Медведская ТМ / Теория по Инф.сетям / Каналь.уровень перед.данных

Канальный уровень передачи данных (второй уровень модели OSI)

Канальный уровень обеспечивает передачу пакетов данных, поступающих от протоколов верхних уровней, узлу назначения, адрес которого также указывает протокол верхнего уровня. Протоколы канального уровня оформляют переданные им пакеты в кадры собственного формата, помещая указанный адрес назначения в одно из полей такого кадра, а также сопровождая кадр контрольной суммой. Протокол канального уровня имеет локальный смысл, он предназначен для доставки кадров данных, как правило, в пределах сетей с простой топологией связей и однотипной или близкой технологией, например в односегментных сетях Ethernet или же в многосегментных сетях Ethernet и Token Ring иерархической топологии, разделенных только мостами и коммутаторами. Во всех этих конфигурациях адрес назначения имеет локальный смысл для данной сети и не изменяется при прохождении кадра от узла-источника к узлу назначения. Возможность передавать данные между локальными сетями разных технологий связана с тем, что в этих технологиях используются адреса одинакового формата, к тому же производители сетевых адаптеров обеспечивают уникальность адресов независимо от технологии.

Другой областью действия протоколов канального уровня являются связи типа «точка-точка» глобальных сетей, когда протокол канального уровня ответственен за доставку кадра непосредственному соседу. Адрес в этом случае не имеет принципиального значения, а на первый план выходит способность протокола восстанавливать искаженные и утерянные кадры, так как плохое качество территориальных каналов, особенно коммутируемых телефонных, часто требует выполнения подобных действий.

Если же перечисленные выше условия не соблюдаются, например связи между сегментами Ethernet имеют петлевидную структуру, либо объединяемые сети используют различные способы адресации, как это имеет место в сетях Ethernet и Х.25, то протокол канального уровня не может в одиночку справиться с задачей передачи кадра между узлами и требует помощи протокола сетевого уровня.

Наиболее существенными характеристиками метода передачи, а значит, и протокола, работающего на канальном уровне, являются следующие:

• асинхронный/синхронный;

• символьно-ориентированный/бит-ориентированный;

• с предварительным установлением соединения/дейтаграммный;

• с обнаружением искаженных данных/без обнаружения;

• с обнаружением потерянных данных/без обнаружения;

• с восстановлением искаженных и потерянных данных/без восстановления;

• с поддержкой динамической компрессии данных/без поддержки.

Многие из этих свойств характерны не только для протоколов канального уровня, но и для протоколов более высоких уровней.

Канальный уровень передачи данных делится на два подуровня:

1 – уровень логической передачи данных - LLC;

2 – уровень управления доступа к среде - MAC.

Уровень LLC реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Этот уровень отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности (если связь ненадежная, используется метод обнаружения ошибок при передаче и восстановления искаженных и потерянных кадров на канальном уровне, а если сеть надежная, то без восстановления).

Уровень LLC осуществляет логические процедуры передачи кадров.

Функции данного уровня реализует LLC-протокол, который называется протоколом управления логическим каналом.

LLC уровень предполагает три типа процедур (процедуры реализуются протоколами LLC 1, LLC 2, LLC 3):

1) LLC 1- процедура без установления, соединения и без подтверждения;

2) LLC 2- процедура с установлением, соединением и подтверждением;

3) LLC3- процедура без установления, соединения, но с подтверждением.

LLC 1 - это дейтаграммный режим работы, т.е. кадр посылается в сеть без всякого предупреждения о передаче. Метод не гарантирует доставку информации. Протокол LLC 1 не выполняет процедуры восстановления кадров; используется на надежных линиях связи.

LLC 2 - перед передачей устанавливается логическое соединение, т.е. перед передачей кадров информации узел – отправитель посылает узлу – получателю служебный кадр, с предложением установить соединение. Узел – получатель в случае согласия отправляет в ответ свой служебный кадр и предлагает свои условия для логического соединения, узел-отправитель посылает 3-й кадр в ответ, что на условия согласен, и передает свои данные (информацию), после чего посылает служебный кадр о завершении соединения (о разрыве). Передача по протоколу LLC 2 более надежна, но требует больше времени. Выполняются процедуры восстановления искаженных и потерянных кадров. Протокол работает на ненадежных линиях связи.

LLC 3 – работает на надежных линиях, в тех случаях, когда необходимо подтверждение получения информации.

МАС – уровень определяет метод доступа к среде (например, метод доступа CSMA/CD или маркерный метод). В зависимости от используемой технологии работают протоколы: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. В соответствии с технологией формируется кадр данных, в котором прописывается аппаратный адрес (МАС – адрес), контрольная сумма и другая служебная информация.

Обнаружение и коррекция ошибок.

Канальный уровень зависимости от протоколов, может обнаруживать ошибки при передаче данных и по возможности их корректировать. Протоколы, такие как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI могут только обнаружить ошибки; другие протоколы, такие как LLC-2 решают вопросы восстановления искаженных и потерянных данных.

Методы обнаружения ошибок основаны на использовании контрольной суммы.

Контрольная сумма вычисляется как функция от основной информации (по определенному алгоритму) и прописывается как служебная информация в кадре данных. Принимающий информацию узел, вычисляет свою контрольную сумму пришедшей информации и сравнивает полученную сумму с переданной.

Если суммы совпадут, то пришедшая информация считается достоверной и узел – получатель сообщит об этом отправителю, послав положительную квитанцию (квитанция – это служебная информация, которая подтверждает, что исходный кадр информации был получен и данные в нем корректны).

Если суммы не совпадут, то информация считается искаженной. Чтобы восстановить искаженные кадры, получатель сообщает отправителю об искажении кадра (т.е. посылает служебный кадр- квитанцию об ошибке) и отправитель заново посылает этот кадр.

Отправитель нумерует кадры и после их передачи ожидает от приемника положительной квитанции. Время ожидания квитанции ограничено, т.е. если по истечении определенного времени квитанция не получена, то кадр считается потерянным и посылается заново.

Типы глобальных сетей.

Территориальные сети, используемые для построения корпоративной сети, делятся на две категории:

- магистральные сети;

- сети доступа.

Магистральные территориальные сети используются для образования одноранговых связей между крупными локальными сетями, принадлежащими большим подразделениям предприятия. Они должны обеспечивать высокую пропускную способность. Кроме того, магистральные сети должны быть постоянно доступны, то есть обеспечивать очень высокий коэффициент готовности, так как по ним передается трафик многих критически важных для успешной работы предприятия приложений.

Под сетями доступа понимаются территориальные сети, необходимые для связи небольших локальных сетей и отдельных удаленных компьютеров с центральной локальной сетью предприятия. В качестве отдельных удаленных узлов могут выступать банкоматы, кассовые аппараты, требующие доступа к центральной базе данных; так же сотрудники, работающие на дому или находящиеся в командировках; небольшие филиалы предприятий, находящиеся в разных городах или странах.

Выделенный канал – это канал с фиксированной полосой пропускания или фиксированной пропускной способностью, постоянно соединяющий двух абонентов. Абонентами могут быть как отдельные устройства (компьютеры или терминалы), так и целые сети. Выделенные каналы обычно арендуются у компаний – операторов территориальных сетей, хотя крупные корпорации могут прокладывать свои собственные выделенные каналы. Выделенные каналы делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от аппаратуры длительной коммутации.

Выделенные каналы широко используются для образования глобальных связей между удаленными локальными сетями. Для объединения локальных сетей с помощью выделенных каналов применяются маршрутизаторы и удаленные мосты.

Архитектура систем управления.

В основе архитектуры систем управления лежит схема «Менеджер – агент». Менеджер – это программа управления сетью. Агент является посредником между менеджером и управляемым ресурсом. Агент собирает данные о состоянии устройств

Агент

Агент - это устройство (или программа), установленные в элементах компьютерной сети для централизованного управления этими элементами и всей сетью. Является частью системы сетевого управления.

Аппаратные агенты – встроенная аппаратура со своим процессором и памятью, в которой хранятся программы управления - программные агенты. Программные агенты могут существовать как вместе с аппаратными, так и без них. Обычно представляют собой резидентную программу, выполняющую задачи по сбору статистики и передачи ее в стандартную информационную базу устройства (элемента сети). В этой базе хранятся все управляемые параметры и ресурсы устройства.

Брандмауэр – набор программно – аппаратных средств, предназначенных для предотвращения доступа в сеть извне и за контролем над данными, поступающими в сеть или выходящими из нее. Брандмауэры могут защищать корп. сеть от несанкционированного доступа из Internet или из другой корпоративной сети. Брандмауэр устанавливается на границе защищаемой сети и фильтрует все входящие и выходные данные, пропуская только разрешенные пакеты и предотвращая попытки проникновения в сеть. Правильно настроенный брандмауэр пропустит (или не пропустит) конкретный пакет и позволит (или не позволит) организовать конкретный сеанс связи в соответствии с установленными правилами.

Брандмауэры условно можно разделить на следующие категории:

-брандмауэры с фильтрацией пакетов;

-шлюзы сеансового уровня;

-шлюзы прикладного уровня;

-брандмауэры экспертного уровня.

Наибольшее распространение получили брандмауэры с фильтрацией пакетов, реализованные на маршрутизаторах и сконфигурированные таким образом, чтобы фильтровать входящие и исходящие пакеты. Фильтр сравнивает полученную информацию со списком правил фильтрации для принятия решения о разрешении или запрещении передачи пакета. Список правил фильтрации содержит разрешенные IP- адреса, типы протоколов, номера портов отправителей и номера портов получателей. Фильтр пакетов проверяет только заголовок пакета, но не данные внутри него.

5