Сети ЭВМ и телекоммуникации / Лекции / 9_Протоколы канального уровня глобальных сетей

Лекция 9 19.07.2019 9:39:27

Протоколы канального уровня территориально распределённых вычислительных сетей (WAN - Wide Area Network)

Технологии глобальных вычислительных сетей используются в крупных корпоративных сетях и Интернет. Сюда входят технологии коммутации X.25, Frame Relay, интегрированные цифровые сети ISDN и т.д. На канальном уровне ими используются близкие по своим возможностям и идеологии построения протоколы, разработанные на базе протокола SDLC (Synchronous Data Link Control — синхронное управление каналом), созданным фирмой IBM еще для своих мэйнфреймов в 1970 г. Нами будет рассмотрен в качестве примера протокол HDLC (High-level Data Link Control — высокоуровневый протокол управления каналом).

HDLC

Этот протокол является стандартом ISO разработанным на основе SDLC и, в свою очередь, послужил базой для протоколов LAP (Link Access Procedure — процедура доступа к каналу), LAPB, LAPD, на основе HDLC был разработан стандарт IEEE 802.2.

Протокол HDLS является бит-ориентированным, формат кадра имеет следующий вид:

бит	8	8	8	-	16	8
Наименование поля	Flag	Address	Control	Data	Checksum	Flag

Flag - ограничитель кадра (битовая последовательность) 01111110

Address – используется в линии с несколькими терминалами и содержит идентификатор терминала (вторчного узла)

Control -поле управления, используется для хранения порядковых номеров, подтверждений и других служебных данных

Data - содержать произвольную информацию, может быть любой длины

Checksum – контрольная сумма

Кадры могут быть трех видов – информационные, супервизорные и ненумерованные. Тип кадра определяется содержимым поля Control.

Информационные (I) содержат в поле Data данные пакетов сетевого уровня.

При этом поле Control таких кадров имеет вид:

бит	1	2	3	4	5	6	7	8
поле	0	Seq			P/F	Next

Seq - порядковый номер кадра, одновременно в сети не может находиться более 7 неподтвержденных кадров

Next – служит для передачи подтверждения приема кадра, но указывается не номер принятого кадра, а номер следующего ожидаемого кадра

P/F - 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 в текущей ответной последовательности фреймов.

Супервизорные (S) кадры содержат управляющую информацию (команды протокола). Их поле Control имеет вид:

бит	1	2	3	4	5	6	7	8
поле	1	0	Type		P/F	Next

Эти кадры запрашивают и приостанавливают передачу.

Поле Type определяет тип кадра,

• 0 - кадр является подтверждением,

• 1 - кадр является сообщением об ошибке передачи,

• 2 - подтверждение приема и приостановка передачи

• 3 - выборочный отказ т.е. запрос повторной передачи только определенного кадра

Ненумерованные (U) используются для управляющих целей:

бит	1	2	3	4	5	6	7	8
поле	1	1	Type		P/F	Modifier

Протокол HDLC и упоминавшиеся выше родственные ему протоколы предназначены для двунаправленной передачи данных с подтверждением. Для передачи подтверждений они могут не генерировать дополнительные кадры, занимая полосу пропускания линии связи, а включать подтверждения в кадры с полезной информацией. Эти протоколы могут успешно работать на длинных линиях связи, когда время ожидания подтверждения может существенно превышать время отправки кадра с полезной информацией. Для этого они располагают механизмами, позволяющими вести передачу последующих кадров не дожидаясь получения подтверждения (в канале могут одновременно находиться несколько кадров) и при этом гарантировать повторную передачу потерянных или поврежденных кадров. Кадр считается успешно переданным и передатчик в прямом смысле слова «забывает» про него только получив подтверждение от принимающей стороны.

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol)

В глобальных сетях очень важную роль играют соединения типа точка – точка. Такое соединение мы устанавливаем при подключению к провайдеру по коммутируемой линии или ADSL – каналу, такого типа соединения обычны для линий связи между магистральными маршрутизаторами.

РРР протокол обеспечивает передачу дейтаграмм через последовательные каналы связи с соединением точка-точка с использованием выделенных физических линий или коммутируемых соединений. Протокол содержит три основных компонента:

1. Формат кадров определяется протоколом High-level Data Link Control (HDLC)

2. Протокол контроля соединения LCP (Link Control Protocol) используется для организации канала и контроля его состояния, аутентификации сторон соединения.

3. Протокол контроля сети NCP используется для настройки параметров протоколов сетевого уровня для установленного соединения.

РРР может работать через любой интерфейс DTE/DCE (например, EIA RS-232-C, EIA RS-422, EIA RS-423 и CCITT V.35. РРР не определяет ограничений, касающихся скорости передачи информации.

РРР использует принципы, терминологию и структуру фрейма HDLC

8	8	8	16		16	8
Flag	Address	Control	Protocol	Data	FCS	Flag

flag - указывает на начало или конец блока данных, состоит из бинарной последовательности 01111110.

address - содержит бинарную последовательность 11111111, представляющую собой стандартный широковещательный адрес. В протоколе РРР не используется адресация канального уровня.

control - содержит бинарную последовательность 00000011

protocol - идентифицирует протокол, пакет которого инкапсулирован в информационном поле фрейма: LCP, NCP, IP, IPX, OSI, XNS и др.

data - содержит дейтаграмму протокола, заданного в поле протокола. Максимальная длина поля по умолчанию равна 1500 байтам.

frame check sequence - контрольная сумма.

LCP обеспечивает метод организации, выбора конфигурации, поддержания и окончания работы канала в соединении точка-точка. Процесс обслуживания соединения по PPP проходит через 5 четко различаемых фаз:

1. LCP: Организация канала и согласование его конфигурации.

2. LCP: Определение качества канала связи (опционально).

3. NCP: Согласование конфигурации протоколов сетевого уровня.

4. LCP: Прекращение действия канала.

Как видим, на трех из них работает LCP.

Существует три типа пакетов LCP:

• Пакеты для организации канала связи. Используются для организации и выбора конфигурации канала.

• Пакеты для завершения действия канала. Используются для завершения действия канала связи.

• Пакеты для поддержания работоспособности канала. Используются для поддержания и отладки канала.

Эти пакеты используются при выполнении каждой из фаз LCP.

Кроме перечисленных функций PPP имеются опциональные возможности, использование которых настраивается дополнительно. Таковыми являются:

- выполнение аутентификации с помощью протоколов PAP или CHAP;

- сжатие передаваемых данных по протоколам Stacker или Predictor;

- объединение нескольких физических каналов в один логический.