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 такого 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. Возможность передавать дан­ные между локальными сетями разных технологий связана с тем, что в этих технологиях используются адреса одинакового формата, к тому же производители сетевых адаптеров обеспечивают уникальность адресов независимо от технологии.

Другой областью действия протоколов канального уровня 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 восстанав­ливать искаженные и утерянные кадры, так как плохое качество территориальных каналов, особенно коммутируемых телефонных, часто требует выполнения подоб­ных действий.

Если же перечисленные выше условия не соблюдаются, например связи между сегментами Ethernet имеют петлевидную структуру, либо объединяемые сети ис­пользуют различные способы адресации, как это имеет место в сетях Ethernet и Х.25,

то протокол канального уровня не может в одиночку справиться с задачей переда­чи кадра между узлами и требует помощи протокола сетевого уровня.

Наиболее существенными характеристиками метода передачи, а значит, и про­токола, работающего на канальном уровне, являются следующие:

• асинхронный/синхронный;

• символьно-ориентированный/бит-ориентированный;

• с предварительным установлением соединения/дейтаграммный;

• 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.

Многие из этих свойств характерны не только для протоколов канального уровня, но и для протоколов более высоких уровней.

2.3.1. Асинхронные протоколы

Асинхронные протоколы представляют собой наиболее старый способ связи. Эти протоколы оперируют не с кадрами, а с отдельными символами, которые представ- лены байтами со старт-стоповыми символами. Асинхронные протоколы ведут свое происхождение от тех времен, когда два человека связывались с помощью телетайпов по каналу «точка-точка». С развитием техники асинхронные протоколы стали применяться для связи телетайпов, разного рода клавиатур и дисплеев с вычислив тельными машинами. Единицей передаваемых данных был не кадр данных, а отдельный символ. Некоторые символы имели управляющий характер, наприме символ <CR> предписывал телетайпу или дисплею выполнить возврат каретки -начало строки. В этих протоколах существуют управляющие последовательное обычно начинающиеся с символа <ESC>. Эти последовательности вызывали управляемом устройстве достаточно сложные действия — например, загрузку не

вого шрифта на принтер.

В асинхронных протоколах применяются стандартные наборы символов, чаще всего ASCII или EBCDIC. Так как первые 32 или 27 кодов в этих наборах являйются специальными кодами, которые не отображаются на дисплее или принтере, они использовались асинхронными протоколами для управления режимом обме данными. В самих пользовательских данных, которые представляли собой цифры, а также такие знаки, как @, %, $ и т. п., специальные символы никогда;

встречались, так что проблемы их отделения от пользовательских данных не существовало.

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. 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.

Как видно из описания протокола XMODEM, часть управляющих операций выполнялась в асинхронных протоколах посылкой в асинхронном режиме отдель­ных символов, в то же время часть данных пересылалась блоками, что более харак­терно для синхронных протоколов.

2.3.2. Синхронные символьно-ориентированные и бит-ориентированные 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 (рис. 2.21). Все биты кадра пере­даются непрерывным синхронным потоком, что значительно ускоряет передачу данн

 

Рис. 2.21. Кадры синхронных протоколов

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. Эта величина называется максимальной единицей передачи данных (Maximum Transfer Unit, MTU). В некоторых протоколах задается также минимальное значе­ние, которое может иметь длина поля данных. Например, протокол Ethernet требу­ет, чтобы поле данных содержало по крайней мере 46 байт данных (если приложение хочет отправить меньшее количество байт, то оно обязано дополнить их до 46 байт любыми значениями). Другие протоколы разрешают использовать поле данных нулевой длины, например FDDI.

Существуют также протоколы с кадрами фиксированной длины, например, в протоколе "АТМ кадры фиксированного размера 53 байт, включая служебную ин­формацию. Для таких протоколов необходимо решить только первую часть зада­чи — распознать начало кадра.

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