Lớp liên kết dữ liệu là lớp thứ hai trong mô hình Kết nối hệ thống mở (OSI). Nó xử lý việc vận chuyển các gói dữ liệu một cách đáng tin cậy trên các mạng vật lý, quản lý việc phát hiện và sửa lỗi cũng như quản lý việc truy cập mạng.
Bối cảnh lịch sử của Lớp liên kết dữ liệu
Khái niệm lớp liên kết dữ liệu bắt nguồn từ sự phát triển mô hình OSI vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980 của Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO). Mô hình này được hình thành nhằm tạo ra một môi trường mở để phát triển và khả năng tương tác giữa các thiết bị và phần mềm mạng. Mô hình OSI chia quá trình giao tiếp phức tạp giữa máy tính với máy tính thành bảy lớp có thể quản lý được. Lớp liên kết dữ liệu, là lớp thứ hai, được thiết kế để cung cấp khả năng truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả giữa các thiết bị qua môi trường vật lý.
Đi sâu hơn vào Lớp liên kết dữ liệu
Lớp liên kết dữ liệu phục vụ một số chức năng quan trọng trong mô hình OSI:
-
Đồng bộ hóa khung: Nó chia luồng bit nhận được từ lớp mạng thành các đơn vị dữ liệu có thể quản lý được gọi là khung.
-
Địa chỉ vật lý: Nếu các khung được phân phối đến các hệ thống khác nhau trên mạng, lớp liên kết dữ liệu sẽ thêm tiêu đề vào khung để xác định địa chỉ vật lý của máy tính đích.
-
Kiểm soát lưu lượng: Nếu tốc độ lấy dữ liệu của người nhận nhỏ hơn tốc độ do người gửi tạo ra thì lớp liên kết dữ liệu sẽ áp đặt cơ chế kiểm soát luồng để tránh làm quá tải người nhận.
-
Kiểm soát lỗi: Nó tăng thêm độ tin cậy cho lớp vật lý bằng cách thêm các cơ chế để phát hiện và truyền lại các khung bị hỏng hoặc bị mất. Nó cũng ngăn chặn sự trùng lặp các khung bằng cách sử dụng hệ thống xác nhận.
-
Kiểm soát truy cập: Khi hai hoặc nhiều thiết bị được kết nối với cùng một liên kết, các giao thức liên kết dữ liệu là cần thiết để xác định thiết bị nào có quyền kiểm soát liên kết tại bất kỳ thời điểm nào.
Cấu trúc bên trong của lớp liên kết dữ liệu
Lớp liên kết dữ liệu được chia thành hai lớp con để thực hiện các chức năng của nó một cách hiệu quả:
-
Kiểm soát liên kết logic (LLC): Lớp con phía trên này chịu trách nhiệm đồng bộ hóa khung, kiểm soát luồng và kiểm tra lỗi.
-
Kiểm soát truy cập phương tiện (MAC): Lớp con thấp hơn, MAC, chịu trách nhiệm xử lý cách một thiết bị trên mạng có được quyền truy cập vào dữ liệu và quyền truyền dữ liệu đó.
Các tính năng chính của Lớp liên kết dữ liệu
-
đóng khung: Đóng khung là quá trình tạo khung từ các datagram hoặc gói tin của lớp mạng. Những khung này được gửi đến lớp vật lý để được chuyển tiếp.
-
Địa chỉ vật lý: Nó cung cấp nhận dạng duy nhất cho từng thiết bị trên mạng.
-
Kiểm soát lỗi và luồng: Nó đảm bảo kết nối đáng tin cậy bằng cách áp dụng các kỹ thuật phát hiện/sửa lỗi và kiểm soát luồng.
-
Kiểm soát truy cập: Xác định các quy tắc truyền thiết bị.
Các loại lớp liên kết dữ liệu
Các giao thức lớp liên kết dữ liệu có thể được phân loại dựa trên loại mạng mà chúng hoạt động:
| Loại mạng | Giao thức |
|---|---|
| Mạng cục bộ (LAN) | Ethernet, vòng mã thông báo |
| Mạng khu vực đô thị (MAN) | Xe buýt xếp hàng đợi phân tán (DQDB) |
| Mạng diện rộng (WAN) | Giao thức điểm-điểm (PPP), Kiểm soát liên kết dữ liệu cấp cao (HDLC) |
Việc sử dụng Lớp liên kết dữ liệu và các vấn đề/giải pháp liên quan
Lớp liên kết dữ liệu tạo thành xương sống của việc truyền dữ liệu qua mạng. Nó liên quan đến một số ứng dụng như mạng LAN và WAN, nhận dạng thiết bị mạng và thiết lập kênh liên lạc đáng tin cậy. Tuy nhiên, nó cũng gặp phải các vấn đề như xung đột, hỏng dữ liệu và tắc nghẽn. Những vấn đề này được giải quyết thông qua các thuật toán phát hiện xung đột, mã phát hiện và sửa lỗi cũng như cơ chế kiểm soát luồng tương ứng.
Phân tích so sánh của lớp liên kết dữ liệu
Bảng dưới đây thể hiện sự so sánh giữa lớp liên kết dữ liệu và các lớp liền kề:
| Lớp OSI | Chức năng |
|---|---|
| Lớp vật lý | Truyền dòng bit thô qua môi trường vật lý |
| Lớp liên kết dữ liệu | Đóng khung các gói dữ liệu, thực hiện kiểm soát lỗi và quản lý quyền truy cập vào phương tiện vật lý |
| Lớp mạng | Xử lý định tuyến và chuyển tiếp gói |
Quan điểm và công nghệ tương lai
Khi công nghệ mạng phát triển, lớp liên kết dữ liệu sẽ tiếp tục thích ứng và tích hợp các kỹ thuật mới để truyền dữ liệu tốt hơn. Các công nghệ như mạng lượng tử và mạng 5G hoặc 6G sẽ yêu cầu các giao thức lớp liên kết dữ liệu để xử lý tốc độ dữ liệu cao hơn, độ trễ thấp hơn và dung lượng mạng tăng lên.
Máy chủ proxy và lớp liên kết dữ liệu
Các máy chủ proxy, đóng vai trò trung gian cho các yêu cầu từ khách hàng đang tìm kiếm tài nguyên từ các máy chủ khác, hoạt động ở lớp ứng dụng của mô hình OSI. Tuy nhiên, lớp liên kết dữ liệu vẫn đóng vai trò vì dữ liệu phải di chuyển qua lớp này để đến đích. Các máy chủ proxy có thể sử dụng cơ chế kiểm soát luồng và lỗi của lớp liên kết dữ liệu để đảm bảo việc truyền dữ liệu đáng tin cậy.
