لایه پیوند و دسترسی به رسانه
لایه پیوند، فریمها را بین گرههای متصل مستقیم از طریق یک پیوند فیزیکی جابجا میکند و زیرلایه کنترل دسترسی به رسانه، نحوه اشتراکگذاری یک کانال پخش توسط چندین گره را بدون برخورد مخرب انتقالهایشان، مدیریت میکند.
Definition
لایه پیوند، لایه پروتکلی است که مسئول انتقال فریمها بین دو گره متصل توسط یک پیوند واحد است، از جمله فریمبندی، دسترسی به پیوند از طریق پروتکل کنترل دسترسی به رسانه، و تشخیص خطا بر روی پیوند.
Scope
این حوزه لایه دوم پشته شبکه را پوشش میدهد: فریمبندی دادهها به فریمهای لایه پیوند، تشخیص و تصحیح خطا بر روی پیوندهای نویزی، و پروتکلهای کنترل دسترسی به رسانه (MAC) که دسترسی به یک کانال ارتباطی مشترک را هماهنگ میکنند. این شامل پروتکلهای تقسیم کانال، دسترسی تصادفی، و نوبتی، شبکههای محلی سوئیچشده، و خانواده اترنت با سوئیچها و آدرسدهی آن میشود. جزئیات سیگنالینگ فیزیکی زیر آن و مسیریابی لایه شبکه که در چندین پیوند بالاتر از آن عمل میکند، از این حوزه مستثنی هستند.
Sub-topics
Core questions
- چگونه یک جریان بیت به فریمها تقسیم میشود و چگونه خطاهای انتقال تشخیص داده یا تصحیح میشوند؟
- چگونه بسیاری از گرهها میتوانند یک کانال پخش واحد را به طور کارآمد و عادلانه به اشتراک بگذارند؟
- موازنه بین پروتکلهای MAC تقسیم کانال، دسترسی تصادفی و نوبتی چیست؟
- سوئیچهای یادگیرنده چگونه فریمها را در یک شبکه محلی ارسال میکنند و چه تفاوتی با روترها دارند؟
- چرا علاوه بر آدرسهای لایه شبکه، به آدرسهای لایه پیوند (MAC) نیز نیاز است؟
Key concepts
- فریمبندی
- تشخیص خطا (پاریتی، جمع کنترلی، CRC)
- کنترل دسترسی به رسانه (MAC)
- تقسیم کانال (TDMA, FDMA)
- دسترسی تصادفی (ALOHA, CSMA/CD)
- آدرسهای MAC
- اترنت
- سوئیچهای لایه پیوند
- حوزههای برخورد و پخش
- تفکیک آدرس (ARP)
Key theories
- دسترسی چندگانه تصادفی و CSMA/CD
- پروتکلهای دسترسی تصادفی به گرهها اجازه میدهند هر زمان که دادهای دارند ارسال کنند و از برخوردها بازیابی شوند؛ دسترسی چندگانه با حسگر حامل و تشخیص برخورد (CSMA/CD)، که در اترنت کلاسیک استفاده میشود، قبل از ارسال گوش میدهد و در صورت تشخیص برخورد، ارسال را متوقف میکند، سپس به طور تصادفی عقبنشینی میکند.
- تشخیص خطا از طریق افزونگی
- اضافه کردن بیتهای کنترلی محاسبهشده از دادهها — پاریتی، جمعهای کنترلی، یا بررسیهای افزونگی چرخهای — به گیرنده امکان میدهد خطاهای بیتی ایجاد شده در یک پیوند را تشخیص دهد (و گاهی اوقات تصحیح کند)، که با سربار کمی قابلیت اطمینان را افزایش میدهد.
- شبکههای محلی سوئیچشده خودآموز
- سوئیچهای اترنت با مشاهده آدرسهای مبدأ فریمهای ورودی، جداول ارسال را به طور خودکار میسازند و به جای پخش، به صورت انتخابی ارسال میکنند، که حوزههای برخورد را تقسیمبندی کرده و شبکههای محلی را مقیاسپذیر میکند.
Clinical relevance
فناوری لایه پیوند همان چیزی است که دستگاهها را به صورت فیزیکی به هم متصل میکند: سوئیچهای اترنت ستون فقرات شبکههای سازمانی و مراکز داده را تشکیل میدهند، پروتکل MAC وایفای هر شبکه محلی بیسیم را مدیریت میکند، و کدهای تشخیص خطا از دادهها در هر پیوند از مس تا فیبر و رادیو محافظت میکنند. طراحی مراکز داده با تأخیر کم، تشخیص مشکلات برخورد و طوفان پخش، و تقسیمبندی شبکهها با VLANها همگی بر مفاهیم لایه پیوند استوار هستند.
History
سیستم ALOHA در دانشگاه هاوایی (آبرامسون، اوایل دهه ۱۹۷۰) پیشگام دسترسی چندگانه تصادفی بر روی یک کانال رادیویی مشترک بود. متکالف و باگز این ایدهها را در سال ۱۹۷۶ در زیراکس پارک به اترنت تطبیق دادند و از CSMA/CD بر روی کابل کواکسیال استفاده کردند. اترنت بعدها به عنوان IEEE 802.3 استاندارد شد و از کواکسیال مشترک به زوج سیم به هم تابیده و فیبر سوئیچشده تکامل یافت و رقابت مبتنی بر برخورد را با سوئیچینگ تمامدوطرفه جایگزین کرد.
Key figures
- Robert Metcalfe
- David Boggs
- Norman Abramson
- Andrew S. Tanenbaum
Related topics
Seminal works
- metcalfe1976
- kurose2021
- tanenbaum2010
Frequently asked questions
- تفاوت بین سوئیچ و روتر چیست؟
- یک سوئیچ لایه پیوند، فریمها را در یک شبکه محلی بر اساس آدرسهای MAC ارسال میکند و برای لایه شبکه شفاف است، در حالی که یک روتر، بستهها را بین شبکهها بر اساس آدرسهای لایه شبکه (IP) ارسال میکند و پروتکلهای مسیریابی را اجرا میکند. سوئیچها یک LAN واحد را میسازند؛ روترها شبکههای مختلف را به هم متصل میکنند.
- چرا اگر قبلاً آدرسهای IP داریم، به آدرسهای MAC نیاز داریم؟
- آدرسهای MAC یک رابط شبکه را در یک پیوند محلی شناسایی میکنند و برای تحویل در آن تک گام استفاده میشوند، در حالی که آدرسهای IP یک میزبان را در ساختار آدرسدهی جهانی شناسایی میکنند و برای مسیریابی سرتاسری استفاده میشوند. این دو در لایههای مختلف عمل میکنند و تفکیک آدرس، یک آدرس IP را به آدرس MAC گام بعدی نگاشت میکند.