Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (PDF) (1130118), страница 56
Текст из файла (страница 56)
В каждом кадре содержится заголовок, поле данных и концевик. Структура кадра показана на рис. 3.1.Управление кадрами — это основа деятельности уровня передачи данных. В следующих разделах мы более подробно изучим обозначенные выше вопросы.ОтправительПолучательПакетПакетiКадр>гЗаголовокПоле данныхКонцевикЗаголовокПоле данныхКонцевикГРис. 3 . 1 . Взаимодействие между пакетами и кадрамиХотя эта глава и посвящена детальному рассмотрению уровня передачи данных и соответствующих протоколов, многие вопросы, обсуждаемые здесь, такиекак контроль ошибок и контроль потока, относятся также к транспортным и другимпротоколам.
На самом деле, во многих сетях эти функции являются прерогативой верхних уровней и вообще не относятся к уровню передачи данных. С другойстороны, не так уж это важно, потому что основные принципы все равно остаются неизменными. Аргументом в пользу рассмотрения их именно в свете уровняпередачи данных является то, что здесь они предстают в наиболее простой форме и их легко показать в деталях.Ключевые аспекты организации уровня передачи данныхГлава 3Уровень передачи данных• Ключевые аспекты организации уровня передачи данных• Обнаружение и исправление ошибок• Элементарные протоколы передачи данных• Протоколы скользящего окна• Верификация протоколов• Примеры протоколов передачи данных• Резюме• ВопросыВ этой главе мы рассмотрим принципы построения уровня 2 — уровня передачиданных (иногда его называют также канальным уровнем). Мы обсудим алгоритмы,обеспечивающие надежную эффективную связь между двумя компьютерами.
Мыбудем рассматривать две машины, физически связанные каналом связи, действующим подобно проводу (например, коаксиальным кабелем или телефонной линией). Основное свойство канала, которое делает его подобным проводу, заключается в том, что биты принимаются точно в том же порядке, в каком передаются.На первый взгляд может показаться, что данная проблема настолько проста,что и изучать тут нечего, — машина А просто посылает биты в канал, а машина Вих оттуда извлекает. К сожалению, в каналах связи иногда случаются ошибкипри передаче данных.
Кроме того, скорость передачи данных ограничена, а времяраспространения сигнала отлично от нуля. Все эти ограничения оказывают серьезное влияние на эффективность передачи данных. Использующиеся для связипротоколы должны учитывать все эти факторы. Данным протоколам и посвящена эта глава.После знакомства с ключевыми аспектами устройства уровня передачи данных мы изучим его протоколы, рассмотрев природу ошибок, их причины, мето-223ды их обнаружения и исправления.
Затем мы обсудим ряд протоколов, начинаяс простых и далее рассматривая все более сложные протоколы. Каждый следующий протокол будет решать все более сложные проблемы уровня передачи данных. Наконец, мы рассмотрим вопросы моделирования и верификации протоколов и приведем несколько примеров протоколов передачи данных.Ключевые аспекты организации уровняпередачи данныхУровень передачи данных должен выполнять ряд специфических функций.
К нимотносятся:• обеспечение строго очерченного служебного интерфейса для сетевогоуровня;• обработка ошибок передачи данных;• управление потоком данных, исключающее затопление медленных приемников быстрыми передатчиками.Для этих целей канальный уровень берет пакеты, полученные с сетевого уровня, и вставляет их в специальные кадры для передачи. В каждом кадре содержится заголовок, поле данных и концевик.
Структура кадра показана на рис. 3.1.Управление кадрами — это основа деятельности уровня передачи данных. В следующих разделах мы более подробно изучим обозначенные выше вопросы.ОтправительПолучательПакетПакетКадрчгЗаголовокПоле данныхКонцевикtЗаголовокПоле данныхКонцевикJРис. 3 . 1 . Взаимодействие между пакетами и кадрамиХотя эта глава и посвящена детальному рассмотрению уровня передачи данных и соответствующих протоколов, многие вопросы, обсуждаемые здесь, такиекак контроль ошибок и контроль потока, относятся также к транспортным и другимпротоколам. На самом деле, во многих сетях эти функции являются прерогативой верхних уровней и вообще не относятся к уровню передачи данных.
С другойстороны, не так уж это важно, потому что основные принципы все равно остаются неизменными. Аргументом в пользу рассмотрения их именно в свете уровняпередачи данных является то, что здесь они предстают в наиболее простой форме и их легко показать в деталях.224Ключевые аспекты организации уровня передачи данныхГлава 3. Уровень передачи данныхСервисы, предоставляемые сетевому уровнюЗадача уровня передачи данных заключается в предоставлении сервисов сетевому уровню.
Основным сервисом является передача данных от сетевого уровня передающей машины сетевому уровню принимающей машины. На передающей машине работает некая сущность, или процесс, который передает биты с сетевогоуровня на уровень передачи данных для передачи их по назначению. Работа уровня передачи данных заключается в передаче этих битов на принимающую машину так, чтобы они могли быть переданы сетевому уровню принимающей машины,как показано на рис. 3.2, а. В действительности данные передаются по пути, показанному на рис. 3.2, б, однако проще представлять себе два уровня передачи данных, связывающихся друг с другом при помощи протокола передачи данных. Поэтой причине на протяжении этой главы будет использоваться модель, изображенная на рис.
3.2, а.Хост1Хост 2Хост 2Хост1s431i2о ^1IРис. 3.2. Виртуальное соединение (а); реальное соединение (б)Уровень передачи данных может предоставлять различные сервисы. Их набор может быть разным в разных системах. Обычно возможны следующие варианты.1. Сервис без подтверждений, без установки соединения.2. Сервис с подтверждениями, без установки соединения.3. Сервис с подтверждениями, ориентированная на соединение.Рассмотрим эти варианты по очереди.Сервис без подтверждений и без установки соединения заключается в том,что передающая машина посылает независимые кадры принимающей машине,225а принимающая машина не посылает подтверждений о приеме кадров.
Никакиесоединения заранее не устанавливаются и не разрываются после передачи кадров. Если какой-либо кадр теряется из-за шума в линии, то на уровне передачиданных не предпринимается никаких попыток восстановить его. Данный класссервисов приемлем при очень низком уровне ошибок.
В этом случае вопросы,связанные с восстановлением потерянных при передаче данных, могут быть оставлены верхним уровням. Он также применяется в линиях связи реального времени, таких как передача речи, в которых лучше получить искаженные данные,чем получить их с большой задержкой. Сервис без подтверждений и без установки соединения используется в уровне передачи данных в большинстве локальных сетей.Следующим шагом в сторону повышения надежности является сервис с подтверждениями, без установки соединения. При его использовании соединение также не устанавливается, но получение каждого кадра подтверждается. Таким образом, отправитель знает, дошел ли кадр до пункта назначения в целости.
Если втечение установленного интервала времени подтверждения не поступает, кадрпосылается снова. Такая служба полезна в случае использования каналов с большой вероятностью ошибок, например, в беспроводных системах.Вероятно, следует отметить, что предоставление подтверждений является скорее оптимизацией, чем требованием. Сетевой уровень всегда может послать пакет и ожидать подтверждения его доставки. Если за установленный период времени подтверждение не будет получено отправителем, сообщение может бытьвыслано еще раз. Проблема при использовании данной стратегии заключается втом, что кадры обычно имеют жесткое ограничение максимальной длины, связанное с аппаратными требованиями.
Пакеты сетевого уровня таких ограничений не имеют. Таким образом, если среднее сообщение разбивается на 10 кадрови 20 % из них теряется по дороге, то передача сообщения таким методом можетзанять очень много времени. Если подтверждать получение отдельных кадров и вслучае ошибки посылать их повторно, передача всего сообщения займет гораздоменьше времени. В таких надежных каналах, как, например, оптоволоконный кабель, накладные расходы на подтверждения на уровне передачи данных толькоснизят пропускную способность канала, однако для беспроводной связи такиерасходы окупятся и уменьшат время передачи длинных сообщений.Наиболее сложным сервисом, который может предоставлять уровень передачи данных, является ориентированная на соединение служба с подтверждениями. При использовании данного метода источник и приемник, прежде чем передать друг другу данные, устанавливают соединение.
Каждый посылаемый кадрнумеруется, а канальный уровень гарантирует, что каждый посланный кадр действительно принят на другой стороне канала связи. Кроме того, гарантируется,что каждый кадр был принят всего один раз и что все кадры были получены вправильном порядке. В службе без установления соединения, напротив, возможно, что при потере подтверждения один и тот же кадр будет послан несколькораз и, следовательно, несколько раз получен. Ориентированный на соединениесервис предоставляет процессам сетевого уровня эквивалент надежного потокабитов.2 2 6 Глава 3. Уровень передачи данныхПри использовании ориентированного на соединение сервиса передача данных состоит из трех различных фаз. В первой фазе устанавливается соединение,при этом обе стороны инициализируют переменные и счетчики, необходимые дляслежения за тем, какие кадры уже приняты, а какие — еще нет.
Во второй фазепередаются кадры данных. Наконец, в третьей фазе соединение разрываетсяи при этом освобождаются все переменные, буферы и прочие ресурсы, использовавшиеся во время соединения.Рассмотрим типичный пример: глобальная сеть, состоящая из маршрутизаторов, соединенных от узла к узлу выделенными телефонными линиями.
Когда кадрприбывает на маршрутизатор, аппаратура проверяет его на наличие ошибок (с помощью метода, который мы изучим чуть позднее) и передает кадр программномуобеспечению уровня передачи данных (которое может быть внедрено в микросхему сетевой карты). Программа уровня передачи данных проверяет, тот ли этокадр, который ожидался, и если да, то передает пакет, хранящийся в поле полезной нагрузки кадра, программе маршрутизации. Программа маршрутизации выбирает нужную выходящую линию и передает пакет обратно программе уровняпередачи данных, который передает его дальше по сети.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
