【導讀】數據通信知識異常重要，缺乏數據通信理論知識，現代數據通信領域將無法得以進步。在前文中，小編對數據通信原理做過部分介紹。本文中，小編將對數據通信原理余下部分予以講解。
數據通信知識異常重要，缺乏數據通信理論知識，現代數據通信領域將無法得以進步。在前文中，小編對數據通信原理做過部分介紹。本文中，小編將對數據通信原理余下部分予以講解。
1.數據鏈路協議
數據鏈路層是恰好位于OSI協議棧中緊靠硬件(物理)層的上層。該層中的協議管理連接的系統之間的位流。來自上層的數據分組被封裝為幀并通過數據鏈路發送出去。其中還使用了流控制和糾錯技術。數據鏈路層處理點對點或點對多點鏈路。在OSI協議棧中，較高的網絡層負責處理通過多個路由器連接數據鏈路的連接。
2.成幀
成幀技術是一種用來在一個比特流內分配或標記信道的技術，為電信提供選擇基本的時隙結構和管理方式、錯誤隔離合分段傳輸協議的手段。
成幀對于經過物理媒體傳輸的數據比特提供了控制方法。它提供了錯誤控制并可以根據服務的類型提供數據重傳服務。比特塊與幀頭封裝成幀且附加了檢查和，以便可以檢查出被破壞的幀。如果一個幀被破壞或丟失，則只需重新發送這個幀而無需重發整個數據組。
幀具有特定的結構，根據使用的數據鏈路的不同而不同。稱為HDLC(高級數據鏈路控制)的流行數據鏈路協議的幀結構如下圖所示。請注意“信息”字段是放入數據的位置，它的長度可變。“信息”字段可以放入一個整個的信息包。“起始標記”字段代表幀的起始，“地址”字段裝有目地地址，“控制”字段描述信息字段裝有的是數據、命令，還是響應，FCS字段包含檢錯編碼。
圖示 HDLC幀格式
3.差錯檢測和控制
差錯控制方式基本上分為兩類，一類稱為“反饋糾錯”，另一類稱為“前向糾錯”。在這 兩類基礎上又派生出一種稱為“混合糾錯”。對于不同類型的信道，應采用不同的差錯控制技術，否則就將事倍功半。反饋糾錯可用于雙向數據通信，前向糾錯則用于單向數字信號的傳輸，例如廣播數字電視系統，因為這種系統沒有反饋通道。
數據鏈路層還負責差錯檢測和控制。一種差錯控制的方法是檢測差錯，然后請求重傳。另一種方法是接收器檢測出一個差錯，然后重建幀。后一種方法需要隨幀發送足夠的附加信息，以便在檢測出差錯后接收器可以重建幀。當不可能重傳(如將信息傳輸到航天探測器)時使用該方法。
在數據鏈路層中執行差錯恢復任務通常是效率很低的。這樣很多網絡實施依靠上層協議完成該任務。在大多數情況下，數據鏈路層用于盡可能快速并有效地傳遞數據，而不執行大量的數據恢復任務。上層協議則提供了恢復服務。
4.流控制
流量控制是在計算機之間和網絡結點之間控制數據流量以達到數據同步的目的的。在設備能夠處理前過多的數據到達會引起數據的拋棄或數據重發。對于串行數據傳輸，采用Xon/Xoff協議進行控制。在網絡中，流量控制也參與加入新設備，當流量大時，不能加入新設備。
可以將數據傳輸想象為流經管道并在接收端注滿水桶的水流。接收者從水桶取水，但需要一些方法減少水流以使水桶不會溢出。在這個比喻中，水桶代表接收器使用的數據緩沖區，該緩沖區保存輸入的必須被處理的數據。一些NIC(網絡接口卡)上的緩沖區大得足可以裝下整個輸入的傳輸。如果緩沖區溢出，則幀通常被丟掉，因此接收器使用一些方法告訴發送器降低發送幀的速度或停止發送將會很有用。
共享LAN的網絡接入和邏輯鏈路控制接入方法對于由多個設備共享的網絡是必需的。因為一時間只有一個設備可以在網絡上進行傳輸，所以需要一種媒體接入控制方法來提供仲裁。
在由IEEE定義的局域網絡環境中，媒體接入協議位于稱為MAC(媒體接入控制)子層的數據鏈路層的子層。MAC子層位于LLC子層的下方，LLC子層對于任意在其下方安裝的MAC驅動程序都提供了數據鏈路。在下圖中可以看到該層的子分區
圖示 數據鏈路層包括兩個子層:MAC (媒體訪問控制)和LLC(邏輯鏈路控制)
MAC子層支持各種不同的網絡類型，其中每種類型都有一種仲裁網絡接入的特定方法。三種可能的接入方法如下：
載波監聽方法 載波監聽技術即發送站點在發送幀之前，先要監聽信道上是否有其他站點發送的載波信號，若無其他載波，可以發送信號;否則，推遲發送幀。使用該技術，設備監聽網絡傳輸，并等待直到線路空閑出來以傳輸它們自己的數據。如果兩個站試圖同時進行傳輸，則兩個站都退出并等待一段長短不定的時間，然后重發。
令牌訪問 令牌是在令牌環、令牌總線和光纖分布式數據接口(FDDI)網絡中控制網絡訪問的特殊分組。令牌環構成了邏輯環，其中每個傳輸沿環從一個站到另一個站行進。只有擁有特殊令牌的站才可以進行傳輸。
預留方法 在該方案中，每個傳輸設備都有一個分配給它的特定的時隙或頻率。TDM(時分復用)就是一個實例。設備可以有選擇地將數據放入時隙中進行傳輸。如果設備不傳輸任何數據，則該技術可能會浪費帶寬。
5.橋接
“橋接”，是指依據OSI網絡模型的鏈路層的地址，對網絡數據包進行轉發的過程。當路由器配置了橋接選項后，會處理所有接口上的所有的數據幀，并實時調查每個主機的位置。若在某個接口上收入一個幀，就會在一個橋接內置入一個條目，列出發送數據的主機和接收到數據幀的接口MAC地址，這樣路由表就被不斷地在通信中完善起來。透明橋接使路由器對主機來講是透明的，其作用就相當于一個局域網交換機。若是同一個LAN內的兩個主機通信，數據幀就不會被發送到其它的接口，因為在橋接表里，數據幀都來自相同的接口;若是收到一個幀，而其中的MAC地址不在自己的橋接表里，就會將這個幀擴散到所有的接口，橋接還會擴散所有的廣播包，占用網絡的有效帶寬，造成網絡的堵塞。Cisco IOS支持多種類型的橋接，比如：透明橋接、封裝橋接、源路由橋接、源路由透明橋接、源路由轉換橋接。
網橋是一種將兩個或更多的網段連接為一個單獨LAN的設備。新連接的LAN上的所有設備可以互相通信，但是網橋提供了過濾功能，可以阻止不必要的通信從一個網段傳播到其他網段。網橋通常用于將一個大型的LAN分隔成兩個單獨的網段。如果LAN是以太網，則網橋創建一個廣播域和兩個沖突域。在以太網中，沖突域具有較少的計算機比較好，這樣有利于用網橋劃分網絡。請注意，交換機基本上是多端口網橋。
6.交換
正如上面提到的，網橋可以用于將一個LAN分成兩個網段，這兩個網段又有效地產生兩個較小的沖突域。交換機是基于這個理論擴展的設備。網橋通常有兩個端口連接兩個LAN網段，而交換機有一組端口，可以連接更多的網段。下圖闡釋了交換機如何提供用于多個集線器的橋接功能。每個集線器都有一個沖突域，但是圖中所示的整個網絡是一個單獨的廣播域。每個交換機端口基本上是一個可以通過交換機中的內部電路隨時“橋接”到其他任何端口的單獨LAN網段。
圖示 一個交換網絡
橋接的所有優點如前面部分所述。
大多數交換設備提供了配置VLAN(虛擬LAN)的方法。在用交換機建立網絡時，有一種建立大型平坦網絡而不是多個不同的 LAN(即所有的節點是同一廣播網絡的一部分)的傾向。VLAN技術可以用于在平坦交換環境中創建虛擬LAN。例如，如果用具有VLAN功能的交換機替代上圖中的集線器，則工作站A和D可以配置到一個VLAN中;而工作站B、E和H可以配置到另一個VLAN中。來自A的廣播可以被D接聽到，而來自B的廣播可以被E和H接聽到。然后需要一個路由器以發送VLAN之間的數據分組。
7.路由選擇、網絡互聯和網絡層
盡管網橋將兩個分離的LAN網段連接為一個單獨的廣播域(或將一個大的LAN拆分成兩個或更多的不同沖突域)，路由器還是提供了網絡互聯的功能。在網橋級上，信息以幀(幀在數據鏈路層中定義)的形式發送到其他系統中。在路由器級上，信息必須被封裝在包含目的網絡地址的數據分組內，然后通過路由器邊界轉發。路由器將網絡連接到互聯網中。
有時，通過在地址下方寫下具體地址和單詞“市”可以將信件郵寄到同一城市中的某個人那里。但是如果信件有一個“城市間”地址，則將需要在信封上寫下城市名和ZLP編碼(郵政區號)。同樣，互聯網絡由很多互相連接的網絡組成。因特網是最大的互聯網絡。若要在不同的網絡之間發送數據分組，則需要分層的命名方案，其中，以用于路由目的的名稱或數字識別每一個網絡。ZLP編碼方案在郵政系統中就起這樣的作用。IP(網際協議)則是互聯網絡的尋址和路由選擇協議。
在下圖中，LAN被連接到路由器上并且路由器組成了相互連接的路徑網，數據分組可以通過路徑網行進到它們的目的地。注意可以從任意其他點到達網絡中的任意路由器和所連接的LAN。
圖示 路由器用來創建多連接點和多路徑的網絡有關網絡
8.傳輸層
服務傳輸層提供了面向連接服務。這意味著兩個系統可以建立一個會話，通過會話它們進行有關數據交換狀態的“對話”。雖然建立連接花費一些時間并增加了數據傳輸的一些開銷，但是它向發送器提供了保證接收器接收到全部已發送數據的服務。發送器發送一組數據分組，然后接收器確認它已經接收了該數據分組。如果接收器未對接收作出確認，則發送重傳數據分組。會話控制還提供流控制以防止接收器溢出或在某些情況下網絡溢出。
下圖闡釋了傳輸層會話如何成為跨越中間設備的(如路由器)邏輯端對端連接。兩個對等的傳輸層通過面向連接的虛擬線路進行對話。
圖示 傳輸層能夠從事網間的端對端轉換
傳輸層的功能包括是否選擇差錯恢復協議還是無差錯恢復協議，及在同一主機上對不同應用的數據流的輸入進行復用，還包括對收到的順序不對的數據包的重新排序功能。例如：TCP，UDP，SPX等。
傳輸層提供可靠的面向連接服務。例如，如果網絡鏈路暫時發生故障，則面向連接的會話并不立即中止連接，而是試圖保持連接有效直到基礎鏈路重新建立。在會話重新建立后，數據從被中斷處繼續傳輸。
9.應用層
在協議棧中最高層運行的應用程序實際上并沒有涉及通信，但是它們確實使用了通信設備并在它們的用戶界面(利用基礎網絡)中實現了功能。應用層的作用是在實現多個系統進程相互通信的同時，完成一系列業務處理所需的服務。它不僅要提供應用進程所需的信息交換和遠地操作，而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理( User agent)。網絡文件共享服務，如NCP( NetWare核心協議)、UNIX環境中的NFS(網絡文件系統)或Windows環境中的SMB (服務器信息塊)都是特意為使用網絡服務而開發的，這樣用戶可以通過網絡共享文件。
應用層是網絡可向最終用戶提供應用服務的唯一窗口，其目的是支持用戶聯網的應用的要求。由于用戶的要求不同，應用層含有支持不同應用的多種應用實體，提供多種應用服務，如電子郵件、文件傳輸、虛擬終端、電子數據交換等。
在TCP/IP環境中，套接API提供了應用程序和基礎網絡服務之間的編程接口。
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