Канальный уровень

На физическом уровне просто пересылаются биты. Но в сетях среда передачи данных может использоваться большим количеством взаимодействующих компьютеров и быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи, которая будет рассмотрена позже в лекции.

Другая задача канального уровня — обнаружение и коррекция ошибок. Для этого биты группируются в наборы, называемые кадрами или фреймами (frames). В начало и конец каждого кадра помещается специальная последовательность бит для его выделения, а также вычисляется контрольная сумма (checksum).

Когда кадр приходит по сети, получатель вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

Канальный уровень может также исправлять ошибки за счет повторной передачи поврежденных кадров. Но такая функция для канального уровня не является обязательной, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует.

Таким образом согласно своим задачам канальный уровень разделен на 2 подуровня:

- MAC (Media Access Control) - подуровень управления доступом к среде, обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети;

- LLC (Logical Link Control) - подуровень логической передачи данных, отвечает за достоверную передачу кадров данных между узлами, реализует связь с протоколами сетевого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы.

Рассмотрим подробнее, какие существуют методы доступа к среде передачи данных.

Совместное использование среды несколькими устройствами реализуется на основе двух основных методов:

1. метод контролируемого доступа (Controlled Access), который обеспечивает узлам очередность доступа к среде для передачи данных.

Используется в сетях Token Ring и Fiber Distributed Data Interface (FDDI), которые в настоящий момент вытеснены технологиями Ethernet. Суть метода заключается в том, что электронный маркер (token) последовательно передается каждому узлу. Узел после получения может передавать данные в сеть.

2. метод конкурентного доступа (Contention-based Access), когда все станции сети равноправны, а очередность передачи данных не организована. Возможно возникновение конфликтов (коллизии), когда два (и более) узла одновременно начинают передачу данных.

В сетях Ethernet используется CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) - множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий.

Этот метод устанавливает такой порядок:

- Рабочая станция перед началом передачи данных должна проверить состояние канала: начинать передачу можно, если канал свободен

- Если возникает конфликт из-за того, что два узла попытаются занять канал, то обнаружившая конфликт интерфейсная плата выдает в сеть специальный сигнал, и обе станции одновременно прекращают передачу

- Принимающая станция отбрасывает частично принятое сообщение, а все рабочие станции, желающие передать сообщение, выжидают случайно выбранный промежуток времени, прежде чем начать сообщение.

Существует еще одна модификация CSMA — CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance), множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий. CSMA/CA используется в группе стандартов беспроводной связи 802.11 (Wi-Fi).

Здесь устанавливается следующий порядок работы:

- узлы прослушивают несущую волну

- станция перед началом передачи данных посылает jam signal (сигнал преднамеренной помехи)

- после ожидания jam signal от других участников станция начинает передачу информации

- если во время передачи обнаруживается jam signal от другой станции, передача останавливается на случайный промежуток времени, затем попытка повторяется.

Необходимо также упомянуть, что с канальным уровнем связаны следующие устройства:

1. мосты;

2. коммутаторы;

3. сетевые интерфейсные платы (сетевые интерфейсные карты, адаптеры и т.д.).

L2 (Layer2) устройства работают на канальном уровне непосредственно с кадрами и выполняют физическую адресацию, которая будет подробнее рассмотрена в следующей лекции.