتم استخدام نوعين متميزين من التقنيات لنقل الإشارات عبر الشبكة، مثل:

أولاً: إشارات النطاق الأساسي

• في هذه الطريقة يتعين إرسال واستقبال البيانات عبر سطر واحد بالترتيب ولكن قبل إرسال البيانات في إطار زمني مميز.

• يجب تقسيم هذه البيانات وتُعرف هذه العملية باسم “مضاعفة تقسيم الوقت”.

• أفضل مثال على إشارات النطاق الأساسي هو “Ethernet” المستخدم في تقنية شبكة المنطقة المحلية.

ثانياً: إرسال إشارات النطاق العريض

في طريقة إرسال إشارات النطاق العريض يمكن استخدام خط واحد فقط لإرسال واستقبال الإشارة عبر ترددات مختلفة للبيانات الصادرة والواردة، لذلك يُعرف باسم “مضاعفة تقسيم التردد” وأفضل مثال على ذلك هو “التلفاز“.

الوظائف التي تؤديها الطبقة المادية

• تحافظ الطبقة المادية على معدل البيانات أي عدد البتات التي يمكن للمرسل إرسالها في الثانية.

• ينفذ تزامن البتات.

• يساعد في قرار متوسط ​​الإرسال أي اتجاه نقل البيانات.

• إنّه يساعد في قرار الهيكل المادي أي الشبكة والنجمية والحافلة والحلقة والطوبولوجيا التي يمكن من خلالها توصيل الأجهزة ببعضها البعض.

• يساعد في توفير قرارات الوسيط المادي والواجهة.

• يوفر نوعين من التكوين من نقطة إلى نقطة والتكوين متعدد النقاط.

• يوفر واجهة بين الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر أو أجهزة الكمبيوتر ووسيلة النقل.

• لديها وحدة بيانات بروتوكول في بت.

• يتم استخدام المحاور والإيثرنت وما إلى ذلك في هذه الطبقة.

• تندرج هذه الطبقة ضمن فئة طبقات الأجهزة ونظراً لأنّ طبقة الأجهزة مسؤولة عن جميع عمليات إنشاء الاتصال المادي ومعالجته أيضاً.

• يوفر جانباً مهماً يسمى التعديل، وهو عملية تحويل البيانات إلى موجات راديو عن طريق إضافة المعلومات إلى إشارة عصبية كهربائية أو بصرية.

• كما يوفر آلية تبديل، حيث يمكن إعادة توجيه حزم البيانات من منفذ واحد أي منفذ المرسل إلى منفذ الوجهة الرئيسي.

• يحدد الخصائص الفيزيائية ووظائف الأجهزة والواجهات المادية، بحيث يمكن أن يحدث الإرسال كما يوضح عدد المسامير في كل جهاز بالإضافة إلى الغرض من كل دبوس.

• يحدد وسيط الإرسال ونوع الإشارة لإرسال البتات، أي النبضات الكهربائية أو النبضات الضوئية أو إشارات الراديو.

• يحدد إجراء تشفير البتات، وعلى سبيل المثال كم عدد الفولت الذي يجب أن يمثل “0 بت” و”1 بت” في حالة الإشارات الكهربائية.

• يحدد معدل نقل البيانات أي عدد البتات المرسلة في الثانية، ومدة قليلا أي كم تبقى قليلاً.

• يحدد الهيكل أي التخطيط المادي لأجهزة الشبكة.

• يوضح أيضاً اتجاه الإرسال أي ما إذا كان الإرسال في وضع الإرسال البسيط أو وضع الإرسال أحادي الاتجاه أو الوضع ثنائي الاتجاه.

خصائص وظائف الطبقة المادية

أولاً: الخصائص الفيزيائية للواجهات والوسائط

• تحدد خصائص الواجهة بين الأجهزة ووسط الإرسال.

• كما أنّه يحدد نوع وسيط الإرسال.

• سعة وسائط الإرسال هي عرض النطاق الترددي.

• يحدد سرعة الإرسال ومنهجية الاتصال.

ثانياً: تمثيل البتات

• تتضمن بيانات الطبقة المادية دفقاً من البتات أي تسلسل من 0 و1 بدون أي تفسير.

• لكي يتم إرسال البتات يجب تشفيرها في الإشارات أي الكهربائية أو الضوئية.

• تحدد الطبقة المادية نوع التشفير كيف يتم تغيير 0 و1 في الإشارات.

• هذه الطبقة مسؤولة عن تسليم البيانات بت بِت إلى طبقتها العلوية المسماة طبقة “MAC”.

• تحصل الطبقة المادية على البيانات في شكل إشارات أو إشارات الراديو أو الإشارات الضوئية.

• الطبقة المادية مسؤولة عن توصيل تلك الإشارات من كابل أو موجه “Wi-Fi” أو ألياف ضوئية.

ملاحظة: “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.

ثالثاً: معدل البيانات أي معدل الإرسال

• يتم أيضاً تحديد عدد البتات التي يتم إرسالها في كل ثانية بواسطة الطبقة المادية.

• وبمعنى آخر تحدد الطبقة المادية مدة بعض الشيء أيضاً.

رابعاً: تزامن البتات

من الضروري أن يكون هناك التزامن بين المرسل والمستقبل على مستوى البت الذي يجب مزامنة ساعات المرسل والمستقبل.

خامساً: تكوين الخط

• الطبقة المادية مسؤولة عن توصيل الأجهزة بالوسيط. جهازان متصلان من خلال ارتباط مخصص في تكوين من نقطة إلى نقطة.

• يتم مشاركة ارتباط واحد بين عدة أجهزة في تكوين متعدد النقاط.

• يقوم الكمبيوتر بتوليد البيانات على شكل “0” و”1″، لذلك هناك أنواع مختلفة من الكابلات التي تنقل البيانات من جهاز الكمبيوتر الخاص إلى المحول أو منفذ قريب.

• في هذه الحالة يكون المشفر مسؤولاً عن تشفير البيانات قبل إرسالها على الأسلاك المختلفة تماماً مثل شرطة المرور.

• بعد ذلك ستستخرج وحدة فك التشفير هذه البيانات بالمثل من الأسلاك المختلفة وتجعلها قابلة للقراءة على أجهزة الكمبيوتر.

سادساً: الهيكل المادي

• يحدد الهيكل المادي كيفية توصيل الأجهزة لإنشاء شبكة.

• يمكن أن تستخدم الأجهزة طوبولوجيا شبكية أي يمكن توصيل كل جهاز بأجهزة أخرى أو طوبولوجيا نجمية أي جميع الأجهزة متصلة من خلال جهاز مركزي، أو طوبولوجيا حلقة أي تتصل الأجهزة بالحلقة التالية أو طوبولوجيا الحافلات أي كل جهاز يشترك في ارتباط مشترك.

• بالنسبة للاتصالات الرقمية والتماثلية، تشمل إرسال البيانات قواعد التوقيت والتشفير.

سابعاً: وضع الإرسال

• يشار إلى آلية نقل البيانات أو المعلومات بين جهازين مرتبطين متصلين عبر شبكة بأوضاع الإرسال.

• وهي أحادية الاتجاه أو أحادية الاتجاه أو ثنائية الاتجاه بالكامل.

• في الوضع البسيط يكون الاتصال أحادي الاتجاه، حيث يمكن إرسال البيانات في اتجاه واحد فقط.

• هذا يعني أنّه لا يمكن إرسال رسالة مرة أخرى إلى المرسل تماماً مثل طريق ذات اتجاه واحد.

• في الوضع أحادي الاتجاه يمكن لكل محطة إرسال البيانات واستقبالها أيضاً.

• في وضع مزدوج الاتجاه أو ببساطة مزدوج، يكون الاتصال ثنائي الاتجاه أي تدفق البيانات في كلا الاتجاهين في نفس الوقت.