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技术之源:数据包

作者:Peter Welander2012.09.28阅读 3535

        当我们浏览互联网或者工业控制系统的时候,我们想当然地认为网络可以发送并且同时从大量的数据源接收数据控制工程网版权所有,这一切似乎都是理所当然的。但是事实并不一直是这样,直到我们有了数据包技术。
        在数字计算的早期,设备通讯采用点对点的串行通讯方式。基本上,就是数据从设备A流到设备B,像水流一样通过一条管道,管道的两端采用合适的阀门开启。这是一种非常原始的方式控制工程网版权所有,有很多局限。在那个时候这种方式是可以容忍的,因为需要通讯的计算机数量很少。
        到了20世纪60年代早期,计算机的数量开始越来越多,用于通讯的数据类型变得非常重要。当时为兰德公司工作的Paul Baran总结出,如果数据被分解成块,而不是采用连续流的形式,它就可以支持更加稳定的系统,通过通用网络连接更远更多的设备。这样做还有可能抵挡核攻击,在冷战时代这种担心并不是多余的。Baran提出的是一个具有远见并且充满想象力的系统,与现在的互联网有些类似。
        数据包是什么?
        让我们回到流水的比喻,如果不是采用水管,而是把水装到瓶子里,你就可以把它送到任何地方。我们还可以把数据包比作信件,信写在纸上装在信封里然后送到邮局。
        数据包就是一个具有特殊尺寸和结构的框架。它在开始和结尾的地方有抬头和尾注CONTROL ENGINEERING China版权所有,用来识别是谁发送的数据、发送到哪里等等。中间是消息本身,或者载荷。对于给定类型的网络控制工程网版权所有,载荷会有一个长度限制,因此太长的消息必须要分割成几个数据包。如果消息很短,那么数据包的其他部分也并不会因此缩短。不同的网络协议在细节处理方面会有所不同,但是基本的概念都是一致的。从发送到接收的传递过程中数据被压缩在数据包当中,到达之后再解压缩。
        联网协议可以按照效率进行排名,或者也可以按照信息载荷量与总体数据包大小的比例。如果包含抬头、尾注和其他管理字符的数据包尺寸太大,这种协议就会被认为是无效的。有些人对以太网现场仪表通讯持有异议www.cechina.cn,就是因为管理字符太多,而设备生成的数据量又很少。
        将较大数据分割成较小单元的一个好处,就是可以使用错误检查协议(例如循环冗余校验)来验证消息的准确性。基本上,给定数据包中消息内的所有信息都拥有附带的数值。协议将所有这些值相加,再除以另外一个数值的和,将计算的余数赋给这个消息。接收者会进行同样的计算,确认得到相同的余数值。如果没有,就可以知道数据包中包含消息的一部分数据遭到了破坏,然后将该数据包标注出来。
        以太网应用
        以太网通讯依赖于数据包,或者更典型的可以叫做帧。现在人们开发了很多变体,但是在一个完整的帧中主要还是包含七个部分:
        • 序言(用于位同步);
        • 帧起始定界符(SFD);
        • MAC目标地址;
        • MAC源地址;
        • 长度或特定类型;
        • 消息或数据的有效载荷;
        • 帧校验序列(FCS)。

        上述每一个元素的尺寸都是固定的,只有载荷除外。后者可以根据发送信息的情况变化,但是最大为1.5 kB。比如这篇文章,如果只采用文本格式的话,大约需要三个数据包传输。
        随着技术的进步,很难想象过去使用的技术可以发展得如此多种多样,而我们还可以将它应用在如此多的领域。
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