Канальный уровень

Сетевая модель OSI
7	Прикладной уровень
6	Представительский уровень
5	Сеансовый уровень
4	Транспортный уровень
3	Сетевой уровень
2	Канальный уровень Подуровень управления логической связью (LLC) Подуровень управления доступом к среде (MAC)
1	Физический уровень

Канальный уровень (англ. Data Link layer), также уровень передачи данных, уровень звена данных — второй уровень сетевой модели OSI, предназначенный для передачи данных узлам, находящимся в том же сегменте локальной сети. Также может использоваться для обнаружения и, возможно, исправления ошибок, возникших на физическом уровне. Примерами протоколов, работающих на канальном уровне, являются: Ethernet для локальных сетей (многоузловой), Point-to-Point Protocol (PPP), HDLC и ADCCP для подключений точка-точка (двухузловой).

Описание

Канальный уровень отвечает за доставку кадров (frame) между устройствами, подключенными к одному сетевому сегменту. Кадры канального уровня не пересекают границ сетевого сегмента. Кадры передаются последовательно с обработкой кадров подтверждения, отсылаемых обратно получателем.

Функции межсетевой маршрутизации и глобальной адресации осуществляются на более высоких уровнях модели OSI, что позволяет протоколам канального уровня сосредоточиться на локальной доставке и адресации.

Заголовок кадра содержит аппаратные адреса отправителя и получателя, что позволяет определить, какое устройство отправило кадр и какое устройство должно получить и обработать его. В отличие от иерархических и маршрутизируемых адресов, аппаратные адреса одноуровневые. Это означает, что никакая часть адреса не может указывать на принадлежность к какой-либо логической или физической группе.

Когда устройства пытаются использовать среду одновременно, возникают коллизии кадров. Протоколы канального уровня выявляют такие случаи и обеспечивают механизмы для уменьшения их количества или же их предотвращения.

Многие протоколы канального уровня не имеют подтверждения о приёме кадра, некоторые протоколы даже не имеют контрольной суммы для проверки целостности кадра. В таких случаях протоколы более высокого уровня должны обеспечивать управление потоком данных, контроль ошибок, подтверждение доставки и ретрансляции утерянных данных.

На этом уровне работают коммутаторы, мосты.

В программировании доступ к этому уровню предоставляет драйвер сетевой платы. В операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS.^{[значимость факта?]}

Длина пакета, формируемого протоколом канального уровня, ограничена сверху посредством MTU. MTU может быть изменено. Минимальная длина кадра прописывается в стандартах и не может быть изменена.

Подуровни канального уровня

Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня. MAC (Media Access Control, или Medium Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.

Функции канального уровня

1. Получение доступа к среде передачи. Обеспечение доступа — важнейшая функция канального уровня. Она требуется всегда, за исключением случаев, когда реализована полносвязная топология (например, два компьютера, соединенных через кроссовер, или компьютер с коммутатором в полнодуплексном режиме).
2. Выделение границ кадра. Эта задача также решается всегда. Среди возможных решений этой задачи — резервирование некоторой последовательности, обозначающей начало или конец кадра.
3. Аппаратная адресация (или адресация канального уровня). Требуется в том случае, когда кадр могут получить сразу несколько адресатов. В локальных сетях аппаратные адреса (MAC-адреса) применяются всегда.
4. Обеспечение достоверности принимаемых данных. Во время передачи кадра есть вероятность, что данные исказятся. Важно это обнаружить и не пытаться обработать кадр, содержащий ошибку. Обычно на канальном уровне используются алгоритмы контрольных сумм, дающие высокую гарантию обнаружения ошибок.
5. Адресация протокола верхнего уровня. В процессе декапсуляции указание формата вложенного PDU существенно упрощает обработку информации, поэтому чаще всего указывается протокол, находящийся в поле данных, за исключением тех случаев, когда в поле данных может находиться один-единственный протокол.

Литература

• А.А.Зайка. Компьютерные сети. — ОЛМА-ПРЕСС. — М., 2006. — С. 39—40.
• А.Ю.Филимонов. Протоколы интернета. — СпБ., 2003. — С. 9—10,33-65.
• Таненбаум Эндрю С, Уэзеролл Дэвид. Компьютерные сети = Computer Networks. — 5-е. — СПб.: «Питер», 2019. — С. 59,216-280.

Ссылки

• ISO 7498-1 7.6 Dat Link layer  (неопр.) 46—48. ISO.
• ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99 7.6 Уровень звена данных  (неопр.) 45—47. Росстандарт.
• Модель OSI — Канальный уровень