6.3.1 — Что такое фрейм
Layer 2 берёт IP-пакет (Layer 3) и оборачивает его в фрейм — добавляет заголовок (header) спереди и трейлер (trailer) сзади. Это уникально для Layer 2: другие уровни трейлер не добавляют.
┌─────────┬──────────────┬─────────┐
│ Header │ Data (пакет)│ Trailer │
└─────────┴──────────────┴─────────┘
Нет единого универсального формата фрейма — каждый протокол (Ethernet, Wi-Fi, PPP) определяет свой. Чем ненадёжнее среда, тем больше служебной информации в заголовке и трейлере, тем выше overhead и ниже скорость (пример на диаграмме — спутниковый канал в плохую погоду).
6.3.2 — Поля фрейма
Обобщённая структура фрейма:
Frame Start / Frame Stop — флаги начала и конца фрейма, обозначают границы.
Addressing — MAC-адреса источника и назначения (NIC → NIC на одном сегменте).
Type — указывает, какой протокол Layer 3 находится внутри (IPv4, IPv6 и т.д.).
Control — управление потоком, QoS (например, VoIP-фреймы получают приоритет, т.к. чувствительны к задержкам).
Data — полезная нагрузка: IP-пакет со всем содержимым (заголовки L3, L4, данные).
Error Detection — трейлер для проверки целостности.
Как работает Error Detection (CRC/FCS)
Отправитель вычисляет CRC (Cyclic Redundancy Check) abbreviation — математическую контрольную сумму всего содержимого фрейма — и помещает её в поле FCS (Frame Check Sequence) abbreviation в трейлере.
Получатель вычисляет CRC заново и сравнивает с FCS:
- Совпало → фрейм доставлен без ошибок ✅
- Не совпало → фрейм повреждён → отбрасывается ❌
💡 Это защита от помех, искажений и потерь сигнала на физической среде. Layer 2 обнаруживает ошибку, но не исправляет её — это задача верхних уровней (TCP).
6.3.3 — Layer 2 Addresses
Ключевое отличие L2 vs L3 адресов
| Layer 3 (IP) | Layer 2 (MAC) | |
|---|---|---|
| Тип | Логический, иерархический | Физический, “прошит” в NIC |
| Область действия | Весь путь от источника до назначения | Только один сегмент сети |
| Меняется по пути | ❌ Нет | ✅ Да, на каждом хопе |
Как фрейм меняется на каждом хопе
Маршрут: PC1 (192.168.1.110) → R1 → R2 → Web Server (172.16.1.99)
L3-адреса (IP) не изменяются на всём пути. L2-адреса (MAC) меняются на каждом участке.
Хоп 1 — PC1 → R1:
Хоп 2 — R1 → R2: R1 снимает старый L2-заголовок, создаёт новый:
Хоп 3 — R2 → Web Server: R2 снова меняет L2-заголовок:
Зачем так устроено?
MAC-адрес работает только внутри одного сегмента — он не имеет смысла за его пределами. Чтобы передать пакет в другую сеть, нужен роутер, который:
- Принимает фрейм по MAC
- Де-инкапсулирует → смотрит IP-адрес назначения
- Определяет следующий хоп
- Создаёт новый фрейм с новыми MAC-адресами для следующего сегмента
💡 Аналогия: IP-адрес — это конечный адрес получателя на конверте (всегда один). MAC-адрес — это адрес следующего почтового отделения (меняется на каждом этапе пути).
6.3.4 — LAN and WAN Frames
Главная идея
Какой протокол Layer 2 используется — зависит от топологии и физической среды. На разных участках одного и того же пути данные могут быть завёрнуты в разные типы фреймов.
Протоколы Layer 2
Для LAN:
- Ethernet — проводные LAN-сети (IEEE 802.3)
- 802.11 Wireless — беспроводные WLAN-сети (Wi-Fi)
Для WAN (традиционные, постепенно вытесняются Ethernet):
- PPP (Point-to-Point Protocol) abbreviation — serial point-to-point линки
- HDLC (High-Level Data Link Control) abbreviation — serial линки между Cisco-роутерами (дефолт на Cisco)
- Frame Relay — сети провайдеров (облако)
- ATM, X.25 — устаревшие WAN-протоколы
💡 Сегодня Ethernet всё больше вытесняет традиционные WAN-протоколы — даже в глобальных сетях.
Как протокол выбирается на каждом участке пути
Из диаграмм видно, что один пакет от ноутбука до ПК может пройти через несколько разных L2-протоколов:
Ноутбук
│ 802.11 Wireless Frame (Wi-Fi)
▼
Точка доступа / Router
│ PPP Frame (serial WAN)
▼
WAN Router
│ HDLC (serial между роутерами)
▼
WAN Router
│ Frame Relay (облако провайдера)
▼
Router
│ Ethernet Frame (LAN)
▼
Switch → ПК
На каждом хопе роутер снимает старый L2-фрейм и создаёт новый — подходящий для следующего сегмента. L3-пакет (IP) при этом не меняется.
Почему для WAN другие протоколы?
LAN — небольшая географическая зона, высокая плотность пользователей → высокополосные технологии (Ethernet) экономически выгодны.
WAN — большие расстояния (города, страны) → прокладка высокополосных линий очень дорога → исторически использовались более простые протоколы с меньшей пропускной способностью. Сегодня граница стирается — Ethernet проникает и в WAN.
