データ リンク層は、オープン システム相互接続 (OSI) モデルの 2 番目の層です。物理ネットワーク間でデータ パケットを確実に転送し、エラーの検出と修正を管理し、ネットワーク アクセスを制御します。
データリンク層の歴史的背景
データ リンク層の概念は、1970 年代後半から 1980 年代前半にかけて国際標準化機構 (ISO) によって開発された OSI モデルに遡ります。このモデルは、ネットワーク デバイスとソフトウェア間の開発と相互運用性のためのオープンな環境を作り出すために考案されました。OSI モデルは、コンピュータ間の通信の複雑なプロセスを 7 つの管理可能な層に分割します。2 番目の層であるデータ リンク層は、物理媒体を介してデバイス間で信頼性が高く効率的なデータ転送を実現するために考案されました。
データリンク層の詳細
データ リンク層は、OSI モデル内でいくつかの重要な機能を果たします。
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フレーム同期ネットワーク層から受信したビット ストリームを、フレームと呼ばれる管理可能なデータ単位に分割します。
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物理アドレス: フレームをネットワーク上の異なるシステムに配布する場合、データ リンク層はフレームにヘッダーを追加して、宛先コンピューターの物理アドレスを定義します。
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フロー制御: 受信側でデータが取得される速度が送信側で生成される速度よりも遅い場合、データ リンク層は受信側に過負荷がかかるのを避けるためにフロー制御メカニズムを適用します。
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エラー制御: 破損または紛失したフレームを検出して再送信するメカニズムを追加することで、物理層の信頼性を高めます。また、確認応答システムを使用してフレームの重複を防止します。
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アクセス制御: 2 つ以上のデバイスが同じリンクに接続されている場合、どのデバイスがどの時点でリンクを制御できるかを判断するために、データ リンク プロトコルが必要になります。
データリンク層の内部構造
データ リンク層は、その機能を効果的に実行するために 2 つのサブ層に分割されます。
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論理リンク制御 (LLC)この上位サブレイヤーは、フレーム同期、フロー制御、およびエラー チェックを担当します。
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メディア アクセス制御 (MAC)下位サブレイヤーである MAC は、ネットワーク上のデバイスがデータにアクセスし、データを送信する許可を得る方法を処理する役割を担います。
データリンク層の主な機能
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フレーミング: フレーミングは、ネットワーク層のデータグラムまたはパケットからフレームを作成するプロセスです。これらのフレームは転送するために物理層に送信されます。
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物理アドレス: ネットワーク上の各デバイスに一意の識別情報を提供します。
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エラーとフロー制御: エラー検出/訂正技術とフロー制御を適用することで、信頼性の高い接続を保証します。
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アクセス制御: デバイスの送信に関するルールを定義します。
データリンク層の種類
データ リンク層プロトコルは、動作するネットワークの種類に基づいて分類できます。
| ネットワークの種類 | プロトコル |
|---|---|
| ローカルエリアネットワーク(LAN) | イーサネット、トークンリング |
| メトロポリタン エリア ネットワーク (MAN) | 分散キュー デュアル バス (DQDB) |
| ワイドエリアネットワーク(WAN) | ポイントツーポイント プロトコル (PPP)、高レベル データ リンク制御 (HDLC) |
データリンク層の利用と関連する問題/解決策
データ リンク層は、ネットワーク上のデータ転送のバックボーンを形成します。LAN および WAN ネットワーキング、ネットワーク デバイスの識別、信頼性の高い通信チャネルの確立など、さまざまなアプリケーションに関係しています。ただし、衝突、データ破損、輻輳などの問題も発生します。これらの問題は、それぞれ衝突検出アルゴリズム、エラー検出および修正コード、フロー制御メカニズムによって解決されます。
データリンク層の比較分析
以下の表は、データリンク層と隣接層の比較を示しています。
| OSI 層 | 機能 |
|---|---|
| 物理層 | 生のビットストリームを物理媒体経由で送信する |
| データリンク層 | データパケットをフレーム化し、エラー制御を実行し、物理メディアへのアクセスを管理します。 |
| ネットワーク層 | ルーティングとパケット転送を処理する |
将来の展望と技術
ネットワーク技術が進化するにつれ、データリンク層は、より優れたデータ伝送のために新しい技術を適応させ、統合し続けます。量子ネットワークや 5G または 6G ネットワークなどの技術では、より高いデータレート、より低いレイテンシ、および増大したネットワーク容量を処理するために、データリンク層プロトコルが必要になります。
プロキシサーバーとデータリンク層
プロキシ サーバーは、他のサーバーからリソースを求めるクライアントからの要求の仲介役として機能し、OSI モデルのアプリケーション層で動作します。ただし、データは宛先に到達するためにこの層を通過する必要があるため、データ リンク層も役割を果たします。プロキシ サーバーは、データ リンク層のエラーおよびフロー制御メカニズムを使用して、信頼性の高いデータ転送を確保できます。
