ชั้นกายภาพและชั้นเชื่อมโยงข้อมูล

แบบจำลอง OSI เริ่มจากด้านล่างด้วยส่วนที่อยู่ใกล้ฮาร์ดแวร์มากที่สุด เลเยอร์ 1 คือเลเยอร์กายภาพ และเลเยอร์ 2 คือเลเยอร์เชื่อมโยงข้อมูล ทั้งสองเลเยอร์ทำหน้าที่นำบิตดิบเข้าสู่สื่อกลาง และส่งบิตเหล่านั้นไปยังอุปกรณ์ถัดไปบนเครือข่ายท้องถิ่นเดียวกันอย่างน่าเชื่อถือ เลเยอร์ทั้งสองเป็นรากฐานของทุกสิ่งที่อยู่ด้านบน โดยแปลงสัญญาณไฟฟ้าหรือแสงให้เป็นเฟรมที่ใช้งานได้

เลเยอร์กายภาพจัดการการส่งบิตจริงในรูปของสัญญาณ ซึ่งครอบคลุมสายเคเบิล ขั้วต่อ ระดับแรงดัน พัลส์แสง และคลื่นวิทยุ หน้าที่ของเลเยอร์นี้มีเพียงการเคลื่อนย้ายเลข 1 และ 0 ดิบผ่านสื่อกลาง โดยไม่เข้าใจที่อยู่หรือความหมาย สิ่งใดก็ตามที่คุณสัมผัสได้จริง เช่น สายเคเบิลหรือพอร์ต จะอยู่ในเลเยอร์กายภาพ

ในเลเยอร์ 1 ข้อมูลเป็นเพียงกระแสของบิตที่เข้ารหัสเป็นสัญญาณทางกายภาพ บนสายทองแดง บิตจะอยู่ในรูปการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน บนไฟเบอร์ บิตจะเป็นพัลส์แสง และบน Wi-Fi บิตจะเป็นคลื่นวิทยุ เลเยอร์กายภาพกำหนดวิธีแทนค่า 1 และ 0 เพื่อให้ปลายทั้งสองด้านเข้าใจตรงกัน หากกำหนดผิด เลเยอร์ที่สูงกว่าจะทำงานไม่ได้ เพราะบิตจะมาไม่ถึงอย่างถูกต้อง

เลเยอร์เชื่อมโยงข้อมูลนำบิตดิบมาจัดระเบียบเป็นหน่วยที่มีโครงสร้างเรียกว่าเฟรม พร้อมเพิ่มที่อยู่ภายในเครือข่ายและการตรวจสอบข้อผิดพลาด หน้าที่ของเลเยอร์นี้คือส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องในส่วนเครือข่ายท้องถิ่นเดียวกันอย่างน่าเชื่อถือ ขณะที่เลเยอร์ 1 เพียงส่งสัญญาณ เลเยอร์ 2 จะเพิ่มโครงสร้างและปลายทางให้สัญญาณเหล่านั้น ทำให้การสื่อสารภายในเครือข่ายเชื่อถือได้

เฟรมคือหน่วยของเลเยอร์เชื่อมโยงข้อมูล โดยห่อหุ้มข้อมูลด้วยส่วนหัวและส่วนท้ายที่มีที่อยู่ฮาร์ดแวร์ของต้นทางและปลายทาง รวมถึงค่าตรวจสอบข้อผิดพลาด ส่วนหัวบอกอุปกรณ์ถัดไปว่าใครควรได้รับเฟรม ส่วนท้ายช่วยให้ผู้รับตรวจสอบได้ว่าเฟรมมาถึงโดยไม่เสียหาย การสร้างเฟรมคือวิธีที่เลเยอร์ 2 ใช้บรรจุบิตเพื่อส่งภายในเครือข่าย

เลเยอร์ 2 ใช้ที่อยู่ MAC (Media Access Control) เพื่อระบุอุปกรณ์บนเครือข่ายท้องถิ่น ที่อยู่ MAC คือที่อยู่ฮาร์ดแวร์เฉพาะที่ฝังอยู่ในอะแดปเตอร์เครือข่าย และเขียนเป็นเลขฐานสิบหกหกคู่ ต่างจากที่อยู่ IP ที่อยู่ MAC ใช้ภายในเครือข่ายท้องถิ่นและผูกกับอุปกรณ์ทางกายภาพ สวิตช์ใช้ที่อยู่เหล่านี้เพื่อส่งเฟรมไปยังพอร์ตที่ถูกต้องบน LAN

เลเยอร์เชื่อมโยงข้อมูลตรวจสอบข้อผิดพลาดของแต่ละเฟรมโดยใช้ค่าที่อยู่ในส่วนท้าย ซึ่งเรียกว่าลำดับตรวจสอบเฟรม ผู้รับจะคำนวณค่าใหม่แล้วเปรียบเทียบกัน หากค่าแตกต่างกัน แสดงว่าเฟรมเสียหายและจะถูกทิ้ง วิธีนี้ตรวจจับความเสียหายจากสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าหรือการรบกวนได้ การตรวจจับข้อผิดพลาดในเลเยอร์ 2 ช่วยป้องกันไม่ให้ข้อมูลที่เสียหายส่งผลกระทบต่อเลเยอร์ที่สูงกว่าโดยไม่รู้ตัว

เลเยอร์เชื่อมโยงข้อมูลแบ่งออกเป็นสองส่วน ได้แก่ เลเยอร์ย่อย MAC ซึ่งควบคุมการเข้าถึงสื่อกลางและจัดการที่อยู่ฮาร์ดแวร์ และเลเยอร์ย่อย LLC (Logical Link Control) ซึ่งจัดการการสื่อสารกับเลเยอร์ด้านบน การแบ่งเช่นนี้ทำให้อินเทอร์เฟซด้านบนหนึ่งชุดทำงานกับเทคโนโลยีทางกายภาพได้หลายรูปแบบ เลเยอร์ย่อย MAC คือส่วนที่จัดการที่อยู่ฮาร์ดแวร์และการเข้าถึงสื่อกลาง

อุปกรณ์บางชนิดทำงานหลักในเลเยอร์เหล่านี้ ฮับและสายเคเบิลพื้นฐานทำงานที่เลเยอร์ 1 โดยเพียงเคลื่อนย้ายสัญญาณ สวิตช์ทำงานที่เลเยอร์ 2 โดยอ่านที่อยู่ MAC เพื่อส่งต่อเฟรมไปยังพอร์ตที่ถูกต้อง การรู้ว่าอุปกรณ์ทำงานอยู่ในเลเยอร์ใดจะบอกได้ว่าอุปกรณ์นั้นทำอะไรได้และทำอะไรไม่ได้ ซึ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อออกแบบหรือแก้ไขเครือข่าย

เลเยอร์ 1 และ 2 จัดการการสื่อสารเฉพาะภายในเครือข่ายท้องถิ่นเดียวกันเท่านั้น ไม่สามารถส่งข้อมูลระหว่างเครือข่ายที่แยกจากกันได้ เพราะที่อยู่ MAC ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับการกำหนดเส้นทางทั่วโลก หากต้องการส่งข้อมูลจากเครือข่ายหนึ่งไปยังอีกเครือข่ายหนึ่ง คุณต้องใช้เลเยอร์ 3 และที่อยู่ IP ขอบเขตนี้เองคือเหตุผลที่มีเลเยอร์ที่สูงกว่า และเป็นเหตุผลว่าทำไมเราเตอร์ ไม่ใช่สวิตช์ จึงใช้เชื่อมต่อเครือข่ายต่าง ๆ

เลเยอร์กายภาพส่งบิตดิบเป็นสัญญาณผ่านสื่อกลาง ส่วนเลเยอร์เชื่อมโยงข้อมูลบรรจุบิตเหล่านั้นเป็นเฟรมที่มีที่อยู่ MACและการตรวจสอบข้อผิดพลาด เพื่อให้ส่งข้อมูลภายในเครือข่ายได้อย่างน่าเชื่อถือ ฮับอยู่ที่เลเยอร์ 1 และสวิตช์อยู่ที่เลเยอร์ 2 เมื่อทำงานร่วมกัน เลเยอร์ล่างสุดเหล่านี้จะแปลงสัญญาณไฟฟ้าหรือแสงให้เป็นการสื่อสารที่เชื่อถือได้ระหว่างอุปกรณ์ใกล้เคียงในเครือข่ายเดียวกัน

เลเยอร์เชื่อมโยงข้อมูลเพิ่มอะไรให้กับบิตดิบจากเลเยอร์กายภาพ

เลเยอร์กายภาพ (เลเยอร์ 1) ส่งบิตดิบเป็นสัญญาณผ่านสายเคเบิล ไฟเบอร์ หรือคลื่นวิทยุ เลเยอร์เชื่อมโยงข้อมูล (เลเยอร์ 2) บรรจุบิตเป็นเฟรมที่มีที่อยู่ MACและลำดับตรวจสอบเฟรมเพื่อตรวจจับข้อผิดพลาด ทำให้ส่งข้อมูลภายในเครือข่ายได้อย่างน่าเชื่อถือ เลเยอร์ 2 มีเลเยอร์ย่อย MACและ LLC ฮับทำงานที่เลเยอร์ 1 และสวิตช์ทำงานที่เลเยอร์ 2 เลเยอร์เหล่านี้จัดการเฉพาะการสื่อสารภายในเครือข่าย การข้ามเครือข่ายต้องใช้เลเยอร์ 3