Warstwa łącza danych to druga warstwa modelu połączeń międzysystemowych (OSI). Obsługuje niezawodny transport pakietów danych w sieciach fizycznych, zarządza wykrywaniem i korekcją błędów oraz zarządza dostępem do sieci.
Kontekst historyczny warstwy łącza danych
Koncepcja warstwy łącza danych sięga czasów opracowania modelu OSI na przełomie lat 70. i 80. XX wieku przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO). Model ten został stworzony, aby stworzyć otwarte środowisko dla rozwoju i interoperacyjności pomiędzy urządzeniami sieciowymi i oprogramowaniem. Model OSI dzieli złożony proces komunikacji komputer-komputer na siedem zarządzalnych warstw. Warstwa łącza danych, będąca drugą warstwą, została zaprojektowana w celu zapewnienia niezawodnego i wydajnego przesyłania danych pomiędzy urządzeniami za pośrednictwem nośnika fizycznego.
Zagłębianie się w warstwę łącza danych
Warstwa łącza danych pełni kilka kluczowych funkcji w modelu OSI:
-
Synchronizacja ramek: Dzieli strumień bitów otrzymany z warstwy sieciowej na zarządzalne jednostki danych zwane ramkami.
-
Adresowanie fizyczne: Jeśli ramki mają być dystrybuowane do różnych systemów w sieci, warstwa łącza danych dodaje do ramki nagłówek w celu zdefiniowania adresu fizycznego komputera docelowego.
-
Kontrola przepływu: Jeśli szybkość, z jaką dane są odbierane przez odbiorcę, jest mniejsza niż szybkość generowana przez nadawcę, warstwa łącza danych narzuca mechanizm kontroli przepływu, aby uniknąć przytłaczania odbiorcy.
-
Kontrola błędów: Zwiększa niezawodność warstwy fizycznej poprzez dodanie mechanizmów wykrywania i retransmisji uszkodzonych lub utraconych ramek. Zapobiega także powielaniu ramek przy użyciu systemów potwierdzających.
-
Kontrola dostępu: Gdy do tego samego łącza podłączone są dwa lub więcej urządzeń, protokoły łącza danych są niezbędne do określenia, które urządzenie ma w danym momencie kontrolę nad łączem.
Wewnętrzna struktura warstwy łącza danych
Warstwa łącza danych jest podzielona na dwie podwarstwy, aby efektywnie wykonywać swoje funkcje:
-
Kontrola łącza logicznego (LLC): Ta górna podwarstwa jest odpowiedzialna za synchronizację ramek, kontrolę przepływu i sprawdzanie błędów.
-
Kontrola dostępu do multimediów (MAC): Niższa podwarstwa, MAC, jest odpowiedzialna za obsługę sposobu, w jaki urządzenie w sieci uzyskuje dostęp do danych i pozwolenie na ich transmisję.
Kluczowe cechy warstwy łącza danych
-
Ramy: Ramkowanie to proces tworzenia ramek z datagramów lub pakietów warstwy sieciowej. Ramki te są wysyłane do warstwy fizycznej w celu przekazania ich dalej.
-
Adresowanie fizyczne: Zapewnia unikalną identyfikację każdego urządzenia w sieci.
-
Kontrola błędów i przepływu: Zapewnia niezawodne połączenie poprzez zastosowanie technik wykrywania/korekty błędów i kontroli przepływu.
-
Kontrola dostępu: Określa zasady transmisji urządzenia.
Rodzaje warstwy łącza danych
Protokoły warstwy łącza danych można klasyfikować na podstawie typu sieci, w której działają:
| Typ sieci | Protokół |
|---|---|
| Sieć lokalna (LAN) | Ethernet, Token Ring |
| Sieć metropolitalna (MAN) | Podwójna magistrala kolejki rozproszonej (DQDB) |
| Sieć rozległa (WAN) | Protokół Point-to-Point (PPP), kontrola łącza danych wysokiego poziomu (HDLC) |
Wykorzystanie warstwy łącza danych i powiązane problemy/rozwiązania
Warstwa łącza danych stanowi szkielet transmisji danych w sieciach. Bierze udział w kilku zastosowaniach, takich jak sieci LAN i WAN, identyfikacja urządzeń sieciowych i ustanawianie niezawodnego kanału komunikacyjnego. Jednak napotyka również problemy, takie jak kolizje, uszkodzenia danych i przeciążenia. Problemy te rozwiązuje się odpowiednio za pomocą algorytmów wykrywania kolizji, kodów wykrywania i korekcji błędów oraz mechanizmów kontroli przepływu.
Analiza porównawcza warstwy łącza danych
Poniższa tabela przedstawia porównanie warstwy łącza danych z warstwami sąsiednimi:
| Warstwa OSI | Funkcje |
|---|---|
| Warstwa fizyczna | Przesyła surowy strumień bitów przez nośnik fizyczny |
| Warstwa łącza danych | Ramkuje pakiety danych, kontroluje błędy i zarządza dostępem do nośnika fizycznego |
| Warstwa sieci | Obsługuje routing i przekazywanie pakietów |
Przyszłe perspektywy i technologie
W miarę rozwoju technologii sieciowej warstwa łącza danych będzie w dalszym ciągu dostosowywać i integrować nowe techniki w celu zapewnienia lepszej transmisji danych. Technologie takie jak sieci kwantowe oraz sieci 5G lub 6G będą wymagały protokołów warstwy łącza danych do obsługi wyższych szybkości transmisji danych, mniejszych opóźnień i zwiększonej przepustowości sieci.
Serwery proxy i warstwa łącza danych
Serwery proxy, które służą jako pośrednicy dla żądań klientów poszukujących zasobów z innych serwerów, działają w warstwie aplikacji modelu OSI. Jednak warstwa łącza danych nadal odgrywa rolę, ponieważ dane muszą przejść przez tę warstwę, aby dotrzeć do miejsca docelowego. Serwery proxy mogą wykorzystywać mechanizmy kontroli błędów i przepływu warstwy łącza danych, aby zapewnić niezawodną transmisję danych.
