صيغة إطار الإيثرنت (Ethernet Frame Format) ومحتويات الـ Header
تعتبر شبكات الإيثرنت من أكثر أنواع الشبكات استخدامًا في نقل البيانات عبر الشبكة المحلية (LAN)، حيث يتم استخدامها على نطاق واسع في الشبكات السلكية. في هذه المقالة، سنتناول بالتفصيل صيغة إطار الإيثرنت (Ethernet Frame Format)، وكذلك مكونات الـ Header الخاص بهذا الإطار. يمثل الإطار في شبكات الإيثرنت وحدة نقل البيانات الأساسية التي تحتوي على جميع المعلومات اللازمة من أجل التواصل بين الأجهزة عبر الشبكة. وتُعدُّ معرفة كيفية بناء هذه الإطارات وفهم مكوناتها أمرًا أساسيًا لفهم كيفية انتقال البيانات في شبكات الإيثرنت.
1. مقدمة عن الإطار في شبكات الإيثرنت
يعتبر الإطار أحد العناصر الأساسية في بروتوكولات الشبكة، وهو عبارة عن هيكل بيانات يتم من خلاله إرسال المعلومات بين الأجهزة على الشبكة. في سياق شبكات الإيثرنت، يتم تقسيم البيانات إلى إطارات (Frames) لتسهيل النقل الفعّال من جهاز إلى آخر. يتكون الإطار من عدة أقسام تمثل أجزاء مختلفة من المعلومات التي يتم تبادلها بين الأجهزة.
يتم إرسال البيانات عبر الشبكة في شكل حزم بيانات صغيرة تتكون من رأس (Header) ومحتوى (Payload) وفواصل ختامية (Trailer). تعتبر صيغة الإطار في الإيثرنت مصممة بطريقة تتيح لأجهزة الكمبيوتر والأجهزة الأخرى إرسال واستقبال البيانات بكفاءة.
2. الهيكل العام لإطار الإيثرنت
تتكون صيغة إطار الإيثرنت من عدة أقسام رئيسية، هي:
-
رأس الإطار (Header): يحتوي على معلومات التحكم مثل عنوان المصدر والوجهة، نوع البروتوكول.
-
بيانات الحمل (Payload): وهي الجزء الذي يحمل البيانات الفعلية التي يتم نقلها.
-
فاصل (Trailer): يحتوي على معلومات فحص الأخطاء (CRC) التي تساعد في التأكد من صحة نقل البيانات.
كل قسم من هذه الأقسام يحتوي على بيانات معينة، ويساهم في ضمان نقل البيانات بشكل صحيح وفعّال عبر الشبكة.
3. تقسيم صيغة الإطار (Ethernet Frame Format)
تختلف صيغة الإطار حسب نوع الإيثرنت المستخدم (مثل إيثرنت التقليدي أو إيثرنت 802.3 أو إيثرنت II). لكن، بغض النظر عن نوع الإيثرنت، فإن تركيب الإطار يتشابه بشكل كبير. فيما يلي نظرة مفصلة على كل قسم من أقسام الإطار:
| القسم | الحجم (بالبايت) | الوصف |
|---|---|---|
| عنوان الوجهة (Destination MAC Address) | 6 | عنوان الـ MAC للجهاز المستهدف. |
| عنوان المصدر (Source MAC Address) | 6 | عنوان الـ MAC للجهاز المرسل. |
| نوع البروتوكول (Type/Length) | 2 | يحدد نوع البروتوكول الموجود في البيانات. قد يكون IPv4، IPv6، ARP، أو نوع آخر. |
| البيانات (Payload) | 46-1500 | البيانات الفعلية التي يتم نقلها عبر الشبكة. يمكن أن يتراوح الحجم بين 46 و 1500 بايت. |
| فحص التحقق (FCS) | 4 | فحص التحقق من الأخطاء باستخدام الـ CRC (Cyclic Redundancy Check) لضمان سلامة البيانات. |
4. محتويات الـ Header في إطار الإيثرنت
الـ Header هو الجزء الذي يحتوي على المعلومات الأساسية التي توجه كيفية معالجة البيانات المرسلة. ويشمل الـ Header عدة حقول هي:
-
عنوان الوجهة (Destination MAC Address):
هو العنوان الفريد الذي يحدد الجهاز المستهدف على الشبكة. يتم استخدام هذا العنوان في طبقة الربط (Data Link Layer) في نموذج OSI. يتكون العنوان من 48 بت ويكتب عادةً في شكل ستة أزواج من الأرقام الست عشرية. يمثل هذا العنوان الجهاز الذي سيتم إرسال البيانات إليه. -
عنوان المصدر (Source MAC Address):
هو العنوان الفريد للجهاز الذي يرسل البيانات. مثل عنوان الوجهة، يحتوي على 48 بت، ويكتب أيضًا في شكل ستة أزواج من الأرقام الست عشرية. هذا العنوان يُستخدم لتحديد الجهاز المرسل في حالة الحاجة إلى إرسال رد. -
نوع البروتوكول (Type/Length):
في الإيثرنت التقليدي (Ethernet II)، يُستخدم حقل “النوع” للإشارة إلى نوع البروتوكول في البيانات. على سبيل المثال، إذا كان البروتوكول هو IPv4، فإن القيمة ستكون 0x0800. في الإيثرنت 802.3، يُستخدم حقل “الطول” (Length) لتحديد حجم البيانات في الإطار. يمكن أن يكون هناك بعض التعقيدات هنا حسب نوع الإيثرنت المستخدم، ولكن الهدف هو أن يتم تحديد البروتوكول الذي سيستقبل البيانات.
5. محتويات البيانات (Payload)
البيانات هي الجزء الذي يحتوي على الرسالة الفعلية التي يتم إرسالها بين الأجهزة. يمكن أن تكون هذه البيانات أي نوع من البيانات، مثل حزم IP في حال كانت الشبكة تعتمد على بروتوكول الإنترنت. تختلف طول البيانات حسب كمية المعلومات التي يجب نقلها، ولكن عادةً ما يتراوح حجم البيانات بين 46 و 1500 بايت.
إذا كان حجم البيانات أقل من 46 بايت، يُضاف “Padding” (حشو) إلى الإطار لضمان أن يكون حجم البيانات على الأقل 46 بايت. أما إذا كان حجم البيانات أكبر من 1500 بايت، فسيتم تقسيمها إلى عدة إطارات.
6. فحص التحقق (Frame Check Sequence – FCS)
عند نهاية الإطار، يوجد حقل الـ FCS، الذي يحتوي على قيمة الـ CRC (Cyclic Redundancy Check). وظيفته هي التحقق من سلامة البيانات المرسلة عبر الشبكة. عندما يتم تلقي الإطار، يقوم الجهاز المستلم بحساب قيمة الـ CRC الخاصة به، وإذا كانت القيمة متطابقة مع القيمة الموجودة في الـ FCS، يتم التأكد من أن البيانات لم تتعرض للتلف أثناء النقل.
7. أنواع الإطارات في الإيثرنت
توجد عدة أنواع من الإطارات التي تستخدم في شبكة الإيثرنت، ومنها:
-
إطار الإيثرنت التقليدي (Ethernet II Frame):
هو الشكل الأكثر شيوعًا الذي يستخدم في الشبكات الحديثة. يتضمن رأسًا يحتوي على عنوان الوجهة والمصدر، ونوع البروتوكول، وبيانات الحمل وفحص التحقق. -
إطار 802.3:
في هذا الإطار، يتم استخدام حقل الطول بدلاً من النوع لتحديد حجم البيانات في الإطار. هذا الإطار هو جزء من معايير IEEE. -
إطار VLAN (Virtual Local Area Network):
يستخدم هذا النوع من الإطارات عندما تكون الشبكة تتضمن VLANs. تحتوي الإطارات على حقل إضافي لتحديد VLAN tag، مما يتيح تخصيص البيانات لكل شبكة فرعية افتراضية.
8. وظائف الإطار وأهمية الفحص
إطار الإيثرنت يعد أساس نقل البيانات بين الأجهزة عبر الشبكة المحلية. أما عن وظيفة الـ FCS، فهي تعد أهم وظيفة لضمان أن البيانات لم تتعرض للتلف أو التغيير أثناء الانتقال عبر الشبكة. يعتبر هذا الفحص أمرًا ضروريًا لضمان أن البيانات التي تم إرسالها هي نفس البيانات التي تم استلامها.
9. الخلاصة
تعد صيغة إطار الإيثرنت (Ethernet Frame Format) حجر الزاوية في فهم كيفية انتقال البيانات عبر شبكات الإيثرنت. من خلال تقسيم الإطار إلى أقسام محددة، مثل عنوان الوجهة والمصدر، ونوع البروتوكول، وبيانات الحمل، وفحص التحقق من الأخطاء، يمكن ضمان انتقال البيانات بشكل فعّال وآمن. يُستخدم الإطار في جميع أنواع الشبكات المحلية (LAN) لنقل البيانات بين الأجهزة المختلفة.
