Warstwa Łącza Danych

• druga warstwa modelu referencyjnego OSI

• interfejs między sprzętem a oprogramowaniem

Teraz poznamy:

• naturę, strukturę i funkcje ramek danych w sieci LAN

• najważniejsze architektury sieci LAN: Ethernet, Token Ring, FDDI

• różnice w sposobie dostępu do nośnika fizycznego

• przegląd technologii warstwy łącza danych

• zagadnienia związane z jej instalowaniem

Warstwy modelu OSI

7 Aplikacji

6 Prezentacji

5 Sesji

4 Transportu

3 Sieci

2 Łącza danych

1 Fizyczna

Warstwa 2: Łącza danych - funkcje

• pełni zadania związane z wysyłaniem i odbiorem danych

• odpowiedzialna za końcową zgodność przesyłanych danych

• odpowiedzialna za upakowanie danych do postaci ramek

• rozpoznaje zagubienie ramki na torze transmisji

• naprawia (o ile to możliwe) ramki uszkodzone

• ponowne składanie bitów otrzymywanych od warstwy 1 w ramki (buforuje - nie tworzy ramek od nowa)

Zadania związane z wysyłaniem i odbiorem danych

• Węzeł docelowy wysyła potwierdzenie otrzymania ramki, węzeł wcześniej sprawdza integralność zawartości ramki

• Węzeł początkowy musi odebrać od węzła końcowego potwierdzenie otrzymania każdej ramki w postaci niezmienionej

• Ramki, które weszły w konflikt lub zostały uszkodzone podczas przesyłania danych, muszą być transmitowane ponownie, dopóki nie dotrą w całości do miejsca przeznaczenia

• Ramki, których przesłanie nie zostało potwierdzone przez ich wskazanego odbiorcę muszą być przesyłane ponownie

Warstwy 1 i 2 są konieczne

do komunikacji każdego rodzaju

czy to LAN czy WAN

Sumy kontrolne, CRC

Warstwa łącza danych jest odpowiedzialna za ponowne przetwarzanie wszelkich (przybywających do niej z warstwy fizycznej) strumieni binarnych z powrotem do postaci ramek.

Przed przesłaniem tak utworzonej ramki do warstwy następnej wykonuje matematyczny sprawdzian zgodności nowo utworzonej ramki z danymi oryginalnymi, np.:

Parzystość

- Sumy kontrolne

- Cykliczna Kontrola Nadmiarowa - CRC (ang. Cyclic Redundancy Check)

Sumy kontrolne

- podobne do CRC - lecz mniej skomplikowane - dodanie binarnej wartości każdego znaku alfanumerycznego wchodzącego w skład bloku danych.

- suma kontrolna zapisana w odpowiednim polu ramki

- odbiorca ponownie przelicza sumę kontrolną i porównuje z wartością zapisaną.

- jeśli porównywane liczby są różne - oznacza to wystąpienie błędu transmisji.

- jeśli wystąpi kilka błędów, to suma kontrolna może się zgodzić - wtedy błędy takie nie zostaną wykryte.

CRC - Cykliczna Kontrola Nadmiarowa

• bardziej niezawodny sposób wykrywania błędów

• dane odczytywane są, jako ciąg binarny,

• uzyskana w ten sposób liczba dzielona jest przez wcześniej określoną wartość

• wynikiem dzielenia jest wartość CRC

Ramki, które nie przejdą pomyślnie kontroli CRC lub sum kontrolnych są usuwane

Urządzenie wskazane w polu „Adres nadawcy” proszone jest o ponowną transmisję

Dzięki wykorzystaniu tego mechanizmu rozpoznawania błędów, protokoły warstwy 3 i 4 (sieci, transportu) nie muszą już zajmować się odrębnym sprawdzaniem:

• czy ramka została dostarczona

• i czy została dostarczona w całości

Protokoły w. 4 (np. TCP, SPX) polegają na własnych mechanizmach rozpoznawania i korekcji błędów (niezależnie od kontroli wykonywanej przez warstwę 2).

Ramka

- jest strukturą właściwą dla danej warstwy,

- zawiera ilość informacji wystarczającą do pomyślnego przesłania danych, czyli zapewnia osiąganie miejsca docelowego w postaci niezmienionej w stosunku do postaci, w której zostały wysłane.

- zawiera mechanizmy (informacje) umożliwiające weryfikowanie integralności jej zawartości podczas transmisji.

Rozmiar i struktura ramki zależy od rodzaju używanego przez sieć protokołu warstwy sprzętowej (np. protokołu Ethernet, Token Ring itp.)

Porównanie ramki do koperty listowej

Procesy służące przesyłaniu ramek nazywane są protokołami.

Składniki typowej ramki

(tyle pól ile niezbędne jest do zagwarantowania bezpiecznego dostarczenia ramki wskazanemu odbiorcy)

typowa ramka zawiera najczęściej:

• Ogranicznik początku ramki

• Adres źródłowy (nadawcy)

• Adres docelowy (odbiorcy)

• Dane

• Sekwencja kontrolna ramki

Ramka sieci Parc Ethernet

Preambuła 8B

Adres odbiorcy 6B

Adres nadawcy 6B

Typ 2B

Dane nieokreślona długość

Preambuła 8B

Adres odbiorcy 6B

Adres nadawcy 6B

Typ 2B

Dane 50..1486B

Wypełnienie

Ramka sieci DIX Ethernet

CSMA/CD

- wielodostęp do łącza sieci

- z badaniem stanu kanału

- z wykrywaniem kolizji (Collision Detection)

IEEE - wysiłki standaryzacyjne

• zgrupowanie niezbędnych funkcji sieci lokalnych w moduły

• bazując na kolejności zdarzeń następujących podczas normalnej sesji komunikacyjnej,

• stworzyli własny stos protokołów, nie przystający ściśle do OSI.

Podział warstwy łącza danych na dwie odrębne części.

Nazwy pochodzą od nazw kontrolowanych przez nie funkcji:

• sterownie łączem logicznym (LLC),

• 
  sterowanie dostępem do nośnika (MAC).

Warstwy LLC i MAC tworzą jądro Ethernetu.

Umożliwiają umieszczanie danych w ramkach oraz adresowanie,

co pozwala na przesyłanie ich do miejsca przeznaczenia.

Warstwa LLC

- wyższy z dwóch składników warstwy łącza danych:

• izoluje ona protokoły wyższej warstwy od właściwej metody dostępu do nośnika.

• sterownie łączem danych jest mechanizmem uniezależniającym protokoły warstw sieci i transportu od różnych odmian architektury sieci LAN.

• protokoły wyższych warstw nie muszą wiedzieć, czy będą przesyłane poprzez Ethernet, Token Ring czy też Token Bus.

• Nie musza również wiedzieć, jakiej specyfikacji warstwy fizycznej będą używać.

• udostępnia wspólny interfejs dla wszystkich architektur i odmian sieci LAN zgodnych ze specyfikacją 802.

Warstwa MAC

- niższy składnik warstwy łącza danych.

• odpowiada za połączenie z warstwą fizyczną

• zapewnia udany przebieg nadawania i odbioru.

• składają się na nią dwie funkcje: nadawania i odbioru.

• odpowiada za opakowywanie wszystkich danych otrzymanych z warstwy LLC w ramki.

• prócz danych ramka zawiera strukturę oraz wszystkie adresy potrzebne do przesłania jej do miejsca przeznaczenia.

• odpowiedzialna za przeprowadzanie testu integralności danych,

• zawiera również mechanizmy potrafiące określać - na podstawie mechanizmów warstwy fizycznej - czy pasmo komunikacyjne jest dostępne, czy też nie.

• jeśli jest dostępne, ramki danych są przekazywane warstwie fizycznej do przesłania.

• jeśli nie, uruchamia swój binarny wykładniczy algorytm zwrotny, który generuje pseudolosowy czas oczekiwania,

• po upływie czasu oczekiwania może nastąpić kolejna próba transmisji.

• monitorowanie statusu transmitowanych ramek - wykrywanie wszelkich znaków sygnalizujących zajście konfliktu

• gdy wykryje konflikt jednej ze swoich ramek, określa, które dane muszą być ponownie wysłane,

• uruchamia algorytm zwrotny i ponownie próbuje wysłać ramkę.

• algorytm zwrotny jest powtarzany, dopóki próba wysłania ramki nie zakończy się powodzeniem (jednak ograniczona liczba prób do 16)

---