Wie werden Datenblöcke in der Datenverbindungsschicht oft genannt?

Datenblöcke in der Datenverbindungsschicht werden oft als „Frames“ bezeichnet, und Frames sind die Übertragungseinheiten der Datenverbindungsschicht. Um nach Auftreten eines Fehlers während der Übertragung nur die begrenzten Daten mit Fehlern erneut zu übertragen, fasst die Datenverbindungsschicht den Bitstrom zu Ethernet-Frames zusammen und überträgt diese in Einheiten. Zusätzlich zu den zu übertragenden Daten enthält jeder Frame auch einen Prüfcode . Ermöglicht dem Empfänger, Übertragungsfehler zu erkennen.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.

Datenblöcke in der Datenverbindungsschicht werden oft als „Frames“ bezeichnet.

Die Datenverbindungsschicht ist die zweite Schicht im OSI-Referenzmodell zwischen der physikalischen Schicht und der Netzwerkschicht. Die Datenverbindungsschicht stellt der Netzwerkschicht Dienste bereit, die auf den von der physikalischen Schicht bereitgestellten Diensten basieren. Ihr grundlegendster Dienst besteht darin, Daten zuverlässig von der physikalischen Schicht an die Zielnetzwerkschicht benachbarter Knoten zu übertragen.

Die Datenverbindungsschicht definiert, wie Daten über eine einzelne Verbindung übertragen werden. Diese Protokolle sind für die verschiedenen betreffenden Medien relevant. Beispiel: Geldautomat, FDDI usw. Die Datenverbindungsschicht muss über eine Reihe entsprechender Funktionen verfügen, darunter hauptsächlich: So kombinieren Sie Daten zu Datenblöcken. Diese Art von Datenblock wird in der Datenverbindungsschicht als Rahmen bezeichnet ; wie man die Übertragung von Frames auf dem physischen Kanal steuert, einschließlich der Handhabung von Übertragungsfehlern, wie man die Senderate an den Empfänger anpasst und wie man die Einrichtung, Aufrechterhaltung und Freigabe von Datenverbindungspfaden zwischen zwei Netzwerkeinheiten verwaltet;

• Die Datenverbindungsschicht hat hauptsächlich zwei Funktionen: Frame-Codierung und Fehlerkorrekturkontrolle. Rahmenkodierung bedeutet, ein Paket zu definieren, das Informationsfrequenz, Bitsynchronisation, Quelladresse, Zieladresse und andere Steuerinformationen enthält.

• Das Data Link Layer-Protokoll ist in zwei Unterschichten unterteilt: Logical Link Control (LLC)-Protokoll und Media Access Control (MAC)-Protokoll.

Grundfunktionen der Datenverbindungsschicht

Die grundlegendste Funktion der Datenverbindungsschicht besteht darin, Benutzern dieser Schicht transparente und zuverlässige grundlegende Datenübertragungsdienste bereitzustellen. Transparenz bedeutet, dass es keine Einschränkungen hinsichtlich des Inhalts, des Formats und der Codierung der auf dieser Ebene übertragenen Daten gibt und keine Notwendigkeit besteht, die Bedeutung der Informationsstruktur zu erklären. Durch eine zuverlässige Übertragung müssen Benutzer keine Sorgen mehr über verlorene Informationen, störende Informationen usw. haben falsche Reihenfolge. Diese Situationen können in der physikalischen Schicht auftreten und in der Datenverbindungsschicht müssen Fehlerkorrekturcodes verwendet werden, um Fehler zu erkennen und zu korrigieren. Die Datenverbindungsschicht erweitert die Funktion der physikalischen Schicht, ursprüngliche Bitströme zu übertragen, indem sie die möglichen fehleranfälligen physikalischen Verbindungen, die von der physikalischen Schicht bereitgestellt werden, in logisch fehlerfreie Datenverbindungen umwandelt, sodass sie der Netzwerkschicht als fehlerfreie Leitung erscheinen . .

Frame-Synchronisation

Um nur die begrenzten Daten mit Fehlern erneut zu übertragen, nachdem während der Übertragung ein Fehler aufgetreten ist, fasst die Datenverbindungsschicht den Bitstrom in Ethernet-Frames zusammen und überträgt diese in Einheiten. Zusätzlich zu den zu übertragenden Daten enthält jeder Frame auch einen Prüfcode, damit der Empfänger Fehler in der Übertragung erkennen kann. Die Organisationsstruktur des Rahmens muss so gestaltet sein, dass der Empfänger ihn anhand des auf der physikalischen Ebene empfangenen Bitstroms eindeutig identifizieren kann, dh er kann den Anfang und das Ende des Rahmens vom Bitstrom unterscheiden. Dies ist die Rahmensynchronisation Frage muss gelöst werden.

(1) Byte-Zählmethode: Dies ist eine Frame-Synchronisationsmethode, die ein Sonderzeichen verwendet, um den Beginn eines Frames anzuzeigen, und ein spezielles Feld, um die Anzahl der Bytes im Frame anzugeben. Durch die Erkennung dieses Sonderzeichens kann der Empfänger den Anfang des Rahmens vom Bitstrom unterscheiden und aus dem Sonderfeld die Anzahl der im Rahmen folgenden Datenbytes ermitteln und so die Endposition des Rahmens bestimmen. Ein typischer Vertreter bytezahlorientierter Synchronisationsverfahren ist das Digital Data Communications Message Protocol DDCMP (Digital Data Communications Message Protocol) von DEC.

Das Steuerzeichen SOH markiert den Beginn des Datenrahmens. Bei der tatsächlichen Übertragung werden vor SOH zwei oder mehr Synchronisationszeichen verwendet, um den Anfang eines Rahmens zu bestimmen. Manchmal darf der Kopf dieses Rahmens auf das Ende des vorherigen Rahmens folgen zwischen den beiden Rahmen. Das Zählfeld hat insgesamt 14 Bits und wird verwendet, um die Anzahl der Datenbytes im Datensegment im Rahmen anzuzeigen. Der Maximalwert der 14-Bit-Binärzahl beträgt 16383, also die maximale Länge der Daten 131064. Das DDCMP-Protokoll verlässt sich auf diese Bytezahl, um die Endposition des Frames zu bestimmen. Die ACK-, SEG-, ADDR- und zweiten Bits CRC1 und CRC2 in FLAG im DDCMP-Rahmenformat überprüfen den Header-Teil bzw. den Datenteil doppelt. Der Grund, warum der Header-Teil separat überprüft wird, ist, dass einmal das CONUT-Feld im Header-Teil vorhanden ist ist falsch, das heißt, die Basis für die Rahmengrenzenaufteilung geht verloren. Da die zur Bestimmung der Endgrenze des Rahmens verwendete Zeichenzählmethode keine Verwechslung zwischen Daten und anderen Informationen verursacht, kann Datentransparenz ohne Maßnahmen erreicht werden (d. h. alle Daten können ohne Einschränkung übertragen werden).

(2) Kopf- und Schwanztrennungsmethode mit Zeichenfüllung: Diese Methode verwendet einige bestimmte Zeichen, um den Anfang und das Ende eines Frames zu begrenzen, um zu verhindern, dass Zeichen, die mit bestimmten Zeichen in den Dateninformationsbits identisch sind, angezeigt werden fälschlicherweise Es wird als erstes und letztes Trennzeichen des Rahmens beurteilt. Vor diesem Datenzeichen kann ein Escape-Steuerzeichen (DLE) eingefügt werden, um den Unterschied anzuzeigen und so Datentransparenz zu erreichen. Die Verwendung dieser Methode ist jedoch schwieriger, und die verwendeten spezifischen Zeichen hängen zu sehr vom verwendeten Zeichenkodierungssatz ab und die Kompatibilität ist relativ schlecht.

(3) Kopf- und Schwanzmarkierungsmethode mittels Bitfüllung: Diese Methode verwendet einen bestimmten Satz von Bitmustern, um den Anfang und das Ende eines Frames zu markieren.

(4) Unzulässige Kodierungsmethode: Diese Methode wird verwendet, wenn die physikalische Schicht eine bestimmte Bitkodierungsmethode anwendet. Beispielsweise kodiert eine Methode namens Manchester-Kodierung die Datenbits „1“ in „Hoch-Tief“-Pegelpaare und die Datenbits „0“ in „Niedrig-Hoch“-Pegelpaare. Die „High-High“-Pegelpaare und „Low-Low“-Pegelpaare sind in Datenbits unzulässig. Diese illegalen Codierungssequenzen können verwendet werden, um den Anfang und das Ende von Frames abzugrenzen. Diese Methode wird im IEEE 802-Standard für lokale Netzwerke übernommen. Die illegale Codierungsmethode erfordert keine Auffülltechnologie, um Datentransparenz zu erreichen, ist jedoch nur auf spezielle Codierungsumgebungen anwendbar, die redundante Codierung verwenden. Aufgrund der Fragilität des COUNT-Felds in der Byte-Zählmethode und der Komplexität und Inkompatibilität bei der Implementierung der Zeichenfüllmethode sind Bitfüll- und illegale Codierungsmethoden die am häufigsten verwendeten Rahmensynchronisationsmethoden.

Fehlerkontrolle

Ein praktisches Kommunikationssystem muss in der Lage sein, solche Fehler zu entdecken (d. h. zu erkennen) und einige Maßnahmen zu ergreifen, um sie zu korrigieren, damit die Fehler innerhalb des kleinstmöglichen Bereichs kontrolliert werden. Dies ist der Fehlerkontrollprozess und eine der Hauptfunktionen der Datenverbindungsschicht. Durch die Überprüfung der Fehlerkodierung (z. B. Paritätscode, Prüfsumme oder CRC) kann festgestellt werden, ob bei der Übertragung eines Frames ein Fehler aufgetreten ist. Sobald ein Fehler entdeckt wird, kann er in der Regel durch Rückmeldung und erneute Übertragung behoben werden. Dies erfordert, dass der Empfänger nach dem Empfang eines Frames Informationen an den Sender zurückgibt, sodass der Sender entscheiden kann, dass kein erneutes Senden erforderlich ist. Das heißt, der Sender muss nur die Nachricht empfangen, die der Empfänger korrekt empfangen hat Nach dem Rückmeldesignal kann davon ausgegangen werden, dass der Frame korrekt gesendet wurde. Andernfalls muss er erneut gesendet werden, bis er korrekt ist. Burst-Rauschen auf dem physischen Kanal können einen Frame vollständig „überfluten“, d Um dies zu vermeiden, wird normalerweise ein Timer eingeführt, um das Zeitintervall zu begrenzen, in dem der Empfänger Feedbackinformationen zurücksendet. Wenn der Sender einen Frame sendet, wird auch der Timer gestartet, wenn die Antwort des Empfängers nicht innerhalb der begrenzten Zeit eingeht Intervall, Rückmeldungsinformationen, dh Timer-Timeout (Timeout), es kann davon ausgegangen werden, dass der übertragene Rahmen fehlerhaft oder verloren ist und dann erneut gesendet werden muss. Weil derselbe Datenrahmen möglicherweise mehrmals gesendet wird. Um dieser Gefahr vorzubeugen, können Sie die Methode der Nummerierung der gesendeten Frames nutzen, d empfangen, aber erneut gesendet, um zu bestimmen, ob der empfangene Frame an die Netzwerkschicht gesendet werden soll. Die Datenverbindungsschicht verwendet Zähler und Sequenznummern, um sicherzustellen, dass jeder Frame letztendlich einmal korrekt an die Zielnetzwerkschicht übermittelt wird.

Flusskontrolle

Flusskontrolle ist keine einzigartige Funktion der Datenverbindungsschicht. Viele High-Level-Protokolle bieten auch Funktionen zur Flusszeitsteuerung, aber die Objekte der Flusskontrolle sind unterschiedlich. Beispielsweise steuert es für die Datenverbindungsschicht den Verkehr auf der Datenverbindung zwischen zwei benachbarten Knoten, während es für die Transportschicht den Verkehr von der Quelle zum endgültigen Ziel steuert. Aufgrund der unterschiedlichen Arbeitsgeschwindigkeit der vom Sender und Empfänger verwendeten Geräte und des Pufferspeicherplatzes kann die Sendekapazität des Senders größer sein als die Empfangskapazität des Empfängers Der Link) ist zu diesem Zeitpunkt nicht angepasst. Bei entsprechenden Einschränkungen werden Frames, die nicht rechtzeitig empfangen werden, von Frames „überflutet“, die kontinuierlich später gesendet werden, was zu Frame-Verlusten und Fehlern führt. Es ist ersichtlich, dass es sich bei der Flusskontrolle tatsächlich um die Steuerung des Datenflusses des Senders handelt, sodass die Senderate die Kapazität des Empfängers nicht überschreitet. Dieser Prozess erfordert eine Art Feedback-Mechanismus, um dem Sender mitzuteilen, ob der Empfänger mit dem Sender mithalten kann. Das heißt, es müssen einige Regeln vorhanden sein, damit der Sender weiß, unter welchen Umständen er den nächsten Frame weiter senden kann Unter welchen Umständen muss das Senden unterbrochen werden, um mit dem Senden fortzufahren, nachdem Feedbackinformationen empfangen wurden.

Link-Management

Die Link-Management-Funktion wird hauptsächlich für verbindungsorientierte Dienste verwendet. Bevor die Knoten an beiden Enden der Verbindung kommunizieren möchten, müssen sie zunächst bestätigen, dass die andere Partei bereit ist, und einige notwendige Informationen austauschen, um die Rahmensequenznummer zu initialisieren. Anschließend kann die Verbindung hergestellt werden während des Übertragungsvorgangs beibehalten. Tritt ein Fehler auf, muss eine Neuinitialisierung durchgeführt und die Verbindung automatisch wieder aufgebaut werden. Nach Abschluss der Übertragung muss die Verbindung freigegeben werden. Der Aufbau, die Aufrechterhaltung und die Freigabe von Datenverbindungsschichtverbindungen wird als Link-Management bezeichnet. Wenn mehrere Standorte denselben physischen Kanal gemeinsam nutzen (z. B. in einem LAN), gehört auch die Zuweisung und Verwaltung von Kanälen zwischen Standorten, die Kommunikation erfordern, zum Umfang der Datenverbindungsschichtverwaltung.

Rahmentyp

HDLC verfügt über drei verschiedene Arten von Rahmen: Informationsrahmen (I-Rahmen), Überwachungsrahmen (S-Rahmen) und nicht nummerierter Rahmen (U-Rahmen).

(1) Informationsrahmen (I-Rahmen):

Informationsrahmen werden zur Übertragung gültiger Informationen oder Daten verwendet, üblicherweise als I-Rahmen bezeichnet. I-Frames sind dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bit des Steuerworts „0“ ist. Das N (S) im Steuerfeld des Informationsrahmens wird zum Speichern der Sequenznummer des Senderahmens verwendet, sodass der Absender nicht auf eine Bestätigung warten muss und kontinuierlich mehrere Rahmen sendet. N(R) wird verwendet, um die Sequenznummer des nächsten Frames zu speichern, den der Empfänger voraussichtlich empfangen wird. N(R) = 5, was bedeutet, dass der Empfänger Frame Nr. 5 im nächsten Frame empfängt. jeder Frame, bevor Frame Nr. 5 empfangen wird.

(2) Überwachungsrahmen (S-Rahmen):

Der Überwachungsrahmen wird zur Fehlerkontrolle und Flusskontrolle verwendet und wird normalerweise als S-Rahmen bezeichnet. S-Frames sind im ersten und zweiten Bit des Kontrollfelds mit „10“ gekennzeichnet. Der S-Frame verfügt über ein Informationsfeld, das nur 6 Byte oder 48 Bit groß ist. Das dritte und vierte Bit des Steuerfelds des S-Frames sind S-Frame-Typcodes. Es gibt vier verschiedene Codes, die Folgendes darstellen:

• 00 – empfangsbereit (RR), gesendet von der Master- oder Slave-Station. Die Master-Station kann den RR-Typ-S-Frame verwenden, um die Slave-Station abzufragen. Wenn ein solcher Frame vorhanden ist, kann er auch den RR-Typ-S-Frame verwenden Frame zur Antwort, was angibt, dass die Nummer des nächsten I-Frames, den die Slave-Station von der Master-Station zu empfangen erwartet, N(R) ist.

• 01 – Zurückweisen (REJ), gesendet von der Master- oder Slave-Station, um den Absender aufzufordern, den Frame ab Nummer N (R) und alle nachfolgenden Frames erneut zu senden, was auch N (R) impliziert Der vorherige I-Frame wurde korrekt empfangen.

• 10 – Empfang nicht bereit (Receive Not Ready, RNR), was darauf hinweist, dass ein I-Frame mit der Nummer weniger als N (R) empfangen wurde, sich aber im Besetztzustand befindet und nicht bereit ist, einen I-Frame mit der Nummer N (R) zu empfangen. Dies kann zur Steuerung des Link-Verkehrs verwendet werden.

• 11 – Selective Rejection (SREJ), bei der der Absender einen einzelnen I-Frame mit der Nummer N (R) senden muss und impliziert, dass alle nummerierten I-Frames bestätigt wurden

(3) Nicht nummerierter Frame (U-Frame). ):

Der nicht nummerierte Rahmen wird benannt, weil er nicht die Nummern N(S) und N(R) im Kontrollfeld enthält, der als U-Rahmen bezeichnet wird. U-Frames werden für den Verbindungsaufbau, den Verbindungsabbau und verschiedene Steuerfunktionen verwendet. Diese Steuerfunktionen werden durch 5 M Bits (M1, M2, M3, M4, M5, auch Korrekturbits genannt) definiert. Die 5 M-Bits können 32 zusätzliche Befehlsfunktionen oder 32 Antwortfunktionen definieren, viele sind jedoch leer.

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