Вопрос Канальный уровень. MAC и LLC

Функции протоколов канального уровня различаются в зависимости от того, предназначен ли данный протокол для передачи информации в локальных или в глобальных сетях. Протоколы канального уровня, используемых в локальных сетях, ориентируются на использование разделяемых между компьютерами сети сред передачи данных. Поэтому в этих протоколах имеется подуровень доступа к разделяемой среде. Хотя канальный уровень локальной сети и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда.

Использование разделяемой среды передачи данных делает в локальных сетях ненужными процедуры управления потоком кадров. Локальная сеть базовой топологии не может переполниться кадрами, так как узлы сети не могут начать генерацию нового кадра до приема предыдущего кадра станцией назначения.

Примерами протоколов канального уровня для локальных сетей являются протоколы Token Ring, Ethernet, Fast Ethernet, FDDI.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи. Кроме того, из-за высокой степени зашумленности глобальных каналов связи в протоколах этих сетей широко используются методы передачи данных с предварительным установлением соединения и повторными передачами кадров при их искажениях и потерях.

Канальный уровень оперирует единицами данных называемыми кадрами.

В локальных сетях канальный уровень разделяется на два подуровня:

Уровень управления логическим каналом (logical link control, LLC).

Уровень доступа к среде (media access layer, MAC),

Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров данных между узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. MAC-уровень лежит ниже LLC-уровня и выполняет функции обеспечения доступа к разделяемой между узлами сети общей среде передачи данных. Стандартные протоколы канального уровня часто различаются реализацией метода доступа к разделяемой среде, в то время как функции LLC-уровня гораздо меньше варьируются от одного стандарта к другому.

Уровень LLC дает более высоким уровням возможность управления качеством услуг, предоставляемых канальным уровнем. Так передача данных на канальном уровне может быть выполнена дейтаграммным способом либо с установлением соединений, с подтверждением правильности приема либо без подтверждения.

Прием кадра из сети и отправка его в сеть связаны с процедурой доступа к среде передачи данных. В локальных сетях используется разделяемая среда передачи данных, поэтому все протоколы канального уровня локальных сетей включают процедуру доступа к среде, которая и является главной функцией МАС-уровня. Кроме того, МАС-уровень должен согласовать дуплексный режим работы уровня LLC с полудуплексным режимом работы физического уровня. Для этого он буферизует кадры с тем, чтобы при получении доступа к среде, передать их по назначению.

 

Вопрос ЛВС Ethernet

Ethernet – это один из самых распространенных на сегодняшний день стандартов локальных сетей. В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Этот метод применяется исключительно в сетях с логической шиной. Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать в общую шину.

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Кадр всегда сопровождается преамбулой, которая состоит из 7 байт, состоящих из значений 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком. Все станции распознают факт передачи кадра, и та станция, которой адресован этот кадр, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные, а затем посылает по кабелю кадр-ответ.

После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также меж кадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, так как среда свободна.

Коллизия - ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Наличие коллизий - это неотъемлемое свойство сетей Ethernet, являющееся следствием принятого случайного метода доступа. Домен коллизий (collision domain) - это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла.На характеристики производительности сети большое значение оказывает коэффициент использования сети, кот отражает ее загруженность. Когда > 50 % полезная пропускная способность сети резко падает: из-за роста интенсивности коллизий, а также увеличения времени ожидания доступа к среде.

 

	Ethernet	Fast Ethernet	Gigabit Ethernet
Битовая скорость	10 Мбит/c	100 Мбит/с	1000 Мбит/c
Битовый интервал (б.и.)	100 нс	10 нс	1 нс
Интервал отсрочки	512 б.и.	512 б.и.	512 б.и.
Межкадровый интервал	9,6 мкс	0,96 мкс	0,096 мкс

 

Форматы кадров Ethernet

- Кадр 802.3/LLC (или кадр Novell 802.2)

- Кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3)

- Кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II)

- Кадр Ethernet SNAP

Поля:

- Поле преамбулы

- Начальный ограничитель кадра 10101011. Появление этой комбинации является указанием на предстоящий прием кадра.

- Адрес получателя - может быть длиной 2 или 6 байтов (MAC-адрес получателя).

- Адрес отправителя - 2-х или 6-ти байтовое поле, содержащее адрес станции отправителя.

- Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данных в кадре.

- Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт. Но если длина поля меньше 46 байт, то используется следующее поле- поле заполнения, чтобы дополнить кадр до минимально допустимой длины.

- Поле заполнения

- Поле контрольной суммы - 4 байта, содержащие значение, которое вычисляется по определенному алгоритму. После получения кадра рабочая станция выполняет собственное вычисление контрольной суммы для этого кадра, сравнивает полученное значение со значением поля контрольной суммы и, таким образом, определяет, не искажен ли полученный кадр.