Протоколы канального уровня Функции протокола канального уровня

Протоколы канального уровня

Функции протокола канального уровня Канальный уровень обеспечивает: Передает кадры по физическому пути передачи. Определяет, какой бит является первым, а какой последним в кадре. Обнаруживает ошибки передачи. Повторяет передачу кадров, пораженных ошибками при передаче. Обеспечивает, чтобы кадры могли иметь любую длину, вплоть до заданного максимума, и могли содержать произвольные комбинации битов. Гарантирует, что ни один кадр не пропадет. Если к каналу передачи подключено более двух машин, то n n n 1) адресует кадры к нужной машине; 2) отрабатывает дисциплину, определяющую, когда, какая машина передает; 3) при этом управляющая машина должна обнаруживать ошибки во всех других машинах и соответствующим образом реагировать на них. Если требуется, допускает передачу данных в обоих направлениях. При желании максимизирует пропускную способность линии, применяя такие методы, как селективный запрос повторной передачи.

Технологии локальных сетей При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени, то есть режиме TDM. Использование разделяемых сред (shared media) позволяет упростить логику работы сети. Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и отрицательные последствия, из которых наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности. Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами, сети, в принципе ограничивало пропускную способность сети пропускной способностью этого пути (которая делилась в среднем на число компьютеров сети), а надежность сети — надежностью этого пути.

Технологии локальных сетей В последние несколько лет наметилось движение к отказу от разделяемых сред передачи данных в локальных сетях и переходу к применению активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. В чистом виде такой подход предлагается в технологии ATM (Asynchronous Transfer Mode), а в технологиях, носящих традиционные названия с приставкой switched (коммутируемый): switched Ethernet, switched Token Ring, switched FDDI, обычно используется смешанный подход, сочетающий разделяемые и индивидуальные среды передачи данных. Чаще всего конечные узлы соединяются в небольшие разделяемые сегменты с помощью повторителей, а сегменты соединяются друг с другом с помощью индивидуальных коммутируемых связей.

Полудуплексный и дуплексный режимы работы При использовании коммутаторов у традиционных технологий появился новый режим работы — полнодуплексный (full-duplex). В разделяемом сегменте станции всегда работают в полудуплексном режиме (halfduplex), так как в каждый момент времени сетевой адаптер станции либо передает свои данные, либо принимает чужие, но никогда не делает это одновременно. Это справедливо для всех технологий локальных сетей, так как разделяемые среды поддерживаются не только классическими технологиями локальных сетей Ethernet, Token Ring, FDDI, но и всеми новыми — Fast Ethernet, l 00 VG Any. LAN, Gigabit Ethernet. В полнодуплексном режиме сетевой адаптер может одновременно передавать свои данные в сеть и принимать из сети чужие данные. Такой режим несложно обеспечивается при прямом соединение с мостом/коммутатором или маршрутизатором, так как вход и выход каждого порта такого устройства работают независимо друг от друга, каждый со своим буфером кадров.

Сетевая модель локальных сетей (IEEE 802. x) Стандарты семейства IEEE 802. X охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI — физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Сетевая модель локальных сетей (IEEE 802. x) Специфика локальных сетей нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня: логической передачи данных (Logical Link Control, LLC); управления доступом к среде (Media Access Control, MAC). Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы — каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

Уровень MAC появился из за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень — уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, 100 VG Any. LAN.

Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Взаимодействие между сетевым и канальным уровнями Канальный уровень обеспечивает доставку пакета, «смаршрутизированного» сетевым уровнем, по заданному каналу связи, соседнему маршрутизатору либо конечному абоненту.

Подуровень LLC

Протокол LLC уровня управления логическим каналом (802. 2) Протокол LLC обеспечивает для технологий локальных сетей нужное качество услуг транспортной службы, передавая свои кадры либо дейтаграммным способом (без установления соединения), либо с помощью процедур с установлением соединения и восстановлением кадров. Заголовок Ethernet Кадр LLC Кадр Ethernet В основу протокола LLC положен протокол HDLC (High-level Data Link Control Procedure), являющийся стандартом ISO.

Три типа процедур уровня LLC В соответствии со стандартом 802. 2 уровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур: n n n LLC 1 — процедура без установления соединения и без подтверждения; LLC 2 — процедура с установлением соединения и подтверждением; LLC 3 — процедура без установления соединения, но с подтверждением. Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде, определенных стандартами 802. 3 802. 5, а также стандартом FDDI и стандартом 802. 12 на технологию l 00 VG Any. LAN.

Процедура без установления соединения и без подтверждения LLC 1 дает пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек. Это дейтаграммный режим работы. Обычно этот вид процедуры используется, когда такие функции, как восстановление данных после ошибок и упорядочивание данных, выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC. (Например при использовании стека TCP/IP).

Процедура с установлением соединений и подтверждением LLC 2 дает возможность установить логическое соединение перед началом передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока этих блоков в рамках установленного соединения. Протокол LLC 2 во многом аналогичен протоколам семейства HDLC (LAP B, LAP D, LAP M), которые применяются в глобальных сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях. Протокол LLC 2 работает в режиме скользящего окна.

Процедура без установления соединения, но с подтверждением LLC 3 Используется в случаях, когда временные издержки установления логического соединения перед отправкой данных неприемлемы, а подтверждение о корректности приема переданных необходимо, но базовая процедура без установления соединения и без подтверждения не подходит. Для таких случаев предусмотрена дополнительная процедура, называемая процедурой без установления соединения, но с подтверждением LLC 3.

Использование режимов LLC 1, LLC 2, LLC 3 Режим Протокол вышележащего уровня LLC 1 IP, IPX, Net. BIOS/Net. BUI LLC 2 Net. BIOS/Net. BUI, SNA Token. Ring Использование одного из трех режимов работы уровня LLC зависит от стратегии разработчиков конкретного стека протоколов. Например, в стеке TCP/IP уровень LLC всегда работает в режиме LLC 1, выполняя простую работу извлечения из кадра и демультиплексирования пакетов различных протоколов - IP, ARP, RARP. Аналогично используется уровень LLC стеком IPX/SPX. Cтек Microsoft/IBM, основанный на протоколе Net. BIOS/Net. BEUI, часто использует режим LLC 2. Это происходит тогда, когда сам протокол Net. BIOS/Net. BEUI должен работать в режиме с восстановлением потерянных и искаженных данных. В этом случае эта работа перепоручается уровню LLC 2. Если же протокол Net. BIOS/Net. BEUI работает в дейтаграммном режиме, то протокол LLC работает в режиме LLC 1. Режим LLC 2 используется также стеком протоколов SNA в том случае, когда на нижнем уровне применяется технология Token Ring.

Структура кадров LLC Все типы кадров уровня LLC имеют единый формат: Флаг 01111110 DSAP SSAP Control Data Флаг 01111110 Кадр LLC содержит поле данных и заголовок, который состоит из трех полей: • адрес точки входа службы назначения (Destination Service Access Point, DSAP); • адрес точки входа службы источника (Source Service Access Point, SSAP); • управляющее поле (Control). В зависимости от содержимого поля Control все кадры уровня LLC подразделяются на три типа: • информационные (I кадры) • управляющие и (S кадры) • ненумерованные (U кадры).

Типы кадров LLC Информационные кадры (Information) предназначены для передачи информации в процедурах с установлением логического соединения LLC 2 и должны обязательно содержать поле информации. В процессе передачи информационных блоков осуществляется их нумерация в режиме скользящего окна. • Управляющие кадры (Supervisory) предназначены для передачи команд и ответов в процедурах с установлением логического соединения LLC 2, в том числе запросов на повторную передачу искаженных информационных блоков. Ненумерованные кадры (Unnumbered) предназначены для передачи ненумерованных команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления логического соединения передачу информации, идентификацию и тестирование LLC уровня (LLC 1), а в процедурах с установлением логического соединения LLC 2 — установление и разъединение логического соединения, а также информирование об ошибках. •

Структура кадров LLC Адресные поля DSAP и SSAP занимают по 1 байту. Они позволяют указать, какая служба верхнего уровня пересылает данные с помощью этого кадра. Программ ному обеспечению узлов сети при получении кадров канального уровня необходимо распознать, какой протокол вложил свой пакет в поле данных поступившего кадра, чтобы передать извлеченный из кадра пакет нужному протоколу верхнего уровня для последующей обработки. Например, n n для протокола IP значение SAP равно 0 х6, для протокола Net. BIOS — 0 x. F 0 Поле данных кадра LLC предназначено для передачи по сети пакетов протоколов вышележащих уровней — сетевых протоколов IP, IPX, Apple. Talk, DECnet, в редких случаях — прикладных протоколов, когда те вкладывают свои сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.

Структура поля управления кадров LLC Тип кадра Поле управления (1 или 2 байта) имеет сложную структуру при работе в режиме LLC 2 и достаточно простую структуру при работе в режиме LLC 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Информационный (Information) Управляющий (Supervisory) Ненумерованный (Unnumbered) 0 N(S) P/F N(R) 1 0 S N(R) 1 M P/F M В режиме LLC 1 используется только один тип кадра ненумерованный. У этого кадра поле управления имеет длину в один байт. Все подполя управления ненумерованных кадров принимают нулевые значения, так что значимыми остаются только первые два бита поля, используемые как признак типа кадра. Учитывая, что в протоколе Ethernet при записи реализован обратный порядок бит в байте, то запись поля управления кадра LLC 1, вложенного в кадр протокола Ethernet, имеет значение 0 х03 (здесь и далее префикс 0 х обозначает шестнадцатеричное представление).

Режим LLC 2 В режиме LLC 2 используются все три типа кадров. В этом режиме кадры делятся на команды и ответы на эти команды. Бит P/F (Poll/Final) имеет следующее значение: n n в командах он называется битом Poll и требует, чтобы на команду был дан ответ; в ответах он называется битом Final и говорит о том, что ответ состоит из одного кадра. Ненумерованные кадры используются на начальной стадии взаимодействия двух узлов, а именно стадии установления соединения по протоколу LLC 2. Поле М ненумерованных кадров определяет несколько типов команд, которыми пользуются два узла на этапе установления соединения.

Команды передаваемые в ненумерованных кадрах Установить сбалансированный асинхронный расширенный режим (SABME). Эта команда является запросом на установление соединения. Расширенный режим означает использование двухбайтных полей управления для кадров остальных двух типов. Ненумерованное подтверждение (UA). Служит для подтверждения установления или разрыва соединения. Сброс соединения (REST). Запрос на разрыв соединения.

Управление потоком данных LLC 2 Выполняется с помощью механизма скользящего окна и супервизорных кадров: Отказ (REJect); n Приемник не готов (Receiver Not Ready, RNR); n Приемник готов (Receiver Ready, RR). Если приемник принимает кадр с номером N(S), неравным V(R), то этот кадр отбрасывается и посылается отрицательная квитанция Отказ (REJ) с номером V(R). При приеме отрицательной квитанции передатчик обязан повторить передачу кадра с номером V(R), а также всех кадров с большими номерами, которые он уже успел отослать, пользуясь механизмом окна в 127 кадров. команда RR с номером N(R) часто используется как положительная квитанция, когда поток данных от приемника к передатчику отсутствует; команда RNR для замедления потока кадров, поступающих на приемник. Это может быть необходимо, если приемник не успевает обработать поток кадров, присылаемых ему с большой скоростью за счет механизма окна. Получение кадра RNR требует от передатчика полной приостановки передачи, до получения кадра RR. n

Механизм скользящего окна В методе скользящего окна источнику разрешается передать некоторое количество пакетов в непрерывном режиме, то есть в максимально возможном для источника темпе, без получения на эти пакеты ответных квитанций.

Механизм скользящего окна Количество пакетов, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Например при размере окна равным 8:

Механизм скользящего окна При каждом получении квитанции окно перемещается (скользит), захватывая новые данные, которые разрешается передавать без подтверждения. Алгоритм скользящего окна имеет два настраиваемых параметра n n размер окна; время тайм аута ожидания прихода квитанции. Оба параметра влияют на пропускную способность сети. В сетях с редкими искажениями и потерями пакетов целесообразно устанавливать большие значения окна и тайм аута, в ненадежных сетях нужно работать с меньшими значениями как окна, так и тайм аута.

Стандарты подуровня МАС

Стандарты подуровня МАС Подуровень МАС обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом (методом доступа) в распоряжение той или иной станции сети. Стандартизовано 4 метода доступа: n n Метод соперничества ( CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection – Метод множественного доступа с контролем несущей и обноружением столкновений), стандарт IEEE 802. 3, технология Ethernet; Маркерная шина (Arc. Net) стандарт IEEE 802. 4; Маркерное кольцо (Token Ring) стандарт IEEE 802. 5; Доступ по приоритету запроса (100 VG-Any. LAN), стандарт IEEE 802. 12.

Метод доступа CSMA/CD Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину.

Метод доступа CSMA/CD Этапы доступа к среде 1. Прослушивание среды. Признаком не занятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском способе кодирования равна 5 10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент. 2. Передача. Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой (preamble), которая состоит из 7 байт, состоящих из значений 1010, и 8 го байта, равного 10101011. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком.

Метод доступа CSMA/CD Этапы доступа к среде 3. Прием. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные, передает их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр ответ. Адрес станции источника содержится в исходном кадре, поэтому станция получатель знает, кому нужно послать ответ. 4. Пауза (Inter Packet Gap) в 9, 6 мкс. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу. Эта пауза, называемая также меж кадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией.

Метод доступа CSMA/CD Возникновение коллизии Возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации — методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала.

Метод доступа CSMA/CD Метод случайного доступа CSMA/CD

Метод доступа CSMA/CD Обнаружение коллизии Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на границе байта) и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательностью.

Распространение коллизии

Метод доступа CSMA/CD Обработка коллизии Обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Случайная пауза выбирается по следующему алгоритму: Пауза = L х (интервал отсрочки), n где интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам (bt) для скорости 10 Мбит/с величина битового интервала равна 0, 1 мкс или 100 нc); L целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона [0, 2 N], где N — номер повторной попытки передачи данного кадра: 1, 2, . . . , 10. После 10 й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, случайная пауза может принимать значения от 0 до 52, 4 мс. Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.

Время двойного оборота и распознавание коллизий Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение: Tmin>=PDV, где Tmin — время передачи кадра минимальной длины, a PDV — время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети. Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный коллизией сигнал), то это время называется временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV). При выполнении этого условия передающая станция должна успевать обнаружить коллизию, которую вызвал ее переданный кадр, до того, как она закончит передачу этого кадра.

Схема возникновения и распространения коллизии

Параметры уровня MAC Ethernet 10 Мбит/c 10 Base 5 Параметры Значения Битовая скорость 10 Мбит/с Интервал отсрочки 512 битовых интервала Межкадровый интервал (IPG) 9, 6 мкс Максимальное число попыток передачи 16 Максимальное число возрастания диапазона паузы 10 Длина jam-последовательности 32 бита Максимальная длина кадра (без преамбулы) 1518 байт Минимальная длина кадра (без преамбулы) 64 байт (512 бит) Длина преамбулы 64 бит Минимальная длина случайной паузы после коллизии 0 битовых интервалов Максимальная длина случайной паузы после коллизии 524 000 битовых интервала Максимальное число сегментов сети 5 Максимальное расстояние между станциями сети 2500 м

Максимальная производительность сети Ethernet Для коммуникационного оборудования наиболее тяжелым режимом является обработка кадров минимальной длины - (64+8) байт=576 бит. Максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet составляет : 1/(57, 5+9, 6)10 -3=14 880 кадр/с. Максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet для кадров максимальной длины (1518+8=1526 байт) составляет 813 кадр/с. Под полезной пропускной способностью протокола понимается скорость передачи пользовательских данных, которые переносятся полем данных кадра. Для кадров минимальной длины полезная пропускная способность равна: СП = 14880 х 46 х 8 = 5, 48 Мбит/с. Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность равна: СП = 813 х 1500 х 8 = 9, 76 Мбит/с.

Формат кадров Ethernet Frame formats. (a) DIX Ethernet, (b) IEEE 802. 3.

Поля заголовка кадров Ethernet Поле преамбулы (Preamble) состоит из семи синхронизирующих байт 1010. При манчестерском кодировании эта комбинация представляется в физической среде периодическим волновым сигналом с частотой 5 МГц. Начальный ограничитель кадра (Start-of-framedelimiter, SFD) состоит из одного байта 10101011. Появление этой комбинации бит является указанием на то, что следующий байт — это первый байт заголовка кадра.

Поля заголовка кадров Ethernet Адрес назначения (Destination Address, DA) может быть длиной 2 или 6 байт. На практике всегда используются адреса из 6 байт. 1 2 3 4 5 6 Первый бит старшего байта адреса назначения является признаком того, является адрес индивидуальным или групповым. 0 индивидуальный (unicast), 1 групповой адрес (multicast). (0 x. FFFFFF широковещательный адрес (broadcast). Второй бит старшего байта адреса определяет способ назначения адреса централизованный или локальный. 0 адрес назначен централизованно, с помощью комитета IEEE. 1 – адрес назначен вручную. За уникальность младших 3 х байт адреса отвечает производитель оборудования. 24 бита, отводимые производителю для адресации интерфейсов, позволяют выпустить 16 миллионов интерфейсов.

Поля заголовка кадров Ethernet Адрес источника (Source Address, SA) — это 2 или 6 байтовое поле, содержащее адрес узла — отправителя кадра. Первый бит адреса всегда имеет значение 0. Длина (Length, L) — 2 байтовое поле, которое определяет длину поля данных в кадре. Поле данных (Data, ) может содержать от 0 до 1500 байт. Но если длина поля меньше 46 байт, то используется следующее поле — поле заполнения, — чтобы дополнить кадр до минимально допустимого значения в 46 байт. Поле заполнения (Padding) состоит из такого количества байт заполнителей, которое обеспечивает минимальную длину поля данных в 46 байт. Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Поле контрольной суммы (Frame Check Sequence, FCS) состоит из 4 байт, содержащих контрольную сумму. Это значение вычисляется по алгоритму CRC 32.

Форматы Кадров технологии Ethernet Протоколы верхних уровней задаются с помощью: Поля DSAP/SAP – 1 байт § кадр 802. 3/LLC: 0 х6 –IP; 0 x. F 0 – IPX; § кадр SNAP § 0 x. AA - LLC Поле T – тип протокола сетевого уровня, имеет длину: 2 байт в кадрах: § Ethernet II: § 0 x 0800 -IP; § Ethernet SNAP: § совпадает с полем Т кадра DIX Поле OUI – Уникальный идентификатор организации: 000000 IEEE

Форматы Кадров технологии Протоколы верхних уровней Ethernet задаются с помощью: Поля DSAP/SAP – 1 байт § кадр 802. 3/LLC: 0 х6 –IP; 0 x. F 0 – IPX; § кадр SNAP § 0 x. AA - LLC Поле T – тип протокола сетевого уровня, имеет длину: 2 байт в кадрах: § Ethernet II (DIX): § 0 x 0800 -IP; § 0 x 8137 – IPX; § 0 x 8006 –ARP; § 0 x 8035 – RARP. § Ethernet SNAP: § совпадает с полем Т кадра DIX Поле OUI – Уникальный идентификатор организации: 000000 - IEEE

Алгоритм определения типа кадра

Поддержка популярных протоколов сетевого уровня кадрами различных типов Тип кадра Ethernet II (DIX) Сетевые протоколы IPX, IP, Apple. Talk Phase I Raw 802. 3 (Novell 802. 3) IPX Ethernet 802. 3/LLC (Novell 802. 2) Ethernet SNAP IPX, FTAM IPX, IP, Apple. Talk Phase I

Подуровень физического соединения Ethernet Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0. 5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных в качестве общей шины. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

Спецификации физической среды Ethernet l 0 Base 5 — коаксиальный кабель диаметром 0, 5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента — 500 метров (без повторителей). l 0 Base 2 — коаксиальный кабель диаметром 0, 25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента — 185 метров (без повторителей). l 0 Base T — кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом — не более 100 м. l 0 Base F — волоконно оптический кабель. Топология аналогична топологии стандарта l. OBase T. Имеется несколько вариантов этой спецификации — n n FOIRL (расстояние до 1000 м), l 0 Base FL (расстояние до 2000 м), l 0 Base FB (расстояние до 2000 м).

«Правило 5 -4 -3» Это означает что в сети Ethernet может быть не более 5 сегментов, 4 повторителей и 3 нагруженных сегмента. Ограниченное число повторителей объясняется дополнительными задержками распространения сигнала, которые они вносят. Применение повторителей увеличивает время двойного распространения сигнала, которое для надежного распознавания коллизий не должно превышать время передачи кадра минимальной длины, то есть кадра в 72 байт или 576 бит.

l 0 Base-5

l 0 Base-5

Трансивер

l 0 Base-5

l 0 Base-2

10 Base 2

10 Base 2

l 0 Base-Т HUB

l 0 Base-Т

Иерархическое соединение концентраторов Ethernet l 0 Base Т В сетях 10 Base T «правило 4 х хабов» заменяет «правило 5 4 3» , применяемое к коаксиальным сетям

l 0 Base-Т

l 0 Base-Т

Ethernet Cabling Наиболее широко используемые типы кабеля.

Компоненты кабельной системы

Ethernet Cabling (2) Three kinds of Ethernet cabling. (a) 10 Base 5, (b) 10 Base 2, (c) 10 Base T.

Топологии сетей Ethernet Cable topologies. (a) Linear, (b) Spine, (c) Tree, (d) Segmented.

Производительность Ethernet Эффективность Ethernet 10 Мбит при времени двойного оборота 51, 2 мкс.

Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet l 0 Base 5 l 0 Base 2 l 0 Base T l 0 Base F Кабель Толстый коаксиальный Кабель RG 8 или RG 11 Тонкий коаксиальн ый кабель RG 58 Неэкрани рованная витая пара категорий 3, 4, 5 Многомо довый волоконно оптический кабель Максимальная длина сегмента, м 500 185 100 2000 Макс. расстояние между узлами сети (при использовании повторителей), м 2500 925 500 2500 (2740 для 10 Base FB) Максимальное число станций в сегменте 100 30 1024 Максимальное число повторителей между любыми станциями сети 4 4 (5 для 10 Base FB)

Высокоскоростные технологии Ethernet Fast. Ethernet. В 1995 г. комитет IEEE 802. 3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802. 3 и, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802. 3 в виде глав с 21 по 30. Gigabit. Ethernet. Первая версия стандарта была рассмотрена в январе 1997 года, а окончательно стандарт 802. 3 z был принят 29 июня 1998 года на заседании комитета IEEE 802. 3. Работы по реализации Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 были переданы специальному комитету 802. Заb, который уже рассмотрел несколько вариантов проекта этого стандарта, причем с июля 1998 года проект приобрел достаточно стабильный характер. Окончательно стандарт 802. Заb принят осенью 1999 года. 10 Gigabit. Ethernet. В 2001 г. появился проект стандарта.

Fast Ethernet Идея технологии Fast Ethernet родилась в 1992 году. Fast Ethernet именуется 100 Base. T, по аналогии с обозначениями применяемыми для сетей Ethernet 10 Мбит. Стандарт 100 Base. T включает в себя протокол обработки множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), который используется и в 10 Base. T. Fast Ethernet может работать на кабелях нескольких типов, в том числе и на витой паре.

Отличия технологий Fast Ethernet и Ethernet

Организация физического уровня Fast. Ethernet Организация физического уровня технологии Fast Ethernet является более сложной, поскольку в ней используются три варианта кабельных систем: волоконно оптический многомодовый кабель (два волокна) 100 Base-FX; витая пара категории 5 (две пары) 100 Base-TX; витая пара категории 3 (четыре пары) 100 Base-T 4. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется сокращением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10 мегабитной сетью Ethernet.

Структура физического уровня Fast Ethernet Физический уровень включает три элемента: Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII). Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI , мог работать с физическим уровнем через интерфейс MII. Устройство физического уровня (Physical Layer Device, PHY)

Интерфейс MII поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического стандарта Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования — манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс МП располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три FX, ТХ и Т 4.

Подуровень PHY Подуровень «Устройство физического уровня» (Physical Layer Device, PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней: n n n подуровня логического кодирования данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4 В/5 В или 8 В/6 Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet); подуровней физического присоединения и зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT 3; подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например полудуплексный или дуплексный (этот подуровень является факультативным).

Максимальная протяженность сети 100 Base. T

Технология Gigabit Ethernet Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состояла в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с. Сохраняются все формата кадров Ethernet Имеется полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD. Сохранение недорогого решения на основе разделяемой среды позволяет применять Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах имеющих быстрые серверы и рабочие станции Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно оптический, витая пара категории 5, экранированная витая пара.

Структура уровней стандарта Gigabit Ethernet

Технологии и соответствующие скорости передачи Тип; передачи Скорость Длина 10 Base 5 10 Мбит/с, толстый коаксиал 500 м 10 Base 2 10 Мбит/с, тонкий коаксиал 185 м 10 Base T 10 Мбит/с, неэкранированная витая пара 100 м 10 Base FL 10 Мбит/с, оптоволоконный кабель 2 км 100 Base TX 100 Мбит/с, неэкранированная витая пара (2 пары) 100 м 100 Base T 4 100 Мбит/с, неэкранированная витая пара (4 пары) 100 м 100 Base FX 100 Мбит/с, оптоволоконный кабель 412 м /2 км 1000 Base SX* 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), многомодовый оптоволоконный кабель (62. 5/125 мкм) 260 м 1000 Base SX 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), многомодовый оптоволоконный кабель (50/125 мкм) 500 м 1000 Base LX 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), многомодовый оптоволоконный кабель (62. 5/125 мкм) 400 м 1000 Base LX 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), многомодовый оптоволоконный кабель (50/125 мкм) 550 м 1000 Base LX 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), одномодовый оптоволоконный кабель (9/126 мкм) 5000 м 1000 Base CX 1000 Мбит/с, экранированный сбалансированный медный кабель 25 м 1000 Base TX 1000 Мбит/с, неэкранированная витая пара 100 м * Протяженность кабеля для скорости 1 Гбит/с приведена из текущего стандарта, находящегося в стадии утверждения.

Канальный уровень глобальных сетей Областью действия протоколов канального уровня WAN являются связи типа «точка-точка» глобальных сетей, когда протокол канального уровня ответственен за доставку кадра непосредственному соседу. Адрес в этом случае не имеет принципиального значения, а на первый план выходит способность протокола: n n предоставлять услуги сетевому уровню. структурировать передаваемые данные – оформлять в виде кадра. управлять потоком (темпом) приема/передачи. восстанавливать искаженные и утерянные кадры, так как плохое качество территориальных каналов, особенно коммутируемых телефонных, часто требует выполнения подобных действий.

Характеристики протоколов канального уровня Наиболее существенными характеристиками метода передачи, а значит, и протокола, работающего на канальном уровне, являются следующие: n n n n асинхронный/синхронный; символьно ориентированный/бит ориентированный; с предварительным установлением соединения/дейтаграммный (без установления); с обнаружением искаженных данных/без обнаружения; с обнаружением потерянных данных/без обнаружения; с восстановлением искаженных и потерянных данных/без восстановления; с поддержкой динамической компрессии данных/без поддержки.

Соотношение между пакетами и кадрами Пакет получаемый от сетевого уровня, протоколы канального уровня «упаковывают» в кадр путем обрамления пакета заголовком и хвостовиком. Заголовок должен обеспечить: n n Синхронизацию между приемником и получателем; Однозначно определить начало кадра; Передачу адресной информации; Передачу управляющей информации. В хвостовике располагается: n n Признак конца кадра (не всегда); Контрольная сумма.

Асинхронные протоколы Эти протоколы оперируют не с кадрами, а с отдельными символами, которые представлены байтами со старт стоповыми символами. Асинхронные протоколы ведут свое происхождение от тех времен, когда два человека связывались с помощью телетайпов по каналу «точка» . С развитием техники асинхронные протоколы стали применяться для связи телетайпов, разного рода клавиатур и дисплеев с вычислительными машинами. Единицей передаваемых данных был не кадр данных, а отдельный символ. Некоторые символы имели управляющий характер, например символ предписывал телетайпу или дисплею выполнить возврат каретки на начало строки. В этих протоколах существуют управляющие последовательности, обычно начинающиеся с символа . Эти последовательности вызывали на управляемом устройстве достаточно сложные действия например, загрузку нового шрифта на принтер.

Управляющие символы В асинхронных протоколах применяются стандартные наборы символов, чаще всего ASCII или EBCDIC. Так как первые 32 или 27 кодов в этих наборах являются специальными кодами, которые не отображаются на дисплее или принтере, то они использовались асинхронными протоколами для управления режимом обмена данными. В самих пользовательских данных, которые представляли собой буквы, цифры, а также такие знаки, как @, %, $ и т. п. , специальные символы никогда не встречались, так что проблемы их отделения от пользовательских данных не существовало.

Протокол XMODEM Постепенно асинхронные протоколы усложнялись и стали наряду с отдельными символами использовать целые блоки данных, то есть кадры. Например, популярный протокол XMODEM передает файлы между двумя компьютерами по асинхронному модему. n n n Начало приема очередного блока файла инициируется символьной командой - принимающая сторона постоянно передает символ ASCII NAK. Передающая сторона, приняв NAK, отправляет очередной блок файла, состоящий из 128 байт данных, заголовка и концевика. Заголовок состоит из специального символа SOH (Start Of Header) и номера блока. Концевик содержит контрольную сумму блока данных. Приемная сторона, получив новый блок, проверяла его номер и контрольную сумму. В случае совпадения этих параметров с ожидаемыми приемник отправлял символ АСК, а в противном случае - символ NAK, после чего передатчик должен был повторить передачу данного блока. В конце передачи файла передавался символ ЕОХ.

Синхронные протоколы В синхронных протоколах между пересылаемыми символами (байтами) нет стартовых и стоповых сигналов, поэтому отдельные символы в этих протоколах пересылать нельзя. Все обмены данными осуществляются кадрами, которые имеют в общем случае заголовок, поле данных и концевик. Все биты кадра передаются непрерывным синхронным потоком, что значительно ускоряет передачу данных. Так как байты в этих протоколах не отделяются друг от друга служебными сигналами, то одной из первых задач приемника является распознавание границы байт. Затем приемник должен найти начало и конец кадра, а также определить границы каждого поля кадра адреса назначения, адреса источника, других служебных полей заголовка, поля данных и контрольной суммы, если она имеется. Большинство протоколов допускает использование в кадре поля данных переменной длины. Иногда и заголовок может иметь переменную длину. Обычно протоколы определяют максимальное значение, которое может иметь длина поля данных.

Синхронные символьно-ориентированные и бит-ориентированные протоколы Синхронные протоколы канального уровня бывают двух типов: n символьно ориентированные (байт ориентированные) n бит ориентированные. Для обоих характерны одни и те же методы синхронизации бит. Главное различие между ними заключается в методе синхронизации символов и кадров.

Символьно-ориентированные протоколы используются в основном для передачи блоков отображаемых символов, например текстовых файлов. Синхронизация достигается за счет того, что передатчик добавляет два или более управляющих символа, называемых символами SYN, перед каждым блоком символов. В коде ASCII символ SYN имеет двоичное значение 0010110, это несимметричное относительно начала символа значение позволяет легко разграничивать отдельные символы SYN при их последовательном приеме. Символы SYN выполняют две функции: n n во-первых, они обеспечивают приемнику побитную синхронизацию, во-вторых, как только битовая синхронизация достигается, они позволяют приемнику начать распознавание границ символов SYN. После того как приемник начал отделять один символ от другого, можно задавать границы начала кадра с помощью другого специального символа. Обычно в символьных протоколах для этих целей используется символ STX (Start of Te. Xt, ASCII 0000010). Другой символ отмечает окончание кадра - ЕТХ (End of Te. Xt, ASCII 0000011).

Байт-стаффинг (1) Однако такой простой способ выделения начала и конца кадра хорошо работал только в том случае, если внутри кадра не было символов STX и ЕТХ. При подключении к компьютеру алфавитно-цифровых терминалов такая задача действительно не возникала. Тем не менее синхронные символьно-ориентированные протоколы позднее стали использоваться и для связи компьютера с компьютером, а в этом случае данные внутри кадра могут быть любые, если, например, между компьютерами передается программа. Наиболее популярным протоколом такого типа был протокол BSC компании IBM. Он работал в двух режимах n n непрозрачном, в котором некоторые специальные символы внутри кадра запрещались, прозрачном, в котором разрешалась передачи внутри кадра любых символов, в том числе и ЕТХ. Прозрачность достигалась за счет того, что перед управляющими символами STX и ЕТХ всегда вставлялся символ DLE (Data Link Escape). Такая процедура называется стаффингом символов (stuff - всякая всячина, заполнитель). А если в поле данных кадра встречалась последовательность DLE ЕТХ, то передатчик удваивал символ DLE, то есть порождал последовательность DLE ЕТХ. Приемник, встретив подряд два символа DLE, всегда удалял первый, но оставшийся DLE уже не рассматривал как начало управляющей последовательности, то есть оставшиеся символы DLE ЕТХ считал просто пользовательскими данными.

Байт-стаффинг (2) Границы кадра определяются флаговыми байтами. (а) Пример последовательности байт до и после байт стаффинга (b)

Ограничения байт-ориентированных протоколов Потребность в паре символов в начале и конце каждого кадра вместе с дополнительными символами DLE означает, что символьноориентированная передача не эффективна для передачи двоичных данных, так как приходится в поле данных кадра добавлять достаточно много избыточных данных. Кроме того, формат управляющих символов для разных кодировок различен, например, n n в коде ASCII символ SYN равен 0010110, в коде EBCDIC - 00110010. Метод байт-стаффинга допустим только с определенным типом кодировки, даже если кадр содержит чисто двоичные данные. Чтобы преодолеть эти проблемы, используется более универсальный метод, называемый бит-ориентированной передачей. Этот метод сейчас применяется при передаче как двоичных, так и символьных данных.

Бит-ориентированные протоколы На рис. показаны 3 различные схемы биториентированной передачи. Они отличаются способом обозначения начала и конца каждого кадра. Известны 3 схемы: n n n Схема с двумя флагами (а) Схема с одним флагом (б) Схема с использованием в качестве флагов запрещенных кодов (в).

Бит-стаффинг Для достижения прозрачности данных необходимо, чтобы флаг не присутствовал в поле данных кадра. Это достигается с помощью приема, известного как вставка 0 бита, - бит-стаффинга. Схема вставки бита работает только во время передачи поля данных кадра. Если эта схема обнаруживает, что подряд передано пять 1, то она автоматически вставляет дополнительный 0 (даже если после этих пяти 1 шел 0). Поэтому последовательность 01111110 никогда не появится в поле данных кадра. Аналогичная схема работает в приемнике и выполняет обратную функцию. Когда после пяти 1 обнаруживается 0, он автоматически удаляется из поля данных кадра. Бит-стаффинг гораздо более экономичен, чем байт-стаффинг, так как вместо лишнего байта вставляется один бит, следовательно, скорость передачи пользовательских данных в этом случае замедляется в меньшей степени.

Бит-стаффинг Исходные данные – любая комбинация битов Передаваемые с 0, вставленным после каждых пяти смежных единиц Принимающая машина выбрасывает каждый 0 после пяти смежных единиц 101010 111111 0111110 01111110 101010 11111011 01111100 01111101010 11111 11 011111 0 011111 10 Эта комбинация теперь не содержит шести смежных единиц и, следовательно, не будет воспринята как флаг (01111110)

Схема с одним флагом Во этой схеме для обозначения начала кадра имеется только стартовый флаг, а для определения конца кадра используется поле длины кадра, которое при фиксированных размерах заголовка и концевика чаще всего имеет смысл длины поля данных кадра. Эта схема наиболее применима в локальных сетях. В этих сетях для обозначения факта незанятости среды в исходном состоянии по среде вообще не передается никаких символов. Чтобы все остальные станции вошли в битовую синхронизацию, посылающая станция предваряет содержимое кадра последовательностью бит, известной как преамбула, которая состоит из чередования единиц и нулей 101010. . . Войдя в битовую синхронизацию, приемник исследует входной поток на побитовой основе, пока не обнаружит байт начала кадра 10101011, который выполняет роль символа STX. За этим байтом следует заголовок кадра, в котором в определенном месте находится поле длины поля данных. Таким образом, в этой схеме приемник просто отсчитывает заданное количество байт, чтобы определить окончание кадра.

Сема с запрещенными кодами Эта схема использует для обозначения начала и конца кадра флаги, которые включают запрещенные для данного кода сигналы (code violations, V). Например, при манчестерском кодировании вместо обязательного изменения полярности сигнала в середине тактового интервала уровень сигнала остается неизменным и низким (запрещенный сигнал J) или неизменным и высоким (запрещенный сигнал К). Начало кадра отмечается последовательностью JKOJKOOO, а конец - последовательностью JK 100. Этот способ очень экономичен, так как не требует ни битстаффинга, ни поля длины, но его недостаток заключается в зависимости от принятого метода физического кодирования. При использовании избыточных кодов роль сигналов J и К играют запрещенные символы, например, в коде 4 В/5 В этими символами являются коды 11000 и 10001.

Протоколы с гибким форматом кадра Для большей части протоколов характерны кадры, состоящие из служебных полей фиксированной длины. Исключение делается только для поля данных, с целью экономной пересылки как небольших квитанций, так и больших файлов. Однако существует ряд протоколов, в которых кадры имеют гибкую структуру. Например, к таким протоколам относятся очень популярный прикладной протокол управления сетями SNMP, а также протокол канального уровня РРР, используемый для соединений типа «точка-точка» . Кадры таких протоколов состоят из неопределенного количества полей, каждое из которых может иметь переменную длину. Начало такого кадра отмечается некоторым стандартным образом, например с помощью флага, а затем протокол последовательно просматривает поля кадра и определяет их количество и размеры. Каждое поле обычно описывается двумя дополнительными полями фиксированного размера.

Протоколы канального уровня глобальных сетей (WAN)

Протоколы канального уровня WAN Протокол Разрабатывающая протокол организация HDLC Higher level Data Link Control ISO ADCCP Advanced Data Communication Control Procedures ASA Рекомендация Х. 25 Протокол уровня 2 (в настоящее время идентичен HDCL) МККТТ Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии SDLC Synchronous Data Link Control IBM UDLC Universal Data Link Control Srerry Univac CDLC (заменен на HDLC) CDC BDLC (заменен на HDLC) Burroughs

Протокол SDLC Протокол Synchronous Data-Link Control (SDLC) (Управление синхронным каналом передачи данных) разработан фирмой IBM в середине 1970 гг. для применения в окружениях Systems Network Architecture (SNA) (Архитектура системных сетей). SDLC был первым из протоколов канального уровня, базирующегося на синхронном бит-ориентированном режиме работы. По сравнению с синхронным, ориентированным по символам (например, BSC фирмы IBM) и синхронным, с организацией счета байтов (например, Digital Data Communications Message Protocol - Протокол Сообщений Цифровой Связи). После разработки SDLC компания IBM представила его на рассмотрение в различные комитеты по стандартам. Международная Организация по Стандартизации (ISO) модифицировала SDLC с целью разработки протокола HDLC (Управление каналом связи высокого уровня).

Основы технологии SDLC (1) SDLC поддерживает разнообразные типы соединений и топологий. Он может применяться в сетях: n n с двухточечными (непосредственными) и многоточечными связями, со связанным и несвязанным носителем, с полностью и наполовину дублированными средствами передачи, с коммутацией цепей и коммутацией пакетов. SDLC идентифицирует два типа сетевых узлов: n Первичный Управляет работой других станций (называемых вторичными). Первичный узел опрашивает вторичные в заранее заданном порядке. После этого вторичные узлы могут передавать, если у них имеются исходящие данные. Первичный узел также устанавливает каналы и завершает их работу, и управляет каналом во время его функционирования. n Вторичные Управляются первичным узлом. Вторичные узлы могут только отсылать информацию в первичный узел, но не могут делать этого без получения разрешения от первичного узла.

Основы технологии SDLC (2) Первичные и вторичные узды SDLC могут быть соединены в соответствии со следующими четырьмя основными конфигурациями: n n Point-to-point (двухточечная). Предполагает только два узла: один первичный и один вторичный. Multipoint (многоточечная). Включает в себя один первичный и множество вторичных узлов. Loop (контур). Подразумевает топологию контура, когда первичный узел соединяется с первым и последним вторичными узлами. Промежуточные вторичные узлы, отвечая на запросы первичного узла, передают сообщения друг через друга. Hub go-ahead (готовый вперед). Предполагает наличие входного и выходного каналов. Первичный узел использует выходной канал для связи со вторичными узлами. Вторичные узлы используют входной канал для связи в первичным. Входной канал соединяется с первичным узлом через каждый вторичный по схеме гирляндной цепи.

Конфигурация сети SDLC Групповой контроллер на отдаленном пункте подключен к "немым" терминалам и к сети Token Ring. На вычислительном центре вычислительная машина IBM подключена (через оборудование подключения каналов) к фронтальному процессору (FEP), который может также иметь связи с местными локальными сетями Token Ring и каналом SNA. Оба пункта соединены с помощью арендуемой, базирующейся на SDLC, 56 -Kb/сек линии.

Формат кадра SDLC 1 • 0 - Информационные кадры (Information (I) frames). • 01 - Супервизорные кадры(Supervisory (S) frames) • 11 - Ненумерованные кадры(Unnumbered (U) frames). Кадр начинается и заканчивается "флагом" (flag) - "01111110". (Схема с двумя флагами). Внутри кадра байт со значением равным "флагу" не должно встречаться. Данное ограничение было преодолено в протоколах HDLC и LAPB. В данных протоколах был введен механизм битстаффинга. Поле "адрес" (address) всегда содержит адрес вторичного узла, задействованного в текущей связи. Т. к. первичный узел является либо источником связи, либо пунктом назначения, нет необходимости включать его адрес - он заранее известен всем вторичным узлам. "Управляющее" (control) поле использует три разных формата в зависимости от использованного типа кадра SDLC. Поле FCS рассчитывается при помощи циклического избыточного кода" (cyclic redundency check) (CRC).

Виды кадров SDLC Информационные кадры данных (Information (I) frames). Эти кадры содержат информацию высших уровней и определенную управляющую информацию (необходимую для работы с полным дублированием). Номера последовательностей отправки и приема и бит "опроса последнего" (P/F) выполняют функции управления потоком информации с помощью механизма «скользящего окна» . Номер последовательности отправки (send sequence number) относится к номеру блока данных, который должен быть отправлен следующим. Номер последовательности приема (receive sequence number) обеспечивает номер блока данных, который должен быть принят следующим. При полностью дублированном диалоге как отправитель, так и получатель хранят номера последовательностей отправки и приема. Первичный узел использует бит P/F, чтобы сообщить вторичному узлу, требует он от него немедленно ответного сигнала или нет. Вторичный узел использует этот бит для того, чтобы сообщить первичному, является текущий блок данных последним или нет. • Блоки данных супервизора (Supervisory (S) frames). Эти кадры обеспечивают управляющую информацию. У них нет информационного поля. Блоки данных супервизора запрашивают и приостанавливают передачу, сообщают о состоянии и подтверждают прием блоков данных "I". • Непронумерованные блоки банных (Unnumbered (U) frames). Эти кадры не содержат номеров подтверждаемых/принимаемых блоков данных. Они могут иметь информационное поле. • Блоки данных "U" используются для управляющих целей. Например, они могут определять одно- или двубайтовое поле управления, инициализировать вторичные узлы и

Механизм «скользящего окна» с подтверждением каждого кадра Размер окна 1, с 3 битным номером последовательности (a) – начальное состояние окна передатчика и приемника (b) – состояние окна после передачи первого кадра (c) состояние окна после приема первого кадра (d) состояние окна после подтверждения первого кадра

Механизм «скользящего окна» с подтверждение нескольких кадров При размере окна приемника =1, он будет ожидать повторения передачи очередного пакета, что в случае если размер окна передатчика > 1 приведет к длительному простою процесса обмена. При увеличении размера окна, приемник может принимать и подтверждать следующие кадры, процесс обмена в канале не задерживается Передача при возникновении ошибок: (a) – размер окна приемника = 1 (b) размер окна приемника > 1

Механизм «скользящего окна» с использованием селективного повтора (a) – начальное состояние с размером окна 7; (b) – состояние после передачи и приема, но без подтверждения 7 ми кадров; (с) – начальное состояние с размером окна 4; (d) состояние после передачи и приема, но без подтверждения 4 х кадров;

Протоколы производные от SDLC HDLC. Несмотря на то, что в HDLC не вoшли несколько характеристик, используемых в SDLC, он считается разновидностью SDLC, совместимой с ним. HDLC был изменен ISO в 1980 г. LAP (стек X. 25) считается разновидностью HDLC. LAPB был разработан, чтобы обеспечить продолжение совместимости с HDLC, после внесения изменений. IEEE 802. 2 является модификацией HDLC для окружений LAN.

Протокол HDLC Протокол используется в каналах доступа к хостам и маршрутизаторам. Обеспечивает гарантированную доставку кадров, работающим на основе алгоритмов установления соединения и скользящего окна. HDLC является бит-ориентированным синхронным протоколом канального уровня. Для синхронизации канала используется комбинация типа "флаг" (код 01111110). Началом передаваемого блока данных (кадра) является первый байт после флага, отличный от него. После передачи последнего информационного байта сразу передаются флаги. Для обеспечения прозрачности кода передаваемой информации используется процедура «бит-стаффинга» (принудительное добавление “ 0” после следующих подряд пяти “ 1”). Он использует 23 различных типа кадров и обеспечивает снижение вероятности искажения бита с 10 -3, что характерно для территориальных каналов, до 10 -9. Имеет статус стандарта ISO. Протокол рассчитан на полнодуплексные соединения.

Режимы передачи HDLC обеспечивает следующие три режима передачи: n n n Режим нормальной ответной реакции (NRM). В этом режиме вторичные узлы не могут иметь связи с первичным узлом до тех пор, пока первичный узел не даст разрешения. Режим асинхронной ответной реакции (ARM). Этот режим передачи позволяет вторичным узлам инициировать связь с первичным узлом без получения разрешения. Асинхронный сбалансированный режим (ABM). В режиме АВМ появляется "комбинированный" узел, который, в зависимости от ситуации, может действовать как первичный или как вторичный узел. Все связи режима АВМ имеют место между множеством комбинированных узлов. В окружениях АВМ любая комбинированная станция может инициировать передачу данных без получения разрешения от каких либо других станций.

Кадр HDLC 16 битовая проверочная последовательность кадра 8 битовый адрес станции, которой посылается кадр Флаг, указывающий начало кадра 01111110 8 битовое управляющее поле Информационное поле может содержать любую комбинацию и любое число битов. В супервизорных кадрах информационное поле отсутствует. Флаг, указывающий конец кадра 01111110

Формат кадра. Заголовок. Байты заголовка содержат следующую информацию. n n n Байт 1: флаг, 01111110, который говорит о начале кадра. Байт 2: 8 битовый адрес, позволяющий иметь 255 адресов для одного физического звена связи. В HDLC это число может быть при необходимости увеличено за счет одного или нескольких дополнительных байтов. Обычно адрес—это адрес одной конкретной станции. Однако могут быть и широковещательные адреса, при которых кадр принимается всеми станциями звена, и адреса групп станций. Одна станция, таким образом, может иметь несколько адресов. Она анализирует адресный байт и, если оказывается, что адрес относится к ней, принимает кадр. Байт 3: 8 битовый управляющий байт, содержащий информацию, управляющую звеном связи, которую мы рассмотрим позднее. Этот байт может также дополняться еще одним байтом.

Формат кадра. Концевик. Байты хвостовика содержат: n n Байты 1 и 2: 16 -битовый код контроля ошибок (проверочная последовательность кадра). Байт 3: флаг, 01111110, говорящий о конце кадра. Когда принимающая станция обнаруживает конец кадра, она анализирует предыдущие два байта и выполняет алгоритм контроля ошибок. Процедура бит стаффинга, относится ко всем битам между флагами, включая адресные, управляющие и проверочные байты. Контроль ошибок также распространяется на все эти биты. Признак ошибки. Если между флагами окажется меньше 32 бит, кадр считается неправильным, и он отбрасывается принимающей станцией.

ПРОМЕЖУТОК МЕЖДУ КАДРАМИ Обычно в промежутке между передачей кадров канал находится в активном состоянии. В этом состоянии непрерывно посылаются флаговые байты. Принимающая машина, обнаружив флаговый байт, не сопровождаемый следующим флаговым байтом, считает, что началась передача кадра. Таким образом: 0111 1110 01111110 00001011101 Конец кадра Адресный байт нового кадра

ПАССИВНОЕ СОСТОЯНИЕ КАНАЛА И ОБРЫВ КАДРА Передающая машина может оборвать кадр, который она начала передавать, передачей, по крайней мере, семи смежных единиц (без вставки нулей). Считается, что канал находится в пассивном состоянии, когда в нем обнаружено 15 или более смежных единиц. В этом случае ведущая станция должна повторно опросить ведомую прежде, чем посылать ей I кадр. Станция может оборвать кадр без перевода звена в пассивное состояние, передав восемь смежных единиц, а затем флаг. Это просто приведет к отмене кадра, после чего можно будет обычным образом передавать новый кадр. Существует два типа обрыва кадра: n n 1111111: переводит звено в пассивное состояние так, что ведущая станция должна повторно опросить ведомую. 1111 01111110: отменяет текущий кадр так, что сразу можно передавать новый I кадр.

Структура кадра HDLC

Расширение формата кадра. Расширение адреса. Допускаются следующие расширения формата кадра: n Расширение адреса. Адрес можно расширить путем присоединения дополнительного байта. Обычно под адрес отводится один 8 битовый байт, и все 256 комбинаций используются как допустимые значения адресов. По заранее устанавливаемой договоренности первый передаваемый бит (младший значащий бит) адресного байта можно зарезервировать; n если он равен 0, это указывает на то, что следующий байт также относится к полю адреса. Аналогично равенство 0 первого бита во втором байте говорит о наличии третьего адресного байта и т. д. Если первый бит в самом первом адресном байте равен 1, то дополнительных адресных байтов нет и диапазон адресов равен 128.

Расширение управляющего поля. 8 битовый управляющий байт в большинстве кадров содержит один или два 3 битовых счетчика, используемых, для управления звеном. Управляющее поле можно расширить на один следующий байт так, чтобы счетчики стали 7 битовыми и счет мог идти не по модулю 8, а по модулю 128. Для большинства наземных звеньев связи достаточно 3 битовых счетчиков. 7 битовые счетчики желательны для широкополосных спутниковых каналов: если в управляющей процедуре использовать счетчики меньшего размера, то при времени распространения сигнала около 270 мс фактическая пропускная способность окажется намного ниже номинальной.

Расширение проверочной последовательности кадра. 16 битовый код контроля ошибок достаточен для большинства каналов. В соответствии со стандартом HDLC число битов в проверочной последовательности может быть увеличено на один или несколько байтов, если в будущем возникает необходимость в более мощной защите.

Первичная и вторичная станции Первичная станция. В многоточечных звеньях работа обычно происходит в режиме опроса, и станция, которая опрашивает другие, является первичной. Предполагается, что первичная станция несет ответственность за организацию потока данных и операции восстановления после сбоев для своего звена. Вторичная станция. Станция передающая данные в ответ на команду опроса. Кадр, посылаемый от первичной станции к вторичной, называется командой, а от вторичной к первичной — ответом. В двух точечном звене любая станция мо жет быть первичной. Первичная станция должна обладать большими логическими возможностями по сравнению со вторичной, и поэтому, когда терминал подключается к компьютеру, роль первичной станции, как правило, играет компьютер.

Комбинированная станция. Некоторые станции могут сочетать функции первичных и вторичных. В этом случае они называются комбинированными. Протокол передачи между комбинированными станциями может быть симметричным, т. е. обе станции звена выполняют один и тот же набор управляющих функций. Такой способ работы очень важен для компьютерных сетей, он называется сбалансированным.

Режимы работы Вторичная станция обычно работает в одном из двух режимов: в режиме нормального ответа, в котором станция начинает передачу только в том случае, если первичная станция дает соответствующую команду, и n в режиме асинхронного ответа, в котором станции разрешается начать передачу без команды от первичной станции. n

Режим нормального ответа В режиме нормального ответа вторичная станция может начать передачу только в ответ на командный кадр от первичной станции. Ее ответ состоит из одного или нескольких кадров, он должен содержать указание, какой кадр ответа последний. После этого вторичная станция лишается возможности передавать до получения новой команды. Это общепринятый способ работы для терминалов, терминальных контроллеров и линий с опросом. Ответственность за звено лежит на первичной станции, и она должна обеспечивать опросы, посылая команды вторичным станциям. Первичная станция отвечает за тайм ауты, повторные передачи и все формы действий по восстановлению.

Режим асинхронного ответа (1) В режиме асинхронного ответа вторичная станция может по своей инициативе начать передачу кадра или группы кадров. В этих кадрах может содержаться информация или они могут служить только целям управления. Начав передачу, вторичная станция отвечает за тайм ауты и повторные передачи, если на посылаемые ею кадры не будут получены подтверждения правильности приема. В режиме асинхронного ответа вторичная станция может на какие то периоды времени отключаться и не опрашиваться первичной станцией. При переключении снова в работоспособное состояние она должна инициировать передачу первичной станции. Допускается подключение такой станции к многоточечной линии, в которой другие станции работают в режиме как нормального, так и асинхронного ответа.

Режим асинхронного ответа (2) Режим асинхронного ответа необходим для управления кольцом станций или многоточечной линией с опросом по цепочке. В обоих случаях вторичная станция может получить от другой вторичной станции сообщение с разрешением работать и в ответ на него начать передачу. Сигнал разрешения работать продвигается по кольцу или вдоль линии. Для некоторых специальных типов физических звеньев процедуры управления предполагают наличие первичных и вторичных станций, но требуют, чтобы именно вторичные станции инициировали передачу. Так, например, обстоит дело в семействе протоколов ALOHA, применяемых в пакетной радиосети.

Сбалансированный режим В сетях со структурой произвольного графа желательно обеспечить двусторонние интенсивные информационные потоки между узлами. Важно, чтобы эффективность передач была как можно более высокой, а время передачи как можно более коротким. Для таких случаев и был разработан режим асинхронного ответа, позволяющий любому узлу инициировать передачу. Однако для достижения еще большей эффективности HDLC вводит сбалансированный класс процедур. При сбалансированной работе предполагается, что каждая станция играет роль и первичной, и вторичной, т. е. является комбинированной станцией. Все станции работают по одному и тому же набору протоколов. Любая станция может посылать и принимать как команды, так и ответы. Станции несут равную ответственность за нейтрализацию ошибок. Этот режим называется асинхронным сбалансированным режимом, АВМ (Asynchronous Balanced Mode), поскольку любая станция может начать передачу в любое время. Иногда его называют просто сбалансированным режимом.

Три типа кадров HDLC Формат управляющего байта в трех типах кадров В протоколе HDLC и других введены кадры трех типов. Они обозначаются так: n I-кадр: кадр, в котором переносится информация. Такие кадры содержат 1 2 3 4 5 6 7 8 пользовательские данные. Порядковый 0 P/F n S-кадр: супервизорный кадр. При номер передачи Ns номер приема Nr помощи кадров этого типа выполняются такие функции супервизорного управления, как Супервизорные Порядковый подтверждение приема, запрос команды и 1 0 P/F передачи и запрос на временную номер приема Nr ответы приостановку передачи. При нормальном ходе работы нужны Ненумерованные только I-кадры и S-кадры. Ненумерованные команды и 1 1 P/F команды и ответы n U-кадр: ненумерованный кадр. Кадры ответы этого типа используются для дополнительных функций управления Бит опроса, если кадр передается первичной звеном. Кадры называются Эти биты определяют тип кадра станцией (P) Бит конца (или концовки), если кадр передается вторичной станцией (F) ненумерованными, поскольку они не содержат порядковых номеров.

Управляющий байт выполняет несколько функций в управлении обменом информации. Бит опроса/конца (P/F) (бит 5) n n Бит опроса устанавливается в 1 в командах, если требуется ответ. В ответ может быть послано несколько кадров. Последний кадр в ответе на команду содержит бит конца, равный 1, и на него требуется подтверждение. Обмен между станциями контролируется с помощью порядковых номеров. Как правило это 3 битовые номера, которые могут быть расширены до 7 бит. Счет в 3 битовых номерах идет от 0 до 7, после чего снова идет 0.

Управляющий байт Каждый информационный кадр идентифицируется порядковым номером Ns в разрядах с 2 по 4 управляющего байта. Прием информационного кадра удостоверяется посылкой подтверждения, в котором содержится порядковый номер следующего информационного кадра, который принимающая станция ожидает получить, Nr. При этом предполагается, что все кадры, предшествующие Nr, были приняты правильно. Супервизорный кадр, в котором может передаваться подтверждение, содержит Nr в последних трех битах управляющего байта. Подтверждение может быть также передано в информационном кадре. Поэтому информационный кадр содержит два порядковых номера: n свой собственный номер, Ns, и номер, которым подтверждается принятый кадр, Nr. Два бита в S кадре определяют его тип. Таким образом, S кадры могут быть четырех типов. В U кадрах нет порядковых номеров, поэтому для идентификации типа U кадров используется 5 бит. Всего, таким образом, может быть 32 типа U кадров, однако не все типы задействованы.

S-кадры При помощи S кадров осуществляется управление передачей информации, которую несут I кадры. В S кадрах нет битов между заголовком и хвостовиком. Другими словами, обычно это 6 байтовые кадры. Их всего 4, и каждый может быть либо командой, или ответом. Тип задается в битах 3 и 4. В каждом S кадре есть порядковый номер приема Nr. Значения битов 3 и 4 связаны с типами следующим образом: n n 00: RR (Receive Ready) 01: REJ (Reject) 10: RNR (Receive Not Ready) 11: SREJ (Selective Reject) к приему готов; переспрос; к приему не готов; селективный переспрос.

S-кадр RR RR (к. приему готов). Кадр посылается первичной или вторичной станцией для того, чтобы: n n 1) дать подтверждение, что она правильно приняла кадры до Nr— 1 включительно; 2) сообщить, что она готова к приему кадра Nr. Это нормальный механизм управления потоком информационных кадров, передаваемых без ошибок. Кадром RR можно воспользоваться для опроса вторичной станции, сообщив фактически следующее: «Ожидается I кадр с номером Nr; если такой кадр готов, посылайте его» . Когда вторичная станция не готова послать данные, она отвечает также кадром RR, который означает: n «Пока я не имею I кадра для передачи; следующий I кадр, который я ожидаю от Вас, —кадр с номером Nr» . В многоточечной линии таким способом первичная станция по очереди может опросить каждую вторичную станцию.

S-кадр RNR (к. приему не готов). Кадр посылается первичной или вторичной станцией, чтобы сообщить, что она временно находится в состоянии занятости и не может принимать информационные кадры. Порядковый номер Nr говорит о том, что по окончании состояния занятости станция ожидает именно такой кадр, и служит также подтверждением, что предыдущие кадры приняты правильно. Об окончании состояния занятости можно сигнализировать при помощи других допустимых S кадров и некоторых типов U кадров.

S-кадр REJ (переспрос). Кадр посылается первичной или вторичной станцией для запроса передачи или повторной передачи информационного кадра Nn и следующих за ним кадров. Предполагается, что кадры, предшествующие Nr, приняты правильно. В каждый конкретный момент времени для каждого направления передачи по физическому звену может быть только одно состояние переспроса. Состояние переспроса снимается после того, как будет правильно принят I кадр с номером Ns, равным Nr в кадре REJ.

S-кадр SREJ (селективный переспрос). Кадр посылается первичной или вторичной станцией для запроса передачи одного I кадра с номером Nr. Он подтверждает правильность приема кадров до Nr и информирует, что кадр Nr не был принят правильно. После передачи селективного переспроса станция примет только I кадр с номером Nr. Особое состояние SREJ будет снято после получения запрошенного I кадра. Селективный переспрос предназначен для способа обработки ошибок, известного как селективный запрос повторной передачи. Принимающая станция непрерывно передает подтверждения на поступающие кадры. Если кадр оказывается ошибочным, повторно передается только он.

Управление передачей Для организации связи станции обмениваются кадрами, определяющими режим передачи данных: n n n В качестве команд установления соединения используются кадры SABM, SABME, SNRME, SARME. Для подтверждения соединения используется кадр UA. Для разъединения используются кадры DISC, DM, RD. Для передачи данных используется кадр I. Каждый кадр I нумеруется. Для управления потоком кадров используются RR, RNR, RES, SRES. Каждый переданный кадр I должен быть подтвержден кадром RR или I. В случае неготовности станции формируется кадр RNR. Для запроса повторной передачи используется кадр REJ либо SREJ.

Протоколы канального уровня Internet PPP, SLIP

Протоколы канального уровня Internet PPP, SLIP

Протоколы SLIP и PPP обеспечивают подключения компьютеров по линиям связи «точка» . Например к серверу находящемуся в локальной сети, которая, в свою очередь, выходит в Internet. В настоящее время (2004 г. ) для подключения к Internet и к серверам удаленного доступа абсолютное большинство пользователей домашних компьютеров используют протокол Point to Point Protocol (PPP).

Протокол SLIP Первым стандартом де факто, позволяющим устройствам, соединенным последовательной линией связи, работать по протоколам TCP/IP , был протокол SLIP (Serial Line IP ), созданный в начале 80 х годов и в 1984 году встроенный Риком Адамсом (Rick Adams) в ОС 4. 2 Berkley UNIX. Позднее SLIP был поддержан и в других версиях UNIX и реализован в программном обеспечении для ПК. Популярность протокола SLIP (RFC 1065) объясняется тем, что он дал возможность подключаться к сети Internet посредством стандартного порта RS 232, имеющегося в большинстве компьютеров. В настоящее время SLIP широко используется в основном на домашних компьютерах, подключенных к последовательным линиям, которые имеют пропускную способность от 1200 бит/с до 19, 2 Кбит/с. Это байт ориентированный протокол, поддерживающий процедуру байт стаффинга.

Размещение IP-пакета в кадре SLIP – протокол не обеспечивающий: n адресации; n защиты от ошибок; n процедуры подтверждения; n управление темпом передачи n сжатие. Начало и конец кадра обозначаются байтами с кодом C 0 (16 тиричный) В качестве ESC кода при байт стаффинге используется 2 байта: n n DB DC при передаче флага C 0 DB DD при передаче кода DB в теле пакета сетевого уровня. Для установления связи по протоколу SLIP в стеке протоколов TCP/IP компьютеры должны иметь информацию об адресах IP друга. Но в протоколе SLIP нет механизмов, дающих возможность обмениваться адресной информацией. Это ограничение не позволяет использовать SLIP для некоторых видов сетевого сервиса. Другой недостаток SLIP отсутствие индикации типа протокола, пакет которого инкапсулируется в пакет SLIP. Поэтому через последовательную линию по протоколу SLIP можно передавать трафик лишь одного сетевого протокола.

Недостатки протокола SLIP При работе с реальными телефонными линиями, зашумленными и поэтому искажающими пересылаемые данные, требуются процедуры обнаружения и коррекции ошибок. В протоколе SLIP такие процедуры не предусмотрены. Эти функции обеспечивают: n n Либо вышележащие протоколы, например, в стеке TCP/IP протокол IP проводит тестирование целостности пакета по заголовку IP, а один из двух транспортных протоколов (UDP или TCP) проверяет целостность всех данных по контрольным суммам. Однако в протоколе UDP не обязательно использование контрольных сумм, поэтому совместное использование UDP и SLIP нежелательно. Либо нижележащие протоколы. Поскольку для установления соединения по протоколу SLIP обычно используется модем, работающий по телефонной линии и подключенный к асинхронному, последовательному порту. К сожалению, в телефонной линии всегда присутствуют помехи, иначе называемые шумом, поэтому модемы, подключаемые к телефонной сети, отличают данные от возможных помех, пользуясь различными параметрами связи. При использовании модема и программного обеспечения для обмена данными настраиваются определенные параметры связи, такие как скорость, размер данных, контроль четности. Для успешного взаимодействия двух модемов оба они должны быть одинаково настроены.

Недостатки протокола SLIP может работать только совместно с IP Каждая из сторон должна заранее знать Ip адрес В протоколе отсутствует процедура идентификации, так что каждая из сторон не знает точно с кем поддерживается соединение. Отсутствие этих возможностей делает протокол SLIP очень простым в реализации и, следовательно, популярным. Имеется ряд различных реализаций протокола SLIP является не утвержденным стандартом.

Протокол CSLIP Низкая пропускная способность последовательных линий вынуждает сокращать время передачи пакетов, уменьшая объем содержащейся в них служебной информации. Эта задача решается с помощью протокола Compressed SLIP, поддерживающего сжатие заголовков пакетов. Этот протокол был создан в Lawrence Berkeley Labs (LBL) Ван Якобсоном, как способ повысить эффективность последовательной передачи и уровень сервиса прикладных программ, использующих TCP/IP на медленных линиях. Появление CSLIP объясняется тем, что при использовании программ типа telnet, rlogin и других для пересылки одного байта данных требуется переслать 20 байтовый заголовок пакета IP и 20 байтовый заголовок пакета TCP . Спецификация CSLIP обеспечивает сжатие 40 байтов заголовка до 3 5 байтов. На низких скоростях передачи данных эта разница заметна только при работе с пакетами, несущими малые объёмы информации, такие пакеты порождаются, например, при работе telnet или rlogin. На больших же скоростях CSLIP даёт меньший выигрыш и почти ничего не даёт для пакетов с большими объёмами данных, например, ftp пакетов.

Организация цепочек CSLIP для пересылки пакета использует информацию из предыдущего пакета, т. е. передача имеет структуру цепочки. Для сокращения объема передаваемых пакетов используется тот факт, что у следующих друг за другом пакетов многие поля заголовков совпадают. В этом случае CSLIP пропускает повторяющиеся поля IP пакетов. Кроме того, отличающиеся поля посылаются в виде приращений относительно значений указанных в предыдущих пакетах. Первый пакет в цепочке несжатый. Если какой либо пакет теряется, то цепочка рвётся, нельзя этот же пакет запросить в самом конце, его нужно пересылать заново тут же, т. е. прекращать процесс передачи и начинать новую цепочку. Таким образом, эта технология при частых пропажах или искажениях пакетов приводит к большим потерям времени, чем обычный SLIP . Это происходит из за задержек на остановку и передачу нового несжатого пакета.

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol) предназначен для организации двухточечного соединения сетевых объектов по последовательному каналу связи. Разработан IETF (Internet Engineering Task Force) в конце 80 -х. Используется как для связи маршрутизаторов по выделенным каналам, так и при организации полного подключения (т. е. подключения с возможностью использования всех сетевых ресурсов) удаленных сетевых объектов через коммутируемые каналы связи. Имеет средства обнаружения ошибок. Протокол имеет встроенные функции аутенфикации. Для сокращения объема передаваемых данных может использоваться режим сжатия заголовков вложенных протоколов. PPP поддерживает, как асинхронный режим с 8 битами данных без бита четности (согласуется со свойствами последовательного интерфейса, имеющегося практически на всех ЭВМ), так и побитовый синхронный режим. Различные варианты работы протокола описаны более чем в 50 RFC, что говорит о сложности и важности протокола для Internet.

Формат кадра PPP Протокол создан на базе HDLC от которого он унаследовал схему с двумя флагами и формат кадра. Фдаг – байт 0 х7 Е. Если такой байт встречается в поле данных, то применяется процедура байт стаффинга. Адрес – байт 0 х. FF. Широковещательный адрес, что позволило избежать необходимости назначать адреса. Поле Управления – байт 0 х03. Что означает ненумерованный кадр (U кадр). таким образом PPP не имеет механизма подтверждения и не может управлять темпом передачи. Для зашумленных каналов может применяться надежная передача с порядковыми номерами пакетов и с установлением соединения. (RFC 1663). Протокол – описывае тип пакета вложенного в кадр PPP. Поддерживается широкий набор протоколов (LCP, NCP, IPX, Apple. Talk, OSI, Dec. NET и др. ) n n С бита 0 начинаются коды протоколов сетевого уровня С бита 1 коды протоколов используемые для переговоров. Поле Данных (Payload – полезная нагрузка) – может быть переменной длинны, что оговаривается при установлении соединения. По умолчанию 1500 байт

Байт-стаффинг и бит-стаффинг в протоколе PPP При работе в асинхронном режиме для этого используется специальный ESC символ, равный 0 x 7 D. Когда этот esc символ встречается в информационном поле, шестой бит в следующем за ним байте инвертируется. Так байт 0 x 7 E будет преобразован в последовательность 0 x 7 D, 0 x 5 E, а байт 0 x 7 D в два байта 0 x 7 D, 0 x 5 D. Все символы с кодами меньше 0 x 20 также преобразуются в ESC последовательности. Например, 0 x 07 будет преобразован в 0 x 7 D, 0 x 27. Это необходимо делать, так как управляющие символы могут оказать непредсказуемые воздействия на режим работы драйверов или модемов, используемых в канале. В синхронном режиме эта проблема решается c помощью процедуры бит стаффинга на аппаратном уровне.

Составные части протокола PPP Протокол содержит в себе три составные части: n n n Метод инкапсуляции дейтаграмм при передаче по последовательным коммуникационным каналам. Протокол LCP для установления, конфигурирования и тестирования информационных каналов Набор протоколов NCP для установки и конфигурирования различных протоколов сетевого уровня.

Форматы кадров PPP Значения кодов поля протокола n от 0 xxx до 3 xxx идентифицируют протоколы сетевого уровня, n 8 xxx bxxx говорят о том, что протокол соответствует NCP (Network Control Protocol). n 4 xxx 7 xxx используются для протоколов с низким уровнем трафика, n от cxxx до exxx соответствуют управляющим протоколам (например, LCP).

Алгоритм установления соединения PPP 1) 2) 3) В поле данных PPP пакета может быть вложен один LCP пакет, в этом случае в поле протокол должен быть записан код 0 x. C 021 (Link Control Protocol). LCP протокол служит для установления соединения путем обмена конфигурационными пакетами. По завершении этого обмена система переходит в фазу аутентификации. 4) 5) При обнаружении несущей или по инициативе клиента система может попытаться установить соединение. В случае успеха система переходит в фазу аутентификации. Если же и фаза аутентификации завершается благополучно, система выполняет подключение к сети (IP, IPX, Appletalk и т. д. ), настройка сетевого уровня производится в рамках протокола NCP. Во всех остальных случаях производится возврат в исходное состояние. Процедура закрытия соединения осуществляется протоколом LCP.

Протокол управления канала связи PPP (LCP) LCP обеспечивает метод организации, выбора конфигурации, поддержания и окончания работы канала с непосредственным соединением. Процесс LCP проходит через 4 четко различаемые фазы: 1. Организация канала и согласование его конфигурации. Прежде чем может быть произведен обмен каких либо дейтаграмм сетевого уровня LCP сначала должен открыть связь и согласовать параметры конфигурации. Эта фаза завершается после того, как пакет подтверждения конфигурации будет отправлен и принят. 2. Определение качества канала связи. LCP обеспечивает факультативную фазу определения качества канала, которая следует за фазой организации канала и согласования его конфигурации. В этой фазе проверяется канал, чтобы определить, является ли качество канала достаточным для вызова протоколов сетевого уровня. Эта фаза является полностью факультативной. LCP может задержать передачу информации протоколов сетевого уровня до завершения этой фазы.

Протокол управления канала связи PPP (LCP) 3. Согласование конфигурации протоколов сетевого уровня. После того, как LCP завершит фазу определения качества канала связи, конфигурация сетевых протоколов может быть по отдельности выбрана соответствующими NCP , и они могут быть в любой момент вызваны и освобождены для последующего использования. Если LCP закрывает данный канал, он информирует об этом протоколы сетевого уровня, чтобы они могли принять соответствующие меры. 4. Прекращение действия канала. LCP может в любой момент закрыть канал. Это обычно делается по запросу пользователя (человека), но может произойти и из за какого нибудь физического события, такого, как потеря носителя или истечение периода бездействия таймера.

Формат LCP-пакета опции данные Поле код (1 байт) идентифицирует модификацию LCP пакета. Если получен пакет с неизвестным полем код, посылается пакет отклик 'отклонение кода'. Всего определено 16 кодов. Поле идентификатор (1 байт) служит для нахождения соответствия между запросами и откликами. Если получен пакет с неправильным идентификатором, он просто уничтожается. Поле длина определяет размер LCP пакета, включая размер заголовка. Байты принятого пакета за пределами, заданными полем длина игнорируются. За полем длина могут следовать поля опций. Опции определяются все сразу на фазе конфигурирования канала. Описание опции содержит однооктетные субполя типа и длины, за которыми следует поле данных.

Значения поля код LCP-заголовка Код Тип пакета 1 Запрос конфигурации Configure Request 2 Подтверждение конфигурации Configure Ack 3 Не подтверждение конфигурации Configure Nak 4 Отклонение конфигурации Configure Reject 5 Запрос завершения Terminate Request 6 Подтверждение завершения Terminate Ack 7 8* Отклонение кода Отклонение протокола Code Reject Protocol Reject 9* Запрос отклика Echo Request 10* 11* Эхо отклик Запрос отмены Echo Reply Discard Request 12* 13* 14** 15** *) Только LCP; Идентификация Остающееся время Запрос сброса Отклик на запрос сброса **) Только CCP

Значения поля тип LCP-пакета Значение кода поля типа 0 1 Назначение опции Зарезервировано Maximum Receive Unit (указывает максимальный размер блока данных, который может быть принят) 3 Authentication Protocol (протокол аутотентификации) 4 Quality Protocol (протокол качества) 5 Magic Number (магическое число, опция служит для выявления каналов с петлями обратной связи) 6 7 Protocol Field Compression Address and Control Field Compression

Три класса пакетов LCP Существует три класса пакетов LCP : n n n Пакеты для организации канала связи. Используются для организации и выбора конфигурации канала (Configure Request, Configure Ack, Configure Nak и Configure Reject). Пакеты для завершения действия канала. Используются для завершения действия канала связи (Terminate Request и Terminate Ack). Пакеты для поддержания работоспособности канала. Используются для поддержания и отладки канала (Code Reject, Protocol Reject, Echo Request, Echo Reply и Discard Request). Эти пакеты используются для достижения работоспособности каждой из фаз LCP.

Процедура подключения ПЭВМ к серверу 1. 2. 3. 4. 5. В качестве примера можно рассмотреть процедуру подключения персональной ЭВМ к серверу через модем. После того как модем маршрутизатора ответит на вызов модема клиента и установит физическое соединение, ЭВМ посылает последовательность LCP пакетов, вложенных в поля данных одного или нескольких PPP кадров. Это позволяет выбрать необходимые параметры PPP. По завершении этой процедуры посылается последовательность NCP пакетов, которые конфигурируют сетевой уровень. Вероятно, ЭВМ захочет работать со стеком протоколов TCP/IP, и по этой причине нуждается в IP адресе. Присвоение IP адреса осуществляется также в рамках NCP протокола. После этого ЭВИ становится узлом Интернет. Завершение сессии и освобождение IP адреса выполняется также через NCP протокол. Разрыв соединения осуществляет протокол LCP.

Авторизация и PPP Используя PPP каждая система может требовать, чтобы другой конец линии опознал себя, используя один из двух опознавательных протоколов: n n Password Authentication Protocol (PAP) и Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP). Когда связь установлена, каждый может запросить другой конец линии, чтобы опознать себя, независимо от того, является ли он вызывающим или вызываемым.

Протоколы PAP и CHAP PAP в основном работает как нормальная процедура входа в систему. Клиент опознает себя, посылая имя пользователя и пароль серверу, который сравнивает их с базой данных. Этот метод легко уязвим для посторонних наблюдателей, которые могут попытаться получить пароль, слушая последовательную линию. CHAP. В этом случае: n n аутенфикатор (сервер) посылает беспорядочно сгенерированную "challenge" строку клиенту, наряду с именем хоста. Клиент использует имя хоста (hostname) для того, чтобы найти соответствующий шифр, объединяет его с challenge и шифрует строку, используя однонаправленную hash функцию. Результат будет возвращен на сервер наряду с hostname клиента. Сервер теперь выполняет те же самые вычисления и опознает клиента. Другая особенность CHAP то, что он не требует опознания клиента для опознания самого себя при запуске, но посылает challenge в определенные промежутки времени, чтобы удостовериться, не был ли клиент заменен злоумышленником, например, переключив телефонные линии.

Преимущества PPP По сравнению с протоколом SLIP протокол PPP является значительно более развитым инструментом для работы на последовательных линиях и имеет следующие преимущества: n n n n возможность одновременной работы по различным сетевым протоколам, а не только по IP ; проверка целостности данных путем подсчета контрольной суммы; поддержка динамического обмена адресами IP ; наличие аутентификации; наличие механизма согласования коммуникационных параметров; расширяемость протокола; возможность сжатия заголовков IP и TCР пакетов, разработанных Van Jacobson (механизм похож на реализованный в протоколе CSLIP ).

Методы передачи данных канального уровня Канальный уровень обеспечивает передачу пакетов данных, поступающих от протоколов верхних уровней, узлу назначения, адрес которого также указывает протокол верхнего уровня. Протоколы канального уровня оформляют переданные им пакеты в кадры собственного формата, помещая указанный адрес назначения в одно из полей кадра, а также сопровождая кадр контрольной суммой. Протокол канального уровня имеет локальный смысл, он предназначен для доставки кадров данных, как правило, в пределах сетей с простой топологией связей и однотипной или близкой технологией, например в односегментных сетях Ethernet или же в многосегментных сетях Ethernet и Token Ring иерархической топологии, разделенных только мостами и коммутаторами. Во всех этих конфигурациях адрес назначения имеет локальный смысл для данной сети и не изменяется при прохождении кадра от узла источника к узлу назначения.