Особенности канальных протоколов локальных сетей

Протоколы канального уровня

Задача канального протокола, – предоставить коммуникационный сервис сетевому уровню, используя службы физического уровня, иллюстрируется рисунком 4.1. В общем случае, для удовлетворения требований сетевого уровня канальный протокол должен предоставлять несколько видов сервиса, в частности:

- сервис с предварительным установлением соединения и с подтверждением доставки;

- сервис без предварительного установления соединения с подтверждений доставки блоков данных;

- сервис без предварительного установления соединения и без подтверждений доставки блоков данных.

 

 

Передача битов цифровой информации по линии, связывающей два сетевых узла, обеспечивается физическим уровнем стека протоколов. Однако, всякий физический канал не является надежной системой передачи. Придание каналу между двумя узлами сети свойств надежной транспортной системы является основной адаптационной функцией (задачей) протокола канального уровня. Решение этой задачи требует от протокола выполнения следующих процедур.

- Формирование кадров (так на канальном уровне принято называть блок данных протокола);

- Обеспечение кадров адресной информацией;

- Обнаружение ошибок канальным приемником;

- Восстановление поврежденных кадров;

- Управление потоком, т.е. управление интенсивностью генерации кадров.

Выше были рассмотрены общие методы реализации этих адаптационных функций. В данном разделе будет показано, как эти методы объединяются в едином протоколе канального уровня, управляющем обменом данными между двумя непосредственно связанными сетевыми узлами.

Канальные протоколы управляют передачей данных между узлами, связанными физической линией, либо выделенным каналом коммутируемой базовой сети. В таких сетевых соединениях гарантирован единственный путь для всех протокольных блоков. В силу этого, канальные протоколы не содержат функции восстановления приемником исходной последовательности кадров, а всякое ее нарушение рассматривают как признак потери одного, или нескольких блоков данных.

Важным элементом управления каналом является определение дисциплины доступа к нему. Существуют два основных подхода к реализации этой функции. Один из них реализует принцип «первичный - вторичный», предполагающий право первичного (главного) узла определять, когда и какое из вторичных устройств может производить передачу данных. Второй подход реализует принцип равноранговых объектов, т.е. объектов, обладающих одинаковым правом определения момента доступа к каналу. Равноранговые протоколы находят применение в локальных и распределенных базовых сетях, а протоколы типа «первичный - вторичный» в сетях терминалов, в некоторых типах беспроводных сетей.

Особенности канальных протоколов локальных сетей

При построении локальных сетей (ЛС), объединяющих в своем составе относительно небольшое число достаточно близко расположенных друг от друга вычислительных систем, появляется возможность обеспечить непосредственное их соединение и простую (неиерархическую) уникальную адресацию узлов; тем самым, из модели взаимодействия узлов такой сети может быть исключен уровень межсетевого взаимодействия. Это обстоятельство существенно упрощает архитектуру локальных сетей, и их спецификации описывают, как правило, только физический и канальный уровни. Эта же территориальная компактность локальных сетей дает возможность применения в них широкополосных линий связи (коаксиальный кабель, ВОЛС и кабель «витая пара»), способных поддержать передачу данных с высокой битовой скоростью.

Важным классификационным признаком ЛС, также оказывающим влияние на задачи канальных протоколов, является топологическая схема физического соединения хостов. Несмотря на имеющееся разнообразие этих схем, принципиально они сводятся к двум логическим структурам - шина и кольцо (рис. 4.2).

 

 

Среда передачи в сетях этих топологий является общим ресурсом всех станций. Поэтому, важность механизма координации доступа отдельных узлов к среде передачи для таких сетей очевидна. Так, в сети шинной топологии (рис. 4.2.а) попытка двух станций одновременно отправить свои кадры приведет к их взаимному искажению (эффект, так называемой, коллизии). В сети кольцевой топологии (рис. 4.2.б) информационные кадры передаются по кольцу от одной станции к другой. Очевидно, что кадры, сформированные разными узлами, должны инжектироваться в кольцо в определенном порядке и своевременно удаляться из него, т.е. и в этих сетях принципиально важным является механизм управления доступом к среде передачи.

Таким образом, общей чертой всех локальных сетей является то, что используемая ими среда передачи является лишь потенциально общей, т.е. она общая в смысле возможности ее использования каждой станцией для передачи своей информации. В таких условиях в протокольный стек ЛС должен входить протокол, обеспечивающий поддержание определенной дисциплины использования общей среды. Такой протокол называется протоколом управления доступом к среде (Medium Access Control, MAC).

МАС-протоколы локальных сетей соответствуют протоколам канального уровня в модели ВОС. Как уже неоднократно отмечалось, основной задачей канальных протоколов является обеспечение надежной передачи протокольных блоков по ненадежным физическим линиям передачи. Однако, природа этой ненадежности в территориальных и в локальных сетях разная. В территориальных сетях, где каждая пара устройств связывается отдельной физической линией, - это потери кадров, возникающие, главным образом, из-за перегрузки узлов коммутации и вследствие битовых ошибок; в локальных же сетях основным источником потерь кадров являются попытки одновременной их передачи несколькими сетевыми станциями. Соответственно, канальные протоколы локальных сетей, имея немало общего с канальными протоколами территориальных сетей, заметно от них отличаются в части способов борьбы с потерями (первые используют алгоритмы управления доступом к среде, а вторые - механизмы ARQ).

Анализ эффективности процедур ARQ показал, что произведение величины времени передачи данных на битовую скорость интерфейса является фундаментальным параметром. Ниже будет показано, что даже для тех МАС-протоколов, которые не используют механизмы ARQ, этот параметр не менее значим.