データリンク層の主な機能は何ですか

データリンク層の主な機能: 1. データをデータ ブロックに結合し、フレームにカプセル化する; 2. エラー制御; 3. フロー制御; 4. リンク制御; 5. MAC アドレス指定; 6、データと制御情報を区別する; 7. 透過的な送信。

このチュートリアルの動作環境: Windows 10 システム、Dell G3 コンピューター。

データリンク層の主な機能

1. フレーミング（フレーム同期）---データを結合して変換する

#ネットワーク層にサービスを提供するには、データリンク層は物理層によって提供されるサービスを使用する必要があります。物理層はビット ストリームとして送信されます。このビット ストリームは、データ送信プロセス中にエラーがないことを保証するものではありません。受信したビット数は、送信したビット数よりも少ない、等しい、または多い場合があります。このとき、データの効果的なエラー制御を実現するために、データリンク層は送信に「フレーム」データ ブロックを使用します。フレーム形式で送信するには、対応するフレーム同期技術が必要であり、これがデータリンク層の「フレーミング」（「フレーム同期」とも呼ばれます）機能です。

フレーム送信方式を使用する利点は次のとおりです。 データ送信エラーが発見された場合、データ全体を再送信する必要はなく、エラーのあるフレームのみを再送信する必要があります。ビットストリームに変換され、伝送効率が大幅に向上します。

フレーム送信方式を使用する利点は、次の 2 つの問題があることです:

(1) フレームの先頭と末尾を識別する方法

(2) 再送が混在したデータフレームにおいて、受信機は再送データフレームを新規データフレームとして認識するのか、再送フレームとして認識するのか？これは、データリンク層でのさまざまな「フレーム同期」テクノロジーを利用して識別されます。 「フレーム同期」技術により、受信機は完全に順序が揃っていないビットストリームから各フレームの始まりと終わりを正確に区別でき、再送されたフレームも識別できる。

#2. エラー制御

#データ通信処理中、物理リンクの性能によりエラーが発生する場合があります。ネットワークの通信環境やその他の要因により、伝送エラーが発生することは避けられませんが、データ通信の正確性を確保するには、その確率を可能な限り低く抑える必要があります。この機能はデータリンク層にも実装されており、その「エラー制御」機能です。
デジタルまたはデータ通信システムでは、通常、干渉防止コーディングがエラー制御に使用されます。一般に、前方誤り訂正 (FEC)、フィードバック検出 (ARQ)、ハイブリッド誤り訂正 (HEC)、および情報フィードバック (IRQ) の 4 つのカテゴリに分類されます。
FEC 方式は、情報コード シーケンス内の特定の構造 (「監視要素」 (または「チェック要素」) と呼ばれる) に十分な冗長ビットを追加することです。受信側のデコーダは、少数のエラーを自動的に識別し、双方が合意した特定の監視ルールに従ってそれらを修正できます。 FEC は、リアルタイムの高速データ伝送の状況に最適です。
非リアルタイム データ送信では、ARQ エラー制御方法が一般的に使用されます。デコーダは、受信したコード グループ内のエラーを符号化規則に従って 1 つずつ検出します。誤りがなければ「確認」のACK情報が送信側にフィードバックされ、誤りがあれば送信側に再送を要求するANK情報がフィードバックされる。 ARQ 方式の利点は、冗長なコーディング ビットが少なく、強力なエラー検出機能があり、エンコーディングとデコーディングが簡単であることです。エラー検出はチャネル特性とほとんど関係がないため、非リアルタイム通信において普遍的な応用価値があります。
HEC 方式は、上記 2 つの方式を有機的に組み合わせたもので、エラービット数がエラー訂正能力を超えた場合に、エラー訂正能力の範囲内で自動エラー訂正が実装されます。エラーコードが見つかった場合、エラーコードの数に関係なく、ARQ 方式でエラー訂正を行うことができます。
IRQ メソッドは、完全な受信を備えた最も単純なエラー制御メソッドです。受信側が受信した信号コードをそのまま送信側に送り返し、元の送信信号コードと比較し、誤りがあれば再送する誤り検出方式です。これは低速の非リアルタイム データ通信にのみ適しており、比較的原始的なアプローチです。

#3. フロー制御

双方間のデータ通信において、データ通信の流れをどのように制御するかも非常に重要です。データ通信の秩序ある進行を保証するだけでなく、通信プロセス中に受信機の受信が遅れることによって引き起こされるデータの損失を回避することもできます。これがデータリンク層の「フロー制御」機能です。

データの送受信は、送信者が送信したデータを受信者が適時に受信できるように、特定の伝送速度ルールに従う必要があります。また、受信側が受信するには遅すぎる場合は、2 つのレートが基本的に一致するように、送信側のデータの送信レートを時間内に制御する必要があります。

4. リンク制御

データリンク層の「リンク管理」機能には、データリンクの確立、維持、解放が含まれます。主な側面。

ネットワーク内の 2 つのノードが通信したい場合、データの送信者は、受信者が受信する準備ができているかどうかを知る必要があります。この目的のために、通信する双方の当事者はまず、基本的なデータリンクを確立するために必要な情報を交換する必要があります。データリンクはデータ送信中は維持し、通信が完了すると解放する必要があります。

5. MAC アドレス指定

これは、データ リンク層の MAC サブレイヤの主な機能です。ここで説明する「アドレス指定」は、次の章で紹介する「IP アドレス指定」とはまったく異なります。なぜなら、ここでのアドレスは、「物理アドレス」や「ハードウェア」とも呼ばれる、コンピュータのネットワーク カードの MAC アドレスであるからです。 IP アドレスの代わりにアドレス「 」を使用します。

イーサネットでは、メディア アクセス コントロール (MAC) アドレスがアドレス指定に使用され、MAC アドレスは各イーサネット ネットワーク カードに焼き付けられます。これは、マルチポイント接続の場合に非常に必要です。このマルチポイント接続のネットワーク通信では、各フレームが正しいアドレスに正確に送信できることを保証する必要があり、受信者も送信者がどのステーションであるかを認識する必要があるからです。 。

6. データと制御情報の区別

データと制御情報は同じチャネルで送信されるため、多くの場合、データはと制御情報は同じフレーム内にあるため、受信機がそれらを区別して、本当に必要なデータ情報のみを上方に送信できるようにするための対応策が必要です。

7. 透過的伝送

ここで言う「透過的伝送」とは、データがどのようなビットの組み合わせであっても効率よく伝送することを意味します。データリンク上で実行できます。そのためには、送信データのビットの組み合わせが、ある制御情報と全く同じであった場合に、受信側が何らかの制御情報と誤認しないように、対応する技術的措置を講じる必要がある。この方法でのみ、データリンク層の送信が透過的であることが保証されます。

注: 上記 7 つのリンク層関数のうち、最初の 5 つが最も重要です。最後の 2 つの関数は最初の 5 つの関数に付随的に実装されており、追加の関数は必要ありません。 , そのため、ここでは最初の 5 つの関数のみを紹介します。

#リンク層によってネットワーク層に提供されるサービス

データリンク層の設計目標は、次のとおりです。ネットワーク層へのサービスの提供 必要な各種サービスを提供します。実際のサービスはシステムによって異なりますが、一般的にデータリンク層は次の 3 種類のサービスをネットワーク層に提供します:

1. 確認なしの接続なし サービス

「未承認のコネクションレス サービス」とは、ソース コンピューターがターゲット コンピューターに独立したフレームを送信し、ターゲット コンピューターがこれらのフレームを承認しないことを意味します。この種のサービスでは、事前に論理接続を確立する必要はなく、また、事後的に論理接続を説明する必要もありません。このため、回線上の理由により特定のデータ フレームが失われた場合、データ リンク層はそのような失われたフレームを検出せず、これらのフレームを回復しません。もちろん、エラー率が非常に低い場合や、データの整合性要件が高くない場合 (音声データなど)、このようなサービスは非常にシンプルであるため、依然として非常に役立ちます。 OSI より上の層によって復元されます。たとえば、ほとんどの LAN でデータ リンク層で使用されるサービスも未確認のコネクションレス サービスです。

2. 確認済みコネクションレス型サービス

「未確認コネクションレス型サービス」の上記欠点を解決するため、データ通信の効率化と信頼性の向上を実現、「確認済みコネクションレスサービス」をご紹介します。この接続サービスでは、送信元ホストのデータリンク層は送信される各データ フレームに番号を付ける必要があり、宛先ホストのデータリンク層も受信した各データ フレームに確認応答する必要があります。送信元ホストのデータリンク層が、指定された時間内に送信されたデータ フレームの確認応答を受信しない場合、フレームを再送信する必要があります。このようにして、送信者は各フレームが相手に正しく届いたかどうかを知ることができます。このタイプのサービスは、主に無線通信システムなどの信頼性の低いチャネルで使用されます。後述する「確認応答型サービス」とは異なり、フレーム送信前にデータリンクを確立する必要がなく、フレーム送信完了後にデータリンクを解放する必要もありません。

3. 確認済みの接続指向サービス

ほとんどのデータ リンク層は、接続指向の確認サービスをネットワーク層に提供します。このサービスを使用すると、ソース コンピュータとターゲット コンピュータはデータを送信する前に接続を確立する必要があります。接続上で送信される各フレームにも番号が付けられ、データ リンク層によって各フレームが確実に受信されるようになります。また、各フレームが通常の順序で 1 回だけ受信されることも保証されます。これは、先ほど紹介した「確認不要接続サービス」と接続型サービスの違いでもありますが、接続不要型確認サービスでは、確認が検出されない場合、相手が受信していないとシステムが判断してしまうため、コネクションレスであるため、そのようなデータが何度も繰り返され、相手も複数回受信してデータエラーが発生する可能性があります。このサービス タイプには、データ リンクの確立、データ送信、およびデータ リンクの解放の 3 つの段階があります。送信される各フレームには番号が付けられ、コンテンツの正確さとフレーム送信の順序が保証されます。ほとんどの WAN 通信サブネットのデータ リンク層は、接続指向の確認応答サービスを使用します。

イーサネットはコネクションレス動作モードを使用します。送信されるデータ フレームには番号が付けられず、相手は確認を返信する必要がありません。宛先ステーションが誤ったフレームを受信すると、それを破棄し、他のアクションは実行しません。

その他の知識ポイント

• LAN の利点: ブロードキャスト機能により、1 つのネットワークからネットワーク全体に簡単にアクセスできます。サイト ネットワークの拡張とシステムの段階的な進化を促進し、システムの信頼性、可用性、存続可能性を向上させます。

• イーサネットで使用されるプロトコルは、競合検出機能を備えたキャリア センス マルチポイント アクセス CMSA/CD です。プロトコルの重要な点は、送信前にリッスンする、送信中にリッスンする、バス上で衝突が見つかったらすぐに送信を停止する、ということです。次に、バックオフ アルゴリズムに従ってランダムな期間待機してから、再度送信します。したがって、各ステーションがデータを送信してから短期間に衝突が発生する可能性があります。イーサネット上の各ステーションは、イーサネット チャネルを巡って平等に競合します。

さらに関連する知識については、FAQ 列をご覧ください。

以上がデータリンク層の主な機能は何ですかの詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。