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TCP/IP 協定與 Internet 網路：第一章 TCP/IP 協定簡介 上一頁 下一頁
翻轉工作室：粘添壽
1-3 通訊協定的基本功能
通訊協定中，每一層次都是獨立的通訊實體，為了使上下層次能完全連接，以及和通訊對方的相對層次之間可以充分表達意思，因此每一層次都必須具備一些基本功能才能完成其通訊任務。這些基本功能如下：
● 協定資料單元的包裝與拆裝(Encapsulation / Decapsulation)
● 協定資料單元的分段與組合(Segmentation / Reassembly)
● 通訊連線的建立(Connection establishment)
● 資料傳送的流量控制(Flow control)
● 資料傳送的錯誤控制(Error control)
● 通訊連線的多工處理(Multiplexing)
1-3-1 協定資料單元的包裝與拆裝
通訊協定中各個層次都是獨立的，兩個通訊實體(傳送端和接收端之間的同一層次)中通訊的協議和其他層次無關。它們之間的交換資料，稱之為『協定資料單元』(Protocol Data Unit, PDU)，例如，兩個相對網路層之間的資料稱為『網路層協定資料單元』(Network Layer Protocol Data Unit, NL_PDU)。兩個通訊實體之間的協議，傳送端必須在相對等層次中將雙方的控制訊息加入；接收端的相對層次再將控制訊息取出。這加入和取出控制訊息就是利用各個層次的包裝及拆裝來完成。(如圖 1-6 所示)
(A) 包裝(Encapsulation)
傳送端之 N 層接收到 N+1 層的資料時，再加入本身層次的控制訊息在資料的前端(Protocol Head)，如網路層加入 NH 欄位。這重新組合成本層的協定資料單元(Protocol Data Unit, PDU)，再傳送給下層次(N-1 層)，稱之為協定資料單元的包裝。
(B) 拆裝(Decapsulation)
接收端之 N 層接收到其下一層(N-1 層)的訊息時，將其拆裝取出本身層次的控制訊息，如網路層的 NH 欄位。再依控制訊息事項，給予適當的處理。再將剩下的訊息往上一層 (N+1 層) 傳送。稱之為協定資料單元的拆裝。
圖 1-6 協定資料單元之包裝與拆裝
通訊雙方的應用系統就是透過每一層的 PDU 來協議雙方的通訊協定，如果每一層都能符合雙方的協議標準，而整個系統的協定標準就因而建構而成。也就是說，通訊協定的建構是由一層一層的協定來達成，如果我們在建構某一層的協議標準時，只要考慮相對層之間的關係即可，而對另一端的上一層或下一層之間的協議，就由本端的上一層或下一層來負責，整個網路的通訊協定製作才能簡單化、功能化。
1-3-2 協定資料單元的分段與組合
獨立的通訊實體，每一層次之協定資料單元(Protocol Data Unit, PDU)的大小並非完全一樣。尤其在堆疊原理之下，某一層次的上一層或下一層會依照環境的需求而堆疊不同的協定，因此層次之間協定資料單元(PDU)的大小根本無法標準化。所以當上下層次之協定資料單元(PDU)的長度不同時，便必須利用分段和組合技術來重整。(如圖 1-7 所示)
(A) 分段(Segmentation)
傳送端的第N層的協定資料單元(PDU)大於下一層(N-1層)的協定單元時，必須將本身的協定單元分成若干個較小的片段(Segments)，片段大小必須符合下一層的協定資料單元，這個動作稱之為分段。
(B) 組合(Reassembly)
接收端的第N層將數個N-1層的協定資料單元(PDU)組合成原來協定資料單元(PDU)。
圖 1-7 協定資料單元之分段與組合
1-3-3 通訊連線的管理
針對通訊連線的管理可區分為：連線建立、流量控制及錯誤控制等三種主要功能，以下分別述之：
(A) 通訊連線的建立(Connection Establishing)
兩個對等實體(通訊協定中某一層次)之間想要傳送資料時，必須建立一條通訊連線(Connection)，爾後雙方傳送資料或是回應確認信號便依照這條通訊連線傳送。當雙方結束通訊時，再釋放這條通訊連線。各層次於通訊軟體建立連線當中，需要求建立訊號傳到下一層時，下一層再將要求建立連線訊號往下層傳送，如各層之間都連線成功，表示各層都有取得通訊鏈路。如圖 1-8 所示，第五層通訊軟體要求連線，要求訊號往第四層傳送時，如果第四層有空閒路徑便同意連線。第四層再往第三層要求連線，第三層如有空閒鏈路便同意第四層連線，於此類推。當訊號到達對方電腦也一樣，例如第二層接受連線，便往第三層要求連線，第三層如有空閒鏈路便同意第二層連線。第三層再要求第四層連線。如果第五層要求對方連線成功，表示雙方電腦由第五層以下(5、4、3、2、1)都已要求到通訊鏈路並建立連線。
圖 1-8 通訊連線的建立
(B) 流量控制(Flow Control)
當通訊實體之間的通訊連線建立後，我們必須控制雙方傳送資料的速度，如果傳送速度過快，接收端的緩衝器將會爆滿(Overflow)而遺失資料。這個控制稱之為流量控制。
(C) 錯誤控制(Error Control)
傳送端依照通訊連線傳送資料給接收端，在傳送過程中也許會遭受干擾或其他因素資料而發生錯誤，如果欲使接收端有能力偵測出資料已發生錯誤，那麼在資料傳送前傳送端必須做一些必要的處理，接收端才能依照傳送端的處理來偵測是否發生錯誤。如果接收端發現資料錯誤(損壞或遺失)，必須要求重新傳送，這訊息如何告知傳送端，傳送端又如何判斷對方確實沒有正確收到訊息。諸如此類的資料錯誤偵測和重新傳送處理的方法稱之為錯誤控制。
1-3-4 通訊連線的多工處理
通訊協定中，上層和下層之間的連線是利用每一層所提供的『服務存取點』(Service Access Point, SAP)，當上層想要傳送資料給下層，他必須接續(Attach)到下層的服務存取點；下層欲傳送資料給上層也是一樣。但是在一個通訊鏈路中，上層和下層之間的連接並非一定是一對一的接續(Attach)，如果有超過一個接續以上，我們稱為多工處理。有下列三種方式：(如圖1-9 所示)
(A) 一對一多工
上層和下層之間只有一對一的接續到服務存取點。表示兩端接續之間自始至終只有一條連線。
(B) 向上多工(Upward Multiplexing)
每一層往下層建立連線都以接續到『服務存取點』建立來完成，如果第N層將上一層(N+1)層多個接續點組合成一個接續點往下層(N-1)層傳送，稱之為向上多工。表示第N層將上一層多條連線組合成一條連線往下層傳送，多工的原因可能多條鏈路共用一條下層通道。例如，TCP/IP 通訊協定，多條 TCP 鏈路共用一條 IP 連線。又在 IEEE 區域網路中，多條 LLC 鏈路共用一個 MAC 連線。但也有可能是組合不同應用程式往同一地址傳送。
(C) 向下多工(Downward Multiplexing)
第N層將上一層(N+1)的連線拆解成多條連線往下一層(N-1)傳送。同一條連線與上一層之間接續只有一個；往下層就有多個接續點，稱之為向下多工。多工的原因可能為了建立多條連線加快傳輸速率，例如，傳輸線路採用 T1 專線，一條通訊連線由 24 條鏈路傳送訊息。
圖 1-9 通訊連線的多工處理