Структура стандартов IEEE 802.X. Виды локальных сетей, протоколы HDLC, PPP

Стандарты IEEE 802.X охватывают два нижних уровня 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, имеют общие черты как для ЛВС, так и для ГВС.

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

– логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);

– управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Уровень LLC, действующий над уровнем МАС, отвечает за установление канала связи и за безошибочную посылку и прием сообщений с данными, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем.

Уровень МАС обеспечивает совместный доступ к физическому уровню, определение границ кадров, распознавание адресов назначения кадров. Этот уровень обеспечивает 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 более высокий уровень – уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг. Через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, приведенную на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Структура стандартов IEEE 802.X

Комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов:

802.1 – Internetworking - объединение сетей;

802.2 – LLC – управление логической передачей данных;

802.3 – Ethernet с методом доступа CSMA/CD;

802.4 – Token Bus LAN – локальные сети с методом доступа Token Bus;

802.5 – локальные сети с методом доступа Token Ring;

802.6 – Metropolitan Area Network, MAN – сети мегаполисов;

802.7 – консультационная группа по широкополосной передаче;

802,8 – техническая консультационная группа по ВОС;

802.9 – интегрированные сети передачи голоса и данных;

802.10 – Network Security – сетевая безопасность;

802.11 – Wireless Networks – беспроводные сети;

802.12 – Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN – локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.

Уровень 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.

Сеть Ethernet впервые была сконструирована в 70-х гг. доктором Робертом Меткалфом (Robert Metcalfe) как часть проекта "офиса будущего". В то время это была сеть со скоростью работы 3 Мбит/с. В 1980 г. сеть Ethernet была стандартизована консорциумом фирм DECIntelXerox (DIX) как сеть со скоростью 10 Мбит/с, а в 1985 г. Она была стандартизована 802м комитетом IEEE. С тех пор новая технология Ethernet наследует признаки базовой структуры исходной схемы Ethernet, предусматривающей логическую шинную топологию и метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). В различных типах Ethernet используются различные физические топологии (например, звездообразная или шинная) и различные типы кабелей (например, UTP, коаксиальный, оптоволоконный).

Имеется несколько различных типов Ethernet, которые описаны в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Некоторые типы сетей Ethernet и их описание

Token-Ring. Сети стандарта Token Ring используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс. Алгоритм доступа основан на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями – 4 и 16 Мбит/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая развитие технологии Token Ring. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют и усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры – посланный кадр всегда возвращается в станцию – отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора, который выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3с генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7с, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

Стандарт FDDI (оптоволоконный распределенный интерфейс данных) –ориентирован на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение оптоволоконного кабеля. При этом имеет преимущества помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Высокая скорость передачи позволяет решать задачи недоступные менее скоростным сетям (передачу изображений в реальном масштабе времени). Оптоволоконный кабель решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом низкий уровень ошибок. За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа. Кольцевая топология. В сети применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, один из которых обычно находится в резерве, однако такое решение позволяет использовать и полнодуплексную передачу информации (одновременно в двух направлениях) с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо (как в Token-Ring).

Для создания надежного механизма передачи данных между двумя станциями необходимо определить протокол, который позволит принимать и передавать различные данные по каналам связи.

HDLC (High-Level Data Link Control) – протокол высокоуровнего управления каналом передачи данных. Основные принципы работы протокола HDLC: режим логического соединения, контроль искаженных и потерянных кадров с помощью метода скользящего окна, управление потоком кадров с помощью команд RNR (приемник не готов) и RR (приемник готов).

Сегодня протокол HDLC на выделенных каналах вытеснил протокол «точка-точка», Point-to-Point Protocol, PPP. Дело в том, что одна из основных функций протокола HDLC – это восстановление искаженных и утерянных кадров. Однако сегодня популярны цифровые каналы, которые и без внешних процедур восстановления кадров обладают высоким качеством (величина BER составляет10^-8 – 10^-9). Для работы по такому каналу восстановительные функции протокола HDLC не нужны. При передаче по аналоговым выделенным каналам современные модемы сами применяют протоколы семейства HDLC. Поэтому использование HDLC на уровне маршрутизатора или моста становится неоправданным.

Протокол PPP стал фактическим стандартом для глобальных линий связи при соединении удаленных клиентов с серверами и для образования соединений между маршрутизаторами в корпоративной сети. При разработке протокола PPP за основу был взят формат кадров HDLC и дополнен собственными полями. Поля протокола PPP вложены в поле данных кадра HDLC.

Основное отличие РРР от других протоколов канального уровня состоит в том, что он добивается согласованной работы различных устройств с помощью переговорной процедуры, во время которой передаются различные параметры, такие как качество линии, протокол аутентификации и инкапсулируемые протоколы сетевого уровня. Переговорная процедура происходит во время установления соединения.

Протокол РРР основан на четырех принципах: переговорное принятие параметров соединения, многопротокольная поддержка, расширяемость протокола, независимость от глобальных служб.

Одной из возможностей протокола РРР является использование нескольких физических линий для образования одного логического канала, так называемый транкинг каналов (общий логический канал может состоять из каналов разной физической природы. Например, один канал может быть образован в телефонной сети, а другой может являться виртуальным коммутируемым каналов сети Frame relay). Эту возможность реализует дополнительный протокол, который носит название MLPPP (Multi Link РРР).

Основная литература: 5[353 – 372].

Дополнительная литература: 12[317 – 340].

Контрольные вопросы:

1. Какие два подуровня канального уровня вы знаете?

2. Какие виды сетей Ethernet знаете?

3. Какая топология у сети Token Ring?

4. Назовите топологию сети FDDI?

5. В чем отличие протоколов HDLC и РРР?