データリンク層サービス
用語
- ホストとルーター:ノード
- 隣接ノードを接続する通信チャネル:リンク
- 有線リンク
- 無線リンク
- ローカルエリアネットワーク(LAN)
- リンクレイヤー(レイヤー2)データパケット:フレーム、カプセル化ネットワークレイヤーデータグラム
データリンク層は、あるノードから別の物理リンクに直接接続されている隣接ノードに、1つのリンクを介してデータグラムを送信する役割を果たします。
リンク層サービス
- フレーミング
- カプセル化されたデータグラムがデータフレームを形成し、ヘッダーとトレーラーを追加
- フレーム同期
- リンクアクセス
- 共有メディアの場合、チャネルアクセスを解決する必要があります
- フレームの送信元と宛先を識別するために使用される、フレームヘッダーの「MAC」アドレス
- IPアドレスと違う!
- 隣接ノード間の信頼できる配信
- ビットエラーレートの低い有線リンク(光ファイバー、一部のツイストペアなど)ではほとんど使用されません。
- ワイヤレスリンク:信頼性の高い配信を必要とする高いビットエラーレート
- フロー制御
- 隣接する送信ノードのペーシングと受信
- エラー検出
- 信号の減衰とノイズによりエラーが発生する可能性があります。
- 受信側がエラーを検出しました:
- 送信者に直接フレームを再送信またはドロップするよう通知する
- エラー訂正
- 受信機はビットエラーを直接修正します
- 全二重および半二重通信制御
- 全二重:リンクの両端のノードは、双方向で同時に送信されます。
- 半二重:リンクの両端にあるノードの代替双方向伝送
リンク層の特定の実装
- 各ホストまたはルーターインターフェイス
- リンク層は、「アダプター」(つまり、ネットワークインターフェイスカードNIC)またはチップに実装されています。
- イーサネットネットワークカード、802.11ネットワークカード、イーサネットチップセット
- リンク層と物理層を実装する
- ホストに接続されたシステムバス
- ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアで構成
ネットワークカード間の通信
エラーコーディング
パリティコード
インターネットチェックサム
巡回冗長検査コード(CRC)
- より強力なエラー検出機能を備えたエラーコーディング
- データビットDを2進数として扱う
- r + 1ビットのビットパターンを選択(ビットパターンを生成)、G
- 目標:CRCビットRを選択し、Rを満たす
- <D、R>はたまたまGで割り切れる(2を法とする)
- 受信側でのエラー検出:Gを使用して<D、R>を除算し、残りはすべて0、エラーなし、それ以外の場合はエラーがあります。
- バースト長がr + 1ビット未満のすべてのエラーを検出できます。
- 実際のネットワークで広く使用されています(イーサネット、802.11 WiFi、ATM)
複数アクセス制御(MAC)
- 単一の共有ブロードキャストチャネル
- 2つ以上のノードの同時送信:干渉
- 紛争
- ノードが2つ以上の信号を同時に受信する→受信に失敗しました!
- 紛争
- 複数アクセス制御プロトコル
- 分散アルゴリズムを使用して、ノードがチャネルを共有する方法、つまりノードがデータを送信できるタイミングを決定します
- 通信チャネルは、チャネル自体に基づいて調整情報を共有する必要があります!
- 調整のための帯域外チャネルはありません
理想的なMACプロトコル
MACプロトコルの分類
- 3つのカテゴリ:
- チャネル分割(チャネル分割)MACプロトコル
- 多重化
- TDMA、FDMA、CDMA、WDMA等
- ランダムアクセス(ランダムアクセス)MACプロトコル
- チャネルは分割されず、競合が許可されます
- 競合の「回復」メカニズムを使用する
- 「交代」MACプロトコル
- ノードは順番にチャネルを使用します
チャネル分割MACプロトコル:TDMA
- TDMA:時分割多重アクセス
- 「定期的」アクセスチャネル
- 各ステーションは各サイクルで固定長のタイムスロットを占有します(例:長さ=パケット送信時間)
- 未使用のタイムスロットアイドル(アイドル)
- 例:6サイトLAN、1、3、4送信パケット、2、5、6アイドル
チャネル分割MACプロトコル:FDMA
- FDMA:周波数分割多元接続
- チャネルスペクトルは周波数帯域に分割されます
- 各ステーションには固定周波数帯域が割り当てられています
- 送信帯域アイドルなし
- たとえば、6つのサイトLAN、1、3、4つの周波数帯域がデータを送信し、2、5、6つの周波数帯域がアイドル状態です。
ランダムアクセスMACプロトコル
- ノードがパケットを送信する場合:
- フルチャネルのデータレートRを使用してパケットを送信する
- ノード間の事前の調整なし
- 2つ以上のノードが同時に送信:➜「衝突」
- ランダムアクセスMACプロトコルを定義する必要があります。
- 競合を検出する方法
- 競合から回復する方法(たとえば、再送の遅延による)
- 一般的なランダムアクセスMACプロトコル:
- スロット付きアロハ
- アロハ
- CSMA、CSMA / CD、CSMA / CA
スロット付きALOHAプロトコル
CSMAプロトコル
- キャリアセンスマルチアクセスプロトコルCSMA(キャリアセンスマルチアクセス)
- フレームを送信する前に、チャネル(キャリア)を監視します。
- チャネルアイドル:フレーム全体を送信
- チャネルビジー:送信を延期
- 1-CSMAに固執する
- 非付着性CSMA
- PスティックCSMA
- それでも競合が発生する可能性があります:信号伝搬遅延
CSMA / CDプロトコル
CSMA / CDの効率
MACプロトコルへのローテーションアクセス
- チャネル分割MACプロトコル:
- ネットワーク負荷が高い場合、共有チャネルは効率的で公平です
- ネットワーク負荷が軽い場合、共有チャネルの効率は低くなります。
- ランダムアクセスMACプロトコル:
- ネットワーク負荷が軽い場合、共有チャネルの効率は高く、単一のノードがチャネルの全帯域幅を使用できます
- ネットワーク負荷が高い場合、競合オーバーヘッドが発生します
- MACプロトコルへのローテーションアクセス:両方の長所を組み合わせます!
投票:
- マスターノードは順番にスレーブノードを「招待」してデータを送信します
- 典型的なアプリケーション:「ダム」スレーブデバイス
トークンの引き渡し:
- 制御トークンは、あるノードから次のノードに順番に渡されます。
- トークン:特別なフレーム
MACプロトコルの概要
- チャネル分割MACプロトコル:時間、周波数帯域、チップ分割
- TDMA、FDMA、CDMA
- ランダムアクセスMACプロトコル:
- アロハ、S-アロハ、CSMA、CSMA / CD
- イーサネットに適用されたCSMA / CD
- CSMA / CAアプリケーション802.11ワイヤレスLAN
- MACプロトコルへのローテーションアクセス:
- メインノードのポーリング、トークンの受け渡し
- Bluetooth、FDDI、トークンリングネットワーク