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前回のブログでは、コンピューター ネットワークの物理層について学びました。まだ読んでいない場合は、まずそれについて学ぶと、この学習を始めるのに役立ちます。ポータル： コンピュータネットワーク - 物理層
次に、正式に説明を開始します-データリンク層

基本的な考え方

データリンク層は、デバイス間の通信を実現するための非常に重要な層です。
使用されるチャネルは 2 つのタイプに分けられます。

• ポイントツーポイントチャネル
• 放送チャンネル

リンク：あるノードから隣接するノードまでの区間です。物理回路間に他のスイッチング ノードはありません。リンクはパスの 1 つのコンポーネントにすぎません。
データリンク : 通信プロトコルを実装するハードウェアとソフトウェアをリンクに追加してデータ リンクを形成することを指します。データ リンクは、物理リンクと論理リンクに分けることもできます。

• 物理リンクは上記のリンクです。
• 論理リンクは前述のデータ リンクであり、物理リンクに必要な通信プロトコルを加えたものです。

現在最も一般的な方法は、アダプター (ネットワーク カード) を使用してこれらのプロトコルのハードウェアとソフトウェアを実装することです。市場で一般的なアダプターには、データ リンク層と物理層が含まれます。

データリンク層は、フレーム単位でデータを送信および処理します。

データリンク層プロトコルには多くの種類がありますが、共通する 3 つの基本的な問題があります~

• 額装された
• 透明な伝送
• エラー制御

額装された

データの先頭と末尾 (およびフレーム ヘッダーとフレーム末尾) にマーカーを追加して、フレーム範囲を決定します。

データが印刷可能な ASCII コードで構成されるテキスト ファイルの場合、特殊なフレーム区切り文字 (SOH，EOT) フレームの開始と終了をそれぞれ制御します~

透明な伝送

これは、あたかもデータリンク層が存在しないかのように、データリンク層は上位層によって配信される送信データに対して何の制限も持たないことを意味します。データのどのようなビットの組み合わせが送信されても​​、データはエラーなしでデータリンク層全体を通過します。

上記のカプセル化とフレーム化の操作を通じて、カプセル化中にデータ内の特定のノード部分が偶然に等しいことが判明した場合の問題を考えた人もいます。SOH EOT同様に、データリンク層はフレーム境界を誤って検出することはないでしょうか?心配しないでください、もちろん解決策はあります~

回避策: 文字パディング/バイト パディング。

1. 送信側のデータリンク層では、データ中に制御文字が出現します。SOHまたはEOT前にエスケープ文字を挿入します ESC(16 進エンコーディングは1B）。
2. 受信側のデータ リンク層は、データをネットワーク層に送信する前に、挿入されたエスケープ文字を削除します。
3. データ内にエスケープ文字も出現する場合は、エスケープ文字の前にエスケープ文字を挿入する必要があります。受信側が 2 つの連続したエスケープ文字を受信すると、最初のエスケープ文字は削除されます。

エラー制御

転送中に発生する可能性がありますビットエラー、1は0になり、0は1になります

一定期間にわたる送信ビットの総数に対する誤って送信されたビットの比率は、ビット誤り率 。ビット誤り率は信号対雑音比と大きな関係があります。データ伝送の信頼性を確保するには、エラー検出対策を講じる必要があります。データリンク層は広く使用されています巡回冗長検査 CRC / フレームチェックシーケンス FCS エラー検出技術。

1. 送信者と受信者は生成多項式 G(x) について合意します。
2. 送信側は、送信するデータ生成多項式に基づいて誤り検出符号（冗長符号）を計算し、送信データの後ろに付加して送信します。
3. 受信機は多項式を生成することで受信データに誤りがあるかどうかを計算します。

ポイントツーポイント PPP プロトコル

ポイントツーポイント プロトコル PPP は、現在最も広く使用されているポイントツーポイント データ リンク層プロトコルです。

PPP 契約は以下を満たしている必要があります。

• 単純
• 額装された
• 透明性
• 複数のネットワーク層プロトコル
• さまざまな種類のリンク
• エラー検出

不要な機能:

• 修正
• フロー制御
• シリアルナンバー
• マルチポイントライン
• 半二重またはシンプレックスリンク

PPP 契約には 3 つの要素があります。

• さまざまなプロトコル データグラムのカプセル化方法 (フレームへのカプセル化)。
• リンク制御プロトコルLCP: データリンク接続の確立、構成、テストに使用されます。
• ネットワーク制御プロトコルNCP: これらの各プロトコルは、異なるネットワーク層プロトコルをサポートします。

フレームフォーマット

PPP フレームのヘッダーとテールはそれぞれ 4 フィールドと 2 フィールドです。 PPP はバイト指向であり、すべてのフレーム長は整数バイトです。

資本

フラグフィールド F = 0x7E (記号 0x は、それに続く文字が 16 進数で表現されることを意味します。16 進数 7E の 2 進表現は次のとおりです。01111110)、フラグ フィールドはフレームの開始を示します。

ヘッダーのアドレス フィールド A は次のように指定されます。0xFF（今すぐ11111111)。

ヘッダーの制御フィールド C は次のように指定されます。0x03（今すぐ00000011)。

しっぽ

トレーラーの最初のフィールド (2 バイト) は、CRC を使用したフレーム チェック シーケンス FCS です。

透明性

PPP を非同期送信に使用する場合、特別な文字のパディング

• すべての出来事を情報フィールドに入力します0x7Eバイトは 2 バイトのシーケンスに変換されます (0x7D，0x5E)。

• 情報フィールドが表示された場合0x7Dバイトにエスケープ文字を入れます0x7D2バイトシーケンスに変換(0x7D，0x5D)。

• 情報フィールドが表示された場合ASCIIコード制御文字 (つまり、0x20 未満の値を持つ文字) を追加し、0x7Dバイトと文字のエンコーディングを変更します。

PPP が同期伝送リンク (SONET/SDH) で使用される場合、プロトコルは、PPP を完了するためのハードウェアの使用を指定します。ゼロビットパディング

• 送信側では、最初に情報フィールド全体がスキャンされます (通常はハードウェアで実装されますが、ソフトウェアで実装することもできますが、時間がかかります)。

• 5 個の連続する 1 が見つかるとすぐに 0 が埋められます。

• 受信側はフレームを受信すると、まずフラグ フィールド F を見つけてフレームの境界を決定し、ハードウェアを使用してビット ストリームをスキャンし、5 つの連続する 1 が見つかるたびに、5 つの連続する 1 の後の 0 を削除します。元の情報ビットストリームに復元します。

PPP プロトコルがシーケンス番号と確認メカニズムを使用しないのはなぜですか?

1. データリンク層でエラーが発生する確率が低い
2. インターネット環境では、PPP 情報フィールドに入力されるデータは IP データグラムです。データリンク層での信頼できる伝送は、ネットワーク層での信頼できる伝送を保証しません。
3. フレームチェックシーケンスFCSフィールドはエラーなしで受け入れられることが保証されています。

報道規制

ローカルエリアネットワークのデータリンク層

• ネットワークは 1 つのユニットによって所有されます。
• 地理的範囲とサイトの数が限られている。
• ブロードキャスト機能を使用すると、1 つのサイトからネットワーク全体に広くアクセスでき、LAN 上のホストは、LAN に接続されたさまざまなハードウェアおよびソフトウェア リソースを共有できます。

共有チャネルを使用する場合に考慮すべき重要な問題は、複数の送信サイトと受信サイトによる共有伝送メディアの使用をどのように調整するかです。複数のデバイスが同時にデータを送信すると、相互に干渉し、伝送エラーが発生します。
メディア アクセス制御は、静的チャネル割り当てと動的アクセス制御に分けられます。詳細は次のとおりです。

イーサネット

DIXイーサネットV2 これは世界初の LAN 製品 (イーサネット) のプロトコルです。
IEEE802.3 規格 最初ですIEEEイーサネット規格。

両者の間には非常に微妙な違いがあるだけなので、802.3 LAN と呼ぶことができます。イーサネット

アダプタ

ネットワークインターフェイスボードとも呼ばれます通信アダプター またはネットワーク インターフェイス カード (NIC) またはネットワークカード

アダプターの重要な機能:

• シリアル/パラレル変換を実行します。
• データのキャッシュ。
• イーサネットプロトコルを実装する

コンピュータはアダプタを介して LAN と通信します

CSMA/CDプロトコル

オリジナルのイーサネットは多くのコンピュータをバスに接続しました。ブロードキャスト通信を簡単に実装1 対 1 の通信を実現するには、データ フレーム内の宛先アドレスがアダプタ アドレスと一致する場合に限り、受信ステーションのハードウェア アドレスをフレーム ヘッダーの宛先アドレス フィールドに書き込みます。複数のコンピュータまたはサイトが同時に送信すると、衝突が発生して送信が失敗します。


コミュニケーションを容易にするために:

• コネクションレス方式を採用。
  1) 接続を確立せずにデータを直接送信できます。
  2) 送信されるデータ フレームには番号を付ける必要がなく、相手は確認を返信する必要がありません。
  3) エラーの修正は上位レベルによって決定されます。
• 送信されるすべてのデータの用途マンチェスターコーディング;

短所: 占有周波数帯域幅は、元のベースバンド信号と比較して 2 倍になります。

キャリアセンス：

ネットワーク上の各ワークステーションは、データを送信する前に、バス上でデータ送信があるかどうかを確認する必要があります。

データ送信がある場合 (バスはビジーと呼ばれます)、データは送信されません。

データ送信がない場合 (バスが空であると言われる)、準備されたデータがすぐに送信されます。

複数のアクセス:

ネットワーク上のすべてのワークステーションは同じバスを使用してデータを送受信し、送信されるデータはブロードキャストされます。

衝突検出:

これは、送信ノードは情報フレームの送信中にメディアを監視して競合が発生しているかどうか (同時に他のノードも情報フレームを送信しているかどうか) を判断する必要があることを意味します。

存存在するするCSMA 、チャネル伝播遅延の存在により、バス上の 2 つのステーションがキャリア信号を監視せずにフレームを送信した場合でも、衝突が発生する可能性があります。なぜならCSMAこのアルゴリズムには競合検出機能がありません。競合が発生した場合でも、破損したフレームが送信されるため、データの実効伝送速度が低下します。

CSMA/CDの一種ですCSMA改善計画。送信サイトは、送信中にメディアを監視し続け、競合がないかどうかを検出します。衝突が発生した場合、送信局自身が送信する搬送波信号の振幅をチャネル上で検出することで、衝突の有無を判断することができる。競合が検出されると、送信は直ちに停止され、一連のブロッキング信号がバスに送信され、バス上の他の関連ステーションに通知されます。

ARPプロトコル

ハブとスイッチ

自己学習フレームと転送フレームの切り替え

スパニングツリープロトコルSTP

仮想LAN VLAN