Вопрос 119. Алгоритмическая структура вычислительных сетей. Назначение протоколов соответствующих уровней.
Алгоритмическая структура определяет набор протоколов, используемых в рамках данной сети.
Международная организация по стандартизации разработала семиуровневую модель взаимодействия открытых систем OSI.
Данная модель определяет 7 уровней протоколов, которые могут использоваться в любой сети. Реальное количество протоколов определяется типом сети.
| Прикладной | |
| Представления | |
| Сеансовый | |
| Транспортный | |
| Сетевой | |
| Канальный | |
| Физический |
Физический – обеспечивает интерфейс между абонентом и физической средой.
Канальный – обеспечивает передачу блоков информации между абонентами. Эти блоки информации называют кадрами.
Сетевой – обеспечивает функции маршрутизации передаваемой информации между абонентами, при наличии в сети альтернативных каналов передачи информации.
Транспортный – реализует взаимодействие процессов подключенных абонентов и обеспечивает сквозное управление движением пакетов между этими процессами.
Сеансовый – обеспечивает диалог между процессами определенного типа, а также организует взаимодействие между несколькими процессами одновременно.
Представления данных – осуществляет интерпретацию передаваемых во время сеанса передачи данных, то есть осуществляется преобразование форматов, кодирование, декодирование и другие преобразования информации.
Прикладной – определяет набор функций (сервис) предоставляемых пользователю сети (работа с файлами, БД, электронная почта).
Вопрос 120. Стандарты комитета IEEE в области локальных вычислительных сетей. Протоколы IEEE 802.3, IEEE 802.4, IEEE 802.5.
С учетом особенностей ЛС, которая связана с использованием моноканала, подкомитет IEEE разработал эталонную модель для двух нижних уровней ЛС. Данная модель использует дополнительную детализацию данных на двух нижних уровнях, что упрощает разработку аппаратуры и программного обеспечения для этих уровней.
| Уровни OSI | Уровни IEEE |
| Канальный уровень | Управление логическим каналом (LLC) |
| Управление доступом к среде (MAC) | |
| Физический уровень | Передача физического сигнала (PS) |
| Интерфейс с устройством доступа (AUI) | |
| Подключение к физической среде (PMI) |
LLC –обеспечивает передачу кадров между станциями и не зависит от типа и метода доступа к физической среде.
MAC – реализует алгоритм доступа к среде передачи, а также реализует адресацию абонентов.
PS – выполняет преобразование сигнала из параллельной в последовательную форму и наоборот, и не зависит от типа физической среды.
PMA – выполняет преобразование сигнала из уровня ТТЛ, с которым работает PS, к форме сигнала, которой работает линия передачи.
AUI – выполняет функции интерфейса между верхним и нижним подуровнем.
Стандарт 802.3 Данный стандарт определяет требования к методу доступа к моноканалу, а также требования к верхнему подуровню физического уровня сетей (BS). Это уровень передачи физических сигналов. На MAC уровне стандарта определены:
- алгоритмы доступа к моноканалу
- структура кадра, передаваемого на канальном уровне.
В качестве метода доступа используется множественный метод доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD).
Данный метод позволяет всем станциям, подключенным к моноканалу иметь общую физическую среду. Каждая станция, имеющая данные для передачи, отслеживает состояние физической среды, и при отсутствии передачи от другой станции начинает собственную передачу сообщений. Если после начала передачи сообщение сталкивается с сообщением другой станции, каждая из них прекращает передачу и выдает в физическую среду сигнал, чтобы обозначить для всей системы наличие конфликта в моноканале. Затем станция, попавшая в столкновение, выжидает в течение определенного промежутка времени и повторяет попытку передачи сообщения.
MAC уровни абонентов обмениваются между собой кадрами определенной структуры. Информация верхних уровней упаковывается в кадр и передается по физической среде.
Структура кадра, передаваемого на канальном уровне:
| Preabe 7 байт | SFD | Destin | Source | Len | Data Unit | Pad | FSC |
Preamble – состоит из комбинации 0 и 1. При передаче preamble физической линией генерируется сигнал, частота которого в 2 раза меньше, чем частота передаваемого сигнала. Данный сигнал используется для синхронизации генератора приемника.
SFD – байт стартового разделителя, который говорит о том, что будет передаваться информационная часть кадра.
Destination – поле адреса получателя (2-6 байт). Старший бит данного поля определяет индивидуальный либо групповой адрес.
Source – поле адреса отправителя (2-6 байт).
Length – поле длины (2 байта) – определяет размер поля LLC, которое упаковано в Data Unit. Минимальный размер поля LLC должен быть 46 байт. Если данное поле имеет меньшую длину, то оно дополняется полем заполнителя Pad до величины 46 байт. Максимальный размер поля LLC – 1500 байт.
Pad – переменной длины. Оно дополняет Data Unit до 46 байт.
FSC – поле контрольной суммы (4 байта). Свертка по определенному полиному всех полей кадра, кроме поля Preamble и SFD.
На уровне PS выполняется прием и передача последовательных сигналов, их шифрование и дешифрация в манчестерский код. В данном стандарте манчестерский код образуется по следующему алгоритму:
В первой половине времени передается инверсное значение сигнала, а во второй половине – прямое.
Предусмотрено использование следующих физических сред:
- витая пара – 10/100 BASE-T
- коаксиальный кабель – 10 BASE-2,5
- оптоволокно – 10/100 BASE-T.
Стандарт IEEE 802.3 разработан с целью стандартизации решений, реализованных в рамках ЛС с названием Ethernet.
Стандарт 802.4 Данный стандарт описывает MAC уровень и верхний подуровень физического уровня для ЛС на основе шины с передачей маркера. Данный стандарт определяет широкополосную сеть с коаксиальным кабелем в качестве физической среды.
Метод доступа – на основе маркера. Маркер передается по логическому кольцу в порядке, который определяется адресами станций в направлении их убывания (достигнув станции с наименьшим номером, маркер вновь поступает на станцию с наибольшим номером). Каждая из станций сети может передавать информацию лишь при получении маркера. После завершения передачи информации маркер передается дальше.
В сети отсутствует выделенное устройство, контролирующее работу сети, поэтому функции контроля распределены между всеми абонентами сети. Каждая станция, передав маркер следующей в логическом кольце станции, контролирует ее работоспособность, прослушивая моноканал и определяя правильно или нет работает станция-приемник маркера. Если станция вышла из строя и не может передавать маркер, то станция предшественник исключает ее из логического кольца и передает маркер следующей за ней станции.
В сети предусмотрен специальный режим работы, называемый управляемое соперничество. Данный режим аналогичен методу доступа на основе стандарта 802.3 и используется для формирования логического кольца при генерации сети, а также при восстановлении сети после сбоя, при изменении конфигурации сети.
Максимальный размер кадра, передаваемого в сети – 4 байта.
Данный стандарт предусматривает 3 скорости:- 1 Мбит/с; - 5 Мбит/с; - 10 Мбит/с.
Передача идет в дуплексном режиме.
Сеть может иметь магистральную структуру (шинную), либо структуру звезда с пассивн. центром.
Достоинство: гарантированное время доставки информации каждой станции.
Недостаток: приемники и передатчики очень сложны, так как они работают в дуплексном режиме на разных частотах, а также реализуют стандарты 802.3 и 802.4.
Наиболее известная сеть, использующая данный стандарт – ARCNET.
Стандарт 802.5 Данный стандарт определяет MAC уровень и верхний подуровень физического уровня для кольцевой сети с передачей маркера.
Метод доступа: в сети циркулирует маркер. Станция, получившая маркер, сравнивает его приоритет со своим. Если он не выше, то станция изымает маркер и передает информационный кадр. Станция-получатель копирует кадр и выставляет подтверждение в соответствующем поле кадра. Достигнув отправителя, при положительном подтверждении приема, кадр изымается и возобновляется циркуляция разрешающего маркера.
Структура кадра маркера:
| Starting delimiter | Access control | Ending delimiter |
1 1 1
PPPTMRRR
Starting delimiter (стартовый разделитель) инф-ет о том, что сейчас будет перед-ся инф-ция.
Access control (поле доступа) старшие 3 бита (PPP) определяют текущий приоритет маркера. Следующий бит (Т) определяет тип передаваемого кадра (маркер или информационный кадр). Бит М – бит контроля передачи маркера. В начале передачи данный бит устанавливается в 0. Когда маркер попадает в активную станцию, имеющую приоритет меньший, чем указанный в маркере, то М устанавливается в 1. Если активная станция вновь принимает маркер с М=1, то она изымает его и передает свой информационный кадр. При этом она считает, что нет станции с указанным приоритетом, либо произошла ошибка. RRR – содержат код запрашиваемого приоритета. Активная станция, получив маркер с более высоким приоритетом, устанавливает в данном поле свой приоритет, чтобы получить возможность передачи в следующем цикле.
Ending delimiter (стоповый (конечный) разделитель). Его последний бит является битом индикации ошибки. Если при приеме кадра произошла ошибка, то он устанавливается в 1.
Структура информационного кадра:
| Starting Delimiter | Access control | Frame control | Dest addr | Source addr | Route inform | Information field | FCS | Ending Delimiter | Frame status |
1 1 1 2-6 2-6 0-30 Nx8 4 1 1
Два первых поля аналогичны соответствующим полям кадра маркера.
Frame control (поле управления) определяет тип передаваемого информационного кадра (МАС или LLC кадр). Далее следуют 2 поля адресов источника и приемника.
Rout inform (поле маршрутизации) используется для указания маршрута, при использовании в сети мостов и маршрутизаторов. Если их нет, то оно равно 0.
Information field в данном поле упаковывается информация LLC уровня
FCS поле контроля передаваемой информации. В данном поле, по определенному полиному, производится свертка всех полей кадра, кроме стартового и конечного разделителей.
Ending delimiter аналогично маркеру.
Frame status (поле статуса кадра) указывает на успешное или неудачное принятие кадра приемником.
Данный стандарт 802.5 определяет требования к верхнему подуровню физического уровня и к физической среде.
В качестве физической среды используется витая пара.
Предусмотрены 2 скорости передачи информации: 4 и 16 Мбит/с.
В данной сети используется звездно-кольцевая топологическая структура. При этом кольца строятся на основе восьмивходовых пассивных концентраторов. Между собой кольца объединяются с помощью мостов, то есть сеть может быть иерархической.