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(shù)是一種用來(lái)在一個(gè)比特流內(nèi)分配或標(biāo)記信道的技術(shù)，為電信提供選擇基本的時(shí)隙結(jié)構(gòu)和管理方式、錯(cuò)誤隔離和分段傳輸協(xié)議的手段。兩個(gè)計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間的點(diǎn)到點(diǎn)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(duì)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(shù)都有它們自己的幀結(jié)構(gòu)。幀具有包含錯(cuò)誤檢查代碼之類(lèi)的信息的標(biāo)題。

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

面向字節(jié)分幀 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通常是以字母、數(shù)字、字符存儲(chǔ)的,這種字符是用8bit組合(1Byte)編碼的。這種分幀類(lèi)型使字節(jié)各不相同。在終端/大型機(jī)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(shí)傳輸一長(zhǎng)串的位。IBM的SDLC (同步數(shù)據(jù)鏈路控制)和HDLC(高級(jí)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(kāi)始和結(jié)束是用特殊的位序列來(lái)標(biāo)識(shí)的(對(duì)于HDLC,是01111110)。如果沒(méi)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(shí)鐘的分幀 在基于時(shí)鐘的系統(tǒng)中,一系列的重復(fù)脈沖被用于維護(hù)持續(xù)的位速率并保持?jǐn)?shù)字位在數(shù)據(jù)流中的一致。SONET(同步光纖網(wǎng)絡(luò))是有關(guān)光纖信道上的同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議，常用于物理層構(gòu)架和同步機(jī)制。在這個(gè)系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)中的所有時(shí)鐘都根據(jù)主時(shí)鐘被同步化。然后SONET幀被定位于時(shí)鐘流中。

使用幀的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)被分成可恢復(fù)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(guò)程中的故障會(huì)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?！板e(cuò)誤檢測(cè)和糾正”中論述了錯(cuò)誤的檢測(cè)和糾正。

幀是一系列標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)位，是網(wǎng)絡(luò)通信的基本單元。它的一般格式為一個(gè)標(biāo)題和一個(gè)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(luò)使用大小可變的幀,這種幀有優(yōu)點(diǎn)(更有效地使用網(wǎng)絡(luò))也有缺點(diǎn)(不可預(yù)測(cè)的信息流以及不能提供高質(zhì)量的服務(wù))。

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(luò)層的數(shù)據(jù)包被加上幀頭和幀尾，構(gòu)成可由數(shù)據(jù)鏈路層識(shí)別的數(shù)據(jù)幀。如圖F-16所示,可以容納多達(dá)l500Byte的數(shù)據(jù)。幀包括標(biāo)題、尾字節(jié)以及封裝的數(shù)據(jù)。標(biāo)題中的信息是必須傳輸?shù)念~外數(shù)據(jù),從而增加了開(kāi)銷(xiāo)。

圖F-16 802.3 (以太)幀前導(dǎo)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(lái)使局域網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)同步，7字節(jié)長(zhǎng)）和幀標(biāo)志（幀的起始標(biāo)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(shí)間內(nèi)產(chǎn)生lOMHz平方波時(shí)鐘信號(hào)。SFD(起始幀分隔符)表明幀的實(shí)際起始位置。目標(biāo)和源地址都是無(wú)需說(shuō)明的。LEN(長(zhǎng)度)字段表明幀的數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度。PAD(填充)用于填充位。CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))用于錯(cuò)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(shù)語(yǔ)是不同的,如下所述。請(qǐng)注意這些定義都采用Internet協(xié)議組。

消息 用戶或應(yīng)用程序指定的實(shí)際應(yīng)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(gè)互連的包含傳輸層協(xié)議信息的系統(tǒng)(對(duì)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(bào) 在兩個(gè)互連的包含網(wǎng)絡(luò)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(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)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(gòu)。幀封裝數(shù)據(jù)報(bào)。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(biāo)題以創(chuàng)建一個(gè)段。在網(wǎng)絡(luò)層IP將段和它自己的標(biāo)題封裝在數(shù)據(jù)報(bào)中。最后,數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)報(bào)封裝在某個(gè)幀或多個(gè)幀。數(shù)據(jù)報(bào)可能被分段并被放入多個(gè)幀中。

圖F-17 TCP/IP中的數(shù)據(jù)分組和幀分幀是由基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和設(shè)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(shù)使用它們自己的分幀標(biāo)準(zhǔn)(ATM幀實(shí)際上被稱(chēng)為“信元”并且是固定大小)。高層協(xié)議通常是用來(lái)與任何這些協(xié)議和分幀方法對(duì)接的。當(dāng)建立網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí),只要確保應(yīng)用程序與TCP/IP之類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組兼容,通常不需要關(guān)心將使用哪種基礎(chǔ)LAN。

幀只限于特定的網(wǎng)絡(luò)段。網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)數(shù)據(jù)鏈路段組成的,如圖F-18所示。一個(gè)段可能是以太網(wǎng)而另一個(gè)段則可能是令牌環(huán)網(wǎng)。進(jìn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的幀類(lèi)型中。有些情況下,下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能需要更小的幀大小,因此在設(shè)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(dá)最后目標(biāo)。

Alteon曾提議將以太網(wǎng)的幀大小從l500Byte擴(kuò)展到9000Byte的“特大幀”。公司聲稱(chēng)通過(guò)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(luò)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(duì)錯(cuò)誤檢查及處理大塊數(shù)據(jù)的處理要求之間的一個(gè)很好的平衡值。

圖F-18因特網(wǎng)間的分幀