О компании Клиенты Контакты Новости
ТЕЛЕПОРТ | Системная интеграция | Псков
ПРОДУКЦИЯ КОМПАНИИ
БРЕНДЫ
РЕШЕНИЯ
УСЛУГИ
ЛИЦЕНЗИИ И СЕРТИФИКАТЫ
ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО
ВОПРОСЫ ТЕОРИИ
ПУБЛИКАЦИИ
КОНТАКТЫ

Поиск



Главная страница  > ВОПРОСЫ ТЕОРИИ > Базовые технологии локальных сетей

Базовые технологии локальных сетей

Стр.1  Стр.2  Стр.3  Стр.4  Стр.5  Стр.6  Стр.7  

Н. Олифер, В. Олифер, Центр Информационных Технологий

1. Протоколы локальных сетей

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Однако, для того, чтобы канальный уровень мог справиться с этой задачей, структура локальных сетей должна быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протокол канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них шине - отрезку коаксиального кабеля. Протокол Token Ring также рассчитан на вполне определенную конфигурацию связей между компьютерами - соединение в кольцо.

Подобный подход, заключающийся в использовании простых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, являлся следствием основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания, в вычислительную сеть. Решение должно было быть недорогим, потому что в сеть объединялись недорогие компьютеры - появившиеся и быстро распространившиеся тогда миникомпьютеры стоимостью в 10 000 - 20 000 долларов. Количество их в одной организации было небольшим, поэтому предел в несколько десятков (максимум - до сотни) компьютеров представлялся вполне достаточным для роста практически любой локальной сети.

Для упрощения и, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. Наиболее явным образом режим совместного использования кабеля проявляется в сетях Ethernet, где коаксиальный кабель физически представляет собой неделимый отрезок кабеля, общий для всех узлов сети. Но и в сетях Token Ring и FDDI, где каждая соседняя пара компьютеров соединена, казалось бы, своими индивидуальными отрезками кабеля, эти отрезки не могут использоваться компьютерами, которые непосредственно к ним подключены, в произвольный момент времени. Эти отрезки образуют кольцо, доступ к которому как к единому целому может быть получен только по вполне определенному алгоритму, в котором участвуют все компьютеры сети. Использование кольца как общего разделяемого ресурса упрощает алгоритмы передачи по нему кадров, так как в каждый конкретный момент времени кольцо используется только одним компьютером.

Такой подход позволяет упростить логику работы сети. Например, отпадает необходимость контроля переполнения узлов сети кадрами от многих станций, решивших одновременно обменяться информацией. В глобальных сетях, где отрезки кабелей, соединяющих отдельные узлы, не рассматриваются как общий ресурс, такая необходимость возникает, и для решения этой проблемы в алгоритмы обмена информацией вводятся весьма сложные процедуры, предотвращающие переполнение каналов связи и узлов сети.

Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и негативные стороны, из которых наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности. Наличие только одного пути передачи информации, разделяемого всеми узлами сети, в принципе ограничивало пропускную способность сети пропускной способностью этого пути (к тому же разделенной на число компьютеров сети), а надежность сети - надежностью этого пути. Поэтому по мере повышения популярности локальных сетей и расширения их сфер применения все больше стали применяться специальные коммуникационные устройства - мосты и маршрутизаторы - которые в значительной мере снимали ограничения единственной разделяемой среды передачи данных. Базовые конфигурации в форме общей шины и кольца превратились в элементарные структуры локальных сетей, которые можно теперь соединять друг с другом более сложным образом, образуя параллельные основные или резервные пути между узлами.

Тем не менее, внутри базовых структур по-прежнему работают все те же протоколы разделяемых единственных сред передачи данных, которые были разработаны более 15 лет назад. Это связано с тем, что хорошие скоростные и надежностные характеристики кабелей локальных сетей удовлетворяли в течение всех этих лет пользователей небольших компьютерных сетей, которые могли построить сеть без больших затрат только с помощью сетевых адаптеров и кабеля. К тому же колоссальная инсталляционная база оборудования и программного обеспечения для протоколов Ethernet и Token Ring способствовала тому, что сложился следующий подход - в пределах небольших сегментов используются старые протоколы в их неизменном виде, а объединение таких сегментов в общую сеть происходит с помощью дополнительного и достаточно сложного оборудования.

В последние несколько лет наметилось движение к отказу от использования в локальных сетях разделяемых сред передачи данных и переходу к обязательному использованию между станциями активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. В чистом виде такой подход предлагается в технологии ATM (Asynchronous Transfer Mode), а смешанный подход, сочетающий разделяемые и индивидуальные среды передачи данных, используется в технологиях, носящих традиционные названия с приставкой switching (коммутирующий): switching Ethernet, switching Token Ring, switching FDDI.

Но, несмотря на появление новых технологий, классические протоколы локальных сетей Ethernet и Token Ring по прогнозам специалистов будут повсеместно использоваться еще по крайней мере лет 5 - 10, в связи с чем знание их деталей необходимо для успешного применения современной коммуникационной аппаратуры.

2. Структура стандартов IEEE 802.1 - 802.5

В 1980 году в институте IEEE был организован "Комитет 802 по стандартизации локальных сетей", в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802.х, которые содержат рекомендации для проектирования нижних уровней локальных сетей. Позже результаты его работы легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring. (Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальных сетей принимали участие и другие организации. Так для сетей, работающих на оптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мб/с. Работы по стандартизации протоколов ведутся также ассоциацией ECMA (European Computer Manufacturers Association), которой приняты стандарты ECMA-80, 81, 82 для локальной сети типа Ethernet и впоследствии стандарты ECMA-89, 90 по методу передачи маркера.)

Стандарты семейства IEEE 802.x охватывают только два нижних уровня семиуровней модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей нашла также свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня:

  • подуровень управления доступом к среде (Media Access Control, MAC)
  • подуровень логической передачи данных (Logical Link Control, LLC).

MAC-уровень появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того, как доступ к среде получен, ею может пользоваться следующий подуровень, организующий надежную передачу логических единиц данных - кадров информации. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов MAC-уровня, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий как Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров данных между узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Для уровня LLC также существует несколько вариантов протоколов, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол MAC-уровня может применяться с любым типом протокола LLC-уровня и наоборот.

Стандарт IEEE 802 содержит несколько разделов:

  • В разделе 802.1 приводятся основные понятия и определения, общие характеристики и требования к локальным сетям.
  • Раздел 802.2 определяет подуровень управления логическим каналом LLC.
  • Разделы 802.3 - 802.5 регламентируют спецификации различных протоколов подуровня доступа к среде MAC и их связь с уровнем LLC:
    • стандарт 802.3 описывает коллективный доступ с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов (Carrier sense multiple access with collision detection - CSMA/CD), прототипом которого является метод доступа стандарта Ethernet;
    • стандарт 802.4 определяет метод доступа к шине с передачей маркера (Token bus network), прототип - ArcNet;
    • стандарт 802.5 описывает метод доступа к кольцу с передачей маркера (Token ring network), прототип - Token Ring.

Для каждого из этих стандартов определены спецификации физического уровня, определяющие среду передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель), ее параметры, а также методы кодирования информации для передачи по данной среде.

Все методы доступа используют протоколы уровня управления логическим каналом LLC, описанным в стандарте 802.2.

3. Протокол LLC уровня управления логическим каналом

В основу протокола LLC положен протокол HDLC (High-level Data Link Control Procedure), широко использующийся в территориальных сетях.

3.1. Три типа процедур уровня LLC

В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:

  • LLC1 - сервис без установления соединения и без подтверждения;
  • LLC2 - сервис с установлением соединения и подтверждением;
  • LLC3 - сервис без установления соединения, но с подтверждением.

Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде, определенных стандартами 802.3-802.5.

Сервис без установления соединения и без подтверждения LLC1 дает пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек. Обычно, этот вид сервиса используется тогда, когда такие функции как восстановление данных после ошибок и упорядочивание данных выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC.

Сервис с установлением соединений и с подтверждением LLC2 дает пользователю возможность установить логическое соединение перед началом передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока этих блоков в рамках установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам семейства HDLC (LAP-B, LAP-D, LAP-M), которые применяются в глобальных сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях.

В некоторых случаях (например, при использовании сетей в системах реального времени, управляющих промышленными объектами), когда временные издержки установления логического соединения перед отправкой данных неприемлемы, а подтверждение корректности приема переданных данных необходимо, базовый сервис без установления соединения и без подтверждения не подходит. Для таких случаев предусмотрен дополнительный сервис, называемый сервисом без установления соединения, но с подтверждением LLC3.

Чаще всего в локальных сетях используются протоколы LLC1. Это объясняется тем, что кабельные каналы локальных сетей обеспечивают низкую вероятность искажений бит и потери кадров. Поэтому, использование повышающего надежность обмена протокола LLC2 часто приводит к неоправданной избыточности, только замедляющей общую пропускную способность стека коммуникационных протоколов. Тем не менее, иногда протокол LLC2 применяется и в локальных сетях. Так, этот протокол используется стеком SNA в том случае, когда мэйнфремы или миникомпьютеры IBM взаимодействуют через сети Token Ring. Протокол LLC2 используется также компанией Hewlett-Packard в том случае, когда принтеры подключается к сети Ethernet непосредственно, с помощью встроенных сетевых адаптеров.

3.2. Структура кадров LLC

По своему назначению все кадры уровня LLC (называемые в стандарте 802.2 блоками данных - Protocol Data Unit, PDU) подразделяются на три типа - информационные, управляющие и ненумерованные:

  • Информационные кадры предназначены для передачи информации в процедурах с установлением логического соединения и должны обязательно содержать поле информации. В процессе передачи информационных блоков осуществляется их нумерация в режиме скользящего окна.
  • Управляющие кадры предназначены для передачи команд и ответов в процедурах с установлением логического соединения, в том числе запросов на повторную передачу искаженных информационных блоков.
  • Ненумерованные кадры предназначены для передачи ненумерованных команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления логического соединения передачу информации, идентификацию и тестирование LLC-уровня, а в процедурах с установлением логического соединения - установление и разъединение логического соединения, а также информирование об ошибках.

Все типы кадров уровня LLC имеют единый формат (рис. 1). Они содержат четыре поля:

  • адрес точки входа сервиса назначения (Destination Service Access Point, DSAP),
  • адрес точки входа сервиса источника (Source Service Access Point, SSAP),
  • управляющее поле (Control)
  • поле данных (Data)

Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями "Флаг", имеющими значение 01111110. Флаги используются на MAC-уровне для определения границ блока. (Отметим, что формат кадров LLC, за исключением поля адреса точки входа сервиса источника, соответствует формату кадра HDLC, а также одного из вариантов протокола HDLC - протокола LAP-B, используемого в сетях X.25).

Флаг (01111110) Адрес точки входа сервиса назначения DSAPАдрес точки входа сервиса источника SSAPУправляющее поле ControlДанные Data Флаг (01111110)

рис. 1. Структура LLC-кадра стандарта 802-2

Поле данных кадра LLC предназначено для передачи по сети пакетов протоколов верхних уровней - IP, IPX, AppleTalk, DECnet, в редких случаях - прикладных протоколов, когда те не пользуются сетевыми протоколами, а вкладывают свои сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.

Поле управления (один байт) используется для обозначения типа кадра данных - информационный, управляющий или ненумерованный. Кроме этого, в этом поле указываются порядковые номера отправленных и успешно принятых кадров, если подуровень LLC работает по процедуре LLC2 с установлением соединения. Формат поля управления полностью совпадает с форматом поля управления кадра LAP-B.

Поля DSAP и SSAP позволяют указать, какой сервис верхнего уровня пересылает данные с помощью этого кадра. Программному обеспечению узлов сети при получении кадров канального уровня необходимо распознать, какой протокол вложил свой пакет в поле данных поступившего кадра, для того, чтобы передать извлеченный из кадра пакет нужному протоколу для последующей обработки. Например, в качестве значения DSAP и SSAP может выступать код протокола IPX или же код протокола покрывающего дерева Spanning Tree.

3.3. Заголовок SNAP

Между заголовком LLC и полем данных LLC может использоваться дополнительный заголовок, называемый заголовком SNAP (Sub-Area Access Protocol). Дополнительный заголовок SNAP используется для придания большей упорядоченности при указании типа протокола, который помещает свою информацию в поле данных кадра LLC.

Стандарт 802.2 использует для этой цели однобайтовые поля DSAP и SSAP, в то время как ранняя версия протокола Ethernet, предложенная совместно компаниями Digital, Intel и Xerox (так называемая, версия Ethernet DIX), использовала для этой цели двухбайтовое поле Type, для которого в качестве стандарта де-факто применялись двухбайтовые коды протоколов сетевого уровня, например, 0800 - для протокола IP и т.п.

Заголовок SNAP также содержит двухбайтовое поле Type, назначение и формат которого совпадает по назначению с полем Type кадра Ethernet DIX. Трехбайтовый код организации (OUI) используется для указания той организации по стандартизации, которая отвечает за числовые значения поля Type. Так, числовые значения поля Type для заголовка SNAP в случае использования его в кадрах Ethernet определяет комитет 802.3 IEEE, код которого равен 00 00 00.

Для других протоколов канального уровня значения кодов поля Type определяют другие организации по стандартизации. Таким образом, при использовании дополнительного заголовка SNAP достигается совместимость кадров 802.3 с кадрами Ethernet DIX по способу кодирования пакетов протоколов верхнего уровня, переносимых в поле данных. В поля DSAP и SSAP при использовании заголовка SNAP помещаются значения 170 (десятичное), которые говорят о том, что в поле данных кадра LLC вложен заголовок SNAP.

3.4. Временная диаграмма сервисов протокола LLC

На рисунке 2 показана временная диаграмма сервисов, предоставляемых уровнем LLC для старших уровней. Все примитивы, изображенные на рисунке, имеют такие параметры, как адреса отправителя и получателя.

При использовании сервиса без установления соединения и без подтверждения протокол LLC, получив запрос от пользователя (примитив L.DATA.request) на передачу данных, делает попытку послать данные, сопровождающие запрос, используя МАС-подуровень. В этом случае отсутствует подтверждение того, прошла ли передача успешно или нет. В этом варианте функции уровня LLC сведены к минимуму - он используется только как интерфейс старших уровней к MAC-уровню. При использовании этого типа сервиса используются только ненумерованные блоки.

При использовании сервиса без установления соединения, но с подтверждением, пользователь оповещается об успешности или не успешности передачи данных (примитив L.DATA_ACK_STATUS.indication).

При использовании сервиса с получением ответа используются следующие примитивы:

  • Запрос содержимого буфера сообщения, управляемого протоколом LLC удаленного пользователя: L.REPLY.request и L.REPLY_STATUS.indication;
  • Обновление содержимого буфера сообщения, управляемого протоколом LLC локального пользователя: L.REPLY_UPDATE.request и L.REPLY_UPDATE_STATUS.indication.

При использовании сервиса с установлением соединения перед отправкой любых данных должно быть установлено логическое соединение посредством выполнения примитива L.CONNECT. После того, как в рамках этого соединения будут переданы все данные, соединение должно быть разорвано с использованием примитива L.DISCONNECT.

Во время фазы передачи данных прием каждого свободного от ошибок блока данных подтверждается удаленным протоколом LLC. Это подтверждение преобразуется локальным протоколом LLC в примитив L.DATA_CONNECT.confirm и передается пользователю.

ДАЛЕЕ >>



Copyright © TELEPORT, 2004
г.Псков, Крестовское шоссе, д.1а, оф.305, 3 этаж
postmaster@teleport-pskov.ru
Официальная поддержка
продуктов производства
Nortel Networks
Официальный аккредитованный
представитель ЗАО «БЕЛТЕЛ»
на территории Псковской области
InformProject.com Создание сайта -
студия «InformProject»