Компьютерные сети. Функции канального уровня. (Тема 5)

Коммутация каналов
предполагает, что перед началом передачи данных должна быть выполнена процедура установления соединения, в результате которой образуется составной канал. По окончании сеанса связи соединение разрывается, и канал освобождается. Классическим примером реализации коммутации каналов является телефонная связь.

Метод коммутации пакетов
основан на разбиении передаваемых по сети данных на небольшие "порции". Каждая такая "порция" передается по сети как единое целое и называется пакетом. Такой метод является очень удобным для параллельного использования физического канала несколькими парами абонентов: канал является занятым только во время прохождения пакета. Временные промежутки между передачей пакетов одним абонентам могут быть использованы другими для отправки собственных пакетов.

Пакет обычно состоит из двух частей – заголовка, содержащего служебные данные, необходимые для управления доставкой пакета, и собственно данных, подлежащих передаче. Порядок обмена пакетами, а также конкретный состав заголовка пакетов определяется сетевым протоколом.

Для именования пакетов различных уровней модели OSI, используются специальные термины. Для канального уровня используется термин “кадр” (frame) , для сетевого – "пакет", для транспортного – "сегмент", "дейтаграмма", для сессионного и более высоких уровней – "сообщение".

Протоколы канального уровня
На канальном уровне данные рассматриваются как последовательный поток битов. Перед передачей по физическим каналам этот поток, в соответствии с принципом пакетной коммутации, разделяется на "порции", каждая из которых снабжается заголовком, содержащим некоторую служебную информацию, т.е. формируется пакет. На канальном уровне пакет называется кадром (frame).
Структура заголовка кадра зависит от набора задач, которые решает протокол. Сложность канальных протоколов во многом определяется сложностью топологии сети.
канальные протоколы удобно разделять на две группы:
протоколы для соединений типа "точка-точка";
протоколы для сетей сложных топологий.

Структура кадра данных
Информационные поля обычно присутствующие в кадре
1) Поля определяющие границу кадра.
2) Информация о протоколах сетевого уровня.
3) Контрольная сумма данных (для выявления ошибок).
4) Поля, предназначенные для адресации абонентов в сложных сетях

Протоколы для соединений типа "точка-точка"
Существенным отличием протоколов для соединений типа "точка-точка" является отсутствие средств адресации абонентов. Простейшим примером протоколов данной группы является протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol). протокол SLIP в настоящее время почти не используется при построении реальных сетей. Для подключения к Интернет по обычным телефонным линиям конечных пользователей в основном применяется более совершенный протокол канального уровня PPP (Point-to-Point Protocol). В отличие от SLIP протокол PPP обладает большей функциональностью и обеспечивает:
возможность использования нескольких протоколов сетевого уровня;
механизм согласования параметров устройств передачи данных;
механизм сжатия передаваемой информации с целью повышения эффективности и надежности передачи;
механизм обнаружения и исправления ошибок;
механизмы защиты, предотвращающие несанкционированные подключения.

Для адресации абонентов в заголовке кадров должны быть следующие поля:
Адрес отправителя - некоторое число, позволяющее идентифицировать сетевой адаптер
Адрес получателя - компьютер, который должен принять и обработать кадр. Адрес получателя может иметь специальное значение – так называемый широковещательный адрес. Такой тип адресации получателя предполагает, что кадр должен приниматься и обрабатываться всеми компьютерами, которые его получили.

Метод доступа к среде передачи
Поскольку одновременно в сети может присутствовать только один пакет, то доступ компьютеров к среде передачи должен определенным образом упорядочиваться.
- Метод обнаружения коллизий. (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD). Перед передачей данных передающий компьютер должен убедиться в "свободном состоянии" линии, а в процессе передачи – "прослушивать" канал. При обнаружении коллизии (столкновения с "чужими данными", collision) он должен прекратить передачу и попытаться возобновить ее через определенный промежуток времени. Обычно этот способ используется в сетях с топологией "шина".
Метод предупреждение коллизий. (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA). Ппередающий компьютер перед началом передачи определяет занятость канала. Убедившись в том, что кабель свободен, он оповещает другие компьютеры о начале передачи. Главный недостаток состоит в значительном объеме широковещательной рассылки.
Метод передачи маркера. Для того чтобы передать данные, компьютер должен получить разрешение. Для этого он должен "поймать" пакет данных специального вида – маркер (token). Маркер перемещается по замкнутому кругу от одного компьютера к другому. Получив маркер, компьютер может передать его дальше или вместо него отправить пакет с данными. Когда данные достигнут компьютера-получателя, тот, в свою очередь, должен снова "выставить" в сеть маркер. Такой алгоритм используется, как правило, в сетях с топологией кольцо.

Сетевая технология – это набор стандартов, определяющий минимальный состав программно-аппаратных средств, достаточный для организации взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, сетевая технология определяет топологию сети, а также протокол канального уровня (формат кадра, порядок обмена кадрами, MTU).

Объединение сетей на канальном уровне
Сложные сети, в общем случае, представляют собой совокупность нескольких сетей. Такие сети называются объединенными сетями (internetwork).
Мост (bridge) – для подключения сетей мост располагает несколькими портами, с каждым из которых связываются записи так называемой адресной таблицы, содержащей список адресов компьютеров сетей, подключенных к мосту. Важной проблемой, возникающей при использовании мостов, является объединение сетей, базирующихся на разных технологиях. Вообще говоря, существуют так называемые транслирующие мосты, позволяющие объединять сети разных технологий.