【導讀】數(shù)據(jù)通信知識異常重要，缺乏數(shù)據(jù)通信理論知識，現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信領域將無法得以進步。在前文中，小編對數(shù)據(jù)通信原理做過部分介紹。本文中，小編將對數(shù)據(jù)通信原理余下部分予以講解。
數(shù)據(jù)通信知識異常重要，缺乏數(shù)據(jù)通信理論知識，現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信領域將無法得以進步。在前文中，小編對數(shù)據(jù)通信原理做過部分介紹。本文中，小編將對數(shù)據(jù)通信原理余下部分予以講解。
1.數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議
數(shù)據(jù)鏈路層是恰好位于OSI協(xié)議棧中緊靠硬件(物理)層的上層。該層中的協(xié)議管理連接的系統(tǒng)之間的位流。來自上層的數(shù)據(jù)分組被封裝為幀并通過數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送出去。其中還使用了流控制和糾錯技術。數(shù)據(jù)鏈路層處理點對點或點對多點鏈路。在OSI協(xié)議棧中，較高的網(wǎng)絡層負責處理通過多個路由器連接數(shù)據(jù)鏈路的連接。
2.成幀
成幀技術是一種用來在一個比特流內(nèi)分配或標記信道的技術，為電信提供選擇基本的時隙結構和管理方式、錯誤隔離合分段傳輸協(xié)議的手段。
成幀對于經(jīng)過物理媒體傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特提供了控制方法。它提供了錯誤控制并可以根據(jù)服務的類型提供數(shù)據(jù)重傳服務。比特塊與幀頭封裝成幀且附加了檢查和，以便可以檢查出被破壞的幀。如果一個幀被破壞或丟失，則只需重新發(fā)送這個幀而無需重發(fā)整個數(shù)據(jù)組。
幀具有特定的結構，根據(jù)使用的數(shù)據(jù)鏈路的不同而不同。稱為HDLC(高級數(shù)據(jù)鏈路控制)的流行數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的幀結構如下圖所示。請注意“信息”字段是放入數(shù)據(jù)的位置，它的長度可變。“信息”字段可以放入一個整個的信息包。“起始標記”字段代表幀的起始，“地址”字段裝有目地地址，“控制”字段描述信息字段裝有的是數(shù)據(jù)、命令，還是響應，F(xiàn)CS字段包含檢錯編碼。
圖示 HDLC幀格式
3.差錯檢測和控制
差錯控制方式基本上分為兩類，一類稱為“反饋糾錯”，另一類稱為“前向糾錯”。在這 兩類基礎上又派生出一種稱為“混合糾錯”。對于不同類型的信道，應采用不同的差錯控制技術，否則就將事倍功半。反饋糾錯可用于雙向數(shù)據(jù)通信，前向糾錯則用于單向數(shù)字信號的傳輸，例如廣播數(shù)字電視系統(tǒng)，因為這種系統(tǒng)沒有反饋通道。
數(shù)據(jù)鏈路層還負責差錯檢測和控制。一種差錯控制的方法是檢測差錯，然后請求重傳。另一種方法是接收器檢測出一個差錯，然后重建幀。后一種方法需要隨幀發(fā)送足夠的附加信息，以便在檢測出差錯后接收器可以重建幀。當不可能重傳(如將信息傳輸?shù)胶教焯綔y器)時使用該方法。
在數(shù)據(jù)鏈路層中執(zhí)行差錯恢復任務通常是效率很低的。這樣很多網(wǎng)絡實施依靠上層協(xié)議完成該任務。在大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)鏈路層用于盡可能快速并有效地傳遞數(shù)據(jù)，而不執(zhí)行大量的數(shù)據(jù)恢復任務。上層協(xié)議則提供了恢復服務。
4.流控制
流量控制是在計算機之間和網(wǎng)絡結點之間控制數(shù)據(jù)流量以達到數(shù)據(jù)同步的目的的。在設備能夠處理前過多的數(shù)據(jù)到達會引起數(shù)據(jù)的拋棄或數(shù)據(jù)重發(fā)。對于串行數(shù)據(jù)傳輸，采用Xon/Xoff協(xié)議進行控制。在網(wǎng)絡中，流量控制也參與加入新設備，當流量大時，不能加入新設備。
可以將數(shù)據(jù)傳輸想象為流經(jīng)管道并在接收端注滿水桶的水流。接收者從水桶取水，但需要一些方法減少水流以使水桶不會溢出。在這個比喻中，水桶代表接收器使用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)保存輸入的必須被處理的數(shù)據(jù)。一些NIC(網(wǎng)絡接口卡)上的緩沖區(qū)大得足可以裝下整個輸入的傳輸。如果緩沖區(qū)溢出，則幀通常被丟掉，因此接收器使用一些方法告訴發(fā)送器降低發(fā)送幀的速度或停止發(fā)送將會很有用。
共享LAN的網(wǎng)絡接入和邏輯鏈路控制接入方法對于由多個設備共享的網(wǎng)絡是必需的。因為一時間只有一個設備可以在網(wǎng)絡上進行傳輸，所以需要一種媒體接入控制方法來提供仲裁。
在由IEEE定義的局域網(wǎng)絡環(huán)境中，媒體接入?yún)f(xié)議位于稱為MAC(媒體接入控制)子層的數(shù)據(jù)鏈路層的子層。MAC子層位于LLC子層的下方，LLC子層對于任意在其下方安裝的MAC驅動程序都提供了數(shù)據(jù)鏈路。在下圖中可以看到該層的子分區(qū)
圖示 數(shù)據(jù)鏈路層包括兩個子層:MAC (媒體訪問控制)和LLC(邏輯鏈路控制)
MAC子層支持各種不同的網(wǎng)絡類型，其中每種類型都有一種仲裁網(wǎng)絡接入的特定方法。三種可能的接入方法如下：
載波監(jiān)聽方法 載波監(jiān)聽技術即發(fā)送站點在發(fā)送幀之前，先要監(jiān)聽信道上是否有其他站點發(fā)送的載波信號，若無其他載波，可以發(fā)送信號;否則，推遲發(fā)送幀。使用該技術，設備監(jiān)聽網(wǎng)絡傳輸，并等待直到線路空閑出來以傳輸它們自己的數(shù)據(jù)。如果兩個站試圖同時進行傳輸，則兩個站都退出并等待一段長短不定的時間，然后重發(fā)。
令牌訪問 令牌是在令牌環(huán)、令牌總線和光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)網(wǎng)絡中控制網(wǎng)絡訪問的特殊分組。令牌環(huán)構成了邏輯環(huán)，其中每個傳輸沿環(huán)從一個站到另一個站行進。只有擁有特殊令牌的站才可以進行傳輸。
預留方法 在該方案中，每個傳輸設備都有一個分配給它的特定的時隙或頻率。TDM(時分復用)就是一個實例。設備可以有選擇地將數(shù)據(jù)放入時隙中進行傳輸。如果設備不傳輸任何數(shù)據(jù)，則該技術可能會浪費帶寬。
5.橋接
“橋接”，是指依據(jù)OSI網(wǎng)絡模型的鏈路層的地址，對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)的過程。當路由器配置了橋接選項后，會處理所有接口上的所有的數(shù)據(jù)幀，并實時調查每個主機的位置。若在某個接口上收入一個幀，就會在一個橋接內(nèi)置入一個條目，列出發(fā)送數(shù)據(jù)的主機和接收到數(shù)據(jù)幀的接口MAC地址，這樣路由表就被不斷地在通信中完善起來。透明橋接使路由器對主機來講是透明的，其作用就相當于一個局域網(wǎng)交換機。若是同一個LAN內(nèi)的兩個主機通信，數(shù)據(jù)幀就不會被發(fā)送到其它的接口，因為在橋接表里，數(shù)據(jù)幀都來自相同的接口;若是收到一個幀，而其中的MAC地址不在自己的橋接表里，就會將這個幀擴散到所有的接口，橋接還會擴散所有的廣播包，占用網(wǎng)絡的有效帶寬，造成網(wǎng)絡的堵塞。Cisco IOS支持多種類型的橋接，比如：透明橋接、封裝橋接、源路由橋接、源路由透明橋接、源路由轉換橋接。
網(wǎng)橋是一種將兩個或更多的網(wǎng)段連接為一個單獨LAN的設備。新連接的LAN上的所有設備可以互相通信，但是網(wǎng)橋提供了過濾功能，可以阻止不必要的通信從一個網(wǎng)段傳播到其他網(wǎng)段。網(wǎng)橋通常用于將一個大型的LAN分隔成兩個單獨的網(wǎng)段。如果LAN是以太網(wǎng)，則網(wǎng)橋創(chuàng)建一個廣播域和兩個沖突域。在以太網(wǎng)中，沖突域具有較少的計算機比較好，這樣有利于用網(wǎng)橋劃分網(wǎng)絡。請注意，交換機基本上是多端口網(wǎng)橋。
6.交換
正如上面提到的，網(wǎng)橋可以用于將一個LAN分成兩個網(wǎng)段，這兩個網(wǎng)段又有效地產(chǎn)生兩個較小的沖突域。交換機是基于這個理論擴展的設備。網(wǎng)橋通常有兩個端口連接兩個LAN網(wǎng)段，而交換機有一組端口，可以連接更多的網(wǎng)段。下圖闡釋了交換機如何提供用于多個集線器的橋接功能。每個集線器都有一個沖突域，但是圖中所示的整個網(wǎng)絡是一個單獨的廣播域。每個交換機端口基本上是一個可以通過交換機中的內(nèi)部電路隨時“橋接”到其他任何端口的單獨LAN網(wǎng)段。
圖示 一個交換網(wǎng)絡
橋接的所有優(yōu)點如前面部分所述。
大多數(shù)交換設備提供了配置VLAN(虛擬LAN)的方法。在用交換機建立網(wǎng)絡時，有一種建立大型平坦網(wǎng)絡而不是多個不同的 LAN(即所有的節(jié)點是同一廣播網(wǎng)絡的一部分)的傾向。VLAN技術可以用于在平坦交換環(huán)境中創(chuàng)建虛擬LAN。例如，如果用具有VLAN功能的交換機替代上圖中的集線器，則工作站A和D可以配置到一個VLAN中;而工作站B、E和H可以配置到另一個VLAN中。來自A的廣播可以被D接聽到，而來自B的廣播可以被E和H接聽到。然后需要一個路由器以發(fā)送VLAN之間的數(shù)據(jù)分組。
7.路由選擇、網(wǎng)絡互聯(lián)和網(wǎng)絡層
盡管網(wǎng)橋將兩個分離的LAN網(wǎng)段連接為一個單獨的廣播域(或將一個大的LAN拆分成兩個或更多的不同沖突域)，路由器還是提供了網(wǎng)絡互聯(lián)的功能。在網(wǎng)橋級上，信息以幀(幀在數(shù)據(jù)鏈路層中定義)的形式發(fā)送到其他系統(tǒng)中。在路由器級上，信息必須被封裝在包含目的網(wǎng)絡地址的數(shù)據(jù)分組內(nèi)，然后通過路由器邊界轉發(fā)。路由器將網(wǎng)絡連接到互聯(lián)網(wǎng)中。
有時，通過在地址下方寫下具體地址和單詞“市”可以將信件郵寄到同一城市中的某個人那里。但是如果信件有一個“城市間”地址，則將需要在信封上寫下城市名和ZLP編碼(郵政區(qū)號)。同樣，互聯(lián)網(wǎng)絡由很多互相連接的網(wǎng)絡組成。因特網(wǎng)是最大的互聯(lián)網(wǎng)絡。若要在不同的網(wǎng)絡之間發(fā)送數(shù)據(jù)分組，則需要分層的命名方案，其中，以用于路由目的的名稱或數(shù)字識別每一個網(wǎng)絡。ZLP編碼方案在郵政系統(tǒng)中就起這樣的作用。IP(網(wǎng)際協(xié)議)則是互聯(lián)網(wǎng)絡的尋址和路由選擇協(xié)議。
在下圖中，LAN被連接到路由器上并且路由器組成了相互連接的路徑網(wǎng)，數(shù)據(jù)分組可以通過路徑網(wǎng)行進到它們的目的地。注意可以從任意其他點到達網(wǎng)絡中的任意路由器和所連接的LAN。
圖示 路由器用來創(chuàng)建多連接點和多路徑的網(wǎng)絡有關網(wǎng)絡
8.傳輸層
服務傳輸層提供了面向連接服務。這意味著兩個系統(tǒng)可以建立一個會話，通過會話它們進行有關數(shù)據(jù)交換狀態(tài)的“對話”。雖然建立連接花費一些時間并增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恍╅_銷，但是它向發(fā)送器提供了保證接收器接收到全部已發(fā)送數(shù)據(jù)的服務。發(fā)送器發(fā)送一組數(shù)據(jù)分組，然后接收器確認它已經(jīng)接收了該數(shù)據(jù)分組。如果接收器未對接收作出確認，則發(fā)送重傳數(shù)據(jù)分組。會話控制還提供流控制以防止接收器溢出或在某些情況下網(wǎng)絡溢出。
下圖闡釋了傳輸層會話如何成為跨越中間設備的(如路由器)邏輯端對端連接。兩個對等的傳輸層通過面向連接的虛擬線路進行對話。
圖示 傳輸層能夠從事網(wǎng)間的端對端轉換
傳輸層的功能包括是否選擇差錯恢復協(xié)議還是無差錯恢復協(xié)議，及在同一主機上對不同應用的數(shù)據(jù)流的輸入進行復用，還包括對收到的順序不對的數(shù)據(jù)包的重新排序功能。例如：TCP，UDP，SPX等。
傳輸層提供可靠的面向連接服務。例如，如果網(wǎng)絡鏈路暫時發(fā)生故障，則面向連接的會話并不立即中止連接，而是試圖保持連接有效直到基礎鏈路重新建立。在會話重新建立后，數(shù)據(jù)從被中斷處繼續(xù)傳輸。
9.應用層
在協(xié)議棧中最高層運行的應用程序實際上并沒有涉及通信，但是它們確實使用了通信設備并在它們的用戶界面(利用基礎網(wǎng)絡)中實現(xiàn)了功能。應用層的作用是在實現(xiàn)多個系統(tǒng)進程相互通信的同時，完成一系列業(yè)務處理所需的服務。它不僅要提供應用進程所需的信息交換和遠地操作，而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理( User agent)。網(wǎng)絡文件共享服務，如NCP( NetWare核心協(xié)議)、UNIX環(huán)境中的NFS(網(wǎng)絡文件系統(tǒng))或Windows環(huán)境中的SMB (服務器信息塊)都是特意為使用網(wǎng)絡服務而開發(fā)的，這樣用戶可以通過網(wǎng)絡共享文件。
應用層是網(wǎng)絡可向最終用戶提供應用服務的唯一窗口，其目的是支持用戶聯(lián)網(wǎng)的應用的要求。由于用戶的要求不同，應用層含有支持不同應用的多種應用實體，提供多種應用服務，如電子郵件、文件傳輸、虛擬終端、電子數(shù)據(jù)交換等。
在TCP/IP環(huán)境中，套接API提供了應用程序和基礎網(wǎng)絡服務之間的編程接口。
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