12.12.2013Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 1 Уровень канала данных. - презентация

1 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 1 Уровень канала данных

2 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 2 Содержание Сервис, предоставляемый сетевому уровню Разбиение на кадры Восстановление порядка кадров Обеспечение надежного канала передачи данных Управление потоком Простейшие протоколы канального уровня Примеры стандартных протоколов канального уровня

3 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 3 Сервис на уровне канала данных Сервис, предоставляемый сетевому уровню –без соединения и подтверждения –без соединения и с подтверждением –с соединением и подтверждением

4 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 4

5 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 5 Размещение протокола канального уровня

6 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 6 Разбиение на кадры –счетчик символов –вставка специальных стартовых и конечных символов –вставка стартовых и концевых битов –нарушение кодировки на физическом уровне

7 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 7

8 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 8 Разбиение на кадры –счетчик символов –вставка специальных стартовых и конечных символов –вставка стартовых и концевых битов –нарушение кодировки на физическом уровне

9 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 9

10 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 10 Разбиение на кадры –счетчик символов –вставка специальных стартовых и конечных символов –вставка стартовых и концевых битов –нарушение кодировки на физическом уровне

11 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 11

12 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 12 Разбиение на кадры –счетчик символов –вставка специальных стартовых и конечных символов –вставка стартовых и концевых битов –нарушение кодировки на физическом уровне

13 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 13 Проблемы Обнаружение ошибок порядка поступления кадров –обратная связь для подтверждения –таймеры Управление потоком

14 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 14 Обнаружение и исправление ошибок Ошибки единичные и групповые (блочные) Коды с обнаружением ошибок –кодослово –расстояние Хемминга Коды исправляющие ошибки (n+1)2 m 2 n ; (m+r+1) 2 r

15 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 15 Коды с исправлением ошибок Код Хемминга для единичных ошибок разряды кодослова нумеруют слева направо, начиная с 1; все биты, номера которых есть степень 2 (1,2,4,8,16 и т.д.) - контрольные, остальные - биты сообщения; каждый контрольный бит отвечает за четность группы битов, включая себя. Один и тот же бит может относиться к разным группам. Значение бита сообщения определяется по значениям контрольных битов. Чтобы определить какие контрольные биты контролируют бит в позиции k надо представить значение k по степеням двойки. Например, 11= 1+2+8, 39=

16 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 16

17 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 17 Коды обнаруживающие ошибки Групповые ошибки Биты четности не позволяют эффективно бороться с групповыми ошибками Иногда перепослать дешевле, чем исправить CRC код (Cyclic Redundancy Code) –строка представляет полином x 5 +x 4 +x 0 –арифметика выполняется по модулю 2

18 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 18 Коды обнаруживающие ошибки Отправитель и получатель договариваются о конкретном генераторе полиномов G(x) степени r (коэффициенты при старшем члене и при младшем члене должны быть равны 1). Для вычисления контрольной суммы блока из m бит надо чтобы обязательно m>r. Добавить контрольную сумму к передаваемому блоку, рассматриваемому как полином М(х) так, чтобы передаваемый блок с контрольной суммой был кратен G(x). Когда получатель получает блок с контрольной суммой, он делит его на G(x). Если есть остаток, то были ошибки при передаче.

19 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 19 Коды обнаруживающие ошибки Алгоритм вычисления контрольной суммы: Добавить r нулей в конец блока так, что он теперь содержит m+r разрядов и соответствует полиному x r M(x); Разделить по модулю 2 полином x r M(x) на G(x); Вычесть остаток ( длина которого всегда не более r разрядов) из строки, соответствующей x r M(x), по модулю 2. Результат и есть блок с контрольной суммой ( назовем его Т(х)).

20 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 20

21 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 21 Коды обнаруживающие ошибки Существует три международных стандарта на вид G(x): –CRC-12= x 12 +x 11 +x 3 +x 2 +x+1 –CRC-16= x 16 +x 15 +x 2 +1 –CRC-CCITT= x 16 +x 12 +x 5 +1 CRC-12 используется для передачи символов из 6 разрядов. Два остальных - для 8 разрядных. CRC-16 и CRC-CCITT ловят одиночные, двойные ошибки, групповые ошибки длины не более 16 и нечетное число изолированных ошибок с вероятностью 99,997%.

22 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 22 Простейшие протоколы (структуры данных и функции)

23 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 23 Простейшие протоколы канала данных Симплекс протокол без ограничений –Данные передаются только в одном направлении. – Получатель и отправитель всегда готовы к отправке и получению данных. –Время обработки данных игнорируется. –Предполагается, что буфер неограниченного размера. –Данные в канале не теряются и не искажаются.

24 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 24 Протокол для симплексного канала

25 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 25 Простейшие протоколы канала данных Симплекс старт стопный протокол –Учитываем время на обработку данных на канальном уровне; –Источник уже не может передавать данные произвольно быстро; –Вводим обратную связь, с помощью специального служебного кадра, разрешающего передавать следующий;

26 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 26

27 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 27 Простейшие протоколы канала данных Симплексный протокол для канала с шумом –основная проблема - кадр подтверждение может быть потерян –нумерация кадров: сколько места оставлять в заголовке?

28 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 28

29 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 29 Протоколы скользящего окна Кадры-подтверждения - непроизводительная загрузка полезной мощности - пропускной способности канала. Класс протоколов скользящего окна –окно отправителя –окно получателя –порядковые номера кадров в окне отправки - кадры отправленные, но не подтвержденные. –как только от сетевого уровня поступил еще один пакет ему присваивается первый свободный наибольший номер и верхняя граница окна отправителя поднимается. –как только приходит подтверждение, нижняя граница окна поднимается.

30 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 30

31 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 31 Протоколы скользящего окна –Как только от сетевого уровня поступил еще один пакет ему присваивается первый свободный наибольший номер и верхняя граница окна отправителя поднимается. –Как только приходит подтверждение, нижняя граница окна поднимается.

32 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 32

33 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 33 Здесь возникает много дубликатов кадров, даже при отсутствии ошибок в передаче

34 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 34 Протоколы скользящего окна Пример: – спутниковый канал на 50-Kbps с общей задержкой 500 mсек. Пусть мы хотим использовать протокол 4 для передачи кадров размера 1000 бит. В момент t=0 отправитель отправляет первый кадр. В t=20mсек кадр полностью отправлен, в t=270mсек он принят и в t=520mсек отправитель получил подтверждение. Отправитель был блокирован в течении 500/520, т.е. 96% времени. –Нужно окно на 26 кадров Две стратегии: откат и выборочный повтор

35 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 35

36 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 36 HDLC протокол SDLC - Synchronous Data Link Control - протокол управления синхронным каналом, предложенным фирмой IBM в рамках SNA. ISO модифицировало этот протокол и выпустило под название HDLC - High level Data Link Control. МКТТ модифицировало HDLC для X.25 и выпустило под именем LAP - Link Access Procedure. Позднее он был модифицирован в LAPB. Бит-ориентированный протокол

37 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 37

38 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 38

39 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 39 HDLC протокол Supervisory кадры имеют четыре типа кадров. –Тип 0 - уведомление в ожидании следующего кадра (RECEIVE READY). Используется когда нет встречного трафика, чтобы передать уведомление в кадре с данными. –Тип1 - негативное уведомление (REJECT) - указывает на ошибку при передаче. Поле Next указывает номер кадра, начиная с которого надо перепослать кадры.

40 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 40 HDLC протокол –Тип 2 - RECEIVE NOT READY. Подтверждает все кадры, кроме указанного в Next. Используется, чтобы сообщить источнику кадров об необходимости приостановить передачу в силу каких-то проблем у получателя. После устранения этих проблем получатель шлет RECEIVE REDAY, REJECT или другой надлежащий управляющий кадр. –Тип 3 - SELECTIVE REJECT - указывает на необходимость перепослать только кадр, указанный в Next. LAPB и SDLC не используют этого типа кадров.

41 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 41 HDLC протокол Кадры класса Unnubered используют –для целей управления, –для передачи данных при ненадежной передаче без соединения.

42 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 42 Frame Relay Ретрансляция кадров (frame relay, FR) - это метод доставки сообщений в сетях передачи данных (СПД) с коммутацией пакетов. Достоинства метода –малое время задержки, –простой формат кадров, содержащих минимум управляющей информации, – независимость от протоколов верхних уровней модели OSI.

43 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 43 Frame Relay

44 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 44 Frame Relay

45 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 45 Frame Relay Узел сети FR уничтожает кадры, если нет корректного ограничения флагами; имеется менее пяти октетов между флагами; нет целого числа октетов после удаления бит обеспечения прозрачности; наличествует ошибка в FCS (контрольная сумма); искажено поле адреса (для случая, когда проверка не выявила ошибки в FCS); содержится несуществующий DLCI (адрес линии); превышен допустимый максимальный размер.

46 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 46 Frame Relay Высокую эффективность использования пропускной способности физических линий и каналов связи обеспечивает метод статического мультиплексирования кадров: постоянное "наблюдение" АКД за потоком заявок от пользователей на передачу сообщений и за текущей загрузкой сети (линий, каналов и узлов связи); перераспределение свободного (и высвобождающегося) ресурса пропускной способности в соответствии с реальными потребностями абонентов; предоставление пользователям каналов информационного обмена, удовлетворяющих их требованиям.

47 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 47 Frame Relay Соглашения между пользователем и поставщиком услуг сети FR включают в себя: максимальный размер поля информации в кадре FR (в октетах); пропускная способность порта подключения абонента к сети FR; гарантированная скорость передачи данных (Committed Information Rate, CIR) и требуемое качество доставки; гарантированный объем передачи информации (Committed Burst Size, Bc) - при требуемом качестве доставки; дополнительный объем передачи информации (Excess Burst Size, Be) - качество передачи данных может снижаться.

48 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 48 Frame Relay 1. Абонент выбирает (и оплачивает) пропускную способность порта и гарантированную скорость передачи данных для PVC. 2. Узел доступа к сети FR измеряет "реальную потребность абонента" в ресурсе пропускной способности канала связи.

49 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 49 Frame Relay 3. Если этот ресурс (выраженный реальной скоростью передачи информации) не превышает CIR, то кадры передаются без изменений. Если требуемая скорость превышает CIR, но соответствует пропускной способности порта, то бит DE устанавливается в "1» (эти кадры удаляют при перегрузках). Если превышена пропускная способность порта, кадры уничтожаются вне зависимости от каких- либо условий.

50 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 50 Доступ в Internet

51 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 51 Уровень канала данных в Internet SLIP - Serial Line IP нет контроля и исправления ошибок; работает только с IP пакетами; IP адреса взаимодействующих сторон должны быть известны заранее; этот протокол не обеспечивает какой-либо проверки аутентичности взаимодействующих сторон; нет стандарта на этот протокол и существует много его версий, не все из которых совместимы.

52 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 52 Уровень канала данных в Internet протокол РРР (Point-to-Point Protocol) создан IETF, –определен в RFC 1661, 1662,1663. –обеспечивает обнаружение ошибок, –поддерживает разные протоколы, –позволяет динамически выделять IP адрес только на период соединения, –выполняет аутентификацию абонентов и имеет ряд других преимуществ перед SLIP.

53 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 53 Уровень канала данных в Internet РРР состоит из трех протоков: Распознавание кадров, т.е. однозначно определяет начало нового и конец кадра. Здесь же происходит обнаружение ошибок. Протокол управления линией, т.е. активизация линии, ее проверка, определение основных параметров передачи в диалоге, корректное завершение передачи со сбросом параметров. Этот протокол называет LCP( Link Control Protocol). Протокол для определения основных параметров между сетевыми уровнями, который обеспечивает независимость от реализации сетевого уровня. Выбранный метод предполагает наличие разных NCP (Network Control Protocol) на каждом поддерживаемом сетевом уровне.

54 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 54

55 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 55

56 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 56

57 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 57 Уровень канала данных в ATM Передача ячеек –Заголовок состоит из 5 байт - 4 байта идентифицируют виртуальное соединение и несут контрольную информацию, за ними следует 1 байт с контрольной суммой. –Контрольная сумма защищает только первые четыре байта и не затрагивает данные в payload. вычисляется как остаток от деления содержимого 4 байтов на полином x 8 +x 2 +x+1. К этому остатку добавляется константа для повышения надежности в случае если заголовок содержит много нулей.

58 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 58 Уровень канала данных в ATM Прием ячеек - как определить границу кадра? На ТС подуровне есть сдвиговый регистр на 40 бит. Если в этих 40 бит правые 8 представляют НЕС, то последующие 32 левых бита - заголовок ячейки. Если условие не выполнено, то все сдвигает на один бит и проверка повторяется. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет обнаружен НЕС.

59 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 59

60 Сети ЭВМ проф. Смелянский Р.Л. 60 Уровень канала данных Сервис, предоставляемый сетевому уровню Разбиение на кадры Восстановление порядка кадров Обеспечение надежного канала передачи данных Управление потоком Простейшие протоколы канального уровня Примеры стандартных протоколов канального уровня