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5.1.1 划分数据链路层的必要性
2013-01-15 14:17:57     我来说两句 
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5.1 数据链路层基础

在所有计算机网络体系结构中都直接或间接地包含了数据链路层(在TCP/IP协议体系结构中数据链路层的功能包含在网络访问层中)。数据链路层和它下面的物理层其实本质作用都是一样的,就是用来构建进行网络通信、访问的通道,只不过物理层构建的是一条物理通道,而数据链路层构建的是真正用于数据传输的逻辑通道。正因如此,在目前Internet中广泛使用的TCP/IP协议体系结构中,物理层和数据链路层是集中划分在网络访问层这一层之中的。

5.1.1 划分数据链路层的必要性

虽然说物理层和数据链路层的本质作用都是用来构建网络通信、访问通道,但它们所建立的通信通道是不一样的。首先要说明的一点是,在物理层上构建的是物理链路,在数据链路层上构建的是逻辑链路或者数据链路,它们是不同的概念,但确实有许多读者分不清楚。

物理链路是指在物理层设备(包括传输介质、物理接口和收发器等)和相应物理层通信规程作用下形成的物理线路,是永久存在的,且是不可删除的(除非物理拆除);逻辑链路则是通信双方在需要进行数据通信时,在数据链路层设备和相应的通信规程作用下建立的逻辑链路,可以是永远存在的(如局域网中的以太网链路),也可以不是永久存在的(如广域网中的链路),是否永久存在要视具体的数据链路层服务类型而定。这里还有一个“链路”的概念,它是指相邻节点之间的那段数据线路。

在看到物理链路和逻辑链路之间区别的同时,又要看到它们之间的联系,那就是逻辑链路必须建立在物理链路之上。如果通信双方的物理线路都不通,是不可能建立用于数据传输的逻辑链路的。我们可以这样来理解它们之间的关系,物理链路是基础线路,相当于一条公路的路基,而逻辑链路是在物理链路之上的高级线路,可以理解为在公路上铺设了柏油或者水泥的车道。它们之间的关系如图5-1所示。


 

无论在多么复杂的网络中,从逻辑意义上来讲,真正的数据传输通道就是数据链路层中所定义的数据链路,只不过在要经过多个网络的数据通信中,数据链路是分段的,每个网络都有一段链路,这些链路段连接起来就是整个数据通信的数据链路。图5-2所示的是一个有三个网段经过两个路由器路由器A和路由器B)相连的网络,现假设PC用户A要向PC用户B发送一个数据,它的实际数据传输过程如图5-2中各网络物理层之间的实线箭头所示,而逻辑上可以等同各部分数据链路层之间构建的“逻辑链路”之间的数据转发,如图5-2中虚线箭头所示。


 

说到这里,可能有的读者会问,既然在“物理层”中构建了数据传输通道(也就是物理层中的“信道”),那为什么还要多加一个“数据链路层”的功能呢?其实这主要有两方面的原因:

一是由于物理层传输介质的多样性,通信规程也各不相同,性能不稳定,而数据链路层中构建的逻辑链路不考虑不同物理链路上传输介质及其通信规程上的区别(也就是我们通常所说的数据链路层可以屏蔽物理层中传输介质的不同),只是从逻辑意义上构建一条性能稳定、不受传输介质类型影响的逻辑数据传输通道。就像修建公路时,所用的材质也可能不一样,有的用普通的泥巴,有的用沙石,还有的用大石材。如果仅靠一些基础材料修建公路,可能修好的公路通车性能很差,有的甚至根本不能通车,只能步行。但如果我们在这些公路上再统一铺一层钢筋混凝土,那么这些由不同材料修建的公路就可能满足基本相同的通车性能的要求了。

再一个原因是,在物理层中数据是一位位地单独传输的,不仅数据传输效率低下,而且容易出现数据传输差错(如出现某些数据位丢失或者错位,在物理层中又没有相应的通信规程进行数据传输差错控制),就像一条不能通车的普通公路上,人只能一个个地步行,还可能出现迷路现象一样。而在数据链路层中数据是以“帧”为单位进行传输的,一个帧通常是有数千个比特位的,不仅传输效率提高,还不容易出错(因为在数据链路层中有专门的通信规程来负责数据传输差错控制),就像在能通车的公路上以车为单位运载人一样,不仅传输效率提高,还不容易出现各种交通事故。至于数据链路层的主要功能,将在本章后具体介绍。

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