Wprowadzenie: Dyplomatyczny Tłumacz Sieci

W świecie sieci komputerowych Warstwa Łącza Danych (Warstwa 2) ma złożone zadanie. Jej dolna połowa, podwarstwa MAC, zajmuje się surowymi, fizycznymi aspektami konkretnej technologii sieciowej, jak Ethernet czy Wi-Fi. Jest jak technik, który wie, jak fizycznie umieścić sygnały na kablu miedzianym lub przesłać je drogą radiową, ale nie interesuje go, co te sygnały oznaczają. Powyżej znajduje się Warstwa Sieci, która posługuje się uniwersalnym, logicznym językiem, jak IP, skupiając się na globalnym dostarczaniu danych od końca do końca.

Podwarstwa Logical Link Control (LLC) znajduje się dokładnie pomiędzy nimi, działając jak kluczowy dyplomatyczny tłumacz. Zdefiniowana przez standard IEEE 802.2, jej głównym celem jest zapewnienie jednolitego, spójnego interfejsu, który ukrywa złożoność bazowej sieci fizycznej przed Warstwą Sieci. Niezależnie od tego, czy dane podróżują kablem Ethernet, sygnałem Wi-Fi, czy starą siecią Token Ring, LLC sprawia, że Warstwa Sieci widzi standardową, przewidywalną usługę. Ta abstrakcja była kluczowa w latach 80. i 90., gdy wiele technologii LAN konkurowało o dominację.

Główne Funkcje i Tożsamość LLC

Geniusz LLC polega na jego zdolności do pozostania spójnym, niezależnie od medium fizycznego. Oferuje zestaw usług wysokiego poziomu, które zarządzają logicznym połączeniem między dwoma urządzeniami.

• Multipleksowanie Protokołów Sieciowych:

  Być może najważniejsza funkcja – LLC działa jak dyrektor ruchu. Pozwala wielu protokołom Warstwy Sieci (jak IPv4, IPv6, czy starszym, jak IPX firmy Novell) na współistnienie w tej samej sieci fizycznej. Używa specjalnych identyfikatorów, aby zapewnić, że pakiet docierający do maszyny docelowej jest dostarczany do właściwego stosu protokołów w celu przetworzenia.

• Kontrola Przepływu (Opcjonalnie):

  W bardziej złożonych trybach LLC może zarządzać szybkością transmisji danych między dwoma urządzeniami, aby zapobiec zalewaniu wolniejszego odbiorcy przez szybkiego nadawcę. Może zasygnalizować nadawcy, aby wstrzymał transmisję i poczekał.

• Kontrola Błędów (Opcjonalnie):

  LLC może również zapewniać niezawodną usługę, używając numerów sekwencyjnych i potwierdzeń, aby zapewnić, że ramki dotrą w odpowiedniej kolejności i bez uszkodzeń. Jeśli ramka zostanie utracona lub uszkodzona, protokół LLC może zarządzić jej retransmisją.

• Niezależność od Medium:

  To kluczowa zasada projektowa. Protokół LLC jest identyczny, niezależnie od tego, czy działa na Ethernecie, Wi-Fi (802.11), czy Token Ringu (802.5). Warstwa Sieci po prostu komunikuje się z LLC, a LLC zajmuje się przekazaniem danych do odpowiedniej podwarstwy MAC dla danej technologii.

Anatomia Nagłówka LLC (IEEE 802.2)

Gdy ramka Ethernet lub Wi-Fi używa protokołu LLC, nagłówek LLC jest wstawiany między nagłówek MAC a dane z Warstwy Sieci. Ten nagłówek jest kluczem do funkcjonalności LLC.

Standardowy nagłówek LLC składa się z trzech pól:

Trzy Typy Usług LLC: Spektrum Niezawodności

Standard LLC definiuje trzy odrębne tryby działania, pozwalając aplikacjom i protokołom na wybór poziomu usługi, który najlepiej odpowiada ich potrzebom. Wybór jest dokonywany na podstawie wartości użytej w polu Sterującym ramki LLC.

1. Typ 1: Bezpotwierdzeniowa Usługa Bezpołączeniowa

   Jest to najbardziej podstawowa, lekka i najczęściej używana usługa. Często nazywana jest usługą „wyślij i zapomnij” lub datagramową.

   • Jak to działa: Ramki są wysyłane do celu bez uprzedniego ustanawiania połączenia i bez oczekiwania na potwierdzenie odbioru.
   • Brak niezawodności: Nie ma kontroli przepływu, korekcji błędów ani retransmisji utraconych lub uszkodzonych ramek. LLC po prostu przekazuje ramkę do podwarstwy MAC i zakłada, że dotrze ona do celu. Jeśli nie, to protokoły wyższych warstw (takie jak TCP) muszą zauważyć problem i go naprawić.
   • Zastosowanie: Jest to domyślny tryb dla niemal całego ruchu TCP/IP w sieciach LAN. Narzut związany z ustanawianiem połączenia w Warstwie 2 jest niepotrzebny, gdy TCP już zapewnia niezawodną, połączeniową usługę w Warstwie 4. Jest również używany do ruchu rozgłoszeniowego i grupowego, gdzie potwierdzenia byłyby niepraktyczne.
2. Typ 2: Usługa Połączeniowa

   Jest to opcja „wagi ciężkiej”, z pełnym zakresem usług, zapewniająca całkowitą niezawodność łącza, zasadniczo naśladując funkcjonalność protokołu takiego jak HDLC lub TCP w Warstwie 2.

   • Jak to działa: Przed wymianą danych ustanawiane jest połączenie logiczne między źródłowym i docelowym SAP. Wszystkie ramki są sekwencyjnie numerowane. Odbiorca wysyła potwierdzenia dla poprawnie odebranych ramek. Przepływ jest kontrolowany za pomocą mechanizmu przesuwnego okna. Uszkodzone lub utracone ramki są automatycznie retransmitowane przez LLC.
   • Wysoka niezawodność: Gwarantuje, że wszystkie dane dotrą poprawnie i we właściwej kolejności.
   • Zastosowanie: Ten tryb jest rzadko używany w nowoczesnych sieciach IP ze względu na duży narzut. Był bardziej istotny w starszych architekturach sieciowych, takich jak SNA firmy IBM, gdzie niezawodność na poziomie łącza była podstawowym wymogiem. Można go przyrównać do „listu poleconego z potwierdzeniem odbioru” dla ramek.
3. Typ 3: Potwierdzana Usługa Bezpołączeniowa

   Usługa ta oferuje kompromis między szybkością Typu 1 a niezawodnością Typu 2.

   • Jak to działa: Nie jest ustanawiane formalne połączenie. Każda pojedyncza ramka danych jest wysyłana i musi być indywidualnie potwierdzona przez odbiorcę. Jeśli potwierdzenie nie zostanie odebrane w określonym czasie, nadawca retransmituje ramkę.
   • Umiarkowana niezawodność: Potwierdza dostarczenie każdej ramki, ale nie gwarantuje kolejności ich nadejścia (chociaż rzadko jest to problemem na pojedynczym łączu LAN).
   • Zastosowanie: Jest to usługa niszowa, czasami używana w sieciach sterowania przemysłowego lub automatyki, gdzie kluczowe jest, aby każde polecenie zostało odebrane, ale narzut związany z ustanawianiem pełnego połączenia dla rzadkich poleceń jest niepożądany. To jak wysłanie e-maila i otrzymanie automatycznego „potwierdzenia odczytu” dla tej konkretnej wiadomości.

LLC kontra Ramka Ethernet II: Współczesna Rzeczywistość

Kluczowe jest zrozumienie, że chociaż standard IEEE 802.3 (Ethernet) z nagłówkiem LLC jest oficjalnym standardem, inny, nieco odmienny format ramki dominuje we współczesnym internecie: Ethernet II (znany również jako ramka DIX).

W świecie skoncentrowanym na protokole IP, głównym zadaniem Warstwy Łącza Danych jest wskazanie, że jej ładunek to pakiet IP. LLC realizuje to za pomocą kodów SAP. Ramka Ethernet II osiąga ten sam cel w bardziej bezpośredni sposób.

• Ramka IEEE 802.3 z LLC: Dwa bajty następujące po źródłowym adresie MAC reprezentują Długość pola danych. Po nich następuje nagłówek LLC, zawierający pola DSAP i SSAP, które identyfikują protokół Warstwy Sieci.
• Ramka Ethernet II: Dwa bajty następujące po źródłowym adresie MAC reprezentują Typ (EtherType). To jedno pole bezpośrednio identyfikuje protokół Warstwy Sieci. Na przykład, wartość EtherType 0x0800 wskazuje pakiet IPv4, podczas gdy 0x86DD wskazuje pakiet IPv6.

Ponieważ ponad 99% ruchu w sieciach LAN opiera się na protokole IP, prostsze i bardziej bezpośrednie pole EtherType ramki Ethernet II stało się de facto standardem. Urządzenia sieciowe rozróżniają te dwa typy ramek, badając wartość w tym dwubajtowym polu:

• Jeśli wartość wynosi $\le 1500$ (hex $0x05DC$), jest interpretowana jako pole Długość, a urządzenie oczekuje ramki IEEE 802.3 z nagłówkiem LLC.
• Jeśli wartość wynosi $\ge 1536$ (hex $0x0600$), jest interpretowana jako pole EtherType, a urządzenie przetwarza ramkę Ethernet II.

Tak więc, chociaż LLC jest fundamentalnie ważnym standardem do zrozumienia usług warstwy łącza, jego bezpośrednie użycie w nagłówkach ramek dla danych użytkownika zostało w dużej mierze wyparte przez wydajność formatu Ethernet II w nowoczesnych sieciach. Niemniej jednak, LLC jest nadal aktywnie używane „pod maską” dla wielu kluczowych protokołów kontrolnych Warstwy 2, takich jak Protokół Drzewa Rozpinającego (STP), który używa LLC do komunikacji między przełącznikami w celu zapobiegania pętlom sieciowym.