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网络通信中的数据链路层常见协议汇总

作为网络通信工程的学习和从业人员,众所周知,目前国际上通用的网络互连模型是开放系统互连参考模型(OSIRM)。在这个模型中,网络结构被分为7层,分别是物理层、数据链路层、网络层、传输

作为网络通信工程的学习和从业人员,众所周知,目前国际上通用的网络互连模型是开放系统互连参考模型(OSI/RM)。在这个模型中,网络结构被分为7层,分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
OSI/RM是国际化标准,是开发网络通信协议族的工业参考标准。参照这一标准,有许多的网络通信协议族,比如知名的tcp/ip协议族,另外还有ATM(异步传输模式),帧中继协议、HDLC协议等,各种协议的各个层次可以参照OSI/RM模型进行划分,不同协议族中相同层次的协议用不同的技术实现,适合于不同的应用场合,比如说tcp/ip协议族的数据链路层协议适合于短距离的局域网通信,而帧中继网的数据链路层协议适合于长距离的广域网通信。与此同时,不同的协议族交叉融合,又构成了许多新的网路架构,比如综合业务数字网(ISDN)分为窄带ISDN和宽带ISDN,窄带ISDN的数据链路层是用帧中继协议实现的,而宽带ISDN的数据链路层是用ATM实现的。
网络协议族有很多,基于各种网络协议族的网络架构更是五花八门,掌握其中的核心和脉络对于透彻理解网络通信意义重大。上一段简要的厘清了脉络,下一段讲述网络通信的重要技术节点——数据链路层协议。
说起数据链路层,它在物理层的上面,在网络层的下面,是通信硬件和通信软件的交汇点。物理层上是表示0和1信号的高低电平流,简单直观,网络层是通信终端的逻辑地址,是抽象的,硬件对网络层是透明的,数据链路层作为软硬件的接口,通过深入了解数据链路层,对于理解网络通信的原理至关重要。

  1. tcp/ip协议族中数据链路层对应该协议族的网络接口层,主要协议是CSMA/CD协议和TokingRing协议。CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)即带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)。它的工作原理是: 发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲,则立即发送数据。若信道忙碌,则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据;若在上一段信息发送结束后,同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求,则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据,等待一段随机时间,再重新尝试。其原理简单总结为:先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发。CSMA/CD协议的技术优点是实现简单,缺点是效率不高,显而易见,随着传输距离的增加而效率越来越低,因此CSMA/CD协议主要用在局域网,使用CSMA/CD协议的局域网,我们称之为以太网。对于TokingRing协议,读者可通过百度百科自行查阅,本文的重点是思路引导,不是知识传授。
  2. ATM模式即异步传输模式,采用面向连接的传输方式,将数据分割成固定长度的信元,通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体,在复用上采用的是异步时分复用方式,通过信息的首部或标头来区分不同信道。ATM的数据链路层对应该传输模式的传输汇聚子层,主要通过一系列算法实现信元校验和速率控制,实现数据帧的组装和分拆。由于ATM面向连接,能够为两个通信终端提供专有线路,避免与其它通信线路冲突,同时采用异步传输中的统计时分复用技术,提高了传输效率,因此,ATM适合用于长距离的广域网通信,比如说宽带综合业务数字网(宽带ISDN)就是采用了ATM模式,当然了,把ATM用于局域网通信也不是不可以的,但不适合。
  3. 帧中继协议本身就是对应着OSI/RM模型中的数据链路层。帧中继的带宽控制技术既是帧中继技术的特点,更是帧中继技术的优点。帧中继的带宽控制通过CIR(承诺的信息速率)、Bc(承诺的突发大小)和Be(超过的突发大小)3个参数设定完成。Tc(承诺时间间隔)和EIR(超过的信息速率)与此3个参数的关系是:Tc=Bc/CIR;EIR=Be/Tc。由帧中继协议的宽带控制技术可以看出,帧中继协议面向连接,帧可以变长,能够应对突发数据传输,没有流量控制和重传,开销小,适合于长距离的广域网通信,窄带综合业务数字网(窄带ISDN)就是采用了帧中继协议。
  4. 高级数据链路控制协议(High-Level Data Link Control或简称HDLC),与帧中继协议一样,它本身也是对应着OSI/RM模型中的数据链路层。链路控制协议着重于对分段成物理块或包的数据的逻辑传输,块或包由起始标志引导并由终止标志结束,也称为帧。帧是每个控制、每个响应以及用协议传输的所有信息的媒体的工具。所有面向比特的数据链路控制协议均采用统一的帧格式,不论是数据还是单独的控制信息均以帧为单位传送。作为面向比特的数据链路控制协议的典型,HDLC具有如下特点:协议不依赖于任何一种字符编码集;数据报文可透明传输,用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现;全双工通信,不必等待确认便可连续发送数据,有较高的数据链路传输效率;所有帧均采用CRC校验,对信息帧进行编号,可防止漏收或重份,传输可靠性高;传输控制功能与处理功能分离,具有较大灵活性和较完善的控制功能。由于以上特点,使得网络设计普遍使用HDLC作为数据链路管制协议。由此可以看出HDLC协议适用于长距离的广域网通信,X.21公共数据网就是采用了HDLC协议。

以上仅仅是列举了部分常见的数据链路层协议,通过简单的分析可以看出,纷繁复杂的网络通信名称中是有逻辑条理的,把握了内在的逻辑和脉络,才能事半功倍的学习,同样的道理也适合于其它行业。


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