I detta avsnitt ska vi utforska hur datalänksramar (frames) hanteras när de rör sig genom ett nätverk. En datalänkram är en strukturerad dataenhet – en samling bitar i en bestämd ordning (framing) – som används för att transportera information inom ett nätverk.

Ramen är en kapslad enhet som innehåller både användardata och den styrinformation som krävs för att säkerställa korrekt överföring och mottagning. På datalänkskiktet i OSI-modellen fungerar ramen som grunden för kommunikationen mellan nätverksenheter.

En datalänkram består vanligtvis av tre huvuddelar:

• Header – innehåller styrinformation, bland annat adressering (source och destination), samt kontrollfält för hantering av överföringen.
• Data – den inkapslade nyttolasten, oftast ett IPv4- eller IPv6-paket.
• Trailer – innehåller kontrollinformation för feldetektering och markerar slutet på ramen.

Typiska fält och deras funktioner

• Frame start och Frame Stop – Markerar början och slutet av en ram.
• Addressing – Anger adresserna för de kommunicerande noderna (source och destination)
• Type – Identifierar vilken tjänst från det övre skiktet (t.ex. IPv4, IPv6) som är inkapslad i ramen.
• Control – Innehåller olika kontrollbitar för att hantera ramens överföring.
  • Logical Connection – Används för att etablera en logisk förbindelse mellan noder.
  • Physical link – Används för att etablera den fysiska länken över transmissionsmediet.
  • Flow control – Reglerar start och stopp av trafiken för att undvika överbelastning.
  • Congestion control – Indikerar om mediet är överbelastade.
  • Prioritet/Quality of Service – Anger en särskild behandling av trafik, till exempel högre prioritet för realtidsdata.
• Error Detection – Används för att upptäcka felaktiga ramar. Vid sändning beräknas en kontrollsumma som placeras i ramens trailer. Vid mottagning jämförs kontrollsumman – om den inte stämmer förkastas ramen.

Det finns ingen ramstruktur som passar alla typer av nätverk. Ramens uppbyggnad varierar beroende på vilken miljö den används i, vilka krav transmissionsmediet ställer och hur nätverkets logiska topologi ser ut. I vissa nätverk krävs mycket styrinformation för att säkerställa korrekt leverans, medan andra klarar sig med mindre. Till exempel:

• En Ethernet-ram i ett trådbundet nätverk är relativt enkel och innehåller få kontrollfält. Detta beror på att moderna Ethernet-nätverk med switchar arbetar i full-duplex, vilket eliminerar kollisioner och minskar behovet av extra styrinformation.
• En WLAN-ram däremot är mer komplex. Den måste hantera mekanismer för kollisionsundvikande (CSMA/CA) och innehåller därför fler och mer omfattande kontrollfält. Dessutom kan den behöva extra fält för säkerhets funktioner, vilket gör den större och mer informationsrik än en Ethernet-ram.

I känsliga miljöer där risken för störningar är hög blir både headern och trailern större, eftersom mer styrinformation behövs för att garantera att ramen levereras korrekt.

L2-adresser

När vi pratar om adresser i nätverk är det lätt att tänka enbart på IP-adresser. Men IP-adresser hör hemma på Nätverkskiktet, Lager 3, och används för att hitta rätt nätverk och rätt mottagare, även om vägen dit går genom flera routrar. På Datalänkskiktet, Lager 2 i kommunikationsmodellen ISO, används i stället en annan typ av adresser, nämligen MAC-adresser – oftast kallade fysiska adresser. Dessa adresser är unika för varje nätverkskort och är fast programmerade i hårdvaran.

En Lager 2 adress säger egentligen inget om var enheten finns i världen. Den är inte hierarkisk som en IP-adress, utan enbart en identifierare för just det nätverkskortet. Därför fungerar en dator eller en router med exakt samma MAC-adress även om den flyttas till ett helt annat nätverk eller delnät. Det innebär att Lager 2 adresser bara är användbara inom det lokala nätverket, det vill säga för kommunikationen på den gemensamma länken mellan sändare och mottagare.

För att förstå hur detta samspel fungerar kan vi följa ett IP-paket på resan mellan en klient och en server.

• När en dator skickar sitt paket till den första routern, kapslar datorn in IP-paketet i en Lager 2 ram.
• I ramens header placeras datorns egen MAC-adress som source-adress och routerns MAC-adress som destinationsadress.
• När routern tar emot ramen plockar den ut IP-paketet, eftersom det är paketet som ska vidare.
• Sedan skapar routern en ny ram där den nu sätter sin egen MAC-adress som source och nästa routers MAC-adress som destination.
• På samma sätt fortsätter detta varje gång paketet skickas mellan två routrar.
• Slutligen, när det kommer fram till det sista nätverket, skickar den sista routern paketet vidare i en ny ram där routerns MAC-adress står som källa och serverns MAC-adress står som destination.

Det viktiga att komma ihåg är att IP-adressen inte förändras under resans gång. Paketet bär med sig samma avsändare och mottagare på Layer 3 hela vägen från klient till server. Däremot byts Layer 2-adresserna ut vid varje hopp, eftersom varje ny länk i kedjan kräver sina egna lokala adresser för att ramen ska kunna levereras. MAC-adresser används alltså endast för lokal leverans, medan IP-adresser ser till att kommunikationen når ända fram oavsett hur många nätverk och routrar som ligger mellan.

Genom att skilja på dessa två adresserings nivåer blir det tydligt varför vi behöver båda. Lager 2 tar hand om leveransen över det lokala nätet, medan Lager 3 står för den globala logiken – hur man hittar rätt nätverk och slutdestination. Utan den ena skulle den andra inte fungera; de är två pusselbitar som tillsammans gör att datakommunikation över både små och stora nätverk fungerar transparent/smidigt

LAN och WAN ramar (frames)

I LAN används Ethernet protokoll vid trådbunden kommunikation och WLAN (IEEE 802.11) vid trådlös. Dessa är utvecklade för multiaccess-nät, där flera enheter delar samma medium.

I WAN har man traditionellt använt andra Layer 2-protokoll för punkt-till-punkt-, hub-spoke- och mesh-topologier, till exempel PPP, HDLC, Frame Relay, ATM och X.25. Numera ersätts dessa allt mer av Ethernet även i WAN.

I ett TCP/IP-nätverk arbetar alla Layer 2-protokoll tillsammans med IP på Lager 3. Vilket protokoll som används beror på både logisk topologi och fysiskt medium. Protokollen styr hur åtkomst till mediet sker och används av noder som NIC i datorer, router-interface och Lager 2-switchar.

Val av teknik avgörs av nätverkets storlek, geografi och tjänster. LAN täcker små områden, ofta en byggnad eller campus, och använder hög bandbredd till låg kostnad. WAN sträcker sig över stora avstånd, där långdistans länkar är dyrare och medför lägre kapacitet. Skillnaden i bandbredd gör därför att olika protokoll används för LAN och WAN.

Exempel på vanliga Lager 2-protokoll är Ethernet, 802.11 Wireless, PPP, HDLC och Frame Relay.

Dessa protokoll anpassas och optimeras för att passa olika typer av nätverksmiljöer och deras specifika krav på överföring av data.