什么是數據傳輸中的成幀

數據傳輸中的成幀

成幀技術是一種用來在一個比特流內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、錯誤隔離和分段傳輸協議的手段。兩個計算機或設備之間的點到點的連接中包括一根電線,在這根電線中數據作為位流傳輸。但是,這些位必須被分成可辨別的信息塊。分幀是數據鏈路層的功能。它使發送器接收器傳輸一組對有含義的位。以太網、令牌環網、幀中繼以及其他數據鏈路層技術都有它們自己的幀結構。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,每個都為發送器提供一種方法以告訴接收器數據塊開始和結束的位置:

面向字節分幀 計算機數據通常是以字母、數字、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各不相同。在終端/大型機環境中使用的是更老樣式的分幀。其中面向字節分幀的例子包括IBM的BISYNC協議。

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

基于時鐘的分幀 在基于時鐘的系統中,一系列的重復脈沖被用于維護持續的位速率并保持數字位在數據流中的一致。SONET(同步光纖網絡)是有關光纖信道上的同步數據傳輸的標準協議，常用于物理層構架和同步機制。在這個系統中,網絡中的所有時鐘都根據主時鐘被同步化。然后SONET幀被定位于時鐘流中。

使用幀的優點是數據被分成可恢復的區塊并且可以很容易地檢查這些區塊是否被破壞。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據需要重新傳輸。“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據位，是網絡通信的基本單元。它的一般格式為一個標題和一個數據有效荷載區。盡管數據區是可變的,幀的大小則通常是固定的。大多數數據鏈路網絡使用大小可變的幀,這種幀有優點(更有效地使用網絡)也有缺點(不可預測的信息流以及不能提供高質量的服務)。

以太網幀(IEEE 802.3)是OSI參考模型數據鏈路層的封裝，網絡層的數據包被加上幀頭和幀尾，構成可由數據鏈路層識別的數據幀。如圖F-16所示,可以容納多達l500Byte的數據。幀包括標題、尾字節以及封裝的數據。標題中的信息是必須傳輸的額外數據,從而增加了開銷。

圖F-16 802.3 (以太)幀前導碼包含一組發送器和接收器用于同步其傳輸的位，有同步碼（用來使局域網中的所有節點同步，7字節長）和幀標志（幀的起始標志7，1字節）兩部分。以太網位的格式為10101010,它在5.6μs的時間內產生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)字段表明幀的數據部分的長度。PAD(填充)用于填充位。CRC(循環冗余校驗)用于錯誤檢查。

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

消息 用戶或應用程序指定的實際應用程序數據、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議信息的系統(對等系統)之間交換的信息包。TCP交換段。段則封裝高層消息。

數據報 在兩個互連的包含網絡層協議信息的系統之間交換的信息包。IP交換數據報。數據報則封裝段。

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

圖F-17 TCP/IP中的數據分組和幀分幀是由基礎網絡協議和設備處理的。以太網、令牌環網、幀中繼、ATM以及其他數據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)。高層協議通常是用來與任何這些協議和分幀方法對接的。當建立網絡應用程序時,只要確保應用程序與TCP/IP之類的網絡協議組兼容,通常不需要關心將使用哪種基礎LAN。

幀只限于特定的網絡段。網絡是由多個數據鏈路段組成的,如圖F-18所示。一個段可能是以太網而另一個段則可能是令牌環網。進行連接的網橋或路由器必須從它所接收到的幀中刪除封裝的數據然后重新將數據封裝在下一個網絡的幀類型中。有些情況下,下一個網絡可能需要更小的幀大小,因此在設備將數據封裝到幀之前可能需要將它們分段。數據被分段后,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目,特大幀可為吉比特以太網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據的處理要求之間的一個很好的平衡值。

圖F-18因特網間的分幀