Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция 9. ТРАНСПОРТНЫЙ КАНАЛ. КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧЕЙ.
9.1. Структура транспортного канала и его место в транспортной сети.
Взаимосвязь двух вычислительных машин в вычислительной сети, соединенных физическим каналом, выполняется логической системой, именуемой транспортным каналом. Эта система определяется протоколами управления информационным каналом и управления физическим каналом.
Физическая структура вычислительной сети состоит из 3-х основных элементов; о чем говорилось на предыдущих занятиях, это: абонентские машины (хостмашины и терминальные машины), коммуникационные машины и соединяющие их физические каналы. Последние являются сложными сетеобразующими системами, обеспечивающими связь вычислительных машин. В том случае, когда две машины расположены недалеко друг от друга, связывающий их физический канал создается на основе прямого соединения (“g” пар проводов, коаксиального кабеля и т.д.). Когда же расстояния между смежными вычислительными машинами оказываются значительными, соединяющий их физический канал создается на базе последовательных телефонных, либо телеграфных каналов связи.
Пример физического канала, образуемого на базе телефонных каналов, представлен на рис. 9.1.
Здесь физический канал между смежными вычислительными машинами А и В создается последовательностью трех каналов связи (1, 2, 3), коммутируемых двумя телефонными станциями. В этот физический канал входят и два комплекта аппаратуры передачи данных.
Точка, расположенная между аппаратурой передачи данных и вычислительной машиной, называется точкой физического интерфейса. Поэтому физический канал является системой, включающей все, что находится между двумя точками физического интерфейса (входами - выходами) вычислительных машин.
Число каналов связи и коммутирующих (телефонных, телеграфных и т.д.) станций, образующих физический канал, определяет его надежность, размеры и помехоустойчивость. Однако функции передачи информации, выполняемые физическим каналом, не зависят от числа входящих в него каналов связи и коммутирующих станций. Поэтому при рассмотрении процедур функционирования все аппаратное и (если оно есть) программное обеспечение каналов связи и коммутирующих станций на схемах заменяется сплошной линией, именуемой (см. рис. 9.2) физическим каналом.
Рис. 9.2. Физический канал.
В общем случае к одному физическому каналу можно подключить любое необходимое число вычислительных машин, присвоить им адреса и по адресам осуществлять сбор и распределение информации. В этом случае говорят, что выполняется многоточечное соединение. Однако оно используется в основном для подключения к вычислительным машинам низкоскоростных терминалов или машин, эмулируемых под эти терминалы. Далее это соединение не рассматривается.
Физический канал, показанный на рис. 9.2, иногда именуемый соединением “точка-точка”, является важным элементом вычислительной сети. На его основе в сети создается (см. рис. 9.3) информационный канал, являющийся логической системой, состоящей из двух соединенных физическим каналом логических модулей, каждый из которых включает программы управления физическим каналом.
На основе информационного канала создается транспортный канал.
Транспортный канал является фундаментом транспортной сети, осуществляющей передачу информации от процесса, находящегося в одной абонентской машине, к процессу, расположенному в другой абонентской машине. Он является логической системой, состоящей из двух соединенных информационным каналом логических модулей, каждый из которых включает программы управления информационным каналом.
Задачей любого транспортного канала является (см. рис. 9.3) передача пакетов от точки входа-выхода этого канала, расположенной в одной вычислительной машине, до такой же точки, находящейся в другой машине. Передача информации осуществляется с помощью кадров, являющихся транспортным средством, передающим пакеты. Для этого каждый пакет, попадая (см. рис. 9.3) в точку входа-выхода транспортного канала, расположенную в одной из машин, проходит необходимую обработку, упаковывается в кадр и передается в информационный канал и далее по физическому каналу в другую машину в виде потока байт либо бит. Здесь пакет извлекается из кадра и после проверки передается во вторую точку входа-выхода транспортного канала.
Важнейшим фактором, определяющим работу транспортного канала, является надежность передаваемой по нему информации. Для уменьшения числа появляющихся при этом ошибок принимаются соответствующие меры на уровне информационного и физического каналов. Однако этого оказывается недостаточно. Поэтому принимаются специальные меры, обеспечивающие надежность передачи информации и на уровне транспортного канала, т.е. программой управления информационным каналом. Для этого транспортный канал осуществляет проверку каждого кадра, и те кадры, в которых обнаружены ошибки, им выбрасываются и передаются повторно. Благодаря этому удается уменьшить число ошибок в сотни раз и более. Так, в таблице 9.1 показана
Таблица 9.1
|
№ |
Тип канала |
Число ошибок на 1 млрд. бит |
|
1 |
ТФЛ канал связи 200 б/с |
50000 |
|
2 |
ТФЛ канал связи 600-2400 б/с |
200000 |
|
3 |
Дискретный канал связи фирмы Bell (США) |
200 |
|
4 |
Транспортный канал сети SITA |
100 |
|
5 |
Транспортный канал сети ARPA |
0.001 |
статистика ошибок, наблюдаемых в каналах связи (п.п. 1...3) и транспортных каналах (п.п. 4,5). Легко увидеть, что эти цифры резко отличаются друг от друга.
Есть несколько способов реализации транспортного канала. Наиболее эффективным из них является использование специального многопроцессорного контроллера, который вне вычислительной машины реализует обе программы транспортного канала (управление информационным каналом и управление физическим каналом). Однако часто для упрощения оборудования эта задача решается комбинированным способом, в котором управление информационным каналом частично выполняет вычислительная машина, а остальная часть процедур управления информационным каналом и управление физическим каналом обеспечиваются контроллером.
Алгоритм, реализуемый в транспортном канале двумя нижними уровнями программной структуры вычислительной сети, описывается протоколами управления информационным каналом и управления физическим каналом.
Уровень управления информационным каналом иначе называется канальным уровнем.
9.2. Канальный уровень управления передачей.
9.2.1. Вводные замечания
Целью канального уровня является выполнение функций установления, поддержания и разъединения канальных соединений, соединяющих сетевые объекты. Эти соединения называются также информационными каналами.
Качество сервиса канального уровня может быть различным для разных информационных каналов и направлений передачи информации. Оно выбирается во время установления канального соединения.
Параметры качества сервиса практически здесь те же, что и на транспортном уровне.
Функции канального уровня связаны с управлением канальными
соединениями включают:
· запрос физических соединений, направляемый на физический уровень;
· управление использованием физических соединений;
· связь канальных соединений с физическими;
· обеспечение необходимой последовательности передачи канальных сервисных блоков данных;
· обнаружение ошибок в передаваемых блоках;
· исправление обнаруженных ошибок и уведомление о неисправленных ошибках.
Канальный уровень, как и ряд других уровней, обеспечивает управление потоком передаваемой им информации.
9.2.2. Протоколы управления информационным каналом
9.2.2.1. Общая характеристика и состав.
В общем случае протокол управления информационным каналом располагается на втором уровне иерархии протоколов вычислительной сети. Этот протокол включает ряд процедур, связанных с управлением информационным каналом, к которым в первую очередь относятся:
· управление инициализацией и деинициализацией канала (установление и прекращение связи);
· упаковка передаваемой информации в кадры перед ее передачей и разупаковка информации после ее передачи по физическому каналу;
· генерация и чтение управляющих кадров;
· обеспечение прозрачности информационного канала (введение перед передачей и управление после передачи по каналу специальных символов);
· передача и прием подтверждений о приеме кадров;
· образование проверяющих символов и проверка содержимого кадров после их передачи по физическому каналу;
· повторная передача тех кадров, которые оказались потерянными, либо в которых обнаружены ошибки;
· управление потоками кадров в обе стороны физического канала.
В физических каналах используются два различных способа передачи информации. Первый из них заключается в параллельной передаче по d-цепям канала d-битовых символов (слов). Чаще всего в этих каналах осуществляется одновременная передача одного байта (восьми бит). Параллельные каналы используются в тех случаях, когда необходимы очень высокие скорости передачи.
Вторым способом является последовательная (бит за битом) передача информации по одной и той же цепи физического канала. Для передачи по ней байта необходимо договориться о том, в каком порядке передаются образующие его восемь бит. Тогда передающая сторона направляет в канал по одному биту каждого байта, а принимающая сторона собирает байт из принимаемых бит.
Характер управления передачей пакетов по информационному каналу зависит от вида выбранной процедуры управления. В современных сетях наиболее распространены два вида процедур: байт-ориентированные и бит-ориентированные.
В байт-ориентированных протоколах управления информационным каналом осуществляется побайтовая (посимвольная) передача информации.
В бит-ориентированных протоколах передается неделимый на байты поток бит.
Широко распространенной байт-ориентированной процедурой управления информационным каналом является протокол BSC, разработанный фирмой IBM. Этот протокол применяется в значительном числе вычислительных сетей и, по существу, является международным стандартом.
Байт-ориентированные протоколы хорошо увязываются с характеристиками вычислительных машин, но из-за передачи значительного числа управляющих символов не очень эффективно используют транспортную сеть. Поэтому в последние годы большое внимание уделяется бит-ориентированным процедурам управления каналом.
Как уже указывалось, каждый из протоколов управления информационным каналом определяет процедуры передачи информации по информационному каналу (см. рис. 9.3). Обмен информацией по этому каналу осуществляется синхронной передачей кадров. Синхронность здесь означает, что машина, принимающая информацию, распознает символы начала и конца каждого передаваемого кадра. Машины в зависимости от их отношения к текущему (во времени) кадру, называются соответственно передающей и принимающей. Протокол управления информационным каналом обеспечивает прозрачность информационного канала и поэтому позволяет кодировать передаваемую информацию любыми способами.
Кадр является массивом, состоящим из нескольких областей, предназначенных для записи определенной информации. Эти области называют полями. В кадре может быть поле адреса, информационное поле, поле управления, проверка и т.д. Эти поля, объединяясь, образуют (см. рис. 9.4) три
основных части кадра: заголовок, основу и концевик. Структура этих частей, определяющая размеры и место расположения различных полей, обычно именуется форматом кадра.
В информационном канале передаются два типа кадров: информационные и управляющие.
Первые из них являются основными и содержат в своей основе пакеты, передаваемые верхним (третьим) уровнем программной структуры вычислительной сети. Вторые являются вспомогательными и передают информацию, необходимую рассматриваемой паре машин для управления связывающим их информационным каналом.
Лишь в последнее время появились утвержденные международные стандарты, определяющие процедуры управления информационным каналом. Поэтому в различных созданных вычислительных сетях использовались разные типы бит-ориентированных процедур. В настоящее время появился бит-ориентированный протокол HDLC, утвержденный МККТТ и одобренный международной организацией стандартов (МОС), вслед за которым появился и ряд стандартов, связанных с управлением информационным каналом (управлением на канальном уровне). Об этих стандартах речь пойдет ниже.
Однако, протокол HDLC относится только к вычислительным сетям общего пользования. В ведомственных сетях все еще продолжается появление новых типов протоколов управления информационным каналом.
В таблице 9.2 дан перечень наиболее распространенных в настоящее время протоколов управления информационным каналом. Среди них важное место занимает протокол HDLC. По своей структуре к нему очень близок протокол SDLC.
Таблица 9.2
|
№ |
Наименование протокола |
Фирма. предложившая протокол |
|
1 |
HDLC ( LAP ) |
ISO CCITT |
|
2 |
SDLC |
IBM |
|
3 |
ADCCP |
ANSI |
|
4 |
CDCCP |
CDC |
|
5 |
UDLC |
UNIVAC |
|
6 |
DCL |
NCR |
|
7 |
DDCMP |
DEC |
|
8 |
BDLC |
BUR ROGHS |
Появление рекомендованного МККТТ и МОС протокола HDLC в качестве международного привело к тому, что начались работы по изменению существующих протоколов. Так, объявлено, что протоколы ADCCP и BDLC будут совместимы с протоколом HDLC. Фирма CDC заявила, что ее протокол CDCCP уже совместим с HDLC. Фирма Hewlett-Packard приняла протокол HDLC.
В таблице 9.3 дан список типов протоколов управления информационным каналом, используемых в ряде крупных вычислительных сетей.
Таблица 9.3
|
№ |
Название сети |
Стандарты управления каналом |
|
1 |
APRA |
Специальный, частично BSC |
|
2 |
EIN |
Частично HDLC |
|
3 |
SITA |
Модификация BSC |
|
4 |
CYCLADES |
BSC, HDLC, если это необходимо |
|
5 |
TELENET |
BSC, HDLC |
|
6 |
DATAPAC |
BSC, HDLC |
|
7 |
EPSS |
Специальный |
|
8 |
TRANSPAC |
BSC или модификация HDLC |
Как следует из таблицы 9.3, наиболее широкое распространение получили протоколы BSC и HDLC. Рассмотрим эти протоколы более подробно.
9.2.2.2. Протокол BSC.
Протокол BSC предусматривает набор правил, определяющих синхронную полудуплексную передачу информации по информационному каналу.
Формат кадра. Протокол предусматривает несколько способов передачи пакета, принимаемого с третьего уровня программной структуры вычислительной сети. Так, весь пакет может быть расположен в основе кадра (см. рис. 9.3) и обрамлен символами, образующими заголовок и концевик кадра. В результате получается информационный кадр, который передает пакет по информационному каналу. Кроме этого, пакет может быть разделен на части, которые помещаются в отдельные кадры, самостоятельно передаваемые по информационному каналу. Существует также возможность разделения пакета в кадре управляющими символами (см. рис. 9.4) на несколько частей. Необходимость в этом возникает тогда, когда нужно длинный пакет проверить по частям или целесообразно передать большой массив информации без реверса информационного канала. Таким способом можно также передать и несколько взаимосвязанных пакетов, являющихся частями одного сообщения.
Кроме информационных кадров протокол BSC предусматривает использование управляющих кадров, формат (структура) которых показан на рис. 9.5. Управляющие кадры информируют о начале и конце сеанса передачи, сообщают о наличии либо отсутствии ошибок в переданных пакетах, требуют ожидания передачи очередного информационного кадра.
Применяемые в информационных и управляющих кадрах протокола BSC восьмибитовые управляющие символы можно разделить на три группы :
· синхронизирующий символ;
· символы информационных кадров;
· символы управляющих кадров.
Управляющие символы указанных трех групп приведены в таблице 9.4.
Таблица 9.4
|
Группа символов |
Аббревиатура |
Смысловое значение |
|
1.Синхронизирующий символ |
SYN |
Синхронизация машин, связанных физическим каналом, или заполнение времени между соседними кадрами; два символа подряд (SYN SYN) сообщают о начале очередного кадра |
|
2.Символы информационных кадров |
SON |
Предшествует заголовку пакета |
|
STX |
Предшествует основе пакета |
|
|
ETX |
Следующий за концом пакета |
|
|
ETB |
Следующий за концом заголовка либо основы пакета |
|
|
ITB |
Следующий за концом части пакета (при разделении его на части) |
|
|
3.Символы управляющих кадров |
ENQ |
Для запроса сеанса связи или запроса повторного ответа, если последний запоздал либо пришел искаженным |
|
ACK 0/1 |
Чередующиеся символы, сообщающие о правильности принятого информационного кадра и готовности к приему следующего кадра |
|
|
WACK |
Принятый кадр правильный, но принимающая машина временно не готова к приему следующего кадра |
|
|
NAK |
Принятый кадр содержит ошибку (запрос повторения переданного кадра) |
|
|
RVI |
Принятый кадр правильный, но передачу прекратить |
|
|
EOT |
Конец сеанса связи |
|
|
TTD |
Символ отсутствия информации для передачи, но сохранения сеанса связи |
Каждый из информационных кадров заканчивается двумя символами ВСС1, ВСС2, обеспечивающими проверку содержимого пакета после его передачи по физическому каналу. Этот контроль осуществляется одним из трех способов.
1.Способ VRK обеспечивает проверку каждого символа (байта) пакета на четность/нечетность.
2.Основой способа LRC является продольный (вдоль кадра) контроль бит информации.
3.Способ CRC определяет циклическую проверку. Это наиболее эффективный способ, при использовании которого числа, кодирующие передаваемую информацию, складываются, и полученная сумма делится на константу. Частное отбрасывается, а остаток служит двухбайтовым контрольным символом, обозначаемым ВСС1, ВСС2.
Более подробно возможные способы и средства контроля бит информации на основе применения различных классов помехозащитных кодов, будут рассмотрены ниже.
Процедуры управления. Сеанс связи между парой вычислительных машин, соединенных информационным каналом, осуществляется в пять этапов, часто именуемых фазами:
Фаза 1. Подключение канала. Эта фаза необходима тогда, когда соединение между машинами осуществляется через коммутируемую сеть. При использовании арендуемого канала связи надобность в этой фазе отпадает.
Фаза 2. Запрос на передачу.
Фаза 3. Передача кадров.
Фаза 4. Окончание передачи. Передающая машина сообщает о конце сеанса связи.
Фаза 5. Отключение канала. После использования коммутируемого канала связи последний отключается. При использовании арендуемого канала связи надобность в этой фазе (как и в первой) отпадает.
Пример взаимодействия вычислительных машин при передаче двух пакетов, упакованных в кадры, показан на рис.9.6 для случая безошибочного
приема и на рис.9.7 для случая обнаружения ошибки в информационном кадре на приемной стороне.
Во втором случае вместо управляющего кадра, содержащего подтверждение, передается управляющий кадр, содержащий символы, требующие повторной передачи информационного кадра. После чего информационный кадр вновь передается по информационному каналу.
Протокол BSC предусматривает два способа представления информации в пакете.
В первом из них (нормально) вся информация в пакете кодируется определенным образом.
Во втором случае содержимое пакета может кодироваться любым способом, а ее прозрачность обеспечивается применением специальных мер.
Использование второго способа необходимо для передачи информации с плавающей запятой; блоков десятичной информации; программ, написанных на языках машин; данных, полученных во время эксперимента и т.п.
Что же касается управляющих символов, включаемых в заголовки и концевики различных кадров, то они всегда кодируются определенным образом.
Прозрачность. Для управления информационным каналом соответствующие процедуры (аппаратура) должны отличать управляющие символы от содержимого кадра, передаваемого в его основе. Однако при произвольном способе кодирования символов основы кадра в нем могут появиться такие, которые имеют те же коды, что и управляющие символы. Иначе говоря, в кадре могут быть символы, неотличимые от управляющих.
Чтобы все же отличить символы основы кадра от управляющих символов, вводится специальный символ “DLE” и выполняется следующая процедура (см. рис. 9.8):
· перед каждым управляющим символом заголовка и концевика дописывается символ DLE;
· перед каждым символом DLE, имеющимся в основе кадра, добавляется еще один символ DLE.
Эта операция называется байтстаффингом (наполнение кадра байтами DLE) и выполняется перед передачей информационного кадра в информационный канал. После приема этого кадра из информационного канала выполняется обратная операция - удаление символов DLE, вставленных перед передачей кадра в канал. Так как символ DLE для других целей не используется, то после выполнения операции байтстаффинга все управляющие символы становятся двухбайтовыми (см. таблицу 9.5).
Таблица 9.5
|
№ |
Символ |
Его смысловое значение |
|
|
DLE STX |
Прозрачный режим для последующего кадра |
|
DLE ETB |
Окончание заголовка либо основы кадра в прозрачном режиме |
|
|
DLE ETX |
Окончание кадра в прозрачном режиме и переход на работу в нормальном ( непрозрачном ) режиме |
|
|
DLE SYN |
Синхронизация либо заполнение времени между кадрами в прозрачном режиме |
|
|
DLE ENQ |
Требование игнорирования переданного кадра и переход в нормальный режим |
|
|
DLE ITB |
Окончание промежуточной прозрачной части кадра ( в случае, когда в кадре содержится несколько частей пакета) |
Это позволяет получить следующий алгоритм анализа, принятого из канала, кадра. Появление в кадре символа DLE является (см. рис. 9.9) предупреждением, сообщающим, что следующий далее символ является управляющим, если он отличен от DLE.
Если же он совпадает с DLE, то он не является управляющим. Благодаря этому при любых кодах, используемых в пакете, уложенном в основу кадра, управляющие символы выделяются среди общего потока символов.
Пример информационного кадра, содержащего в своей основе пакет с символами, закодированными любым способом, показан на рис. 9.8 и 9.10.
Для удобства рассмотрения здесь показан худший случай, когда пакет состоит только из символов, которые в обычном режиме (непрозрачном) совпадают с управляющими символами. Для передачи кадра с этим пакетом перед всеми управляющими символами заголовка и концевика, а также перед символами DLE, оказавшимися в основе кадра, дописываем (см. рис. 9.8) по символу DLE.
В результате получается (см. рис. 9.10) кадр, в котором легко выделяются управляющие символы. Они на рис. 9.10 обозначены цифрами 1,2,3,4. Все, что находится между ними, естественно, является основой кадра, в которой упакован пакет. Управляющие символы перед основой образуют заголовок, а символы после основы входят в концевик кадра.
После передачи кадра в принимающей машине заголовок и концевик убираются, а из оставшейся части (основы) вычеркивается один символ DLE из каждой имеющейся здесь пары DLE. В результате этого пакет восстанавливается в первоначальном виде, показанном на рис.9.8.
9.2.2.3. Протокол HDLC.
Большой опыт, полученный при эксплуатации информационных каналов, использующих протокол BSC, позволил фирме IBM разработать новый, более совершенный, протокол, названный SDLC. На его основе МОС был создан и утвержден международный протокол управления информационным каналом, названный HDLC. Позже, с некоторыми изменениями этот протокол был принят и МККТТ.
Протокол HDLC определяет множество процедур управления каналом, из которых при создании конкретной вычислительной сети выбираются необходимые. Более того, тексты протокола HDLC, одобренные МОС и МККТТ, или, как говорят, версии протокола, несколько отличаются друг от друга (см. табл. 9.6). Поэтому далее при рассмотрении протокола HDLC будем анализировать и эти различия.
Таблица 9.6
|
№ |
Характеристика |
Вариант МОС |
Вариант МККТТ |
|
|
Способ передачи информации по информационному каналу |
Дуплексный, полудуплексный |
Дуплексный |
|
Режим управления информационным каналом |
Асинхронный, синхронный с расширенным полем управления, нормальный с расширенным полем управления |
Асинхронный |
|
|
Кодирование адресного поля |
Адрес вторичной машины |
Направление передачи информации (от первичной машины ко вторичной либо наоборот) |
|
|
Алгоритм проверки кадра |
Не определен |
Преобразование полиномов |
|
|
Статус вычислительной машины |
Каждой машины присваивается постоянный статус первичной либо вторичной |
Любая машина может выполнять функции как первичной, так и вторичной |
В отличие от байт-ориентированного протокола BSC, протоколы SDLC и HDLC являются бит-ориентированными, т.е. осуществляют работу не с байтами, а с битами. Такое изменение связано с необходимостью уменьшения объема управляющей информации, передаваемой по информационному каналу. Благодаря этому повышается эффективность использования этого канала.
Режимы работы. В протоколе HDLC программы управления информационным каналом могут выполнять “первичные” (управляющие) функции - передача команд и “вторичные” (управляемые) функции - передача ответов. В зависимости от того, как в машинах размещены первичные и вторичные функции, создаются два типа информационного канала: асимметричный или симметричный.
Версия МОС протокола HDLC предусматривает создание асимметричного информационного канала. Здесь программа управления информационным каналом, выполняющая первичные функции, располагается в машине со статусом “первичной”. Ей поручается управление всеми сеансами, выполняемыми информационным каналом. Программа управления информационным каналом, реализующая вторичные функции, находится в машине со статусом “вторичной”. Во всех сеансах связи она выполняет роль управляемой машины.
В версии МОС “первичная” машина обеспечивает выполнение двух способов управления информационным каналом. Если источником информации является “первичная” машина (верхняя часть рис. 9.11), то взаимодействие со “вторичной” осуществляется с помощью команд селекции (выбора необходимой вторичной машины). Если же источником информации становится “вторичная” машина (нижняя часть рис. 9.11), то для взаимодействия с ней “первичная” использует команды опроса.
Что касается “вторичной” машины, то версия МОС предусматривает два режима ее работы: нормальный (NRM) и асинхронный (ARM). В нормальном режиме “вторичная” машина может начать передачу кадров только после получения разрешения от “первичной”, после чего “вторичная” машина передает “первичной” один либо несколько кадров. При передаче последнего кадра она должна об этом уведомить “первичную”. После этого “вторичная” машина прекращает передачу.
В асинхронном режиме “вторичная” машина может начать передачу без разрешения “первичной”. Такая передача содержит один либо несколько кадров и используется для передачи информации или указания изменения состояния “вторичной” машины (например, переход из состояния готовности принять информацию в состояние занятой машины, возникновение особых случаев и т.д.). В этом режиме возможно появление соперничества, заключающегося в одновременной посылке команды (“первичной” машиной) и ответа (“вторичной” машиной). Для устранения соперничества команда и ответ, появившиеся одновременно, отвергаются. Через установленные интервалы времени команда и ответ могут быть повторены. Однако интервал времени, используемый “вторичной” машиной, устанавливается значительно большим, чем интервал времени, применяемый “первичной” машиной. В результате этого соперничество устраняется.
Следует отметить, что в каждой коммуникационной машине в сети подключается (см. рис. 9.12) несколько физических каналов. Поэтому по отношению к разным каналам одна и та же машина может иметь различный статус. Так, машина III по отношению к каналам 3 и 4 является первичной (П), а относительно канала 2 - вторичной (В).
В версии МККТТ протокол HDLC предусматривает создание симметричного информационного канала. Здесь каждая из машин выполняет (см. рис. 9.13) как первичные, так и вторичные функции, благодаря чему два асимметричных информационных канала версии МОС как бы сливаются в один симметричный. В соответствии с этим все сказанное ранее и далее о первичных и вторичных машинах в версии МОС в равной мере относится к первичным и вторичным функциям в версии МККТТ. Следует лишь иметь ввиду, что в версии МККТТ нормальный режим (NRM) не используется, а применяется только асинхронный режим (ARM). Поэтому здесь нет надобности в передаче вторичной функцией информационных кадров.
В обеих версиях протокола HDLC обмен информацией осуществляется передачей кадров. Как и в протоколе BSC, здесь используются два типа кадров: информационные и управляющие. Каждый из информационных кадров сохраняется в передающей машине до тех пор, пока от принимающей машины не поступит подтверждение о том, что он передан без ошибок.
Версия МОС предусматривает синхронную передачу информации как в дуплексном, так и в полудуплексном режимах. В версии МККТТ рассматривается только дуплексный режим передачи.
Формат кадра. Структура кадра, применяемого в протоколе HDLC, показана на рис. 9.14. Кадр состоит из трех частей:
· трехбайтовый (в особых случаях - четырехбайтовый) заголовок;
· основа размером от 0 до N байт;
· трехбайтовый концевик.
Каждый кадр начинается и заканчивается флагом - восьмибитовым управляющим символом, отделяющим кадры друг от друга в непрерывном потоке информации, проходящей через информационный канал.
Флаг, расположенный в начале кадра, называют открывающим, а флаг, находящийся в конце кадра - закрывающим. При этом один и тот же флаг может быть как закрывающим для предыдущего кадра, так и открывающим для последующего кадра. Каждый флаг представляется в кадре восьмибитовым кодом 01111110.
Протокол HDLC предусматривает использование трех типов кадров, определяющих три фазы (этапа) работы двух вычислительных машин, взаимодействующих через информационный канал:
Ненумерованный (U-кадр), предназначенный для выполнения функций фазы установления и прекращения связи пары машин, соединенных информационным каналом (запрос и согласие на установление связи, сообщение об ошибках в формате кадра).
Супервизорный (S-кадр), обеспечивающий выполнение функций фазы управления передачей информационных кадров (сообщение о готовности либо неготовности к приему, о появлении либо отсутствии ошибок в содержимом кадра, запрос повторной передачи кадров).
Информационный (J-кадр), используемый в фазе передачи информации по информационному каналу от одной машины к другой.
По информационному каналу, соединяющему пару вычислительных машин, передаются два встречных смешивающихся потока информационных кадров. Для четкого управления этими потоками и безошибочной идентификации кадров в каждой машине устанавливается по два счетчика (см. рис. 9.15). Один из них подсчитывает информационные кадры, переданные машиной в информационный канал, а другой - считает кадры, полученные машиной из этого канала.
Непосредственно перед отправкой информационного кадра в информационный канал в него записываются:
· N(S) - номер передаваемого кадра,
· N(R) - номер ожидаемого (при приеме) кадра.
Эти номера определяются (например, кадр с на рис. 9.15) показаниями счетчиков машины I:
N(S)c = V(S)I, N(R)c = V(R)I. (1)
Если процедура передачи кадра проведена без ошибок, то номер передаваемого кадра, присвоенный машиной II (кадр в, см. рис. 9.15), должен совпадать с показаниями счетчика принятых кадров
в машине I:
N(S)в = V(R)I. (2)
Если это условие нарушено, то принятый кадр выбрасывается, а машина II посылает требование повторной передачи кадра. Значение счетчика V(R) в этом случае не изменяется. Если же указанное условие выполнено, и кадр передан без ошибок, то он принимается машиной I, и значение счетчика V(R) изменяется на единицу.
В соответствии с условиями (1) и (2) в передаваемом кадре (кадре с, см. рис. 9.15) Nc(R) = Nв(S) + 1. Поэтому, придя в машину II, кадр значением N(R) сообщает, что информационные кадры с номерами до N(R) - 1 переданы правильно и приняты машиной I.
Супервизорным кадрам также присваиваются номера. Но в отличие от информационных кадров здесь используется только номер ожидаемого (при приеме) супервизорного кадра N(R).
Передача ненумерованных кадров не связана с работой счетчиков, и последние их не считают. Этим и определилось название рассматриваемого типа кадров.
Заголовок кадра. Заголовок кадра (см. рис. 9.14), являющийся в иерархии заголовков - заголовком канала, состоит из трех полей (областей). Начинается заголовок однобайтовым полем, в котором расположен открывающийся флаг. За ним следует однобайтовое адресное поле, в котором записывается адрес вторичной машины (версия МОС) либо направление передачи кадра по информационному каналу (версия МККТТ). Замыкает заголовок кадра однобайтовое (в особых случаях - двухбайтовое) поле управления.
Записанные в поле управления коды позволяют:
· определить тип кадра;
· сообщить номера передаваемого кадра N(S) и ожидаемого кадра (при приеме) N (R);
· передать команду либо ответ;
· ввести функцию запроса - ответа.
Список команд и ответов, используемых в протоколе HDLC, приведен в таблице 9.7. Команды и ответы, отмеченные в табл. звездочками в версии МККТТ отсутствуют. Каждый из ненумерованных и супервизорных кадров передает команду либо ответ, что обеспечивает управление информационным каналом.
Таблица 9.7
|
Тип кадра |
Команда |
Ответ |
|
Ненумерованный |
SNRM-Установить связь в нормальном режиме |
UA-подтверждение |
|
SNRME-Установить связь в нормальном режиме с расширенным полем управления |
CMDR-отказ от выполнения команды |
|
|
SARM-Установить связь в асинхронном режиме |
||
|
SARME-Установить связь в асинхронном режиме с расширенным полем управления |
||
|
DISC-Прекратить связь |
||
|
Супервизорный |
RR-Готов к приему |
RR-готов к приему |
|
RNR-не готов к приему |
RNR-не готов к приему |
|
|
REJ-отказ от кадров |
REJ-Отказ от кадров |
|
|
SREJ-Селективный отказ от кадров |
SREJ-Селективный отказ от кадров |
|
|
Информационный |
I-Информация |
I-Информация |
Каждый из ненумерованных кадров несет в себе одну из пяти команд либо один из двух ответов.
Команда SNRM используется для предложения об установлении связи между машинами в нормальном режиме. Передача этой команды и последующий прием подтверждения UA переводят информационный канал из пассивного в активное состояние, позволяющее начать передачу информационных кадров.
Команда SNRME используется в особых случаях, когда размер поля управления кадра должен быть удвоен и равен двум байтам для нумерации кадров до 128 (вместо восьми).
Команда SARM является требованием на установление связи в асинхронном режиме. После подтверждения UA информационный канал переводится в активное состояние.
Команда SARME применяется для использования асинхронного режима с удвоенным размером поля управления.
Команда DISK требует прекращения работы информационного канала в режиме, определенном командой из перечня вышеназванных четырех.
Ответ UA используется для посылки информации о принятой к выполнению команде, содержащейся в ненумерованном кадре.
Ответ CMDR посылается в тех случаях, когда принятая команда не может быть выполнена. Это происходит в следующих случаях:
· прием ложной либо неиспользуемой команды;
· прием информационного кадра с пакетом, размер которого превышает выбранный стандарт;
· прием кадра, номер которого имеет недопустимое значение (появление номера уже принятого или подтвержденного кадра либо внеочередного номера кадра).
Супервизорный кадр передает одну из четырех команд либо один из четырех ответов, указанных в таблице 9.7. При передаче в канал этим кадрам присваиваются номера N(R), циклически изменяющиеся от 0 до 7 при использовании нормального поля управления, либо от 0 до 128 при применении расширенного поля управления. Они необходимы для управления потоком супервизорных кадров в физическом канале. Используемые в супервизорном формате команды (ответы) означают следующее.
Команда либо ответ RR предназначена для передачи сообщения машины об ее готовности к приему информационного кадра либо для подтверждения приема ранее полученных кадров, имеющих номера до N(R)-1.
Команда либо ответ RNR сообщает о том, что принимающая машина временно не может принять новые информационные кадры. Этим одновременно подтверждаются принятые к этому моменту информационные кадры, пронумерованные до N(R)-1. Прием остальных кадров не подтверждается.
Команда либо ответ REJ используется для требования повторной передачи информационных кадров, начиная с номера N(R). Информационные кадры с номерами до N(R)-1 считаются подтвержденными. Дополнительные кадры, ожидающие передачи, могут быть переданы только после повторной передачи указанных кадров.
Команда либо ответ SREJ используется для требования повторной передачи только одного информационного кадра, имеющего номер N(R). При этом подтверждается прием кадров с номерами до N(R)-1.
В управляющем поле информационного кадра (кадра I) нет команд, ибо код самого кадра одновременно является и командой, сообщающей о том, что кадр содержит пакет, принятый с более высокого уровня программной структуры вычислительной сети.
Следует иметь ввиду, что протокол HDLC допускает определенную гибкость в использовании команд и ответов. С одной стороны, при передаче информационных кадров по каналу не обязательно использовать все команды или ответы, указанные в таблице 9-7. Например, можно работать только в нормальном режиме и использовать однобайтное поле управления. Тогда команды SARM, SNRME, SARME не нужны. С другой стороны, протокол HDLC открывает возможность введения в будущем новых команд и ответов.
Основа кадра. Все информационные кадры имеют основу, включающую пакет, принятый с более высокого уровня иерархии слоистой программной структуры вычислительной сети. Им может быть как пакет, содержащий информацию пользователя, так и один из управляющих пакетов, используемых для управления коммуникационной сетью. Во всех этих случаях размер основы кадра определяется величиной содержащегося в нем пакета. Содержимое пакета может кодироваться любым образом, ибо специальные меры обеспечивают его передачу через информационный канал при любых кодах записанной здесь информации. Для выемки пакета из кадра (после передачи через информационный канал) необходимо выполнить две операции. Убрать из кадра заголовок, содержащий при нормальном поле управления три, а при расширенном поле управления - четыре байта. Вслед за этим, отсчитывая от конца кадра, отрезать трехбайтовый концевик кадра. Оставшаяся часть кадра и является основой, содержащей переданный через информационный канал пакет.
Ненумерованный кадр, передающий команду CMDR, также имеет основу. В трехбайтовом поле этой основы записывается информация о причинах отказа от выполнения команды. Остальные ненумерованные и все супервизорные кадры основы не имеют (в структуре кадра, показанного на рис. 9.14, величина N=0).
Концевик кадра. Концевик кадра является замыкающей частью всего кадра. Он состоит (см. рис. 9.14) из двухбайтового поля проверки кадра и однобайтового, в котором размещается закрывающий флаг.
Поле проверки кадра, обозначаемое в протоколе буквами FCS, содержит информацию, позволяющую осуществить проверку кадра после его передачи по информационному каналу.
Версия протокола HDLC, предложенная МОС, не стандартизует метод проверки кадра. Версия этого протокола, утвержденная МККТТ, предлагает метод, в котором двухбайтовый символ проверки является дополнением до единицы суммы (по модулю 2) следующих двух слагаемых:
· остатка от деления по модулю 2 выражения Хk (Х15+Х14+...+Х2+Х+ 1)
на полином Х16+Х12+Х5+1,
где k - суммарное число бит адресного, управляющего и информационного полей;
· остатка от умножения на Х16 и последующего деления по модулю 2 содержимого адресного, управляющего и информационного полей на полином Х16+Х12+Х5+ 1.
Этот алгоритм проверки кажется относительно сложным. Однако он реализуется достаточно просто и обеспечивает высокую степень достоверности защиты от ошибок.
Здесь реализуется один из эффективных избыточных кодов из класса циклических (n, k) - кодов, обнаруживающих ошибки, о которых более подробно речь пойдет далее, как и других классах кодов, используемых для обнаружения и исправления ошибок в информационных кадрах при передаче их по информационному каналу в условиях помех.
Вслед за полем проверки кадра следует (см. рис. 9.14) закрывающий флаг, который заканчивается любой (информационный и управляющий) кадр. Кадр, не обрамленный флагами или имеющий между флагами менее 32 бит, считается ложным. Если за одним кадром сразу не передается другой кадр, то пространство между ними может заполняться множеством следующих друг за другом флагов.
Прозрачность. Для направления кадра в информационный канал необходимо, чтобы в передаваемой последовательности бит не было ни одного символа, совпадающего с флагом. Поэтому передающая машина перед посылкой последовательности бит, определяемой кадром, просматривает эту последовательность и выполняет операции битстаффинга: вставляет 0 после каждых пяти единиц подряд. После этого в последовательности бит, определяемой кадром, не остается ни одного кода, соответствующего флагу (01111110). Последовательность обрамляется флагами и передается в информационный канал. При приеме последовательности бит из этого канала происходит обратная операция. Принимающая машина убирает флаги, просматривает содержимое между этими флагами и исключает (выбрасывает) каждый нуль, записанный после пяти единиц подряд.
Процедура управления. Как было показано ранее, каждая вычислительная машина ведет циклический счет порядковых номеров N(S) передаваемых номеров N(R) принимаемых ею информационных кадров. Для записи этих номеров в нормальном поле управления заголовка кадра выделено три, а в расширенном - семь двоичных разрядов, что обеспечивает соответственно счет кадров от 0 до 7 либо от 0 до 127. Поэтому передающая машина может, не дожидаясь подтверждения, направить в информационный канал до 7 либо до 127 информационных кадров.
Информационный канал может находиться в одном из двух состояний: активном и пассивном. Канал находится в активном состоянии, если по нему передается кадр, либо последовательность флагов, заполняющих промежутки времени между соседними кадрами. При активном состоянии канала вычислительная машина имеет возможность сразу продолжить передачу кадров. Передача в активном состоянии от 7 до 14 единиц подряд означает требование вычеркнуть переданный кадр.
Передачей 15 и более единиц подряд информационный канал из активного состояния переводится в пассивное состояние. Пассивное состояние канала означает, что передающая машина закончила сеанс связи.
В пассивном состоянии через информационный канал можно передать только управляющий кадр, содержащий одну из команд SNRM, SARM, SNRME либо SARME. Посылка одной из этих команд и получение ответа UA вновь переводят канал в активное состояние.
Взаимодействие двух машин характеризуется тремя фазами (этапами) работы: установление, поддержание и прекращение связи. До установления связи информационный канал находится в пассивном состоянии, а счетчики кадров - в нулевом положении. Первичная машина, желающая установить связь, посылает вторичной машине управляющий кадр, содержащий одну из указанных команд, предлагающую начать сеанс связи в соответствующем режиме. Если вторичная машина желает начать сеанс связи, то она сообщает об этом передачей непрерывной последовательности флагов (запрос на передачу). На эту последовательность первичная машина отвечает одной из указанных четырех команд. После посылки на это вторичной машиной подтверждения UA фаза установления связи заканчивается, и канал из пассивного состояния переводится в активное состояние. Пример функционирования информационного канала показан на рис.9.16, где первичной машиной послано предложение SNRM начать работу в нормальном режиме, и от вторичной машины получено согласие UA на эту работу.
Фаза поддержания связи характеризуется передачей по информационному каналу в обе стороны информационных кадров, направлением подтверждений о их правильном получении либо посылкой запросов на повторную передачу информационных кадров в случае появления в них ошибок. До получения подтверждения можно передать группу, включающую от одного до 8 либо 128 (в зависимости от величины поля управления) информационных кадров.
Для прекращения сеанса связи первичная машина посылает (см. рис. 9.16) команду DJSC. В ответ на это вторичная машина направляет подтверждение
UA. При желании вторичной машины прекратить связь, последняя перестает посылать в информационный канал последовательность флагов. Канал из активного состояния переходит в пассивное, и фаза прекращения связи заканчивается.
На рис. 9.16 рассмотрен простейший сеанс связи машин, во время которого в одну сторону было передано четыре информационных кадра, в которых после передачи ошибок не оказалось. В действительности в информационном канале возникает множество самых разнообразных ситуаций. Все они решаются посылкой команд и ответов, указанных в таблице 9.7.
9.2.3. Стандарты канального уровня.
Подавляющее большинство стандартов канального уровня было разработано до появления эталонной модели ВОС. Эти стандарты ориентировались на существующие системы телеобработки и передачи данных, а позднее - на особенности применения средств передачи и типов сетей. В настоящее время существует большое число разнообразных стандартов канального уровня, и работа над их развитием и расширением продолжается.
Исходя из характера представления передаваемой информации, канальные протоколы подразделяется на знак-ориентированные (позначные) и бит-ориентированные, о чем подробно говорилось ранее. В первом случае наименьшей интерпретируемой единицей является знак (в определенном коде), а во втором - бит информации.
Первые стандарты МОС для канального уровня появились в начале 70-х годов и относились к процедурам синхронной позначной передачи (так называемый основной режим). Эти стандарты были основаны на ряде национальных и фирменных стандартов (в частности, на протоколе BSC фирмы IBM). Процедуры основного режима регламентировались следующими международными стандартами (МС):
· МС 1177 - структура символов при стартстопной и синхронной передаче;
· МС 1745 - процедуры основного режима для систем передачи данных;
· МС 2111- кодонезависимая передача в основном режиме;
· МС 2628, МС 2629 - дополнения к процедурам основного режима.
Особенностью этих процедур была ориентированная на определенный код (в основном семибитный код МОС). Передача велась блоками (кадрами) специального формата с использованием процедур обнаружения ошибок и их устранения путем повторной передачи.
В начале 80-х годов в МОС были разработаны стандарты нового поколения канальных процедур. Эти стандарты получили название высокоуровневых процедур управления каналом данных и были ориентированы на синхронную побитовую передачу данных. По сравнению с процедурами основного режима высокоуровневые процедуры имели ряд преимуществ:
· отсутствие ориентации на определенный код;
· возможность работы на каналах различной конфигурации (т.е. точка-точка и многоточка);
· более эффективные способы управления потоком и исправления ошибок.
Стандарты на высокоуровневые процедуры включают в себя:
· МС 3309 - структура кадра высокоуровневых процедур управления каналом данных;
· МС 4335 - элементы высокоуровневых процедур;
· МС 6159 - несбалансированный класс процедур;
· МС 6256 - сбалансированный класс процедур.
Эти стандарты разработаны на базе фирменных стандартов (например, SDLC фирмы IBM, BDLC фирмы Burroughs, UDLC фирмы Sperry Univac и др.), поэтому охватывают широкий класс процедур. Подмножества этого класса процедур используются в других стандартах и рекомендациях. Например, подмножество ВАС 2,8 стандарта МС 4335 (сбалансированный режим) применяется при доступе к сетям пакетной коммутации общего пользования (рекомендация МККТТ Х.25).
Дальнейшее развитие канальных стандартов происходит по двум направлениям: разработка многоканальных процедур и процедур для локальных сетей.
Многоканальные процедуры используются для повышения надежности передачи и пропускной способности соединения за счет параллельной работы по нескольким физическим соединениям. Каждое физическое соединение используется для организации подканала, а многоканальная процедура “собирает” эти подканалы в одно соединение, предоставляемое объектам сетевого уровня. Многоканальные процедуры стандартизированы в МОС (МС 7478) и рекомендованы МККТТ.
Специфика протоколов локальных сетей заключается в том, что функции канального уровня здесь расширены за счет добавления процедур управления доступом к среде. Стандарты на канальный протокол локальных сетей регламентируют сервис двух типов: с соединением и без соединения. Эти типы сервиса описаны вместе с протоколом в стандарте МОС МС 8802.2.
9.2.4. Канальный сервис с соединением.
Общая характеристика.
Разработка стандарта на сервис канального уровня при наличии разнообразных протоколов связана с выделением наиболее общих услуг, типичных для протоколов этого уровня. В этом смысле стандартный сервис есть сервис идеализированного уровня, который не соответствует реальному сервису, предоставляемому отдельным протоколом. Стандарт на канальный сервис может как превосходить набор услуг реального протокола, так и не учитывать услуг, предоставляемых специализированными протоколами.
При разработке стандарта МОС на канальный сервис учитывались наиболее существенные возможности, которые получает пользователь канального уровня. С точки зрения пользователей, т.е. сетевых объектов, сервис канального уровня позволяет обеспечить:
· независимость от используемых физических средств передачи: пользователи освобождаются от всех проблем, связанных с конфигурацией физического соединения или его техническими и процедурными характеристиками. Например, пользователь не знает, какой способ передачи - дуплексный или полудуплексный используется;
· прозрачную передачу данных: это означает, что пользователь может передавать данные с любым содержанием, форматом или кодировкой; канальный уровень не интерпретирует эти данные, т.е. доставляет их прозрачно;
· надежный обмен данными: большое число ситуаций, связанных с потерей, переупорядочением или искажением данных, обрабатывается без вмешательства пользователей; тем самым повышается вероятность безошибочной передачи данных;
· выбор качества сервиса: качество сервиса канального соединения связано с такими параметрами, как пропускная способность, транзитная задержка, уровень ошибок, надежность; пользователям предоставляется возможность запросить и согласовать параметры качества сервиса;
· установление соединения по требуемому адресу: если на канальном уровне используется многоточечная конфигурация, т.е. конфигурация, когда достижимы пользователи с разными адресами, то пользователю дается возможность указать необходимый канальный адрес.
Канальный сервис состоит из следующих услуг:
· по установлению канального соединения;
· по согласованию качества сервиса (КЧС);
· по передаче канальных СБД (КСБД);
· связанной с управлением потоком КСБД;
· по передаче отдельных срочных КСБД (факультативная услуга);
· по переводу звеньевого соединения в исходное состояние с уведомлением об этом пользователей;
· по расторжению соединения, сопровождаемому возможной потерей данных.
Рассмотрим подробнее указанные услуги канального сервиса с соединением.
Установление канального соединения. Установление канального соединения связано с обменом параметрами сервисных примитивов. Соответствие параметров показано в таблице 9.8.
Адреса в сервисных примитивах есть адреса канальных сервисных точек доступа (СТД). Использование адреса ответчика предусматривается для случаев, когда в многоточечной конфигурации возможна переадресация запроса соединения.
При установлении соединения выполняется услуга по согласованию таких параметров КЧС, как пропускная способность и транзитная задержка для каждого направления передачи.
Для этих параметров согласовываются четыре значения: желаемое, крайнее приемлемое, обеспечиваемое и выбранное. Первые два значения определяются пользователем в сервисном примитиве “Запрос”. Второе и третье значения вставляются канальным уровнем в примитив “Указания”; наконец, четвертое значение вставляется в примитивы “Ответ” и “Подтверждение”. Два параметра КЧС не согласовываются, но выбираются пользователем - это тип защиты данных и приоритет.
Данные пользователя передаются прозрачно и могут иметь максимальную длину 128 октетов.
Разъединение звеньевого соединения. Эти сервисные примитивы используются в тех случаях, когда разъединение инициировано:
· одним или обоими пользователями на уже установленном соединении;
· канальным уровнем на уже установленном соединении;
· пользователем при отказе установить соединение;
· канальным уровнем при невозможности установить соединение;
· пользователем, который перед этим выдал примитив “Запрос”.
Использовать услугу по разъединению разрешается в любой момент; при разъединении могут быть аннулированы недоставленные данные. Используемые при разъединении параметры имеют следующий смысл:
· инициатор указывает источник разъединения (пользователь или канальный уровень);
· причина - дает информацию о причине разъединения;
· порядок использования этого поля приведен в таблице 9-9;
· данные пользователя - имеют максимальную длину 128 октетов.
Передача этих данных не гарантируется, т.к. они могут быть потеряны при столкновении с встречным разъединением. Соответствие перечисленных параметров приведено в таблице 9-10.
Передача данных - сервисная услуга. Данные пользователя в примитивах представляют собой канальные сервисные блоки данных (КСБД).
Услуга по передаче данных заключается в прозрачной передаче КСБД от одной СТД к другой с сохранением последовательности КСБД.
Услуга по управлению потоком данных в явном виде (т.е. через сервисные примитивы) не описывается.
Неформально управление потоком выражается в том, что очередь, которая моделирует поведение поставщика в одном направлении, не переполняется (т.е. возможность добавления данных в очередь зависит от частоты выборки данных из очереди принимающим пользователем). Описание факта добавления элемента в очередь связано с формализацией процедур интерфейсного управления потоком. Такие процедуры в настоящее время не входят в описание стандартного сервиса, поскольку явно не связаны с взаимностью объектов.
Факультативной услугой является передача срочных данных. Сама по себе эта услуга не отличается от услуги по передаче нормальных (не срочных) данных и имеет такое же соотношение сервисных примитивов.
Использование срочных данных применяется тогда, когда предоставляется факультативная услуга по передаче срочных данных; значения параметра “использовать” и “не использовать”.
По сравнению с потоком нормальных данных поток срочных данных имеет следующие свойства:
· срочные КСБД доставляют пользователю даже в том случае, если пользователь приостанавливает прием нормальных КСБД;
· срочные КСБД могут обгонять нормальные КСБД.
Канальный уровень гарантирует, что срочные КСБД не будут переданы пользователю позже любого нормального КСБД, перед которым срочный КСБД был выдан отправителем.
Перевод в исходное состояние (сброс) - сервисная услуга.
Услуга по переводу в исходное состояние (услуга по сбросу) используется в двух случаях:
· когда пользователю необходимо очистить соединение от всех недоставленных данных и таким путем “сфазироваться” с объектом - партнером; устранение недоставленных данных может также потребоваться при перегрузке соединения;
· когда канальный уровень обнаруживает неисправимую ошибку или невосстанавливаемую потерю данных.
Для выполнения услуги используются следующие сервисные примитивы:
· “Сброс - запрос”: (инициатор, причина);
· “Сброс - указание”: (инициатор, причина);
· “Сброс - ответ”;
· “Сброс - подтверждение”.
Последовательность этих примитивов зависит от того, кто является инициатором их передачи. Различают, когда сброс инициирован одним из пользователей, обоими пользователями, канальным уровнем или одновременно пользователем и канальным уровнем.
Параметры примитивов используются следующим образом:
· инициатор - указывает на источник сброса и может иметь два значения “пользователь” либо “канальный уровень”;
· причина - принимает значение “перегрузка соединения” или “ошибка”, если инициатором является канальный уровень, и значение “рабочий сброс”, если инициатором является пользователь.
Соответствие параметров примитивов такое же, как при разъединении соединения.
Для того, чтобы услуга по переводу в исходное состояние действительно помогала “фазированию” пользователей, вводятся ограничения на соотношения нормальных КСБД, срочных КСБД и сервисных примитивов сброса:
· ни один КСБД, переданный до начала сброса, но не доставленный партнеру, не будет доставлен ни после начала, ни после завершения сброса (т.е. такие КСБД будут аннулированы);
· все КСБД, переданные пользователем во время проведения сброса, будут аннулированы;
· ни один КСБД, переданный пользователем после завершения сброса, не будет доставлен партнеру раньше, чем завершится сброс у партнера.
Последовательность сервисных примитивов на одном конце соединения.
Допустимые последовательности сервисных примитивов описываются помеченным графом (рис. 9.17), вершины которого ассоциированы с состояниями конечной точки соединения, а ребра - с переданными сервисными примитивами.
В исходном состоянии может быть передан примитив “Установление соединения - запрос” либо принят примитив “Установление соединения - указание”. Затем согласно соотношениям сервисных примитивов, описанных выше, при установлении соединения передается примитив “Установление соединения подтверждение” и примитив “Установление соединения - ответ”. Эти допустимые последовательности соответствуют переходам из исходного состояния в состояние передачи данных.
В состоянии передачи данных допускаются любые последовательности примитивов, связанных с передачей нормальных и срочных данных.
Переходы из состояния передачи данных в состояние ожидания подтверждения сброса, ожидания ответа на сброс и обратно описывают допустимые последовательности примитивов при сбросе. Эти переходы могут происходить в любой момент передачи данных.
Последовательность примитивов может быть завершена одним из примитивов разъединения “Разъединение - запрос” или “Разъединение - указание”, о чем свидетельствует наличие соответствующего перехода из каждого состояния в исходное.
Рассмотренный граф, задавая допустимые последовательности примитивов, не описывает взаимовлияния услуг. Например, здесь не отражается факт аннулирования данных при сбросе либо невыполнения услуги по установлению соединения при разъединении.
Параметры качества сервиса с соединением.
Понятие “качество сервиса” (КЧС) относится к параметрам канального уровня (соединения) в фазах его установления, разъединения и передачи данных. Параметры КЧС разделяются на три группы:
· параметры, согласуемые во время установления соединения;
· параметры, значения которых выбираются без согласования с партнером;
· параметры, значения которых не выбираются, но сообщаются пользователям.
К первой группе принадлежат параметры: пропускная способность, транзитная задержка.
Ко второй группе относятся: параметры защиты соединения, параметры приоритета.
В третью группу входят: коэффициент необнаруженных ошибок, живучесть соединения.
Значение параметров третьей группы необходимы пользователям для оценки надежности передачи и применения при необходимости дополнительных средств защиты от ошибок.
Согласование параметров первой группы не гарантирует сохранение их значений в течение всего времени существования соединения. При ухудшении параметров канальный уровень не прерывает соединения и не сообщает об этом пользователям.
Пропускная способность соединения характеризует скорость ввода-вывода данных и измеряется в битах в секунду для каждого направления. Этот параметр основывается на заранее определенном размере КСБД и определяется как отношение числа бит в последовательности переданных примитивов “данные-запрос” или “данные-указание”, содержащих КСБД определенной длины, ко времени, прошедшему между передачами первого и последнего примитивов в последовательности.
Транзитная задержка характеризует интервал времени между выдачей примитива “данные-запрос” и появлением примитива “данные-указание”. Этот параметр также основан на заранее определенном размере КСБД и представляет собой среднее значение, рассчитываемое для каждого направления передачи. Параметр транзитной задержки применим к отдельному КСБД. Он может быть использован для “предсказания” времени доставки КСБД при условии, что пользователь принимает КСБД без задержек, т.е. не приостанавливая поток КСБД.
Защита соединения характеризует те меры, которые должен предпринять канальный уровень для защиты от несанкционированного доступа к передаваемым КСБД. Этот параметр характеризуется не количественно, а качественно. Пользователю могут быть предоставлены следующие возможности:
· отсутствие защиты;
· защита от пассивного подслушивания;
· защита от любой модификации данных (включая размножение, добавление или изъятие);
· защита от любого доступа к данным.
Эти возможности не обязательно должны предусматриваться при всех реализациях, поскольку каждый из способов защиты обычно обеспечивается специализированным набором средств.
Приоритет соединения не следует путать с распространенной трактовкой приоритета как порядка обработки данных. Последний косвенно задается параметрами транзитной задержки. Приоритет соединения связан с относительной важностью соединения и характеризует порядок ухудшения КЧС на соединениях и разъединения установленных соединений для освобождения ресурсов. Другими словами, соединение с меньшим приоритетом характеризуется большей вероятностью ухудшения сервиса вплоть до разъединения.
Коэффициент (уровень) необнаруженных ошибок характеризует долю ошибок, которые канальный уровень не смог устранить или зафиксировать. Этот коэффициент определяется отношением общего числа искаженных, утраченных или дублированных КСБД ко всем переданным КСБД. В число утраченных входят также КСБД, доставленные по неверным адресам.
Живучесть (надежность) соединения характеризует его устойчивость в течение определенного периода времени. Параметр живучести определяет вероятность того, что канальный уровень инициирует разъединение соединения либо его сброс в течение установленного периода времени, например 1 с.
9.2.5. Канальный сервис без соединения.
Сервис типа “без соединения” связан с передачей отдельных независимых КСБД. Этот сервис описывается двумя примитивами:
· “отдельные данные - запрос”;
· “отдельные данные - указание”, содержащие параметры: вызываемый
адрес, вызывающий адрес, параметры КЧС и данные пользователя.
Соответствие параметров примитивов приведено в таблице 9.10. Адресные параметры имеют те же значения, что и в примитивах сервиса с соединением.
Использование параметров КЧС для сервиса без соединения связано со следующими правилами:
· в примитиве “отдельные данные-запрос” разрешается указывать любое значение параметров КЧС из диапазона обеспечиваемых;
· в примитиве “отдельные данные-указание” значение параметра КЧС не может быть лучше, чем запрошенное качество сервиса.
К параметрам КЧС относятся:
· транзитная задержка,
· защита соединения,
· коэффициент необнаруженных ошибок.
Каждый из этих параметров передается в примитивах сервиса без соединения и означает:
· транзитная задержка - средний интервал времени между выдачей примитива “отдельные данные-запрос” и получением соответствующего примитива “отдельные данные-указание”;
· защита - способ защиты от несанкционированного доступа к данным в рамках тех же возможностей, что и для сервиса с соединением;
· коэффициент необнаруженных ошибок - имеет то же значение, что и для сервиса с соединением.
Параметр “данные пользователя” позволяет размещать КСБД любого размера в пределах установленного локального предела. Этот предел связан с размерами полей данных ПБД канального уровня. Максимальное значение размера КСБД, установленного стандартом, равно 65355 октетов (стандарт ISO/IS 8886).
Для более эффективного взаимодействия канального уровня и пользователей в указанном стандарте предложены факультативные средства, связанные с обменом дополнительной информацией на интерфейсе. Эти средства позволяют пользователю запросить данные о параметрах КЧС и получить некоторую информацию о состоянии передаваемых КСБД.
Запрос передается в сервисном примитиве “факультатив-запрос”, содержащем параметры: вызываемый адрес, требуемые средства.
При получении запроса канальный уровень сообщает параметры КЧС, ожидаемые при передаче КСБД по данному адресу. Кроме того, сообщается дополнительный параметр - вероятность сохранения последовательности. Этот параметр характеризуется отношением числа передач с сохранением последовательности КСБД к общему числу передач. Высокая вероятность сохранения последовательности может быть обеспечена при использовании надежных средств передачи данных. Для пользователя это дает возможность применять простые протоколы, т.е. использовать более дешевые средства.
Информация о параметрах КЧС передается пользователю в примитиве:
· “факультатив-указание” с параметрами- вызываемый адрес, параметры КЧС.
Кроме того, пользователь может запросить специальную услугу, связанную с сообщением о состоянии передаваемых КСБД. В случае, если канальный уровень не способен передать КСБД (например, из-за перегрузки), он сообщает об этом примитивом:
· “факультатив-отказ”, имеющим параметры- вызываемый адрес, - причина отказа.
В этом же примитиве может быть указано, что канальный уровень не может обеспечить те параметры КЧС, которые запрашиваются пользователем.
Методические рекомендации для преподавателей.
Рекомендуется следующее распределение учебного времени и методика проведения занятия:
I. Введение - 10 мин.
проверка наличия обучаемых, готовности их к занятию;
объявление темы и цели занятия.
II. Основная часть - 310 мин.
1. Структура транспортного канала - 20 мин.
Дать понятие транспортного канала, его места в транспортной сети, пояснить состав уровней программной структуры, входящих в транспортный канал. При рассмотрении данного вопроса использовать рис.9.1... 9.3 и таблицу 9.1.
2. Канальный уровень - 50 мин.
Рассмотреть все аспекты канального уровня:
вводные замечания (цель, функции канального уровня) - 5 мин., протоколы управления информационным каналом;
перечень процедур, входящих в протокол, виды процедур, типы кадров, передаваемых в информационном канале - 20 мин. (рис. 9.4; табл. 9.2, 9.3);
протокол BSC - 10 мин. (рис. 9.3, 9.4, 9.5... 9.10; табл. 9.4, 9.5);
протокол HDLC - 15 мин. (рис. 9.11... 9.16; табл. 9.6, 9.7).
стандарты канального уровня - 90 мин. (на самоподготовке) (рис. 9.17; табл. 9.8, 9.9, 9.10, 9.11).
III. Заключение - 10 мин.
подведение итогов занятия, ответы на вопросы обучаемых;
задание на самоподготовку.
Самоподготовка - 135 мин.
Закрепление знаний по протоколам и изучение стандартов канального уровня.