Типи мережевих з'єднань і класи транспортних протоколів

Для одержання оптимального набору транспортних послуг стандартним протоколом визначено три типи (А, В, С) мережевих з'єднань і п'ять класів (0, 1, 2, 3, 4) транспортного протоколу. Залежно від характеристик конкретної мережі передачі даних визначається тип мережевого з'єднання, який вона задовольняє. Потім, з урахуванням необхідного рівня якості передачі, вибирається необхідний клас транспортного протоколу.

Розглянемо докладніше співвідношення типів мережевих з'єднань і класів транспортних протоколів. Так тип А визначає мережеве з'єднання з прийнятним рівнем помилок і припустимою частотою збоїв, про появу яких повідомляється транспортній службі. Вважається, що пакети не втрачаються і не порушується порядок їх проходження. У цьому випадку на транспортному рівні зникає необхідність передбачення відновлення збоїв, інформування про втрату даних, відновлення послідовності тощо.

Мережеві з'єднання типу В визначаються як з'єднання з прийнятним рівнем помилок, але неприйнятною частотою сигналізованих ушкоджень. У такому разі транспортний протокол сам має підтримувати режим відновлення при збоях.

Мережеві з'єднання типу С — це такі з'єднання, у яких частота збоїв неприйнятна для користувача транспортної послуги. Відтак транспортний протокол повинен мати можливість виявляти мережеві збої і відновлювати з'єднання, а також з’ясовувати порушення порядку проходження пакетів і відновлювати його.

Вибір класу визначається якістю обслуговування, яку потребує користувач транспортної послуги, а також нижчим мережевим з'єднанням (або з'єднаннями), що надає необхідні послуги.

Так клас 0 (ТР0) визначає найпростіший тип транспортного з'єднання, для якого сформований мінімум функцій. Для транспортного протоколу цього класу потрібно лише встановити просте транспортне з'єднання. При збоях він не передбачає відновлення транспортних з'єднань. Очікується, що мережеве з'єднання забезпечує прийнятний рівень помилок, а також припустиму частоту мережевих збоїв, про кожний з яких повідомляється на вищі рівні. Такі умови виконуються у рамках мережевого з'єднання типу А, на що і розрахований клас 0 транспортного з'єднання.

Клас 1 (ТР1) — це теж простий клас транспортного з'єднання, але на відміну від класу 0, він має можливості відновлення при збоях. Збої можуть відбуватися через низку причин, зокрема через роз'єднання або ушкодження мережі, а також у разі прийому блоку даних нерозпізнаного транспортного з'єднання.

Класи 2, 3 і 4 (ТР2, ТР3 і ТР4) — це складніші класи, що надають послуги з підвищеною надійністю мережевого з'єднання.

Послуги транспортного рівня реалізуються за допомогою спеціальних керуючих процедур і примітивів. Примітивами називається абстрактне уявлення взаємодій через точки доступу послуг, які вказують на те, що між користувачем і постачальником послуги передається інформація. Користувач транспортної послуги і транспортний об'єкт знаходяться на одному рівні і взаємодіють між собою шляхом обміну примітивами транспортних послуг. У свою чергу транспортний об'єкт і постачальник мережевої послуги взаємодіють шляхом обміну примітивами мережевих послуг через міжрівневий інтерфейс.

Транспортний протокол не регламентує, як повинні реалізовуватися примітиви, — визначається лише їхній склад і виконувані функції. Виділяється чотири типи примітивів: запит, ознака, відповідь і підтвердження.

Необхідний рівень надійності передачі забезпечується низкою транспортних функцій, основними з яких є:

· створення з'єднань між портами процесів (самі порти створюються на сеансовому рівні);

· передача повідомлень через установлені з'єднання;

· виявлення збоїв і відновлення;

· виявлення і вилучення дублікатів пакетів;

· упорядкування передачі пакетів (при дейтаграмній передачі);

· фрагментація — розбивка повідомлень на пакети оптимальної довжини;

· керування потоками і буферизація інформації;

· синхронізація передачі інформації (наприклад, при передачі мови);

· організація пріоритетних передач пакетів;

· захист передачі даних;

· ініціалізація і відновлення із стану відмови.

Мабуть, найважливіша проблема, що розв'язується на транспортному рівні, пов'язана з організацією режиму обміну, який забезпечує надійну передачу повідомлень. Це досягається завдяки використанню ефективних процедур виявлення збоїв при передачі даних.

Порівняно з канальним і мережевим рівнем, передача даних між двома транспортними станціями триває більше часу. У зв'язку з цим не можна обмежитися використанням простих механізмів підтвердження, застосовуваних у «старт-стопних» протоколах. Необхідно ввести ще один параметр — «тайм-аут», який визначає допустимий час очікування підтвердження відправленого пакета. У цьому випадку при передачі кожного інформаційного пакета запускається таймер. Якщо до завершення тайм-ауту не отримано позитивне підтвердження прийому, то пакет передається повторно. Відповідно до обраного протоколу ця процедура повторюється певне число разів, і у випадку негативного результату транспортне з'єднання може бути перерване з відповідним повідомленням про це користувачів.

Величина тайм-ауту впливає на ефективність функціонування транспортного протоколу, а отже, і мережі в цілому. Дійсно, короткий інтервал тайм-ауту збільшує ймовірність повторної передачі інформаційних пакетів, тому що деякі пакети з тих або інших причин затримуються у мережі передачі даних. Збільшення ж тайм-ауту призводить до значних затримок передачі при втраті пакетів. В ідеальному випадку величина тайм-ауту повинна бути достатньою для одержання підтвердження при нормальних умовах роботи мережі.

Інколи, наприклад, при повторній передачі пакетів або при певному способі маршрутизації (лавинне заповнення пакетів), у мережі можуть виникати дублікати пакетів. Тому повинні реалізовуватися засоби виявлення і вилучення дублікатів пакетів. Ця операція також виконується на транспортному рівні. Приймальна абонентська система порівнює номер пакету, що надійшов, з номерами раніше прийнятих пакетів. Якщо номер пакету виявляється новим, то його значення заноситься до списку пакетів, що надійшли, інакше пакет знищується.

Теоретично номери пакетів повинні бути різними впродовж усього часу функціонування мережі, проте це не завжди виправдано. У більшості випадків достатньо циклічно перенумерувати пакети. Циклічна нумерація вимагає менше, порівняно з довільною, пам'яті для збереження адрес отриманих пакетів і дозволяє контролювати порядок їх надходження. Крім того, у такому разі спрощується реалізація механізму вікна змінного розміру для підтвердження прийнятих пакетів.

Відповідно до рекомендації Міжнародної організації стандартів (ISO), примітиви транспортного рівня поділяються на п'ять груп (табл. 10.2).

Таким чином, транспортні послуги поділяються на послуги, необхідні для керування з'єднанням, і послуги, необхідні для передачі даних. Послуги з керування з'єднанням використовуються для організації сеансів обміну між процесами, що знаходяться у різних абонентських системах. Цей вид послуг включає послуги, необхідні для організації логічного з'єднання, завершення сеансу зв'язку або роз'єднання.

Послуги передачі даних забезпечують певні вимоги користувачів і необхідний режим передачі інформації. Зокрема, вони надають можливість як звичайної, так і термінової передачі інформації. Передбачається також можливість вибору режиму передачі без з'єднання, що дозволяє передавати одиничні блоки даних.

Таблиця 10.2. Група примітивів транспортного рівня

Вимоги користувача до пропускної здатності, затримки при передачі, надійності, пріоритетності з'єднання визначають параметри якості обслуговування. Транспортний протокол передає ці параметри у блоці даних «запит з'єднання» до рівноправного транспортного об'єкта на боці одержувача, що є частиною процесу «переговорів». Транспортний протокол використовує ці параметри для визначення необхідних мережевих послуг (типу мережевого з'єднання), вибору одного з п'яти класів транспортних послуг, розміру простору, необхідного для запису порядкових номерів, вибору необхідного транспортного рівня, перевірної суми тощо. Параметри якості обслуговування, у свою чергу, передаються мережевим послугам.

Вимоги користувача до пропускної здатності передаються у вигляді середніх і максимальних значень параметра для кожного напрямку передачі.

За допомогою параметра надійності задається значення прийнятного рівня невиявлених помилок (включаючи помилки, що виникають унаслідок порушення структури, дублювання або втрати даних). Вибір пріоритету впливає на розподіл ресурсів накопичувачів, застосовувану стратегію передачі, розподіл ресурсів з'єднання.

При організації транспортного з'єднання початковий рівень якості обслуговування може бути знижений (зменшена пропускна спроможність, збільшена затримка, підвищена частота помилок, знижений пріоритет) постачальником транспортної послуги або користувачем транспортної послуги. Підвищення якості обслуговування транспортним протоколом не допускається.

Для відмови від з'єднання або одностороннього завершення існуючого з'єднання може бути використана послуга звільнення транспортного з'єднання.

Якщо з'єднання успішно встановлене, то транспортний протокол переходить до фази передачі даних. Природно, ця фаза може бути перервана у будь-який момент часу шляхом звернення до примітивів роз'єднання.

Роз'єднання може наступити з різних причин: завершення передачі даних, неможливість доставки даних, вичерпання ресурсів тощо. Примітив запиту від користувача сигналізує про завершення з'єднання. Завершення з'єднання постачальником послуги може відбутися з ряду причин, наприклад, через відсутність ресурсів або погіршення якості обслуговування.