数据传输中的成帧

什么是数据传输中的成帧

数据传输中的成帧

成帧技术是一种用来在一个比特流内分配或标记信道的技术，为电信提供选择基本的时隙结构和管理方式、错误隔离和分段传输协议的手段。两个计算机或设备之间的点到点的连接中包括一根电线,在这根电线中数据作为位流传输。但是,这些位必须被分成可辨别的信息块。分帧是数据链路层的功能。它使发送器接收器传输一组对有含义的位。以太网、令牌环网、帧中继以及其他数据链路层技术都有它们自己的帧结构。帧具有包含错误检查代码之类的信息的标题。

共有三种不同类型的分帧,每个都为发送器提供一种方法以告诉接收器数据块开始和结束的位置:

面向字节分帧 计算机数据通常是以字母、数字、字符存储的,这种字符是用8bit组合(1Byte)编码的。这种分帧类型使字节各不相同。在终端/大型机环境中使用的是更老样式的分帧。其中面向字节分帧的例子包括IBM的BISYNC协议。

面向位的分帧 这种分帧允许发送器同时传输一长串的位。IBM的SDLC (同步数据链路控制)和HDLC(高级数据链路控制)都是面向位协议的例子。大多数LAN都使用面向位的分帧。通常有最大的帧大小。例如,以太网的最大帧大小为l526Byte。帧的开始和结束是用特殊的位序列来标识的(对于HDLC,是01111110)。如果没有传输数据,将连续传输相同的序列以便终端系统保持同步化。

基于时钟的分帧 在基于时钟的系统中,一系列的重复脉冲被用于维护持续的位速率并保持数字位在数据流中的一致。SONET(同步光纤网络)是有关光纤信道上的同步数据传输的标准协议，常用于物理层构架和同步机制。在这个系统中,网络中的所有时钟都根据主时钟被同步化。然后SONET帧被定位于时钟流中。

使用帧的优点是数据被分成可恢复的区块并且可以很容易地检查这些区块是否被破坏。传输过程中的故障会破坏某些帧。只有丢失的帧而不是整组数据需要重新传输。“错误检测和纠正”中论述了错误的检测和纠正。

帧是一系列标准化的数据位，是网络通信的基本单元。它的一般格式为一个标题和一个数据有效荷载区。尽管数据区是可变的,帧的大小则通常是固定的。大多数数据链路网络使用大小可变的帧,这种帧有优点(更有效地使用网络)也有缺点(不可预测的信息流以及不能提供高质量的服务)。

以太网帧(IEEE 802.3)是OSI参考模型数据链路层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧尾，构成可由数据链路层识别的数据帧。如图F-16所示,可以容纳多达l500Byte的数据。帧包括标题、尾字节以及封装的数据。标题中的信息是必须传输的额外数据,从而增加了开销。

图F-16 802.3 (以太)帧前导码包含一组发送器和接收器用于同步其传输的位，有同步码（用来使局域网中的所有节点同步，7字节长）和帧标志（帧的起始标志7，1字节）两部分。以太网位的格式为10101010,它在5.6µs的时间内产生lOMHz平方波时钟信号。SFD(起始帧分隔符)表明帧的实际起始位置。目标和源地址都是无需说明的。LEN(长度)字段表明帧的数据部分的长度。PAD(填充)用于填充位。CRC(循环冗余校验)用于错误检查。

分帧是数据链路层特有的。高层协议也将数据分成可辨别的信息“数据分组”,但是用于定义每一层的数据分组的术语是不同的,如下所述。请注意这些定义都采用Internet协议组。

消息 用户或应用程序指定的实际应用程序数据、命令或指示。假定使用TCP的话,消息是封装在TCP段中的。

段 在两个互连的包含传输层协议信息的系统(对等系统)之间交换的信息包。TCP交换段。段则封装高层消息。

数据报 在两个互连的包含网络层协议信息的系统之间交换的信息包。IP交换数据报。数据报则封装段。

帧 数据链路层中的信息包,具有特定于所用协议的结构。帧封装数据报。图F-17阐释了数据是如何沿着协议栈传递以及如何由各层的协议封装的。该示例阐释了TCP/IP协议。在传输层,TCP封装高层数据并添加它自己的标题以创建一个段。在网络层IP将段和它自己的标题封装在数据报中。最后,数据链路层将数据报封装在某个帧或多个帧。数据报可能被分段并被放入多个帧中。

图F-17 TCP/IP中的数据分组和帧分帧是由基础网络协议和设备处理的。以太网、令牌环网、帧中继、ATM以及其他数据链路技术使用它们自己的分帧标准(ATM帧实际上被称为“信元”并且是固定大小)。高层协议通常是用来与任何这些协议和分帧方法对接的。当建立网络应用程序时,只要确保应用程序与TCP/IP之类的网络协议组兼容,通常不需要关心将使用哪种基础LAN。

帧只限于特定的网络段。网络是由多个数据链路段组成的,如图F-18所示。一个段可能是以太网而另一个段则可能是令牌环网。进行连接的网桥或路由器必须从它所接收到的帧中删除封装的数据然后重新将数据封装在下一个网络的帧类型中。有些情况下,下一个网络可能需要更小的帧大小,因此在设备将数据封装到帧之前可能需要将它们分段。数据被分段后,将以那种形式一直到达最后目标。

Alteon曾提议将以太网的帧大小从l500Byte扩展到9000Byte的“特大帧”。公司声称通过减少必须处理的帧的数目,特大帧可为吉比特以太网络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)是效率和对错误检查及处理大块数据的处理要求之间的一个很好的平衡值。

图F-18因特网间的分帧