7.3.2. Канальный уровень

Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками, которые называют кадрами (frame). В локальных сетях используется разделяемая среда передачи. Основным назначением канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть. При выполнении этой задачи канальный уровень осуществляет:

• Физическую адресацию передаваемых сообщений;

• Соблюдение правил использования физического канала;

• Выявление неисправностей;

• Управление потоками информации;

В технологии АТМ канальному уровню модели OSI соответствует уровень АТМ. Вместо прямой адресации по мере прохождения ячеек с информацией через коммутаторы в заголовках ячеек происходит преобразование идентификаторов виртуальных путей каналов. Добавляется так же новая функция: мультиплексирование и демультиплексирование ячеек.

Для доступа к среде в локальных сетях используются два метода:

• Метод случайного доступа;

• Метод маркерного доступа;

Метод случайного доступа основан на том, что любая станция сети пытается получить доступ к каналу передачи в необходимый для нее момент времени. Если канал занят, станция повторяет попытки доступа до его освобождения. Примером реализации этого метода является технология Ethernet.

Метод маркерного доступа применяется в сетях Token Ring, ArcNet, FDDI и 100VG-AnyLan. Он основан на передачи от одной станции сети к другой маркера доступа. При получении маркера станция имеет право передать свою информацию.

Особенностью этих методов является то, что все станции участвуют в передаче на равных условиях.

Технология АТМ для доступа к среде передачи использует метод фиксированных слотов. Большинство реализаций транспортного механизма применяют транспортные кадры определенного размера, в которые упаковываются ячейки АТМ.

Канальный уровень обеспечивает правильность передачи каждого кадра, добавляя к кадру его контрольную сумму. Получатель кадра проверяет достоверность полученной информации путем сравнения вычисленной и переданной с кадром контрольной суммы.

Функции канального уровня реализуются установленными в компьютере сетевыми адаптерами и соответствующими драйверами, а так же различными коммуникационным оборудованием: мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Эти устройства должны:

• Формировать кадры. При этом происходит формирование заголовка и размещение данных, поступивших с более высокого уровня. Кадры могут быть информационными и служебными.

• Анализировать и обрабатывать кадры.

• Принимать кадры из сети и отправлять кадры в сеть. В технологии АТМ на этом уровне формируется и удаляется заголовок ячеек.

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers, Институт электроники и электротехники) предложил другой, широко используемый, вариант модели OSI. IEEE-модель отличается тем, что в локальных сетях канальный уровень модели разделяется на два подуровня:

• Уровень управления логическим каналом (Logical Link Control – LLC).

• Уровень доступа к среде (Media Access Layer – MAC).

Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров между станциями сети и взаимодействие с сетевым уровнем. MAC-уровень лежит ниже уровня LLC-уровня и обеспечивает доступ к каналу передачи данных. Уровень LLC дает более высоким уровням возможность управлять качеством услуг, и обеспечивает сервис трех типов:

• Сервис без подтверждения доставки и установления соединения. Он не гарантирует доставку кадров. Этот вид сервиса называют дейтаграмным. Он чаще применяется в приложениях, использующих протоколы более высокого уровня, которые сами обеспечивают защиту от ошибок и поддерживают потоковую передачу данных.

• Сервис с установление соединения, способный обеспечить надежный обмен кадрами.

• Сервис без установления соединения с подтверждением доставки.

Главной функцией МАС-уровня является обеспечение доступа к каналу. На этом уровне формируется физический адрес устройства, присоединенного к каналу. Этот физический адрес так же называется МАС-адресом. Каждое устройство сети идентифицируется этим уникальным адресом, который присваивается всем сетевым интерфейсам устройства. МАС-адрес позволяет выполнять точечную адресацию кадров, групповую и широковещательную. При передаче данных в сети отправитель указывает МАС-адрес получателя.

Кроме того, МАС-уровень должен согласовать дуплексный режим работы уровня LLC с физическим уровнем. Для этого он буферизует кадры при передаче их по назначению в момент получения доступа к среде.

Функции протоколов канального уровня различаются в зависимости от того, предназначен ли данный протокол для передачи данных в локальных или глобальных сетях. Протоколы канального уровня в локальных сетях ориентированны на использовании разделяемой между компьютерами среды передачи. Поэтому, в этих протоколах имеется подуровень доступа к разделяемой среде передачи данных. Хотя канальный уровень канальный уровень и обеспечивает доставку кадров между любыми двумя узлами локальной сети, он делает это в сети с совершенно определенной топологией связей, а именно, с той топологией, для которой он был разработан. К типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся: общая шина, кольцо и звезда.

Использование разделяемой среды делает процедуру управления потоком кадров ненужной в локальных сетях. Локальная сеть базовой топологии не может переполниться кадрами, так как узлы сети не могут начать отправку нового кадра до приема предыдущего кадра получателем.