Podręcznik
Warstwa łącza danych to druga warstwa modelu OSI, odpowiedzialna za niezawodne przesyłanie ramek danych między bezpośrednio połączonymi urządzeniami sieciowymi. Jej główną rolą jest organizacja surowych bitów warstwy fizycznej w logiczne jednostki – ramki – oraz zapewnienie ich poprawnej transmisji przez medium komunikacyjne. Warstwa ta realizuje funkcje takie jak adresowanie fizyczne (MAC), wykrywanie i korekcję błędów, kontrolę przepływu oraz zarządzanie dostępem do wspólnego medium transmisyjnego. W tym celu stosuje różne protokoły dostępu do medium, takie jak CSMA/CD w Ethernet czy HDLC i LCP w PPP. Technologie takie jak Ethernet, PPP i Frame Relay są przykładami różnych sposobów implementacji tej warstwy, przystosowanych do pracy w sieciach lokalnych, punkt-punkt oraz rozległych. Poprawne działanie warstwy łącza danych ma kluczowe znaczenie dla efektywnej pracy całego stosu protokołów sieciowych i minimalizacji strat w transmisji.
1. Warstwa Fizyczna i Nośniki Transmisyjne
1.1. Medium transmisyjne: przewodowe i bezprzewodowe
Sieciowe media transmisyjne dzielimy na przewodowe oraz bezprzewodowe. Przewodowe media transmisyjne obejmują kable miedziane (np. skrętka, kale koaksjalne) i światłowody, stosowane do bezpośredniego fizycznego połączenia urządzeń sieciowych, oferujące stabilność i wysoką przepustowość. Drugą grupę stanowią bezprzewodowe media transmisyjne. Wykorzystują one fale radiowe, mikrofale lub podczerwień do przesyłania danych bez fizycznego połączenia, idealne dla mobilności i elastyczności, lecz z potencjalnymi ograniczeniami zasięgu i zakłóceniami.
Przewodowe Media Transmisyjne
Medium transmisyjne przewodowe to wszelkie fizyczne kanały, przez które przesyłane są sygnały elektryczne, świetlne lub elektromagnetyczne. Najczęściej stosowanymi rodzajami są kable miedziane (takie jak skrętka, kabel koaksjalny) czy przewody światłowodowe.
Kable Miedziane: Są one podstawą tradycyjnych sieci LAN, oferując stosunkowo niski koszt i łatwość instalacji. Kable miedziane, takie jak skrętka UTP (Unshielded Twisted Pair) lub STP (Shielded Twisted Pair), są używane do transmisji danych poprzez sygnały elektryczne. Są one jednak podatne na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i mają ograniczony zasięg.
Światłowody: Wykorzystują transmisję światła do przesyłania danych, co pozwala na osiągnięcie znacznie wyższych prędkości i większych dystansów niż w przypadku kabli miedzianych. Światłowody są odporne na EMI i oferują bardzo wysoką przepustowość, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających dużego transferu danych, takich jak połączenia międzycentrowe, backbones sieciowe czy transmisje długodystansowe.
Technologie Transmisyjne w Medium Przewodowym: Do technologii wykorzystujących medium przewodowe należą Ethernet (dla kabli miedzianych) i różne standardy światłowodowe. Ethernet jest standardem w przewodowych sieciach LAN, obsługującym różne prędkości – od 10 Mbps do 10 Gbps i więcej. Technologie światłowodowe, takie jak FDDI (Fiber Distributed Data Interface), oferują jeszcze wyższe prędkości, sięgające nawet 100 Gbps.
Zastosowania i Ograniczenia: Kable miedziane są powszechnie stosowane w środowiskach biurowych i domowych, podczas gdy światłowody znajdują zastosowanie w sieciach backbone, centrach danych i do połączeń długodystansowych. Głównym ograniczeniem kabli miedzianych jest ich podatność na EMI i ograniczony zasięg bez pogorszenia sygnału.
Bezprzewodowe Medium Transmisyjne
Definicja i Rodzaje: Medium transmisyjne bezprzewodowe to metody przesyłania danych bez bezpośredniego fizycznego połączenia, wykorzystujące fale radiowe, mikrofale lub podczerwień. Do najczęściej stosowanych technologii należą WiFi, Bluetooth, sieci komórkowe (3G, 4G, 5G) i satelitarne.
WiFi i Sieci LAN: WiFi (IEEE 802.11) jest standardem w bezprzewodowych sieciach LAN, umożliwiającym bezprzewodowy dostęp do Internetu i zasobów sieciowych. Charakteryzuje się łatwością instalacji i elastycznością, ale jest podatny na zakłócenia i ma ograniczony zasięg.
Technologie Komórkowe: Sieci komórkowe, takie jak 4G i 5G, oferują szerokopasmowy dostęp do Internetu z przenośnych urządzeń. Technologia 5G, będąca najnowszą generacją, przynosi znaczne usprawnienia w prędkości transmisji danych, redukcji opóźnień i obsłudze większej ilości urządzeń.
Satelitarne i Inne Technologie Bezprzewodowe: Komunikacja satelitarna zapewnia globalny zasięg i jest kluczowa w obszarach, gdzie inne formy łączności są niedostępne. Bluetooth i NFC (Near Field Communication) to przykłady technologii krótkiego zasięgu, stosowane w urządzeniach mobilnych i do komunikacji typu "urządzenie do urządzenia".
Zastosowania i Ograniczenia: Sieci bezprzewodowe są idealne do zastosowań mobilnych i tam, gdzie instalacja kabli jest trudna lub niemożliwa. Ich głównymi ograniczeniami są mniejsza przepustowość w porównaniu do medium przewodowego, większa podatność na zakłócenia oraz kwestie bezpieczeństwa.