26. Подуровень канального уровня mac: подуровень управления доступом к среде (mac), локальные (mac) адреса, общие принципы метода csma/cd, маркерные методы доступа.

MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде, также Hardware Address) — это уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице оборудования компьютерных сетей. Большинство сетевых протоколов канального уровня используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. Адреса в каждом из пространств теоретически должны быть глобально уникальными. Не все протоколы используют MAC-адреса, и не все протоколы, использующие MAC-адреса, нуждаются в подобной уникальности этих адресов.

В широковещательных сетях (таких, как сети на основе Ethernet) MAC-адрес позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети и доставлять данные только этому узлу. Таким образом, MAC-адреса формируют основу сетей на канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня.

Стандарты IEEE определяют 48-разрядный (6 октетов) MAC-адрес, который разделен на четыре части.

Первые 3 октета (в порядке их передачи по сети; старшие 3 октета, если рассматривать их в традиционной бит-реверсной шестнадцатеричной записи MAC-адресов) содержат 24-битный уникальный идентификатор организации (OUI)^[1], или (Код MFG — Manufacturing, производителя), который производитель получает в IEEE. При этом используются только младшие 22 разряда (бита), 2 старшие имеют специальное назначение:

Первый бит MAC-адреса получателя называется битом I/G (Individual/Group, индивидуальный/групповой). Если он установлен в 0, то кадр послан определённой рабочей станции, если же он установлен в 1, кадр является широковещательным (поэтому этот бит называют также широковещательный бит). Если и все остальные биты адреса установлены в 1, то широковещательный кадр предназначен всем станциям, в противном случае мы имеем дело с групповой (multicast) рассылкой кадра на выделенное подмножество станций (станции должны быть сконфигурированы для приёма групповых адресов).

Второй бит адреса определяет способ назначения адреса. Если он выставлен в 0, то адрес является централизовано или глобально администрируемым (Universally/Globally Administered). В этом случае сохраняется адрес, заданный производителем. Если же этот бит установлен в 1, то адрес является локально администрируемым (Locally Administered Address, LAA), то есть текущий адрес заменяет адрес, установленный производителем

Далее следует оставшиеся 46 бит адреса

Метод передачи маркера относится к селективным детерминированным одноранговым методам доступа. Сети с шинной топологией, которые используют передачу маркера, называются сетями типа “маркерная шина” (token bus), а кольцевые сети - сетями типа “маркерное кольцо” (token ring).

В сетях типа “маркерная шина” маркер являет собой кадр, который содержит поле адреса, в которое записывается адрес узла, которому предоставляется право доступа к среде передачи. После передачи кадру данных узел, который передает, записывает в маркер адрес следующего узла и выдает маркер в канал.

Сети типа “маркерное кольцо”, будучи сетями с кольцевой топологией, имеют последовательную конфигурацию: каждая пара узлов связана отдельным каналом, а для функционирования сети необходимо функционирование всех узлов. В таких сетях маркер не содержит адреса узла, которому разрешена передача, а содержит только поле занятости, которая может содержать одно из двух значений: “занятый” и “свободный”. Когда узел, который имеет данные для передачи, получает свободный маркер, он меняет состояние маркера на “занятый”, а затем передает в канал маркер и свой кадр данных. Станция-получатель, распознав свой адрес в кадре данных, считывает назначенные ей данные, но не меняет состояния маркера. Изменяет состояние маркера на “свободный” (после полного оборота маркера с кадром данных по кольцу) тот узел, что его занял. Кадр данных при этом удаляется из кольца. Узел не может повторно использовать маркер для передачи другого кадра данных, а должен передать свободный маркер далее по кольце и дождаться его получения после одного или нескольких оборотов.

27. Подуровень канального уровня LLC: подуровень логического управления, его функции. поля LLC-подзаголовка (IEEE 802.2) кадров канального уровня. Способы инкапсуляции в кадры Ethernet: RFC 894, RFC 1043 (IEEE 802.3/802.3) – поля LLC и SNAP.

Смысл в том, что после того как узел сети получил доступ к среде в соответствии с алгоритмом, специфическим для конкретной технологии, дальнейшие действия узла или узлов по обеспечению надежной передачи кадров от технологии не зависят.

Функции: защита от ошибок, управление потоком, мультиплексирование(демультиплексирование) в связке с сетевым(выше) уровнем и MAC

Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями «Флаг», имеющими значение 01111110. Флаги используются на MAC-уровне для определения границ блока. (Отметим, что формат кадров LLC, за исключением поля адреса точки входа сервиса источника, соответствует формату кадра HDLC, а также одного из вариантов протокола HDLC — протокола LAP-B, используемого в сетях X.25). Кадр Ethernet SNAP стал результатом деятельности комитета 802.2 по приведению предыдущих форматов кадров к некоторому общему стандарту и приданию кадру необходимой гибкости для учета в будущем возможностей добавления полей или изменения их назначения.

По своему назначению все кадры уровня LLC подразделяются на три типа — информационные, управляющие и ненумерованные:

• Информационные кадры предназначены для передачи информации в процедурах с установлением логического соединения и должны обязательно содержать поле информации. В процессе передачи информационных блоков осуществляется их нумерация в режиме скользящего окна.

• Управляющие кадры предназначены для передачи команд и ответов в процедурах с установлением логического соединения, в том числе запросов на повторную передачу искаженных информационных блоков.

• Ненумерованные кадры предназначены для передачи ненумерованных команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления логического соединения передачу информации, идентификацию и тестирование LLC-уровня, а в процедурах с установлением логического соединения — установление и разъединение логического соединения, а также информирование об ошибках.

Все типы кадров уровня LLC имеют единый формат. Они содержат четыре поля:

• адрес точки входа сервиса назначения (Destination Service Access Point, DSAP),

• адрес точки входа сервиса источника (Source Service Access Point, SSAP),

• управляющее поле (Control)

• поле данных (Data)

Поле данных кадра LLC предназначено для передачи по сети пакетов протоколов верхних уровней — IP, IPX, AppleTalk, DECnet, в редких случаях — прикладных протоколов, когда те не пользуются сетевыми протоколами, а вкладывают свои сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.

Поле управления (один байт) используется для обозначения типа кадра данных — информационный, управляющий или ненумерованный. Кроме этого, в этом поле указываются порядковые номера отправленных и успешно принятых кадров, если подуровень LLC работает по процедуре LLC2 с установлением соединения. Формат поля управления полностью совпадает с форматом поля управления кадра LAP-B.

Поля DSAP и SSAP позволяют указать, какой сервис верхнего уровня пересылает данные с помощью этого кадра. Программному обеспечению узлов сети при получении кадров канального уровня необходимо распознать, какой протокол вложил свой пакет в поле данных поступившего кадра, для того, чтобы передать извлеченный из кадра пакет нужному протоколу для последующей обработки. Например, в качестве значения DSAP и SSAP может выступать код протокола IPX или же код протокола покрывающего дерева Spanning Tree.

Кадр 802.3/LLC является стандартом комитета IEEE 802 и построен в соответствии с принятым разбиением функций канального уровня на уровень MAC и уровень LLC. Поэтому результирующий кадр является вложением кадра LLC, определяемого стандартом 802.2, в кадр MAC, определяемого стандартом 802.3. Схема пакета: MAC-Header | LLC | Data | MAC-Footer

В зависимости от требований приложения может понадобиться разная степень надежности, то рабочая группа 802.2 определила три типа услуг:

• Услуга LLC1 — это услуга без установления соединения и без подтверждения получения

данных. Обеспечивает минимум издержек. Используется там, где надежность гарантируется вышележащими слоями.

• Услуга LLC2 дает пользователю возможность установить логическое соединение перед

началом передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры

восстановления после ошибок и упорядочивание потока блоков в рамках установлен-

ного соединения.

• Услуга LLC3 — это услуга без установления соединения, но с подтверждением получения

данных. В некоторых случаях (например, при использовании сетей в системах реального

времени, управляющих промышленными объектами).

Информация о требуемой от LLC транспортной услуге передается через межуровневый интерфейс уровню LLC вместе с аппаратным адресом и пакетом с пользовательскими данными. Например, когда поверх LLC работает протокол IP, он всегда запрашивает режим LLC1, поскольку в стеке TCP/IP задачу обеспечения надежной доставки решает протокол TCP.

28. Обрамление кадров: 4 способа разделения кадров (framing methods).Разделение порций данных на последовательных линиях (bit-oriented): флаги начала/конца (резервируемые последовательности bit patterns) и бит-стаффинг (bit-stuffing), пример, применение.

Для разделения кадров (маркировки начала и конца) используют 4 способа:

1. Подсчет количества символов.

Использует поле в заголовке для указания количества символов в кадре. Когда уровень передачи данных на принимающем компьютере видит это поле, он узнает, сколько символов последует, и таким образом определяет, где находится конец кадра. Недостаток такой системы в том, что при передаче может быть искажен сам счетчик. И тогда начало следующего кадра будет не распознать. Даже если контрольная сумма не совпадет (скорее всего) и принимающий компьютер поймет, что кадр принят неверно, то он все равно не сможет определить, где начало следующего кадра. Запрашивать повторную передачу кадра также бесполезно, поскольку принимающий компьютер не знает, сколько символов нужно пропустить до начала повторной передачи. По этой причине метод подсчета символов теперь практически не применяется. 2. Использование сигнальных байтов с символьным заполнением. решает проблему восстановления синхронизации после сбоя при помощи маркировки начала и конца каждого кадра специальными байтами. В прошлом стартовые и стоповые байты отличались друг от друга, но в последнее время большинство протоколов перешло на использование в обоих случаях одного и того же байта, называемого флаговым. Это показано на рис. 3.5, а как FLAG. Таким образом, если приемник теряет синхронизацию, ему необходимо просто найти флаговый байт, с помощью которого он распознает конец текущего кадра. Два соседних флаговых байта говорят о том, что кончился один кадр и начался другой. Этот метод иногда приводит к серьезным проблемам при передачи бинарных данных, таких как объектные коды программ или числа с плавающей запятой. В передаваемых данных запросто может встретиться последовательность, используемая в качестве флагового байта. Возникновение такой ситуации, скорее всего, собьет синхронизацию. Одним из способов решения проблемы является добавление специального escape-символа (знака переключения кода, ESC) непосредственно перед случайно совпавшим с флаговым байтом внутри кадра. Уровень передачи данных получателя вначале убирает эти escape-символы, затем передает кадр на сетевой уровень. Такой метод называется символьным заполнением. Таким образом, настоящий флаг можно отличить от «подложного» по наличию или отсутствию перед ним ESC. Главный недостаток этого метода заключается в том, что он тесно связан с 8-битными символами. Между тем не во всех кодировках один символ соответствует 8 битам. 3. Использование стартовых и стоповых битов с битовым заполнением. Новый метод позволяет использовать кадры и наборы символов, состоящие из любого количества битов. Вот как это реализуется. Каждый кадр начинается и завершается специальной последовательностью битов, 01111110 (на самом деле это все тот же флаговый байт). Если в битовом потоке передаваемых данных встретится пять идущих подряд единиц, уровень передачи данных автоматически вставит в выходной поток нулевой бит. Битовое заполнение аналогично символьному, при котором в кадр перед случайно встретившимся среди данных флагом вставляется escape-символ. Когда принимающая сторона встречает пять единиц подряд, за которыми следует ноль, она автоматически удаляет этот ноль. Битовое заполнение, как и символьное, является абсолютно прозрачным для сетевого уровня обоих компьютеров. Если флаговая последовательность битов (01111110) встречается в данных пользователя, она передается в виде 011111010, но в памяти принимающего компьютера сохраняется опять в исходном виде: 01111110. На рис. 3.6 приведен пример битового заполнения. 4. Использование запрещенных сигналов физического уровня. приемлем только в сетях, в которых физический носитель обладает некоторой избыточностью. Например, некоторые локальные сети кодируют один бит данных двумя физическими битами. Обычно бит 1 кодируется парой высокого и низкого уровней сигналов (отрицательный перепад), а бит 0 — наоборот, парой низкого и высокого уровней (положительный перепад). В такой схеме каждый передаваемый бит данных содержит в середине переход, благодаря чему упрощается распознавание границ битов. Комбинации уровней сигналов (низкий— низкий и высокий—высокий) не используются для передачи данных, но используются в качестве ограничителей кадров в некоторых протоколах.

29. Сигнализация в потоке данных (in-band signaling): использование “кодовых лазеек” (ESC-sequences) и байт-стаффинга на последовательных линиях (serial interfaces) – сформулировать метод в общем виде и дать любой пример.

Байт –стаффинг (ESC-символы – кодовые лазейки) в общем виде

0. Выбор символа ESC = ԑ (символ «лазейки»)

Подстановка (лазейка для байта ԑ):

ԑ -> ԑλ, или ԑ -> ԑԑ, или ԑ -> ԑԑ (с инверсией)

1. Выбор символа УПР 1 = α (символ 1-й команды)

Подстановка (лазейка для байта α):

α -> ԑψ, или α -> ԑα, α -> ԑα(с инверсией)

2. Выбор символа для УПР 2 = β (символ второй команды)

Подстановка (лазейка для байта β)

3. ……………………………………

Аналогично УПР 3 = γ (символ 3-й команды)

УПР 4 = δ (символ 4-й команды) и т.д.

Командные ESC – цепочки (ESC - sequences)

0. Выбор символа ESC = ԑ (символ «лазейки»)

Подстановка (лазейка для байта ԑ):

ԑ -> ԑλ, или ԑ -> ԑԑ, или ԑ -> ԑԑ (с инверсией)

1. Выбор символа TYPE = α (тип командных цепочек)

Выбор команд (цепочек) типа α вида: ԑ α b1b2…bn(где n зависит от типа)

2. Выбор символа TYPE = β (тип командных цепочек)

Выбор команд (цепочек) типа α вида: ԑ β b1b2…bm(где m зависит от типа)

3. Выбор символа TYPE = γ (тип командных цепочек)

….. и т.д.

__

30. Протоколы для линий связи “точка-точка” (point-to-point): общие сведения об используемых в компьютерных сетях протоколах point-to-point, их назначение и сопоставление.

Существенным отличием протоколов для соединений типа "точка-точка" является отсутствие средств адресации абонентов. Это объясняется тем, что одновременно к сети может быть подключено всего два устройства, например, два компьютера. Поэтому заголовки кадров данных протоколов этой группы не содержат адресных полей.

HDLC(high level data link control)

LLC(logival link control)

PPP(point-to-point protocol)

PPPoE(PPP over Ethernet)

PPTP(p2p tunneling protocol)

туннельный протокол типа точка-точка, позволяющий компьютеру устанавливать защищённое соединение с сервером за счёт создания специального туннеля в стандартной, незащищённой сети. PPTP помещает (инкапсулирует) кадры PPP в IP-пакеты для передачи по глобальной IP-сети, например Интернет. PPTP может также использоваться для организации туннеля между двумя локальными сетями. РРТР использует дополнительное TCP-соединение для обслуживания туннеля.

SLIP(serial line internet protocol)

SLIP (Serial Line Internet Protocol) — устаревший сетевой протокол канального уровня эталонной сетевой модели OSI для доступа к сетям стека TCP/IP через низкоскоростные линии связи путём простой инкапсуляции IP-пакетов. Используются коммутируемые соединения через последовательные порты для соединений клиент-сервер типа точка-точка.

Принципы работы:

• Для установления связи необходимо заранее задать IP-адреса, так как в протоколе SLIP нет системы обмена адресной информацией.

• В принимаемом потоке бит SLIP позволяет определить признаки начала и конца пакета IP. По этим признакам SLIP собирает полноценные пакеты IP и передаёт верхнему уровню. При отправлении IP-пакетов происходит обратная операция — они переформатируются и посимвольно отправляются получателю через последовательную линию.

• Для передачи необходимо использовать конкретную конфигурацию UART: 8 бит данных (8 data bits), без паритета (no parity), аппаратное управление каналом передачи (EIA hardware flow control) или трёхпроводный нуль-модемный кабель (3-wire null-modem — CLOCAL mode).

CSLIP(compressed slip)

Сетевой протокол CSLIP (Compressed SLIP) — немного усовершенствованный протокол SLIP. Изменения коснулись сжатия IP-заголовков и TCP-заголовков. 40 байт этих двух заголовков могут сжиматься до 3-5 байт. CSLIP даёт заметный выигрыш против SLIP только при использовании небольших пакетов и хороших линий связи, так как при необходимости повтора передачи в CSLIP заново переданы будут все пакеты, вплоть до последнего переданного несжатого, против одного пакета в SLIP.