IT-блог о веб-технологиях, серверах, протоколах, базах данных, СУБД, SQL, компьютерных сетях, языках программирования и создание сайтов.

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем рубрику Сервера и протоколы. Продолжаем разбираться с тем как работают компьютерные сети в целом и сеть Интернет в частности. И в данной публикации мы поговорим о функциях, особенностях и процессах, которые происходят на втором уровне модели OSI или как его еще называют канальный уровень. Мы уже знаем, что на физическом уровне модели сетевого взаимодействия данные представлены в виде битов, то есть последовательности логических нулей и единиц. Отмечу, что ноль и единица логические, так как им соответствует какой-то определенный уровень напряжения, у логического нуля уровень сигнала не нулевой. Эти логические нули и единицы на канальном уровне превращаются в кадры, которые состоят из трех частей: заголовок кадра (определенная последовательность бит, которая сообщает устройству о начале кадра), тело кадра, в котором содержится полезная для человека информация и окончание кадра (опять же это служебная последовательность нулей и единиц, которая делает передаваемое сообщение избыточным, но которое помогает определить конец кадра).

Канальный уровень модели OSI. Второй уровень эталонной модели сетевого взаимодействия

Обо всем этом и других процессах, происходящих на канальном уровне сетевой модели OSI, мы поговорим ниже. Также для понимания функций второго уровня модели OSI мы коротко рассмотрим некоторые протоколы, которые можно отнести к канальному уровню и перечислим некоторые программные и аппаратные средства, которые так или иначе выполняют функции, возлагаемые на второй уровень эталонной модели.

Назначения, процессы и особенности второго уровня модели OSI

Продолжаем разбираться уровнями модели сетевого взаимодействия OSI. Ранее мы разобрались с первым уровнем модели OSI или физический уровень, теперь мы поговорим про назначение, особенности и процессы, которые происходят на канальном уровне эталонной модели сетевого взаимодействия.

Канальный уровень модели OSI – второй по счету уровень модели сетевого взаимодействия, который отвечает за взаимодействия между устройствами в одном сегменте локальной компьютерной сети. Второй уровень модели сетевого взаимодействия отвечает за локальную связь между устройствами, а также на втором уровне происходит проверка целостности и правильности передачи данных физического уровня.

Единицей измерения на канальном уровне является кадр, который представляет собой несколько бит полезной информации и несколько бит служебной информации, кадр имеет свою строго определенную структуру, причем структура кадра второго уровня модели OSI определяется технологией и протоколом, который используется для передачи данных. Общую или базовую структуру кадра канального уровня и ее описание вы можете найти в начале данной публикации. Благодаря тому, что данные на втором уровне модели OSI представлены в виде кадров, может быть осуществлена проверка правильности и полноты переданных данных. Ведь нельзя исключать всевозможные помехи.

Если на физическом уровне модели сетевого взаимодействия в качестве среды передачи может выступать медная линия, оптическое волокно, радиоэфир (то есть какая-то физическая среда, которую можно «потрогать»), то на втором уровне модели OSI в качестве среды передачи рассматривается виртуальный канал, который уже в принципе не зависит от физической среды, по которой распространяется сигнал, но для простоты понимания виртуальный канал связи можно сравнить с медным проводом, хотя сравнение не совсем правильное.

Но главное, нужно учитывать, что на втором уровне модели OSI биты принимаются в том же самом порядке, что и отправляются с передатчика. Канальный уровень не работает непосредственно со средой передачи данных, но учитывает то, что во время передачи данных могут происходить всевозможные ошибки данных, сигнал из точки А в точку Б поступает не мгновенно, а проходит какое-то время (пусть и не совсем ощутимое для человека), а скорость передачи данных ограничивается многими факторами (в том числе и перечисленными ранее).

Спецификация IEEE 802 делит канальный уровень на два подуровня: подуровень, который взаимодействует с физической средой или MAC (второй уровень может взаимодействовать с несколькими физическими уровнями одновременно) и подуровень, который обеспечивает взаимодействие с сетевым уровнем, этот подуровень получил название LLC.

Также нам стоит сказать, что на втором уровне модели OSI происходит физическая адресация сетевых устройств. Как вы знаете, у каждого сетевого устройства есть mac-адрес, который по задумке должен быть уникальным во всем мире и однозначно идентифицировать устройство в любой сети.

Но канальный уровень выполняет еще одну важную роль, помимо того, о чем мы сказали ранее, на втором уровне модели OSI происходит управление потоком передачи данных. В сети встречаются различные физические устройства: одни новее, другие старее, одни более производительные, другие менее производительные, и зачастую происходит ситуация, когда передающая сторона посылает биты намного быстрее, чем можете их обработать принимающая сторона, приемник как бы захлебывается в этом потоке. Канальный уровень управляет потоками передачи данных в целях избегания подобных ситуаций.

Для исправления ошибок на канальном уровне используются различные коды передачи, например:

• коды Хэмминга;
• двоичные сверточные коды;
• коды Рида-Соломона;
• и другие.

На самом деле кодов проверки ошибок несколько больше, в данной публикации разбираться с принципами работы кодов мы не будем. Отметим, что еще есть коды с обнаружением ошибок.

Стоит сказать, что канальный уровень позволяет абстрагироваться от физической среды передачи данных. Условно, коммутатору провайдера без разницы какая физическая среда используется: он передает и принимает данные по витой паре от абонентов, а с коммутаторами в соседних домах обычно происходит соединение по оптическому кабелю.

Протоколы и стандарты канального уровня модели OSI

Мы коротко поговорили о функциях и особенностях канального уровня модели OSI. На самом деле – это большая тема, о которой можно писать много и упорно, что, например, и сделали Таненбаум Э. и Уэзеролл Д. в своей книге «Компьютерные сети», которую мы можем порекомендовать для изучения процессов и протоколов передачи данных и основ взаимодействия в компьютерных сетях.

Давайте перечислим некоторые протоколы и стандарты, про которые можно сказать, что они работают на канальном уровне модели OSI. Отметим, что протоколы канального уровня эталонной модели сетевого взаимодействия разрабатывались с тем, чтобы решать задачи, которые мы описали ранее, конечно, решает эти задачи каждый протокол по-своему, но в основе каждого протокола лежит модель взаимодействия клиент-сервер. Условно мы можем рассматривать передающий компьютер или устройство как сервер, который предоставляет услугу, а принимающее устройство как клиент, который запрашивает услугу.

Это не совсем так, потому что в процессе предоставления услуг и клиентский компьютер, и серверный компьютер могут как передавать данные, так и принимать их. Давайте посмотрим на некоторые протоколы канального уровня модели сетевого взаимодействия:

1. Технология DSL. Это целый набор протоколов и стандартов, описывающих взаимодействие между устройствами на физическом и канальном уровнях модели OSI. Средой передачи данных технологии DSL является медный кабель.
2. Point-to-Point Protocol (PPP). PPP – это двухточечный протокол канального уровня, который используется для установления соединения между двумя устройствами. Протокол PPP позволяет шифровать данные, реализует аутентификацию и сжатие данных. У данного протокола есть несколько подвидов, об одном из подвидов мы немного поговорим ниже.
3. Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE). Протокол PPPoE описывает процесс передачи кадров канального протокола PPP через сети, построенные по технологии Ethernet.
4. IEEE3 (Ethernet). Технологий Ethernet включает в себя набор стандартов и протоколов, описывающих взаимодействие между устройствами как на физическом, так и на канальном уровнях модели OSI. Изначально принцип взаимодействия в сетях Ethrenet был похож на радиотрансляцию, когда одно устройство передавало данные, а все остальные устройства эти данные принимали, с появлением коммутаторов этот принцип изменился.
5. И многие другие.

Здесь мы не ставим задачу перечислить все протоколы, работающие на канальном уровне модели OSI, эта задача скорее для справочника или статиста. Подробное описание протоколов и технологий вы сможете найти в специализированной литературе или в официальных документах того или иного стандарта или той или иной технологии.

Также важно понимать, что в одной физической среде (в одной физической линии) может быть создано несколько виртуальных каналов и у каждого канала своя определенная роль. Одним каналом устройства пользуется для обмена служебной информацией, второй канал используется для установления связи, третий канал используется для мониторинга устройств, а по четвертому каналу могут передаваться данные.

Оборудование канального уровня модели OSI

Мы уже упоминали, что второй уровень модели OSI позволяет абстрагироваться от физической среды распространения сигнала, поэтому мы можем сказать, что оборудование второго уровня модели OSI не зависит от среды передачи данных, хотя это условно, поскольку если у коммутатора не будет разъемов и модулей для приема оптического сигнала, то собственно, мы не сможем передавать и принимать данные с использованием световой волны.

Давайте приведем несколько примеров оборудования канального уровня модели OSI, чтобы окончательно разобраться с функциями и назначением второго уровня эталонной модели сетевого взаимодействия:

1. Отметим, что хотя драйверы сетевых карт не являются аппаратной частью, но они работают именно на втором уровне модели OSI.
2. Коммутаторы доступа, которые есть в каждом многоквартирном доме крупного города.
3. Роутеры и маршрутизаторы, установленные у нас в квартирах для подключения к сети Интернет, частично выполняют функции канального уровня.
4. Сетевые платы компьютера помимо функций третьего уровня выполняют функции канального уровня модели OSI.

Полный список оборудования, которое можно отнести к канальному уровню или которое частично выполняет эти функции, а уж тем более номенклатура данного оборудования, не представляют сейчас для нас особого интереса. Из всего вышесказанного нам нужно лишь вынести суть, функции и процессы, которые происходят на канальном уровне модели сетевого взаимодействия OSI.

Не забывайте делиться своим мнением в комментариях и оставлять отзывы, это поможет сделать нашу работу лучше, с уважением ZametkiNaPolyah.ru!