Основные задачи уровня канала данных в сетях ЭВМ и методы их решения.

Цель канального уровня превратить несовершенную среду передачи в надежный канал, свободный от ошибок.

Задачи: 1.реализация сервиса сетевого уровня 2.кадрирование (разбиение на кадры) 3.обработка ошибок передачи 4.управление потоком данных

1. сервис зависит от протокола. 3 основных вида:

без уведомления и без соединения – не надежный-надежная физ. среда-оптоволокно необходимо для приложений РВ (видео). С уведомлением и без соединения (когда физ. среда не надежна – радио. Кадры – протокольные куски данных, есть потерянные куски кадров). С уведомлением и с соединением – сам. надежный. Передача в 3 этапа: установление соединения, передача кадров, разрыв соед-я. Любой кадр нумеруется, кан. уровень обеспечивает сохранение посл-ти кадров и гарантирует, что любой кадр получаем 1 раз (исключено дублирование).

2. Проблема: На физическом уровне передаются биты, которые могут поменяться на противоположные или пропасть вообще. Общий принцип: деления на блоки и подсчет контрольной суммы – проверка use временных методов. Методы:«в лоб»- фиксир длина кадра и паузы между кадрами (полохо, не гибко. При обсчете возникает расхронизация)

1. Счетчик символов.В начале любого кадра вставляют байт, содержащий число символов в этом кадре. Yе используется, т.к. если хотя бы один из кадров нарушится, то придется передавать посл-ть заново. «+» кадры разл. длины «-» если ошибка в счетчике, то приход-ся повторно пересылать

2. Вставка старт- стоповых символов (bite stuffing). Любой кадр предваряется последовательностью спец символов. DLE (Data Link Escape) STX (Start Text) ETX (End Text). Проблема: м. встретиться DLE – нужно вставить DLE до него. «+» если потеряна граница кадра, надо искать пару DLE ETX или DLE STX. Недостаток: жесткая привязка к кодировке. Байт - ориентированный (можно передавать символы из нек набора) «+» кадры любой длины

3. Вставка старт- стоповых битов (bit stuffing) (HDLC)

можно передавать любое кол-во битов и любые битовые последовательности – нет привязки к кодировке. «+» кадр любой длины не кратной длине байта, выше скорость передчаи, т.к. работа с битами

Границы кадра – флаг бит (01111110).

Пр: 01111110 1101101111 011010 01111110 Проблема: флаг может встретиться внутри кадра. Передающий после пяти единиц вставляет 0, а принимающий – удаляет 0.

4.нарушение кодировки на физическом уровне.Метод не такой универсальный, он привязан к физич. кодировке битов.

Пр: кадрирование в манчестерском коде: 1 -переход высокое - низкое напряжение; 0 – переход наоборот. Не используются переходы низк – низк и выс – выс, они используются для обозначения границ кадра. «+»экономичен и не требует бит-стаф, ни поля длины «-» зависит от принятого метода физ кодир-ния

3. Обнаружение ошибок.

- ошибки передачи: организация обратной связи в виде спец кадров-подтверждений. В нем указывается правильно ли вы приняли кадр или с ошибкой – механизм хорошо работает при обнаружении ошибок. Защита от дублирования: кадрам присваиваются номера и дубликаты выбрасываются.

- потеря кадров: вводится время ожидания – таймер. Ошибки бывают одиночные и групповые. Основа для обнаружения ошибок – избыточность. Коды бывают с обнаружением и с исправлением.

Контроль паритета (четности) – К каждому блоку добавл. бит – он зависит от кол- ва 1 – если четное-0 если нет -1. Обнаруживает 1 ошибку, а 2 нет.

Кодослово – сообщение + контрольный разряд. (n=m+r). Способен ли код обнаруживать (исправлять) ошибки определяется минимальным расстоянием Хемминга (кол-во различающихся разрядов в 2х кодословах) между его кодословами. Если мы хотим обнаруживать d ошибок, то мин раст Хем должно быть d+1, если мы хотим исправлять d ошибок, то мин раст Хем должно быть 2d+1. Обнаруживающие коды вносят большую избыточность. «-» кода Х: ловит только одиночные ошибки.

CRC -обнаруживающий код. Контрольная сумма формируется в рез-те деления по модулю 2 исходного сообщения на сгенерированный полином, остаток цепляется к исходному сообщению, в рез. полином будет делиться на генератор полинома. CRC-16, CRC-32 обнаруживают одиночные, двойные, групповые ошибки длины <= 16 и нечетное число изолированных ошибок с вер-тью 99,997%.

4. управление потоком данных: Перед передачей отправитель спрашивает у получателя разрешение на отсылку. Проблема «захлебывания получателя» - различие между быстродействием ПК отправителя и получателя. Перед передачей отправитель спрашивает можно ли передавать. Рассмотрим протоколы скользящего окна: набор последовательных чисел – номера кадров, которые отправитель может отправить не ожидая подтверждения каждого. Эти кадры образуют окно отправки. У получателя есть буфер (окно получения). У окон есть верхняя и нижняя граница. Порядковые номера кадров в окне отправки – кадры отправленные, но не подтвержденные. Верхняя граница окна смещается вверх после отправки кадра, как только приходит подтверждение нижняя граница смещается вверх. Откат- когда появл. Ошибка в кадре с №к, то повтор отправки всех кадров с №к. Выборочный повтор сложнее организовать. (HDLC).

Сравнительная характеристика методов коммутации: каналов, сообщений, пакетов. Коммутация в сетях АТМ.

3 принц. разл. схемы коммутации абонентов в сетях:

Коммутация каналов (КК) - организация составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких последовательно “соединенных” каналов на время передачи сообщения (оперативная коммутация) или на более длительный срок (долговременная ком-ция). Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой – коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами. Важным свойством КК является необходимость установления сквозного пути от одного абонента до другого до того, как будут посланы данные. После начала разговора линия уже не может вдруг оказаться занятой, хотя она может быть занятой до установки соединения. ”-”: возм-ть отказа в соединении.

Коммутация сообщений (КС) – разбиение инф-и на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзитному узлу, который приняв сообщение, запоминает его и передает далее таким же образом. Сообщение может иметь произвольную длину. Длина определяется характером информации, составляющей сообщение. КС предназначена для орг-ции взаим-я в режиме off-line, когда не ожид-ся немедл. реакции на сооб-е.

Коммутация пакетов (КП) – разбиение сообщения на пакеты, которые передаются отдельно. Разница между сообщением и пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения – логически. Если маршрут движения пакетов между узлами определен заранее, то виртуальный канал (с установлением соедиинения). Если для каждого пакета задача нахождения пути решается заново – дейтаграммный (без установления соединения) способ пакетной ком-ции. Ком-ция ячеек – как и КП, но пакеты всегда имеют фиксированный размер.

V передаваемых данных в ед. вр-ни > чем при КК. Но за счет очередей пакетов в ком-рах пропуск. спос-ть < чем в КК. Размер пакета сущ-но влияет на производ-ть в сети.

Осн различия методов:

· при КК созд-ся линия, пропуск спос-ть полностью резервируется за 2мя абонентами, вне зав-ти от того, какая пропуск спос-ть реально потреб-ся. При КП физ. линия м.б. исп-на разными пакетами.

· при КК гарантировано что все данные поступят абоненту и в том порядке, в каком их послали. При КП из-за ошибок маршрут-ции пакеты м.б. направлены не по назначению, порядок их поступления абоненту не гаран-ся.

· КК абсолютно прозрачна для абонентов. Они м. пересылать данные в любой кодировке и формате. При КП формат и способ кодировки пакетов задан заранее.

Коммутация виртуальных каналов (АТМ) – гибрид КК и КП . От КК берем 3 фазы: установление связи - прокладка вирт. канала, № вирт.кан. пропис. в табл. коммутаторов, передача данных, завершение связи – удаление из таблицы. перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами, должен быть установлен виртуальный канал, который представляет собой единственный маршрут, соединяющий эти узлы (КК + КП). От КП: данные передаются пакетами, кот. наз. ячейками, они имеют фикс. длину 53 байта. Операция рассмотрения заголовка не нужна. + от КП возможность перераспределения пропускной способности, + от КК < непроизводит. трафика и скорость выше.

Виртуальные каналы:

1. PVC – постоянные. Создаётся между двумя точками и существует в течение длительного времени, даже в отсутствие данных для передачи;Используются при постоянной передаче данных

2. SVC – коммутируемые. Создается между двумя точками непосредственно перед передачей данных и разрывается после окончания сеанса связи. Временные (несколько часов в месяц).