Канальный уровень

Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками данных, называемыми кадрами (frame). В локальных сетях используется разделяемая среда передачи. Основ­ным назначением канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть. При выполнении этой задачи канальный уровень осуществляет:

• физическую адресацию передаваемых сообщений;

• соблюдение правил использования физического канала;

• выявление неисправностей;

• управление потоками информации.

В технологии ATM канальному уровню модели OSI соответствует уровень ATM. Вместо прямой адресации по мере прохождения ячеек с информацией через коммутаторы ATM в заголовках ячеек происходит преобразование иден­тификаторов виртуальных путей и каналов. Добавляется также новая функция: мультиплексирование н демультиплексирование ячеек.

Для доступа к среде в локальных сетях используются два метода:

• метод случайного доступа;

• метод маркерного доступа.

Метод случайного доступа основан на том, что любая станция сети пытается получить доступ к каналу передачи в необходимый для нее момент времени. Если канал занят, станция повторяет попытки доступа до его освобождения. Примером реализации этого метода является технология Ethernet.

Метод маркерного доступа применяется в сетях Token Ring, ArcNet, FDDI и l00VG-AnyLan. Он основан на передаче от одной станции сети к другой маркера доступа. При получении маркера станция имеет право передать свою инфор­мацию.

Особенностью этих методов является то, что все станции участвуют в пере­даче на равных основаниях.

Технология ATM для доступа к среде передачи использует метод фиксиро­ванных слотов. Большинство реализаций транспортного механизма применяют транспортные кадры определенного размера, в которые упаковываются ячейки ATM.

Канальный уровень обеспечивает правильность передачи каждого кадра, до­бавляя к кадру его контрольную сумму. Получатель кадра проверяет достовер­ность полученных данных путем сравнения вычисленной и переданной с кадром контрольных сумм. Тем не менее, такая схема применяется не всегда. Например, в технологии ATM формирование поля проверки ошибок в заголовке ячейки на передающей стороне, а также обнаружение ошибок и их исправление на прием­ной стороне, реализованы на физическом уровне.

Функции канального уровня реализуются установленными в компьютерах сетевыми адаптерами и соответствующими драйверами, а также различным ком­муникационным оборудованием: мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Эти устройства должны:

• Формировать кадры. При этом происходит формирование заголовка и размещение данных, поступивших с более высокого уровня. Кадры могут быть информационными и служебными.

• Анализировать и обрабатывать кадры.

• Принимать кадры из сети и отправлять кадры в сеть. В технологии ATM на этом уровне формируется и удаляется заголовок ячейки.

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Институт электротех­ники и электроники) предложил другой, широко используемый, вариант модели OSI. IEEE-модель отличается тем, что в локальных сетях канальный уровень разделяется на два подуровня:

• Уровень управления логическим каналом (Logical Link Control — LLC);

• Уровень доступа к среде (Media Access Layer — MAC).

Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров между станциями сети и взаимодействие с сетевым уровнем. МАС-уровень лежит ниже LLC-уровня и обеспечивает доступ к каналу передачи данных. Уровень LLC дает более высоким уровням возможность управлять качеством услуг. LLC обеспечивает сервис трех типов:

• Сервис без подтверждения доставки и установления соединения. Он не гарантирует доставку кадров. Этот вид сервиса называют дейтаграммным. Он чаще применяется в приложениях, использующих протоколы более высоких уровней, которые сами обеспечивают защиту от ошибок и под­держивают потоковую передачу данных;

• Сервис с установлением соединения, способный обеспечить надежный обмен кадрами;

• Сервис без установления соединения с подтверждением доставки.

Главной функцией МАС-уровня является обеспечение доступа к каналу. На этом уровне формируется физический адрес устройства, подсоединенного к ка­налу. Этот физический адрес также называется МАС-адресом. Каждое устройст­во сети идентифицируется этим уникальным адресом, который присваивается всем сетевым интерфейсам устройства. МАС-адрес позволяет выполнять точечную адресацию кадров, групповую и широковещательную. При передаче данных в сети отправитель указывает МАС-адрес получателя в передаваемом кадре.

Кроме того, МАС-уровень должен согласовывать дуплексный режим работы уровня LLC с физическим уровнем. Для этого он буферизует кадры для переда­чи их по назначению в момент получения доступа к среде.

Функции протоколов канального уровня различаются в зависимости от того, предназначен ли данный протокол для передачи информации в локальных или в глобальных сетях. Протоколы канального уровня в локальных сетях ориен­тируются на использование разделяемой между компьютерами среды передачи данных. Поэтому в этих протоколах имеется подуровень доступа к разделяемой среде. Хотя канальный уровень локальной сети и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он делает это только в сети с совершенно определенной топологией связей, а именно, с той топологией, для которой он был разработан. К типовым топологиям, поддерживаемым протоко­лами канального уровня локальных сетей, относятся: общая шина, кольцо и звезда.

Использование разделяемой среды делает процедуры управления потоком кадров ненужными в локальных сетях. Локальная сеть базовой топологии не может переполниться кадрами, так как узлы сети не могут начать отправку но­вого кадра до приема предыдущего кадра станцией назначения.

Еще одной особенностью протоколов канального уровня локальных сетей яв­ляется широкое использование дейтаграммного метода доставки данных. Это объясняется хорошим качеством каналов связи, редко искажающим биты в пе­редаваемых кадрах.

Примерами протоколов канального уровня для локальных сетей являются Token Ring, Ethernet, Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, FDDI.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, каналь­ный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними ком­пьютерами, соединенными отдельной линией связи. К таким протоколам типа «точка-точка» относятся РРР, SLIP, LAP-B и LAP-D. Эти протоколы не исполь­зуют подуровень доступа к среде, но требуют процедур управления потоком кадров, так как промежуточные коммутаторы могут переполняться при слишком высокой интенсивности трафика.

Кроме того, из-за высокой степени зашумленности глобальных каналов связи в этих протоколах широко используются методы передачи данных с предвари­тельным установлением соединения и повторной передачей кадров при их иска­жениях и потерях.

В технологии ATM соединение реализуется механизмом виртуальных кана­лов и виртуальных путей, регламентированных на уровне ATM. Каждое соеди­нение имеет свои идентификаторы виртуального канала и виртуального пути. При этом один виртуальный путь может состоять из нескольких виртуальных каналов при необходимости передачи трафика от различных пользователей.