Канальный уровень модели osi: Определение начала и конца сообщения

Канальный уровень модели OSI

Канальный уровень — это второй уровень модели OSI. Его основная задача заключается в обеспечении надежной передачи данных между узлами в пределах одной сети (например, в локальной сети). Он организует передачу данных в виде кадров (frames) и отвечает за обнаружение, исправление ошибок и управление доступом к физической среде.

Функции канального уровня

1. Разделение данных на кадры:

   • Канальный уровень структурирует поток битов, поступающих с физического уровня, в кадры.

2. Определение начала и конца кадра:

   • Для правильной передачи и приема данных канальный уровень должен определить границы каждого кадра.

3. Обнаружение и исправление ошибок:

   • Канальный уровень проверяет целостность данных в кадре с использованием механизмов проверки ошибок, таких как CRC (циклический избыточный код).

4. Управление доступом к среде передачи:

   • Определяет, какой узел в сети имеет право отправлять данные в данный момент (например, через протоколы CSMA/CD или CSMA/CA).

5. Физическая адресация:

   • Использует физические (MAC) адреса для идентификации отправителя и получателя в рамках одной сети.

Определение начала и конца сообщения (кадра)

Одной из ключевых задач канального уровня является правильное определение границ кадра. Это достигается за счет использования специальных методов, позволяющих отправителю и получателю синхронизироваться.

Основные методы определения границ кадра:

1. Фиксированная длина кадра:

   • Все кадры имеют заранее определенную длину.

   • Преимущество: простота реализации.

   • Недостаток: неэффективность при передаче данных переменного размера.

2. Маркирование начала и конца кадра (флаговые байты):

   • К каждому кадру добавляются специальные флаговые последовательности (например, в начале и в конце).

   • Пример: протокол HDLC (High-Level Data Link Control) использует флаговый байт 01111110.

3. Использование специальных символов (символьный метод):

   • В начале и конце кадра добавляются специальные символы, отличные от данных (например, Start of Frame и End of Frame).

   • Применяется в протоколах, использующих последовательную передачу данных.

4. Признаки длины:

   • В заголовке кадра указывается его длина.

   • Приемник отслеживает количество полученных байтов до конца кадра.

   • Пример: Ethernet.

5. Битовый метод (битстаффинг):

   • Если данные содержат последовательности, похожие на флаговые, добавляются дополнительные биты для предотвращения ошибок.

   • Пример: если флаг 01111110, то после 5 единиц добавляется 0, чтобы избежать совпадений.

6. Синхронизация на основе кода:

   • Используется специальное кодирование данных (например, Manchester или 4B/5B), которое позволяет отличить данные от сигналов управления.

Пример работы (Ethernet):

1. Начало кадра (Preamble):

   • Ethernet использует преамбулу — последовательность битов, предшествующую кадру, чтобы синхронизировать отправителя и получателя.

2. Длина кадра:

   • Заголовок Ethernet включает поле длины, позволяя определить конец кадра.

3. Проверка целостности:

   • В конце кадра добавляется CRC для проверки ошибок.

Заключение

Канальный уровень играет важную роль в организации передачи данных между устройствами в одной сети. Определение начала и конца кадра — одна из его ключевых задач, обеспечивающая правильное распознавание и обработку данных. Современные протоколы, такие как Ethernet и Wi-Fi, используют различные методы для эффективного решения этой задачи, включая флаги, длину кадра и синхронизацию.