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Nell'ultimo blog abbiamo appreso dello strato fisico nelle reti di computer. Se non l'hai ancora letto, puoi scoprirlo prima, il che ci aiuterà a iniziare questo studio. Portale:Livello fisico della rete di computer
Successivamente, inizieremo ufficialmente a spiegare:livello di collegamento dati

concetto di base

Il livello di collegamento dati è un livello molto importante per realizzare la comunicazione tra dispositivi;
I canali utilizzati si dividono in due tipologie:

• canale punto a punto
• canale di trasmissione

collegamento: È una sezione da un nodo al nodo adiacente.circuito fisico , senza altri nodi di commutazione in mezzo. Un collegamento è solo un componente di un percorso.
collegamento dati : si riferisce all'aggiunta dell'hardware e del software che implementa il protocollo di comunicazione al collegamento per formare un collegamento dati. I collegamenti dati possono anche essere suddivisi in collegamenti fisici e collegamenti logici.

• Il collegamento fisico è il collegamento sopra menzionato.
• Il collegamento logico è il collegamento dati sopra menzionato, che è il collegamento fisico più il protocollo di comunicazione necessario.

Il metodo più comune ora consiste nell'utilizzare adattatori (schede di rete) per implementare l'hardware e il software di questi protocolli. Gli adattatori comuni sul mercato includono il livello di collegamento dati e il livello fisico.

Il livello di collegamento dati trasmette ed elabora i dati in frame.

Esistono molti tipi di protocolli del livello di collegamento dati, ma ci sono tre problemi fondamentali in comune~

• incorniciato
• Trasmissione trasparente
• controllo degli errori

incorniciato

Aggiungi marcatori all'inizio e alla fine dei dati (oltre all'intestazione e alla coda del frame) per determinare l'intervallo del frame.

Quando i dati sono un file di testo costituito da codici ASCII stampabili, i riquadri possono essere delimitati utilizzando speciali delimitatori di riquadri (SOH，EOT) Controlla rispettivamente l'inizio e la fine del fotogramma~

Trasmissione trasparente

Ciò significa che il livello di collegamento dati non ha alcuna restrizione sulla trasmissione dei dati forniti dal livello superiore, come se il livello di collegamento dati non esistesse. Indipendentemente dalla combinazione di bit di dati inviata, i dati passeranno attraverso l'intero livello di collegamento dati senza errori.

Attraverso l'operazione di incapsulamento e framing sopra menzionata, alcune persone hanno pensato a un problema se durante l'incapsulamento si scopre che una certa parte del nodo nei dati risulta essere uguale aSOH EOT Lo stesso, quindi il livello di collegamento dati non troverebbe i limiti del frame in modo errato? Non preoccuparti, ovviamente c'è una soluzione~

Soluzione alternativa: riempimento di caratteri/riempimento di byte.

1. Il livello di collegamento dati all'estremità di invio presenta caratteri di controllo che compaiono nei dati.SOHOEOTInserisci prima un carattere di escape ESC(La codifica esadecimale è1B）。
2. Il livello di collegamento dati sul lato ricevente rimuove i caratteri di escape inseriti prima di inviare i dati al livello di rete.
3. Se nei dati compare anche un carattere di escape, è necessario inserire un carattere di escape prima del carattere di escape. Quando il destinatario riceve due caratteri di escape consecutivi, il primo viene eliminato.

controllo degli errori

Può verificarsi durante il trasferimentoerrore di bit, 1 diventa 0, 0 diventa 1

Viene chiamato il rapporto tra i bit trasmessi erroneamente e il numero totale di bit trasmessi in un periodo di tempotasso di errore in bit . Il tasso di errore di bit ha un'ottima relazione con il rapporto segnale-rumore. Per garantire l'affidabilità della trasmissione dei dati, è necessario adottare misure di rilevamento degli errori.Il livello di collegamento dati è ampiamente utilizzatoControllo ridondanza ciclico CRC/Sequenza controllo frame FCS Tecnologia di rilevamento degli errori.

1. Il mittente e il destinatario concordano su un polinomio generatore G(x).
2. Il mittente calcola un codice di rilevamento errore (codice ridondante) in base al polinomio di generazione dei dati da inviare, lo aggiunge sul retro dei dati di trasmissione e li trasmette insieme.
3. Il ricevitore calcola se i dati ricevuti presentano errori generando polinomi.

Protocollo PPP punto a punto

Protocollo punto-punto PPP è attualmente il protocollo di livello di collegamento dati punto-punto più utilizzato.

L’accordo PPP dovrebbe soddisfare:

• Semplice
• incorniciato
• Trasparenza
• Protocolli a più livelli di rete
• Vari tipi di collegamenti
• rilevamento degli errori

Caratteristiche indesiderate:

• Correzione
• controllo del flusso
• numero di serie
• linea multipunto
• Collegamento half-duplex o simplex

L’accordo PPP ha tre componenti:

• Metodi di incapsulamento per vari datagrammi di protocollo (incapsulamento in frame);
• protocollo di controllo del collegamentoLCP: Utilizzato per stabilire, configurare e testare le connessioni di collegamento dati;
• protocollo di controllo della reteNCP: Ciascuno di questi protocolli supporta diversi protocolli di livello di rete;

formato del fotogramma

L'intestazione e la coda del frame PPP sono rispettivamente 4 campi e 2 campi. PPP è orientato ai byte e tutte le lunghezze dei frame sono byte interi.

capitale

campo della bandiera F = 0x7E (Il simbolo 0x significa che i caratteri che lo seguono sono rappresentati in esadecimale. La rappresentazione binaria di esadecimale 7E è01111110), il campo flag indica l'inizio di un frame.

Il campo dell'indirizzo A nell'intestazione è specificato come0xFF(Proprio adesso11111111)。

Il campo di controllo C nell'intestazione è specificato come0x03(Proprio adesso00000011)。

coda

Il primo campo (2 byte) nel trailer è il Frame Check Sequence FCS che utilizza CRC.

Trasparenza

Quando PPP viene utilizzato per la trasmissione asincrona, uno specialeimbottitura dei caratteri

• Inserisci ogni occorrenza nel campo informazioni0x7Ebyte viene convertito in una sequenza di 2 byte (0x7D，0x5E)。

• Se viene visualizzato un campo informazioni0x7Dbyte, quindi inserisci il carattere di escape0x7DConverti in sequenza di 2 byte (0x7D，0x5D)。

• Se appare nel campo informazioniASCIIcarattere di controllo del codice (ovvero un carattere con un valore inferiore a 0x20), quindi aggiungere a0x7DByte e modificare la codifica del carattere.

Quando PPP viene utilizzato su collegamenti di trasmissione sincroni (SONET/SDH), il protocollo specifica l'uso dell'hardware per il completamentoImbottitura a bit zero

• Al termine dell'invio, viene prima scansionato l'intero campo informativo (di solito implementato nell'hardware, ma può essere implementato anche nel software, ma sarà più lento).

• Non appena vengono trovati 5 1 consecutivi, viene immediatamente riempito uno 0.

• Quando l'estremità ricevente riceve un frame, trova prima il campo flag F per determinare il limite del frame, quindi utilizza l'hardware per scansionare il flusso di bit. Ogni volta che vengono trovati 5 1 consecutivi, viene cancellato quello dopo i 5 1 consecutivi pari a 0 ripristinare il flusso di bit delle informazioni originali.

Perché il protocollo PPP non utilizza numeri di sequenza e meccanismi di conferma?

1. La probabilità che si verifichino errori a livello di collegamento dati è bassa
2. Nell'ambiente Internet, i dati inseriti nel campo informazioni PPP sono un datagramma IP. La trasmissione affidabile del livello di collegamento dati non garantisce una trasmissione affidabile del livello di rete.
3. sequenza di controllo del frameFCSSi garantisce che i campi verranno accettati senza errori.

Controllo dell'accesso ai media

Livello di collegamento dati della rete locale

• La rete è di proprietà di una unità;
• Ambito geografico e numero di siti limitati;
• Con la funzione broadcast, è possibile accedere ampiamente all'intera rete da un unico sito e gli host sulla LAN possono condividere varie risorse hardware e software connesse alla LAN;

Una questione importante da considerare quando si utilizza un canale condiviso è come coordinare l'uso di un mezzo di trasmissione condiviso da più siti di invio e ricezione. Se più dispositivi inviano dati contemporaneamente, interferiranno tra loro, causando errori di trasmissione.
Il controllo dell'accesso ai media è suddiviso in allocazione statica dei canali e controllo dinamico dell'accesso. dettagli come segue:

Ethernet

DIX Ethernet V2 È il protocollo del primo prodotto LAN al mondo (Ethernet);
IEEE 802.3 è il primoIEEENorma Ethernet;

Ci sono solo differenze molto sottili tra i due, quindi è possibile chiamare LAN 802.3Ethernet

adattatore

scheda di interfaccia di rete nota anche comeadattatore di comunicazione OScheda di interfaccia di rete (NIC) Oscheda di rete

Funzioni importanti degli adattatori:

• Eseguire la conversione seriale/parallela;
• Memorizzazione dei dati nella cache;
• Implementare il protocollo Ethernet

Il computer comunica con la LAN tramite l'adattatore

Protocollo CSMA/CD

L'Ethernet originale collegava molti computer a un bus.Comunicazione broadcast facile da implementare, per ottenere una comunicazione uno a uno, scrivere l'indirizzo hardware della stazione ricevente nel campo dell'indirizzo di destinazione nell'intestazione del frame Se e solo se l'indirizzo di destinazione nel frame di dati è coerente con l'indirizzo dell'adattatore, i dati frame può essere ricevuto se entrambi Quando ci sono più computer o siti che inviano contemporaneamente, si verificheranno collisioni e l'invio fallirà~


Per facilità di comunicazione:

• Adottare il metodo senza connessione;
  1) I dati possono essere inviati direttamente senza stabilire una connessione;
  2) Non è necessario che i frame di dati inviati siano numerati e l'altra parte non ha bisogno di inviare una conferma;
  3) La correzione degli errori è decisa dai livelli superiori;
• Tutti i dati inviati utilizzanoManchestercodifica;

Svantaggi: La larghezza di banda di frequenza che occupa è doppia rispetto al segnale in banda base originale;

Senso del portatore:

Prima che ogni postazione della rete invii i dati, deve verificare se c'è trasmissione di dati sul bus.

Se c'è trasmissione dati (il bus si dice occupato), non vengono inviati dati;

Se non avviene alcuna trasmissione dei dati (il bus si dice vuoto), i dati preparati vengono inviati immediatamente.

Accesso multiplo:

Tutte le workstation sulla rete inviano e ricevono dati utilizzando lo stesso bus e i dati inviati vengono trasmessi.

Rilevamento delle collisioni:

Ciò significa che durante l'invio di frame di informazioni, il nodo mittente deve anche monitorare i media per determinare se si verifica un conflitto (allo stesso tempo, se anche altri nodi stanno inviando frame di informazioni).

esistereCSMA , a causa del ritardo di propagazione del canale, anche se due stazioni sul bus non monitorano il segnale portante e non inviano frame, potrebbero comunque verificarsi collisioni.PerchéCSMAL'algoritmo non dispone di una funzione di rilevamento dei conflitti. Anche se si verifica un conflitto, il frame danneggiato verrà comunque inviato, il che riduce la velocità di trasmissione effettiva dei dati.

CSMA/CDè una specie diCSMA piano di miglioramento. Il sito mittente continua a monitorare i media durante la trasmissione per rilevare se esiste un conflitto. Se si verifica un conflitto, sul canale può essere rilevata l'ampiezza del segnale portante trasmesso dalla stazione trasmittente stessa, determinando così l'esistenza del conflitto. Una volta rilevato un conflitto, la trasmissione viene immediatamente interrotta e una serie di segnali di blocco vengono inviati al bus per avvisare le altre stazioni interessate sul bus.

Protocollo ARP

Hub e interruttori

Commutare i frame di autoapprendimento e di inoltro

Protocollo Spanning Tree STP

VLAN LAN virtuale