2.4 Особенности построения цифровых систем передачи (2/3) Передача дискретных данных на канальном уровне

Канальный уровень обеспечивает передачу пакетов данных, поступающих от протоколов верхних уровней, узлу назначения,адрес которого также указывает протокол верхнего уровня. Протоколы канального уровня обеспечивают передачу пакетов данных адресату, причем каждый пакет оформляется в кадр собственного формата (отдельные поля кадра заполняются адресом назначения и контрольной суммой для выявления искаженных кадров).Доставка кадров данных осуществляется в пределах сетей с простой топологией связей и однотипной или близкой технологией. Например, это односегментные сети Ethernet или многосегментные сети Ethernet и Token Ring иерархической топологии, разделенных мостами и коммутаторами. В более сложных структурах сетей задача передачи кадров между узлами осуществляется с помощью протоколов сетевого уровня.

Протоколы, работающие на канальном уровне, обеспечивают передачу данных:

· в асинхронном и синхронном режимах;

· с предварительным установлением соединения и без предварительного установления соединения (дейтаграммную);

· с обнаружением искаженных данных и без обнаружения;

· с обнаружением потерянных данных и без обнаружения;

· с восстановлением искаженных и потерянных данных и без восстановления;

· с поддержкой динамической компрессии данных и без поддержки.

Многие из этих свойств и возможностей характерны и для протоколов более высоких уровней.

Асинхронная и синхронная передачи

Синхронизация между приемником и передатчиком в основном обеспечивается средствами физического уровня (на этом уровне единицей информации является бит и средства этого уровня поддерживают побитовую синхронизацию) и канального уровня (на этом уровне единицей информации является кадр и средства этого уровня поддерживают покадровую синхронизацию).

При покадровой синхронизации приемник обязан обеспечить распознавание начала первого байта поступившего кадра, границ полей кадра и признака окончания кадра. При плохом качестве линии связи кроме побитовой и покадровой синхронизации для повышения надежности передачи данных используются дополнительные средства синхронизации на уровне байт, и тогда такой режим работы называется асинхронным или стартстопным. Его использование объясняется еще и тем, что в составе компьютера есть устройства, которые генерируют байты в случайные моменты времени (например, клавиатура, с которой вводятся данные в компьютер).

В асинхронном режиме передача осуществляется небольшими блоками фиксированной длины (обычно байтами). Каждый байт обрамляется двумя сигналами – стартбит и стопбит. Синхронизация приемника обеспечивается сигналом стартбит. Асинхронным такой режим называется потому,что каждый байт может быть несколько смещен относительно побитовых тактов предыдущего байта.

DTM (англ. Dynamic synchronous TransferMode, динамический режим синхронной передачи) — альтернативная ATM коммуникационная технология, созданная фирмой Dynarc, которая базируется в Швеции и США.

В синхронном режиме пользовательские данные передаются покадрово, причем каждый кадр обрамляется байтами синхронизации(старт-стопные биты для каждого байта отсутствуют). Байт синхронизации – это заранее оговоренный 8-разрядный двоичный код, который оповещает приемник оприходе очередного кадра данных. При передаче длинных кадров может произойти рассинхронизация приемника, и тогда используются самосинхронизирующие коды.

Асинхронные протоколы канального уровня оперируют со стандартными наборами символов (ASCII или EBCDIC) или кадрами, концевик которых содержит контрольную сумму для обнаружения искаженных кадров.Так как первые 32 (ASCII) или 27 (EBCDIC) кодов в этих наборах являются специальными кодами, которые не отображаются на дисплее или принтере, то они использовались асинхронными протоколами для управления режимом обмена данными. В самих пользовательских данных, которые представляли собой буквы, цифры, а также такие знаки, как @, %, $ и т. п., специальные символы никогда не встречались, так что проблемы их отделения от пользовательских данных не существовало.

В синхронных протоколах между пересылаемыми символами (байтами) нет стартовых и стоповых сигналов, поэтому отдельные символы в этих протоколах пересылать нельзя. Все обмены данными осуществляются кадрами, которые имеют в общем случае заголовок, поле данных и концевик (рис. 24).Все биты кадра передаются непрерывным синхронным потоком, что значительно ускоряет передачу данных.

Рисунок 24 . Кадры синхронных протоколов

Так как байты в этих протоколах не отделяются друг от друга служебными сигналами, то одной из первых задач приемника является распознавание границы байт. Затем приемник должен найти начало и конец кадра, а также определить границы каждого поля кадра - адреса назначения, адреса источника, других служебных полей заголовка, поля данных и контрольной суммы, если она имеется. Большинство протоколов допускает использование в кадре поля данных переменной длины. Иногда и заголовок может иметь переменную длину. Обычно протоколы определяют максимальное значение,которое может иметь длина поля данных. Эта величина называется максимальной единицей передачи данных (Maximum Transfer Unit, MTU). В некоторых протоколах задается также минимальное значение, которое может иметь длина поля данных. Например, протокол Ethernet требует, чтобы поле данных содержало, по крайней мере, 46 байт данных (если приложение хочет отправить меньшее количество байт, то оно обязано дополнить их до 46 байт любыми значениями).Есть протоколы с кадрами фиксированной длины, например, 53 байта в протоколе АТМ.

Синхронные протоколы канального уровня бывают двух типов:

· символьно-ориентированные(байт-ориентированные), используемые для передачи в основном текстовых файлов;

· бит-ориентированные, применяемые при передаче как двоичных, так и символьных данных, т. е. являющиеся более универсальными протоколами.