Вопрос 119. Алгоритмическая структура вычислительных сетей. Назначение протоколов соответствующих уровней.

Алгоритмическая структура определяет набор протоколов, используемых в рамках данной сети.

Международная организация по стандартизации разработала семиуровневую модель взаимодействия открытых систем OSI.

Данная модель определяет 7 уровней протоколов, которые могут использоваться в любой сети. Реальное количество протоколов определяется типом сети.

	Прикладной
	Представления
	Сеансовый
	Транспортный
	Сетевой
	Канальный
	Физический

Физический – обеспечивает интерфейс между абонентом и физической средой.

Канальный – обеспечивает передачу блоков информации между абонентами. Эти блоки информации называют кадрами.

Сетевой – обеспечивает функции маршрутизации передаваемой информации между абонентами, при наличии в сети альтернативных каналов передачи информации.

Транспортный – реализует взаимодействие процессов подключенных абонентов и обеспечивает сквозное управление движением пакетов между этими процессами.

Сеансовый – обеспечивает диалог между процессами определенного типа, а также организует взаимодействие между несколькими процессами одновременно.

Представления данных – осуществляет интерпретацию передаваемых во время сеанса передачи данных, то есть осуществляется преобразование форматов, кодирование, декодирование и другие преобразования информации.

Прикладной – определяет набор функций (сервис) предоставляемых пользователю сети (работа с файлами, БД, электронная почта).

 

Вопрос 120. Стандарты комитета IEEE в области локальных вычислительных се­тей. Протоколы IEEE 802.3, IEEE 802.4, IEEE 802.5.

С учетом особенностей ЛС, которая связана с использованием моноканала, подкомитет IEEE разработал эталонную модель для двух нижних уровней ЛС. Данная модель использует дополнительную детализацию данных на двух нижних уровнях, что упрощает разработку аппаратуры и программного обеспечения для этих уровней.

Уровни OSI	Уровни IEEE
Канальный уровень	Управление логическим каналом (LLC)
Управление доступом к среде (MAC)
Физический уровень	Передача физического сигнала (PS)
Интерфейс с устройством доступа (AUI)
Подключение к физической среде (PMI)

LLC –обеспечивает передачу кадров между станциями и не зависит от типа и метода доступа к физической среде.

MAC – реализует алгоритм доступа к среде передачи, а также реализует адресацию абонентов.

PS – выполняет преобразование сигнала из параллельной в последовательную форму и наоборот, и не зависит от типа физической среды.

PMA – выполняет преобразование сигнала из уровня ТТЛ, с которым работает PS, к форме сигнала, которой работает линия передачи.

AUI – выполняет функции интерфейса между верхним и нижним подуровнем.

Стандарт 802.3 Данный стандарт определяет требования к методу доступа к моноканалу, а также требования к верхнему подуровню физического уровня сетей (BS). Это уровень передачи физических сигналов. На MAC уровне стандарта определены:

- алгоритмы доступа к моноканалу

- структура кадра, передаваемого на канальном уровне.

В качестве метода доступа используется множественный метод доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD).

Данный метод позволяет всем станциям, подключенным к моноканалу иметь общую физическую среду. Каждая станция, имеющая данные для передачи, отслежи­вает состояние физической среды, и при отсутствии передачи от другой станции начинает собственную передачу сообщений. Если после начала передачи сообщение сталкивается с сообщением другой станции, каждая из них прекращает передачу и выдает в физическую среду сигнал, чтобы обозначить для всей системы наличие кон­фликта в моноканале. Затем станция, попавшая в столкновение, выжидает в течение определенного промежутка времени и повторяет попытку передачи сообщения.

MAC уровни абонентов обмениваются между собой кадрами определенной структуры. Информация верхних уровней упаковывается в кадр и передается по фи­зической среде.

Структура кадра, передаваемого на канальном уровне:

Preabe 7 байт

SFD

Destin

Source

Len

Data Unit

Pad

FSC

Preamble – состоит из комбинации 0 и 1. При передаче preamble физической линией генерируется сигнал, частота которого в 2 раза меньше, чем частота пере­да­ваемого сигнала. Данный сигнал используется для синхронизации генератора при­емника.

SFD – байт стартового разделителя, который говорит о том, что будет передаваться информационная часть кадра.

Destination – поле адреса получателя (2-6 байт). Старший бит данного поля определяет индивидуальный либо групповой адрес.

Source – поле адреса отправителя (2-6 байт).

Length – поле длины (2 байта) – определяет размер поля LLC, которое упаковано в Data Unit. Минимальный размер поля LLC должен быть 46 байт. Если дан­ное поле имеет меньшую длину, то оно дополняется полем заполнителя Pad до вели­чины 46 байт. Максимальный размер поля LLC – 1500 байт.

Pad – переменной длины. Оно дополняет Data Unit до 46 байт.

FSC – поле контрольной суммы (4 байта). Свертка по определенному поли­ному всех полей кадра, кроме поля Preamble и SFD.

На уровне PS выполняется прием и передача последовательных сигналов, их шифрование и дешифрация в манчестерский код. В данном стандарте манчестерский код образуется по следующему алгоритму:

В первой половине времени передается инверсное значение сигнала, а во второй половине – прямое.

Предусмотрено использование следующих физических сред:

- витая пара – 10/100 BASE-T

- коаксиальный кабель – 10 BASE-2,5

- оптоволокно – 10/100 BASE-T.

Стандарт IEEE 802.3 разработан с целью стандартизации решений, реализо­ванных в рамках ЛС с названием Ethernet.

Стандарт 802.4 Данный стандарт описывает MAC уровень и верхний подуровень физического уровня для ЛС на основе шины с передачей маркера. Данный стандарт определяет широкополосную сеть с коаксиальным кабелем в качестве физической среды.

Метод доступа – на основе маркера. Маркер передается по логическому кольцу в порядке, который определяется адресами станций в направлении их убывания (дос­тигнув станции с наименьшим номером, маркер вновь поступает на станцию с наи­большим номером). Каждая из станций сети может передавать информацию лишь при получении маркера. После завершения передачи информации маркер передается дальше.

В сети отсутствует выделенное устройство, контролирующее работу сети, поэтому функции контроля распределены между всеми абонентами сети. Каждая станция, передав маркер следующей в логическом кольце станции, контролирует ее работоспособность, прослушивая моноканал и определяя правильно или нет рабо­тает станция-приемник маркера. Если станция вышла из строя и не может переда­вать маркер, то станция предшественник исключает ее из логического кольца и пе­редает маркер следующей за ней станции.

В сети предусмотрен специальный режим работы, называемый управляемое соперничество. Данный режим аналогичен методу доступа на основе стандарта 802.3 и используется для формирования логического кольца при генерации сети, а также при восстановлении сети после сбоя, при изменении конфигурации сети.

Максимальный размер кадра, передаваемого в сети – 4 байта.

Данный стандарт предусматривает 3 скорости:- 1 Мбит/с; - 5 Мбит/с; - 10 Мбит/с.

Передача идет в дуплексном режиме.

Сеть может иметь магистральную структуру (шинную), либо структуру звезда с пассивн. центром.

Достоинство: гарантированное время доставки информации каждой станции.

Недостаток: приемники и передатчики очень сложны, так как они работают в дуплексном режиме на разных частотах, а также реализуют стан­дарты 802.3 и 802.4.

Наиболее известная сеть, использующая данный стандарт – ARCNET.

Стандарт 802.5 Данный стандарт определяет MAC уровень и верхний подуровень физического уровня для кольцевой сети с передачей маркера.

Метод доступа: в сети циркулирует маркер. Станция, получившая маркер, сравнивает его приоритет со своим. Если он не выше, то станция изымает маркер и передает информационный кадр. Станция-получатель копирует кадр и выставляет подтверждение в соответствующем поле кадра. Достигнув отправителя, при поло­жительном подтверждении приема, кадр изымается и возобновляется циркуляция разрешающего маркера.

Структура кадра маркера:

Starting delimiter

Access control

Ending delimiter

1 1 1

PPPTMRRR

Starting delimiter (стартовый разделитель) инф-ет о том, что сейчас бу­дет перед-ся инф-ция.

Access control (поле доступа) старшие 3 бита (PPP) определяют текущий приоритет маркера. Следующий бит (Т) определяет тип передаваемого кадра (маркер или информационный кадр). Бит М – бит контроля передачи маркера. В начале переда­чи данный бит устанавливается в 0. Когда маркер попадает в активную станцию, имеющую приоритет меньший, чем указанный в маркере, то М устанавливается в 1. Если активная станция вновь принимает маркер с М=1, то она изымает его и переда­ет свой информационный кадр. При этом она считает, что нет станции с указанным приоритетом, либо произошла ошибка. RRR – содержат код запрашиваемого приори­тета. Активная станция, получив маркер с более высоким приоритетом, устанавли­вает в данном поле свой приоритет, чтобы получить возможность переда­чи в сле­дующем цикле.

Ending delimiter (стоповый (конечный) разделитель). Его последний бит является битом индикации ошибки. Если при приеме кадра произошла ошибка, то он устанавливается в 1.

Структура информационного кадра:

Starting Delimiter

Access control

Frame control

Dest addr

Source addr

Route inform

Information field

FCS

Ending Delimiter

Frame status

1 1 1 2-6 2-6 0-30 Nx8 4 1 1

Два первых поля аналогичны соответствующим полям кадра маркера.

Frame control (поле управления) определяет тип передаваемого информационного кад­ра (МАС или LLC кадр). Далее следуют 2 поля адресов источника и при­емника.

Rout inform (поле маршрутизации) используется для указания маршрута, при использовании в сети мостов и маршрутизаторов. Если их нет, то оно равно 0.

Information field в данном поле упаковывается информация LLC уровня

FCS поле контроля передаваемой информации. В данном поле, по определенному полиному, производится свертка всех полей кадра, кроме стартового и конечного разделителей.

Ending delimiter аналогично маркеру.

Frame status (поле статуса кадра) указывает на успешное или неудачное принятие кадра приемником.

Данный стандарт 802.5 определяет требования к верхнему подуровню физического уровня и к физической среде.

В качестве физической среды используется витая пара.

Предусмотрены 2 скорости передачи информации: 4 и 16 Мбит/с.

В данной сети используется звездно-кольцевая топологическая структура. При этом кольца строятся на основе восьмивходовых пассивных концентраторов. Между собой кольца объединяются с помощью мостов, то есть сеть может быть иерархической.