Pull to refresh
2617.23
Timeweb Cloud
То самое облако

Сложно о простом. Канальный уровень (L2) модели OSI

Level of difficultyEasy
Reading time6 min
Views26K


Приветствую, коллеги! Меня зовут ProstoKirReal, и сегодня мы продолжим изучение модели OSI, обсудив канальный уровень (L2). Этот уровень играет ключевую роль в обеспечении надежной передачи данных в локальных сетях.

Перед тем, как познакомиться с данным уровнем, нам необходимо узнать одно понятие.

Что такое фрейм или кадр?


Кадр (frame) является частью данных, которые разбиваются на некоторые части для дальнейшей передачи по сети.

На разных уровнях модели OSI части данных называются по-разному: на канальном уровне это кадры, на сетевом уровне — пакеты, на транспортном уровне — сегменты или датаграммы, а на прикладном уровне — сообщения или данные

Основные компоненты кадра:


  • Заголовок (Header): включает контрольную информацию, такую как адреса отправителя и получателя (src/dst MAC-адреса), тип протокола (E-Type) и другие параметры.
  • Поле данных (Payload): содержит непосредственно передаваемые данные. Это может быть часть сетевого пакета, переданного с вышестоящих уровней модели OSI.
  • Контрольная последовательность (Trailer или CRC): используется для проверки целостности данных. CRC (Cyclic Redundancy Check) — это контрольная сумма, которая помогает обнаружить ошибки, возникшие при передаче данных.

image

Примеры сетевых кадров:


  • Ethernet-фрейм: наиболее распространенный тип кадров в локальных сетях (LAN). Ethernet-фрейм включает такие поля, как MAC-адреса отправителя и получателя, тип Ethernet, данные и CRC.
  • Wi-Fi фрейм: используется в беспроводных сетях и имеет свои особенности, такие как дополнительные поля для управления и защиты данных.

Что же происходит на канальном уровне?


Основная задача канального уровня – передача информации в рамках одной локальной сети. Для этого используются уникальные MAC-адреса, которые есть у каждого сетевого оборудования.

MAC-адрес можно сравнить с серией и номером в паспорте. Каждый гражданин имеет уникальный номер. Если забежать чуть выше по модели OSI, то имя и фамилию можно сравнить с IP-адресом.

В рамках сети коммутаторы (устройства для передачи сетевых пакетов) имеют полную MAC-таблицу всех MAC-адресов, которые участвовали в передаче данных по сети. Коммутаторы, благодаря данной MAC-таблице, передают кадры конкретным устройствам, а не отправляют их по всей сети. Концентратор (Hub) в свою очередь передает кадры всем устройствам в сети.

image

Что такое канальный уровень?


Канальный уровень (Data Link Layer) — это второй уровень модели OSI. Он отвечает за надежную передачу данных через физический канал, обеспечивает обнаружение и исправление ошибок, а также управление доступом к среде передачи.

Основные функции канального уровня:


  • Форматирование данных: преобразование необработанных битов данных в структурированные кадры.
  • Обнаружение и исправление ошибок: обеспечение целостности данных путем обнаружения и исправления ошибок передачи.
  • Управление доступом к среде: контроль доступа к общему физическому средству передачи, предотвращение коллизий.
  • Адресация: использование MAC-адресов для идентификации устройств в локальной сети.

Примеры технологий и стандартов:


  • Ethernet: основной стандарт для локальных сетей (LAN).
  • Wi-Fi: беспроводной стандарт, основанный на 802.11.
  • MAC-адреса: уникальные идентификаторы для сетевых интерфейсов.
  • Коммутаторы (Switches): устройства для соединения узлов в сети на уровне L2.

Основные технологии и стандарты:


  • 802.11 (Wi-Fi): стандарт беспроводных локальных сетей (WLAN), разработанный IEEE, охватывает различные версии, такие как 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac и 802.11ax. Эти стандарты определяют, как устройства взаимодействуют друг с другом по беспроводной связи на определенных частотах и с определенной пропускной способностью.

MAC (Medium Access Control) и LLC (Logical Link Control):

  • MAC: подуровень канального уровня, отвечающий за управление доступом к физической среде передачи данных. Он обеспечивает метод контроля доступа, такие как CSMA/CD в Ethernet.

LLC: подуровень канального уровня, отвечающий за управление логическими соединениями, кадрами и контроль ошибок, обеспечивая интерфейс между сетью и MAC-подуровнем.

  • VLAN (Virtual Local Area Network): технология, позволяющая логически разделять одну физическую сеть на несколько виртуальных сетей. Это помогает улучшить управление, безопасность и производительность сети, так как устройства в разных VLAN не могут взаимодействовать без маршрутизатора.
  • ATN (Aeronautical Telecommunication Network): сеть, предназначенная для поддержки воздушного трафика и управления воздушным движением. ATN обеспечивает связь между различными авиационными системами и службами для безопасного и эффективного управления полетами.
  • HDP (Health Device Profile): профиль Bluetooth, разработанный для передачи медицинских данных между устройствами. HDP стандартизирует способы передачи данных для медицинских приборов, обеспечивая совместимость и надежность передачи.
  • Fibre Channel: высокоскоростной сетевой стандарт, используемый преимущественно для подключения устройств хранения данных (SAN). Fibre Channel обеспечивает высокую пропускную способность и низкую задержку, что делает его идеальным для критически важных приложений и баз данных.
  • Frame Relay: технология передачи данных на канальном уровне, используемая для межсетевого взаимодействия. Она передает данные в виде кадров через виртуальные каналы, предоставляя высокую скорость передачи данных и эффективное использование пропускной способности сети.
  • HDLC (High-Level Data Link Control): протокол канального уровня, разработанный ISO для передачи данных по синхронным и асинхронным линиям связи. HDLC обеспечивает установку и разрыв соединений, передачу данных, а также контроль ошибок и коррекцию.
  • PPP (Point-to-Point Protocol): протокол канального уровня, используемый для установления прямого соединения между двумя узлами сети. PPP поддерживает аутентификацию, шифрование и компрессию данных, и часто используется для подключения к Интернету через модемы и DSL.
  • Q.921: протокол канального уровня, используемый в ISDN (Integrated Services Digital Network) для установления, управления и завершения соединений. Q.921 управляет сигнализацией и контрольными функциями, необходимыми для передачи данных в ISDN.
  • Token Ring: технология локальных сетей, разработанная IBM, где устройства подключаются в кольцо, и передача данных осуществляется по принципу передачи маркера (token). Только устройство, владеющее маркером, может передавать данные, что уменьшает вероятность коллизий.

Применение канального уровня на практике


Канальный уровень играет важную роль в локальных сетях. Например, когда коммутатор получает кадр данных, он использует MAC-адреса для определения того, куда отправить этот кадр. Это позволяет устройствам в одной локальной сети общаться друг с другом без вмешательства маршрутизаторов.

Что будет, если в локальной сети два одинаковых MAC-адреса?


Сразу скажу, ничего хорошего. В идеальном мире у каждого сетевого устройства должен быть уникальный MAC-адрес. Но зачастую бывает, что в одной партии у сетевого оборудования имеются одинаковые MAC-адреса, а то и во всей партии.

Примеры проблем, которые могут возникнуть:


  • Прерывание связи: если коммутатор получает пакеты с двух разных портов с одинаковым MAC-адресом, он будет постоянно обновлять свою таблицу коммутации, перенаправляя трафик то на один, то на другой порт, что приведет к потере связи для обоих устройств.
  • Нестабильность сети: постоянные обновления таблицы коммутации могут вызвать непредсказуемое поведение сети, вплоть до полного прекращения работы некоторых сетевых сегментов.

Конфликты и коллизии:

  • Устройства могут не получать пакеты: маршрутизаторы и коммутаторы используют MAC-адреса для пересылки данных. Если два устройства имеют одинаковый MAC-адрес, данные могут доставляться не тому устройству или вообще не доставляться.
  • Коллизии пакетов: пакеты, направленные на один MAC-адрес, могут пересекаться, что приведет к их потере или повреждению.

Проблемы с коммутацией:

  • Ошибка в таблицах MAC-адресов коммутаторов: коммутаторы строят таблицы MAC-адресов для маршрутизации трафика. Если два устройства имеют одинаковый MAC-адрес, коммутатор может постоянно обновлять свою таблицу, что приведет к неправильной маршрутизации пакетов.
  • Штормы широковещания: может возникнуть избыточное широковещание, так как коммутатор будет пытаться отправить трафик на все порты, чтобы найти правильный адрес назначения.

Также могут возникнуть дополнительные проблемы на уровнях выше канального.
А вот если одинаковые MAC-адреса будут в разных LAN или в разных VLAN, то ничего страшного не произойдет.

Заключение


Канальный уровень модели OSI обеспечивает надежную передачу данных в локальных сетях и управляет доступом к среде передачи. Понимание этого уровня поможет вам эффективно настраивать и обслуживать сетевое оборудование, такое как коммутаторы и сетевые адаптеры.

В следующей статье мы рассмотрим сетевой уровень (L3) и его роль в маршрутизации данных.

Спасибо за внимание, и до встречи в следующей статье!



Читайте также:

Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале

Tags:
Hubs:
Total votes 30: ↑24 and ↓6+28
Comments10

Articles

Information

Website
timeweb.cloud
Registered
Founded
Employees
201–500 employees
Location
Россия
Representative
Timeweb Cloud