لایه پیوند داده دومین لایه در مدل Open Systems Interconnection (OSI) است. حمل و نقل قابل اعتماد بسته های داده در سراسر شبکه های فیزیکی را مدیریت می کند، تشخیص و تصحیح خطا را مدیریت می کند و دسترسی به شبکه را کنترل می کند.
زمینه تاریخی لایه پیوند داده
مفهوم لایه پیوند داده به توسعه مدل OSI در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980 توسط سازمان بین المللی استاندارد (ISO) برمی گردد. این مدل برای ایجاد یک محیط باز برای توسعه و قابلیت همکاری بین دستگاه ها و نرم افزارهای شبکه طراحی شده است. مدل OSI فرآیند پیچیده ارتباط رایانه به رایانه را به هفت لایه قابل مدیریت تقسیم می کند. لایه پیوند داده، که دومین لایه است، برای ارائه انتقال داده قابل اعتماد و کارآمد بین دستگاه ها بر روی یک رسانه فیزیکی ابداع شد.
کاوش عمیق تر در لایه پیوند داده
لایه پیوند داده چندین عملکرد مهم را در مدل OSI انجام می دهد:
-
همگام سازی فریم: جریان بیت های دریافتی از لایه شبکه را به واحدهای داده قابل مدیریت به نام فریم تقسیم می کند.
-
آدرس دهی فیزیکی: اگر قرار باشد فریم ها در سیستم های مختلف در شبکه توزیع شوند، لایه پیوند داده یک هدر به فریم اضافه می کند تا آدرس فیزیکی کامپیوتر مقصد را مشخص کند.
-
کنترل جریان: اگر سرعت دریافت داده توسط گیرنده کمتر از نرخ تولید شده در فرستنده باشد، لایه پیوند داده مکانیزم کنترل جریان را برای جلوگیری از غلبه بر گیرنده اعمال می کند.
-
کنترل خطا: با افزودن مکانیسم هایی برای شناسایی و ارسال مجدد فریم های آسیب دیده یا گم شده، قابلیت اطمینان را به لایه فیزیکی اضافه می کند. همچنین از تکرار فریم ها با استفاده از سیستم های تصدیق جلوگیری می کند.
-
کنترل دسترسی: هنگامی که دو یا چند دستگاه به یک پیوند متصل می شوند، پروتکل های پیوند داده برای تعیین اینکه کدام دستگاه در هر زمان معینی روی پیوند کنترل دارد، ضروری است.
ساختار داخلی لایه پیوند داده
لایه پیوند داده به دو زیر لایه تقسیم می شود تا عملکردهای خود را به طور موثر انجام دهد:
-
کنترل پیوند منطقی (LLC): این زیرلایه بالایی وظیفه همگام سازی فریم، کنترل جریان و بررسی خطا را بر عهده دارد.
-
کنترل دسترسی به رسانه (MAC): لایه زیرین، MAC، مسئول رسیدگی به نحوه دسترسی یک دستگاه در شبکه به داده ها و اجازه انتقال آن است.
ویژگی های کلیدی لایه پیوند داده
-
کادر بندی: فریمینگ فرآیند ایجاد فریم از دیتاگرام ها یا بسته های لایه شبکه است. این فریم ها برای ارسال به لایه فیزیکی ارسال می شوند.
-
آدرس دهی فیزیکی: برای هر دستگاه موجود در شبکه یک شناسایی منحصر به فرد ارائه می دهد.
-
کنترل خطا و جریان: با استفاده از تکنیک های تشخیص/تصحیح خطا و کنترل جریان، اتصال قابل اعتمادی را تضمین می کند.
-
کنترل دسترسی: قوانین انتقال دستگاه را تعریف می کند.
انواع لایه پیوند داده
پروتکل های لایه پیوند داده را می توان بر اساس نوع شبکه ای که روی آن کار می کنند طبقه بندی کرد:
| نوع شبکه | پروتکل |
|---|---|
| شبکه محلی (LAN) | اترنت، حلقه توکن |
| شبکه متروپولیتن (MAN) | باس دوگانه صف توزیع شده (DQDB) |
| شبکه گسترده (WAN) | پروتکل نقطه به نقطه (PPP)، کنترل پیوند داده سطح بالا (HDLC) |
استفاده از لایه پیوند داده و مشکلات/راه حل های مرتبط
لایه پیوند داده، ستون فقرات انتقال داده از طریق شبکه ها را تشکیل می دهد. در چندین برنامه کاربردی مانند شبکه های LAN و WAN، شناسایی دستگاه های شبکه و ایجاد یک کانال ارتباطی قابل اعتماد دخیل است. با این حال، با مسائلی مانند برخورد، خرابی داده ها و تراکم نیز مواجه می شود. این مسائل به ترتیب از طریق الگوریتم‌های تشخیص برخورد، کدهای تشخیص و تصحیح خطا و مکانیسم‌های کنترل جریان بررسی می‌شوند.
تجزیه و تحلیل مقایسه ای لایه پیوند داده
جدول زیر مقایسه بین لایه پیوند داده و لایه های مجاور را نشان می دهد:
| لایه OSI | کارکرد |
|---|---|
| لایه فیزیکی | بیت استریم خام را از طریق رسانه فیزیکی منتقل می کند |
| لایه پیوند داده | بسته های داده را فریم بندی می کند، کنترل خطا را انجام می دهد و دسترسی به رسانه فیزیکی را مدیریت می کند |
| لایه شبکه | مسیریابی و ارسال بسته را کنترل می کند |
چشم اندازها و فناوری های آینده
با تکامل فناوری شبکه، لایه پیوند داده به سازگاری و ادغام تکنیک های جدید برای انتقال بهتر داده ها ادامه خواهد داد. فن‌آوری‌هایی مانند شبکه‌های کوانتومی و شبکه‌های 5G یا 6G به پروتکل‌های لایه پیوند داده برای مدیریت نرخ داده بالاتر، تأخیر کمتر و افزایش ظرفیت شبکه نیاز دارند.
سرورهای پروکسی و لایه پیوند داده
سرورهای پروکسی، که به عنوان واسطه برای درخواست های مشتریانی که به دنبال منابع از سرورهای دیگر هستند، در لایه کاربردی مدل OSI عمل می کنند. با این حال، لایه پیوند داده همچنان نقشی را ایفا می کند زیرا داده ها باید از این لایه عبور کنند تا به مقصد برسند. سرورهای پروکسی می توانند از مکانیسم های خطای لایه پیوند داده و کنترل جریان برای اطمینان از انتقال داده های قابل اعتماد استفاده کنند.
