データリンク層プロトコルについて話す

データリンク層プロトコルについて話す

抽象データリンク層は、物理層とネットワーク層の間の参照モデルの2番目の層です。物理層によって提供されるサービスに基づいて、ネットワーク層にサービスを提供します。最も基本的なサービスは、ネットワーク層から派生します。着信データは確実にターゲットノードのネットワーク層に送信され、ポイントツーポイント接続を実現します。データリンク層には、論理リンク制御（LLC）サブ層と媒体アクセス制御（MAC）サブ層の2つのサブ層があります。前者は主に2つのステーション間のフレームの交換を扱い、信頼性の高いフレーム転送を提供し、エラーを発生させます。制御、フロー制御など。後者は、メディアアクセス制御サービスを提供し、主に、ローカルエリアネットワークでの共有チャネルの使用が競争を引き起こしたときに、チャネルを使用する権利を割り当てる方法の問題を解決します。この記事では主に、フレーミングモード、エラー制御、メディアアクセス制御、MACアドレッシングモードなど、データリンク層で使用されるいくつかのプロトコルの関連する問題について詳しく説明します。
キーワードデータリンク層、プロトコル、フレーミング、エラー制御、メディアアクセス制御、MACアドレス指定

1.はじめ
に人間社会の継続的な発展と進歩に伴い、グローバルな情報時代が到来し、情報に対する人々の要求はますます高まっています。情報をより効果的、確実、安全に送信および処理するために、コンピュータ通信ネットワークに関する研究が行われています。非常に必要です。コンピュータ通信ネットワークでは、情報の送信は、一方の端のカプセル化から始まり、もう一方の端のカプセル解放で終わります。コンピュータ通信ネットワークの接続は、多くの場合、階層化された方法で実装されます。レイヤー化後、各レイヤーは独立して機能し、レイヤーはインターフェースを介して接続されます。下位レイヤーは上位レイヤーとして機能し、プロトコル作業の複雑さを軽減し、柔軟性が高くなります。レイヤーの変更は他のレイヤーに影響を与えず、維持も容易です。さらに、各レイヤー実装技術は異なる場合があり、実装の複雑さが軽減され、標準化が容易になります。コンピューター通信ネットワークで一般的に使用されている3つの階層化方式、つまり、OSI 7層モデルとTCP / IP（DoD）4層モデル、および2つのモデルを組み合わせた5層モデルがあります。図1は、3つの参照モデルのマッピング関係を示しています。

図1 3つの参照モデルのマッピング関係
関連する議論に基づいて、ネットワークアーキテクチャをより正確に説明できます。ネットワークアーキテクチャを構成する抽象オブジェクトはプロトコルと呼ばれます。各プロトコルは2つのインターフェイスを定義します。1つは、通信サービスを使用する同じコンピュータ上の他のオブジェクトに対して定義されるサービスインターフェイスです。このサービスインターフェイスは、ローカルオブジェクトをプロトコルで実行される操作は、それ自体が提供するサービスです。2つ目は、別のマシンのピアエンティティに対して定義されたピアツーピアインターフェースです。このピアツーピアインターフェースは、通信サービスを実装するためにピアエンティティ間で交換される情報を定義します。形式と意味。図1から、トランスポート層とネットワーク層が参照モデルの2つのコア層であることもわかりますが、データリンク層も同様に重要であり、不可欠です。データリンク層は、物理層とネットワーク層の間の参照モデルの2番目の層です。物理層によって提供されるサービスに基づいてネットワーク層にサービスを提供します。2つのサブ層、つまり論理リンク制御があります。 （LLC）サブレイヤーとメディアアクセスコントロール（MAC）サブレイヤーには、独自の機能があります。この記事では主に、フレーミングモード、エラー制御、メディアアクセス制御、MACアドレス指定モードなど、データリンク層がその機能を実現するために使用するいくつかのプロトコルについて詳細に説明します。

2.フレーミング
リファレンスモデルの各レイヤーは独自のプロトコルデータユニット（PDU）を確立しますデータリンクレイヤーのPDUはフレームと呼ばれます。主な方法は3つあり、関連するプロトコルと併せて以下で簡単に紹介します。
最初のフレーミング方式はバイト指向プロトコルで、各フレームをバイトセットと見なし、フレーム本体（IPパケット）の位置をバイト単位で確認します。この方式は2つの構造に分かれています。 1つはBISYNCプロトコルとPPPプロトコルで使用されるスタートストップマーキング方式であり、もう1つはDDCMPプロトコルで使用されるバイトカウント方式です。図2は、BISYNCプロトコルとDDCMPプロトコルによって定義されたフレーム形式を示しています。BISYNCは、特定の開始文字と終了文字を使用して、フレームの開始と終了を示します。フレームの開始は、特定のSYN（同期）文字で表されます。後続のフレームのデータ部分は、2つの特別な開始文字と終了文字STX（テキストの開始）とETX（テキスト）に含まれますEnd）、SOH（ヘッダーの開始）フィールドの機能はSTXと一貫しています。この問題は、ETX文字と同じバイトがフレームの本文にも表示される可能性があることです。このとき、受信側はフレームが事前に終了したと見なし、エラーフレームが表示されることになります。この問題は、エスケープ文字を使用してフレーム内の「ETX文字」をエスケープすることで効果的に解決できます。PPPプロトコルの構造と処理方法は似ていますが、開始文字と終了文字がフレームの最初と最後にのみ追加され、開始文字と終了文字が同じ特定のフラグフィールド「01111110」で表される点が異なります。

図2 BISYNCフレームフォーマット（上）とDDCMPフレームフォーマット（下）
DDCMPプロトコルで使用されるバイトカウント方式は、特定のCountフィールドを使用してフレームボディに含まれるバイト数を示し、レシーバーはこのフィールドを使用してフレームを決定します終了位置。ただし、この方法には致命的な欠点があります。受信側のシーケンスのCountフィールドにエラーが発生すると、フレームの終わりを正しく検出できなくなります。このエラーはフレーミングエラーと呼ばれます（スタート/ストップマーキング方式もこのエラーが発生する可能性があります）。さらに、フレーミングエラーは、後続のフレームの誤った受信を引き起こし、エラーの伝播や多くの問題を引き起こす可能性があります。
2番目のフレーミング方法は、バイト指向プロトコル（HDLC）であり、バイト指向プロトコルとは異なります。バイト境界は関係ありません。フレームはビットのコレクションとして扱われ、ビットシーケンスの単位でフレームの開始位置が決定されます（シーケンスはバイト境界を越えることができます）。図3は、HDLCフレームフォーマットを示しています。これも、特定のビットシーケンス「01111110」を使用してフレームの開始と終了を示しますが、このシーケンスはフレームボディにも表示されます。HDLCは、ビットスタッフィングを使用してこの問題を解決します。送信側では、開始および終了シンボルを送信しようとする場合を除いて、5つの連続した1を送信した後はいつでも、次のビットを送信する前に0が挿入されます。受信側では、5つの連続する1が受信された場合、次のビットを確認します。0の場合は、0で埋める必要があります。削除します。1の場合は、次のビットを確認し続けます。0の場合は、これはフレームの終わりの符号であり、それ以外の場合はエラーが発生する必要があり（もちろん、前の数ビットが判断されたときにエラーが発生することもあります）、フレーム全体が破棄されます。フレームボディの位置を決定するために必要なフィールドでエラーが発生した場合、これらの方法はより大きな影響を与えます。3番目のフレーミング方法は時間ベースのフレーミングであり、主に同期光ネットワーク（SONET）で使用されます。主に多重化を使用するため、ここでは詳しく説明しません。

図3 HDLCフレーム形式

3.エラー制御
ノイズと干渉が存在するため、受信機で受信したフレームにエラーが発生します。信頼性の高いフレーム送信のために、図2と図3に示すフレーム形式でCRCを確認できます。フィールド。このフィールドは、伝送エラーをチェックするために使用されます。エラー検出と検査機能には2つのテクノロジーがあります。1つはエラー検出コーディングで、もう1つはエラー訂正コーディングです。前者はエラーを検出することしかできません。現時点では、レシーバーはエラーフレームのみを破棄でき、送信者はデータフレームを再送信する必要がありますが、レシーバーは自分でエラー修正コードに従ってエラーを修正してください（能力は制限されており、能力を超えた場合は再送信する必要があります）しかし実際には、誤り訂正符号化はオーバーヘッドが比較的大きく、複雑度が高いため、ハミング符号化のように使用されないことがよくあります。伝送エラーをチェックするために最も一般的に使用されるアルゴリズムは、巡回冗長検査（CRC）アルゴリズムです。さらに、より一般的に使用される単純なアルゴリズムには、2次元の偶数チェックとチェックサムが含まれます（通常、データリンク層では使用されません）。
エラーチェックアルゴリズムの基本的な考え方は、フレームに冗長ビットを追加してエラーの有無を判断することです。これらの冗長ビットは情報を送信せず、エラー検出にのみ使用されます。エラーチェック機能は、コード間のハミング距離によって決まります。コーディングルールについてはここでは詳しく説明しませんが、まず、使用する冗長ビットにもエラーがある可能性があるため、情報ビットにエラーがない場合でも、受信機はフレームにエラーがあると判断することを明確にする必要があります。破棄して、送信者にフレームを再送信するように依頼してください。これは、「何も見つかりません（誤判断）」と同等です。さらに、情報ビットと冗長ビットにもエラーがある可能性があります。最終結果により、受信者はフレームにエラーがないと判断します。 、次のフレームの受け入れを続行します。これは判断の失敗と同等ですが、これら2つのケースの可能性は比較的小さく、特に後者は小さいため、システムパフォーマンスは依然として非常に良好です。
信頼性の高い送信を行うには、受信側がエラーを検出すると、エラーフレームを破棄し、送信側に再送信を要求する必要があります。再送信は、確認とタイムアウトの2つのメカニズムで制御できます。確認応答メカニズムとは、フレームを受信した後、エラーがないことを受信者が検出すると、ACK信号を送信者に直接送信またはピギーバックします。送信者がACKを受信すると、フレームが正常に送信されたことを示します。それでも送信者が指定された時間内にACKを受信しない場合は、タイムアウトと判断され、フレームが再送信されます。確認応答とタイムアウトを使用して信頼性の高い伝送を実現する方法は、自動再送要求（ARQ）と呼ばれ、一般的に使用される3つのARQアルゴリズムもあります。
最も単純な種類のARQアルゴリズムはストップウェイトアルゴリズムです。その考え方は非常に単純です。送信者がフレームを送信した後、指定された時間内にフレームが確認されない限り、送信者は次のフレームを送信し続けます。それ以外の場合、タイムアウトが繰り返されます。フレームを渡します。確認応答とタイムアウトのメカニズムに問題があります。送信中に確認応答フレームが失われた場合、送信者はタイムアウト後にフレームを再送信し、受信者は受信後に次のフレームであると考える可能性があるため、繰り返し問題が発生する可能性があるため、送信プロセス中にフレームに番号を付ける必要があります。これは、すべてのARQアルゴリズムで必要です。さらに、stop-waitアルゴリズムには重大な欠点があります。つまり、一度に1つのフレームのみを送信し、確認を待つ必要があるため、リンク容量、時間、および効率が低下する可能性があります。
低効率の問題を解決するために、新しいARQアルゴリズムであるスライディングウィンドウアルゴリズムが登場しました。このアルゴリズムでは、送信側を実行してウィンドウサイズの最大フレーム数を一度に送信し、受信側は各フレームを確認する必要があります。図4は、ストップウェイトアルゴリズムとスライディングウィンドウアルゴリズムのタイムラインをそれぞれ示しています。このアルゴリズムでは、タイムアウト後に再送信するための2つのメカニズムがあります。1つは、Nフレームをバックオフすることです。つまり、最初のタイムアウトフレームと後続のすべてのフレームを再送信します。このメカニズムを使用すると、確認メカニズムは累積確認の原則に基づくことができます。 1つは、タイムアウトフレームのみを再送信する選択的再送信ですが、現時点では、フレームの順序を確認するように注意する必要があります。この種のARQアルゴリズムは、適切なウィンドウサイズの選択に注意を払い、フローを制御するためにフレームに合理的な番号を付ける必要があります。

図4ストップウェイトアルゴリズム（上）とスライディングウィンドウアルゴリズム（下）のタイムライン
最後のARQアルゴリズムは、同時論理チャネルです。シンプルなストップウェイトアルゴリズムを使用していますが、チャネルをフルに保つことができ、効率が向上します。フレームの順序を維持できず、フロー制御もないため、現在多くのアプリケーションはありません。
現在、エラー制御機能を無視し、トランスポート層やアプリケーション層などの高レベルのプロトコルで信頼性の高い伝送を提供する多くのデータリンク層技術があります。ただし、信頼性の高い伝送を提供する層は多くの要因に依存します。 、このセクションで説明するアイデアは、データリンク層だけでなく、他の層にも適用できます。

第4に、媒体アクセス制御
チャネルのリソースは一般に制限されますが、複数のユーザーによって共有されます。割り当てが不当である場合、チャネルリソースを動的に割り当てる複数のアクセスプロトコルによって競合が発生し、競合を減らすことができます。チャネル使用率を向上させることができます。複数のアクセスプロトコルには、ランダムアクセスプロトコルと制御されたアクセスプロトコルが含まれます。前のステーションはチャネルをランダムに占有するため、競合が発生する可能性があります。後者のステーションは占有チャネルに割り当てられます。チャネルは主にチャネル多重化によって実現され、競合は発生しません。典型的なランダムアクセスプロトコルにはALOHA、CSMA、CSMA / CD、CSMA / CAなどがあり、制御されたアクセスプロトコルにはTDM、FDMなどがあります。この記事では主にランダムアクセスプロトコルを紹介します。
ALOHAプロトコルは、純粋なALOHAプロトコルとスロット付きALOHAプロトコルに分かれています。純粋なALOHAプロトコルでは、フレームが生成された直後に（衝突が発生する可能性があります）、任意のステーションが送信でき、信号フィードバックを通じてチャネルを検出して、送信が成功したかどうかを判断します。送信に失敗した場合、ランダムな遅延の後に送信されます。この方法では、チャネル状態を気にせずにデータが直接送信されるため、いつでも競合が発生する可能性があります。Slotted ALOHAは時間をタイムスロットに分割し、タイムスロットの長さが1フレームの送信時間に相当します。新しいフレームの生成はランダムですが、スロット付きALOHAではランダムな送信は許可されません。すべてのフレームはタイムスロットの先頭で送信する必要があります。したがって、衝突はタイムスロットの先頭でのみ発生します。衝突が発生すると、1つのタイムスロットのみが無駄になります。ステーションがタイムスロットを占有し、送信が成功した場合、そのタイムスロットで競合は発生しません。この時点では、競合はタイムスロットの先頭でのみ発生するため、競合の可能性は低くなりますが、チャネル使用率はまだ高くありません。
CSMAプロトコルは、最初にリッスンし、後で送信することを特徴とするキャリアセンス多重アクセスプロトコルを指し、非連続、1-連続、p-連続の3つのモードが含まれます。不連続とは、リッスンした後、メディアがアイドル状態の場合は送信を開始し、そうでない場合はランダムに分散された時間待ってから再度リッスンすることを意味します。1-Continuousは、リッスン後、メディアがアイドルの場合は送信し、そうでない場合はリッスンを継続し、アイドルになるとすぐに送信します。競合がある場合は、ランダムに分散された時間を待って再度リッスンし、2つ以上のステーションが待機することを意味しますその場合、メディアが解放されると競合は必然的に発生します。p-persistentは、1-persistentに基づいて、媒体が空いている場合、pの確率で送信し、（1–p）の確率で1時間単位だけ遅延して送信することを意味します。この方法でも、衝突の可能性が低減されます。 。ただし、伝播遅延時間が存在するため、どの方法でもデータ送信後に競合が発生する可能性があることに注意してください。
典型的なイーサネット（802.3）はバスタイプの構造を使用し、強力な活力を持っています。イーサネットの多重アクセスプロトコルは、衝突検出（CD）を備えたCSMAを使用して実装されます。CSMA / CDの特徴は、最初にリッスンし、次に送信し、送信中にリッスンすることです。CSMAとの違いは、すべてのワークステーションが送信中に独自の信号も受信し、送信状況を監視することです。一貫性がない場合は、競合が発生したことを意味します。送信ステーションは、競合を検出するとすぐにフレームの送信を停止し、短いブロック信号（拡張競合信号と呼ばれます）を送信して、ネットワーク上の各ステーションに競合が発生したことを通知します。このステーションとネットワーク上のすべてのステーションは、ランダムに分散された時間待機してから、を押します。フレームはCSMA / CDモードで再送信されますが、この期間は2進指数バックオフアルゴリズムによって決定できます。競合の不確実性により、イーサネット全体の平均データレートは、イーサネットの最高データレートよりもはるかに低くなります。また、伝播遅延データが存在するため、CSMA / CDには競合ウィンドウがあります。ネットワークの最大競合検出時間は、2つの最長距離ステーション間の伝送時間の2倍である必要があります。競合検出を実現するには、スロット幅が競合ウィンドウに等しい必要があります、有効なフレームを送信する時間は、コリジョンウィンドウよりも長くする必要があります。

図5隠しノードの問題（上）と露出ノードの問題（下）は
イーサネットとは異なります。ワイヤレスネットワークにおける図5の2つの状況を考えます。2つの円はそれぞれAとCの通信範囲を表しています。左の図で、AとCの両方が同時にBと通信することを望んでいるが、AとCは相手を認識していないとします。リッスンした後、Bがアイドルであることがわかり、フレームをBに送信します。このとき、2つのフレームBで競合が発生します。この問題は、非表示ノード問題と呼ばれます。右の図では、BはAおよびCと通信でき、CはBおよびDと通信できます。Aが特定の時間にBと通信している場合、CはDとの通信を希望しますが、このときCはこの通信を聞くため、彼はDと直接通信しませんが、Dとの通信はAとB間の通信に影響を与えず、リソースの浪費を引き起こします。この問題は、公開ノードの問題と呼ばれます。
これら2つの問題を解決するために、802.11では衝突回避（CA）を備えたCSMAが使用されています。CSMA / CAプロトコルが実装されている場合、チャネルが空いていることを検出すると、すぐには送信されませんが、データを送信する前にしばらく待機してから、最初に小さなチャネル検出フレームRTSを送信し、最も近いアクセスポイントを受信すると戻りますCTSはチャネルが空いていると見なし、データを送信します。データを送信するときは、最初にチャネルが使用中であるかどうかを確認します。チャネルがアイドル状態であることが検出された場合は、ランダムな時間待ってからデータを送信します。受信側がフレームを正しく受信すると、一定時間後に送信側に送信されます。フレームACKを確認します。送信者はACKフレームを受信し、データが正しく送信されたことを確認して、一定時間後にデータを送信します。CSMA / CAプロトコルは、RTS-CTSメカニズムとACKメカニズムを採用して、競合の可能性を減らします。
CSMA / CDは主に競合の検出に重点を置いており、競合が検出されると、対応する処理が実行され、デバイスは検出中にデータを送信する必要があります。CSMA / CAは、主に競合の回避に焦点を当てています。また、アクションを実行する前に一定の時間待機し、バックオフを通じて可能な限り競合を回避し、非常に小さなチャネル検出フレームを最初に送信してチャネルに競合があるかどうかをテストすることも合意に示されています。 。

V. MACアドレッシング
イーサネットを例にとると、送信者がフレームを送信した後、フレームはバスに入り、バスに接続されているすべてのデバイス（通常はネットワークアダプター、ネットワークカードとも呼ばれます）がフレームを受信できます。フレームがそれ自体に送信されたかどうかをさらに確認し、送信された場合はホストに渡し、そうでない場合は廃棄します。では、データリンク層では、ネットワークカードはどのようにしてフレームが自分自身に送信されたかどうかを確認するのでしょうか。主にMACアドレスを使用します。MACアドレスは物理アドレスであり、48ビットで構成されます。最初の24ビットはネットワークカードの製造元によってIEEEに適用され、最後の24ビットは製造元によって一意に割り当てられます。これらはネットワークカードの製造時にROMに書き込まれます。変化し、世界でユニークです。図6は、イーサネットのフレームフォーマットを示しています。すべてのフレームフォーマットは似ています。DestaddrフィールドとSrc addrフィールドは、それぞれ送信元MACアドレスと送信元MACアドレスを示し、送信元ホストと宛先ホストを一意に識別するために使用されます。

図6イーサネットフレームフォーマット
さらに、プリアンブルフィールドはプリアンブルを示します。プリアンブルは、通常、1と0の7バイトの交互シーケンスと1バイトのフレーム開始文字（ビット指向のフレーミングを使用）です。Typeフィールドは、上位層で使用されるプロトコルを示します。たとえば、IPプロトコルは2048です。CRCフィールドは、エラーの検出に使用される巡回冗長検査コードを表します。検査範囲には同期コードは含まれません。ボディはフレームボディを表します。イーサネットで定義されたフレームボディには、少なくとも46バイトのデータと最大1500バイトのデータが含まれます。最小フレームボディデータ長の設定は、CSMA / CDプロトコルに競合ウィンドウが存在するためです。フレームは、競合を検出するのに十分な長さである必要があります。長さが不十分な場合は、埋める必要があります。フレームボディの最大データ長の設定は、データフレームが長すぎると、一部の作業でデータを長時間送信できなくなり、受信バッファのサイズを超えてバッファオーバーフローが発生する可能性があるためです。データフレームが長すぎる場合は、グループ化戦略を採用できます。ホストの場合、フレームにはプリアンブルとCRCが含まれていません。これは、送信側ネットワークカードがフレームを送信する前にプリアンブル、CRCフィールド、ポストアンブルを追加し、受信側ネットワークカードが受信後にそれらを削除するためです。
ネットワークには多くのLANセグメントがあり、通常、さまざまなLANセグメントがブリッジまたはスイッチによって接続されています。ブリッジとスイッチは、第2層のスイッチング機器に属しています。MACアドレスをチェックすることにより、フレームを転送するかどうかを決定します。それらは、上位層のプロトコルやネットワーク層を気にしません。IPv4、IPv6、OSIパケットなどがそれらを通過できます。以下は主に橋の動作原理を紹介します。ブリッジがさまざまなタイプのLANに接続されている場合、再パッケージ化によるフレーム形式の変更、バッファリングによるデータ伝送速度の変更、カットと再編成によるフレーム長の変更など、いくつかの変換機能を実行できます。ブリッジはフレームの内容を気にせず、正しい転送操作のみを行うため透過的であり、複数のLANを接続し、それに接続されているすべてのLANフレームを受信します。フレームがブリッジに到着したら、破棄するか転送するかを決定する必要があります。転送の場合は、転送先のLANも知っている必要があります。このようにして、トラフィックフローの一部をフィルタリングして、競合の可能性を減らし、ネットワークパフォーマンスを向上させることができます。
この決定は、内部MACアドレステーブルでMACアドレスを検索することによって行われます。最初、このリストは空です。ブリッジは、逆学習によりアドレステーブルを徐々に改善します。到着したフレームの送信元アドレスから、送信元アドレスに対応するマシンがフレームの送信元のLAN上にあることを認識し、MACアドレステーブルに書き込みます。さらに、ネットワークのトポロジが変化するため、テーブルにレコードが追加されるたびに、タイムスタンプも同時にスタンプする必要があります。新しく到着したフレームの送信元アドレスはすでにテーブルに記録されており、タイムスタンプは現在の時刻に更新されます。また、ブリッジはテーブルを定期的にスキャンし、それらのタイムアウトレコードをテーブルから削除します。
フレームが到着すると、ブリッジはアドレステーブルを検索して宛先MACアドレスを比較します。送信元LANと宛先LANが同じである場合、フレームは破棄されます。送信元LANと宛先LANが異なる場合は、フレームが転送され、宛先LANが不明である場合は、ブロードキャストします。このフレームは、逆学習を通じてMACアドレステーブルを維持します。ただし、信頼性の高い伝送を行うために、ネットワークに冗長構造が使用され、ループが発生する可能性があります。制御されていない場合、ブロードキャストストーム、繰り返しフレーム伝送、およびMACアドレスライブラリの不安定性が発生します。ループのないネットワークトポロジでは、スパニングツリープロトコルが採用されています。これは、各ネットワークにルートブリッジがあり、各ブリッジにルートポートがあり、各ネットワークセグメントに指定ポートがあることを規定しています。非指定ポートは使用されません。ただし、論理STPツリー上のポイントに障害が発生すると、指定されていないポートが再度有効になります。スパニングツリーアルゴリズムは、物理ループのあるネットワークで論理ループのないスパニングツリーを生成できますが、パスが最適であることを保証するものではありません。これは、STPアルゴリズムが支払う価格です。この種のフレームアドレッシング交換のアイデアは、ルーティング交換でのIPアドレッシングなど、上位層でも使用できます。
スイッチはマルチポートネットワークブリッジとして理解でき、その動作原理はネットワークブリッジと同じであり、物理層でハブデバイスを置き換えることができます。スイッチは複数のポートをサポートできるため、ネットワークシステムをより多くの物理ネットワークセグメントに分割して、ネットワークシステム全体の帯域幅を増やすことができます。ブリッジと比較して、スイッチはより速いデータ伝送速度を持っています。ブリッジは通常、データフレームを転送するときに、完全なフレームを受信し、フレームを転送する前にそれを検出する必要があります。スイッチには、ストアアンドフォワード、直接転送、フラグメント転送の3つのフレーム転送モードがあります。たとえば、直接転送は、転送先ポートを確認後、完全な受信を待たずに直接送受信します。

6.まとめ
データリンク層は、物理層とネットワーク層の間の参照モデルの2番目の層です。物理層によって提供されるサービスに基づいてネットワーク層にサービスを提供します。最も基本的なサービスは、ネットワーク層からのデータは、ターゲットノードのネットワーク層に確実に送信され、ポイントツーポイント接続を実現します。データリンク層は、フレーミング、エラー制御、メディアアクセス制御、MACアドレス指定など、さまざまなプロトコルを使用して機能を実現します。
データリンク層のPDUはフレームと呼ばれます。バイト指向プロトコル、ビット指向プロトコル、およびクロックベースのフレーミングという3つの一般的なフレーミング方法があります。3つのフレーミング方法は、さまざまなシナリオで使用されます。受信側はエラー検出コードを使用して、フレームにエラーがあるかどうかを検出します。エラーが発生すると、送信側は再送信する必要があります。一般的に使用されるエラー制御メカニズムは、確認応答とタイムアウトです。これら2つのメカニズムを使用するアルゴリズムは、ARQアルゴリズムと呼ばれます。ARQアルゴリズムには、ストップウェイトアルゴリズム、スライディングウィンドウアルゴリズムなどがあります。メディアアクセス制御に使用されるプロトコルには、ALOHA、CSMA、CSMA / CD、CSMA / CAなどがあります。また、さまざまなシナリオでさまざまな問題を解決するために使用されます。MACアドレッシングでは、異なるLAN間の接続は、主にブリッジまたはスイッチを介して実現されます。フレームを受信した後、ブリッジまたはスイッチは、フレームを破棄するか、転送するか、ブロードキャストするかを決定し、同時に逆学習を実行します。データリンク層で使用されているプロトコルの考え方は他の層にも適用できることは注目に値します。

参考資料
[1] Denenberg R. Open Systems Interconnection [J]。Library Hi Tech
、1985、3 （1）：15-26。[2] Deji、ChenMark、NixonAloysius Mok。WirelessHART [M]。SpringerLink、2010 p。 19-27。
[3] Hercog D.汎用スライディングウィンドウプロトコル[J]。Electronics Letters、2002、38（18）：p.67-68。
[4] Wang Yue。IEEE802.15.4 MAC 層チャネルアクセスメカニズムResearch [D]。吉林大学、2008。
[5
] Chen Lingjuan。キャリアセンス/競合検出（CSMA / CD）の分析[J]。中小企業の管理と技術、2013。[6] Asija M. MACアドレス[J] 。2016.
[7] Larry L. Peterson、Bruce S. David。コンピュータネットワーク：システムアプローチ（第5版）[M] //コンピュータネットワーク：システムアプローチ（第5版） Edition）。Machinery Industry Press、2015年。