Принципы построения протоколов локальных вычислительных сетей

Смежные протоколы одной ЭВМ (например, TCP-IP, IEEE 802.2-IEEE 802.3) и одинаковые протоколы на двух удаленных станциях (например, TCP-TCP, FTP-FTP) обмениваются данными и командами по-разному.

Смежные протоколы одной станции обмениваются информацией посредством протокольных блоков данных (ПБД) специального формата через ОЗУ ЭВМ. Управление друг другу они передают через элементарные команды, называемые примитивами. Сначала рассмотрим принципы формирования ПБД.

Формирование ПБД. Взаимодействие объектов каждого уровня схематически показано на рис. 6.2 ^{КН, стр. 9}. Под объектом понимается любое программное обеспечение, которое способно обмениваться данными с другими объектами. Объекты могут существовать как в одной станции, так и в разных станциях. Если объекты находятся в одной станции, то они извне неразличимы. Если же равноправные объекты принадлежат разным станциям, то они взаимодействуют через одинаковые протоколы (взаимодействие равноправных объектов разных станций на рис. 6.2 показано стрелками).

Соединение между объектами соседних уровней устанавливается посредством точки доступа к услугам (ТДУ). Соединения могут быть следующие: одна точка (ТДУ) к одной; одна ко многим или многие к одной. Схема «одна ТДУ к одной» (рис. 2.5, а) реализуется, когда, например, одна прикладная программа запросила выход в сеть и данная ЭВМ имеет только одно устройство для связи с сетью (одну сетевую карту или один модем). Схема «одна ТДУ ко многим» (рис. 2.5, б) реализуется, когда, например, одна прикладная программа послала сообщение на все порты данной ЭВМ (характерно для мостов, коммутаторов, маршрутизаторов, серверов). Схема «многие ТДУ к одной» (рис. 2.5, в) реализуется, когда, например, несколько прикладных программ одновременно запросили выход в сеть и данная ЭВМ имеет только одно устройство для связи с сетью.

Обмен информацией между смежными логическими объектами или ТДУ осуществляется блоками, которые называются протокольными блоками данных (ПБД). Например, на прикладном уровне (внутри уровня) обмен информацией идет файлами, на физическом уровне – пачкой импульсов при синхронном способе передачи или отдельными символами при асинхронном способе.

Данные, передаваемые между объектами, содержат как данные пользователей, поступившие с предыдущего (например, сетевого) уровня, так и управляющую информацию протокола (УИП), добавляемую на текущем уровне (например, на подуровне УЛК). Формат УИП (или служебной информации) зависит от конкретного протокола. Это Вы можете видеть, выполняя лабораторные работы.

При передаче между двумя соседними уровнями ПБД отображается (преобразуется) в блок данных услуги (БДУ) (рис. 2.6). Это отображение может быть либо простым копированием сообщения, либо разбиением его на более мелкие части, либо объединением нескольких блоков данных в более крупный блок. Затем к БДУ добавляется управляющая информация протокола. При разбиении ПБД на части управляющая информация добавляется к каждой такой части. Сформированная структура для текущего уровня будет представлять также протокольный блок данных.

Длина ПБД может определяться в ходе переговоров в фазе установления соединения, и обычно равна максимальному размеру буфера передающего устройства (модема или сетевой карты), т.е. зависит от типа ЛВС.

Такая последовательность действий выполняется в каждом уровне станции-отправителя сообщения. В каждом уровне станции-получателя происходят обратные действия, связанные с отделением УИП от блока данных. Таким образом, проходя через каждый уровень, блок данных получает некоторую управляющую информацию, с которой он может быть адекватно воспринят на аналогичном уровне другой станции. Сформированный заголовок (УИП) «поймет» только аналогичный протокол. Полный процесс прохода блока данных через все уровни показан на рис. 6.4 ^{КН, стр. 9}. По такому принципу строятся протоколы на всех уровнях эталонной модели ВОС, однако, на подуровне УДС и на физическом уровне, наряду с УИП, к блоку данных услуги добавляется еще и концевик.

Обмен командами. В процессе взаимодействия двух смежных протоколов, наряду с протокольным блоком данных, передаются еще и примитивы, с помощью которых происходит обмен управляющей информацией для координации работы объектов. Примитив – это некоторая битовая последовательность, определенная для каждого конкретного протокола, которая представляет собой тип команд для соседнего уровня. Посредством обмена этими примитивами (элементарными командами) реализуются ТДУ различных уровней станции.

Было стандартизировано четыре основных типа примитивов: “ запрос ”, “ индикация ”, “ ответ ” и “ подтверждение ” (рис. 2.7). Некоторые из примитивов или все они могут использоваться в каждой фазе процесса взаимодействия объектов.

Например, протокол сетевого уровня станции А передает протоколу УЛК команду (примитив) “ запрос ”, чтобы тот отправил установил соединение с другой станцией. Протокол УЛК, получив такую команду, формирует некоторый ПБД, в котором закладывает команду протоколу УЛК удаленной ЭВМ, означающую установить с ним соединение. Этот ПБД передается протоколу УДС (сетевой карте) и затем посылается в линию связи.

На приемной стороне протокол УЛК, получив посланный ему ПБД, анализирует его заголовок (УИП) и понимает, что с ним хотят установить соединение. Он должен сообщить об этом протоколу сетевого уровня. Для этого протокол УЛК посылает сетевому протоколу команду (примитив) “ индикация ”, в которой заложена команда о запросе на соединение.

Сетевой протокол по этой команде принимает решение о возможности установления соединения и дает соответствующую команду протоколу УЛК, формируя примитив “ ответ ”.

Протокол УЛК станции А, получив ответный ПБД, сформированный протоколом УЛК станции Б, подтверждает получение ответа на запрос, посылая своему сетевому протоколу команду (примитив) “ подтверждение ”. На этом одна фаза работа протоколов сетевого уровня завершается.

Одинаковые протоколы двух удаленных станций обмениваются информацией также посредством протокольных блоков данных специального формата, посылаемых по сети. В этих ПБД заложены команды, которые представляют собой УИП.

Все время взаимодействия таких протоколов делится на фазы. В общем случае таких фаз три: фаза установления соединения, фаза передачи данных и фаза разъединения.

Во время первой фазы между однотипными протоколами двух удаленных станций путем диалога устанавливается соглашение о наборе параметров, используемых для передачи данных. В фазе передачи происходит передача сообщений, обнаруживаются ошибки и выполняются действия по управлению их устранением. В фазе разъединения протоколы обмениваются информацией о предстоящем разъединении, при котором исключалась бы потеря блоков сообщения.