1.2 שכבת הקו הרצאה

מבוא

שכבת הקו היא השכבה השנייה במודל OSI, והיא שכבה תוכנתית עם מספר מטרות:

• מתן זהות ייחודית לכל רכיב רשתי או מחשב.
• הבטחת אמינות בתקשורת.
• מניעת התנגשויות מידע.

פרוטוקול

פרוטוקול הוא דרך מוסכמת שבה מחשבים מתקשרים זה עם זה מבחינה תוכנתית.

• לדוגמה, פרוטוקול עשוי להגדיר שכל שיחה בין שני מחשבים חייבת להתחיל במחרוזת "hello".
• ניתן לחשוב עליו כשפה משותפת שכל המחשבים חייבים לדבר בה כדי להבין זה את זה.
• קיימים פרוטוקולים רבים, ואנו נתמקד בכאלה שמממשים את שכבת הקו עבור טווחים מסוימים.

כדי ששכבת הקו תשיג את מטרותיה, יש להגדיר פרוטוקולים שבהם כל המחשבים ברשת חייבים להשתמש.

התקן - RFC

בעולם המחשבים קיימים תקנים שמגדירים כיצד מחשבים מתקשרים.

• הארגון העיקרי שאחראי על התקנים האלה הוא IEEE, המחזיק במספר רב של תקנים.
• תקנים אלו נקראים RFC, והם מגדירים פרוטוקולים, דרך פעולתם, ואופן השימוש בהם.

דוגמאות לפרוטוקולים בשכבת הקו:

• 802.3 – Ethernet: מגדיר את שכבת הקו עבור תקשורת בכבלים פיזיים.
• 802.11 – Wi-Fi: מגדיר את שכבת הקו עבור תקשורת אלחוטית.
• 802.15 – Bluetooth: מגדיר את שכבת הקו עבור התקני Bluetooth, כמו אוזניות אלחוטיות.

תפקידי שכבת הקו

שליחת מידע:

• קבלת המידע מהשכבה שמעליה.
• חלוקת המידע למסגרות בהתאם למגבלות התקשורת של הטווח.
• שליחת המסגרות אחת אחרי השנייה.

קבלת מידע:

• קבלת נתונים מהשכבה הפיזית (כרטיס הרשת).
• פירוק הנתונים למסגרות.
• בדיקה האם המידע מיועד למחשב המקומי.
• אם כן – העברת הנתונים לשכבה הבאה, אחרת התעלמות מהם.

סיכום:

שכבת הקו אחראית על שלושה היבטים עיקריים:

• מסגור מידע – התאמת הנתונים למגבלות הרשת (למשל, Ethernet יכול להעביר רק 1500 בתים בו-זמנית).
• זיהוי ותיקון שגיאות – בדיקה שהמידע עבר בשלמותו.
• זהות לכל רכיב – שימוש בכתובת MAC (נרחיב בהמשך).

מסגור (Framing)

• פאקטה היא יחידת מידע שמחשבים מעבירים ביניהם.
• לכל רשת יש מגבלת גודל מידע שניתן לשלוח בפעם אחת, הנקראת MTU (Maximum Transmission Unit).
• לדוגמה, ב-Ethernet ה-MTU הוא לרוב 1500 בתים. אם יש צורך להעביר יותר נתונים, הם מחולקים למסגרות קטנות יותר.
• תהליך זה נקרא מסגור (Framing), והוא גורם לכך שפאקטה אחת עשויה להיות מורכבת ממספר מסגרות (Frames).

כיצד הצד המקבל יודע את גודל המסגרות?

1. ספירת בתים – לפני שליחת המסגרת מציינים את אורכה בבתים.
2. שיטת הדגל – שימוש בסמני התחלה וסיום (למשל, 10101010 לתחילת מסגרת ו-01010101 לסופה).
   • אם ערכים אלו מופיעים בתוך המסגרת עצמה, מוסיפים סימון מיוחד כדי להבדילם מהסמנים.

זיהוי ותיקון שגיאות

זיהוי שגיאות

שיטת Parity Bit

• שיטה לזיהוי איבוד מידע באמצעות ספירת הביטים שהערך שלהם 1 בכל בית בפאקטה.
• אם מספר הביטים אי-זוגי, מוסיפים ביט נוסף עם הערך 1 כדי להפוך אותו לזוגי.
• הצד המקבל בודק אם מספר הביטים נשאר זוגי – אם לא, סימן שחלק מהמידע אבד.

שיטת Checksum

• חישוב סכום הביטים בעלי הערך 1 בפאקטה ושמירתו בתחילת ההודעה.
• הצד המקבל מחשב מחדש את ה-Checksum ומשווה אותו לערך שנשלח.
• אם הערכים אינם תואמים, יש תקלה במידע.
• לעיתים משתמשים ב-Checksum ל-Checksum כדי לוודא שגם הוא עצמו לא נפגם.

תיקון שגיאות

• כאשר מזוהה שגיאה, ניתן לבקש שליחה חוזרת של המידע הפגום.
• לחלופין, ניתן לשלוח את המידע מספר פעמים כדי להגדיל את הסיכוי לקבלו בצורה תקינה.

זהות לכל רכיב

• כתובת MAC (Media Access Control) היא מזהה ייחודי לכל כרטיס רשת, אשר ניתן לו בזמן הייצור.
• הכתובת מורכבת מ-6 בתים:
  • 3 הבתים הראשונים מזהים את יצרן הכרטיס (Manufacturer ID).
  • 3 הבתים האחרונים הם מספר ייחודי שמבדיל את הכרטיס מכרטיסים אחרים בעולם.

איך זה מועיל?

• דמיינו רשת מחשבים שבה כולם מחוברים לאותו כבל (טופולוגיית Bus).
• כאשר מחשב שולח פאקטה למחשב אחר, כל המחשבים ברשת מקבלים אותה.
• כתובת ה-MAC מאפשרת למחשב היעד לזהות שהפאקטה מיועדת אליו, בעוד שאר המחשבים יתעלמו ממנה.
• באופן דומה, הפאקטה גם מכילה את כתובת ה-MAC של השולח, כך שהמקבל יודע ממי התקבלה ההודעה.

• בשיעור הבא נראה כיצד מומשה כל מאפייני השכבה עם פרוטוקול תוכנתי בשם "אתרנט".