Уровень канала передачи данных , или уровень 2 , — это второй уровень семиуровневой модели компьютерной сети OSI . Этот уровень представляет собой уровень протокола, который передает данные между узлами сегмента сети через физический уровень . [2] Уровень канала передачи данных предоставляет функциональные и процедурные средства для передачи данных между сетевыми объектами, а также может предоставлять средства для обнаружения и, возможно, исправления ошибок, которые могут возникнуть на физическом уровне.
Уровень канала передачи данных занимается локальной доставкой кадров между узлами на одном уровне сети. Кадры канала передачи данных, как называются эти блоки данных протокола , не пересекают границы локальной сети. Межсетевая маршрутизация и глобальная адресация являются функциями более высокого уровня, позволяющими протоколам каналов передачи данных сосредоточиться на локальной доставке, адресации и медиа-арбитраже. Таким образом, уровень канала передачи данных аналогичен районному гаишнику; он пытается выступить арбитром между сторонами, борющимися за доступ к средству массовой информации, не заботясь об их конечном пункте назначения. Когда устройства пытаются использовать среду одновременно, возникают коллизии кадров. Протоколы каналов передачи данных определяют, как устройства обнаруживают такие коллизии и восстанавливаются после них, а также могут предоставлять механизмы для их уменьшения или предотвращения.
Примерами протоколов каналов передачи данных являются Ethernet , протоколы Wi-Fi IEEE 802.11 , ATM и Frame Relay . В наборе протоколов Интернета (TCP/IP) функциональность канального уровня содержится на канальном уровне , самом нижнем уровне описательной модели, который считается независимым от физической инфраструктуры.
Канал передачи данных обеспечивает передачу кадров данных между хостами, подключенными к физическому каналу. В рамках семантики сетевой архитектуры OSI протоколы канального уровня отвечают на запросы обслуживания от сетевого уровня и выполняют свою функцию, выдавая запросы обслуживания на физический уровень . Эта передача может быть надежной или ненадежной ; многие протоколы каналов передачи данных не имеют подтверждений успешного приема и принятия кадров, а некоторые протоколы каналов передачи данных могут даже не выполнять никакой проверки на наличие ошибок передачи. В этих случаях протоколы более высокого уровня должны обеспечивать управление потоком , проверку ошибок, подтверждения и повторную передачу.
Заголовок кадра содержит адреса источника и назначения, которые указывают, какое устройство создало кадр и какое устройство должно его получить и обработать. В отличие от иерархических и маршрутизируемых адресов сетевого уровня, адреса уровня 2 являются плоскими, что означает, что никакая часть адреса не может использоваться для идентификации логической или физической группы, к которой принадлежит адрес.
В некоторых сетях, таких как локальные сети IEEE 802 , уровень канала передачи данных описывается более подробно с помощью подуровней управления доступом к среде передачи (MAC) и управления логическим каналом (LLC); это означает, что протокол IEEE 802.2 LLC может использоваться со всеми уровнями MAC IEEE 802, такими как Ethernet, Token Ring , IEEE 802.11 и т. д., а также с некоторыми уровнями MAC, отличными от 802, такими как FDDI . Другие протоколы канального уровня, такие как HDLC , включают оба подуровня, хотя некоторые другие протоколы, такие как Cisco HDLC , используют низкоуровневую структуру HDLC в качестве уровня MAC в сочетании с другим уровнем LLC. В стандарте ITU-T G.hn , который обеспечивает возможность создания высокоскоростной (до 1 Гигабит/с) локальной сети с использованием существующей домашней проводки ( линии электропередач , телефонные линии и коаксиальные кабели ), канальный уровень разделен на три подуровня (конвергенция протоколов приложений, управление логическим каналом и управление доступом к среде передачи).
Уровень канала передачи данных часто делится на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде передачи (MAC). [3]
Самый верхний подуровень, LLC, мультиплексирует протоколы, работающие на верхнем уровне канала передачи данных, и дополнительно обеспечивает управление потоком, подтверждение и уведомление об ошибках. ООО обеспечивает адресацию и управление каналом передачи данных. Он определяет, какие механизмы должны использоваться для адресации станций в среде передачи и для управления данными, которыми обмениваются машины отправителя и получателя.
MAC может относиться к подуровне, который определяет, кому разрешен доступ к медиа в любой момент времени (например, CSMA/CD ). В других случаях это относится к структуре кадра , доставляемой на основе внутренних MAC-адресов .
Обычно существует две формы контроля доступа к среде передачи данных: распределенная и централизованная. [4] И то, и другое можно сравнить с общением между людьми. В сети, состоящей из говорящих людей, то есть в разговоре, каждый из них делает паузу на случайное время, а затем пытается заговорить снова, фактически создавая долгую и сложную игру, в которой нужно сказать «нет, сначала ты».
Подуровень управления доступом к среде передачи также выполняет синхронизацию кадров , которая определяет начало и конец каждого кадра данных в битовом потоке передачи . Он включает в себя один из нескольких методов: обнаружение по времени, подсчет символов, вставка байтов и вставка битов.
На уровне канала передачи данных предоставляются следующие услуги:
Помимо формирования кадров, уровень канала передачи данных может также обнаруживать и устранять ошибки передачи. Чтобы получатель мог обнаружить ошибки передачи, отправитель должен добавить к отправленному кадру избыточную информацию в виде кода обнаружения ошибок . Когда приемник получает кадр, он проверяет, соответствует ли полученный код обнаружения ошибок перевычисленному коду обнаружения ошибок.
Код обнаружения ошибок можно определить как функцию, которая вычисляет r (количество избыточных битов), соответствующее каждой строке из N общего количества битов. Простейшим кодом обнаружения ошибок является бит четности , который позволяет приемнику обнаруживать ошибки передачи, которые повлияли на один бит среди переданных N + r битов. Если имеется несколько перевернутых битов, метод проверки может не обнаружить это на стороне получателя. Существуют более продвинутые методы, чем обнаружение ошибок четности, обеспечивающие более высокие оценки качества и функций.
Простым примером того, как это работает с использованием метаданных , является передача слова «HELLO» путем кодирования каждой буквы в соответствии с ее позицией в алфавите. Таким образом, буква А кодируется как 1, Б как 2 и так далее, как показано в таблице справа. Сложение полученных чисел дает 8 + 5 + 12 + 12 + 15 = 52, а 5 + 2 = 7 вычисляет метаданные. Наконец, передается последовательность чисел «8 5 12 12 15 7», которую получатель увидит на своем конце, если нет ошибок передачи. Получатель знает, что последнее полученное число является метаданными для обнаружения ошибок и что все данные перед ним являются сообщением, поэтому получатель может пересчитать приведенные выше математические данные, и если метаданные совпадают, можно сделать вывод, что данные были получены без ошибок. Однако, если получатель видит что-то вроде последовательности «7 5 12 12 15 7» (первый элемент изменен из-за какой-то ошибки), он может запустить проверку, вычислив 7 + 5 + 12 + 12 + 15 = 51 и 5 + 1 = 6, и отбросить полученные данные как дефектные, поскольку 6 не равно 7.
Более сложные алгоритмы обнаружения и исправления ошибок предназначены для снижения риска того, что множественные ошибки передачи данных будут компенсировать друг друга и останутся незамеченными. Алгоритм, который может даже определить, получены ли правильные байты, но не в порядке, — это проверка циклическим избыточным кодом или CRC. Этот алгоритм часто используется на канальном уровне.
В наборе протоколов Интернета (TCP/IP) функциональность уровня канала передачи данных OSI содержится на его самом нижнем уровне, канальном уровне . Канальный уровень TCP/IP имеет рабочую область действия канала, к которому подключен хост, и занимается только проблемами оборудования, вплоть до получения аппаратных (MAC) адресов для обнаружения хостов в канале и передачи кадров данных по каналу. Функциональность канального уровня была описана в RFC 1122 и определена иначе, чем канальный уровень OSI, и охватывает все методы, влияющие на локальный канал.
Модель TCP/IP не является исчерпывающим руководством по проектированию сетей сверху вниз. Он был сформулирован с целью иллюстрации логических групп и объемов функций, необходимых при разработке набора межсетевых протоколов TCP/IP, необходимых для работы Интернета. В общем, следует избегать прямого или строгого сравнения моделей OSI и TCP/IP, поскольку многоуровневость в TCP/IP не является основным критерием проектирования и в целом считается «вредной» (RFC 3439). В частности, TCP/IP не диктует строгой иерархической последовательности требований к инкапсуляции, как это свойственно протоколам OSI.
{{cite book}}: CS1 maint: location (link)