5.1.2 Adatkapcsolati réteg

Az adatkapcsolati réteg feladata szerint adatokat fogad a felsőbb rétegektől, és azokat bizonyos átalakítás után átadja a fizikai rétegnek. Az adatkapcsolati rétegnek el kell érnie, hogy az általa küldött kereteket a megcímzett vevő megkapja, és azokat szinkronban kezdje el venni. Az alkalmazott kódolások a további adatfeldolgozás szinkronizmusát már biztosítják.

A réteg a kapott adatokat becsomagolja. Minden keret egy előtaggal kezdődik, mely 10101010 bit-mintát tartalmaz 7 bájtnyi hosszon. A következő 1 bájt jelzi a keret kezdetét (Start of Frame, SOF). A keretben a vevőt a hatbájtos célcím azonosítja. Az adó gépet, szintén hat bájtban, a forráscím azonosítja. A küldött adatok méretét a hosszmező tartalmazza. Az adat mérete maximum 1500 bájt lehet. A kitöltésmező az ütközések miatt a csatornán lévő adatmaradéktól különbözteti meg az ép keretet (64 bájtra egészíti ki a rövid kereteket). A keret legvégén foglal helyet az ellenőrző összeg. Az adatkapcsolati réteg a hasznos adatokból kiszámol egy ellenőrző összeget, és azt a keret végére illeszti. A vevő ez alapján tudja ellenőrizni a kapott adatok helyességét. Az Ethernet szabvány későbbi kiterjesztései nem változtatták meg a keret felépítését.

Az Ethernet eredeti filozófiája szerint egy ütközésérzékelő hálózat. Ez azt jelenti, hogy a hálózat számítógépei logikailag sín topológiát alkotnak, és minden gép szabadon használhatja a csatornát. A használat előtt azonban bele kell hallgatnia a csatornába, hogy megvizsgálja annak állapotát. Amennyiben szabadnak találja, elkezdheti adását. Probléma akkor adódik, ha az adást egyszerre kettő vagy több gép kezdte el. Ilyenkor a csatornán haladó jelek ütköznek, fizikailag megnövekszik értékük. A gépeknek adás közben is figyelniük kell a csatornát, hogy érzékeljék az adás esetleges sikertelenségét. Ilyenkor a gépek véletlenszerű ideig várnak, majd újra kezdik az adást. A kábelezés maximális hosszúságát az adatátviteli sebesség alapján úgy állapították meg, hogy a minimálisan küldött 64 bájtos keret (lásd kitöltési mező) adása is annyi ideig tartson, hogy az ütközésből keletkezett löket visszaérkezését az adó érzékelhesse.

10 Megabit/s-os adatátviteli sebesség esetén a négy ismétlővel elért 2500 méteres maximáls kiterjedés mellett ezt 50 s-ban állapították meg. Egy bit szélessége 1/10 Mb/s = 0,1* 10 –6 s = 0,1 s. Azaz 50 s alatt 50/0,1 = 500 bitet lehet elküldeni. Ezt felkerekítették 512 bitre, azaz 64 bájtra.

Ütközés után a várakozási időt az úgynevezett kettes visszalépés algoritmusa határozza meg. Első ütközés után a gépek nulla, vagy egy időrésnyit várakoznak. Ha véletlenszerűen azonos időrésnyit sorsoltak ki, akkor a második ütközés után már nulla, egy, kettő vagy három időrésnyit sorsolnak maguknak. Általánosan n ütközés esetén, 2ⁿ-1 időrésnyit kell várakoznia a gépeknek. A várakozási idő tíz ütközés után nem nő tovább.

Az időrés hossza 64 bájtnyi, azaz 512 bitnyi idő. 1 bithez 0,1 s tartozik, 512 bithez 61,2 s. A maximális visszatartási idő tehát: t=(210-1)*51,2= 1023*51,2*10-6=5,238*10-2 s. A tizenhatodik ütközés után a vezérlő hibaüzenet küld.

Kapcsolók alkalmazásával lehetőség nyílik az ütközések elkerülésére. Az elosztók a gépeket összekötik, ezzel ütközési tartományt hozva létre. A kapcsolók bemeneteit (portok) pufferelik. Az eltárolt adatokat a kapcsoló belső, nagysebességű hardvere átirányítja a megfelelő portra. A kapcsoló ezáltal megszünteti az ütközéseket, és az adó és vevő között pont-pont kapcsolatot alakít ki. A nagyobb sebességű hálózatok esetén nem is ajánlják az elosztók használatát. A gigabites Ethernet esetén, csavart érőpáras elrendezést használva, az ütközés érzékeléséhez nem elegendő a 64 bájtos kerethossz. A probléma megoldására vagy megnövelik a keretek hosszát 512 bájtra, vagy több keretet küldenek el egyszerre. Ez a szabvány már csak a kapcsoló használatát engedi meg.

Az adatkapcsolati réteget szokásos két további alrétegre bontani. A keretezést és az eddig bemutatott feladatokat a fizikai réteg hozzáférés vezérlő (Media Access Control, MAC) alréteg biztosítja. Amennyiben szükség van megbízható összeköttetés alapú kapcsolatra, a logikai kapcsolatvezérlő (Logical Link Control, LLC) szolgáltatásait kell igénybe venni. Az LLC felsőbb rétegektől kapott adatok elé egy fejlécet tesz (nem azonos a keret fejrésszel), ami tartalmaz egy sorszámot, és nyugtaszámot.

Az Ethernet ipari környezetben elsősorban a cella szinten alkalmazható jól. Kapcsoló használata esetén biztosított a folyamatirányítás determinisztikus kiszámíthatósága. Üzeni körülmények között elsősorban árnyékolt, sodrott érpáras kábelezést használnak az átvitel zavarvédettsége miatt. Az 5-ös kategóriájú kábellel már megbízható, nagysebességű hálózat alakítható ki.

Az optikai technológia ma már széles körben elterjedt, egyre csökkenő áraival nagy távolságok áthidalására képes. Robbanásveszélyes vagy nagy elektromágneses zavartelítettségű helyeken történő telepítésre is rendkívül alkalmas. Az iparban az Ethernet ott tart, hogy egyre több helyen kötik a terepi eszközöket is konverterek, különböző hálózattípusok közötti átjárók segítségével a kapcsolóba. Ilyenkor az egyik lehetőség, hogy a hálózati réteg szolgáltatásait kihasználva, az egyes eszközök megszólítása az Interneten használatos IP (Internet Protocoll) cím segítségével történik.