网络通信中的数据包(帧)

网络通信中的数据包（帧）
帧（Frame），数据链路层的协议数据单元（protocol data unit）。

网络设备将“位”组成一个个的字节，然后这些字节“封装”成帧，在网络上传输。

数据链路层的主要职责是控制相邻系统之间的物理链路，它在传送“比特”信息的基础上，在相邻节点间保证可靠的数据通信。

为了保证数据的可靠传输，把用户数据封装成帧。

在网络中，计算机通信传输的是由“0”和“1”构成的二进制数据，二进制数据组成“帧”（Frame），帧是网络传输的最小单位。

实际传输中，在铜缆（指双绞线等铜质电缆）网线中传递的是脉冲电流；在光纤网络和无线网络中传递的是光和电磁波（当然光也是一种电磁波）。

针对高速脉冲电流而言，我们人为地用低电平的脉冲代表“0”、用高电平的脉冲代表“1”。

这些虚拟的“0”或“1”就是“位”（Bit）。

在计算机网络中一般8个位组成了一个“字节”（Byte）。

学过计算机的人都知道字节（Byte）是计算机的数据储存单位。

网络技术的初学者大都会把“Bit”（位）与“Byte”（字节）相混淆，谈到100Mbps以太网，就会以为它是每秒钟能传100MB数据的网络，实际上只是25MB（理论值）。

如果把脉冲电流看成是轨道，那么帧就是运行在轨道上的火车。

火车有机车和尾车，帧也有一个起点，我们称之为“帧头”，而且帧也有一个终点，我们称之为“帧尾”。

帧头和帧尾之间的部分是这个帧负载的数据（相当于火车车头和车尾之间的车厢）。

为什么要把数据“封装”成帧呢？因为用户数据一般都比较大，有的可以达到MB字节，一下子发送出去十分困难，于是就需要把数据分成许多小份，再按照一定的次序发送出去。

帧是当计算机发送数据时产生的，确切地说，是由计算机中安装的网卡产生的。

帧只对于能够识别它的设备才有意义。

对于集线器来说，帧是没有意义的，因为它是物理层设备，只认识脉冲电流。

有许多人对帧不理解，所以不能很好地理解交换机与集线器的区别。

以太网的帧值总是在一定范围内浮动，最大的帧值是1518字节，最小的帧值是64字节。

在实际应用中，帧的大小是由设备的MTU（最大传输单位）即设备每次能够传输的最大字节数自动来确定的。

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在网络通信中，“包”（Packet）和“帧”（Frame）的概念相同，均指通信中的一个数据块。

对于具体某种通信网络，一般使用术语“帧”。

一种网络的帧格式可能与另一种网络不同，通常使用术语“包”来指一般意义的帧。

串行通信的数据格式有面向字符型的数据格式，如单同步、双同步、外同步；也有面向比特型的数据格式，这以帧为单位传输，每帧由六个部分组成，分别是标志区、地址区、控制区、信息区、帧校验区和标志区。

串行通信协议属于ISO国际参考标准的第三层，数据链路层。

数据链路层必须使用物理层提供给它的服务。

物理层所做的工作是接收个一个原始的比特流，并准备把它交给目的地。

不能保证这个比特流无差错。

所接收的比特的数量也许少于，也许等于或多于所传递的比特的数量，它们具有不同的值。

一直要上到数据链路层才能进行检测，如果需要的话，纠正错误。

对于数据层，通常的方法是把比特流分成离散的帧，并对每一帧计算出校验和……。

当一帧到达目的地后重新计算校验和时，如果新算出的校验和不同于帧中所包括的值，数据链路层就知道出现差错了，从而会采取措施处理差错（即，丢弃坏帧，并发回一个差错报告）。

数据链路层的任务是在两个相邻接点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。

每一帧包括数据和必要的控制信息。

人们发现，对于经常产生误码的实际链路，只要加上合适的控制规程，就可以使通信变为比较可靠的。

如IBM公司推出了著名的体系结构SNA,在SNA的数据链路规程采用了面向比特的规程SDLC，后来ISO把它修改后称为HDLC，译为高级数据链路控制。

在INTERNET中，用户与ISP（INTERNET服务提供者）之间的链路上使用得最多的协议就是SLIP和PPP。

下面就简单介绍HDLC帧结构以及PPP帧结构：
1.HDLC的帧结构：
从网络层交下来的分组，变成为数据链路层的数据。

这就是图1中的信息字段。

信息字段的长度没有具体规定。

数据链路层在信息字段的头尾各加上24bit的控制信息，这样就构成了一个完整的帧。

HDLC规定了一个帧的开头（即首部中的第一个字节）和结尾（即尾部中的最后一个字节）各放入一个特殊的标记，作为一个帧的边界。

这个标记就叫做标志字段F。

标志字段F为６个连续１加上两边各一个０共８位。

地址字段A也是８个比特，它一般被写入次站的地址。

帧校验序列FSC字共占16位，采用CRC-CCITT生成多项式。

控制字段功８位，是最复杂的字段,HDLC的许多重要功能都要靠控制字段来实现。

根据其前面两个比特的取值，可将HDLC的许多帧划分为三大类，即信息帧、监督帧和无编号帧。

图1
2.点对点协议PPP的帧结构：PPP帧格式和HDLC的相似，PPP帧的前3个字段和最后两个字段和HDLC的格式是一样的。

PPP不是面向比特的，因而所有的PPP帧的长度都是整数个字节。

与HDLC不同的是多了一个2个字节的协议字段。

当协议字段为0X0021时，信息字段就是IIP数据报。

若为0XC021,则信息字段是链路控制数据，而0X8021表示这是网络控制数据。

其结构视图如图2所示。

图2
3.例子：异步通信的数据格式
异步通信的数据格式如图3所示：
图3
可以看出，按标准的饿异步通信数据格式，1个字符在传输事，除了传输实际编码信息外，还要传输几个外加数位。

具体说，在一个字符开始传输前，输出线必须在逻辑上处于“1”状态，这称为标识态。

传输一开始，输出线由标识态变为“0”状态，从而作为起始位。

起始位后面为5～8个信息位，信息位有低往高排列，即第一位为字符的最低位，在同意个传输系统中，信息位的数目是固定的。

信息位后面为校验位，校验位可以按奇校验设置，也可以按偶校验设置，也可以不设置。

最后的位数为“1”，它作为停止位，停止位可为1位、1.5位或者2位。

如果传输1个字符以后，立即传输下一个字符，那么，后一个字符的起始位变紧挨着前一个字符的停止位了，否则，输出线又会进入标识态。

看了以上这么多，也许你还是不明白，其实，二进制并不是网管员要打交道的东西，而帧才是网管员真正要注意的东西，所以在Windows 2000的“网络监视器”中，“帧”才是被监视的对象。

但我们究竟怎样监视帧呢？
附1
数据链路层
数据链路层（Data Link Layer）是OSI参考模型第二层，位于物理层与网络层之间。

一般而言，它还可以细分成介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层和逻辑链路控制(Logical Link Control，LLC）子层。

数据链路层主要功能：
1、在两个网络实体之间提供数据链路连接的建立、维持和释放管理。

构成数据链路数据单元（frame：数据帧或讯框），并对帧定界、同步、收发顺序的控制。

传输过程中的流量控制（Flow Control），差错检测（Error Detection）和差错控制（Error control）等方面。

只提供导线的一端到另一端的数据传输。

2、数据链路层会在frame 尾端置放检查码（parity，sum，CRC）以检查实质内容，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路，并对物理层的原始数据进行数据封装。

3、数据链路层中的数据封装是指：封装的数据信息中，包含了地址段和数据段等。

地址段含有点对点发送节点和接收节点的地址（如MAC），控制段用来表示数格连接帧的类型，数据段包含实际要传输的数据。

常见数据链路层的设备：
1、交换机是本层设备。

而集线器是物理层设备，不是数据链路层设备。

2、桥接器
附2：
位bit（比特）：存放一位二进制数，即0或1，最小的存储单位。

字节byte：8个二进制位为一个字节（B）
1B=8bit
1KB=1024B
1MB=1024KB ……
1TB=1024GB。