2

Министерство транспорта и связи Украины

ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ им. А.С. ПОПОВА

Кафедра Документальной электросвязи

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕДАЧИ КАДРОВ

КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ ЗВЕНА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

(Процедура HDLC, протокол Х.25 МККТТ)

Методическое руководство

к лабораторной работе № 6

Одесса 2008

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (ВОС) сетей телеобработки построена таким образом, что каждый вышестоящий уровень стандартизации успешно функционирует только в случае нормальной работы всех нижних уровней. В этом аспекте особое значение имеют самые нижние уровни структуры ВОС – канальный (или уровень звена ПД) и физический.

Физический уровень стандартизирует цепи стыка между оконечным оборудованием данных (ООД) и аппаратурой окончания канала данных (АКД) (Рекомендации МККТТ V.24, X.21, RS-232 и др.), т.е. регламентируются вполне определенные, детерминированные параметры и виды сигналов.

Канальный уровень должен обеспечить функционирование канала данных – звена ПД (с обеспечением заданных качественных показателей его – скорости передачи, вероятности ошибки и др.) в условиях некоторой априорной неопределенности из-за случайного характера изменения параметров канала связи.

Таким образом, обеспечение работоспособности канального уровня определяется возможностью адаптации звена ПД, т.е. подстройкой его под изменяющиеся условия работы канала связи.

Ранее в [1] было показано, что основой поддержки канального уровня по Рекомендации МККТТ Х.25 является передача пользовательской и служебной информации в виде кадров трех типов – I, S и U-кадров.

Умелое пользование соответствующими кадрами в процессе реализации процедур взаимодействия двух ООД между собой по протоколу HDLC или X.25 позволяет обеспечить успешное функционирование нижних уровней модели ВОС.

2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной работы является:

- изучение процедур обмена кадрами в звене ПД;

- изучение алгоритмов процедур обмена кадрами в звене ПД;

- отработка навыков построения процедур обмена кадрами в звене ПД.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1. Построение кадров

Типы, структура и алгоритмы построения кадров даны в [1].

3.2. Режимы работы звена ПД

Прежде всего заметим, что процедуры управления звеном ПД реализуются при условии уже организованного физического или виртуального канала между ООД. (Все вопросы организации канала через сеть относят к третьему, сетевому, уровню модели ВОС.) Таким образом, здесь рассматриваются только действия, связанные с процессом передачи информации между ООД через АКД по подготовленному каналу ПД.

Общий характер процедуры передачи информации определяется режимом работы звена ПД. Таких режимов три:

РЕЖИМ НОРМАЛЬНОГО ОТВЕТА – NRM (Normal Response Mode);

РЕЖИМ АСИНХРОННОГО ОТВЕТА – ARM (Asynchronous Response Mode);

АСИНХРОННЫЙ СБАЛАНСИРОВАННЫЙ РЕЖИМ – АВМ (Asynchronous Balance Mode).

Режим NRM применяется для иерархической структуры звена ПД, т.е при наличии первичной (ведущей, главной) и вторичной (ведомой или подчиненной) станций. В этом режиме вторичная станция начинает передачу только в случае, когда от первичной поступает соответствующая команда. При этом в ответ могут быть переданы один или несколько кадров и, кроме того, ответ должен содержать информацию о том, какой из этих кадров является последним. После этого вторичная станция лишается возможности осуществлять передачу кадров вплоть до получения очередной команды от первичной станции на выдачу ответа. В этом режиме данные могут передаваться как от первичной, так и от вторичной станции (в этом случае первичная периодически опрашивает вторичную о наличии информации).

Режим ARM также применяется для структуры звена ПД с первичными и вторичными станциями. Но для придания большей гибкости в работе, в отличие от режима NRM, вторичная, не ожидая команды запроса первичной, может по собственной инициативе начать передачу кадра или группы кадров.

Режим АВМ применяется в структуре звена ПД с комбинированными станциями. При этом каждая из комбинированных станций звена имеет право передавать в любой момент как кадры-команды, так и кадры-ответы без получения предварительного разрешения от другой комбинированной станции. Этот режим является, как правило, основным и наиболее часто применяется на практике. Поэтому материал данного руководства в основном ориентирован на этот режим АВМ.

3.3. Фазы процедур управления звеном пд

В процессе организации управления звеном ПД совершаются определенные группы процедур, объединенных единым функциональным назначением. Они получили название ФАЗЫ ПРОЦЕДУР.

Организация передачи (обмена) данными в общем виде выглядит следующим образом (кроме организации самого физического или виртуального канала, что уже отмечалось выше):

1. Оконечные станции подключены к каналу, но еще ничего не передают, т.е. по сути это исходное состояние, состояние разъединения станций. Такое состояние называется фазой ЛОГИЧЕСКОГО РАЗЪЕДИНЕНИЯ. Отметим, что фаза "логическое разъединение" возникает и в конце сеанса связи, когда передача информации между станциями завершена, но канал связи между ними еще существует.

2. Путем передачи специальных служебных кадров станции переводятся в режим утановления логического соединения между ними. Этот этап называется фазой УСТАНОВЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ.

3. После всех этих предварительных процедур, подготавливающих станции к работе, наступает этап передачи информации пользователей (или вышестоящих уровней). Эта группа процедур называется фазой ПЕРЕНОСА ИНФОРМАЦИИ.

4. Если необходимо завершить сеанс связи, то используются процедуры, объединенные названием – фаза ЗАВЕРШЕНИЕ СОЕДИНЕНИЯ. (Напомним, что после этой фазы звено переходит в фазу "логическое разъединение".)

5. В процессе управления звеном ПД иногда возникает потребность в изменении некоторых параметров или состояния звена (например, изменить режим работы). Информацию об этом одна станция сообщает другой станции. Такое состояние звена определяется фазой ИНИЦИАЦИЯ. Переход в фазу "Инициация" может быть использован в любой момент времени работы звена (либо не использован вообще, если нет необходимости изменения параметров или состояния звена).

3.4. Процесс передачи данных

Процесс передачи данных на канальном уровне, как было пояснено выше, состоит из ряда фаз, которые определяют функциональные процедуры взаимодействия двух станций: подготовка станций к работе (установление соответствующего режима, проверка канала), передача информации между станциями (с исправлением неправильно принятой информации) и завершение сеанса связи (разъединение станций).

Используя различные типы кадров, протокол HDLC позволяет очень гибко приспособиться к условиям передачи данных. Эта гибкость и определила его широкое распространение в различных видах связи.

Прежде чем начнем рассмотрение реализации процедур передачи данных, обратим внимание на то, что, в соответствии с рекомендациями МККТТ и Международной организации по стандартизации МОС (ISO) [2], предусмотрено использование в каждом классе процедур базовой совокупности команд и ответов и некоторых дополнительных команд (ответов).

Для класса сбалансированных процедур предлагается базовая совокупность, приведенная в табл. 1.

Таблица 1

Имя команды базовой совокупности	Имя ответа базовой совокупности
I	I
RR	RR
RNR	RNR
SABM	UA
DISC	DM
	FRMR

Для реализации дополнительных функций процедур используются дополнительные команды (ответы) из табл. 2.

Таблица 2

№ п/п	Дополнительные функции	Имя дополнительных команд и ответов
1	Обмен последовательностями идентификации и (или) характеристиками станций	Команда XID Ответ XID
2	Групповой режим повторения I-кадров	Команда REJ Ответ REJ
3	Адресный (селективный) режим повторения I-кадров	Команда SREJ Ответ SREJ
4	Обмен информации без влияния на номера I-кадров	Команда UI Ответ UI
5	Обмен программами или параметрами (фаза "Инициация")	Команда SIM Ответ RIM
6	Запрос передачи состояния удаленной станции	Команда UP
7	Использование кадра с областью адреса, состоящего более чем из одного байта	Кадры с расширенным форматом области адреса
8	Использование нумерации кадров по модулю 128	Кадры с расширенным форматом области управления команда SABME
9	Сброс счетчиков NR и NS на нуль	Команда RSET
10	Тестирование звена ПД	Команда TEST Ответ TEST
11	Запрос логического разъединения	Ответ RD

Функциональное назначение кадров дано в приложениях 1 и 2.

Изучение проведем по следующей схеме:

- А. Полудуплексный режим передачи данных.

- А.1. Решающая обратная связь с ожиданием. Дискретный канал без ошибок. Дискретный канал с ошибками.

- А.2. Решающая обратная связь с непрерывной передачей. Дискретный канал без ошибок. Дискретный канал с ошибками.

- А.3. Решающая обратная связь с адресным (селективным) переспросом. Дискретный канал без ошибок. Дискретный канал с ошибками.

- Б. Особенности организации дуплексного режима передачи данных.

Анализ организации процедур будем осуществлять на диаграмме "станции – данные – время", принимая для удобства и упрощения (но не в ущерб основному смыслу) длины кадров равными. Условимся, что параметры передаваемых кадров будем изображать в следующем виде.

Тип кадра	Функция кадра		Адрес
NR; NS	P/F	К или О (команда или ответ)

Прежде всего рассмотрим положение, общее для всех ситуаций в канале, т.е. начало и окончание сеанса связи, без изучения процесса передачи информации (рис. 1).

Рисунок 1 – Основные фазы процесса передачи информации

На временной диаграмме показано, что в начале сеанса одна из станций (в данном случае станция А) взяла на себя инициативу организации связи. Поэтому она передает ст.Б служебный U-кадр типа SABM, предлагая установить основной асинхронный сбалансированный режим. Так как этот кадр является командой, то в поле адреса выставляется адрес ст.Б. Для получения ответа на него (чтобы убедиться, что станция Б приняла эту команду) параметр Р = 1.

Получив эту команду, ст.Б (если нет каких-то мешающих причин) отвечает согласием в виде U-кадра типа UA. Так как этот кадр является ответом на вызов ст.А, то в поле адреса выставляется адрес ст.Б, а параметр F = 1, чем подтверждается окончание опроса, вызванного пришедшей командой с Р = 1.

После получения этого кадра станцией А между ст.А и ст.Б начинается обмен информационными или служебными кадрами.

Для завершения сеанса связи ст.А передает ст.Б служебный U-кадр–команду типа DISC с адресом станции Б и Р = 1. Если ст.Б согласна завершить сеанс, то она отвечает служебным U-кадром типа DM с адресом ст.Б и F = 1.

Эти процессы начала и завершения сеанса рассматриваться в дальнейшем на временных диаграммах не будут, так как они являются стандартными.

А. Полудуплексный режим передачи данных

А.1. Решающая обратная связь с ожиданием (РОС-ОЖ)

Перед изучением этой части методического пособия следует вспомнить особенности работы систем ПД с различными видами РОС, например, по [4].

Дискретный канал без ошибок

Временная диаграмма обмена кадрами приведена на рис. 2.

Станция-инициатор связи (здесь и ниже это будет станция А) запрашивает станцию Б о ее готовности к обмену с помощью S-кадра типа RR (1). Так как это команда, то выставляется адрес удаленной станции, т.е. адрес ст.Б. В поле N_R выставляется номер первого кадра (т.е. 0),и параметр Р = 1, для того, чтобы станция Б ответила на запрос.

Получив эту команду, ст.Б (если она готова к дальнейшей работе) отвечает S-кадром-ответом также типа RR (2), выставляя F = 1 в ответ на требование кадра-команды от ст.А. Естественно, что в поле N_R также выставляется номер первого кадра (0), так как других еще не было.

Ст.А, получив кадр-ответ (2), определяет, что ст.Б к работе готова, и передает первый I-кадр (3) с параметром Р = 1, требуя этим ответа на него.

В ответ на I-кадр (3), если ошибка не обнаружена, ст.Б передает S-кадр (4), подтверждающий прием первого кадра (с номером 0) и готовность принять второй кадр (с номером 1).

После этого станция передает второй I-кадр (с номером N_S = 1) и т.д.

Выставляя в каждом передаваемом I-кадре параметр Р = 1, мы заставляем противоположную станцию отвечать на него. Таким образом реализуется режим ожидания ответа (квитанции) после передачи каждого кадра.

В случае необходимости полудуплексного (т.е. поочередного) обмена информацией, станция А в ответ на S-кадр типа RR с F = 1 (6) передает S-кадр-команду типа RR (7) с Р = 0. Это означает, что ст.А просит не отвечать на S-кадр, а если у ст.Б есть информация, то она может передавать ее, так как ст.А готова ее принять. (См. кадры (8), (9) и т.д.)

Подумайте, можно ли осуществить поочередную передачу, используя только I-кадры. Нарисуйте временную диаграмму. Выставьте соответствующие параметры кадров.

Дискретный канал с ошибками

Временная диаграмма обмена кадрами приведена на рис. 3. Отличие от рис. 2 заключается в том, что один из передаваемых ст.А I-кадров, например, (5), принят ст.Б с обнаружением ошибки. В таком случае ст.Б отвечает S-кадром типа REJ, который оповещает ст.А, что необходимо повторить кадр с номером 1, а предыдущие (т.е. кадр с номером 0) приняты правильно (а точнее с необнаруженной ошибкой).

Р исунок 2 – Временная диаграмма работы системы с РОС-ОЖ.

Канал без ошибок

Получив этот S-кадр-ответ, станция А осуществляет повторную передачу I-кадра с номером 1 (7). Если повторяемый I-кадр принят с необнаруженной ошибкой на ст.Б, то она отвечает S-кадром типа RR, выставляет в поле N_R номер следующего I-кадра, который ст.Б готова принять, так как предыдущие она уже приняла без ошибки.

Рисунок 3 – Временная диаграмма работы системы с РОС-ОЖ. Канал с ошибками

А.2. Решающая обратная связь с непрерывной передачей (РОС-НП)

Дискретный канал без ошибок

Временная диаграмма обмена кадрами представлена на рис. 4.

Станция А S-кадром типа RR (1) запрашивает станцию Б о ее готовности к приему данных.

В этой диаграмме приведен пример использования S-кадра типа RNR (он может быть использован при любом виде РОС). Предположим, что станция Б не готова еще к приему информации, поэтому она отвечает станции А S-кадром-ответом типа RNR (2). Получив этот кадр, ст. А вновь запрашивает готовность станции Б с помощью S-кадра-команды типа RR (3).

Если станция Б к этому времени уже готова к приему данных, то она отвечает S-кадром-ответом типа RR (4).

Удостоверившись в том, что ст.Б готова к приему данных, ст.А начинает непрерывно передавать группу из нескольких I-кадров, выставляя Р = 0 во всех кадрах (5), (6), (7), кроме последнего (8). В этом кадре Р = 1. Таким образом, ответ станции Б будет формироваться только после приема I-кадра с Р = 1.

В случае необнаружения ошибки станцией Б в принятых кадрах, на станцию А передается S-кадр-ответ типа RR (9), с N_R = 4 (так как предыдущие кадры с номерами 0, 1, 2 и 3 приняты "правильно") и F = 1, как ответ на Р = 1.

Если ст.А готова перейти в состояние приема информации от ст.Б, то она вместо очередных I-кадров передает S-кадр типа RR (10) с N_R = 0 (так как ст.А еще не получила ни одного I-кадра от ст.Б) и Р = 0, что говорит о том, что ответ ст.Б на этот S-кадр не требуется, а ст.А готова принимать информацию.

Получив этот S-кадр, ст.Б, если у нее есть информация для ст.Б, формирует их в виде I-кадров-команд (11), (12), (13). Аналогично предыдущему, ст.Б выставляет соответствующие параметры передаваемых кадров: номера передаваемых кадров – N_S = 0, 1, 2, номер очередного ожидаемого I-кадра от ст.А – N_R = 4, Р = 1 в последнем кадре этой группы для получения ответа от ст.А на "правильность" их приема. При отсутствии ошибок в канале ст.А передает S-кадр-ответ типа RR (14) в сторону ст.Б, выставляя соответствующие параметры. И т.д. Обратите внимание, что в нерасширенном формате нумерация кадров в производится по модулю 8.

Дискретный канал с ошибками

Временная диаграмма обмена кадрами приведена на рис. 5. Из рисунка видно, что второй I-кадр (4) принят ст.Б с обнаруженной ошибкой. Однако запрос на его повторение не выдается станцией Б сразу же, так как в принятом I-кадре (4) Р = 0, что говорит о том, что ответ на этот кадр не ожидается.

Ст.Б формирует ответ только после получения I-кадра с Р = 1 (6). Этот ответ может быть в виде S-кадра типа RR или REJ (7).

Обратите внимание на то, что выставленный номер N_R = 1 свидетельствует о правильном приеме I-кадров с номерами N_R – 1, т.е. в данном случае "правильно" принят только кадр с номером 0. Остальные I-кадры, начиная с номера 1 и до номера 3 (8), (9), (10), должны быть повторены. Это и отображено на диаграмме.

Рисунок 5 – Временная диаграмма работы системы с РОС-НП. Канал с ошибкой

А.3. Решающая обратная связьс адресным (селективным) переспросом (РОС-АП)

Дискретный канал без ошибок

При отсутствии ошибок в канале временная диаграмма обмена кадрами имеет такой же вид, что и при РОС-НП.(см. рис. 4).

Дискретный канал с ошибками

В этом случае очень удобным является использование специального S-кадра типа SREJ. Особенность его применения хорошо видна на временной диаграмме, приведенной на рис. 6.

По диаграмме видно, что в случае обнаружения I-кадра с ошибкой с помощью S-кадра типа SREJ запрашивается только один I-кадр для повторения. С этой целью в поле номера N_R выставляется номер того кадра, который должен быть повторен противоположной станцией, так как он был принят с ошибкой (8).

Рисунок 6 – Временная диаграмма работы системы с РОС-АП. Канал с ошибками

Б. Особенности организации дуплексного режима передачи данных

Как видно из предыдущего, при полудуплексном обмене передаваемые и принимаемые кадры (информационные и служебные) чередуются во времени, что упрощает и облегчает их использование.

При дуплексном, т.е. одновременном обмене кадрами между станциями процедура значительно усложняется, так как практически между двумя направлениями передачи нет временной синхронизации (передаются разные кадры, время задержки в каналах неодинаково и т.д.). Таким образом, возникает необходимость взаимной увязки работы двух направлений, использования каждого из них для передачи кадров ответа другого направления. В этом случае большую помощь оказывает использование тайм-аутов (time-out) Т₁ и Т₂. (Тайм-ауты используются и при полудуплексном режиме.) (См. приложение 3.)

Более детальное рассмотрение реализации процедур при дуплексном обмене может быть предметом самостоятельной работы с использованием Рекомендаций МККТТ или [3]. Для получения представления о некоторых количественных значениях параметров систем ПД, использующих процедуру HDLC, в приложении 4 приведены их предельные значения для каналов различных типов и протяженности.