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3-2 訊框化
3-2-1 何謂訊框化？ 到目前為止，我們瞭解『訊框』（或稱資料框，Frame）是鏈路層傳送給實體層的資料封包。它以位元流（Bit Stream）的序列（連續的二進位資料）傳送給實體層，實體層再依序將位元資料轉換成訊號傳送出去，於是在傳輸媒介會上出現一連串的訊號，如圖3-1 所示。因此，鏈路層必須將資料分割及包裝，使規格大小和內容適於轉換成訊號，也適合於媒介上傳送，這個過程稱為『訊框化』（Framing）。 通常工作站欲將資料發送到傳輸媒介之前，會先將原資料（或上層的協定資料單元，PDU）分割成若干個訊框，再依序發送到傳輸媒介上；接收端依序收到訊框後，再將這些訊框組合回原來資料封包（或 PDU），如圖 3-2 所示。分割成較小的訊框，主要有下列兩個原因：
圖 3-2 資料分割傳送 (1) 錯誤控制：資料在傳送過程中，可能會有某些位元發生錯誤，假使一筆未經分割的大資料（假設有10 Mbits）出了錯，則整個（10 Mbits）的資料都必須重送。如將原始資料分割成若干個小訊框（2 ~ 4 Kbits），即使其中某一訊框發生錯誤，也只需重新傳送該訊框即可。 (2) 共享媒介：一般網路中，傳輸媒介是共用的，如果不將資料分割成若干小訊框，當某一部工作站佔用傳輸媒介並且傳送一筆大資料時，將會佔用過長的時間，而造成其它工作站必須等待很久，也會使網路的整體傳輸效率降低。 當鏈路層以位元流（Bit Stream）的方式將訊框發送到網路上，而在傳輸媒介上產生一連串的訊號。接收端收到該訊號串列時，得去判斷訊號框的開始和結束，因此，訊框必須作特殊的包裝，使接收端可以輕易判別訊框的開始和結束。另外，在訊框裡也必須加入適當的控制訊息，使雙方的通訊協定可充分表達。一般來說，網路上的訊框結構可分為：字元導向（Character-oriented）和位元導向（Bit-oriented）兩大類。一般網路依其功能及環境因素或許稍有差異，但皆以這兩大類為基礎，以下分別述之。 3-2-2 字元導向鏈路控制 『字元導向鏈路控制』（Character-Oriented Link Control）是於訊框內插入一個特殊『控制字元』（Control Character）（如 DLE）來表示訊框的開始和結束，因而如是稱之。一般通訊協定都會將訊框分為若干個欄位，每個欄位皆有其特殊功能，以圖 3-3 (a) 訊框為例，一般常用的控制欄位有下列幾種：
圖3-3 字元導向訊框結構及字元填塞 圖 3-3 (a) 為正常訊框結構，以 DLE 控制字元表示啟動訊框開始（STX）和結束（ETX）。我們也可以用『DLE STX』來表示訊框的開始，以『DLE ETX』表示結束，這就是『字元導向』（Character-Oriented）的基本原理。但 DLE 字元也可能出現在訊息欄位內（即為傳送資料的一部分），造成接收端判斷的錯誤，以為訊框已結束、開始、或誤解為其他意義，如圖 3-3 (b) 所示。因此，當鏈路層發送訊息時，必須檢查訊息內是否有出現 DLE 字元。如果有出現 DLE 字元，則必須在 DLE 字元後再插入一個 DLE 字元，以聲明該 DLE 是訊息而非控制字元，此動作稱之為『字元填塞』（Character Stuffing），如圖 3-3 (c) 所示。在訊息之中需要傳遞多少個 DLE，就必須相對插入多少個 DLE 字元；接收端收到 DLE 字元時，如緊接著又收到 DLE，便可判斷前一個 DLE 是訊息而非控制字元，並將第二個 DLE 字元剔除。如圖 3-3 (d) 所示。 3-2-3 位元導向控制鏈路 『位元導向鏈路控制』（Bit-Oriented Link Control）不再以控制字元來標示訊框結構，而是用一個旗號（Flag）來表示一個訊框的開始與結束。這個旗號是一組位元字串所組成，一般使用8個位元的式樣（Pattern） 『01111110』，因此稱之為『位元導向』（Bit-Oriented）。圖 3-4 為一般位元導向的訊框結構，其中各欄位功能如下： Preamble：前置訊號，48 位元。接收端用來調整時序，使同步於傳送端（請參考 2-8-3 節介紹）。
圖 3-4 位元導向之訊框結構圖 由圖 3-4 可知，整個訊框的開始和結束是利用位元式樣『01111110』（7EH）組成，用這個旗號來表示一個訊框的結束，和下一個訊框的開始。因此所有已啟動的通訊都必須隨時檢視這個旗號，以做為訊框起始的同步。接收端在接收資料時也須隨時檢視這個旗號，以辨識訊框是否結束。但在訊息（或其他欄位）中也非常有可能會出現『01111110』字串，接收端將會誤認為是訊框的控制旗號，而產生錯誤的判斷，所以在整個訊框中不允許有『01111110』的位元串發生。為解決這個問題，資料流（Data Stream）中必須有『位元填塞』（Bit Stuffing）的功能。所謂位元填塞功能就是傳送端在發送資料流（Data Stream）當中，檢查位元串列之中是否有連續 5 個 1。如有，每5個連續的 1之後便自動插入一個0（旗號欄除外）。接收端在偵測到訊框旗號後，繼續不斷的檢測位元串列（Bit Stream），如發現連續5個1，則必須偵測它之後的第6個位元是0或1。第 6 位元若是0則刪掉（位元填塞），若是1，則必須偵測它之後的第7位元。第 7 位元若是0則被認為是旗號。若第6及第7位元都是1時，則表示傳送端要求終止連線的訊號（終止連線旗號）。位元填塞的例子如下： 原來之位元字串：111111111111101111111011110 位元填塞後位元字串：111110111110111011111011011110（0表示填塞） 並非加入位元填塞的功能就不會出問題，位元填塞有時也會因一個位元在傳送過程發生變化，而產生嚴重的錯誤。如圖3-5 (a) 所示，在資料流中如果有某個關鍵位元在傳送當中發生變化（0→1），就可能導致一個訊框被分割成兩個訊框。另外也有可能在傳輸中旗號串列的某個位元發生錯誤（1→0），因而被誤判為一般訊息，導致兩個訊框被合成一個訊框，如圖 3-5 (b) 所示。這些錯誤必須由其他錯誤控制方法偵測出，較常見的方法是在訊框內增加一個計算訊框長度（Length）的欄位。接收端計算所收到的訊框長度是否相同於『長度』欄位的值，如果不符合，表示訊框有被合併或分割的可能。
圖 3-5 位元轉換產生之錯誤
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