Podstawy Warstwy Łącza Danych

Wykrywanie błędów, kontrola przepływu i kontrola dostępu do medium w warstwie 2.

Most Między Światami: Rola Warstwy Łącza Danych

Wyobraź sobie jako surową autostradę elektryczną lub optyczną dla danych. Jest w stanie przenosić sygnały, ale to chaotyczne środowisko bez zasad, adresów czy kontroli jakości. Z kolei myśli w skali globalnej, planując całą podróż pakietu danych przez rozległe sieci, takie jak Internet.

Warstwa Łącza Danych (Warstwa 2) działa jako kluczowy most między tymi dwoma światami. Jej głównym zadaniem jest pobranie pakietów danych z Warstwy Sieci i przygotowanie ich do niezawodnej transmisji przez określone, lokalne łącze fizyczne. Działa jak lokalny menedżer logistyki, zapewniając, że dane poprawnie i wydajnie dotrą z jednego bezpośrednio połączonego urządzenia do drugiego (np. z Twojego komputera do routera Wi-Fi).

Główne Zadania Warstwy Łącza Danych

Aby zarządzać lokalną dostawą, Warstwa Łącza Danych realizuje trzy krytyczne funkcje:

  • Ramkowanie (Framing): Pobiera pakiety z Warstwy Sieci i enkapsuluje je w struktury zwane ramkami. Ramka jest jak standardowe opakowanie wysyłkowe, które dodaje do pakietu nagłówek i stopkę, dostarczając niezbędnych informacji kontrolnych do lokalnego transportu.
  • Adresowanie Fizyczne: Zarządza unikalnymi adresami sprzętowymi urządzeń w sieci lokalnej, znanymi jako . To jak znajomość konkretnego numeru domu na ulicy, co pozwala na bezpośrednie dostarczenie danych do jednego urządzenia.
  • Wykrywanie Błędów i Kontrola Dostępu do Medium: Przeprowadza pierwszy poziom kontroli jakości, wykrywając, czy ramka została uszkodzona podczas transmisji. Definiuje również zasady, jak wiele urządzeń we współdzielonym medium (jak Wi-Fi lub stary koncentrator Ethernet) może uzyskać dostęp do kanału bez wzajemnego zakłócania się.

Dwie Podwarstwy: LLC i MAC

Standard IEEE 802, który definiuje technologie takie jak Ethernet i Wi-Fi, dalej dzieli Warstwę Łącza Danych na dwie odrębne podwarstwy, aby lepiej zorganizować jej zadania.

1. Logical Link Control (LLC)

LLC to „górna” podwarstwa, działająca jako interfejs do Warstwy Sieci. Zajmuje się bardziej logicznymi aspektami łącza. Jej główne zadania to:

  • Identyfikacja protokołu Warstwy Sieci (np. IPv4, IPv6) zawartego w polu danych ramki.
  • Opcjonalne świadczenie usług, takich jak kontrola przepływu i kontrola błędów dla łącza logicznego.
  • Jest zdefiniowana przez standard IEEE 802.2, co czyni ją niezależną od bazowego medium fizycznego.

2. Media Access Control (MAC)

MAC to „dolna” podwarstwa, oddziałująca bezpośrednio z Warstwą Fizyczną. Odpowiada za „fizyczne” aspekty umieszczenia danych na przewodzie lub w powietrzu. Jej odpowiedzialność to:

  • Enkapsulacja pakietów w ramki, w tym dodawanie adresów MAC źródła i celu.
  • Definiowanie metody (np. CSMA/CD dla klasycznego Ethernetu).
  • Ta podwarstwa jest specyficzna dla używanej technologii fizycznej (np. MAC w Ethernet różni się od MAC w Wi-Fi).

Głębsze Spojrzenie: Wykrywanie Błędów

Warstwa Fizyczna przesyła bity jako sygnały, ale jest podatna na szumy i zakłócenia, które mogą powodować „przekłamania” bitów (0 staje się 1 lub odwrotnie). Warstwa Łącza Danych wprowadza pierwszy mechanizm sprawdzający te błędy.

Podstawową metodą jest Sekwencja Kontrolna Ramki (FCS), niewielka wartość umieszczana w stopce ramki.

Cykliczny Kod Nadmiarowy (CRC)

FCS jest prawie zawsze obliczany przy użyciu potężnego algorytmu zwanego Cyklicznym Kodem Nadmiarowym (CRC). Jest to bardzo skuteczny kod wykrywający błędy, oparty na arytmetyce wielomianowej w ciele skończonym.

  1. U Nadawcy: Nadawca traktuje bity ramki (od adresu docelowego do końca danych) jako długą liczbę binarną. Liczba ta jest dzielona przez z góry zdefiniowaną, standardową liczbę zwaną Wielomianem Generującym. Reszta z tego dzielenia staje się wartością CRC, która jest dołączana na końcu ramki jako FCS.
  2. U Odbiorcy: Odbiorca otrzymuje ramkę i wykonuje dokładnie to samo dzielenie na odebranych danych, używając tego samego Wielomianu Generującego. Następnie porównuje obliczoną przez siebie resztę z wartością FCS otrzymaną w stopce ramki.
  3. Werdykt: Jeśli reszty się zgadzają, ramka jest uznawana za wolną od błędów i przekazywana do Warstwy Sieci. Jeśli się nie zgadzają, odbiorca wie, że wystąpił błąd i po prostu odrzuca ramkę. Warstwa Łącza Danych nie próbuje naprawiać błędu; polega na protokołach wyższych warstw (takich jak TCP) w kwestii retransmisji utraconych danych.

CRC jest niezwykle skuteczne w wykrywaniu pojedynczych błędów, błędów wielobitowych i błędów seryjnych (kilku kolejnych błędów), co czyni je fundamentem niezawodnej komunikacji.

Kolejne Kroki

Teraz, gdy rozumiemy fundamentalne zadania Warstwy Łącza Danych, następnym logicznym krokiem jest zbadanie konkretnych protokołów, które implementują te funkcje. Zaczniemy od analizy klasycznych protokołów kontroli łącza, takich jak HDLC, oraz protokołów używanych do zarządzania różnymi typami łączy. Przyjrzymy się także bliżej kluczowemu tematowi kontroli przepływu, która zapobiega zalewaniu wolniejszych odbiorców przez szybszych nadawców.

    Podstawy Warstwy Łącza Danych | Teleinf Edu