10. Протоколы физического и канального уровней.

Физический уровень обеспечивает механические, электрические, функциональные и процедурные средства для активации, поддержки и разрыва физических соединений между узлами. Физический уровень состоит из двух подуровней:

– подуровня, не зависящего от физической среды (Physical Media Independent – PMI);

– подуровня, зависящего от физической среды (Physical Media Dependent – PMD).

Подуровни связаны посредством независимого от среды интерфейса (Media Independent Interface – MII). Подуровень PMD через интерфейс, зависящий от физической среды (Media Dependent Interface – MDI), сопряжен с устройством физического уровня (Physical Layer Device – PHY). Модель OSI не определяет какие-либо стандарты для физического уровня.

Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных с физического уровня на сетевой и выполняет управление потоками данных и коррекцией ошибок, возникающих на физическом уровне. Стандарт комитета IEEE разделяет канальный уровень на два подуровня

– подуровень управления логическим линком (Logical Link Control – LLC) и

- подуровень управления доступом к среде (Media Access Control – MAC)

Подуровень LLC при передаче информации отвечает за объединение данных в кадры с адресами и полями контроля, а при получении – за обработку кадров, включающую распознавание адреса, проверку контрольных кодов и распаковку.

Подуровень MAC ответствен за формирование своего кадра, в который вкладывается кадр LLC, получение доступа к разделяемой среде передачи данных и за отправку с помощью физического уровня кадра по физической среде узлу назначения. MAC-подуровень каждого узла сети получает от физического уровня информацию о состоянии разделяемой среды.

Если она свободна и у MAC-подуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не возникла, то кадр считается переданным. Если же за это время коллизия была зафиксирована, то передача кадра прекращается и в сеть выдается специальная последовательность из 32 бит (так называемая jam-последовательность), которая должна помочь однозначно распознать коллизию всеми узлами сети. После фиксации коллизии MAC-подуровень делает случайную паузу, а затем вновь пытается передать данный кадр.

MAC-подуровень узла приемника, который получает биты кадра от своего физического уровня, проверяет поле адреса кадра, и если адрес совпадает с его собственным, то он копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не содержит ли кадр специфические ошибки: по контрольной сумме, по максимально допустимому размеру кадра, по минимально допустимому размеру кадра, по неверно найденным границам байт. Если кадр корректен, то его поле данных передается на LLC-подуровень, если нет – то отбрасывается.

Протокол управления каналом связи высокого уровня (High-Level Data Link Control Protocol – HDLC) идентифицирует два типа сетевых узлов:

– первичные, которые управляют работой других станций (называемых вторичными), опрашивая их в заранее заданном порядке, после чего вторичные узлы могут передавать, если у них имеются исходящие данные. Первичный узел также устанавливает каналы, завершает их работу и управляет каналом во время его функционирования;

– вторичные, которые управляются первичным узлом. Вторичные узлы могут только отсылать информацию в первичный узел, но не могут делать этого без получения разрешения от первичного узла.

Первичные и вторичные узды НDLC могут быть соединены в соответствии со следующими четырьмя основными конфигурациями:

– Point-to-point (двухточечная), предполагающая только два узла: один первичный и один вторичный;

– Multipoint (многоточечная), включающая в себя один первичный и множество вторичных узлов;

– Loop (контур), подразумевающая топологию контура, когда первичный узел соединяется с первым и с последним вторичными узлами, при этом промежуточные вторичные узлы, отвечая на запросы первичного узла, передают сообщения друг через друга;

– Hub go-ahead (готовый вперед), предполагающая наличие входного и выходного каналов. Первичный узел использует выходной канал для связи со вторичными узлами. Вторичные узлы используют входной канал для связи с первичным. Входной канал соединяется с первичным узлом через каждый вторичный по схеме гирляндной цепи.

Блок данных содержит флаг, адрес, управляющее поле, FCS(остаток от вычисления контрольной суммы), данные.

Протокол HDLC обеспечивает следующие три режима передачи:

– режим нормальной ответной реакции (NRM), в котором вторичные узлы не могут иметь связи с первичным узлом до тех пор, пока первичный узел не даст разрешения;

– режим асинхронной ответной реакции (ARM), позволяющий вторичным узлам инициировать связь с первичным узлом без получения разрешения;

– асинхронный сбалансированный режим (ABM), в котором появляется "комбинированный" узел, который, в зависимости от ситуации, может действовать как первичный или как вторичный узел. Все связи режима АВМ имеют место между множеством комбинированных узлов. В окружениях АВМ любая комбинированная станция может инициировать передачу данных без получения разрешения от каких-либо других станций.

Семейство протоколов Х.25 одни из первых стандартизованных протоколов, они были предназначены для низкоскоростных коммуникаций, однако широко используются и в настоящее время.

Х.25 работает на трех нижних уровнях OSI.

Протокол канального уровня подразделяется на две процедуры – одноканальную и многоканальную.

Одноканальная процедура (LAP-B) используется для формирования и разрыва логического канала, передачи кадра и коррекции ошибок.

Многоканальная процедура включена в Х.25 недавно и позволяет работать с несколькими соединениями между узлами и сетью.

X. 25 содержит обнаружение и исправление ошибок, требуемые для совместимости с более старыми средствами передачи. X. 25 был первоначально разработан, чтобы использоваться в линиях связи с высоким уровнем шума. Однако, сегодня, при возможности использования помехоустойчивого волоконно-оптического кабеля это требование перестает быть актуальным. Кроме того, протокол LAP-B использует прямой метод для обеспечения надежной передачи данных. Основа этого протокола – нумерация всех передаваемых пакетов. Приемник ищет соответствующую последовательность пронумерованных пакетов, которые должны быть получены, и подтверждает каждый правильно полученный пакет. Как только получен пакет с несоответствующим номером, передатчику посылается информация о необходимости повторной передачи пакета. Создаваемая таким образом задержка передачи не удовлетворяет требованиям к скорости обмена такими видами информации, как речь и т.п.

Одно из преимуществ X. 25 – функция формирования очереди, когда вся пропускная способность загружена. X. 25 имеет очередь, или "буфер", который сохраняет все пакеты, которые должны быть посланы. В случае, когда скорость поступления пакетов в буфер больше, чем максимально возможная скорость передачи пакетов по каналу, протокол X.25 позволяет хранить пакеты в течение времени, пока будет передано большее число пакетов. Некоторые из более новых технологий не поддерживают эту функцию формирования очереди и удаляют пакеты, когда скорость передачи данных для канала недостаточна, чтобы осуществить передачу входящих данных без задержек. Другим преимуществом X. 25 является возможность присвоения пакетам приоритетов.