Протоколи

Протоколи
5.1. Протоколи фізичного та канального рівнів. керування доступом
5.2. Протоколи керування логічним каналом
5.3. Протоколи мережевого та транспорного рівня
5.4. Протоколи сеансового рівня
5.5. Протоколи відображення та прикладного рівня
5.1. ПРОТОКОЛИ ФІЗИЧНОГО ТА КАНАЛЬНОГО РІВНІВ. КЕРУВАННЯ ДОСТУПОМ
1.1 Протоколи фізичного рівня
Протокол фізичного рівня визначає електричні характеристики, які будь-яка система повинна мати у точці приєднання до середовища передавання. Крім того, він описує головні різновиди сервісу фізичного рівня.
Індикація спотворень під час передавання. Спотворення виникають, коли дві або більше станцій передають інформацію одночасно. Тому на фізичному рівні відбувається по-стійне прослуховування каналу і повідомлення про наявність спотворень.
Контроль часу передавання кадру. Виконують для усунення збоїв, спричинених появою необмеженої послідовності бітів. Для цього фізичний рівень перериває передавання, якщо воно триває понад 150 мс.
Передавання блоків даних. Автоузгодження швидкості передавання на фізичному рівні дає змогу партнерам зв'язку обмінятися інформацією про технології, які вони підтримують, та вибрати прийнятний варіант передавання (див. Д.5.1).
Труднощі в стандартизації протоколів фізичного рівня зумовлені великою різноманітністю середовищ передавання, кодів, методів доступу, технічних реалізацій тощо. Тому стандарти фізичного рівня є різні. Наприклад, для великих, багатовузлових, глобальних мереж, а також ЛМ з багатьма вузлами на фізичному рівні використовують протоколи Х.21, X.21bis, Х.25. Ці протоколи забезпечують реалізацію інтерфейсів кінцевої апаратури передавання даних і апаратури передавання даних.
У сучасних локальних мережах архітектуру фізичного рівня поділяють на підрівні, кожен з яких виконує визначений набір функцій. Наприклад, для мережі 10 Gigabit Ethernet (lOGE) (рис. 5.1) є такі підрівні та інтерфейси:
інтерфейс 10GM11 (10G Media Independent Interface) - стандартний інтерфейс між
канальним та фізичним рівнем, який унезалежнює реалізацію обох рівнів;
PCS (Physical Coding Sublayer) - виконує кодування та декодування;
PMA (Physical Medium Attachment) - приєднує до фізичного середовища, перетворює паралельне передавання у послідовне та навпаки, забезпечує синхронізацію передавання;
PMD (Physical Medium Dependent) - передає сигнали у фізичному середовищі, відповідає за характеристики сигналів (такі як амплітуда, частота, форма імпульсів тощо), виконує підсилення та модуляцію сигналів;
MDI (Media Dependent Interface) - інтерфейс, залежний від середовища, визначає роз'єднувачі для приєднання до фізичного середовища та їхні характеристики.
За порядком організації передавання на фізичному рівні в KM розрізняють моно канали та мережі з ретрансляцією.
Моноканал — це така мережа, у якій фізичне середовище забезпечує одночасне (з точністю до часу поширення сигналу) передавання блоків даних усім приєднаним абонентам. На відміну від моноканалу, у мережах з ретрансляцією блоки даних приймаються в проміжних вузлах, а потім знову передаються
1.2. Протоколи канального рівня
Стандарти KM описують, як звичайно, групу протоколів канального, фізичного рівнів та параметрів передавального середовища.
На сучасному етапі канальний рівень протоколу розділяють на два підрівні (рис. 5.2): керування логічним каналом (Logical Link Control (LLC)) та керування доступом до середо-вища (Media Access Control (MAC)). Перший забезпечує керування логічним каналом і не залежить від фізичного середовища, а другий - доступ до фізичних з'єднань і залежить від них.
Для мережі 10GE виділяють ще спеціальний підрівень узгодження. Він узгоджує формати канального та фізичного рівнів, працює з різними реалізаціями методів кодування, оперує з командами стандартної^ інтерфейсу (див. рис. 5.1).
Значну роботу зі стандартизації протоколів веде Комітет 802 IEEE Міжнародного інституту інженерів-електриків та електроніків, що розробив кілька стандартів протоколів канального і фізичного рівнів (рис. 5.3). Стандарти з окремих технологічних напрямів розробляють підкомітети комітету 1ЕЕЕ-802.
Зокрема, підкомітет ІЕЕЕ-802.1 працює над стандартами керування мережами, роботою мостів. Він розробив стандарт залишкового дерева (ІЕЕЕ-802.Id).
Стандарт ІЕЕЕ-802.2 визначає процедуру обміну даними між системами на підрівні керування логічним каналом LLC. Він є загальним для всіх типів фізичних з'єднань та методів доступу і не залежить від їхніх характеристик. Стандарти ІЕЕЕ-802.3-802.12 передбачають процедури доступу для різних методів доступу та передавальних середовищ і зумовлені їхніми особливостями. Наприклад, ІЕЕЕ-802.3 визначає процедури керування для МДКН/ВК (CSMA/ CD) методу доступу; ІЕЕЕ-802.4 - для маркерного методу доступу в моноканалі; ІЕЕЕ-802.5 -для маркерного методу доступу в кільцевих мережах з ретрансляцією; ІЕЕЕ-802.6 - міські мережі з використанням інфраструктури мереж кабельного телебачення DQDB; ІЕЕЕ-802.7 -стандарти щодо широкосмугових коаксіальних систем; ІЕЕЕ-802.8 - стандарти щодо волокон-но-оптичної техніки; ІЕЕЕ-802.9 - інтегровані мережі передавання даних та мовлення; ІЕЕЕ-802. 10 - стандарти безпеки даних; ІЕЕЕ-802.11 - стандарти безпроводових мереж; ІЕЕЕ-802.12 - для методу доступу з запитами пріоритету (DDP).
Стандарти ІЕЕЕ-802.1-802.11 продубльовані ISO у стандартах ISO 8802-1-8802-11.
1.3. Протоколи керування доступом
Розглянемо найнижчий підрівень канального рівня протоколу - підрівень керування доступом до фізичного середовища. Головною функцією цього підрівня є забезпечення доступу
окремих абонентів до передавального середовища так, щоб перепускна здатність каналу зв 'язку була використана ефективно.
Спосіб організації доступу станцій мережі до передавального середовища називають методом доступу.
Є велика кількість різноманітних методів доступу. Вони відрізняються:
характером фізичного середовища - методи доступу для моноканалу та мереж з ретрансляцією;
характером керування - з централізованим та децентралізованим керуванням;
характером, доступу - конкурентні або з передаванням повноважень. Розглянемо деякі методи доступу і відповідні протоколи.
Тактові системи
Головним принципом організації тактових систем є циклічний розподіл усього часу передавання на однакові часові проміжки - такти (слоти). За кожною станцією закріплено відповідний слот. Такий підхід започаткований ще в 50-х роках. Його широко використовували в системах телемеханіки. Якщо до мережі приєднано з абонентів, то кожен абонент має право передати свій кадр один раз на з слотів (рис. 5.4).
Така система подібна до конвеєрної лінії або поїзда, який постійно рухається. Тактові системи бувають синхронні та асинхронні. У синхронних системах є центральний таймер та лінія синхронізації. В асинхронних сигнали синхронізації передаються разом з інформацією. Проте тактові системи мають такі недоліки:
неефективність використання каналу. Внаслідок нерівномірності навантаження з 'являється багато порожніх слотів. Вислідна швидкість передавання невисока;
зі збільшенням кількості станцій ефективність мережі зменшується. Тому тактові системи не використовують з десятками або сотнями станцій.
Метод опитування. Централізоване керування
Метод опитування використовують у шинних або ефірних мережах. У цьому випадку один з приєднаних до мережі пристроїв уважають головним і називають контролером мережі. Він керує передаванням. Найпростіший варіант централізованого керування реалізовано на базі циклічного опитування. Контролер по черзі опитує (надсилає кадри) приєднані пристрої. Вони відповідають, надсилаючи в мережу або інформацію, або спеціальний кадр, якщо інформації нема. Контролер після отримання кадру опитує наступний пристрій і так далі. У такій шині об'єднано два потоки: інформаційний та керування. Передавання інформації можна розділити на такти тривалістю
де ts - середня тривалість обслуговування; tp - тривалість опитування; b ~ середня довжина кадру, який передають, С - перепускна здатність шини (рис. 5.5).
Мережі з опитуванням, як звичайно, невеликі. їх використовують у лабораторному, аерокосмічному, побутовому і військовому обладнанні.
Недоліки цих мереж такі:
наявність великого потоку керування, навіть якщо в абонента нема інформації для передавання. Однак водночас постійно відбувається контролювання працездатності пристроїв;
надійність мережі визначена надійністю контролера. Якщо він вийде з ладу, то вийде з ладу вся мережа;
мережа обмежена щодо кількості абонентів. Чим більше абонентів, тим більше потрібно часу для опитування, отже, тим менша перепускна здатність.
Прикладом мережі з опитуванням є мережа стандарту MIL 1553В.
Особливості дії мережі стандарту MIL 1553B
Стандарт мережі MIL 1553В розроблено для ВПС США як основу передавання даних у військових літальних апаратах. Пізніше його скопіювали у стандарт ГОСТВ 24.394-80 для радянських військових літаків. Мережа, згідно з цим стандартом, має високу перепускну здатність, надійність, незначну чутливість до завад. Бортова система забезпечує обмін даними між різними автономними підсистемами, що розміщені в різних частинах літака. Такі підсистеми призначені для розв'язування задач обчислювального типу, збирання та первинного опрацювання інформації від давачів. Відповідно до стандарту MIL 1553B бортові підсистеми, які називають терміналами, з'єднують за допомогою двопроводової інформаційної магістралі, виконаної у вигляді екранованої скрученої пари дротів. Для підвищення надійності на борту можуть бути дві або більше резервних магістралей.
Станцію мережі приєднують за допомогою адаптера. Адаптер складається з розв'язу-вального трансформатора, приймача-передавача, генератора тактових імпульсів, шифратора-дешифратора. Шифратор-дешифратор виконує головні функції перетворення даних, а саме: кодування-декодування даних у коді Манчестер-ІІ, перетворення з паралельного коду в послі-довний і навпаки, контроль достовірності прийнятого слова, декодування адреси термінала та ін. Слова формує термінал. З використанням стандарту MIL 1553B за допомогою магістрального інтерфейсу можна об'єднати до 31 термінала.
Передаванням даних керує одна з підсистем - контролер. Обмін даними відбувається асинхронно в напівдуплексному режимі. На початку слова є спеціальний синхронізаційний символ, довжина якого становить три інформаційні розряди (рис. 5.6). У кінці слова є один розряд для перевірки на парність. Дані передаються в послідовному коді зі швидкістю 1 Мбіт/с і до 47 тисяч інформаційних слів за секунду. Довжина магістралі не перевищує 100 м. Ймовірність появи помилки під час передавання слова не більше 10 7.
У випадку передавання даних від контролера до термінала контролер передає командне слово, в якому зазначено адресу термінала, вимогу виконати операцію приймання даних і кількість інформаційних слів. Далі відбувається передавання інформаційних слів. Потім контролер чекає від термінала слово стану, яке підтверджує, що збоїв нема (див. рис. 5.6).
Передавання даних від термінала до контролера відбувається так. Контролер ініціює обмін передаванням командного слова, у якому є вимога виконати операцію передавання даних, адреса термінала, кількість інформаційних слів. Термінал, який бере участь в обміні, відповідає контролеру словом стану, після чого починає передавати задану кількість інформаційних слів (рис. 5.7).
У випадку передавання даних між двома терміналами контролер передає магістраллю два командні слова. У першому з них зазначено адресу термінала, який повинен прийняти дані, вимогу виконати операцію приймання, кількість інформаційних слів, у другому - адресу термінала, який передає дані, вимогу виконати операцію передавання, кількість інформаційних слів. Закінчується обмін тим, що термінал-приймач пересилає слово стану для контролера (рис. 5.8).
Можна також організувати передавання даних усім терміналам відразу. У цьому випадку контролер передає в магістраль слово з фіксованою адресою, яку розпізнають усі термінали.
Стандарт допускає передавання в одному повідомленні до 32 інформаційних слів, а також команд без інформаційних слів. Є три типи слів: командне, інформаційне, стану (рис. 5.9). У слові будь-якого типу є 20 розрядів: 16 інформаційних, 1 контрольний, 3 для синхронізації.
Метод доступу з використанням механізму провідникового "&".
Малі локальні мережі I2C, D2B
Концепція мереж I2C, D2B розроблена фірмою Philips для різних потреб.
Мережа І2С була призначена для побудови нового типу телевізорів, якими керував ком-п'ютер. Тому її довжина становила до 10 м, швидкість передавання інформації - 7.5 Кбіт/с, якщо розмір кадру 2.5 байти, та 10.8 Кбіт/с, якщо розмір кадру 64 байти (рис. 5.10).
D2B (Digital Data Bus) - мережа більша. Вона обслуговує сукупність пристроїв. Максимальна її довжина становить 150 м, максимальна перепускна здатність 8 Ксимв/с. До мережі можна приєднати 50 станцій. D2B розроблена як побутова ЛМ (рис. 5.11). Вона добре захищена від електромагнітних завад. Аналог D2B - мережа галузевого стандарту 4.239.001 -85. Обидві мережі є шинами з розподіленим керуванням, де всі станції рівноправні. У мережі нема фіксованої швидкості передавання, вона автоматично адаптується до заданої швидкості (максимум - 100 Кбіт/с.)
З метою уникнути колізій і забезпечити захоплення шини PC тільки однією станцією використовують механізм провідникового "&". Він полягає в такому: якщо на всіх станціях вихідні транзистори закриті, то рівень сигналу на лінії буде високим; якщо ж хоча б один транзистор відкритий, то рівень сигналу буде низьким (рис. 5.12).
Шина PC має дві лінії: лінію даних та лінію синхронізації. Лінією синхронізації ідуть імпульси. Якщо на цій лінії рівень сигналу високий, то дані з лінії даних можна читати, якщо ж низький, то їх можна змінювати (рис. 5.13, а).
Інформація в мережі передається побайтово. Початок передавання визначений зниженням рівня сигналу на лінії даних у випадку, якщо рівень сигналу на лінії синхронізації високий (рис. 5.13, б).
Відсутність сигналу на лінії даних під час дев'ятого імпульсу синхронізації підтверджує правильне приймання. Перехід лінії даних на високий рівень сигналу за високого рівня сигналу на лінії синхронізації (після дев'ятого синхроімпульсу) означає кінець передавання. У кожний момент часу передавання виконує тільки одна станція. Вона синхронізує роботу всіх інших станцій та вибирає собі адресата (перше зниження рівня сигналу на лінії синхронізації синхронізує всі синхрогенератори) (рис. 5.13).
Пристрій, який найдовше генерує низький рівень сигналу, буде визначати період синхросигналу. Якщо дві станції почнуть передавати інформацію одночасно, то спрацює процедура арбітражу (рис. 5.14).
Розглянемо цю ситуацію детальніше. Нехай дві станції передають інформацію одночасно. Під час першого синхроімпульсу вони мають високий рівень сигналу. Конфлікту немає. Під час другого синхроімпульсу вони мають низький рівень сигналу. Конфлікту також немає. Однак під час третього імпульсу станція 1 видає високий рівень сигналу, а станція 2 - низький. Виникає конфлікт. Лінія даних у результаті матиме низький рівень сигналу, і станція 1 помітить різницю,
тому виставить високий рівень, який у подальшому не буде впливати на передавання, і відмовиться від передавання.
Структура кадру в мережі І2С показана на рис. 5.16, тут RIW- це біт-ознака, яка визначає, що повинна робити станція-отримувач після приймання кадру - передавати чи приймати інформацію, біт А повідомляє про отримання даних приймачем.
Структура кадру в мережі D2B зображена на рис. 5.17. Як бачимо, кадр починається стартовим бітом, що має спеціальну форму. Біти 1-3 є бітами режиму і задають швидкісний режим обміну. Після цього передаються 12 біт адреси головного пристрою, захищені бітом парності Р. Далі - 12 біт адреси підпорядкованого пристрою, також захищені С та А. Під час передавання бітів режиму відбувається арбітраж щодо швидкості. Продовжують передавати пристрої з однією, найменшою швидкістю. Після передавання адреси головного пристрою в мережі залишиться головний пристрій з найменшою адресою. Підпорядкований пристрій, якщо він готовий до приймання або передавання, виробляє біт А Далі є контрольне поле з чотирьох
бітів. Воно захищене бітом парності і потребує від приймача підтвердження можливості виконання заданих у ньому режимів. Потім передаються з байтів даних. Після кожного байта передається біт підтвердження та парності. Закінчується кадр бітом кінця даних та бітом підтвердження.
Конкурентні методи доступу
У мережах з централізованим керуванням та в маркерних мережах станція повинна чекати, щоб отримати дозвіл на передавання. Крім того, багато часу витрачається на передавання службової інформації. Розробники конкурентних методів доступу вирішили дати змогу будь-якій станції передавати інформацію тоді, коли їй буде потрібно, а також спробували мінімізувати наслідки неминучих у такому випадку конфліктів. Вони ставили собі за мету забезпечити мінімум службової інформації та максимальну швидкість доступу до каналу зв'язку.
Конкурентні методи доступу (їх ще називають методами доступу з суперництвом) діють, як звичайно, у моноканалі. Вперше такий підхід застосовано під час розробки мережі для університету штату Гавайї (система ALOHA). У цій системі середовищем передавання був радіоканал. Кожна станція, яка мала кадр для передавання, передавала його. Однак у випадку, коли передавачів, що працювали одночасно, було багато, то деякі станції передавали кадри також одночасно, отже, передавання накладалися. Виникали так звані колізії. Тому мережа ALOHA була ефективною тільки тоді, коли інтенсивність надходження кадрів на передавання була малою. Реальна перепускна здатність мережі досягала 19% від максимальної.
Найбільшого поширення конкурентні методи доступу набули в шинних мережах. Власне в них було вперше використано принцип "слухай перш ніж говорити" - контроль сигналу-носія, тобто прослуховування каналу. У таких мережах станція постійно прослуховує канал. Якщо канал вільний, станція починає передавання, якщо ж зайнятий, - чекає. Цей метод називають методом доступу з контролем сигналу-носія (МДКН) (Carrier Sense Multiple Access (CSMA)). Однак виявилося, що й тут також можливі колізії. Чому ж вони виникають?
Час поширення сигналу мережею скінченний. Якщо одна станція почала передавання, а до іншої сигнал ще не дійшов, то вона теж може почати передавання. Тоді й виникає колізія (рис. 5.18).
Нехай tij = ti- tj. - різниця часу між початками передавання кадрів станціями і та j; ф - час поширення сигналу від станції i до станції j. Тоді умову виникнення колізії між передаваннями станцій і тау можна записати так:
Дtij< tij
а умову виникнення колізії в мережі - так:
Э(i,j)(Дtij< фij).
Для ефективного використання каналу треба зменшити тривалість колізії. Водночас потрібно дати час усім станціям зафіксувати наявність колізії. Тому станції, які увійшли у колізію, передають шумову послідовність протягом часу 2х, причому
ф = max фi,j
Станції, які не передали свої кадри внаслідок колізії, знову пробують передати інформацію.
Ще одним джерелом виникнення колізій є інертність самого пристрою, що виконує протокольні функції.
Максимальна ефективність становить 53%.
Найбільшої ефективності (93%) вдалося досягти за допомогою МДКН з виявлянням колізій (МДКН/ВК) (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)). У цьому випадку час очікування на передавання після вивільнення каналу вибирається випадково з використанням давача випадкових чисел. Завдяки цьому зменшується ймовірність взаємного блокування повторних передавань станцій. Алгоритм роботи за МДКН/ВК показаний на рис. 5.19).
Станція постійно прослуховує середовище передавання й аналізує адреси всіх кадрів, що передаються. Якщо кадр адресовано цій станції, то вона його приймає, а потім знову про-слуховує середовище. У випадку, коли від вищого рівня протоколу надійшов запит на переда-вання кадру, то станція його передає відразу, якщо середовище передавання вільне, або чекає доки воно вивільниться. Якщо передавання закінчилося нормально, то станція прослуховує середовище. Якщо ж виявлена колізія, то станція визначає випадковий інтервал затримки і знову очікує вивільнення середовища.
Перевагою МДКН/ВК є висока ефективність, а також те, що тут немає службової інформації. Недоліки методу: мережа з МДКН/ВК ефективна, якщо навантаження мале; зі збільшенням навантаження вплив колізій збільшується. У мережі з МДКН/ВК також не можна гарантувати тривалості передавання кадру
Маркерні методи доступу
Маркерний метод доступу полягає в тому, що в мережу вводять спеціальний кадр -маркер, який переходить від станції до станції почергово. Як звичайно, це залежить від адреси станції (за зростанням або спаданням її номера). Остання станція передає маркер першій і так виникає логічне кільце (рис. 5.20).
Маркерний метод доступу визначено для мереж шинної, кільцевої, зірко- та деревоподібної конфігурації, моноканалу і мереж з ретрансляцією. Його використовують у мережах Arcnet, Token Ring, Ringnet та ін. Стандартизовано маркерні методи доступу в ІЕЕЕ-802.4-5.
Розглянемо спочатку шину з передаванням маркера.
Маркерний доступ у шинній мережі. Алгоритм роботи шини з маркерним доступом показано на рис. 5.21. Станція, що є в логічному кільці, постійно прослуховує шину і приймає адресований їй кадр. Якщо цей кадр маркерний, то станція у випадку наявності інформації спочатку передає інформаційний кадр, а потім - маркерний. Якщо ж інформації на передавання нема, то лише маркерний.
Структура маркерного кадру зображена на рис. 5.22.
Використання логічного, а не фізичного кільця передбачає виконання таких функцій:
від'єднання станції від логічного кільця;
приєднання станції до логічного кільця;
зміна параметрів алгоритму (наприклад, максимальний час, протягом якого станція може утримувати маркер);
втрата і дублювання маркерів.
Будь-яка станція, може від'єднатися від логічного кільця в той момент, коли має маркер. Для цього вона надсилає попередній у логічному кільці станції кадр Налагодження наступного вузла (рис. 5.23), а опісля від'єднується.
Зворотна операція, тобто приєднання, може відбуватися кількома способами. Опишемо два з них.
Перший спосіб такий. Кожна станція через з тактів запускає процедуру суперництва. На початку процедури вона передає кадр Шукання наступного вузла, в якому є вікно (рдр. 5.24).
Станції, які бажають приєднатися до кільця, надсилають у вікні кадр Налагодження наступного вузла.
Другий спосіб - це процедура реконфігурації. Станція, якій потрібно приєднатися до кільця, починає передавати збійну послідовність, що призведе до втрати маркера і реконфігурації
мережі (рис. 5.25). Після збою всі станції перебувають у стані бездіяльності. Станція збуджується, коли закінчився тайм-аут або отримано маркер. Тривалість тайм-ауту пропорційна до номера станції, тому станція з найменшим номером збудиться першою. Така станція є у стані опитування, тобто вона передає маркерні пакети станції з наступною за порядком адресою. Якщо через деякий час відповіді нема, маркер знову передається станції з наступною адресою і т.д. Попередня станція сприймає початок передавання маркерів як відповідь і переходить у режим нормальної роботи. Так триває доти, доки станція з найбільшим номером не перешле маркер першій станції, яка вже перебуває у стані нормальної роботи. Після цього маркер є у першої станції, і розпочинається нормальна робота мережі.
Мережа з ретрансляцією і передаванням маркера. Головна відмінність кільцевої мережі з передаванням маркера від маркерної шини-моноканалу полягає в тому, що у станціях кільцевої мережі інформацію приймають, аналізують і далі передають на сусідню станцію (рис. 5.26). Завдяки проміжному прийманню та передаванню кадрів у мережі з ретрансляцією сигнал у проміжній станції можна підсилити. Тому у кільцевих мережах довжина сполучень не обмежена, на відміну від моноканальних мереж.
У кільцевій мережі маркер не має поля адреси. Натомість він може бути у двох станах -вільному та зайнятому. Якщо станції мережі не мають інформаційних кадрів, то по мережі
проходить вільний маркер. Станція, яка має інформацію для передавання, чекає вільного маркера. Коли цей маркер надходить до неї, то станція змінює його стан на зайнятий і додає ще інформаційний кадр. Зайнятий маркер переміщується кільцем. Змінити його стан на вільний може тільки та станція, яка його зайняла. Інформаційний кадр, доданий до маркера, має у заголовку адресу призначення, яку станції, приймаючи та передаючи цей кадр, аналізують. Станція, якій цей кадр адресовано, передає його на вищий рівень і, крім того, повторює далі по мережі. Таким чином маркер з інформаційним кадром через деякий час знову потрапляє на станцію, яка його зайняла.
Якщо в шинній мережі якась станція від'єднується, то шина продовжує працювати. У кільцевій мережі від'єднання однієї станції виводить з ладу цілу мережу, тому потрібно вжити спеціальних заходів щодо збільшення її надійності.
Зокрема, одним із способів зробити кільцеві мережі надійнішими є зірково-кільцева топологія (рис. 5.27) або встановлення спеціальних реле, що від'єднують станцію.
Кільцеві ЛМ з уставлянням регістра
Кільцеві ЛМ з уставлянням регістра розробив Е.Р.Харнер з університету штату Огайо (США) для мережі DLCN. Особливість цієї мережі полягає в новій конструкції передавача станції (рис. 5.28).
Станція має приймач і передавач. Приймач аналізує адресу кадру, що надійшов. Якщо кадр адресовано цій станції, то його передають для опрацювання протоколам вищих рівнів та вилучають з кільця. В іншому випадку кадр потрапляє на вхід передавача.
Алгоритм роботи передавача такий. Якщо даних для передавання нема, а буфер порожній, то ключ К перебуває в положенні /. Відбувається повторення кадрів з приймача. Якщо з'явилися кадри для передавання, то вони записуються в регістр передавання (РП). Коли передавання кадру в каналі закінчилося і якщо РП не порожній, то ключ К перемикається у положення 3 -відбувається передавання кадрів з РП. Кадри, що надходять тим часом з каналу, накопичуються в буфері. Якщо передавання з РП закінчилося або буфер близький до заповнення, то передавання кадрів станції припиняється, ключ перемикається в положення 2 - передаються кадри з буфера. Потім ключ знову набуде положення 1. Щоб не було великої затримки кадрів, ємність регістрів буфера та РП треба обмежити. Для мінімізації часу відповіді кадри повинні бути короткими. Оскільки кадри з кільця вилучає станція-адресат, то ефективність використання каналу в такій мережі досить висока. Метод доступу з уставлянням регістра застосовано в мережі Естафета.
Метод доступу з запитом пріоритету
Метод доступу з запитом пріоритету (Demand Priority Protocol (DPP)) розроблено фір-мами HP та AT&T і стандартизовано IEEE в 1995 p. (стандарт IEEE-802.12). Його реалізовано в мережі 100VG Anylan. За подібним алгоритмом працює і мережа USB.
Ця мережа має топологію розгалуженого дерева (рис. 5.29). :... ? ,, 'л;ї;
Центром кожної зірки є комутатор, який має вхідні та вихідні порти. До вихідних портів приєднані пристрої нижніх рівнів дерева, які називають вузлами. Вхідний порт приєднано до комутатора вищого рівня. Комутатор періодично опитує свої вихідні порти про наявність
інформації для передавання. Запит на передавання, який надходить від вузла, має рівень пріоритету. Нормальний пріоритет використовують для передавання файлів, а високий - відеоін-формації, мовлення тощо. Якщо приєднаний до комутатора пристрій має кадр найбільшого пріоритету, він передає його комутатору. Той аналізує адресну інформацію і передає кадр іншому вузлу або комутатору вищого рівня.
Перевагою методу доступу з запитом пріоритету є відсутність колізій, можливість переда-вання різних типів даних (файлів, відео, аудіо), висока ефективність використання смуги пере-пускання за високих навантажень (95%).


5.2 ПРОТОКОЛИ КЕРУВАННЯ ЛОГІЧНИМ КАНАЛОМ
Вищим підрівнем канального рівня протоколу взаємодії відкритих систем є LLC-підрівень керування логічною ланкою передавання (логічним каналом). Його функція - забезпечити правильне передавання даних між двома станціями (відправником інформації та її одержувачем) для довільного фізичного середовища передавання. У цьому випадку між об'єктами канального рівня налаштовується логічний канал (рис. 6.1). Увесь сервіс передавання забезпечує МАС-
підрівень.
Розглянемо приклади протоколів керування логічним каналом та функцій, які вони виконують, а саме: протоколи BSC, модемні протоколи та протокол HDLC.
6.1. Керування логічним каналом протоколу BSC
Протокол BSC (Byte Sequence Control) розроблений фірмою IBM. Для керування та передавання цей протокол використовує символи стандартного коду ASCII. Передавання даних
синхронне, напівдуплексне.
Кадри бувають інформаційними та керування. Кадри керування повідомляють про початок та кінець сеансу, помилки під час передавання; інформаційні переносять повідомлення. Символи керування коду ASCII, які використовують у кадрах, такі:
SOH | 1 | ACK | 6 | ^F
STX | 2 | ^B | DLE | 16 | ^P
ETX | 3 | ^C | NAK | 21 | ^U
EOT | 4 | ^D | SYN | 22 | ^V
ENQ | 5 | ^E | ETB | 23 | ^W
Структура кадрів протоколу BSC показана на рис. 6.2. Як бачимо, кожен кадр починається з двох символів SYN. Крім того, є такі символи;
STX (Start Of Text) - передує основі кадру;
SOH (Start Of Header) - передує заголовку кадру;
ETX (End of Text) - є після закінчення кадру;
ЕТВ (End Of Text Block) - є після закінчення заголовка або основи кадру.
Символи керування кадрів
ENQ (Enquiry) - запит на сеанс зв'язку або повторне передавання, якщо була помилка або кадр не надійшов.
АСК 0/1 (Acknowledgement) - символ підтвердження приймання та готовності до приймання наступного кадру.
АСК- символ підтвердження, однак приймальна станція тимчасово не готова до приймання.
NAK (Negative Acknowledgement) - кадр має помилку і його треба передати ще раз.
RVI — переданий кадр був правильним, однак потрібно припинити передавання.
EOT (End Of Text) - кінець сеансу зв'язку.
TTD - немає інформації для передавання. Прошу підтримувати сеанс зв'язку.
Два байти – ВСС1, та ВСС2 - є контрольними. Всі байти кадру додаються як арифметичні числа, сума ділиться на константу, залишок від ділення записується у контрольні байти. На приймальному кінці процедура обчислення повторюється.
Сеанс зв'язку складається з таких фаз:
приєднання каналу (наприклад, набір телефонного номера);
запит на передавання;
передавання кадрів;
закінчення передавання;
від'єднання каналу.
Приклади послідовності кадрів у випадку правильного та неправильного передавання показані на рис. 6.3.
Види інформаційних кодів, які надходять у канал, не обмежені (вимога прозорості), і серед них можуть бути службові символи протоколу BSC, що утруднить роботу програм керу-
вання. Щоб вирішити цю проблему, ввели спеціальний символ DLE (Data Link Escape). Його ставлять перед кожним символом керування в заголовку, кінцівці й основній частині. Цей процес називають процедурою вставляння байтів (byte stuffing). Після цього в основній частині перед символами керування ставлять ще по одному DLE.
Протокол BSC використовують для передавання даних між безпосередньо сполученими
комп'ютерами.
2.2. Модемні протоколи
Подібною до протоколу BSC є група протоколів передавання файлів за допомогою модема. Як і BSC, ці протоколи використовують символи керування коду ASCII. Головна мета цих протоколів - забезпечити передавання даних дуже ненадійною ланкою передавання. Кожен кадр у них має фіксовану довжину та захищений контрольною сумою. Різні протоколи надають різний сервіс передавання. Складніші з них забезпечують захист сполучення від помилок, засвідчення сполучення, перевірку пароля.
До протоколів без захисту від помилок належать Xmodem, Xmodem-CRC, Xmodem-lk, Ymodem, Kermit. Протоколами, що забезпечують захист від помилок, є Ymodem-g, Znio-dem. Схарактеризуємо їх детальніше.*
Xmodem - один з перших модемних протоколів, його розробив у 1977 р. В.Христенсен. Принцип роботи Xmodem такий (рис. 6.4).
Приймач постійно передає в канал символ NAK. Передавач, прийнявши цей символ з каналу, починає передавання: надсилає в канал символ SOH, два номери інформаційного блока (номер та його двійкове доповнення), блок інформації, що має фіксовану довжину 128 байт, та байт контрольної суми. Останній байт формується як залишок від ділення суми всіх байтів блока на 255. Контрольну суму повторно обчислює приймач. Якщо передане та обчислене значення не збігаються, то приймач передає в канал символ NAK, у протилежному випадку -АСК. Завершується передавання подвійним надсиланням символа EOT.
Відсоток виявлення помилок протоколу Xmodem досить значний (99.6%). Однак цей протокол має і суттєві недоліки: малу швидкодію, великий обсяг службової інформації.
Xmodem-CRC є модифікацією протоколу Xmodem. Кожен кадр у ньому замість одного має два контрольні байти. Протокол виявляє всі одиничні, подвійні та непарні помилки, а також усі пакети помилок довжиною до 16 знаків. На початку передавання замість NAK приймач передає символ С Якщо після трьох С відповіді не отримано, то приймач починає роботу за Xmodem.
Xmodem-1 k - це модифікація протоколу Xmodem-CRC. Довжина інформаційного блока в ньому збільшена до 1024 байтів. Кількість службової інформації зменшена. У системах з розподілом часу зменшується вплив затримок.
Ymodem є протоколом Xmodem-CRC з додатковою реалізацією групового передавання файлів. Ім'я файлу та шлях до нього передаються в нульовому інформаційному блоці. У кінці кожного файлу передається до десяти разів символ EOT. Кінець сеансу позначається нульовим, порожнім іменем шляху. Протокол використовують в операційних системах СР/М, RZ/SZ (UNIX), пакеті MTEZ.
Ymodem-g застосовують у швидкісних модемах та для захищених від помилок каналів. Передавання цим протоколом ініціює символ G. Передавач, який одержав G, відразу розпочинає передавання на найбільшій можливій швидкості. Швидкістю передавання керує протокол XON/XOFF. Протокол XON/XOFF використовують так: якщо приймач не готовий до роботи, то він надає символ XOFF; тоді передавач тимчасово припиняє передавання, доки не отримає символ XON. Виявивши помилку, приймач передає багато символів CAN. Підтверджує приймання файлу символ АСК. Протокол не захищає від помилок у каналі, у випадку їх виявлення передавання файлу припиняється.
Zmodem є продовженням протоколів Xmodem та Ymodem. У ньому реалізовано таке: віконний механізм захисту від спотворення кадрів (див. 6.3): динамічна адаптація до якості каналу зв'язку шляхом зміни розміру блока та швидкості передавання; захист інформації керування та доступу до передавання від імітації сигналів керування. Достовірність передавання підвищується завдяки 32-розрядній контрольній комбінації. Якщо передавання файлу було припинене, то воно відновлюється з місця переривання. Протокол Zmodem використовують у каналах з високою імовірністю помилки та у високоякісних каналах як самостійно, так і з протоколами канального рівня Х.25, V.42, MNP, Fastlink.
Kermit застосовують для передавання файлів між комп'ютерами різних типів, у тому числі між великими та міні-комп'ютерами. Він оптимізований для роботи в умовах великих завад та затримок сигналу. Протокол Super-Kermit використовує змінне вікно передавання від 1 до 32 пакетів.
2.3. Протокол HDLC. Держстандарт 26113-83
Держстандарт 26113-83 відповідає міжнародним стандартам 4335 ISO, 6256, 3309 ISO. Він описує роботу двопунктової ланки передавання даних (див. рис. 6.1).
Повний цикл дії двоточкової ланки передавання даних складається з таких фаз: Логічне роз'єднання, Ініціалізація, Налагодження сполучення, Передавання інформації, Завершення сполучення, Логічне роз'єднання (рис. 6.5).
Логічне роз 'єднання є першою і водночас останньою фазою процедур керування ланкою передавання даних, вона автоматично розпочинається після вмикання та перед вимиканням
станції. Фаза Ініціалізація призначена для обміну інформацією про параметри програми, потрібні в інших фазах, вона є необов'язковою. Фаза Налагодження сполучення має на меті налагодити логічне сполучення. Фаза Передавання інформації- основна. У ній відбувається обмін інформацією. Після її закінчення станція переходить у фазу Завершення сполучення. Якщо характеристики каналу різко погіршаться, тоді можливий перехід у фазу Логічне роз'єднання або Налагодження сполучення. Фаза Завершення сполучення є перехідною між фазами Передавання інформації \ Логічне роз 'єднання.
Для передавання інформації використовують три типи кадрів: інформаційний (I-кадр), службовий нумерований (S-кадр), службовий ненумерований (U-кадр). I-кадр має службову та
інформаційну частини, U- та S-кадри - тільки службову. Структура службової частини кадру показана на рис. 6.6. Службова частина займає 1 байт у нерозширеному форматі і 2 байти у розширеному.
Усі I-кадри з метою реалізації підтвердження нумерують. Оскільки на номер кадру в нерозширеному форматі відводиться тільки 3 біти, то нумерація іде за модулем 8:0, 1, 2,..., 7, 0, 1,..., 7, 0,... . Нумерують тільки/-кадри; s, u - це біти, що ідентифікують функцію S- або U-кадру; P/F- спеціальний біт з такими правилами встановлення:
на правильно прийнятий I-кадр з бітом Р=1 станція повинна передати у відповідь I- або S-кадр з бітом F=1;
якщо прийнято I- або S-кадр з бітом Р=1, який спричинив некоректну ситуацію, або U-кадр з Р=1, то станція повинна відповісти U-кадром з бітом F=l.
Команди та відповіді протоколу
Усі кадри за функціями можна розділити на команди та відповіді. Команди наказують що зробити. Відповіді надсилають за результатом надходження команди. Деякі кадри можуть бути лише командами, інші - лише відповідями, ще інші - командами та відповідями одночасно.
Головні команди та відповіді протоколу наведені в табл. 6.1.
Розглянемо роботу протоколу HDLC у різних фазах.
Фаза Логічне роз'єднання
Перехід у фазу Логічне роз 'єднання може відбутися за однієї з таких умов:
увімкнення станції;
закінчення виконання процедур фази Завершення сполучення;
передавання кадру DM.
У фазі Логічне роз'єднання станція аналізує всі прийняті з каналу кадри.
Якщо в прийнятому кадрі виявлена команда DISC, то станція повинна відповісти кадром DM. Значення бітів С та F у цих кадрах збігаються.
Якщо в прийнятому кадрі виявлена команда SABM (SABME), то станція переходить у фазу Налагодження сполучення.
Якщо в прийнятому кадрі виявлені команди SIM або RIM, то станція переходить у фазу Ініціалізація.
Якщо прийнято інший кадр, у якому Р=\, то станція повинна відповісти кадром DM F=1.
Інші прийняті кадри не беруть до уваги.
Вийти з фази Логічне роз'єднання можна у таких випадках:
приймання з каналу кадру SABM або SABME (перехід у фазу Налагодження сполучення);
приймання з каналу кадру SIM або RIM (перехід у фазу Ініціалізація);
одержання вимоги від протоколу вищого рівня про налагодження сполучення (перехід у фазу Налагодження сполучення);
одержання вимоги від протоколу вищого рівня про введення параметрів на віддалену станцію або виведення з неї (перехід у фазу Ініціалізація):
вимкнення станції.
Фаза Ініціалізація
Для переходу у фазу Ініціалізація потрібно таке:
приймання з каналу кадру ч командою SIM;
приймання з каналу кадру з відповіддю RIM;
одержання вимоги від протоколу вищого рівня про введення параметрів на віддалену
станцію або виведення з неї.
Кожна станція інформує про намір перейти у фазу Ініціалізація передаванням кадру з командою SIM (якщо треба ввести параметри на віддалену станцію) або відповіддю RIM (якщо треба скоректувати дані та прийняти для цього інформацію з віддаленої станції). Після передавання кадру з командою SIM станція починає відлік тайм-аутів Т1 та Т2. Віддалена станція, яка одержала SIM, відповідає кадром UA, занулює лічильники V1 та V2 і таймери. Якщо станція, яка правильно прийняла SIM, визначає, що не може перейти у фазу Ініціалізація, то вона відповідає кадром DM та переходить у фазу Логічне роз'єднання.
Якщо команди SIM, відповіді UA, DM прийняті неправильно, то їх не враховують. Тоді на станції, яка передала SIM, закінчується тайм-аут Т1 і вона повторює надсилання SIM. Так буде тривати доти, доки не закінчиться Т2 >>Т1 Потім станція повідомляє вищому рівню про неможливість виконати ініціалізацію та переходить у фазу Логічне роз'єднання. Надалі подібну процедуру називатимемо таймерною.
Обмін інформацією у фазі Ініціалізація відбувається з використанням кадрів UI та І.
Вийти з фази Ініціалізація можна у таких випадках:
приймання команди DISC (перехід у фазу Завершення сполучення);
приймання команди SABM (перехід у фазу Налагодження сполучення);
приймання команди DM (перехід у фазу Логічне роз 'єднання);
закінчення Tі, (перехід у фазу Логічне роз'єднання);
одержання вимоги від протоколу вищого рівня про перехід у фазу Налагодження сполучення (перехіду фазу Налагодження сполучення).
Фаза Налагодження сполучення
У фазу Налагодження сполучення можна перейти у випадку:
приймання кадру з командою SАВМ;
одержання від протоколу вищого рівня сигналу про налагодження сполучення.
Кожна станція, яка отримала від вищого рівня сигнал про налагодження сполучення, надсилає іншій станції кадр з командою SABM і починає відлік тайм-аутів T1, та Т2 Станція, яка правильно прийняла SABM, повинна відповісти UA, занулити лічильники V1 та V2 і таймери. Якщо відповіді на команду SABM не отримано, то розпочинається таймерна процедура. Після закінчення T1, станція знову повторює команду SABM, а після закінчення Т2 повідомляє про це протокол вищого рівня і переходить у фазу Логічне роз'єднання.
Якщо станція, яка отримала кадр з командою SABM, не може налагодити сполучення, то вона відповідає DISC. Станція, що одержала DISC, переходить у фазу Завершення сполучення.
Вийти з фази Налагодження сполучення можна за таких умов:
приймання кадру UA у відповідь на передану команду SABM (перехід у фазу Передавання інформації);
передавання в канал кадру UA у відповідь на прийняту команду SABM (перехід у фазу Передавання інформації);
закінчення тайм-ауту T1, (перехід у фазу Логічне роз'єднання);
приймання кадру DISC (перехід у фазу Завершення сполучення).
Фаза Передавання інформації
Перехід у фазу Передавання інформації може відбутися за умов:
приймання з каналу кадру UA у відповідь на надісланий SABM;
передавання відповіді UA на прийнятий кадр SABM.
З метою полегшити розуміння та опис процедур фази Передавання інформації введено шість станів: Передавання, Зайнято, Зупинка, Блокування, Часова витримка, Неприймання кадру. Деякі стани можуть перетинатися у часі. Проте кожна станція не може бути більш ніж у двох станах одночасно. Якщо станція перебуває у двох станах, то вона повинна виконувати дії, передбачені кожним станом, та не виконувати дій, заборонених хоча б одним зі станів.
Стан Передавання
Стан Передавання буває, якщо нема завад, та в разі правильного передавання у каналі. Інформація, одержана від протоколу вищого рівня, розміщується в інформаційному полі I-кадру та передається. Така ж процедура відбувається в зворотному напрямі. Для забезпечення правильної послідовності кадрів кожен I-кадр нумерується за модулем деякого числа М. За правильністю нумерації стежить лічильник V1 який визначає номер кадру, що передається. Значення V1 розміщується в полі N1 кадру. Кожного разу перед передаванням наступного кадру значення V1 збільшується на 1.
Під час приймання станція стежить за номерами одержуваних кадрів та передає їх вищому рівню відповідно до послідовності номерів. Номер кадру, який треба прийняти, зберігається у лічильнику V2 Якщо прийнято очікуваний номер кадру, то V2, збільшується на 1, якщо ж прийнято кадр, номер якого більший або менший від V2 то станція його відкидає. Значення лічильника V2, записується у полі N2 I-кадру. Якщо станція не має інформації для передавання, то вона надсилає кадр RR з полем N2 Підтвердженими вважаються всі кадри, номер яких менший або дорівнює N2-l. Кількість переданих, однак не підтверджених кадрів не може перевищувати М. Максимальну кількість К<М - 1 називають вікном, вона залежить від внутрішніх параметрів станції. Якщо станція зауважила, що кількість переданих, але не підтверджених кадрів дорівнює К, то вона не має права передавати нові кадри, а тільки повторює попередні.
Стан Зайнято
Стан Зайнято буває тоді, коли станція внаслідок внутрішніх причин не може прийняти I-кадр. У цьому випадку вона надсилає іншій станції кадр RNR, який спричинює там стан Зупинка. Перебуваючи у стані Зайнято, станція повинна приймати S - кадри та службову частину I-кадрів, а також передати кадр RNR з бітом F=1, якщо одержала S- або I-кадр з бітом F=1. Станція не може збільшувати значення лічильника V2 Якщо станція може прийняти I-кадр, то вона надсилає іншій станції кадр RR і переходить у стан Передавання.
Стан Зупинка
Стан Зупинка настає внаслідок правильного приймання кадру RNR. У цьому стані станція не може передавати I-кадри, крім найстаршого з непідтверджених I-кадрів з бітом F=1. Це робиться з метою вивести іншу станцію зі стану Зайнято. Якщо ж інша станція не готова до приймання, то вона надсилає у відповідь кадр RNR (F=1).
Стан Блокування
Стан Блокування трапляється тоді, коли внаслідок спотворення деяка кількість I-кадрів втрачена. У цьому випадку порушений порядок передавання кадрів і виникає потреба повторити його.
Визначено чотири режими повторення кадрів: основний (В), квазіадресний (К), селективний (C), адресний (А). Застосування всіх режимів не є обов'язковим. Як звичайно, завжди є основний режим. Наявність інших режимів залежить від конкретної реалізації протоколу.
Режим В грунтується на використанні правил передавання біта P/F. Надсилаючи кадр з бітом P=1, станція передавання розпочинає відлік тайм-аутів Т1 та T2. Інша станція, що одержала кадр з бітом Р=1, повинна відповісти S- або I-кадром з бітом F=1. Станція передавання, одержавши відповідь, занулює таймери Т1 та Т2 й аналізує поле Н2 в прийнятому кадрі. Якщо поле Н2 підтверджує приймання всіх кадрів аж до V1 то повторення кадрів не потрібне. В іншому випадку лічильник V1=N2, і відбувається повторення всіх кадрів, починаючи з Н2. Якщо таймаут Ф1 закінчився, а відповіді нема, то повторюється передавання кадру з Р=1, і вмикається таймерна процедура. Кадр з бітом Р=\ передається періодично, однак тривалість періоду не може перевищувати розміру вікна.
Режим К подібний до режиму В, однак станція приймання, ще не прийнявши кадр з бітом Р=1, може надіслати кадр REI, у якому поле Н2 дорівнює V2,. Станція передавання скоригує значення лічильника V1
Режим С дає змогу повторити тільки один деякий I-кадр. Станція, яка перебуває у стані Блокування, надсилає кадр SREI, у якому N2, дорівнює номеру потрібного кадру. Станція передавання, прийнявши кадр SREI, надсилає цей кадр. Станція приймання повинна зберігати всі правильно прийняті кадри після кадру, на який надіслано запит.
Режим А, як і режим С, дає змогу у відповіді на запит повторити тільки один I-кадр. Станція, яка перебуває у стані Блокування, надсилає пакет кадрів AREI, у яких Н2 набуває значення номерів неприйнятих кадрів. У міру правильного приймання значення лічильника V2, коригується та надсилаються нові кадри AREI. У випадку надсилання AREI запускається тайм-аут T3 До його закінчення надсилати кадри з однаковими N2 забороняється. Правильно прийнявши AREI, станція надсилає бажаний кадр і продовжує передавати дані. Якщо Г3 закінчився, а відповіді нема, то станція повторює AREI.
Стан Часова витримка
Стан Часова витримка пов'язаний з передаванням поодиноких кадрів або з тривалим впливом завад у каналі. Якщо на переданий кадр довго нема ніякої відповіді, то неможливо перейти в стан Блокування і повторити кадри. Тому після кожного надсилання кадру (І, RR, RNR, REI, SREI) станція стежить за сигналом зворотного зв'язку. Будь-коли, якщо на станції є передані, але не підтверджені кадри, вона починає відстежувати тайм-аут T1,. Якщо тайм-аут закінчився, а підтвердження не надійшло, то станція переходить у стан Часова витримка (якщо вона не перебуває у стані Зупинка). У цьому стані вона не має права передавати I-кадри, крім найстаршого I-кадру з бітом P=1. Після передавання цього кадру станція вмикає таймерну процедуру, а після закінчення Т2 повідомляє протокол вищого рівня про неможливість передавання інформації та переходить у фазу Завершення сполучення.
Стан Неприймання кадру
Стан Неприймання кадру настає тоді, коли код, що коригує помилки, не в змозі виявити помилку, тобто на станцію надходить недійсна команда або кадр незрозумілого формату, або недійсне Н2 тощо. У цьому випадку будь-який інший стан неможливий. На іншу станцію надсилається кадр FRMR або RESET (якщо N2 недійсне). У стані Неприймання кадру станція не опрацьовує жодних I- та S-кадрів і не передає їх, крім кадру FRMR. Станція, яка правильно прийняла кадр FRMR, повідомляє про це протокол вищого рівня і передає кадр SABM, переводячи обидві станції у фазу Налагодження сполучення.
Станція, яка передала кадр RESET, вмикає T1,. Інша станція, прийнявши RESET, занулює V2, і відповідає кадром UA. Станція, отримавши кадр UA, занулює V1 та переходить у стан Передавання. У цьому випадку всі непідтверджені кадри повинні бути повернені джерелу інформації або знищені. Якщо Т1 закінчився, а відповіді UA немає, то станція надсилає FRMR.
Передавання та приймання UI-кадрів може відбуватися у всіх станах фази Передавання інформації.
Вийти з фази Передавання інформації можна у таких випадках:
приймання команди SABM (перехід у фазу Налагодження сполучення);
приймання команди DISC (перехід у фазу Завершення сполучення);
приймання команди SIM (перехід у фазу Ініціалізація);
одержання від протоколу вищого рівня сигналу про завершення сполучення (перехід у фазу Завершення сполучення);*
приймання відповіді DM (перехід у фазу Логічне роз 'єднання).
Фаза Завершення сполучення
У фазу Завершення сполучення можна перейти за умов:
одержання від протоколу вищого рівня сигналу про завершення сполучення;
приймання команди DISC.
Будь-яка станція, яка отримала від протоколу вищого рівня сигнал про завершення сполучення, передає в канал кадр DISC та розпочинає відлік тайм-аутів T1 і T2. Інша станція, одержавши DISC, переходить у фазу Завершення сполучення, повідомляє про це протокол вищого рівня та відповідає UA. Після цього вона переходить у фазу Логічне роз'єднання.
Станція, яка у відповідь на DISC отримала кадри UA або DM, переходить у фазу Логічне роз'єднання. Якщо відповіді на DISC нема, то вмикається таймерна процедура. Станція, перебуваючи у стані Завершення сполучення, інші команди ігнорує.
Вийти з фази Завершення сполучення можна за таких умов:*
приймання кадрів UA або DM у відповідь на надісланий кадр DISC (перехід у фазу Логічне роз'єднання);*
передавання кадру UA у відповідь на прийнятий кадр DISC (перехід у фазу Логічне роз'єднання);
закінчення тайм-ауту T2, (перехід у фазу Логічне роз'єднання).
2.4. Керування логічним каналом протоколу TCP
Інколи функції протоколів канального рівня можуть виконувати і протоколи вищих рівнів. Зокрема, це відбувається в тому випадку, якщо діючі протоколи канального рівня не підтримують цих функцій. Наприклад, один з найпопулярніших транспортних протоколів TCP (Transmission Control Protocol) реалізує власний варіант віконного механізму керування логічним каналом
(див. Розділ 10).
5.3 ПРОТОКОЛИ МЕРЕЖЕВОГО ТА ТРАНСПОРТНОГО РІВНІВ
Канальний рівень забезпечує зв'язок між двома сусідніми станціями, як звичайно, в одній мережі. Якщо ж треба сполучити кілька станцій з проміжними вузлами опрацювання або локальну мережу з іншою мережею (локальною чи глобальною), користуються мержевим рівнем. Одна з головних функцій мережевого рівня - побудова маршруту руху пакета в мережі з багатьма вузлами (маршрутизація). У простих локальних мережах цей рівень використати не можна. Транспортний рівень пов'язує окремі процеси, які виконують певні функції (рис. 7.1).
3.1. Мережевий рівень
Мережевий рівень призначений для організації зв'язку станцій, приєднаних до різних логічних каналів та, можливо, роз'єднаних іншими логічними каналами. Функції мережевого рівня головно полягають у виборі послідовності каналів між станціями під час передавання протокольного блока даних на рівні мережі, тобто пакета. Історично перші протоколи рівня мережі були розроблені для ГМ. Це пояснюється тим, що глобальні мережі є багатовузловими і досягнення ефективної маршрутизації - одна з головних проблем у їхній роботі. Водночас з'явилися також поняття стратегій передавання: данограмноїта віртуальних каналів.
Данограмною називають таку транспортну мережу, у якій передаються окремі, не пов'язані між собою пакети - данограми. Характер роботи мережі подібний до роботи пошти: окремі листи незалежні, їх можна загубити.
У мережі віртуальних каналів перед початком передавання між парою процесів налагоджується постійне сполучення — віртуальний канал, що діє протягом усього сеансу зв'язку. Робота мережі віртуальних каналів аналогічна до роботи телефонної мережі. Перед початком сполучення налагоджується канал зв'язку, послідовність інформації, що передається, зберігається.
Данограмна мережа надсилає пакети значно швидше, ніж мережа віртуальних каналів, однак гарантії, що пакет дійде до адресата, немає (порядок надходження пакетів випадковий; можлива втрата пакетів та переповнення буферів).
У мережі віртуальних каналів зв'язок відбувається повільніше, проте є гарантія, що пакет дійде до адресата (порядок надходження пакетів зберігається; якщо вузол переповнений, надходження пакетів від джерела припиняється).
Протокол X.25/3
Одним з найвідоміших протоколів мережевого рівня є протокол Х.25/3, розроблений ITU 1976 р. і затверджений стандартом 8208 ISO. Стандарт 8881 ISO визначає використання протоколу Х.25 у ЛМ, однак у цьому випадку потрібне узгодження з підрівнем керування логічним каналом LLC.
Протокол Х.25 описує віртуально-данограмну мережу, тобто мережу віртуальних каналів, у якій за певних умов можна передавати данограми. Відповідно до протоколу Х.25/3 у транспортній мережі між абонентами налаштовують тимчасові (на один сеанс зв'язку) та постійні віртуальні транспортні канали. Тимчасовий канал називають віртуальним викликом, постійний - віртуальним ланцюжком. Кожному віртуальному виклику або ланцюжку присвоюється номер групи віртуальних каналів (0-15) та номер окремого віртуального каналу (0-255). Номери віртуальних викликів змінюються циклічно у міру їхнього створення та знищення. Номери віртуальних ланцюжків зберігаються довше.
Структура мережевої адреси описана в рекомендації X.I21 ITU (рис. 7.2). Після налаштування віртуального каналу пакети передаються почергово. Механізм під-твердження та виправлення помилок подібний до механізму протоколу HDLC. Формат пакета віртуального виклику або ланцюжка показано на рис. 7.3.
У випадку використання протоколу для данограмного передавання один або декілька віртуальних каналів зарезервовані для данограм, послідовність передавання, а також саме передавання не гарантоване. Формат данограмного пакета зображений на рис. 7.4.
Міжмережевий данограмний протокол фірми XEROX
Перший набір протоколів мережевого та канального рівнів, спеціально призначених для використання в ЛМ, розроблений 1981 p., коли фірма XEROX почала публікувати серію протоколів XSIS (Xerox System Integration Standards). Детальніше розглянемо міжмережевий данограмний протокол фірми XEROX.
Такий протокол призначений для обслуговування систем, які об'єднують одну або кілька мереж Ethernet, сполучених орендованими каналами зв'язку ГМ, що побудовані за стандартом Х.25. Можливе приєднання інших локальних та глобальних мереж. Максимальна кількість
проміжних каналів між двома віддаленими ЛМ не може перевищувати 14. Дані та інформація керування передаються у вигляді міжмережевих данограм. Формат пакета такої данограми показано на рис. 7.5.
Як бачимо з рис. 7.5, цей пакет може стати елементом кадру та передаватися на канальному рівні. Адреси (одержувача та відправника) мають ієрархічну структуру:
номер мережі - номер станції - порт.
Номер мережі може задавати мережу типу Ethernet або будь-яку іншу, в яку надсилають пакет. Номер станції- це внутрішня адреса станції у мережі. Оскільки структура адреси ієрархічна, то номери станцій у різних мережах можуть дублюватися. Можна також надіслати пакет усім станціям мережі одночасно: для цього є спеціальний номер. Порт - це дані транспортного рівня, пункт контакту з ним. Номер порту визначає певну програму або модуль опрацювання, якому призначено пакет; він займає 16 біт. Номери від 1 до 3000 зарезервовані. Зокрема, номер 1 відповідає Маршрутній інформації, 2 - Луні, 3 - Помилкам маршруту, 5 - Протоколу кур 'єра.
Поле Тип пакета призначене для вибору відповідного транспортного протоколу. Для цього серед інших визначені такі коди:
1-Маршрутна інформація;
2 - Луна;
3 - Помилка;
4 - Обмін пакетами;
5 - Нумеровані пакети.
Байт керування транспортуванням у старших чотирьох бітах має лічильник кількості передавань пакета з однієї мережі в іншу. Пакет, що надходить у 16-й за порядком модуль маршрутизації, знищується. Це дає змогу запобігти зациклюванню пакетів у великих мережах.
Методи маршрутизації
Коротко опишемо методи, розроблені для вирішення проблеми маршрутизації інформації у глобальних мережах. Не всі з них використовують на практиці, більшість є теорією. Знання методів маршрутизації дає змогу оцінити загальні способи вирішення проблеми маршрутизації в мережах та порівняти реальні алгоритми маршрутизації. (Порівняйте з алгоритмами маршрутизації мереж протокольного стека TCP/IP, Розділ 10).
Проблема маршрутизації, як уже зазначено, полягає у виробленні маршруту, по якому рухається пакет у багатовузловій мережі. Цей маршрут повинен задовольняти певні вимоги. Найчастіше потрібно мінімізувати час проходження пакета мережею. Маршрутизацію переважно забезпечують розміщенням у вузлах мережі маршрутної інформації (маршрутних таблиць) та програм, які реалізують алгоритм маршрутизації (залежно від адреси призначення та маршрутної інформації обирають наступний вузол передавання пакета).
Наведемо класифікацію методів маршрутизації (рис. 7.6).
Усі методи маршрутизації умовно поділяють на прості та складні. Прості методи маршрутизації не потребують у вузлах мережі маршрутних таблиць та складного програмного забезпечення.
До простих методів маршрутизації належать випадкова та лавинна (циркулярна) маршрутизації.
Випадкова маршрутизація полягає в тому, що вузол, який одержав транзитний (не призначений йому) кадр, пересилає його в один зі своїх вихідних каналів. Канал вибирається випадково та рівноймовірно. Щоб запобігти безмежному блуканню пакета у мережі, у нього вмонтовують лічильник кількості пройдених вузлів. Якщо значення лічильника вузлів перевищило деяку цифру, то пакет знищується. Такий метод маршрутизації не оптимальний, не гарантує передавання пакета адресату, створює значний додатковий потік у мережі. На практиці його не використовують.
У випадку лавинної маршрутизації кожен вузол передає транзитний пакет, що надійшов до нього, у всі вихідні канали. Як і в разі випадкової маршрутизації, кожен пакет має лічильник кількості пройдених вузлів. Лавинна маршрутизація генерує значний потік у мережі, однак гарантує передавання пакета (порівняйте з циркулярним передаванням (Розділ 10), яке широко використовують).
Складні методи маршрутизації поділяють на детерміновані та адаптивні. Методи детермінованої маршрутизації у проміжних вузлах передбачають використання таблиць маршрутизації або набори таблиць, які не змінюються залежно від стану мережі (точніше, їх змінюють вручну). Методи адаптивної маршрутизації гнучкіші, тобто маршрутна інформація може змінюватися залежно від завантаженості окремих ланок мережі, виходу їх з ладу тощо.
Методи детермінованої маршрутизації ефективні для малозавантажених мереж. Зі збільшенням завантаження їхня ефективність швидко зменшується. Є варіанти детермінованої маршрутизації з набором таблиць, кожна з яких враховує вихід з ладу конкретних каналів, а також таблицями, які реалізують розщеплення потоку у вузлі в певній пропорції, наприклад 60-40% (рис. 7.7).
Адаптивна маршрутизація ґрунтується на ідеї пристосування алгоритму до реального стану мережі. Під час досліджень цього методу були виявлені деякі обмеження. Наприклад, уявимо собі деяку інстанцію регулювання у мережі, яка в кожен момент часу має повну інформацію про стан мережі і на підставі цього видає маршрутну інформацію для всіх інших вузлів (метод ідеального спостерігача). Навіть у цьому ідеальному випадку маршрутна інформація буде старіти, оскільки весь потік буде спрямовуватись у тимчасово вільні канали, що призведе до їхнього перевантаження. Слабкою стороною такого підходу є неможливість передбачити стан мережі.
Нижче опишемо методи адаптивної маршрутизації.
Маршрутизація "за досвідом". Спочатку транзитні пакети кожного вузла спрямовують у випадкові вихідні канали. Однак кожен пакет, крім адрес відправника та одержувача, має лічильник кількості пройдених каналів. Вузол аналізує цю інформацію і будує таблицю найближчих вузлів у випадку надсилання пакета до конкретного адресата. Після закінчення побудови таблиць вузол працює як у режимі детермінованої маршрутизації.*
Метод якнайшвидшого передавання. Станції ставлять за мету якнайшвидше позбутися транзитного пакета. Для кожного вихідного каналу фіксують час, коли той передавав пакет певному адресату. Таку інформацію читають з відповідного поля кожного; пакета. У цьому методі, крім інформації про час передавання, використовують інформацію про наявність та довжину черг до вихідних каналів.
Локально-адаптивна маршрутизація. Висновок про спрямування пакета в конкретний вихідний канал робиться на підставі тільки локальної інформації. Такою локально доступною інформацією є наявність та довжина черг до вихідних каналів.
Розподілена маршрутизація. У кожному вузлі зберігаються маршрутні таблиці, у яких зазначено маршрути до кожного з адресатів з мінімальною затримкою передавання. Спочатку такі таблиці будують на підставі теоретичного розрахунку за відомою топологічною структурою мережі. Потім ці дані постійно оновлюють на підставі вимірювань. Для цього в мережі повинен бути потік маршрутної інформації. Розподілену адаптивну маршрутизацію найчастіше використовують у реальних мережах. Зокрема, у мережі Internet на початку ії діяльності вузли аналізували транзитний потік, визначали час передавання пакетів та будували таблиці з зазначенням часу передавання пакета до сусідніх вузлів. Вузли регулярно обмінювались такими таблицями затримок, що призводило до виникнення додаткового потоку маршрутизації, який досягав 50% корисного потоку. З часом в алгоритмі маршрутизації Internet було зроблено корективи. Тепер маршрутні таблиці передають тільки ті вузли, які виявили значну зміну інтенсивності потоку або значні відхилення в стані функцій компонент. Це дало змогу різко зменшити потік маршрутизації та зробити роботу мережі стабільнішою.
Централізована маршрутизація. У мережах з централізованою адаптивною маршрутизацією є центральна інстанція, якій усі вузли передають інформацію про заванта; женість каналів, наявність черг. На підставі такої інформації ця інстанція розраховує : таблиці маршрутизації і пересилає їх усім вузлам мережі. У цьому випадку генерується невеликий додатковий маршрутний потік. Недоліком централізованої маршрутизації є те, що інформація, яка надходить до вузлів, уже застаріла. Крім того, надійність мережі залежить від надійності сервера централізованої маршрутизації (порівняйте з механізмами виділення адрес службою DHCP у мережах TCP/IP, Розділ 10).*
Гібридна маршрутизація - це комбінація локально-адаптивної та централізованої. У цьому випадку враховано переваги як локальної, так і централізованої маршрутизацій. Сервер маршрутизації розсилає всім вузлам маршрутні таблиці. Однак у кожному вузлі врахована і наявність вихідних черг. Висновок про передавання роблять на підставі оцінки переваг варіантів локальної та централізованої маршрутизацій.
3.2. Транспортний рівень
Транспортний рівень керує взаємодією процесів, а не станцій, мереж чи каналів (див. рис. 7.1). Відповідно до міжнародних стандартів протокол транспортного рівня повинен задовольняти такі вимоги:
забезпечувати наскрізне передавання. Характеристики транспортного сервісу не залежать від типу комунікаційної мережі або мереж;
користувач транспортного рівня має змогу вибрати якість сервісу, що передбачає вибір перепускної здатності, транзитної затримки, коефіцієнта невиявлених помилок тощо;
транспортний сервіс є прозорим, тобто не залежить від форматів та кодів інформації, яку передають;
адресація на транспортному рівні не залежить від адресації на інших рівнях. Транспортні об'єкти мають унікальні адреси.
Транспортний протокол специфікує команди та правила їхнього використання. Головні функції транспортного рівня такі:
налагодження сполучення;
узгодження партнерами якості сервісу;
передавання звичайних даних;
передавання термінових даних;
керування потоками блоків даних;
аварійне розірвання сполучення;
нормальне завершення сполучення.
Під час вибирання якості сервісу узгоджують застосування таких функцій:
забезпечення взаємодії кількох транспортних сполучень з одним мережевим (мультиплексування) або, навпаки, одного транспортного сполучення з кількома мереженими (розщеплення);
вибір оптимального розміру транспортних блоків;
використання функції виявлення та виправлення помилок;
узгодження допустимої частоти помилок (втрата, дублювання або спотворення даних);
здатність транспортного рівня до відновлення після збоїв;
регулювання перепускної здатності сполучення.
Часто один мережевий рівень підтримує кілька транспортних протоколів, які забезпечують різні рівні обслуговування. Наприклад, використовують такі різновиди транспортних потоків:*
передавання суцільного потоку даних з малою затримкою відповіді; можна використовувати в цифровій телефонії та для передавання графічної інформації;
передавання данограм з квитанціями; використовують для організації доступу до деяких видів файлів;*
передавання нумерованих пакетів; застосовують для транспортування файлів, електронної пошти.
Наприклад, набір протоколів XSIS має кілька транспортних протоколів, зокрема Луна, Обмін пакетами, Нумеровані пакети, Помилка, Маршрутна інформація.
Простий протокол Луна призначений для перевіряння цілісності мережі та готовності станцій до взаємодії. Цьому протоколу відповідає тип пакета 2 та порт 2. Формат пакета прото-колу Луна показано на рис. 7.8.
Станція, яка прийняла пакет протоколу Луна, замінює в полі операція код запиту (1) на код відповіді (2) та відсилає пакет станції-відправнику. Якщо пакет Луна спотворений, то повідомлення про це передають засоби протоколу Помилка.
Протокол Обмін пакетами використовують для таких операцій, як запит про стан станції або час доби. Він не забезпечує цілісності даних та надійності передавання. Пакети цього протоколу мають тип 4. Формат пакета зображено на рис. 7.9.
Поле Ідентифікатор ідентифікує номер поточного обміну, а поле Тип користувача відповідає порту призначення. Відправник, який надіслав запит, чекає на відповідь. Якщо відповіді немає, то запит повторюється.
Протокол Нумеровані пакети є протоколом віртуального виклику, який підтримує взаємодію процесів. Він дає змогу надсилати повідомлення, що складаються з багатьох пакетів, гарантує цілісність і правильну їх послідовність, а також організовує повторне передавання спотворених пакетів. Дані пересилаються як міжмережеві данограми з типом пакета 5. Формат пакета показано на рис. 7.10.
Поле Ідентифікатор зв'язку призначене для адресування. Спочатку, щоб налагодити віртуальний виклик, станція відправляє пакет з ідентифікатором відправника (ідентифікатор одержувача може бути невідомий) за адресою потрібного порту. Станція-одержувач записує свій ідентифікатор у перший пакет відповіді. Далі відбувається передавання пакетів інформації. Правильність приймання підтверджує інформація у полі Номер підтвердження. Квитанції мож-на відсилати як на окремий пакет, так і на групу. Виняток становлять пакети з бітом Відіслати підтвердження. Відсилання квитанцій для таких пакетів відбувається негайно. Поле Максимальний номер призначене для керування потоком. Станція-одержувач дає станції-передавачу
максимальний номер, яким вона може скористатися для нумерування пакетів. Значення цього поля змінюється після кожного надсилання квитанції. У полі Послідовний номер записується номер пакета, який надсилають. Поле Тип потоку даних призначене для протоколу сеансового рівня. Біт 4 у полі керування зв'язком -Кінець повідомлення -також призначений для протоколу вищого рівня. За ним можна зафіксувати кінець повідомлення, що складається з багатьох пакетів (логічний запис, фізичний блок на диску тощо). Для закінчення віртуального виклику в полі Тип потоку даних записують код 254 (кінець), на що станція-одержувач відповідає значенням у цьому полі 255.
Пакет може не мати даних, а бути системним, його використовують для підтвердження і керування потоком. Пакет, у якому є біт Увага!, у випадку одержання відразу передається протоколу вищого рівня.
Один з найпопулярніших транспортних протоколів - TCP - детально розглянуто в Розділі 10.
5.4 ПРОТОКОЛИ СЕАНСОВОГО РІВНЯ
Головним завданням сеансового рівня є організація обміну інформацією між об'єктами прикладного рівня за посередництвом об'єктів рівня відображення. Цей обмін, як звичайно, відбувається як послідовність окремих діалогів - сеансів (звідси й назва цього рівня).
Усі функції сеансового рівня можна розділити на такі три групи:
функції налагодження або розірвання сеансу;
функції нормального передавання;
функції нештатних ситуацій.
4.1. Налагодження сеансу
Під час налагодження сеансу виконують такі операції:*
визначають місце, де є потрібна функція або дані;*
налагоджують зв'язок зі станцією, яка має потрібну функцію або дані; одержують її згоду на проведення сеансу;
перевіряють, чи мають станції потрібні для взаємодії ресурси: пам'ять, буфери тощо;
перевіряють станції щодо наявності потрібного програмного забезпечення;
обмінюються інформацією про протоколи, які використовуватимуть.
Процеси налагодження та розірвання сеансу значно відрізняються залежно від реалізації. У найпростішому випадку для налагодження сеансу достатньо пари пакетів Запит сполучення та Підтвердження сполучення, а для розірвання - Запит розірвання та Підтвердження розірвання. У складніших ситуаціях потрібна процедура, яка підтверджує, що запит іде від повноважного користувача, та дає змогу задати параметри обміну. У цих випадках перед налагодженням сеансу виконується процедура прив'язання (bind). Ця процедура розпочинається з того, що сеансові об'єкти обмінюються інформацією про типи протоколів, які використовуватимуть, ресурси сеансу (буферну пам'ять, ємність дискового простору для файлу, модулі програмного забезпечення, потреба шифрування тощо), режими обміну (дуплекс, напівдуплекс), формати інформації, тобто узгоджують параметри передавання. Якщо узгодження досягнуто, то об'єкти обмінюються командами BIND, що завершує етап прив'язання. Процедура при-в'язання подібна до процедури підписання контракту: спочатку домовляються про всі деталі, потім підписують контракт і починають його виконувати.
Після закінчення процедури прив'язання починається сеанс зв'язку.
4.2. Передавання інформації
Під час передавання інформації можуть виконуватися такі функції:
відображення-та перетворення речень мовами високого рівня або запитів протоколів транспортної підсистеми;
зіставлення запитів та відповідей на ці запити;
керування чергами повідомлень та їхньою пріоритетністю;
поділ повідомлень на частини, якщо вони задовгі для транспортного рівня, та зворотне їх об'єднання;
робота з порядковими номерами пакетів, якщо транспортна підсистема не забезпечує правильної послідовності їхнього передавання;
керування потоком та темпом передавання;
керування використанням ресурсів;
розподіл повідомлень на звичайні та термінові.
Під час передавання даних відбувається їхній розподіл на звичайні та термінові. Термінові дані потрібні для виконання деяких процедур керування, для їхнього передавання не треба дозволу, їх відправляють поза чергою. У цьому випадку забезпечується ідентифікація блоків даних (визначають, якій станції які блоки належать).
Для керування використанням ресурсів під час передавання призначена процедура передавання повноважень. Ця процедура покликана запобігти конкуренції кількох об'єктів сеансового рівня за захоплення одного ресурсу. Для керування цим процесом уводять поняття ознаки.
Ознака — це атрибут сеансового сполучення, який динамічно призначається в кожен момент часу тільки одному користувачу сеансової служби, що дає йому право корис-туватися певними ресурсами.
У кожен момент часу ознака може перебувати у двох станах:
доступності, у цей час вона призначена для одного користі увача, інший може отримані ознаку згодом;
недоступності для всіх користувачів.
Прикладом дії ознаки є блокування можливості зміни запису бази даних. Під час роботи об'єкти сеансового рівня можуть обмінюватися ознаками.
Якщо потрібне дотримання послідовності передавання повідомлень або довгі повідомлення треба розділяти на частини, то необхідним є нумерування пакетів на сеансовому рівні, а також контроль за послідовністю передавання, що відбувається таким же чином, як у протоколах нижчого рівня.
Керування темпом у сеансовій системі потрібне для ефективної роботи приєднаних до неї пристроїв. Кожен пристрій має свою ефективну швидкість роботи.
Наприклад, рядковий принтер характеризований циклом друкування одного рядка. Якщо дані не готові, то рядок пропускається. Буфер принтера також має обмежену ємність. Якщо його переповнити, то дані будуть втрачені. Крім того, тривалість циклу принтера не є сталою, оскільки деякі процедури потребують більше часу. Це ж властиве й іншим пристроям мережі (дисководам тощо). Загалом кожне обладнання має свої часові параметри та характеристики доступу, на які треба зважати. Узгоджуються часові параметри під час процедури прив'язання, а під час передавання даних система враховує часові параметри для керування темпом передавання.
4.3. Робота в нештатних ситуаціях
Для забезпечення надійності роботи сеансової підсистеми в нештатних ситуаціях передбачені такі операції та функції:
контроль за групами операцій (контрольні множини);
відновлення під час поновлень транспортної підсистеми без розірвання сеансу;
забезпечення, якщо потрібно, примусового завершення сеансу зі збереженням цілісності даних;
рестарта з контрольних точок та синхронізація;
розробка варіантів можливої роботи в ручному режимі в періоди масових відмов.
Розглянемо детальніше головні моменти відновлення сеансу.
Усі відмови та помилки, які виникають на сеансовому рівні, можна розділити на такі, що потребують відміни сеансового прив'язання, та такі, що їх можна нейтралізувати за допомогою невеликих коректив. У першому випадку відновлення виконують системи вищого рівня, у другому - засоби сеансового рівня. Користувач під час цього процесу може помітити лише деяке уповільнення роботи. Можливість сеансового рівня автоматично відновлюватися характеризує його "живучість".
До розірвання сеансу можуть призвести такі серйозні причини:
стійка апаратна помилка, яку не можна оминути;
стійка помилка в засобах зв'язку;
помилка в програмі;
комп'ютери не можуть взаємодіяти внаслідок різного налаштування систем;
по-різному реалізовані рівні відображення та прикладний.
Інші можливі помилки, які не призводять до розірвання сеансу, такі:
скидання або рестарт транспортної підсистеми;
втрата, дублювання або спотворення повідомлень;
перевантаження;
нестійка апаратна помилка;
тимчасова нестача ресурсів;
помилки оператора;
помилка програми, яка не повторюється.
Ініціатором запуску та виконання процедур відновлення є один з учасників сеансу. Він аналізує причину ситуації, присвоює їй відповідний код та надсилає інформацію відповідальній за відновлення інстанції. Ця інстанція не обов'язково повинна бути одним з учасників сеансу, нею може бути і центральний вузол керування.
Збої та відмови бувають різними. В еталонній моделі використано такий принцип: збої, якщо можливо, повинні бути усунуті засобами протоколів нижчих рівнів. Є збої, які впливають тільки на одне повідомлення або на один сеанс, а є й такі, що призводять до поширення розір-вання сеансів та виникнення відмов на всі сеанси вузла або частини мережі. Відповідно до цього є багато різних механізмів контролю та відновлення роботи сеансів.
Повернення в контрольну точку
Для структуризації обміну даними та з метою уникнути відмов користувачі сеансового рівня можуть вводити головні точки синхронізації, які розділяють процес обміну даними на одиниці діалогу. У цьому випадку процес передавання у межах однієї такої одиниці не залежить
від передавань в інших. Кожна головна точка синхронізації підтверджується явно. Всередині одиниці діалогу можуть бути проміжні точки синхронізації. Однак їхнє підтвердження необов'язкове (рис. 8.1).
Контрольна точка - це збережений у деякий момент часу стан даних, прикладної програми та системи керування, який дає змогу деяким попередньо визначеним способом відновити себе. Звичайно контрольна точка - це файл(и) на диску. Контрольні точки зберігаються як на системному рівні (стан мережі в цілому), так і на рівні користувача (контрольні точки під час роботи з БД, збереження цілісності БД). Формування нової контрольної точки спричинює знищення старої. Якщо виникає збій, то відбувається повернення в контрольну точку, тобто стан сеансового рівня відновлюється з файлів контрольних точок. Вибираючи частоту форму-вання контрольних точок, враховують цінність інформації та її логічну і фізичну структуро-ваність, а також додаткові витрати часу на формування. Найчастіше контрольну точку формують на кожну трансакцію (наприклад, запам'ятовують стан рахунку в банку до його зміни).
Крім описаних контрольних точок, призначених для уникнення впливу апаратних і програмних збоїв, є й такі, що призначені для контролю та нейтралізації помилок людини. У багатьох діалогових процесах є моменти, коли треба перевірити правильність ухвалених рішень та виконаних операцій, - так звані підсумкові етапи розумового процесу (заповнений документ, зроблене креслення тощо). Тому, якщо оператор формує якусь складну послідовність даних, то через деякий час комп'ютер пропонує йому перевірити правильність інформації та зберігає стан роботи.
Контрольна множина - це сукупність даних, що передаються на сеансовому рівні від однієї контрольної точки до іншої, тобто поновлювальна сукупність даних. Контрольну множину вибирають залежно від типу операцій у системі. Наприклад, під час опрацювання документів контрольною множиною може бути одна сторінка, під час роботи з віддаленим файлом — один кластер або запис файлу. За цією сукупністю даних кожен учасник сеансу обчислює контрольну суму, яку згодом порівнюють. Якщо значення збігаються, то діалог відбувся нормально, якщо ж ні, то треба повернутися на контрольну точку.
Для відновлення сеансу потрібно виконати такі дії:
виявити помилку;
інформувати відправника про помилку з зазначенням причини;*
виправити помилку, якщо це можливо;
вибрати контрольну точку та ініціювати процес рестарту.
Як звичайно, помилку виявляє станція приймання. Вона ж інформує про це відправника. Якщо пакет втрачено, то виявити це може і відправник за допомогою тайм-ауту. Найчастіше відповідальною за відновлення сеансу є станція, яка почала передавання. Однак рішення про те, хто буде виконувати відновлення сеансу, приймається під час процедури прив'язання.
Відповідальна за відновлення сеансу станція може таке:*
ресинхронізувати протокол обміну і повторно відправити повідомлення або контрольну
множину;
виправити помилку і після цього повторно відправити повідомлення;
попросити оператора виправити помилку, наприклад, вкласти папір у принтер;
вирішити, що автоматичне відновлення неможливе, і розірвати сеанс.
Проста ресинхронізація відбувається, якщо пакет втрачено (закінчився тайм-аут) або відсторонено внаслідок нестачі ресурсів, а також, якщо є помилки в порядкових номерах. Якщо помилка серйозніша, то повторно надсилається контрольна множина.
У випадку примусового розірвання сеансу можуть бути зруйновані прикладні програми і дані. Тому, якщо потреба розірвати сеанс усе таки виникла, то для мінімізації шкоди розривання виконується акуратно, говорять, що сеанс згортається. Розрізняють м'яке згортання сеансу, а також розриви - напівжорсткі (швидкі) та жорсткі (миттєві).
На прикладному рівні, як звичайно, програми мають спеціальні підпрограми, які очи-щають буфери, зберігають усі важливі дані так, щоб прикладну програму можна було перезапустите без втрат.
У випадку м'якого згортання сеансу всі прикладні програми мають змогу виконати вихідні підпрограми. Після цього комунікаційна активність припиняється і налагоджувати нові сполучення та передавати нову інформацію не можна. Однак інформація, яка є в чергах на передавання, повинна бути передана.
Під час напівжорсткого розірвання сеансу запускати вихідні програми можна, однак черги повідомлень не опрацьовуються. Можуть бути завершені лише поточні передавання. У випадку жорсткого розірвання припиняються всі операції.
Робота в аварійному режимі
На випадок, коли мережа повністю виходить з ладу, передбачають можливість тимчасової роботи в ручному режимі. Для цього розробляють конкретні процедури та заходи (найчастіше це періодичне роздруковування інформації про стан файлів). Робота в ручному режимі дещо сповільнює виконання функцій, зменшує сервіс, однак головні функції система виконує. Комп'ютери в цьому випадку працюють в автономному режимі.
5.5. ПРОТОКОЛИ РІВНЯ ВІДОБРАЖЕННЯ ТА ПРИКЛАДНОГО РІВНЯ
5.1. Функції та призначення протоколів рівня відображення
Протокол рівня відображення призначений для відображення та перетворення даних у вигляді, зручному для різноманітних прикладних процесів. За основу визначення сервісу рівня відображення міжнародні організації зі стандартизації взяли принцип контексту. Контекст -це набір форм опису даних, які використовують у конкретному сеансі передавання. Функції рівня відображення можна умовно розділити на такі групи:
редагування;
забезпечення діалогу;
віртуальних операцій та прозорості;
стиснення;
безпеки та контролю.
Функції редагування
До групи функцій редагування належать такі:
форматування даних відповідно до заздалегідь визначених форматів документів;
перекодування;
додавання заголовків, дат, колонтитулів, номерів сторінок тощо.
Для економії пам'яті, надання документам потрібного вигляду інформацію, яка надійшла від об'єкта рівня відображення, редагують за допомогою спеціально закодованого формату. У комп'ютері, який виконує редагування, є багато різних форматів, їх можна вибрати під час налагодження сполучення рівня відображення або динамічно під час сеансу. Код потрібного формату є в заголовках повідомлень протоколу рівня відображення. Одержана інформація перетворюється відповідно до цього формату. Наприклад, текст ділиться на сторінки, формуються абзаци, нумеруються сторінки тощо.
Перекодування потрібне у випадку, коли прикладні процеси, які обмінюються інформацією за допомогою об'єктів рівня відображення, використовують різні коди та команди.
Функції забезпечення діалогу
До групи функцій забезпечення діалогу належать такі:*
збереження кадрів-форматів, що часто використовуються, та виведення їх на екран за допомогою ідентифікаційного коду;
забезпечення режимів вибір з меню, команда-відповідь або інших форм діалогу, незалежних від програм використання, з передаванням тільки результату діалогу;
ведення діалогу з метою надати користувачу допомогу у формуванні запиту до бази даних;*
керування операціями збирання та введення даних, підвищення їхньої ефективності. Головна вимога до проектування діалогових систем - зробити діалог якнайпростішим
та максимально ефективним, тобто досягти швидкої відповіді або швидкого виведення на екран великої кількості символів. Деякі з тих символів є стандартним текстом або шаблоном (кадром-форматом), який може зберігатися на периферії. Замість кадрів-форматів мережею передають закодовані посилання на них. Кадри, які з'являються на екрані під час діалогу, можуть бути стандартними з деякою частиною змінної інформації. У цьому випадку повідомлення доцільно будувати зі змінної інформації та ідентифікатора кадру-формату.
Аналогічно під час роботи з меню: ціле меню передавати необов'язково, а тільки відповідь - який пункт меню вибрано. Файли допомоги також ліпше розмістити в абонентів, а не передавати їх мережею.
Функції віртуальних операцій та прозорості
До цісї групи функцій належать такі:
надання можливості звертатися до віртуального термінала. Відображення форматів та сигналів керування віртуального термінала на реальний;
надання можливості працювати з іншими віртуальними комп'ютерами;
надання можливості використовувати логічні пристрої введення-виведення або зону на екрані дисплея та відображати їх на конкретні фізичні пристрої;
надання доступу до кількох транспортних систем;*
забезпечення невидимості транспортної системи для користувача.
До інформаційної мережі можна приєднати багато різноманітних терміналів. Усі вони відрізняються процедурами керування, інформаційною місткістю екрана, механізмами та сигналами керування. Оскільки термінали постійно вдосконалюють, то розробники стандартів для протоколів мереж вирішили орієнтуватися на абстрактний (віртуальний) термінал. Для нього визначені процедури керування та поле екрана. Кожному користувачу рівня відображення треба узгодити свій термінал з віртуальним та перетворювати дані у двох напрямах: свій — віртуальний та навпаки. Для зручності виділяють кілька типів віртуальних терміналів: дисплей, зчитувач кредитних карток, телекс та ін.
Інколи в користувача мережі може виникнути потреба працювати з якимсь комп'ютером із певним набором характеристик або операційною системою, яких нема в мережі. У цьому випадку рівень відображення мережі може виконати емуляцію потрібного комп'ютера чи системи і задовольнити запит користувача за допомогою роботи з іншими комп'ютерами мережі. Аналогічно можна розробити концепцію віртуального комп'ютера: користувач звертається до абстрактного комп'ютера з узагальненими можливостями через визначений стандартний інтерфейс; інші функції бере на себе мережа.
Рівень відображення може надавати сервіс з відображення логічних пристроїв уведення-виведення (логічних дисків, принтерів, плотерів, різних серверів тощо). На екрані або в програмі вони можуть мати символьне або графічне позначення (піктограму). Якщо користувач вибере відповідне позначення, то рівень відображення протоколу автоматично ставить йому у відповідність реальний пристрій з використанням таблиць відображення.
ФУНКЦІЇ СТИСНЕННЯ
Ця група об'єднує такі функції:
перетворення коду з метою зменшити кількість бітів, що передаються (вилучення нулів та пропусків, стиснення інформації, попереднє архівування);
редагування з метою зменшити довжину повідомлень;
використання ідентифікаційних кодів для зображень на екрані, форматів, графічних або текстових фрагментів, які повторюються.
Оскільки вартість опрацювання даних зменшується значно швидше, ніж вартість їхнього передавання, то економічно вигідно стискати дані перед передаванням, щоб зменшити кількість бітів. Цього можна досягти за допомогою попереднього редагування інформації. Однак найчастіше для стиснення використовують різні модифікації алгоритмів Лемпеля-Зіва, оптимальне кодування кодами Гаффмена або Шеннона-Фано. Ступінь стиснення залежить від виду інформації, що передається. Наприклад, графічну інформацію стиснути важко, текстову – значно легше (на 30-40%). .
ФУНКЦІЇ БЕЗПЕКИ ТА КОНТРОЛЮ
Ця група передбачає виконання функцій з викриття спроб порушити режим безпеки.
Є багато способів забезпечити секретність у мережах. До них належать шифрування повідомлень, керування доступом до мережі, обмеження кола станцій, з якими можна налагоджувати сеанси, перевірка прав користувачів. Можна вести журнали контрольних слідів: де, коли, хто приєднався, скільки працював, з чим працював, з якою швидкістю тощо.
5.2. СТАНДАРТИ РІВНЯ ВІДОБРАЖЕННЯ
Як уже зазначено, міжнародні організації зі стандартизації за основу визначення сервісу рівня відображення взяли принцип контексту. Рівень відображення визначає кілька контекстів і дає змогу вибрати той, який потрібний у конкретному сеансі.
Головні види сервісу за ISO такі:
налагодження та розірвання сполучень на рівні відображення;
вибір потрібних контекстів;
передавання форматованої інформації користувачів;*
контроль передавання даних.
Найяскравішим прикладом сфери застосування стандартів рівня відображення є організація кодування, перетворення та передавання мультимедійної інформації в сучасних мережах. До таких стандартів належать комплекс стандартів Н.323 та стандарти MPEG (див. Д.9.1, Д.9.2).
5.3. ФУНКЦІЇ ТА ПРИЗНАЧЕННЯ ПРОТОКОЛІВ ПРИКЛАДНОГО РІВНЯ
Протоколи прикладного рівня забезпечують різні форми взаємодії прикладних процесів. На прикладному рівні виділяють такі групи функцій:
виконання макрокоманд;
керування програмами;
функції доступу до файлів;
функції оплати.
Розглянемо їх детальніше.
Макрокоманди на прикладному рівні:
виконання макрокоманд у програмах, написаних мовами високого рівня;
забезпечення прозорості віддаленого розташування інформації. Користувач не повинен знати, де розміщений файл;
опрацювання команд прикладної програми, яка використовує віртуальні пристрої;
виконання мережевих макрокоманд.
Керування програмами:
завантаження та виконання програм;
забезпечення можливості обміну програмами між комп'ютерами з різними системами
команд;*
інтерфейс з мовами керування завданнями операційних систем.
Функції доступу до файлів:
забезпечення доступу до окремих записів (читання, модифікація, вилучення, доповнення новими записами);
передавання цілих файлів або їхніх частин;
вставляння позначок кінець запису, кінець файлу та їхня інтерпретація;
переглядання файлу або множини файлів для пошуку інформації за ключами;
виявляння фізичного розміщення даних за символьним посиланням.
Якщо один файл оновлюють одночасно кілька користувачів, то треба використовувати
засоби, щоб запобігти взаємним перешкодам і зберегти цілісність даних. Функції оплати:
реєстрація ресурсів, які використовують для нарахування оплати;
реєстрація випадків використання програм, текстів, захищених авторськими правами, для нарахування гонорару.
5.4. СТАНДАРТИ ПРИКЛАДНОГО РІВНЯ
Стандарти прикладного рівня орієнтовані на вирішення конкретного прикладного завдання. Прикладами стандартів прикладного рівня є стандарти протоколів HTTP, SMTP, FTP, SNMP (див. Розділ 10).

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать