التحكم في الوصول إلى الوسائط

الموسوعة الحرة

في معايير IEEE 802 للشبكات المحلية/الشبكات الحضرية ، تُعرف طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط ( MAC )، أو التحكم في الوصول إلى الوسائط ، بأنها الطبقة المسؤولة عن التحكم في الأجهزة التي تتفاعل مع وسيط الإرسال السلكي (الكهربائي أو البصري) أو اللاسلكي . وتشكل طبقة MAC الفرعية وطبقة التحكم في الارتباط المنطقي (LLC) معًا طبقة ربط البيانات . توفر طبقة LLC التحكم في التدفق وتعدد الإرسال للارتباط المنطقي (مثل EtherType ، وعلامة VLAN 802.1Q، إلخ)، بينما توفر طبقة MAC التحكم في التدفق وتعدد الإرسال لوسيط الإرسال.

تُشكل هاتان الطبقتان الفرعيتان معًا الطبقة الثانية من نموذج OSI . ولأسباب تتعلق بالتوافق، تُعد طبقة LLC اختيارية لتطبيقات معيار IEEE 802.3 (حيث تكون الإطارات حينها "خامًا")، ولكنها إلزامية لتطبيقات معايير الطبقة الفيزيائية الأخرى لـ IEEE 802. ضمن التسلسل الهرمي لنموذج OSI ومعايير IEEE 802، تُوفر طبقة MAC تجريدًا للتحكم في الطبقة الفيزيائية، بحيث تكون تعقيدات التحكم في الوصلة الفيزيائية غير مرئية لطبقة LLC والطبقات العليا من حزمة الشبكة. وبالتالي، يُمكن استخدام أي طبقة LLC فرعية (والطبقات الأعلى) مع أي طبقة MAC. بدورها، ترتبط كتلة التحكم في الوصول إلى الوسائط رسميًا بالطبقة الفيزيائية ( PHY) عبر واجهة مستقلة عن الوسائط . على الرغم من أن كتلة MAC تُدمج اليوم عادةً مع الطبقة الفيزيائية (PHY) ضمن نفس حزمة الجهاز ، إلا أنه تاريخيًا كان يُمكن استخدام أي طبقة MAC مع أي طبقة PHY، بغض النظر عن وسيط الإرسال.

عند إرسال البيانات إلى جهاز آخر على الشبكة، تقوم طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) بتغليف الإطارات ذات المستوى الأعلى في إطارات مناسبة لوسيط الإرسال (أي أن طبقة MAC تضيف ديباجة كلمة تزامن ، بالإضافة إلى حشو إذا لزم الأمر)، وتضيف تسلسل فحص الإطارات لتحديد أخطاء الإرسال، ثم تُعيد توجيه البيانات إلى الطبقة الفيزيائية بمجرد أن تسمح طريقة الوصول المناسبة للقناة بذلك. بالنسبة للطوبولوجيات التي تحتوي على نطاق تصادم (مثل طوبولوجيات الناقل، والحلقة، والشبكة، والنقطة إلى نقاط متعددة)، تتحكم طريقة الوصول إلى القناة في وقت إرسال البيانات ووقت الانتظار اللازم لتجنب التصادمات . بالإضافة إلى ذلك، فإن طبقة MAC مسؤولة أيضًا عن تعويض التصادمات عن طريق بدء إعادة الإرسال في حالة اكتشاف إشارة تشويش . عند استقبال البيانات من الطبقة الفيزيائية، تضمن طبقة MAC سلامة البيانات عن طريق التحقق من تسلسلات فحص الإطارات الخاصة بالمرسل، وتزيل ديباجة المرسل والحشو قبل تمرير البيانات إلى الطبقات الأعلى.

الوظائف التي يتم تنفيذها في الطبقة الفرعية MAC

وفقًا لمعيار IEEE 802-2001 القسم 6.2.3 "الطبقة الفرعية MAC"، فإن الوظائف الأساسية التي تؤديها طبقة MAC هي: [ 2 ]

  • تحديد الإطار والتعرف عليه
  • توجيه الرسائل إلى محطات الوجهة (سواء كانت محطات فردية أو مجموعات من المحطات)
  • نقل معلومات عنونة محطة المصدر
  • نقل البيانات الشفاف لوحدات بيانات بروتوكول مستوى الطبقة (LLC PDUs)، أو المعلومات المكافئة في الطبقة الفرعية لشبكة الإيثرنت
  • الحماية من الأخطاء، بشكل عام عن طريق إنشاء وفحص تسلسلات فحص الإطار
  • التحكم في الوصول إلى وسيط النقل المادي

في حالة الإيثرنت ، فإن الوظائف المطلوبة من وحدة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) هي: [ 3 ]

  • استقبال/إرسال الإطارات العادية
  • إعادة الإرسال بنصف الازدواج ووظائف التراجع
  • إلحاق/فحص تسلسل فحص الإطار (FCS )
  • إنفاذ الفجوة بين الإطارات
  • تجاهل الإطارات المشوهة
  • إضافة (tx) / إزالة (rx) الديباجة، و SFD ( فاصل إطار البداية )، والحشو
  • التوافق مع وضع نصف الازدواج: إضافة عنوان MAC (للمرسل) / إزالة عنوان MAC (للمستقبل)

آلية العنونة

تُسمى عناوين الشبكة المحلية المستخدمة في شبكات IEEE 802 وشبكات FDDI بعناوين MAC ؛ وهي تستند إلى نظام العنونة المستخدم في تطبيقات الإيثرنت المبكرة . يُقصد بعنوان MAC أن يكون رقمًا تسلسليًا فريدًا. تُخصص عناوين MAC عادةً لأجهزة واجهة الشبكة عند تصنيعها. يُحدد الجزء الأهم من العنوان الشركة المصنعة، التي تُخصص الجزء المتبقي منه، مما يوفر عنوانًا فريدًا محتملاً. هذا يُتيح إمكانية تسليم الإطارات عبر وصلة شبكة تربط الأجهزة المضيفة باستخدام مزيج من المُكررات والموزعات والجسور والمحولات ، ولكن ليس عبر موجهات طبقة الشبكة . على سبيل المثال، عندما تصل حزمة IP إلى شبكتها (الفرعية) الوجهة، يتم تحويل عنوان IP الوجهة (مفهوم من الطبقة 3 أو طبقة الشبكة) باستخدام بروتوكول تحليل العناوين ( ADP) لـ IPv4 ، أو باستخدام بروتوكول اكتشاف الجوار (IPv6) إلى عنوان MAC (مفهوم من الطبقة 2) للجهاز المضيف الوجهة.

ومن أمثلة الشبكات المادية شبكات الإيثرنت وشبكات الواي فاي ، وكلاهما شبكات IEEE 802 وتستخدم عناوين MAC ذات 48 بت IEEE 802.

لا يلزم وجود طبقة MAC في الاتصال ثنائي الاتجاه الكامل من نقطة إلى نقطة ، ولكن يتم تضمين حقول العناوين في بعض بروتوكولات الاتصال من نقطة إلى نقطة لأسباب تتعلق بالتوافق.

آليات التحكم في الوصول إلى القنوات

تُعرف آليات التحكم في الوصول إلى القناة التي توفرها طبقة MAC أيضًا باسم طريقة الوصول المتعدد . وهذا يُتيح لعدة محطات متصلة بنفس الوسيط المادي مشاركته. ومن أمثلة الوسائط المادية المشتركة: شبكات الحافلات ، والشبكات الحلقية ، وشبكات الموزعات، والشبكات اللاسلكية ، ووصلات نقطة إلى نقطة نصف مزدوجة . قد تكشف طريقة الوصول المتعدد عن تصادمات حزم البيانات أو تتجنبها في حال استخدام طريقة وصول إلى القناة تعتمد على التنافس في وضع الحزم ، أو قد تحجز موارد لإنشاء قناة منطقية في حال استخدام طريقة وصول إلى القناة تعتمد على تبديل الدوائر أو تقسيم القنوات. وتعتمد آلية التحكم في الوصول إلى القناة على مخطط تعدد الإرسال في الطبقة المادية .

تُعدّ تقنية CSMA/CD القائمة على التنافس، والمستخدمة في شبكات الإيثرنت، أكثر طرق الوصول المتعدد شيوعًا . ولا تُستخدم هذه الآلية إلا ضمن نطاق تصادم الشبكة، كما هو الحال في شبكة ناقل الإيثرنت أو شبكة طوبولوجيا النجمة القائمة على الموزع. ويمكن تقسيم شبكة الإيثرنت إلى عدة نطاقات تصادم، مترابطة فيما بينها بواسطة الجسور والمحولات.

لا يلزم وجود طريقة وصول متعددة في شبكة مزدوجة الاتجاه كاملة التبديل ، مثل شبكات إيثرنت التبديل الحالية، ولكنها غالبًا ما تكون متاحة في المعدات لأسباب تتعلق بالتوافق.

آلية التحكم في الوصول إلى القناة للإرسال المتزامن

يزيد استخدام الهوائيات الاتجاهية وتقنية الاتصالات بالموجات المليمترية في شبكة المنطقة الشخصية اللاسلكية من احتمالية جدولة عمليات الإرسال المتزامنة غير المتداخلة في منطقة محددة، مما يؤدي إلى زيادة هائلة في إنتاجية الشبكة. ومع ذلك، فإن الجدولة المثلى للإرسال المتزامن تُعدّ مسألة صعبة الحل (NP-hard) . [ 4 ]

الشبكات الخلوية

تستخدم الشبكات الخلوية ، مثل شبكات GSM و UMTS و LTE ، طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC). صُمم بروتوكول MAC في الشبكات الخلوية لتحقيق أقصى استفادة من الطيف الترددي المرخص باهظ الثمن. [ 5 ] تقع واجهة الهواء للشبكة الخلوية في الطبقتين 1 و2 من نموذج OSI؛ وفي الطبقة 2، تُقسم إلى طبقات بروتوكول متعددة. في UMTS وLTE، تشمل هذه البروتوكولات بروتوكول تقارب حزم البيانات (PDCP)، وبروتوكول التحكم في وصلة الراديو (RLC)، وبروتوكول MAC. تتمتع المحطة الأساسية بتحكم كامل في واجهة الهواء، وتُحدد مواعيد الوصول إلى الوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة لجميع الأجهزة. يُحدد بروتوكول MAC من قِبل 3GPP في المواصفة الفنية TS 25.321 [ 6 ] لشبكات UMTS، والمواصفة الفنية TS 36.321 [ 7 ] لشبكات LTE، والمواصفة الفنية TS 38.321 [ 8 ] لشبكات الجيل الخامس (5G) .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "X.225  : تكنولوجيا المعلومات - الربط البيني للأنظمة المفتوحة - بروتوكول جلسة موجهة الاتصال: مواصفات البروتوكول" . مؤرشف من الأصل في 1 فبراير 2021. تم الاطلاع عليه في 10 مارس 2023 .
  2. ↑ "معيار IEEE 802-2001 (R2007) لشبكات المناطق المحلية والحضرية: نظرة عامة وبنية" (ملف PDF) . IEEE. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 29 أبريل 2003.
  3. ↑ "4.1.4"، معيار IEEE 802.3-2002 ، معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، مؤرشف من الأصل في 16 يونيو 2019
  4. ↑ بلال، محمد؛ وآخرون (2014). "مخططات جدولة زمنية محددة للإرسال المتزامن متعدد القفزات في شبكات WPANs المزودة بهوائي اتجاهي". مجلة ETRI . 36 (3): 374-384 . arXiv : 1801.06018 . doi : 10.4218/etrij.14.0113.0703 . 
  5. ↑ غووانغ مياو ؛ ينس زاندر؛ كي وون سونغ؛ بن سليمان (2016). أساسيات شبكات البيانات المتنقلة . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-1107143210.
  6. ↑ مواصفات بروتوكول التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) الصادرة عن 3GPP TS 25.321
  7. ↑ 3GPP TS 36.321 بروتوكول الوصول الراديوي الأرضي العالمي المتطور (E-UTRA)؛ مواصفات بروتوكول التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC)
  8. ↑ 3GPP TS 38.321 NR؛ مواصفات بروتوكول التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC)