Уровень канала передачи данных — это второй уровень модели взаимодействия открытых систем (OSI). Он обеспечивает надежную транспортировку пакетов данных по физическим сетям, управляет обнаружением и исправлением ошибок, а также управляет доступом к сети.
Исторический контекст уровня канала передачи данных
Концепция уровня канала передачи данных восходит к разработке модели OSI в конце 1970-х и начале 1980-х годов Международной организацией по стандартизации (ISO). Эта модель была задумана для создания открытой среды для разработки и взаимодействия сетевых устройств и программного обеспечения. Модель OSI разделяет сложный процесс межкомпьютерной связи на семь управляемых уровней. Канальный уровень, являющийся вторым, был разработан для обеспечения надежной и эффективной передачи данных между устройствами по физической среде.
Углубление уровня канала передачи данных
Уровень канала передачи данных выполняет несколько важных функций в модели OSI:
-
Синхронизация кадров: Он делит поток битов, полученный с сетевого уровня, на управляемые блоки данных, называемые кадрами.
-
Физическая адресация: Если кадры должны быть распределены по разным системам в сети, уровень канала передачи данных добавляет к кадру заголовок, определяющий физический адрес компьютера назначения.
-
Управление потоком: Если скорость, с которой данные принимаются получателем, меньше скорости, создаваемой отправителем, уровень канала передачи данных налагает механизм управления потоком, чтобы избежать перегрузки получателя.
-
Контроль ошибок: повышает надежность физического уровня за счет добавления механизмов обнаружения и повторной передачи поврежденных или потерянных кадров. Это также предотвращает дублирование кадров с использованием систем подтверждения.
-
Контроль доступа: Когда два или более устройств подключены к одному и тому же каналу, протоколы канала передачи данных необходимы для определения того, какое устройство контролирует канал в любой момент времени.
Внутренняя структура уровня канала передачи данных
Уровень канала передачи данных разделен на два подуровня для эффективного выполнения своих функций:
-
Управление логическим каналом (ООО): этот верхний подуровень отвечает за синхронизацию кадров, управление потоком и проверку ошибок.
-
Контроль доступа к среде передачи (MAC): Нижний подуровень, MAC, отвечает за то, как устройство в сети получает доступ к данным и разрешение на их передачу.
Ключевые особенности уровня канала передачи данных
-
Обрамление: Фрейминг — это процесс создания кадров из датаграмм или пакетов сетевого уровня. Эти кадры отправляются на физический уровень для пересылки.
-
Физическая адресация: обеспечивает уникальную идентификацию каждого устройства в сети.
-
Ошибка и управление потоком: обеспечивает надежное соединение за счет применения методов обнаружения/исправления ошибок и управления потоком данных.
-
Контроль доступа: определяет правила передачи данных устройства.
Типы уровня канала передачи данных
Протоколы канального уровня можно классифицировать в зависимости от типа сети, в которой они работают:
| Тип сети | Протокол |
|---|---|
| Локальная сеть (LAN) | Ethernet, Маркерное кольцо |
| Городская сеть (MAN) | Двойная шина распределенной очереди (DQDB) |
| Глобальная сеть (WAN) | Протокол «точка-точка» (PPP), управление каналом передачи данных высокого уровня (HDLC) |
Использование уровня канала передачи данных и связанные с этим проблемы/решения
Уровень канала передачи данных образует основу передачи данных по сетям. Он участвует в нескольких приложениях, таких как сети LAN и WAN, идентификация сетевых устройств и создание надежного канала связи. Однако он также сталкивается с такими проблемами, как коллизии, повреждение данных и перегрузка. Эти проблемы решаются с помощью алгоритмов обнаружения коллизий, кодов обнаружения и исправления ошибок и механизмов управления потоком соответственно.
Сравнительный анализ канального уровня
В таблице ниже показано сравнение уровня канала передачи данных и соседних уровней:
| Уровень OSI | Функции |
|---|---|
| Физический слой | Передаёт необработанный битовый поток по физической среде |
| Канальный уровень передачи данных | Формирует пакеты данных, выполняет контроль ошибок и управляет доступом к физическому носителю. |
| Сетевой уровень | Управляет маршрутизацией и пересылкой пакетов. |
Будущие перспективы и технологии
По мере развития сетевых технологий канальный уровень будет продолжать адаптировать и интегрировать новые методы для улучшения передачи данных. Такие технологии, как квантовые сети и сети 5G или 6G, потребуют протоколов канального уровня для обработки более высоких скоростей передачи данных, снижения задержек и увеличения пропускной способности сети.
Прокси-серверы и канальный уровень
Прокси-серверы, которые служат посредниками для запросов от клиентов, ищущих ресурсы от других серверов, работают на прикладном уровне модели OSI. Однако уровень канала передачи данных по-прежнему играет роль, поскольку данные должны пройти через этот уровень, чтобы достичь места назначения. Прокси-серверы могут использовать механизмы управления ошибками и потоками канального уровня для обеспечения надежной передачи данных.
