第7章 OSI資料鏈結層.

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1 第7章 OSI資料鏈結層

2 學習目標 在學習本章之後，讀者將可以回答下列的問題： 在資料傳輸上，資料鏈結層的通訊協定是扮演什麼角色？
在網路媒體上，資料鏈結層是如何處理資料以進行傳輸？ 各種類型的MAC方法是如何運作？ 常見的邏輯網路拓樸為何？ 邏輯拓樸是如何決定其MAC方法？

3 學習目標（續） 將封包封裝成資料框以便媒體存取的目的為何？ 第2層資料框結構的目的為何？ 第2層資料框的常見欄位為何？
在資料框中，主要的標頭和標尾欄位，包括位址、QoS、通訊協定類型和資料框檢測序列，其所扮演的角色為何？

4 資料鏈結層：存取媒體 在一個共用的區域媒體上進行資料的交換 連結許多較高階層的服務 將資料封裝成資料框

5 資料鏈結層：存取媒體（續） 較高階層服務的支援與連線 區域媒體上的傳輸控制 建立資料框 將較高階層服務連接至媒體 標準

6 較高階層服務的支援與連線 資料鏈結層會執行二項基本的服務： 允許較高階層使用資料框的技術，來存取媒體
使用媒體存取控制（MAC）和錯誤偵測的技術

7 較高階層服務的支援與連線（續） 每個躍點（hop） 從媒體上接受資料框 將資料框解封（decapsulate）成封包
建構新的資料框以符合下一個媒體所需 轉送新資料框進入到下個區段的實體網路

8 較高階層服務的支援與連線（續） 圖7-1　資料鏈結層範例

9 區域媒體上的傳輸控制 媒體存取控制方法 決定哪些網路設備可以存取網路媒體，以及哪些網路設備可以傳送資料框
高階資料連結控制（HDLC）、資料框轉送（Frame Relay）或PPP

10 區域媒體上的傳輸控制（續） 圖7-2　資料框的傳輸

11 建立資料框 控制資訊 哪些節點是彼此相互通訊 何時個別節點會開始與結束通訊 在進行通訊時，節點是否發生了錯誤 哪些節點可以接著進行通訊

12 建立資料框（續） 資料鏈結層的資料框包含了下列的元素： 資料：網路層的封包 標頭：控制資料，如位於PDU開頭的位址

13 建立資料框（續） 圖7-3　資料傳輸的格式

14 建立資料框（續） 典型的欄位型態包含 開始和結束標記欄位：資料框的開頭和結尾標記 定址或命名欄位：目的設備和來源設備
類型欄位：資料框所包含的PDU類型 品質：控制欄位 資料欄位：資料框的承載資料（網路層封包）

15 將較高階層服務連接至媒體 圖7-4　OSI層階中的硬體和軟體

16 將較高階層服務連接至媒體（續） 兩個子階層 較高子階層定義一些軟體的程序，以提供服務給網路層的通訊協定。 較低子階層定義供硬體的媒體存取程序

17 將較高階層服務連接至媒體（續） 兩種常見的LAN子階層
邏輯連結控制（LLC）會在資料框中置入一項資訊，以識別該資料框是使用哪種網路層的通訊協定 MAC會根據媒體所需的實體訊號及所採用的通訊協定，來提供資料的定址和分隔機制

18 標準 國際標準組織（ISO，http://www.iso.org） 電機電子工程師協會（IEEE，http://www.ieee.org）
美國國家標準局（ANSI， 國際電信聯盟（ITU，

19 MAC技術：將資料送到媒體上 MAC的主要目的是管制資料框進出媒體 明確定義相關節點是否及如何共享 媒體 MAC方法
媒體共享：節點是否與如何去共享媒體 拓樸：節點之間的連線方式

20 MAC技術：將資料送到媒體上（續） 共享媒體的MAC 非共享媒體的MAC 邏輯拓樸與實體拓樸的比較

21 共享媒體的MAC 控制（controlled）：每個節點都會有其專屬的時間來使用該媒體。
競爭基礎（contention-based）：所有節點會相互競爭媒體的使用。

22 共享媒體的MAC （續） 表7-1　共享媒體的MAC方法

23 共享媒體的MAC （續） 共用媒體的控制存取 網路設備必須依照輪流的順序來存取媒體 排程性或決定性的存取方法

24 共享媒體的MAC （續） 共享媒體中以競爭為基礎的存取 每當有資料要傳送時，立刻去存取媒體
「非決定性」（nondeterministic）的方法 「載波偵測多重存取」（CSMA） 乙太網路（Ethernet）和無線網路都是使用競爭基礎的MAC

25 共享媒體的MAC （續） 兩部設備可能會同時傳送資料，而導致CSMA程序的失敗，稱之為碰撞（collision） 常見的協定：
CSMA/CD（CSMA/collision detect） CSMA/CA（CSMA/collision avoid）

26 共享媒體的MAC （續） CSMA/CD CSMA/CA
設備會監視媒體，以了解是否有資料訊號的存在。如果資料訊號並不存在，則表示媒體並未被佔用，設備便可以傳輸資料。之後，如果偵測到有其它訊號存在時，表示有另一部設備在同一時間傳出資料，此時，所有的設備將會停止傳送，並且稍後再進行嘗試 CSMA/CA 設備會檢視媒體，以了解是否有資料訊號的存在。如果媒體並未被佔用，設備會在媒體上傳送一個訊號，以通知其它設備，自己將要開始使用媒體。然後，該設備便開始傳送資料

27 非共享媒體的MAC 不太需要非共享媒體的MAC通訊協定 點對點的拓樸（point-to-point topologies）
半雙工（half duplex） 半雙工通訊是指：設備可以在媒體上傳送和接收資料，但是不能同時執行此二項動作 全雙工（full duplex） 在全雙工通訊中，兩個設備可以同時在媒體上進行傳送和接收資料

28 邏輯拓樸與實體拓樸的比較 網路的拓樸是指，網路設備的安置方法或相互關係以及其間的互連方式 實體拓樸是節點的安置方法及其間的實體連線方式
所謂邏輯拓樸是指，一個網路將資料框從一個節點傳送至下一個節點的方法

29 邏輯拓樸與實體拓樸的比較（續） 邏輯與實體拓樸 點對點（point-to-point） 多重存取（multiaccess） 環形（ring）

30 邏輯拓樸與實體拓樸的比較（續） 點對點拓樸 一個點對點拓樸可以直接連接二個節點
如果一次只可以傳送一個方向，就表示它是一種「半雙工鏈結」（half-duplex link） 如果資料可以同時在二端的節點上傳送，就表示它是一種「全雙工鏈結」（full-duplex link） 虛擬線路是網路中兩部設備之間的一條邏輯連線

31 邏輯拓樸與實體拓樸的比較（續） 圖7-5　邏輯拓樸

32 邏輯拓樸與實體拓樸的比較（續） 圖7-6　邏輯的點對點拓樸

33 邏輯拓樸與實體拓樸的比較（續） 多重存取拓樸 一個邏輯的多重存取拓樸可以讓一群節點在共享的媒體上進行通訊
在任何時間點上，只有一個節點可以將其資料傳到媒體上 CSMA/CD或CSMA/CA的MAC方法 「符記傳遞」（token-passing）的方法

34 邏輯拓樸與實體拓樸的比較（續） 環形拓樸 每個節點會依序接收到一個資料框。如果資料框的目的地並不是該節點時，此節點會將資料框傳遞至下一個節點
「符記傳遞」（token-passing） 如果未傳輸任何的資料時，會將符記（Token）傳送於媒體上

35 MAC：資料的定址和分框 資料的定址（addressing）和分框（framing）

36 MAC：資料的定址和分框（續） 資料鏈結層通訊協定：資料框 分框：標頭的角色 位址：資料框的去處 資料框：標尾的角色 資料鏈結層的資料框範例

37 資料鏈結層通訊協定：資料框 標頭 資料 標尾

38 分框：標頭的角色 標頭欄位 資料框起始欄位 來源和目的位址欄位 優先／服務品質欄位 類型欄位 邏輯連線控制欄位 實體連結控制欄位
流量控制欄位 擁擠控制欄位

39 位址：資料框的去處 「實體位址」（physical addresses）
如果資料框中的封包必須傳遞到另一個網段，中繼設備或路由器會解封原來的資料框、建立新的資料框、並且將新的資料框傳送到新的網段

40 資料框：標尾的角色 典型資料框的標尾欄位： 資料框偵測序列欄位（Frame Check Sequence fields）
停止欄位（Stop field

41 資料框：標尾的角色（續） 「邏輯加總值」（logical summary
「循環冗餘檢查」（cyclic redundancy check，CRC）

42 資料鏈結層的資料框範例 乙太網路 PPP 高階資料連結控制（HDLC） 資料框轉送 ATM

43 資料鏈結層的資料框範例（續） 圖7-7　第2層通訊協定的範例

44 資料鏈結層的資料框範例（續） LAN上的乙太網路通訊協定 IEEE 802.2及802.3
乙太網路是最廣為使用的LAN技術，支援10、100、1000或10000Mbps的頻寬 「無回應的非連線服務」（unacknowledged connectionless service）

45 資料鏈結層的資料框範例（續） 資料框欄位 前序編碼（preamble 目的位址 來源位址 類型 資料或內容 資料框偵測序列（FCS）

46 資料鏈結層的資料框範例（續） 圖7-8　乙太網路的通訊協定

47 資料鏈結層的資料框範例（續） WAN的PPP PPP是採用階層的架構（layered architecture）
驗證（authentication） 壓縮（compression） 多重鏈結（multilink）

48 資料鏈結層的資料框範例（續） PPP資料框中的一些基本欄位 旗標（flag） 位址（address） 控制（control）
通訊協定（protocol） 資料（data） 資料框偵測序列（FCS）

49 資料鏈結層的資料框範例（續） 圖7-9　點對點的通訊協定

50 資料鏈結層的資料框範例（續） LAN的無線通訊協定 採用CSMA/CA的媒體存取程序
CSMA/CA提供一套「隨機後退」（random backoff）的程序 使用資料鏈結的回應機制，來確認一筆資料框已經獲得成功的接收 802.11資料框的欄位

51 資料鏈結層的資料框範例（續） 圖7-10　802.11無線LAN的通訊協定

52 全部放在一起：追蹤互連網路上的資料 將描述用戶端和伺服器之間，一個HTTP請求的運作方式

53 全部放在一起：追蹤互連網路上的資料 （續）
圖7-11　來源主機請求

54 全部放在一起：追蹤互連網路上的資料（續）
圖7-12　來源主機的封裝

55 全部放在一起：追蹤互連網路上的資料（續）
圖7-13　路由器B的解封和封裝

56 全部放在一起：追蹤互連網路上的資料（續）
圖7-14　路由器A的解封裝和封裝

57 全部放在一起：追蹤互連網路上的資料（續）
圖7-15　Web伺服器的資料框接收和解封裝

58 摘要 OSI資料鏈結層處理網路層的封包 各種資料通訊媒體會需要各別的資料鏈結通訊協定 嚴格順序和控制的方法 採用競爭的方法
一筆資料框具有標頭和標尾的欄位，其中包括來源及目的位址、QoS、通訊協定的型態和資料框的測試序列值。