Протокол hdlc (high-level data link protocol)

ISO 4335, 6256, 3309

Високорівневий протокол керування аналом зв’язку. Він описує роботу двопунктової ланки передавання даних. Повний цикл функціонування двопунктової ланки передавання даних складається з таких фаз:

Логічне роз’єднання. Фаза автоматично розпочинається після вмикання і вимкненням станцій.

Ініціалізація. Призначена для обміну інформації про параметри програми, потрібної в інших фазах. Ця фаза є необов’язковою.

Налагодження сполучення. Налагодження якісного сполучення.

Передавання інформації. Основна фаза. Відбувається обмін інформацією.

Завершення сполучення. Після закінчення попередньої фази.

Якщо характеристики аналу різко погіршаться, тоді можливий перехід до фази логічного роз’єднання або налагодження сполучення.

Фаза завершення сполучення є перехідною між фазами передавання інформації та логічного роз’єднання. Для передавання інформації використовуються три типи кадрів:

Тип кадру	Біти
I	N2	P/F	N1
S	N2	P/F	s	s
V	u	u	u	P/F	u	u

I – інформаційний кадр

S – службовий кадр нумерований

V – службовий кадр ненумерований

I-кадр має службову та інформаційну частину, а V i S – тільки службову. Службова частина займає один байт. Якраз в таблиці подана службова частина.

Всі І-кадри з метою реалізації підтвердження приймання нумеруються; оскільки на номер кадру відводиться тільки 3 біти, нумерація іде за модулем 8.

s-розряди і u-розряди – це біти, які ідентифікують функцію S-кадру або V-кадру.

P/F – спеціальний біт, правила встановлення якого такі:

1) у відповідь на правильно прийнятий І-кадр з бітом Р=1 станція повинна передати у відповідь V- або S-кадр з бітом F=1;

2) якщо прийнято некоректно І- або S-кадр з бітом Р = 1, станція повинна відправити V-кадр з бітом F = 0.

Усі кадри можна поділити на команди та відповіді. Команди показують що робити, а відповіді надсилаються після одержання команди. Деякі кадри можуть бути тільки командами, інші – тільки відповідям, а ще інші – і командами, і відповідями.

Протоколи мережного та транспортного рівнів

Анальний рівень забезпечує зв’язок між двома сусідніми станціями в одній мережі. Якщо ж треба сполучити кілька станцій з проміжними вузлами опрацювання або одну локальну мережу з іншою мережею – локальною чи глобальною, – використовується мережний рівень. Одна з головних функцій мережного рівня – побудова маршруту руху пакета в мережі з багатьма вузлами, тобто функція маршрутизації.

Транспортний рівень пов’язує окремі процеси на зв’язку вузлів в мережі.

Рис. Структура зв’язків анального, мережного і транспортного рівнів.

Мережний рівень

Призначений для організації зв’язку станцій, приєднаних до різних логічних аналів і можливо роз’єднаних іншими логічними аналами. Функції мережного рівня головним чином полягають у вибиранні послідовності аналів між станціями під час передавання протокольного блоку даних на рівні мережі, тобто пакета. Історично перші протоколи рівня мережі були розроблені для глобальних мереж, бо вони багато вузлові. Основна проблема в таких мережах – досягнення ефективної маршрутизації. Виникли дві стратегії передавання:

1) данограма,

2) віртуальні анали.

Данограмна – це така транспортна мережа, в якій передаються окремі непов’язані між собою пакети, подібно до того, як функціонує звичайна пошта.

Мережі віртуальних аналів перед початком передавання між парою процесів налагоджується постійне сполучення – віртуальний анал, який функціонує протягом усього сеансу зв’язку (подібно до звичайного телефону).

Данограмна мережа надсилає пакети значно швидше, ніж мережа віртуальних аналів, але нема гарантії, що пакет дійде до адресата, тобто порядок надходження пакетів випадковий.

В мережі віртуальних аналів зв’язок повільніший, але є гарантія, що пакет дійде до адресата. Порядок надходження пакетів зберігається. Якщо вузол переповнений, то надходження пакетів від джерела припиняється.

Протоколи мережного рівня

Протокол X.25/3

ISO 8208

Описує данограмно-віртуальну мережу (мережу віртуальних аналів), у якій за певних умов можна передавати данограми. Відповідно до протоколу у транспортній мережі між абонентами налагоджується тимчасові (на один сеанс зв’язку) та постійні віртуальні транспортні анали.

Тимчасовий анал називається віртуальним викликом, а постійний – віртуальним ланцюжком. Кожному віртуальному виклику або ланцюжку присвоюється номер групи віртуальних аналів (від 0 до 15) і номер окремого віртуального аналу (від 0 до 255). Номера віртуальних викликів змінюються циклічно по мірі їх створення і знищення. Номера віртуальних ланцюжків зберігаються довше. Структура мережної адреси така:

1 2 3	4 5 6 7 8	9 .........…… 18
Код держави (присвоює оранізація ITU)	Код мережі (присвоює поштове відомство; на Україні – міністерство зв’язку)	Адреса абонента (задає адміністратор конкретної мережі)

Після налагодження віртуального аналу пакети передаються по-чегрово. Механізм підтвердження і виправлення помилок аналогічний механізму HDLC. Структура пакета віртуального виклику така:

Номер віртуального аналу	Номер пакета	Номер прийнятого пакета	Дані
Ідентифікатор пакета

Між мережний допоміжний протокол фірми Xerox — XSIS

(Xerox System Integration Standards)

Це набір протоколів мережного та анального рівнів, спеціально призначений для локальних мереж. Був запропонований в 1981 році.

Такий протокол призначений для обслуговування систем, які об’єднують одну або кілька мереж архітектури Ethernet, які сполучені орендованими аналами зв’язку глобальних мереж, що побудовані за стандартом X.25. Максимальна кількість проміжних аналів між двома віддаленими локальними мережами не більше 14. Дані та інформація керування передаються у вигляді між мережних данограм. Структура пакета данограми така:

Цей пакет може стати елементом кадра і передаватись на анальному рівні. Адреси одержувача і відправника мають таку ієрархічну структуру:

Номер мережі

↓

Номер станції

↓

Порт

Номер мережі може задавати мережу типу Ethernet або будь-яку іншу, в яку надсилають пакет.

Номер станції – внутрішня адреса станції в мережі, оскільки структура адреси ієрархічна, о номери станції в окремих мережах можуть дублюватись. Можна також надіслати пакет усім станціям мережі одночасно. Для цього є спеціальний номер.

Порт – це точка контакту з транспортним рівнем. Номер визначає певну програму або модуль опрацювання, якому призначено пакет. Номер порту – 16 біт.

Тип пакета – це поле, призначене для вибору відповідного транспортного протоколу. Для цього визначені певні кадри.

Байт керування транспортуванням в старших 4-ох бітах має лічильник кількості передавань пакета з однієї мережі в іншу. Пакет, який надходить, у 16 за порядком модуль маршрутизації, знищується. Це дає змогу ліквідувати за циклювання пересилань пакета у великих мережах.

Транспортний рівень

Цей рівень керує взаємодією процесів, а не станцій, мереж або аналів. Відповідно до міжнародного стандарту протокол транспортного рівня повинен задовольняти такі вимоги:

1. забезпечувати наскрізне передавання. Тобто характеристики транспортного сервісу не залежать від типу комунікаційної мережі або мереж.

2. користувач транспортного рівня має змогу вибрати якість сервісу, що передбачає вибір перепускної здатності, транспортної затримки, коефіцієнта невиявлених помилок і т. п.

3. транспортний рівень є прозорим, тобто не залежить від форматів та кодів інформації, яка передається

4. адресація на транспортному рівні не залежить від адресації на інших рівнях. Транспортні об’єкти мають унікальні адреси.

Головні функції транспортного рівня такі:

1. налагодження сполучень

2. узгодження партнерами якості сервісу

3. передавання звичайних даних

4. передавання термінових даних

5. керування потоками блоків даних

6. аварійне розірвання сполучень

7. нормальне завершення сполучень

Під час вибору якості сервісу узгоджують застосування таких функцій:

1. забезпечення кількох транспортних сполучень з одним мережним( функція мультиплексування) або навпаки – одного транспортного з кількома мережними

2. вибір оптимального розміру транспортних блоків

3. використання функції виявлення та виправлення помилок

4. узгодження допустимої частоти помилок, тобто втрати, дублювання або спотворення даних

5. здатність транспортного рівня до поновлення після збою

6. регулювання перепускної здатності сполучення

Існує 5 класів транспортного сервісу:

Клас „0” призначений для використання в найкращих системах. Він налагоджує транспортне сполучення, керує ним. Але цей клас не перевіряє правильність переданої інформації, не виправляє помилок, не дає змоги застосовувати функцію мультиплексування.

Клас „1” виконує всі функції класу 0, а також гарантує контроль інформації з виявленням та виправленням помилок.

Клас „2” - всі функції класу 0 і допускає мультиплексування.

Клас „3” комбінація класів 1 і 2. Сумісний з класами 0 – 2.

Клас „4” виконує найповніший набір функцій: мультиплексування, найповніше виправлення помилок, перевіряє та формує прийняту послідовність блоків даних, забезпечує роботу на мережному рівні не тільки віртуальних аналів, але й дано грам

Досить часто один мережний рівень підтримує кілька різних транспортних протоколів, які забезпечують різні рівні обслуговування. Практично використовуються такі різновиди транспортних потоків:

1. передавання суцільного потоку даних з малою затримкою відповіді( використовується в цифровій телефонії та для передавання графічної інформації)

2. передавання дано грам з квитанціями(використовується для організації доступу для до файлів деяких видів)

3. передавання нумерованих пакетів(застосовується для транспортних файлів і електронної пошти)

Набір протоколів XSIS має кілька транспортних протоколів, зокрема:

Протокол „луна”(ехо)

Призначений для перевірки цілісності мережі та готовності станцій до взаємодії. Структура пакету така:

Міжмережевий заголовок

Операція

Дані

Кінцівка

Станція, яка прийняла пакет протоколу „луна” здійснює в полі операцій код запиту на код відповіді і надсилає пакет станції – відправнику. Якщо пакет спотворено, то повідомлення про це передають засобами протоколу „помилка”

Протокол „обмін пакетами”

Міжмережевий заголовок

Іденти фікатор

Тип користувача

Дані

Кінцівка

Використовується для таких операцій, як запит про стан станції або про час роботи під час доби. Він не забезпечує цілісності даних та надійності передавання.

Поле „Ідентифікатор” ідентифікує номер поточного обміну, а поле „Тип користувача” відповідає порту призначення. Відправник, який надіслав запит, очікує на відповідь. Якщо відповіді немає, то запит повторюється.

Протокол „нумеровані пакети”

Це протокол віртуального виклику, який підтримує взаємодію процесів. Він дає змогу надсилати повідомлення, які складаються з багатьох пакетів, гарантує цілісність і правильну їх послідовність, а також організовує повторне передавання спотворених пакетів. Дані пересилаються як між мережні данограми.

Міжмережевий заголовок
Керування зв’язком
Тип потоку даних
Ідентифікатор зв'язку відправника			„Увага”
Ідентифікатор зв'язку одержувача			„Кінець повідомлення”
Послідовний номер
Номер підтвердження
Максимальний номер
Дані
Кінцівка

Поле „ідентифікатор зв'язку” призначене для адресування. Спочатку, щоб налагодити віртуальний виклик, станція відправляє пакет з ідентифікатором відправника – ідентифікатор одержувача може бути невідомий – на адресу потрібного порту. Станція-одержувач записує свій ідентифікатор у перший пакет відповіді. Далі відбувається передавання пакетів інформації. Правильність приймання підтверджує інформація в полі „номер підтвердження”. Квитанції приймання можуть відсилатись як на окремий пакет, так і на групу пакетів. Виняток становлять пакети з бітом „відсилати підтвердження”. Квитанції для таких пакетів відсилаються негайно.

Поле „максимальний номер” призначене для керування потоком. Станція-одержувач дає передавачу максимальний номер, яким вона може скористатись для нумерації пакетів. Значення цього поля змінюється після кожного надсиланням квитанції. В полі „послідовний номер” записують номер пакета, який надсилають.

Поле „тип потоку даних” призначене для протоколу сеансового рівня. Поле „керування зв’язком” має 1 байт. Четвертий біт „кінець повідомлення” також призначений для протоколу верхнього рівня. По ньому можна зафіксувати кінець повідомлення, яке складається з багатьох пакетів. Це може бути логічний запис, фізичний блок на диску і т. п. х.

Для завершення віртуального виклику в полі „тип потоку даних” записується код 254, 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 з бітом „увага” відразу передається протоколу верхнього рівня.

Методи маршрутизації

Проблема маршрутизації полягає у виробленні маршруту, за яким рухається пакет у багато вузловій мережі. Цей маршрут повинен задовольняти певним вимогам. Найчастіше треба мінімізувати час проходження пакета мережею. Маршрутизацію переважно забезпечує розміщення у вузлах мережі маршрутної інформації або маршрутних таблиць та програм, які реалізують алгоритм маршрутизації. Тобто залежно від адреси призначення та маршрутної інформації. Маршрутизація буває таких типів:

Прості методи

Не потребують у вузлах мережі маршрутних таблиць та складного ПЗ.

Випадкова полягає у тому, що вузол, який одержав транзитний, тобто не призначений йому кадр, пересилає його у один зі своїх вихідних аналів. Анал вибирається випадково та рівно ймовірно. Для запобігання безмежному блукання пакета в мережі в нього вмонтовують лічильник кількості пройдених вузлів. Якщо значення лічильника перевищує певне число – пакет знищується. Такий метод не є оптимальним, не гарантує передавання пакета адресату і створює значний додатковий трафік у мережі.

Лавинна – кожен вузол передає транзитний пакет у всі вихідні його анали. Як і в попередньому випадку кожен пакет має лічильник кількості пройдених вузлів. Генерується значний додатковий трафік, але є повна гарантія передавання пакету.

Складні методи

Детерміновані передбачають використання таблиць маршрутизації або наборів таблиць, які не змінюються залежно від стану мережі, або їх змінюють вручну.

При адаптивній підхід більш гнучкий: маршрутна інформація може змінюватись від завантаження окремих ланок, виходу її з ладу і т. п. х. Слабою стороною є неможливість передбачити стан мережі, оскільки маршрутна інформація старіє.

Метод за досвідом. Спочатку транзитні пакети кожного вузла спрямовуються у випадкові вихідні анали. Кожен пакет, окрім адрес відправника і одержувача, містить також лічильник кількості пройдених аналів. Вузол аналізує цю інформацію і будується таблиця найближчих вузлів у випадку надсилання пакета до конкретного абонента. Після закінчення побудови таблиць, вузол працює в режимі детермінованої маршрутизації.

Централізована маршрутизація

В таких мережах є центральна інстанція, в яку усі вузли передають інформацію про завантаженість аналів і наявність черг. На підставі такої інформації така інстанція розраховує таблиці маршрутизації і пересилає їх усім вузлам мережі. В такому випадку генерується невеликий додатковий трафік.

Недоліки:

v Інформація у вузлів старіє

v Надійність мережі залежить від надійності сервера централізованої маршрутизації

Протоколи сеансового рівня

Головним завданням сеансового рівня є організація обміну інформацією між об’єктами прикладного рівня за посередництвом об’єктів рівня відображення. Цей обмін відбувається як послідовність окремих діалогів сеансів. Усі функції сеансового рівня можна розділити на такі 2 групи:

1) функції налагодження або розірвання сеансу;

2) функції нормльного передавання;

3) функції нестандартних ситуацій.

1.Функції налагодження або розірвання сеансу

Під час налагодження сеансу виконуються такі операції:

1) визначається місце де потрібна функція або потрібні дані;

2) налагоджується зв’язок із станцією, яка має необхідну функцію або дані і одержує її згоду на проведення сеансу;

3) приміряють чи мають станції необхідні для взаємодії ресурси, необхідний об’єм пам’яті, буфери та ін;

4) перевіряються станції щодо наявності потрібного програмного забезпечення;

5) обмінюються інформацією про протоколи, які будуть використані.

В найпростішому випадку для налагодження сполучення необхідна пара пакетів: запит на сполучення і підтвердження сполучення, і відповідно, запитна розірвання, підтвердження розірвання.

У більш складних стуаціях необхідно виконувати пройедуру зв’язування (bind). Ця процедура розпочинається з того, що сеансові об’єкти обмінюються інформацією про протоколи, які будуть використані, ресурси сеанса (буфера пам’яті, ємність дискового простору для файлів та ін.), режим обміну і формати інформації, тобто узгоджуються параметри передавання. Якщо узгодження досягнуто, то об’єкти обмінюються командами bind і це завершує етап зв’язування. Після завершення зв’язування починається сеанс зв’язку.

2.Функції нормального передавання;

Під час передавання можуть виконуватись функції:

1) відображенння та перетворення виразів на мовах високого рівня або запитів протоколів транспортного рівня;

2) співставлення запитів та відповідей на ці запити;

3) керування чергами повідомлень та їх пріорітетами;

4) поділ повідомлень на частини, якщо вони задані для транспортного рівня і зворотне їх об’єднання;

5) робота з порядковими номерами пакетів, якщо транспортна підсистема не забезпечує правильної послідовності їх передавання;

6) керування потоком і темпом передавання;

7) керування використанням ресурсів;

8) розподіл повідомлень на звичайні та термнові. Термінові повідомлення необхідні для виконанння деяких процедур керування. Для передавання термінових повідомлень не треба дозволу і їх відправляють поза чергою. Для керуванням використанням ресурсів під час передавання призначається процедура передавання повноважень. Ця процедура має на меті запобігти конкурування декількох об’эктів сеансового рівня для захоплення одного ресурсу. Для керуванням цим процесом вводиться поняття ознаки. Ознака – це атрибут сеансового сполучення, який динамічно призначається в кожний момент часу тільки одному користувачу сеансового рівня і це дає йому права користувнням певним ресурсом.

Керування темпом у сеансовій системі гнобхідне для ефективної роботи приєднаних до системи пристроїв, кожен з яких має свою ефективну швидкість роботи. Так буфер пристрою має обмежену ємність. Кожне обладнання має свої часові параметри і характеристики доступу на які требе звертати увагу. Узгодження часових параметрів під час процедури зв’язків, а під час передавання даних система враховує часові параметри для керування темпом передавання.

3. функції нестандартних ситуацій.

Для заезпечення надійності роботи сенсовох підсистеми і нестандартних ситуаціях передбачені такі функції і операції:

1) контроль за групами операцій;

2) відновлення під час поновлення робот транспортної підсистеми без розірвання сеансу;

3) забезпечення якщо потрібно примусового завершення сеансу із збереженням цілісності даних;

4) рестарт з контрольних точок та синхронізації;

5) розробка варіантів можливої роботи в ручному режииі під час масових відказів системи.

Усі відкази і помилки, які виникають на сеансовому рівні можна розділити на такі, що потребують відміни сеансової привязки та такі, що їх можна нейтралізувати за допомогою невеликих коректив. Можливість сеансового рівня автоматчно відновлюватись хараткеризує його живучість. Для реалізації сеансового рівня не обв’язково виконувати всі функції. Стандарт визначає для цього функціональні блоки, тобто логічні набори пов’язують між собою функції. Визначають такі блоки:

1) базовий;

2) узгоджене вивільнення ознак;

3) дуплексний і напівдуплексний;

4) передавання службових і термінових даних;

5) головної синхронізації;

6) керування діяльністю та інші

На сеансовому рівні обов’зково треба реалізувати блок, який передбачає функції налагодження і розірвання сеансу і передавання інформації.

Стандарт ЕСМА-75 визначає 4 класи сервісу для сеансового рівня:

Клас А: налагодження сполучення, їх ідентфікація, надсилання підтверджень про цілісність і безпомилковість інформації.

Клас В: взаємодія з протоколюванням віртуального інтерфейсу. Вибір дуплексної або напівдуплексної форми передавання. Можливість передавання великих неподільних повідомлень.

Клас С: організований в діалогу із синхронізацією для протокола віртуального файла. Керування роботою за допомогою передавання повноважень.

Клас D: визначає спрощені процедури діалогу для простих прикладних процесів.

Вибір класу сервісу відбувається під час виконання процедури зв’язку (bind).

Протоколи рівня відображення

Протоколи рівня відображення призначені для відображення та перетворення даних у вигляді зручному для різноманітних прикладних процесів. Міжнародні організації із стандартизації в основу означення сервісу відображення поклали принцип контекстаю.

Контекст – це набір форм опису даних, які використовуються в конкретному сеансі передавання. Рівень відображення визначає кількість контекстів і дає змогу вибрати той, який потрібний у конкретному сеансі. Головні види сервісу за представлення ISO такі:

1) налагодження та розірвання сполучень на рівні відображення;

2) вибір потрібних кортекстів;

3) передавання форматованої інформації користувачу;

4) контроль передаваних даних.

Європейська асоціація виробництва комп’ютерів розробила стандарт для рівня відображення : ЕСМА-86, який визначає головні принципи відображення даних і координує структури інших стандартів.

Групи функцій:

1) редагування;

2) забезпечення діалогу;

3) віртуальні операції та прозорості;

4) стиснення;

5) безпеки та контролю.

Протоколи прикладного рівня

Забезпечує різні форми взаємодії прикладних процесів. На цьому рівні ISO рекомендує такі протоколи:

1) FTAM (File Transmission Application Method) – керування передаванням файлів;

2) JTM (Job Transmission Method) – передавання завдань;

3) VTSP (Virtual Terminal Service and Processing) – керування передаванням файлів.

В основі передавання і керування файлами лежить принцип віртуального файлосховища. В цій моделі абстрактно описані структура файла і його характеристки, і означено процедури доступу користувача до файлів. Передавання та опрацювання завдань грунтується на віддалених у введенні та виведенні програм з використанням зовнішніх пристроїв віддалених комп’ютерів. В цьому випадку користувач повинен технічні засоби та мови керування завданнями тієї станції на яку він передає дані. Сервіс віртуального термінала призначений для роботи користувачів перерміналів з процесами різних робочих станцій. Форма обміну інформції – діалог коротких повідомлень.

Стандарт ЕСМА-85 визначає протокол віртуального файлу. В ньому визначається загальна модель файлу незалежну від комп’ютера і операційної системи. Сервіс цього стандарту поділяється на 2 категорії:

1) правила доступу до віртуального файлу або його частини;

2) процедури керування віртуальними файлами.

Адресація файлів дворівнева. Перша адреса визначає ім’я файла. Крім того містить інформацію про захист файлу від несанкціонованого доступу. Для нього протоколом передбачене ведення списку осіб, які мають певні права. На прикладному рівні визначають такі групи функцій:

1) виконання макрокоманд;

2) керування програмами;

3) функції доступу до файлів;

4) функції оплати.

Протокольні стеки

Конкретна реалізація набору протоколів називається протокольним стеком. Цей набір підтримують усі рівні зваємодії відкритих систем. Найбільш поширені протокольні стеки це TCP/IP і SPX/IPX.

TCP/IP – використовується в мережах під керуванням операційних систем Unix і в мережі Internet.

SPX/IPX – використовується у продуктах фірми Novell.

Структура мережі стеку протоколу TCP/IP.

Мережу TCP/IP характеризують як об’єднання локальних мереж. Окремі локальні мережі сполучені через маршрутизатор. Кожна локальна мережа має унікальну адресу. Комп’ютери в локальній мережі називаються host. Кожен host має унікальну адресу. Оскільки мережа протоколу TCP/IP об’єднує декілька локальних мереж в англійських термінах її називають internet. Велика корпоративна мережа, яка побудована за принципом та з використанням програмного забезпечення internet називається intranet. Така ж корпоративна мережа, але з великим ступенем взаємодії з зовнішніми мережами назвається extranet.

Структура протокольного стека TCP/IP

7.Прикладний

Telnet

FTP

SNMP

SMTP

DNS

. . .

6.Відображення

ASN1

5.Сеансовий

4.Транспортний

TCP

UDP

3.Мережний

Протоколи маршрутизації

ICMP

GMP

IP

ARP

RARP

2.Анальний

Ethernet

Token Ring

FDDJ

ATM

PPP

SLIP

. . .

1.Фізичний

На канальному рівні використовуються протоколи відомих мережевих архітектур Ethernet, FDDI та ін. Особливе місце посідають протоколи РРР і SLIP.Їх використовують для передавання даних низькочастотними послідовнимим каналами. Найчастіше через послідовний порт ПК та модем призначеною або комутованою телефонною лінією.

Протокол ІР (інтернет протокол) – міжмережевий данограмниій протокол, що забезпечує сервіс передачі пакетів між вузлами мережі. Він не підтримує функції початку передавання пакетів і не гарантує надійності їх передавання. ІР є основним протоколом мережевого рівня стеку TCP/IP. Його використовують усі інші протоколи.

ICMP основний діагностичний протокол для передачі інформації між вузлами мережі про помилки та збої, а також для діагностування мережі. Окрім того протоколи верхніх рівнів використовують його для адмінітсрування мережі.

ARP трансформує ІР адресу в канальну адресу станцій.

RARP виконує зв’язкову функцію, за канальними адресами визначається початок ІР адреси. Кожен ІР пакет містить ІР адреси відправника та одержувача. Воодночас для правильного передавання пакета на канальному рівні відправник повинене знати і канальну алресу одержувача. Якщо ж канальна адреса одержувача не відома, то ІР розсилає спеціальний пакет запиту із зазаначенням ІР адреси вузла, з яким треба налагодити зв’язок. Цей запит сприймають усі вузли, де діє протокол ARP, а вузол чия ІР адреса є в запиті повідомить свою канальну адресу. Вузол відправник одержить це повідомлення і зкорегує свої таблиці з маршрутами і в подальшому буде коритсуватись цією інформацією.

TCP протокол транспортного рівня з попереднім налагодженням сполучень. Гарантує надійну передачу пакетів, забезпечує вірну їхню послідовність і під час передавання викоритовую сервіс протокола ІР.

UDP данограмний протокол транспортного рівня, який викоритовується замість протоколу ТСР, якщо немає потреби в додаткових заходах, щодо забезпеечення надійності передавання. Він не гарантує передавання пакета, а також послідовності передавання.

Серед протоколів прикладного рівня та рівнів відображення, виділяють протокол TelNet – емуляція віддаленого терміналу.

ftp – протокол передачі файлів.

Smtp – пртокол електронної пошти

Snmp – протокол керування мережею

Dns – протокол служби логічних імен.

Протокольний стек SPX/IPX

Використовується в мережах фірми Novell. Орієнтований на сполучення як в окремих локальних мережах, так і в їхніх об’єднаннях, тобто в мережах класу Internet. В цьому стеку використовуються протоколи та елементи протокольних архітектур фірми Xerox. Стек SPX/IPX визначений як міжмережний, транспортний та данограмний.

IPX – це простий данограмний протокол мережного рівня, який не гарантує передавання пакету адреси. Формат IPX пакета збігається з форматом пакета міжмережної данограми фірми Xerox. SPX, який грунтується на протоколі IPX, також забезпечує надійне передавання пакетів та їх послідовностей. Їх надходження в SPX пакеті до IPX пакета додається 12-байтне поле керування. Схема адресації в стеку SPX/IPX; адреса складається з таких частин:

1) адреса хоста – 48 біт;

2) номер мережі – 32 біти;

3) номер порта – 16 біт (ще називається номером гнізда або сокета, він ідентифікує процес верхнього рівня, якому призначається пакет).

Технології локальних мереж

Існує багато архітектур локальних мереж.

Технологія Ethernet

В мережі Ethernet реалізується метод доступу з контролем несучої/виключнення колізії (МДКН/ВК). Усі параметри протоколу Ethernet підібрані таким чином, щоби при нормальній роботі вузлів мережі колізії завжди чітко розпізнавались. Саме для цього мінімальна довжина поля даних кадру повинна бути не менша 46 байт, що разом із службовими полями дає мінімальну довжину кадра в 72 байти (576 біт).

Довжина кабельної системи вибирається таким чином, щоб за час передачі кадра мін’єтної довжини, сигнал колізії встиг би досягнути найбільш віддаленого вузла мережі. Тому при швидкості передачі 10 Мбіт/с, максимальна відстань між двома довільними вузлами мережі не повинна перевищувати 2500 м. З ростом швидкості передачі кадрів в мережі із вдосконаленням мережі Ethernet максимальна довжина відстані між двома довільними вузлами зменшується пропорційно швидкості роботи мережі. Так, мережа швидкого Ethernet має довжину 210 м., а мережа Gigabit Ethernet – 25 м. Для звичайного Ethernet із швидкістю 10 Мбіт/с, незалежно від варіанта фізичного середовища, треба виконувати таке обмеження:

1) максимальна відстань між двома довільними вузлами – 2500м;

2) в мережі має бути не більше 1024 вузли.

Кожний варіант фізичного середовища додає до цих двох обмежень свої обмеження.

Операції передавання передавання та приймання кадрів в мережі Ethernet.

Операції передавання передавання та приймання кадрів в мережі Ethernet такі:

1) станція, яка хоче передати кадр, повинна спочатку, за допомогою протоколів MAC-рівня запакувати дані в кадр відповідного формату. Потім для виключення перемішування сигналів із сигналами іншої передаючої станції MAC-вузол повинен прослуховувати електричні сигнали на кабелі і у випадку виявлення несучої частоти 10 МГц або 100МГц або 1ГГц відключити передавання свого кадру;

2) після завершення передачі по кадру, станція повинна зробити невелику додаткову паузу, яка називається міжкадровий інтервал. Це дозволяє вузлу призначення прийняти і обробити кадр, який передається, і після цього почати процедуру передачі свого кадру;

3) одночасно з передачею бітів кадру, приймач-передавач вузла слідкує за бітами, що приймають по спільному кабелю, для своєчасного виявлення колізій. Якщо колізію не виявлено, то передається весь кадр, після чого МАС-рівень вузла готовий прийняти кадр з мережі або від рівня LLC;

4) якщо фіксується колізія, то МАС-вузол припиняє передачу кадру і посилає JAM-послідовність, яка підсилює стан колізій. Після посилки в мережу JAM-послідовності, МАС-вузол робить випадкову паузу і намагається повторно передати свій кадр. При повторних колізіях існує максимальне можливе число спроб повторної передачі кадру (attempt limit), яке дорівнює 16. Після чого фіксується помилка передачі кадру, а повідомлення про помилку передає протокол верхнього рівня;

5) для того, щоб зменшити інтенсивність колізій, кожний МАС-вузол з кожною новою спробою випадковим чином збільшує тривалість менопаузи між спробами. Тривалість менопаузи визначається на основі усіченого двійкового експоненціального алгоритму відтермінування. Менопауза завжди складає ціле число так званих інтервалів відтермінування;

6) інтервал відтермінування (Slow time) – це час, напротязі якого станція гарантовано може визначити, чи є в мережі колізія. Цей час тісно пов’язаний з іншими важливими часовим параметром мережі – вікном колізій;

7) Вікно колізій (collision window) – дорівнює часу дворазового проходження сигналу між найбільш віддаленими вузлами мережі. Це найгірший випадок затримки, при якому станція ще може виявити колізію. Інтервал відтермінування вибирається рівним величині вікна колізій+деяка додаткова затримка для гарантій:

Таке співвідношення прийнято стандартом IEEE 802.3. Більшість часових інтервалів вимірюють в кількості міжбітових інтервалів, величина яких при швидкості передачі 10 Мбіт/с складає 0,1 мкс І дорівнює часу передачі одного біта. Величина інтервалів відтермінування в цьому стандарті визначена величиною 512 бітових інтервалів і розрахована на максимальну довжину кабеля 2500 м. Величина 512 бітових інтервалів визначає і мінімальну довжину кадру – 64 байти, оскільки при кадрах меншої довжини станція може передати кадр і не встигнути виявити факт виникнення колізій через те, що спотворені колізією сигнали дійдуть до станції. У найгіршому випадку, після завершення передачі, такий кадр буде просто втрачений.

Основні параметри передачі кадрів такі:

1. Бітова швидкість	10 Мб/с
2. Інтервал відтермінування	512 бітових інтервалів
3. Міжкадровий інтервал	9,6 мкс
4. Максимальне число передаючих спроб
5. Максимальне число зростання діапазони менопаузи
6. Довжина JAM-послідовності	32 біти
7. Максимальна довжина кадру без преамбули	1518 байт
8. Мінімальна довжина кадру без преамбули	64 байти (512 біти)
9. Довжина преамбули	64 біти (8 байт)

Використовуючи ці параметри, можна розрахувати максимальну продуктивність сегменту мережі Ethernet в таких одиницях як кількість переданих пакетів мін’єтної довжини в секунду (packets per second - PPS). Кількість пакетів, що обробляються Ethernet в одну секунду часто використовуються при оцінці продуктивності, наприклад, маршрутизаторів, які вносять додаткову затримку при обміні між вузлами. Тому цікаво і корисно оцінити чисто максимальну продуктивність сегмента Ethernet в ідеальному, коли на кабелі немає колізій і немає додаткових затримок. Оскільки пакет мін’єтної довжини разом з преамбулою складає 72 байти або 576 біт, то на його предачу витрачається 57,6 мкс. Якщо добавити міжкадровий інтервал 9,6 мкс, отримаємо, що період надходження мінімальних пакетів дорівнює 67,2 мкс, а це відповідає максимально можливій пропускній здатності мережі Ethernet 14880 PPS (для мережі в 10 Мбіт/с).

Формат кадрів технології Ethernet

Формат кадра МАС-рівня дає стандарт ІЕЕЕ 802.3, а формат LLC-рівня – ІЕЕЕ 802.2. Кадр рівня LLC вкладається в кадр МАС-рівня, тому за прийнятим стандартом в мережі Ethernet може використовуватись тільки єдиний варіант кадра анального рівня, утворений комбінаціями заголовків МАС і LLC-підрівня. На практиці існує 4 типи заголовків, які склались історично. Більшість мережних адаптерів, мостів і маршрутизаторів вміє працювати з усіма форматами кадрів. Заголовок кадра – це весь набір полів, які відносяться до анального рівня і цей стандарт ІЕЕЕ 802.3 визначає такі поля заголовків:

· Поле преабмули складається з 7 байт, кожний байт вміщує однакову інформацію (“10101010”). При манчестерському кодуванні ця комбінація представляється у фізичному середовищі періодичним хвильовим сигналом. Преамбула використовується для того, щоб дати та можливість трансівера перейти у стійку синхронізацію з тактовим сигналом, які приймаються.

· Початок-обмежувач складається з одного байту – “10101011”. Поява цієї комбінації є вказівкою на приймання кадру, яке має відбутися. Адреса отримувача може бути довжиною в 2 або 6 байтів. Це так звана MAC-адреса отримувача. Перший біт – ознака того, чи є адреса індивідуальною або груповою. Якщо 0 – це адреса певної станції, якщо 1 – це групова адреса декількох, можливо всіх, адрес мережі.

· При широкомовній адресації усі біти поля адреси встановлюються в 1. Загальноприйнятим є використання 6-ти байтових адрес. Адреса відправника – це 2-х або 6-ти байтове поле, яке вміщує поле адреси відправника. Поле довжини – двобайтне і визначає довжину поля даних в кадрі. Поле даних може становити від 0 до 1500 байт, але якщо довжина поля менша 46 байт, то використовуються поле заповнення. Поле заповнення складається з такої кількості байтів, яке забезпечує мінімальну довжину поля даних – 46 байт. Це забезпечує коректну роботу механізму виявлення колізій. А якщо довжина поля достатня – поле доповнення відсутнє.

· Поле контрольної суми (4 байта) вміщують значення, яке обчислюється за певним алгоритмом - так званий поліном CRC-32. Цей поліном дозволяє виявити помилки. Після отримання кадра, робоча станція виконує власне обчислення, потім виконуються порівняння і визначається, чи був створений код, чи не був.

Архітектура і типова реалізація локальної мережі Ethernet

Фізичні специфікації технології Ethernet

Технологія 10Base 5

Використовується коаксіальний кабель в якості фізичного середовища діаметром 0,5” (товстий). Хвильовий опір – 50 Ом. Максимальна довжина 1 сегмента мережі – 500м без повторювачів.

Технологія 10 Base 2

Фізичне середовище коаксіальний кабель 0,2” (тонкий). Хвильовий опір – 50 Ом. Максимальна довжина 1 сегмента без повторювачів – 180м.

Технологія 10 Base T

Фізичне середовище – скручена пара (UTP). Утворюється зіркова типологія між концентратором і кінцевим вузлом – не більше 100м.

Технологія 10 Base F

Фізичне середовище – волоконнооптичний кабель. Типологія аналогічна 10 Base Т. Максимальна довжина 1 сегмента – до 2000м, є декілька різновидів цієї технології.

(Розшифровка 10 – 10 Мбіт/с; Base – передавання ведеться на одній несучій частоті (10). Якщо використовується декілька несучих частот, то тоді має місце широкополосна передача (broad band).

Технологія 10 Base 5

Трансівер встановлюється безпосередньо на кабелі і живиться від мережного адаптера комп’ютера. До одного кабелю підключається не більше 100 трансіверів скручених пар кабелю AUI.

Функції трансівера:

1. Приймання та передавання даних з кабелю на кабель.

2. Визначення колізій.

3. Електрична розв’язка між кабелем і іншою частиною адаптера.

4. Захист кабелю від некоректної роботи адаптера.

5. Контроль балакучості (Jabber control).

При виникненні несправностей в адаптері може виникнути ситуація коли на кабель буде неперервно передаватися послідовність випадкових сигналів. В результаті робота мережі буде заблокована одним не справленим адаптером. Щоб цьому запобігти на виході передавача ставиться пристрій, який перевіряє кількість бітів переданих пакетів. Якщо максимальна довжина пакета переведена , то ця схема від’єднує вихід передавача від кабелю.

Структурна схема трансівером така:

Детектор колізій визначає наявність колізій в кабелі слідкуючи за підвищенням рівнем постійної складової сигналів. Якщо постійна складова перевищує певний поріг, то це означає , що на кабель працює більш ніж 1 передавач.

Преваги:

1. хороша захищеність кабеля від зовнішніх факторів.

2. Досить велика відстань між вузлами. Не менше 2,5м між двома робочими станціями.

3. Можливість досить вільного переміщення станцій в межах кабелю AUI. (не більше 500м).

Недоліки:

1. Висока вартість кабелю.

2. Складність прокладки кабелю.

3. Необхідність спеціального інструмента ля прокладки кабелю.

4. При пошкоджені кабелю зупиняється вся мережа.

5. Необхідно заздалегідь забезпечити підводку кабелю до всіх робочих місць.

Ця технологія є „Відмираючою”

Технологія 10Base 2

Трансівер знаходиться безпосередньо на платі адаптера. В одному сегменті знаходиться до 30 станцій. Кабель під’єднано безпосередньо до мереженого адаптера і це робить ускладнено заміну позицій відносно кабелю.

Недоліки:

1. Багато механічних з’єднань.

2. Кожний користувач має доступ до роз’ємів.

3. Треба створювати запас кабелю при формуванні мережі.

Загальний недолік цих двох технологій – відсутність оперативної інформації про стан моно аналу. Для цього існує спеціальний пристрій кабельний тестер , який дозволяє виявити несправності в цій системі. Мінімальна відстань між станціями – 1м.

Технологія 10 Base Т

Було прийнято в 1990р. Основою побудови мережі стандарту 10Base T є концентратор або Hub. Блок-схема концентратора така:

В цій технології кабель (фізичне середовище) – це подвійна неекранована скручена пара UTP. Станція (PC) з’єднується за допомогою багатопортового повторювача або концентратора. Одна пара провідника використовується для передачі даних від станції до повторювача, другапара навпаки. Концентратор виконує функції повторювача сигналів – підсилення за потужністю на всіх відрізках скручених пар під’днуються до його портів. Так, що утворюється єдине середовище передевання даних – моноанал, або фізичне кільце моноаналу.

Повторювач виявляє колізію в сегменті у випадку одночасної передачі сигналу по декільком своїм Rx входам і посилає Jamp послідовності на всі свої Tx виходи. Максимальна відстань відрізка скрученої пари між двома безпосредніми своїми вузлами не більше 100м. при використанні скрученої пари не нище категорії 3.

При створені мережі концентратори можна з’єднувати в дерево:

В загальному випадку має місце првило 4-ох хабів. Із врахуванням кожної можливої довжини 4-ох сегментів можна визначити коректність мережі.

Преваги:

1. Дешевий кабель який легко прокладається.

2. спільний фізичний кабель розподіляється на окремі кабельні відрізки. Ці відрізки утворюють спільний домен колізій. Їх фізичний розпоіл дозволяє контролювати їх стан і при небхідності відключити. Це значно спрощує експлуатацію великих мереж Ethernet.

3. Концентратор автоматично виконує функції контролю за доменом колізій . 10Base Т – найбільш розповсюджена мережа.

Технологія 10Base F

Середовище передачі даних - оптоволокно. Функціонально складається з таких самих елементів, що і 10Base T. Тобто мережеві адаптери, концентратори, відрізки кабеля для з’єднання адаптера з портом повторювачів.

Використовується 2 типи оптоволокна. В цій технології є декілька повторювачів.

Base F

Найбільш старий із них є: FOIRL (Fiber Optic Inter Repeated Link). Він гарантує довжину між вузлами до 1км. при загальній довжині – 2.5 км.