8. Особенности Эталонной модели лвс

Комитет IEEE в проекте 802 модифицировал два нижних уровня эталонной модели ВОС, приспособив ее к задачам построения ЛВС.

Согласно модели IEEE уровень звена данных делится на два подуровня: управления логическим каналом и управления доступом к среде.

Верхний подуровень, который назван подуровнем LLC (Logical Link Control) осуществляет управление передачей информации.

Нижний подуровень назван стандартом подуровнем МАС (Medium Access control ) реализует алгоритмы доступа к среде и адресацию станций. На этот подуровень возлагается функция совместного использования физической среды, определяющая основные особенности ЛВС.

Физический уровень обеспечивает сопряжение станций с физической средой, кодирование и декодирование сигналов, их буферизацию, поддерживает и восстанавливает битовую синхронизацию. Этот уровень делится на три подуровня : передача физических сигналов, интерфейс с устройством доступа и модуль доступа к среде или соединитель.

Управление логическим каналом на подуровне LLC

В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:

• LLC1 - сервис без установления соединения и без подтверждения;

• LLC2 - сервис с установлением соединения и подтверждением;

• LLC3 - сервис без установления соединения, но с подтверждением.

Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде, определенных стандартами 802.3-802.5.

Сервис без установления соединения и без подтверждения LLC1 дает пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек. Обычно, этот вид сервиса используется тогда, когда такие функции как восстановление данных после ошибок и упорядочивание данных выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC.

Сервис с установлением соединений и с подтверждением LLC2 дает пользователю возможность установить логическое соединение перед началом передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока этих блоков в рамках установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам семейства HDLC (LAP-B, LAP-D, LAP-M), которые применяются в глобальных сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях.

В некоторых случаях (например, при использовании сетей в системах реального времени, управляющих промышленными объектами), когда временные издержки установления логического соединения перед отправкой данных неприемлемы, а подтверждение корректности приема переданных данных необходимо, базовый сервис без установления соединения и без подтверждения не подходит. Для таких случаев предусмотрен дополнительный сервис, называемый сервисом без установления соединения, но с подтверждением LLC3.

Чаще всего в локальных сетях используются протоколы LLC1. Это объясняется тем, что кабельные каналы локальных сетей обеспечивают низкую вероятность искажений бит и потери кадров. Поэтому, использование повышающего надежность обмена протокола LLC2 часто приводит к неоправданной избыточности, только замедляющей общую пропускную способность стека коммуникационных протоколов. Тем не менее, иногда протокол LLC2 применяется и в локальных сетях. Так, этот протокол используется стеком SNA в том случае, когда мэйнфремы или миникомпьютеры IBM взаимодействуют через сети Token Ring. Протокол LLC2 используется также компанией Hewlett-Packard в том случае, когда принтеры подключается к сети Ethernet непосредственно, с помощью встроенных сетевых адаптеров.

По своему назначению все кадры уровня LLC (называемые в стандарте 802.2 блоками данных PDU) подразделяются на три типа - информационные, управляющие и ненумерованные:

• Информационные кадры предназначены для передачи информации в процедурах с установлением логического соединения и должны обязательно содержать поле информации. В процессе передачи информационных блоков осуществляется их нумерация в режиме скользящего окна.

• Управляющие кадры предназначены для передачи команд и ответов в процедурах с установлением логического соединения, в том числе запросов на повторную передачу искаженных информационных блоков.

• Ненумерованные кадры предназначены для передачи ненумерованных команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления логического соединения передачу информации, идентификацию и тестирование LLC-уровня, а в процедурах с установлением логического соединения - установление и разъединение логического соединения, а также информирование об ошибках.

Все типы кадров уровня LLC имеют единый формат. Они содержат четыре поля:

• адрес точки входа сервиса назначения (DSAP),

• адрес точки входа сервиса источника (SSAP),

• управляющее поле (Control)

• поле данных (Data)

Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями "Флаг", имеющими значение 01111110. Флаги используются на MAC-уровне для определения границ блока.

Флаг (01111110)

Адрес точки входа сервиса назначения DSAP

Адрес точки входа сервиса источника SSAP

Управляющее поле Control

Данные Data

Флаг (01111110)

Рисунок 6. Структура LLC-кадра стандарта 802-2

Поле данных кадра LLC предназначено для передачи по сети пакетов протоколов верхних уровней - IP, IPX, в редких случаях - прикладных протоколов, когда те не пользуются сетевыми протоколами, а вкладывают свои сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.

Поле управления (один байт) используется для обозначения типа кадра данных - информационный, управляющий или ненумерованный. Кроме этого, в этом поле указываются порядковые номера отправленных и успешно принятых кадров, если подуровень LLC работает по процедуре LLC2 с установлением соединения. Формат поля управления полностью совпадает с форматом поля управления кадра LAP-B.

Поля DSAP и SSAP позволяют указать, какой сервис верхнего уровня пересылает данные с помощью этого кадра. Программному обеспечению узлов сети при получении кадров канального уровня необходимо распознать, какой протокол вложил свой пакет в поле данных поступившего кадра, для того, чтобы передать извлеченный из кадра пакет нужному протоколу для последующей обработки. Например, в качестве значения DSAP и SSAP может выступать код протокола IPX или же код протокола покрывающего дерева Spanning Tree.

К особенностям протоколов подуровня LLC относятся следующие :

• низкая вероятность искажения данных при передаче по физической среде ЛВС позволяет применять простейшие протоколы обмена,

• помехозащищенность передаваемых данных снята с подуровня LLC и передана подуровню МАС,

• используются двухадресные ПВД, содержащие адрес как получателя, так и отправителя ( в глобальных сетях применяются, как правило, одноадресные ПБД).

Все типы ПБД звена данных ( подуровня LLC) имеют единый формат.

Адрес ТДУП	Адрес ТДУО	Управление	Информация
8	8	8 или 16	8 х п

Рисунок 7. Типы ПБД звена данных

Каждый ПВД содержит два адреса ТДУ : отправителя (ТДУО) и получателя (ТДУП) , форматы которых показаны на рис.8.

Рисунок 8. Форматы ПВД

Адрес ТДУП может быть индивидуальным (бит и/с = 0), групповым (бит и/г=1), нулевым (00000000) или глобальным (11111111) и идентифицировать одну ТДУ, группу ТДУ, отсутствие получателя и все доступные ТДУ .

Адрес ТДУО идентифицирует ТДУ отправителя. Он может быть нулевым или индивидуальным. Первый бит к/о определяет ( к/о=0) - команду или ( к/о=1) - ответ. Остальные 7 бит определяют соответственно адрес ТДУО.

Поле управления полностью совпадает с полем управления протокола HDLC.

Методы и алгоритмы подуровня МАС

Развитие средств подуровня МАС шло вначале без какой-либо координации международными организациями по стандартизации. Первой попыткой стандартизации протоколов на этом подуровне был стандарт I EEE802. 1-6 ЛВС и группа стандартов ЕСМА - европейский аналог стандартов I EEE802. Большинство не нашло широкого распространения в ЛВС. Поэтому в дальнейшем рассмотрим только те методы и алгоритмы, которые составили основу международного стандарта I EEE802.

MAC-уровень появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того, как доступ к среде получен, ею может пользоваться следующий подуровень, организующий надежную передачу логических единиц данных - кадров информации. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов MAC-уровня, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий как Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Подуровень MAC ответственен за формирование кадра, получение доступа к разделяемой среде передачи данных и за отправку с помощью физического уровня кадра по физической среде узлу назначения.

Рассмотрим взаимодействие протокола подуровня MAC для сети Ethernet.

Разделяемая среда Ethernet, независимо от ее физической реализации (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволокно с повторителями), в любой момент времени находится в одном из трех состояний - свободна, занята, коллизия. Состояние занятости соответствует нормальной передаче кадра одним из узлов сети. Состояние коллизии возникает при одновременной передаче кадров более, чем одним узлом сети.

MAC-подуровень каждого узла сети получает от физического уровня информацию о состоянии разделяемой среды. Если она свободна, и у MAC-подуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не возникла, то кадр считается переданным. Если же за это время коллизия была зафиксирована, то передача кадра прекращается, и в сеть выдается специальная последовательность из 32 бит (так называемая jam-последовательность), которая должна помочь однозначно распознать коллизию всеми узлами сети.

После фиксации коллизии MAC-подуровень делает случайную паузу, а затем вновь пытается передать данный кадр. Случайный характер паузы уменьшает вероятность одновременной попытки захвата разделяемой среды несколькими узлами при следующей попытке. Интервал, из которого выбирается случайная величина паузы, возрастает с каждой попыткой (до 10-ой), так что при большой загрузке сети и частом возникновении коллизий происходит притормаживание узлов. Максимальное число попыток передачи одного кадра - 16, после чего MAC-подуровень оставляет данный кадр и начинает передачу следующего кадра, поступившего с LLC-подуровня.

MAC-подуровень узла приемника, который получает биты кадра от своего физического уровня, проверяет поле адреса кадра, и если адрес совпадает с его собственным, то он копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не содержит ли кадр специфические ошибки: по контрольной сумме, по максимально допустимому размеру кадра, по минимально допустимому размеру кадра, по неверно найденным границам байт. Если кадр корректен, то его поле данных передается на LLC-подуровень, если нет - то отбрасывается.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол MAC-уровня может применяться с любым типом протокола LLC-уровня и наоборот. Протокол подуровня МАС, определяемый этим стандартом, основан на методе коллективного доступа к среде с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов и является самым эффективным из всех методов случайного доступа. Этот метод позволяет всем станциям ЛВС коллективно использовать общую физическую среду, организованную в виде шинной магистрали. Каждая станция, имеющая данные для передачи, отслеживает состояние физической среды и при отсутствии передач от других станций (период не занятости) передает свой кадр по физической среде. Если после - сначала передачи кадр сталкивается с кадром от другой станции, то каждая из этих станций преднамеренно выдает в физическую среду случайную битовую комбинацию, чтобы обозначить для всей сети наличие конфликта. Затем станция выжидает в течении определенного времени прежде чем повторить попытку передачи кадра.

Кадр данных подуровня МАС шинной ЛВС с данным методом доступа содержит восемь полей различной длины (в октетах).

Преамбула	НО	АП	АО	Длина кадра	Поле LLC	ЗАП	КПК
7	1	2 или 6	2 или 6	2	64-1518	--	4

Рисунок 9. Формат кадра.

Каждый октет поля преамбулы имеет битовую комбинацию 10101010. Преамбула используется для тактовой синхронизации систем подуровня МАС.

Поле начального ограничения (НО) кадра представляет собой двоичную комбинацию 10101011, которая продолжает функцию преамбулы и означает начало кадра.

Поле адреса получателя (АП) может указывать индивидуальный адрес станции - получателя или групповой адрес нескольких (возможно всех) станций, которым предназначен данный кадр.

Поле адреса отправителя (АО) указывает адрес станции - отправителя данного кадра.

Поле длины кадра указывает число октетов поля LLC. Поле данных LLC содержит целое число октетов от 64 до 1518. Если это поле имеет длину меньшую, чем 64 октета, то поле заполнителя ( ЗАП) позволяет расширить поле данных до минимального установленного значения.

Поле контрольной последовательности кадра (КПК) образуется с помощью циклической проверки полей АП, АО, длины кадра, поля LLC и ЗАП.

Форматы Ethernet-кадра.

• Первоначальный Variant I (больше не применяется).

• Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно IP.

• Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).

• Кадр IEEE 802.2 LLC.

• Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.

В качестве дополнения, Ethernet-кадр кадр может содержать тег IEEE 802.1Q, для идентификации VLAN к которой он адресован и IEEE 802.1p для указания приоритетности. Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN

Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.