7.3. Протоколы передачи данных нижнего уровня.

На рис. 46 показана модель взаимодействия двух узлов нижнего уровня модели ВОС. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Процедура взаимодействия этих двух узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих уровней обеих участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, определяются протоколом.

Рис. 42. Прикладные процессы Рис. 43. Структура открытой системы

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизированных форматов сообщений. Эти правила принять называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы – правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.

Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами.

Между понятиями «протокол передачи данных нижнего уровня» и «метод доступа к передающей среде» существуют определенные различия.

Метод доступа — это способ «захвата» передающей среды, способ определения того, какая из рабочих станций сети может следующей использовать ресурсы сети. Но так же называется и набор пра­вил (алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направлять поток сообщений через сеть, и один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование. Протокол передачи данных нижнего уровня (протокол управления каналом) — это совокупность процедур, выполняемых на нижних уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС по управлению потоками данных между рабочими станциями на одном физическом канале связи.

Методы доступа к передающей среде разделены на классы:

• селективные методы, при которых с помощью ППД рабочая станция осуществляет передачу после разрешения;

• метод случайного доступа, когда каждая рабочая станция пытается «захватить» передающую среду;

• методы, основанные на резервировании времени, принадлежат к числу наиболее простых, когда любая рабочая станция осуществляет передачу только в течении временных интервалов (слотов), заранее для нее зарезервированных;

• кольцевые методы для ЛВС с кольцевой топологией.

Рис. 44. Сетезависимые и сетенезависимые уровни модели OSI.

Рис. 45. Соответствие функций различных устройств сети уровням модели OSI

Рис. 46. Взаимодействие двух узлов нижнего уровня модели ВОС

В соответствии с 7-уровневой моделью ВОС вводится 7 типов протоколов, которые именуются так же, как уровни. При этом функциональному назначению все протоколы целесообразно разделить на три группы.

Первую группу составляют протоколы абонентской службы, соответствующие прикладному, представительному и сеансовому уровням модели ВОС. Протоколы этой группы являются сетенезависимыми, то есть их характеристики и структура не зависят от используемой сети передачи данных. Они определяются лишь структурой абонентских систем и решаемыми задачами обработки данных. Две другие группы протоколов описывают транспортную службу компьютерной сети и различаются между собой процедурой доступа к передающей среде. Одна из этих групп определяет систему передачу данных с маршрутизацией информации, а другая – с селекцией информации.

Маршрутизация представляет собой процедуру определения пути передачи информации в сетях передачи данных и характерна для глобальных и региональных компьютерных сетей, в рамках которой и рассматривается соответствующая группа протоколов.

Селекция определяет процесс выбора очередной абонентской системы для подключения ее к сети передачи данных с целью обмена информацией. Селекция информации в основном используется в системах передачи данных локальных компьютерных сетей, где и рассматривается третья группа протоколов.

Протоколы передачи данных нижнего уровня, получившего распространение в ЛВС, приведены на рис. 47.

Проще всего представить особенности сетевых протоколов на примере протоколов канального уровня, которые делятся на две основные группы:

• байт-ориентированные;

• бит-ориентированные.

Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентированна на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что, в конечном счете, снижает пропускную способность канала связи.

Наиболее известным и распространенным байт-ориентированным протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM.

Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности – флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а конце – флаг закрывающий. Этот протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов.

Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколов являются протоколы HDLC (High-level Data Link Control – высший уровень управления каналом связи) и его множества.

Работы по стандартизации вычислительных сетей ведутся большим количеством организаций. В зависимости от статуса организаций различают следующие виды стандартов:

• стандарты отдельных фирм;

• стандарты специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими фирмами;

• национальные стандарты (например, стандарт безопасности для операционных систем, разработанные Национальным центром компьютерной безопасности (NCSC) Министерства обороны США;

• международные стандарты (например – стандарт на сети с коммутацией пакетов Х.25).

Для протоколов физического уровня стандарты определены рекомендациями МККТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии). Цифровая передача предусматривает использование протоколов Х.21 и Х.21-бис.

Канальный уровень определяет протокол HDLC и его подмножества, а также протокол Х.25/3.

Широкое распространение ЛВС потребовало разработки стандартов для этой области. В настоящее время для ЛВС используются стандарты, разработанные Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике – ИИЭР (IЕЕЕ – Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Комитеты IЕЕЕ 802 разработали ряд стандартов, часть из которых принята МОС (ISO) и другими организациями. Для ЛВС разработаны следующие стандарты:

• 802.1 – верхние уровни и административное управление;

• 802.2 – управление логическим звеном данных (LLC);

• 803.3 – случайный метод доступа к среде (CSMA/CD – Carries Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений);

• 802.4 – маркерная шина;

• 802.5 – маркерное кольцо;

• 802.6 – городские сети.