8.4. Использование обратной связи в системах передачи на базе протокола HDLC

В настоящем разделе рассматривается применение решающей об­ ратной связи в системе передачи данных, построенной на базе стандартно­ го протокола HDLC [17]. Протокол HDLC (High Data level Link Control - высокоуровневое управление передачей данных) разработан и стандарти­ зирован Международной организацией по стандартизации (International Standart Organization - ISO). По своей функциональности он относится к протоколам канального (второго) уровня «Семиуровневой модели взаи­ модействия открытых систем» (Open system interconnection - OSI), разра­ ботанной ISO (называемой «моделью OSI/ISO»).

Протокол HDLC получил широкое распространение в системах пе­ редачи информации. Так, на нем базируются канальные уровни магист­ ральных и локальных сетей, в частности, цифровые сети с интегральным обслуживанием (ЦСИО - ISDN), Frame Relay, ATM, Fieldbus, беспровод­ ные сети, интерфейсы современных систем управления и т. д. Это объяс­ няется поддержкой различных процедур взаимодействия, эффективными алгоритмами обмена данными, средствами восстановления и контроля правильности передачи.

Протокол HDLC включает несколько подмножеств (SDLC, LAP, LAPB, LAPD, LAPX и LLC). Каждое из них имеет определенную специфи­ ку, но базовые принципы построения и функционирования остаются об­ щими для всех. Рассмотрим основные компоненты протокола HDLC под интересующим нас углом зрения: обеспечение высокой достоверности за счет применения обратной связи.

8.4.1. Основные возможности протокола HDLC

Протокол HDLC поддерживает полудуплексную и полнодуплексную конфигурации, одноточечную и многоточечную топологии, а также ком­ мутируемые и некоммутируемые каналы [17,19].

Существует три типа станций HDLC:

•Первичная станция управляет звеном передачи данных (каналом). Эта станция передает кадры команд вторичным станциям, подключенным

кканалу. В свою очередь она получает кадры ответа от этих станций. Ес­ ли канал является многоточечным, главная станция отвечает за поддержку отдельного сеанса связи с каждой станцией, подключенной к каналу.

•Вторичная станция работает как зависимая по отношению к пер­ вичной станции. Она реагирует на команды, получаемые от первичной станции, в виде ответов. Она поддерживает только один сеанс, а именно с первичной станцией. Вторичная станция не отвечает за управление каналом.

• Комбинированная станция передает как команды, так и ответы и получает команды и ответы от другой комбинированной станции, с ко­ торой поддерживает сеанс.

Заметим, что в большинстве современных систем передачи данных станция выполняет и функции источника, и функции приемника (получа­ теля) информации.

Существуют три логических состояния, в которых могут находиться станции в процессе взаимодействия друг с другом.

•Состояние логического разъединения (Logical disconnect state - LDS). В этом состоянии станция не может вести передачу или принимать информацию. Если вторичная станция находится в нормальном режиме разъединения, она может принять кадр только после получения явного разрешения на это от первичной станции. Если станция работает в асин­ хронном режиме разъединения, вторичная станция может инициировать передачу без получения на это явного разрешения, но кадр должен быть единственным кадром, который указывает статус вторичной станции.

•Состояние инициализации (Initialization state - IS) определяется каждой фирмой и выходит за рамки стандартов HDLC.

•Состояние передачи информации (Information transmit state - ITS).

Вэтом состоянии вторичной, первичной и комбинированным станциям разрешается вести передачу и принимать информацию пользователя.

Когда станции находятся в состоянии передачи информации, они могут взаимодействовать друг с другом в одном из трех режимов работы.

•Режим нормального ответа (Normal response mode - NRM) тре­ бует, чтобы прежде, чем начать передачу, вторичная станция получила яв­ ное разрешение от первичной. После получения разрешения вторичная станция начинает передачу ответа, который может содержать данные. По­

ка канал используется вторичной станцией, может передаваться один или более кадров. После передачи последнего кадра вторичная станция должна снова ждать явного разрешения, прежде чем снова начать передачу.

•Режим асинхронного ответа (Asynchronical response mode - ARM) позволяет вторичной станции инициировать передачу без получения явного разрешения от первичной станции (обычно, когда канал свободен, например, в состоянии покоя). Могут передаваться один или несколько кадров данных или управляющая информация, отражающая изменение статуса вторичной станции. ARM может уменьшить накладные расходы, поскольку вторичная станция, чтобы передать данные, не нуждается в по­ следовательности опроса.

•Асинхронный сбалансированный режим (Asynchronical balance mode - ABM) используется комбинированными станциями. Комбиниро­ ванная станция может инициировать передачу без получения предвари­ тельного разрешения от другой комбинированной станции.

Во время сеанса эти режимы могут устанавливаться и отменяться в любой момент, тем самым обеспечивается значительная гибкость во взаимодействии станций.

До сих пор в нашем обсуждении мы имели дело с тремя типами станций в HDLC, функционирование которых определяется тремя логиче­ скими состояниями, причем в состоянии передачи информации станции могут работать в одном из трех режимов. Кроме того, в HDLC предусмот­ рены три способа конфигурирования канала при его использовании пер­ вичной, вторичной или комбинированной станцией.

• Несбалансированная конфигурация обеспечивает работу одной главной станции и одной или большего числа подчиненных станций в конфигурации двухточечной или многоточечной, полудуплексной или полнодуплексной, с коммутируемым каналом или некоммутируемым. Конфигурация называется несбалансированной потому, что первичная станция отвечает за управление каждой вторичной станцией и за выполне­ ние команд установления режима.

• Симметричная конфигурация была в исходной версии стандарта HDLC и использовалась в первых сетях. Эта конфигурация обеспечивает функционирование двух независимых двухточечных несбалансированных конфигураций станций. Каждая станция обладает статусом первичной и вторичной, и, следовательно, каждая станция логически рассматривается как две станции: первичная и вторичная. Главная станция передает коман­ ды вторичной станции на другом конце канала, и наоборот. Несмотря на то, что станция может работать как в качестве первичной, так и вторичной станции, которые являются самостоятельными логическими объектами, реальные команды и ответы мультиплексируются в один физический ка­ нал. Этот подход в настоящее время используется редко. Мы упоминаем его для полноты классификационной схемы HDLC.

• Сбалансированная конфигурация состоит из двух комби­ нированных станций только в двухточечном соединении, метод передачи при этом - полудуплексный или дуплексный, канал - коммутируемый или некоммутируемый. Комбинированные станции имеют равный статус в ка­ нале и могут несанкционированно посылать друг другу трафик. Каждая станция несет одинаковую ответственность за управление каналом.

Подводя в этом месте итог обсуждению HDLC, отметим, что логиче­ ские станции могут состоять из первичных, вторичных или комбинирован­ ных станций. Функционирование станций может зависеть от одного из трех состояний: состояния логического разъединения, состояния инициа­ лизации и состояния передачи информации; они работают в одном из трех режимов: нормальный режим ответа, асинхронный режим ответа и асин­ хронный сбалансированный режим. Наконец, возможны три типа конфи­ гураций канала HDLC: несбалансированная конфигурация, симметричная

конфигурация и сбалансированная конфигурация. В англоязычной лите­ ратуре эти конфигурации часто обозначают соответственно UN, UA и ВА.

8.4.2.Формат кадра HDLC

Впротоколе HDLC используется термин кадр для обозначения неза­

Рис. 8.20. Формат кадра HDLC

В зависимости от типа кадра (рис. 8.21) кадр состоит из пяти или шести полей. Все кадры должны начинаться и заканчиваться полями фла­ га. Необходимо, чтобы станции, подключенные к звену данных, постоянно контролировали двоичную последовательность флага. Последовательность флага состоит из 01111110. Флаги могут постоянно передаваться по каналу между кадрами HDLC. Для индикации исключительной ситуации в канале могут быть посланы семь подряд идущих единиц. Пятнадцать или большее число единиц поддерживают канал в состоянии покоя. Если принимающая станция обнаружит последовательность битов, не являющихся флагом, она тем самым уведомляется о начале кадра, об исключительной (с аварийным завершением) ситуации или ситуации покоя канала. При обнаружении следующей флаговой последовательности станция будет знать, что посту­ пил полный кадр. Флаг выполняет функции обозначения начала и конца кадра, а также способствует тактовой синхронизации приемных и пере­ дающих устройств.

Адресное поле определяет адрес первичной или вторичной станции, участвующей в передаче конкретного кадра.

Управляющее поле содержит команды и ответы, а также порядковые номера, используемые для отчетности о прохождении данных в канале между первичной и вторичной станциями. Формат и содержание управ­ ляющего поля могут варьироваться в зависимости от использования кадра HDLC. Ниже мы рассмотрим реальное содержание управляющего поля.

Информационное поле содержит действительные данные пользова­ теля. Информационное поле имеется только в кадре информационного формата. Его нет в кадре супервизорного или ненумерованного формата.

Поле контрольной последовательности кадра (КПК) используется для обнаружения ошибок передачи между двумя станциями звена данных. Передающая станция осуществляет вычисления над потоком данных поль­

зователя, и результат этого вычисления включается в кадр в качестве поля КПК. В свою очередь принимающая станция производит аналогичные вы­ числения и сравнивает полученный результат с принятым полем КПК. Ес­ ли имеет место совпадение, велика вероятность того, что передача про­ изошла без ошибок. В случае несовпадения, возможно, имела место ошиб­ ка передачи, и принимающая станция посылает специальный кадр, озна­ чающий, что необходимо повторить передачу кадра. Вычисление КПК на­ зывается циклическим контролем по избыточности и использует порож­ дающий полином g(x) = х ]6 0 х 12 Ф х5 0 1 в соответствии с рекомендацией МККТТ (МСЭ-Т) V.41.

Вычисление и использование поля КПК производятся в соответствии со следующими правилами:

•к содержимому кадра добавляется набор нулей, количество кото­ рых равно длине поля КПК;

•образованное таким образом число делится на производящий по­ лином, который содержит на один разряд больше, чем длина поля КПК,

икоторый в качестве старшего и младшего разрядов имеет единицы;

•остаток от деления помещается в поле КПК и передается в составе кадра по линии связи в приемник;

•приемник выполняет деление содержимого кадра и поля КПК на порождающий полином;

•если результат равен некоторому определенному числу (нулю или,

внекоторых системах, другому числу), считается, что передача выполнена без ошибок.

Метод контроля КПК позволяет обнаруживать всевозможные пакеты ошибок длиной не более 16 разрядов, а также 99,9984% всевозможных бо­ лее длинных пакетов ошибок.

8.4.3.Типы кадров HDLC

Тип кадра определяется значением поля управления. Кадры могут быть трех типов (рис. 7.21):

•кадр информационного формата (/-кадры) используется для пере­ дачи данных конечных пользователей между двумя устройствами;

•кадр супервизорного формата (S-кадры) выполняет управляющие функции, такие как подтверждение (квитирование) кадров, запрос на по­ вторную передачу кадров и запрос на временную задержку передачи кад­ ров (в зависимости от режима работы звена (режим нормального ответа, асинхронный сбалансированный режим, асинхронный режим ответа));

•кадр ненумерованного формата (£/-кадры) также используется для целей управления. Кадр используется для инициализации или разъедине­ ния звена, а также других функций управления звеном. Кадр содержит