Technologieaustausch

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Im letzten Blog haben wir etwas über die physikalische Schicht in Computernetzwerken gelernt. Wenn Sie ihn noch nicht gelesen haben, können Sie ihn zuerst kennenlernen, was uns den Einstieg in diese Studie erleichtern wird. Portal:Computernetzwerk-Physische Schicht
Als nächstes beginnen wir offiziell mit der Erklärung:Datenübertragungsebene

Basiskonzept

Die Datenverbindungsschicht ist eine sehr wichtige Schicht zur Realisierung der Kommunikation zwischen Geräten.
Die verwendeten Kanäle werden in zwei Typen unterteilt:

• Punkt-zu-Punkt-Kanal
• Sendekanal

Verknüpfung: Es ist ein Abschnitt von einem Knoten zum benachbarten Knoten.physikalischer Kreislauf , ohne weitere Vermittlungsknoten dazwischen. Ein Link ist nur eine Komponente eines Pfades.
Datenverbindung : bezieht sich auf das Hinzufügen der Hardware und Software, die das Kommunikationsprotokoll implementiert, zur Verbindung, um eine Datenverbindung zu bilden. Datenverbindungen können auch in physische Verbindungen und logische Verbindungen unterteilt werden.

• Der physische Link ist der oben erwähnte Link.
• Die logische Verbindung ist die oben erwähnte Datenverbindung, die die physische Verbindung plus das erforderliche Kommunikationsprotokoll darstellt.

Die heute gebräuchlichste Methode ist die Verwendung von Adaptern (Netzwerkkarten) zur Implementierung der Hardware und Software dieser Protokolle. Zu den gängigen Adaptern auf dem Markt gehören die Datenverbindungsschicht und die physikalische Schicht.

Die Datenverbindungsschicht überträgt und verarbeitet Daten in Frames.

Es gibt viele Arten von Datenverbindungsschichtprotokollen, es gibt jedoch drei gemeinsame grundlegende Probleme

• gerahmt
• Transparente Übertragung
• Fehlerkontrolle

gerahmt

Fügen Sie Markierungen am Kopf und Ende der Daten hinzu (plus Frame-Kopf und Frame-Ende), um den Frame-Bereich zu bestimmen.

Wenn es sich bei den Daten um eine Textdatei handelt, die aus druckbaren ASCII-Codes besteht, können die Frames mithilfe spezieller Frame-Trennzeichen getrennt werden (SOH，EOT) Steuern Sie den Anfang und das Ende des Frames

Transparente Übertragung

Dies bedeutet, dass die Datenverbindungsschicht keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der von der oberen Schicht gelieferten Übertragungsdaten hat, als ob die Datenverbindungsschicht nicht vorhanden wäre. Unabhängig davon, welche Bitkombination der Daten gesendet wird, durchlaufen die Daten die gesamte Datenverbindungsschicht fehlerfrei.

Durch den oben genannten Kapselungs- und Rahmenvorgang haben einige Leute über ein Problem nachgedacht, wenn während der Kapselung festgestellt wird, dass ein bestimmter Knotenteil in den Daten zufällig gleich istSOH EOT Dasselbe, würde die Datenverbindungsschicht dann die Rahmengrenzen nicht falsch finden? Keine Sorge, natürlich gibt es eine Lösung~

Problemumgehung: Zeichenauffüllung/Byteauffüllung.

1. Auf der Datenverbindungsschicht auf der sendenden Seite erscheinen Steuerzeichen in den Daten.SOHoderEOTFügen Sie vorher ein Escape-Zeichen ein ESC(Die hexadezimale Kodierung ist1B）。
2. Die Datenverbindungsschicht auf der Empfangsseite entfernt die eingefügten Escape-Zeichen, bevor sie die Daten an die Netzwerkschicht sendet.
3. Wenn in den Daten auch ein Escape-Zeichen vorkommt, sollte vor dem Escape-Zeichen ein Escape-Zeichen eingefügt werden. Wenn der Empfänger zwei aufeinanderfolgende Escape-Zeichen empfängt, wird das erste gelöscht.

Fehlerkontrolle

Kann während der Übertragung auftretenBitfehler, 1 wird 0, 0 wird 1

Man nennt das Verhältnis der fehlerhaft übertragenen Bits zur Gesamtzahl der übertragenen Bits über einen ZeitraumBit Fehlerrate . Die Bitfehlerrate hat einen großen Zusammenhang mit dem Signal-Rausch-Verhältnis. Um die Zuverlässigkeit der Datenübertragung sicherzustellen, müssen Maßnahmen zur Fehlererkennung ergriffen werden.Die Datenverbindungsschicht ist weit verbreitetZyklische Redundanzprüfung CRC / Frame Check Sequence FCS Fehlererkennungstechnologie.

1. Sender und Empfänger einigen sich auf ein erzeugendes Polynom G(x).
2. Der Absender berechnet einen Fehlererkennungscode (redundanten Code) basierend auf dem zu sendenden Datengenerierungspolynom, fügt ihn den Übertragungsdaten hinzu und sendet sie zusammen.
3. Der Empfänger berechnet, ob die empfangenen Daten Fehler enthalten, indem er Polynome generiert.

Punkt-zu-Punkt-PPP-Protokoll

Das Punkt-zu-Punkt-Protokoll PPP ist derzeit das am weitesten verbreitete Protokoll der Punkt-zu-Punkt-Datenverbindungsschicht.

Die PPP-Vereinbarung sollte Folgendes erfüllen:

• Einfach
• gerahmt
• Transparenz
• Mehrere Netzwerkschichtprotokolle
• Verschiedene Arten von Links
• Fehlererkennung

Unerwünschte Funktionen:

• Korrektur
• Ablaufsteuerung
• Seriennummer
• Mehrpunktlinie
• Halbduplex- oder Simplex-Verbindung

Die PPP-Vereinbarung besteht aus drei Komponenten:

• Kapselungsmethoden für verschiedene Protokolldatagramme (Kapselung in Frames);
• Link-Control-ProtokollLCP: Wird zum Einrichten, Konfigurieren und Testen von Datenverbindungsverbindungen verwendet.
• NetzwerksteuerungsprotokollNCP: Jedes dieser Protokolle unterstützt verschiedene Protokolle der Netzwerkschicht.

Rahmenformat

Der Kopf und das Ende des PPP-Rahmens bestehen aus 4 Feldern bzw. 2 Feldern. PPP ist byteorientiert und alle Framelängen sind ganzzahlige Bytes.

Hauptstadt

Flaggenfeld F = 0x7E (Das Symbol 0x bedeutet, dass die darauf folgenden Zeichen hexadezimal dargestellt werden. Die binäre Darstellung von hexadezimal 7E ist01111110), zeigt das Flag-Feld den Beginn eines Frames an.

Das Adressfeld A im Header ist angegeben als0xFF(Im Augenblick11111111)。

Das Kontrollfeld C im Header ist angegeben als0x03(Im Augenblick00000011)。

Schwanz

Das erste Feld (2 Bytes) im Trailer ist das Frame Check Sequence FCS mit CRC.

Transparenz

Wenn PPP zur asynchronen Übertragung verwendet wird, ist eine Besonderheit zu beachtenZeichenauffüllung

• Tragen Sie jedes Vorkommen in das Informationsfeld ein0x7EByte wird in eine 2-Byte-Sequenz umgewandelt (0x7D，0x5E)。

• Wenn ein Informationsfeld erscheint0x7DBytes und geben Sie dann das Escape-Zeichen ein0x7DIn 2-Byte-Sequenz konvertieren (0x7D，0x5D)。

• Wenn das Informationsfeld erscheintASCIICode-Steuerzeichen (d. h. ein Zeichen mit einem Wert kleiner als 0x20), dann fügen Sie a hinzu0x7DBytes und ändern Sie die Kodierung des Zeichens.

Wenn PPP auf synchronen Übertragungsverbindungen (SONET/SDH) verwendet wird, legt das Protokoll die Verwendung von Hardware festNull-Bit-Auffüllung

• Auf der Sendeseite wird zunächst das gesamte Informationsfeld gescannt (normalerweise in Hardware implementiert, kann aber auch in Software implementiert werden, ist jedoch langsamer).

• Sobald 5 aufeinanderfolgende 1en gefunden werden, wird sofort eine 0 eingefügt.

• Wenn das Empfangsende einen Rahmen empfängt, findet es zunächst das Flag-Feld F, um die Rahmengrenze zu bestimmen, und scannt dann mithilfe der Hardware den Bitstrom. Immer wenn 5 aufeinanderfolgende Einsen gefunden werden, wird diejenige nach den 5 aufeinanderfolgenden Einsen gelöscht Wiederherstellung des ursprünglichen Informationsbitstroms.

Warum verwendet das PPP-Protokoll keine Sequenznummern und Bestätigungsmechanismen?

1. Die Wahrscheinlichkeit, dass Fehler auf der Datenverbindungsschicht auftreten, ist gering
2. In der Internetumgebung handelt es sich bei den in das PPP-Informationsfeld eingegebenen Daten um ein IP-Datagramm. Eine zuverlässige Übertragung auf der Datenverbindungsebene garantiert keine zuverlässige Übertragung auf der Netzwerkebene.
3. Frame-Check-SequenzFCSEs wird garantiert, dass die Felder fehlerfrei übernommen werden.

Media Access Control

Datenverbindungsschicht des lokalen Netzwerks

• Das Netzwerk gehört einer Einheit;
• Begrenzter geografischer Umfang und begrenzte Anzahl von Standorten;
• Mit der Broadcast-Funktion kann von einem Standort aus umfassend auf das gesamte Netzwerk zugegriffen werden, und Hosts im LAN können verschiedene mit dem LAN verbundene Hardware- und Softwareressourcen gemeinsam nutzen.

Bei der Nutzung eines gemeinsamen Kanals ist es wichtig zu berücksichtigen, wie die Nutzung eines gemeinsamen Übertragungsmediums durch mehrere Sende- und Empfangsstandorte koordiniert werden kann. Wenn mehrere Geräte gleichzeitig Daten senden, kommt es zu gegenseitigen Störungen, was zu Übertragungsfehlern führt.
Die Medienzugriffskontrolle ist in statische Kanalzuweisung und dynamische Zugriffskontrolle unterteilt. Einzelheiten wie folgt:

Ethernet

DIX Ethernet V2 Es ist das Protokoll des weltweit ersten LAN-Produkts (Ethernet);
IEEE 802.3 ist die ersteIEEEEthernet-Standard;

Es gibt nur sehr subtile Unterschiede zwischen den beiden, sodass von 802.3 LAN gesprochen werden kannEthernet

Adapter

Netzwerkschnittstellenkarte, auch bekannt alsKommunikationsadapter oderNetzwerkschnittstellenkarte (NIC) oderNetzwerkkarte

Wichtige Funktionen von Adaptern:

• Führen Sie eine serielle/parallele Konvertierung durch.
• Daten zwischenspeichern;
• Implementieren Sie das Ethernet-Protokoll

Der Computer kommuniziert über den Adapter mit dem LAN

CSMA/CD-Protokoll

Das ursprüngliche Ethernet verband viele Computer mit einem Bus.Einfach zu implementierende Broadcast-KommunikationUm eine Eins-zu-Eins-Kommunikation zu erreichen, schreiben Sie die Hardwareadresse der Empfangsstation in das Zieladressfeld im Frame-Header. Nur wenn die Zieladresse im Datenrahmen mit der Adapteradresse übereinstimmt, werden die Daten angezeigt Wenn beide Computer oder Standorte gleichzeitig senden, kommt es zu Kollisionen und das Senden schlägt fehl


Zur Erleichterung der Kommunikation:

• Übernehmen Sie eine verbindungslose Methode.
  1) Daten können direkt ohne Verbindungsaufbau versendet werden;
  2) Die gesendeten Datenrahmen müssen nicht nummeriert werden und die andere Partei muss keine Bestätigung zurücksenden.
  3) Die Korrektur von Fehlern wird von höheren Ebenen entschieden;
• Alle gesendeten Daten werden verwendetManchesterKodierung;

Nachteile: Die von ihm belegte Frequenzbandbreite ist im Vergleich zum ursprünglichen Basisbandsignal verdoppelt;

Trägersinn:

Bevor jede Workstation im Netzwerk Daten sendet, muss sie bestätigen, ob eine Datenübertragung auf dem Bus stattfindet.

Findet eine Datenübertragung statt (der Bus wird als besetzt bezeichnet), werden keine Daten gesendet;

Findet keine Datenübertragung statt (der Bus gilt als leer), werden die vorbereiteten Daten sofort gesendet.

Mehrfacher Zugang:

Alle Workstations im Netzwerk senden und empfangen Daten über denselben Bus, und die gesendeten Daten werden gesendet.

Kollisionserkennung:

Dies bedeutet, dass der sendende Knoten beim Senden von Informationsrahmen auch die Medien überwachen muss, um festzustellen, ob ein Konflikt auftritt (gleichzeitig, ob andere Knoten ebenfalls Informationsrahmen senden).

existierenCSMA Aufgrund der vorhandenen Kanalausbreitungsverzögerung kann es dennoch zu Kollisionen kommen, selbst wenn zwei Stationen am Bus das Trägersignal nicht überwachen und keine Frames senden.WeilCSMADer Algorithmus verfügt nicht über eine Konflikterkennungsfunktion. Selbst wenn ein Konflikt aufgetreten ist, wird der beschädigte Frame weiterhin gesendet, was die effektive Übertragungsrate der Daten verringert.

CSMA/CDist eine Art vonCSMA Verbesserungsplan. Die sendende Site überwacht die Medien während der Übertragung weiterhin, um festzustellen, ob ein Konflikt vorliegt. Tritt ein Konflikt auf, kann die Amplitude des von der sendenden Station selbst ausgesendeten Trägersignals auf dem Kanal erfasst und so das Vorliegen des Konflikts festgestellt werden. Sobald ein Konflikt erkannt wird, wird die Übertragung sofort gestoppt und eine Reihe von Blockierungssignalen an den Bus gesendet, um andere relevante Stationen am Bus zu benachrichtigen.

ARP-Protokoll

Hubs und Switches

Schalten Sie selbstlernende und weiterleitende Frames um

Spanning Tree Protocol STP

Virtuelles LAN VLAN