Datalänksskiktet i nätverkskommunikation är det andra lagret i OSI-modellen. Dess huvudsakliga ansvar är att tillhandahålla en tillförlitlig dataöverföring mellan två noder som är direkt anslutna till samma fysiska nätverk. En nod är en nätverksenhet eller en punkt i nätverket som kan kommunicera och utbyta data. En nod kan vara en dator, server, router, switch, skrivare, mobiltelefon eller annan enhet som är ansluten till nätverket och har en unik identifierare, vanligtvis i form av en MAC-adress och IP-adress.

Datalänkskiktet i OSI-modellen (Lager 2) har ansvaret att underlätta kommunikationen mellan nätverksenheter och förbereda nätverksdata för överföring över det fysiska nätverket.

Datalänkskiktet utför följande uppgifter:

• Åtkomstkontroll – Ser till att flera enheter kan dela samma nätverksmedium på ett organiserat sätt (t.ex. med CSMA/CD i Ethernet).
• Inkapsling – Lägger in paket från nätverksskiktet i ramar med den styrinformation som behövs för leverans.
• Flödeskontroll – Reglerar dataflödet så att överbelastning undviks och överföringen blir effektiv.
• Ramöverföring – Skickar, tar emot och vidarebefordrar ramar mellan enheter i nätverket.
• Adressering – Använder fysiska adresser (MAC-adresser) för att identifiera sändare och mottagare.
• Felkontroll – Upptäcker fel i ramar och avvisar dem om de är skadade.

Datalänkskiktets två underskikt (IEEE 802)

I IEEE 802-standarden (för bl.a. Ethernet, WLAN och WPAN) delas Datalänkskiktet upp i två underskikt: Logical Link Control (LLC) och Media Access Control (MAC). Denna uppdelning gör det möjligt att skilja mellan logisk kommunikation och fysisk medieåtkomst, vilket ger en flexibel och skalbar nätverksdesign.

LLC (Logical Link Control, IEEE 802.2):

LLC är det övre underskiktet i datalänkskiktet. Det fungerar som en länk mellan nätverkslagrets protokoll (t.ex. IPv4 och IPv6) och den underliggande hårdvaran på MAC-nivå. LLC gör det alltså möjligt för flera olika protokoll på Layer 3 att använda samma nätverksinterface och fysiska medium.

LLC-underskiktets viktigaste funktioner är:

• Protokoll identifiering – LLC placerar information i ramen som anger vilket nätverksprotokoll (t.ex. IPv4, IPv6) som används. På så sätt kan olika Layer 3-protokoll samsas om samma nätverkskort och medium.
• Logisk kommunikation – Hanterar flödet av data mellan enheterna och ser till att kommunikationen organiseras på ett tillförlitligt sätt.
• Felkontroll – Utför kontrollmekanismer (t.ex. kontrollsummor) för att upptäcka fel i data. LLC kan också hantera omdataöverföringar om det behövs för att säkra korrekt leverans.
• Sekvens hantering – Säkerställer att mottagaren tar emot data i rätt ordning genom att hålla reda på ramarna i sekvens.

MAC (Media Access Control, IEEE 802.3 / 802.11 / 802.15):

MAC är det undre underskiktet i Datalänkskiktet och implementeras oftast direkt i nätverkskortets hårdvara. Det ansvarar för både inkapsling av data i ramar och åtkomstkontroll till nätverksmediet.

MAC-underskiktets viktigaste funktioner är:

• Inkapsling av data:
  • Ramavgränsning (Frame delimiting) – Markerar början och slut på en ram samt avgränsar fälten i den. Detta gör att sändare och mottagare kan hålla synkronisering.
  • Adressering: Tillhandahåller käll- och destinations adresser (MAC-adresser) så att ramen kan transporteras mellan rätt enheter på samma nätverks medium.
  • Felkontroll (Error detection) – Inkluderar en kontroll summa (trailer) som gör det möjligt att upptäcka fel vid överföringen.
• Åtkomstkontroll – Styr hur flera enheter kan dela samma fysiska medium. På halvduplex-medium används mediaåtkomstprotokoll (t.ex. CSMA/CD i Ethernet) för att undvika och hantera kollisioner. På full-duplex-länkar behövs ingen åtkomstkontroll eftersom sändning och mottagning sker samtidigt.

Genom att dela Datalänkskiktet i två underskikt kan olika tekniker och protokoll utvecklas och förändras oberoende av varandra. Detta gör nätverks infrastrukturen mer flexibel, skalbar och anpassningsbar till olika fysiska medieteknologier.

Tillgång till mediet

Varje nätverksmiljö som ett paket passerar på vägen från en lokal host till en avlägsen host kan ha olika egenskaper. Ett Ethernet-LAN består till exempel vanligtvis av många host som konkurrerar om åtkomst till nätverksmediet, något som hanteras av MAC-underskiktet. Vid seriella länkar består åtkomstmetoden däremot ofta bara av en direktförbindelse mellan två enheter, oftast två routrar. I sådana fall behövs inte de tekniker som används i IEEE 802:s MAC-underskikt.

Routergränssnitt kapslar in paketet i den ram som är lämplig för den aktuella länken. För varje länk används en passande mediaåtkomstmetod. Under en enda överföring av nätverkspaket kan därför flera olika datalänkskikt och medieövergångar vara inblandade.

Vid varje hopp längs vägen utför en router följande funktioner på lager 2:

• Tar emot en ram från ett medium
• Avkapslar ramen
• Inkapslar paketet i en ny ram
• Vidarebefordrar den nya ramen, anpassad till det medium som används i nästa segment av det fysiska nätverket

I figuren visas en router som har ett Ethernet-gränssnitt för anslutning till LAN och ett seriellt gränssnitt för anslutning till WAN. När routern bearbetar ramar använder den datalänkskiktets tjänster för att ta emot en ram från ett medium, avkapsla den till en Layer 3-PDU, åter inkapsla PDU:n i en ny ram och placera den på nästa länk i nätverket.

Olika transmissionsmedia

När det finns olika datalänkar mellan avsändare och mottagare krävs en anpassning av ramarna för att hantera skillnaderna. Till exempel kan en datalänk använda koppar som transmissionsmedium medan en annan använder fiber.

Bilden nedan (Bild 5) illustrerar ett exempel på hur ramar utbyts mellan nätverksenheter över olika transmissionsmedier. Dessa medier kan vara kopparkablar, fiberkablar eller trådlösa förbindelser via atmosfären. Under en enda paketöverföring kan flera olika transmissionsmedier förekomma i de mellanliggande nätverken.

Bild 5: Transmissionsmedier

Det är viktigt att notera att varje transmissionsmedium har sina egna egenskaper och därför kan kräva olika tekniker och protokoll för dataöverföring. Kopparledningar använder till exempel elektriska signaler, medan fiberkablar använder ljussignaler. Trådlösa medier bygger istället på radiovågor. Dessa skillnader gör att både ramformat och överföringsteknik kan behöva anpassas för att säkerställa en tillförlitlig och effektiv kommunikation mellan nätverksenheter

Standarder för datalänkskiktet

Till skillnad från protokollen i de övre lagren av TCP/IP-modellen definieras Datalänkskiktets protokoll vanligtvis inte i Request for Comments (RFCs). Internet Engineering Task Force (IETF) ansvarar för att utveckla och underhålla de funktionella protokollen och tjänsterna i de övre lagren av TCP/IP-sviten, men de definierar inte funktionerna och driften i TCP/IP-modellens nätverksåtkomstskikt.

Istället är det andra standardiseringsorganisationer som tar fram öppna standarder och protokoll för nätverksåtkomstskiktet, vilket i OSI-modellen motsvarar det fysiska lagret och Datalänkskiktet. Några av de viktigaste organisationerna är:

• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
• ITU (International Telecommunication Union)
• ISO (International Organization for Standardization)
• ANSI (American National Standards Institute)

Figuren nedan visar logotyperna för dessa organisationer.

Standardiseringsorganisationer och deras protokoll

För att säkerställa interoperabilitet mellan olika nätverksprodukter och tekniker har flera internationella organisationer tagit fram öppna standarder för Datalänkskiktet. Tabellen nedan visar exempel på några välkända standarder och protokoll som dessa organisationer har utvecklat.

Observera: Flera av dessa protokoll är idag föråldrade men viktiga ur ett historiskt perspektiv. Andra, såsom Ethernet och Wi-Fi, är fortfarande centrala i modern nätverkskommunikation.

Sammanfattning

Datalänkskiktet ansvarar för ramarnas struktur, adressering, felkontroll och åtkomst till mediet. Det delas upp i LLC (logisk kommunikation, protokollidentifiering) och MAC (ramhantering, åtkomstkontroll).

• Routrar avkapslar och återinkapslar ramar vid varje hopp för att anpassa dem till nästa medium.
• Olika medier (koppar, fiber, trådlöst) kräver olika signaltekniker, vilket gör att ramformat och protokoll måste anpassas.
• Standarderna för datalänkskiktet definieras av organisationer som IEEE, ISO, ITU och ANSI. Vissa protokoll är historiskt viktiga men föråldrade (t.ex. Token Ring, Frame Relay), medan andra (Ethernet, Wi-Fi) är centrala än idag.

Kort sagt är Datalänkskiktet länken mellan nätverkets logik och dess fysiska medium – det ser till att data paketeras, adresseras, överförs och kontrolleras på ett tillförlitligt sätt.