OSI Моделінің 2-ші Қабаты: Дерек байланысы қабаты

Кіріспе

OSI желілік моделінің екінші қабаты

Деректер сілтемесі қабаты немесе 2-қабат – компьютерлік желілердің жеті қабатты OSI моделінің екінші қабаты. Бұл қабат физикалық қабат арқылы желі сегментіндегі түйіндер арасында деректерді тасымалдайтын протокол қабаты. Деректер сілтемесі қабаты желілік бірліктер арасында деректерді берудің функционалдық және процедуралық құралдарын қамтамасыз етеді, сондай-ақ физикалық қабатта туындауы мүмкін қателерді анықтау және, мүмкін болса, түзету құралдарын ұсынуы мүмкін. Деректер сілтемесі қабаты желідегі бір деңгейдегі түйіндер арасында кадрларды жергілікті түрде жеткізумен айналысады. Осы протоколдық дерек бірліктері деп аталатын деректер сілтемесі кадрлары жергілікті желінің шекарасын кесіп өтпейді. Желіаралық маршрутизация және жаһандық адрестеу – жоғары қабаттардың функциялары, бұл деректер сілтемесі протоколдарына жергілікті жеткізу, адрестеу және ортаға қол жеткізуді реттеуге назар аударуға мүмкіндік береді. Осылайша, деректер сілтемесі қабаты – көшедегі жол бақылаушысына ұқсас; ол олардың соңғы мақсатына қарамастан, ортаға қол жеткізу үшін таласатын тараптар арасындағы дауды шешуге тырысады. Құрылғылар бір уақытта ортаны пайдалануға тырысқанда кадрлардың қақтығысуы орын алады. Деректер сілтемесі протоколдары құрылғылардың мұндай қақтығыстарды қалай анықтайтынын және олардан қалай қалпына келтірілетінін көрсетеді, сондай-ақ оларды азайту немесе болдырмау үшін механизмдерді ұсынуы мүмкін. Деректер сілтемесі протоколдарының мысалдары: Ethernet, IEEE 802.11 WiFi протоколдары, ATM және Frame Relay. Интернет-протоколдары жиынтығында (TCP/IP) деректер сілтемесі қабатының функционалдығы физикалық инфрақұрылымнан тәуелсіз деп есептелетін сипаттамалық модельдің ең төменгі қабаты – сілтеме қабатында қамтылған.

Функция

Деректер байланысы физикалық байланысқа қосылған хосттар арасында деректер фреймдерін беруді қамтамасыз етеді. OSI желілік архитектурасының семантикасы шеңберінде деректер байланысы қабатының протоколдары желілік қабаттан келетін қызмет сұраныстарында жауап береді және физикалық қабатқа қызмет сұраныстарын жіберу арқылы өз функцияларын орындайды. Мұндай деректер беру сенімді немесе сенімсіз болуы мүмкін; көптеген деректер байланысы протоколдары фреймдердің сәтті қабылдануы және қабылдау туралы растауды қамтамасыз етпейді, ал кейбір деректер байланысы протоколдары тіпті беру қателерін тексермейді. Мұндай жағдайларда жоғары деңгейдегі протоколдар ағынды басқару, қателерді тексеру, растау және қайта жіберуді қамтамасыз етуі керек. Фреймнің бас жағында деректерді қай құрылғы жібергенін және қай құрылғыға қабылдауға және өңдеуге тиіс екенін көрсететін бастапқы және түмендік мекенжайлар болады. Желілік қабаттың иерархиялық және маршрутизацияланатын мекенжайларынан өзгеше, 2-қабаттағы мекенжайлар жазық болып келеді, яғни мекенжайдың ешбір бөлігі осы мекенжайдың логикалық немесе физикалық тобын анықтау үшін қолданылмайды. Кейбір желілерде, мысалы IEEE 802 жергілікті желілерінде деректер байланысы қабаты медиаға қолжетімділікті басқару (MAC) және логикалық байланысты басқару (LLC) қосалқы қабаттарымен толық сипатталады; бұл IEEE 802.2 LLC протоколын Ethernet, Token Ring, IEEE 802.11 сияқты барлық IEEE 802 MAC қабаттарымен, сондай-ақ FDDI сияқты 802 емес MAC қабаттарымен пайдалануға болады дегенді білдіреді. HDLC сияқты басқа деректер байланысы қабатының протоколдары екі қосалқы қабатты да қамтиды, бірақ Cisco HDLC сияқты кейбір протоколдар HDLC-нің төменгі деңгейдегі фреймін MAC қабаты ретінде, басқа LLC қабатымен бірге қолданады. ITU-T G.hn стандартында, ол қолданыстағы үй сымдарын (электр желілері, телефон желілері және коаксиалдық кабельдер) пайдалана отырып, жоғары жылдамдықты (1 Гбит/с дейін) жергілікті желі құруға мүмкіндік береді, деректер байланысы қабаты үш қосалқы қабатқа бөлінеді (қолданба протоколының конвергенциясы, логикалық байланысты басқару және медиаға қолжетімділікті басқару).

Ішкі қабаттар

Деректер байланысы қабаты көбінесе екі кіші қабатқа бөлінеді: логикалық байланыс басқаруы (LLC) және медиаға қол жеткізу басқаруы (MAC).

Логикалық байланысты басқарудың кіші қабаты

Ең жоғарғы қосалқы қабат, LLC, деректер байланысы қабатының үстінде жұмыс істейтін протоколдарды мультиплекстейді және қажет болған жағдайда ағын басқару, растау және қате туралы хабарлауды қамтамасыз етеді. LLC деректер байланысын адрестеу және басқаруды жүзеге асырады. Ол тарату ортасы арқылы станцияларды адрестеу және деректерді жіберуші және қабылдаушы машиналар арасында алмасу үшін қандай механизмдер қолданылатынын анықтайды.

Медиа қолжетімділікті бақылаудың кіші қабаты

MAC – кез келген уақытта медиаға кімге рұқсат етілетінін анықтайтын (мысалы, CSMA/CD) ішкі қабатты білдіруі мүмкін. Басқа жағдайларда ол MAC-адрестерге негізделген кадр құрылымын қамтиды. Әдетте, медиаға қол жеткізуді басқарудың екі түрі бар: таратылған және орталықтандырылған. Екеуін де адамдар арасындағы байланыспен салыстыруға болады. Адамдар сөйлейтін желіде, яғни әңгімеде, олардың әрқайсысы кездейсоқ уақытқа үнсіздік танытып, содан кейін қайтадан сөйлеуге тырысады, бұл тиімді түрде «жоқ, сіз бірінші» деген ұзақ және күрделі ойынды құрады. Медиаға қол жеткізуді басқару ішкі қабаты кадрды синхрондауды да жүзеге асырады, ол беріліс битінің ағынындағы әрбір кадрдың басталуын және аяқталуын анықтайды. Ол бірнеше әдістердің бірін қамтиды: уақытқа негізделген анықтау, символдарды санау, байтты толтыру және битті толтыру. Уақытқа негізделген тәсіл кадрлар арасында белгілі бір уақыт күтеді. Символдарды санау кадрдың бас бөлігіндегі қалған символдар санын есептейді. Алайда, егер бұл өріс зақымданса, бұл әдіс оңай бұзылады. Байтты толтыру кадрдың алдына DLE STX сияқты арнайы байт тізбегін қосады және DLE ETX арнайы байт тізбегімен аяқтайды. DLE-нің (0x10 байт мәні) кездесуі басқа DLE арнайы символымен қорғалуы керек. Басталу және тоқтату белгілері қабылдағышта анықталады және алынып тасталады, сондай-ақ енгізілген DLE символдары да алынып тасталады. Сол сияқты, битті толтыру осы басталу және аяқталу белгілерін арнайы бит үлгісінен (мысалы, 0, алты 1 бит және 0) тұратын флагтармен алмастырады. Биттік үлгінің берілетін деректерде кездесуіне жол бермеу үшін бит енгізіледі. Мысалы, флаг 01111110 болса, дерек ағынындағы бес бірдей 1-ден кейін 0 енгізіледі. Флагтар мен енгізілген 0-лер қабылдаушы жағынан алынып тасталады. Бұл кез келген ұзындықтағы кадрларды және қабылдаушы үшін оңай синхрондауды қамтамасыз етеді. Толықтырылған бит келесі дерек биті 0 болған жағдайда да қосылады, оны синхрондау тізбегімен шатастыру мүмкін емес, сондықтан қабылдаушы толықтырылған биттерді қалыпты биттерден ажырата алады.

MAC may refer to the sublayer that determines who is allowed to access the media at any one time (e. g. CSMA/CD). Other times it refers to a frame structure delivered based on MAC addresses inside. There are generally two forms of media access control: distributed and centralized. Both of these may be compared to communication between people. In a network made up of people speaking, i. e. a conversation, they will each pause a random amount of time and then attempt to speak again, effectively establishing a long and elaborate game of saying "no, you first". The Media Access Control sublayer also performs frame synchronization, which determines the start and end of each frame of data in the transmission bitstream. It entails one of several methods: timing based detection, character counting, byte stuffing, and bit stuffing. The time based approach expects a specified amount of time between frames. Character counting tracks the count of remaining characters in the frame header. This method, however, is easily disturbed if this field is corrupted. Byte stuffing precedes the frame with a special byte sequence such as DLE STX and succeeds it with DLE ETX. Appearances of DLE (byte value 0x10) have to be escaped with another DLE. The start and stop marks are detected at the receiver and removed as well as the inserted DLE characters. Similarly, bit stuffing replaces these start and end marks with flags consisting of a special bit pattern (e. g. a 0, six 1 bits and a 0). Occurrences of this bit pattern in the data to be transmitted are avoided by inserting a bit. To use the example where the flag is 01111110, a 0 is inserted after 5 consecutive 1's in the data stream. The flags and the inserted 0's are removed at the receiving end. This makes for arbitrary long frames and easy synchronization for the recipient. The stuffed bit is added even if the following data bit is 0, which could not be mistaken for a sync sequence, so that the receiver can unambiguously distinguish stuffed bits from normal bits.

TCP/IP моделімен байланыс

Интернет-протоколдар жиынтығында (TCP/IP) OSI деректер байланысы қабатының функционалдығы оның ең төменгі қабатында, сілтеме қабатында қамтылған. TCP/IP сілтеме қабаты хост қосылған сілтеменің жұмыс аясына ие, және ол тек хосттарды сілтемеде табу және деректер фреймдерін сілтемеге жіберу үшін аппараттық (MAC) мекенжайларын алуға дейін ғана аппараттық мәселелермен айналысады. Сілтеме қабатының функционалдығы RFC 1122 құжатында сипатталған және OSI деректер байланысы қабатынан өзгеше анықталады, сондай-ақ жергілікті сілтемеге әсер ететін барлық әдістерді қамтиды. TCP/IP моделі желілерді жоғарыдан төменге қарай толық жобалауға арналған анықтамалық емес. Ол TCP/IP интернеттегі протоколдар жиынтығының дизайнында қажетті логикалық топтар мен функциялардың аясын көрсету мақсатында жасалды. Жалпы алғанда, OSI және TCP/IP модельдерін тікелей немесе қатаң салыстырудан аулақ болу керек, себебі TCP/IP-де қабатталу негізгі жобалау критерийі емес, және көбінесе "зиянды" деп есептеледі (RFC 3439). Атап айтқанда, TCP/IP OSI протоколдарына тән инкапсуляция талаптарының қатаң иерархиялық тізбегін талап етпейді.