Was ist die Hauptfunktion der Datenverbindungsschicht?

Die Hauptfunktionen der Datenverbindungsschicht: 1. Daten in Datenblöcke zusammenfassen und in Frames kapseln; Kontrollinformationen; 7. Transparente Übertragung.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 10-System, Dell G3-Computer.

Hauptfunktionen der Datenverbindungsschicht

1. Framing (Frame-Synchronisation) --- Daten in Datenblöcke kombinieren und in Frames kapseln

Um Dienste für die Netzwerkschicht bereitzustellen , Daten Die Verbindungsschicht muss die von der physischen Schicht bereitgestellten Dienste nutzen. Die Übertragung der physikalischen Schicht erfolgt als Bitstrom. Dieser Bitstrom garantiert nicht, dass während des Datenübertragungsprozesses keine Fehler auftreten. Die Anzahl der empfangenen Bits kann kleiner, gleich oder größer als die Anzahl der gesendeten Bits sein. Und sie können zu diesem Zeitpunkt auch unterschiedliche Werte haben, um eine effektive Fehlerkontrolle der Daten zu erreichen, verwendet die Datenverbindungsschicht einen „Rahmen“-Datenblock für die Übertragung. Um im Frame-Format zu übertragen, muss eine entsprechende Frame-Synchronisationstechnologie vorhanden sein. Dies ist die „Framing“-Funktion (auch „Frame-Synchronisation“ genannt) der Datenverbindungsschicht.

Der Vorteil der Verwendung der Frame-Übertragungsmethode ist: Wenn ein Datenübertragungsfehler festgestellt wird, muss nur der Frame mit dem Fehler erneut übertragen werden, ohne dass der gesamte Datenbitstrom erneut übertragen werden muss, was die Übertragungseffizienz verbessert . Stark verbessert.

Der Vorteil der Verwendung der Rahmenübertragungsmethode besteht darin, dass sie zwei Probleme mit sich bringt:

(1) Wie erkennt man den Anfang und das Ende des Rahmens?

(2) Im Datenrahmen, der mit der erneuten Übertragung gemischt wird, befindet sich der Empfänger Empfangen Wenn ein erneut übertragener Datenrahmen empfangen wird, wird er als neuer Datenrahmen oder als erneut übertragener Rahmen erkannt? Zur Identifizierung sind hierfür verschiedene „Frame-Synchronisations“-Technologien auf der Datenverbindungsebene erforderlich. Die „Frame-Synchronisation“-Technologie ermöglicht es dem Empfänger, den Anfang und das Ende jedes Frames aus dem Bitstrom, der nicht vollständig geordnet ist, genau zu unterscheiden und kann auch erneut übertragene Frames identifizieren.

2. Fehlerkontrolle

• Während des Datenkommunikationsprozesses können aufgrund von Faktoren wie der physischen Verbindungsleistung und der Netzwerkkommunikationsumgebung zwangsläufig einige Übertragungsfehler auftreten, aber um die Genauigkeit der Datenkommunikation sicherzustellen, Es ist notwendig, die Wahrscheinlichkeit, dass diese Fehler auftreten, so gering wie möglich zu halten. Diese Funktion ist auch auf der Datenverbindungsschicht implementiert, bei der es sich um die Funktion „Fehlerkontrolle“ handelt.

• In digitalen oder Datenkommunikationssystemen wird die Anti-Interferenz-Codierung normalerweise zur Fehlerkontrolle verwendet. Im Allgemeinen in 4 Kategorien unterteilt: Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC), Rückkopplungserkennung (ARQ), Hybridfehlerkorrektur (HEC) und Informationsrückmeldung (IRQ).

• Die FEC-Methode besteht darin, genügend redundante Bits in einer bestimmten Struktur in der Informationscodesequenz hinzuzufügen – genannt „Überwachungselement“ (oder „Prüfelement“). Der Decoder auf der Empfangsseite kann eine kleine Anzahl von Fehlern automatisch identifizieren und diese gemäß den von beiden Parteien vereinbarten spezifischen Überwachungsregeln korrigieren. FEC eignet sich am besten für Echtzeit-Datenübertragungssituationen mit hoher Geschwindigkeit.

• Bei der Nicht-Echtzeit-Datenübertragung wird häufig die ARQ-Fehlerkontrollmethode verwendet. Der Decoder erkennt Fehler in den empfangenen Codegruppen nacheinander gemäß den Codierungsregeln. Liegt kein Fehler vor, werden „Bestätigungs“-ACK-Informationen an die sendende Seite zurückgesendet; liegt ein Fehler vor, werden ANK-Informationen zurückgesendet, um anzuzeigen, dass die sendende Seite aufgefordert wird, die gerade gesendeten Informationen erneut zu senden. Der Vorteil der ARQ-Methode besteht darin, dass es weniger redundante Codierungsbits, starke Fehlererkennungsfähigkeiten und eine einfache Codierung und Decodierung gibt. Da die Fehlererkennung kaum mit den Kanaleigenschaften zusammenhängt, hat sie einen universellen Einsatzwert in der Nicht-Echtzeit-Kommunikation.

• Die HEC-Methode ist eine organische Kombination der beiden oben genannten Methoden. Das heißt, die automatische Fehlerkorrektur wird innerhalb der Fehlerkorrekturfähigkeit durchgeführt. Wenn die Anzahl der Fehlerbits die Fehlerkorrekturfähigkeit überschreitet, kann der Fehlercode ermittelt werden Erkennung, unabhängig vom Fehlercode Das ARQ-Verfahren kann zur Fehlerkorrektur in beliebiger Anzahl eingesetzt werden.

• IRQ-Methode ist die einfachste Fehlerkontrollmethode mit vollständigem Empfang. Bei dieser Fehlererkennungsmethode leitet die empfangende Seite den empfangenen Signalcode unverändert an die sendende Seite zurück und vergleicht ihn mit dem ursprünglichen sendenden Signalcode. Wenn ein Fehler gefunden wird, überträgt die sendende Seite ihn erneut. Es eignet sich nur für die Nicht-Echtzeit-Datenkommunikation mit niedriger Geschwindigkeit und ist ein relativ primitiver Ansatz.

3. Flusskontrolle

Bei der Datenkommunikation zwischen den beiden Parteien ist auch die Steuerung des Datenkommunikationsflusses sehr wichtig. Dies kann nicht nur den ordnungsgemäßen Ablauf der Datenkommunikation sicherstellen, sondern auch Datenverluste vermeiden, die dadurch entstehen, dass der Empfänger während des Kommunikationsprozesses zu spät empfängt. Dies ist die „Flusskontroll“-Funktion der Datenverbindungsschicht.

Das Senden und Empfangen von Daten muss bestimmten Regeln für die Übertragungsrate folgen, damit der Empfänger die vom Absender gesendeten Daten rechtzeitig empfangen kann. Und wenn der Empfänger zu spät zum Empfang kommt, muss er die Senderate der Daten des Senders rechtzeitig steuern, damit die beiden Raten grundsätzlich übereinstimmen.

4. Link-Steuerung

Die Funktion „Link-Management“ der Datenverbindungsschicht umfasst drei Hauptaspekte: den Aufbau, die Aufrechterhaltung und die Freigabe von Datenverbindungen.

Wenn zwei Knoten im Netzwerk kommunizieren möchten, muss der Sender der Daten wissen, ob der Empfänger empfangsbereit ist. Zu diesem Zweck müssen beide Kommunikationspartner zunächst einige notwendige Informationen austauschen, um eine grundlegende Datenverbindung herzustellen. Die Datenverbindung muss während der Datenübertragung aufrechterhalten und nach Abschluss der Kommunikation freigegeben werden.

5. MAC-Adressierung

Dies ist die Hauptfunktion der MAC-Unterschicht in der Datenverbindungsschicht. Die hier erwähnte „Adressierung“ unterscheidet sich völlig von der „IP-Adressadressierung“, die im nächsten Kapitel vorgestellt wird, da es sich bei der hier gefundenen Adresse um die MAC-Adresse der Computernetzwerkkarte handelt, die auch als „physische Adresse“ und „Hardware“ bezeichnet wird Geben Sie anstelle der IP-Adresse die Adresse „“ ein.

Bei Ethernet wird die Media Access Control (MAC)-Adresse zur Adressierung verwendet und die MAC-Adresse wird in jede Ethernet-Netzwerkkarte eingebrannt. Dies ist bei Mehrpunktverbindungen sehr wichtig, da bei dieser Mehrpunktverbindungs-Netzwerkkommunikation sichergestellt werden muss, dass jeder Frame genau an die richtige Adresse gesendet werden kann und der Empfänger auch wissen sollte, um welche Station es sich handelt .

6. Unterscheiden Sie zwischen Daten und Steuerinformationen

Da Daten und Steuerinformationen im selben Kanal übertragen werden, befinden sich Daten und Steuerinformationen in vielen Fällen im selben Rahmen, sodass entsprechende Maßnahmen ergriffen werden müssen Der Empfänger ist in der Lage, diese zu unterscheiden, sodass nur die tatsächlich benötigten Dateninformationen gesendet werden.

7. Transparente Übertragung

Die hier erwähnte „transparente Übertragung“ bedeutet, dass die Daten unabhängig von der Bitkombination effektiv auf der Datenverbindung übertragen werden können. Dies erfordert, dass für den Fall, dass die Bitkombination in den übertragenen Daten genau mit einer bestimmten Steuerinformation übereinstimmt, entsprechende technische Maßnahmen ergriffen werden können, damit der Empfänger diese Daten nicht mit einer Steuerinformation verwechselt. Nur so kann eine transparente Übertragung der Sicherungsschicht gewährleistet werden.

Hinweis: Unter den oben genannten sieben Link-Layer-Funktionen sind die ersten fünf die wichtigsten. Die letzten beiden Funktionen sind übrigens in den ersten fünf Funktionen implementiert und erfordern keine zusätzliche Technologie, daher werden hier nur die ersten vorgestellt. Fünf Funktionen.

Von der Verbindungsschicht für die Netzwerkschicht bereitgestellte Dienste

Das Entwurfsziel der Datenverbindungsschicht besteht darin, verschiedene erforderliche Dienste für die Netzwerkschicht bereitzustellen. Die tatsächlichen Dienste variieren von System zu System, aber im Allgemeinen stellt die Datenverbindungsschicht der Netzwerkschicht die folgenden drei Arten von Diensten zur Verfügung:

1. Verbindungsloser Dienst ohne Bestätigung

„Keine Bestätigung „Verbindungsloser Dienst“ bedeutet, dass der Quellcomputer unabhängige Frames an den Zielcomputer sendet und der Zielcomputer diese Frames nicht bestätigt. Bei dieser Art von Dienst ist es nicht erforderlich, im Voraus einen logischen Zusammenhang herzustellen und den logischen Zusammenhang im Nachhinein nicht zu erklären. Wenn daher ein bestimmter Datenrahmen aus Gründen auf der Leitung verloren geht, erkennt die Datenverbindungsschicht solche verlorenen Rahmen nicht und stellt diese Rahmen nicht wieder her. Die Folgen dieser Situation sind natürlich vorstellbar, wenn die Fehlerquote sehr niedrig ist oder die Anforderungen an die Datenintegrität nicht hoch sind (z. B. bei Sprachdaten), weil es so einfach sein kann von Schichten über dem OSI wiederhergestellt. Beispielsweise sind die von den meisten LANs auf der Datenverbindungsschicht verwendeten Dienste ebenfalls unbestätigte verbindungslose Dienste.

2. Bestätigter verbindungsloser Dienst

Um die oben genannten Mängel des „unbestätigten verbindungslosen Dienstes“ zu beheben und die Zuverlässigkeit der Datenübertragung zu verbessern, wird der „bestätigte verbindungslose Dienst“ eingeführt. Bei diesem Verbindungsdienst muss die Datenverbindungsschicht des Quellhosts jeden gesendeten Datenrahmen nummerieren, und die Datenverbindungsschicht des Zielhosts muss außerdem jeden empfangenen Datenrahmen bestätigen. Wenn die Datenverbindungsschicht des Quellhosts innerhalb der angegebenen Zeit keine Bestätigung des gesendeten Datenrahmens erhält, muss sie den Rahmen erneut senden. Auf diese Weise weiß der Absender, ob jeder Frame die andere Partei korrekt erreicht. Diese Art von Dienst wird hauptsächlich in unzuverlässigen Kanälen wie drahtlosen Kommunikationssystemen verwendet. Er unterscheidet sich vom unten beschriebenen „bestätigten verbindungsorientierten Dienst“ dadurch, dass er vor der Rahmenübertragung weder eine Datenverbindung herstellen muss, noch die Datenverbindung nach Abschluss der Rahmenübertragung freigibt.

3. Bestätigter verbindungsorientierter Service

Die meisten Datenverbindungsschichten stellen verbindungsorientierte Bestätigungsdienste für die Netzwerkschicht bereit. Bei Verwendung dieses Dienstes müssen der Quellcomputer und der Zielcomputer eine Verbindung herstellen, bevor Daten übertragen werden. Jeder über die Verbindung gesendete Frame wird ebenfalls nummeriert, und die Datenverbindungsschicht stellt sicher, dass jeder Frame empfangen wird. Und es garantiert auch, dass jeder Frame in normaler Reihenfolge nur einmal empfangen wird. Dies ist auch der Unterschied zwischen verbindungsorientierten Diensten und dem zuvor eingeführten „bestätigungsfreien Verbindungsdienst“. Wenn beim verbindungslosen Bestätigungsdienst keine Bestätigung erkannt wird, geht das System davon aus, dass die andere Partei diese nicht erhalten hat Da die Daten verbindungslos sind, kann es sein, dass diese Daten mehrmals auftreten und die andere Partei sie möglicherweise auch mehrmals empfängt, was zu Datenfehlern führen kann. Dieser Diensttyp besteht aus drei Phasen: dem Aufbau der Datenverbindung, der Datenübertragung und der Freigabe der Datenverbindung. Jeder übertragene Frame ist nummeriert, um die Richtigkeit des Inhalts und der Reihenfolge der Frame-Übertragung sicherzustellen. Die Datenverbindungsschicht der meisten WAN-Kommunikationssubnetze verwendet verbindungsorientierte Bestätigungsdienste.

Ethernet verwendet einen verbindungslosen Arbeitsmodus. Die gesendeten Datenrahmen sind nicht nummeriert und die andere Partei muss keine Bestätigung zurücksenden. Wenn die Zielstation einen fehlerhaften Frame empfängt, verwirft sie diesen und ergreift keine weiteren Maßnahmen.

Weitere Wissenspunkte

• Vorteile von LAN: Es verfügt über eine Broadcast-Funktion und kann problemlos von einem Standort aus auf das gesamte Netzwerk zugreifen; es erleichtert die Erweiterung und schrittweise Weiterentwicklung des Systems; es verbessert die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit und Überleben des Systems Geschlecht.

• Das von Ethernet verwendete Protokoll ist Carrier Sense Multipoint Access CMSA/CD mit Konflikterkennung. Die wichtigsten Punkte des Protokolls sind: Abhören vor dem Senden, Abhören während des Sendens und sofortiges Stoppen des Sendens, sobald eine Kollision auf dem Bus festgestellt wird. Warten Sie dann gemäß dem Backoff-Algorithmus eine zufällige Zeitspanne und senden Sie erneut. Daher besteht innerhalb einer kurzen Zeitspanne, nachdem jede Station ihre Daten gesendet hat, die Möglichkeit einer Kollision. Jede Station im Ethernet konkurriert gleichermaßen um den Ethernet-Kanal.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in der Rubrik „FAQ“!

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