什么是數(shù)據(jù)傳輸中的成幀

數(shù)據(jù)傳輸中的成幀

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(jié)構和管理方式、錯誤隔離和分段傳輸協(xié)議的手段。兩個計算機或設備之間的點到點的連接中包括一根電線,在這根電線中數(shù)據(jù)作為位流傳輸。但是,這些位必須被分成可辨別的信息塊。分幀是數(shù)據(jù)鏈路層的功能。它使發(fā)送器接收器傳輸一組對有含義的位。以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、幀中繼以及其他數(shù)據(jù)鏈路層技術都有它們自己的幀結(jié)構。幀具有包含錯誤檢查代碼之類的信息的標題。

共有三種不同類型的分幀,每個都為發(fā)送器提供一種方法以告訴接收器數(shù)據(jù)塊開始和結(jié)束的位置:

面向字節(jié)分幀 計算機數(shù)據(jù)通常是以字母、數(shù)字、字符存儲的,這種字符是用8bit組合(1Byte)編碼的。這種分幀類型使字節(jié)各不相同。在終端/大型機環(huán)境中使用的是更老樣式的分幀。其中面向字節(jié)分幀的例子包括IBM的BISYNC協(xié)議。

面向位的分幀 這種分幀允許發(fā)送器同時傳輸一長串的位。IBM的SDLC (同步數(shù)據(jù)鏈路控制)和HDLC(高級數(shù)據(jù)鏈路控制)都是面向位協(xié)議的例子。大多數(shù)LAN都使用面向位的分幀。通常有最大的幀大小。例如,以太網(wǎng)的最大幀大小為l526Byte。幀的開始和結(jié)束是用特殊的位序列來標識的(對于HDLC,是01111110)。如果沒有傳輸數(shù)據(jù),將連續(xù)傳輸相同的序列以便終端系統(tǒng)保持同步化。

基于時鐘的分幀 在基于時鐘的系統(tǒng)中,一系列的重復脈沖被用于維護持續(xù)的位速率并保持數(shù)字位在數(shù)據(jù)流中的一致。SONET(同步光纖網(wǎng)絡)是有關光纖信道上的同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴蕝f(xié)議，常用于物理層構架和同步機制。在這個系統(tǒng)中,網(wǎng)絡中的所有時鐘都根據(jù)主時鐘被同步化。然后SONET幀被定位于時鐘流中。

使用幀的優(yōu)點是數(shù)據(jù)被分成可恢復的區(qū)塊并且可以很容易地檢查這些區(qū)塊是否被破壞。傳輸過程中的故障會破壞某些幀。只有丟失的幀而不是整組數(shù)據(jù)需要重新傳輸。“錯誤檢測和糾正”中論述了錯誤的檢測和糾正。

幀是一系列標準化的數(shù)據(jù)位，是網(wǎng)絡通信的基本單元。它的一般格式為一個標題和一個數(shù)據(jù)有效荷載區(qū)。盡管數(shù)據(jù)區(qū)是可變的,幀的大小則通常是固定的。大多數(shù)數(shù)據(jù)鏈路網(wǎng)絡使用大小可變的幀,這種幀有優(yōu)點(更有效地使用網(wǎng)絡)也有缺點(不可預測的信息流以及不能提供高質(zhì)量的服務)。

以太網(wǎng)幀(IEEE 802.3)是OSI參考模型數(shù)據(jù)鏈路層的封裝，網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)包被加上幀頭和幀尾，構成可由數(shù)據(jù)鏈路層識別的數(shù)據(jù)幀。如圖F-16所示,可以容納多達l500Byte的數(shù)據(jù)。幀包括標題、尾字節(jié)以及封裝的數(shù)據(jù)。標題中的信息是必須傳輸?shù)念~外數(shù)據(jù),從而增加了開銷。

圖F-16 802.3 (以太)幀前導碼包含一組發(fā)送器和接收器用于同步其傳輸?shù)奈唬型酱a（用來使局域網(wǎng)中的所有節(jié)點同步，7字節(jié)長）和幀標志（幀的起始標志7，1字節(jié)）兩部分。以太網(wǎng)位的格式為10101010,它在5.6μs的時間內(nèi)產(chǎn)生lOMHz平方波時鐘信號。SFD(起始幀分隔符)表明幀的實際起始位置。目標和源地址都是無需說明的。LEN(長度)字段表明幀的數(shù)據(jù)部分的長度。PAD(填充)用于填充位。CRC(循環(huán)冗余校驗)用于錯誤檢查。

分幀是數(shù)據(jù)鏈路層特有的。高層協(xié)議也將數(shù)據(jù)分成可辨別的信息“數(shù)據(jù)分組”,但是用于定義每一層的數(shù)據(jù)分組的術語是不同的,如下所述。請注意這些定義都采用Internet協(xié)議組。

消息 用戶或應用程序指定的實際應用程序數(shù)據(jù)、命令或指示。假定使用TCP的話,消息是封裝在TCP段中的。

段 在兩個互連的包含傳輸層協(xié)議信息的系統(tǒng)(對等系統(tǒng))之間交換的信息包。TCP交換段。段則封裝高層消息。

數(shù)據(jù)報 在兩個互連的包含網(wǎng)絡層協(xié)議信息的系統(tǒng)之間交換的信息包。IP交換數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報則封裝段。

幀 數(shù)據(jù)鏈路層中的信息包,具有特定于所用協(xié)議的結(jié)構。幀封裝數(shù)據(jù)報。圖F-17闡釋了數(shù)據(jù)是如何沿著協(xié)議棧傳遞以及如何由各層的協(xié)議封裝的。該示例闡釋了TCP/IP協(xié)議。在傳輸層,TCP封裝高層數(shù)據(jù)并添加它自己的標題以創(chuàng)建一個段。在網(wǎng)絡層IP將段和它自己的標題封裝在數(shù)據(jù)報中。最后,數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)報封裝在某個幀或多個幀。數(shù)據(jù)報可能被分段并被放入多個幀中。

圖F-17 TCP/IP中的數(shù)據(jù)分組和幀分幀是由基礎網(wǎng)絡協(xié)議和設備處理的。以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、幀中繼、ATM以及其他數(shù)據(jù)鏈路技術使用它們自己的分幀標準(ATM幀實際上被稱為“信元”并且是固定大小)。高層協(xié)議通常是用來與任何這些協(xié)議和分幀方法對接的。當建立網(wǎng)絡應用程序時,只要確保應用程序與TCP/IP之類的網(wǎng)絡協(xié)議組兼容,通常不需要關心將使用哪種基礎LAN。

幀只限于特定的網(wǎng)絡段。網(wǎng)絡是由多個數(shù)據(jù)鏈路段組成的,如圖F-18所示。一個段可能是以太網(wǎng)而另一個段則可能是令牌環(huán)網(wǎng)。進行連接的網(wǎng)橋或路由器必須從它所接收到的幀中刪除封裝的數(shù)據(jù)然后重新將數(shù)據(jù)封裝在下一個網(wǎng)絡的幀類型中。有些情況下,下一個網(wǎng)絡可能需要更小的幀大小,因此在設備將數(shù)據(jù)封裝到幀之前可能需要將它們分段。數(shù)據(jù)被分段后,將以那種形式一直到達最后目標。

Alteon曾提議將以太網(wǎng)的幀大小從l500Byte擴展到9000Byte的“特大幀”。公司聲稱通過減少必須處理的幀的數(shù)目,特大幀可為吉比特以太網(wǎng)絡提供比以前多百分之三百的吞吐量。Alteon相信9000Byte的大小(而不是更大的大小)是效率和對錯誤檢查及處理大塊數(shù)據(jù)的處理要求之間的一個很好的平衡值。

圖F-18因特網(wǎng)間的分幀