Содержание

Введение ………………………………………………………………..3  
Основная часть …………………………………………………………4  
1 Протоколы канального уровня………………………………………4  
2 Работа канального уровня……………………………………………11  
Заключение………………………………………………………………21  
Глоссарий……………………………………………………………….23  
Список использованных источников………………………………….26 

     Введение

     Наряду  с автономной работой значительное повышение эффективности использования  компьютеров может быть достигнуто объединением их в компьютерные сети.

     Под компьютерной сетью в широком  смысле слова понимают любое множество компьютеров, связанных между собой каналами связи для передачи данных.

     Существует  ряд веских причин для объединения  компьютеров в сети. Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет  нескольким ЭВМ или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM, стримеру, принтерам, плоттерам, к сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя. Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств имеется возможность аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. В-третьих, компьютерные сети обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом. В-четвертых, появляется возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т.д.). Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования.

     Целью моей курсовой работы является исследование  и обзор концепций методов  передачи информации в телекоммуникационных системах на канальном уровне, их основных функций и возможностей, преимуществ и недостатков.

     Основная часть

     1 Протоколы канального уровня

     Канальный уровень  обеспечивает передачу пакетов данных, поступающих от протоколов верхних  уровней, узлу назначения, адрес которого также указывает протокол верхнего уровня. Протоколы канального уровня оформляют переданные им пакеты в кадры собственного формата, помещая указанный адрес назначения в одно из полей такого кадра, а также сопровождая кадр контрольной суммой. Протокол канального уровня имеет локальный смысл, он предназначен для доставки кадров данных, как правило, в пределах сетей с простой топологией связей и однотипной или близкой технологией, например в односегментных сетях Ethernet или же в многосегментных сетях Ethernet и Token Ring иерархической топологии, разделенных только мостами и коммутаторами. Во всех этих конфигурациях адрес назначения имеет локальный смысл для данной сети и не изменяется при прохождении кадра от узла-источника к узлу назначения. Возможность передавать данные между локальными сетями разных технологий связана с тем, что в этих технологиях используются адреса одинакового формата, к тому же производители сетевых адаптеров обеспечивают уникальность адресов независимо от технологии.

     Другой  областью действия протоколов канального уровня являются связи типа «точка-точка» глобальных сетей, когда протокол канального уровня ответственен за доставку кадра  непосредственному соседу. Адрес  в этом случае не имеет принципиального  значения, а на первый план выходит способность протокола восстанавливать искаженные и утерянные кадры, так как плохое качество территориальных каналов, особенно коммутируемых телефонных, часто требует выполнения подобных действий.

     Наиболее  существенными характеристиками метода передачи, а значит, и протокола, работающего на канальном уровне, являются следующие:

     ·                     асинхронный/синхронный;

     ·                     символьно-ориентированный/бит-ориентированный;

     ·                     с предварительным установлением соединения/дейтаграммный;

     ·                     с обнаружением искаженных данных/без обнаружения;

     ·                     с обнаружением потерянных данных/без обнаружения;

     ·                     с восстановлением искаженных и потерянных данных/без восстановления;

     ·                     с поддержкой динамической компрессии данных/без поддержки. 

     Асинхронные протоколы

     Асинхронные протоколы представляют собой наиболее старый способ связи. Эти протоколы  оперируют не с кадрами, а с  отдельными символами, которые представлены байтами со старт-стоповыми символами. Асинхронные протоколы ведут свое происхождение от тех времен, когда два человека связывались с помощью телетайпов по каналу «точка-точка». С развитием техники асинхронные протоколы стали применяться для связи телетайпов, разного рода клавиатур и дисплеев с вычислительными машинами. Единицей передаваемых данных был не кадр данных, а отдельный символ. Некоторые символы имели управляющий характер, например символ <CR> предписывал телетайпу или дисплею выполнить возврат каретки на начало строки. В этих протоколах существуют управляющие последовательности, обычно начинающиеся с символа <ESC>. Эти последовательности вызывали на управляемом устройстве достаточно сложные действия - например, загрузку нового шрифта на принтер.

     В асинхронных протоколах применяются  стандартные наборы символов, чаще всего ASCII или EBCDIC. Так как первые 32 или 27 кодов в этих наборах являются специальными кодами, которые не отображаются на дисплее или принтере, то они  использовались асинхронными протоколами для управления режимом обмена данными. В самих пользовательских данных, которые представляли собой буквы, цифры, а также такие знаки, как @, %, $ и т. п., специальные символы никогда не встречались, так что проблемы их отделения от пользовательских данных не существовало.

     Постепенно  асинхронные протоколы усложнялись  и стали наряду с отдельными символами  использовать целые блоки данных, то есть кадры. Например, популярный протокол XMODEM передает файлы между двумя  компьютерами по асинхронному модему. Начало приема очередного блока файла инициируется символьной командой - принимающая сторона постоянно передает символ ASCII NAK. Передающая сторона, приняв NAK, отправляет очередной блок файла, состоящий из 128 байт данных, заголовка и концевика. Заголовок состоит из специального символа SOH (Start Of Header) и номера блока. Концевик содержит контрольную сумму блока данных. Приемная сторона, получив новый блок, проверяла его номер и контрольную сумму. В случае совпадения этих параметров с ожидаемыми приемник отправлял символ АСК, а в противном случае - символ NAK, после чего передатчик должен был повторить передачу данного блока. В конце передачи файла передавался символ ЕОХ.

     Как видно из описания протокола XMODEM, часть  управляющих операций выполнялась в асинхронных протоколах посылкой в асинхронном режиме отдельных символов, в то же время часть данных пересылалась блоками, что более характерно для синхронных протоколов.

     Синхронные  символьно-ориентированные и бит-ориентированные  протоколы

     В синхронных протоколах между пересылаемыми  символами (байтами) нет стартовых  и стоповых сигналов, поэтому отдельные  символы в этих протоколах пересылать нельзя. Все обмены данными осуществляются кадрами, которые имеют в общем  случае заголовок, поле данных и концевик (рис. 1). Все биты кадра передаются непрерывным синхронным потоком, что значительно ускоряет передачу данных.

     Рис. 1. Кадры синхронных протоколов

     Так как байты в этих протоколах не отделяются друг от друга служебными сигналами, то одной из первых задач приемника является распознавание границы байт. Затем приемник должен найти начало и конец кадра, а также определить границы каждого поля кадра - адреса назначения, адреса источника, других служебных полей заголовка, поля данных и контрольной суммы, если она имеется.

     Большинство протоколов допускает использование  в кадре поля данных переменной длины. Иногда и заголовок может иметь  переменную длину. Обычно протоколы определяют максимальное значение, которое может иметь длина поля данных. Эта величина называется максимальной единицей передачи данных (Maximum Transfer Unit, MTU). В некоторых протоколах задается также минимальное значение, которое может иметь длина поля данных. Например, протокол Ethernet требует, чтобы поле данных содержало по крайней мере 46 байт данных (если приложение хочет отправить меньшее количество байт, то оно обязано дополнить их до 46 байт любыми значениями). Другие протоколы разрешают использовать поле данных нулевой длины, например FDDI.

     Существуют  также протоколы с кадрами  фиксированной длины, например, в  протоколе АТМ кадры фиксированного размера 53 байт, включая служебную  информацию. Для таких протоколов необходимо решить только первую часть задачи - распознать начало кадра.

     Синхронные  протоколы канального уровня бывают двух типов: символьно-ориентированные (байт-ориентированные) и бит-ориентированные. Для обоих характерны одни и те же методы синхронизации бит. Главное  различие между ними заключается в методе синхронизации символов и кадров.

     Символьно-ориентированные  протоколы

     Символьно-ориентированные  протоколы используются в основном для передачи блоков отображаемых символов, например текстовых файлов. Так как при синхронной передаче нет стоповых и стартовых битов, для синхронизации символов необходим другой метод. Синхронизация достигается за счет того, что передатчик добавляет два или более управляющих символа, называемых символами SYN, перед каждым блоком символов. В коде ASCII символ SYN имеет двоичное значение 0010110, это несимметричное относительно начала символа значение позволяет легко разграничивать отдельные символы SYN при их последовательном приеме. Символы SYN выполняют две функции: во-первых, они обеспечивают приемнику побитную синхронизацию, во-вторых, как только битовая синхронизация достигается, они позволяют приемнику начать распознавание границ символов SYN. После того как приемник начал отделять один символ от другого, можно задавать границы начала кадра с помощью другого специального символа. Обычно в символьных протоколах для этих целей используется символ STX (Start of TeXt, ASCII 0000010). Другой символ отмечает окончание кадра - ЕТХ (End of TeXt, ASCII 0000011).

     Однако  такой простой способ выделения  начала и конца кадра хорошо работал только в том случае, если внутри кадра не было символов STX и ЕТХ. При подключении к компьютеру алфавитно-цифровых терминалов такая задача действительно не возникала. Тем не менее синхронные символьно-ориентированные протоколы позднее стали использоваться и для связи компьютера с компьютером, а в этом случае данные внутри кадра могут быть любые, если, например, между компьютерами передается программа. Наиболее популярным протоколом такого типа был протокол BSC компании IBM. Он работал в двух режимах - непрозрачном, в котором некоторые специальные символы внутри кадра запрещались, и прозрачном, в котором разрешалась передачи внутри кадра любых символов, в том числе и ЕТХ. Прозрачность достигалась за счет того, что перед управляющими символами STX и ЕТХ всегда вставлялся символ DLE (Data Link Escape). Такая процедура называется стаффингом символов (stuff - всякая всячина, заполнитель). А если в поле данных кадра встречалась последовательность DLE ЕТХ, то передатчик удваивал символ DLE, то есть порождал последовательность DLE DLE ЕТХ. Приемник, встретив подряд два символа DLE DLE, всегда удалял первый, но оставшийся DLE уже не рассматривал как начало управляющей последовательности, то есть оставшиеся символы DLE ЕТХ считал просто пользовательскими данными.

     Бит-ориентированные  протоколы

     Потребность в паре символов в начале и конце  каждого кадра вместе с дополнительными  символами DLE означает, что символьно-ориентированная  передача не эффективна для передачи двоичных данных, так как приходится в поле данных кадра добавлять достаточно много избыточных данных. Кроме того, формат управляющих символов для разных кодировок различен, например, в коде ASCII символ SYN равен 0010110, а в коде EBCDIC - 00110010. Так что этот метод допустим только с определенным типом кодировки, даже если кадр содержит чисто двоичные данные. Чтобы преодолеть эти проблемы, сегодня почти всегда используется более универсальный метод, называемый бит-ориентированной передачей. Этот метод сейчас применяется при передаче как двоичных, так и символьных данных.

     Протоколы с гибким форматом кадра 

     Для большей части протоколов характерны кадры, состоящие из служебных полей  фиксированной длины. Исключение делается только для поля данных, с целью  экономной пересылки, как небольших  квитанций, так и больших файлов. Способ определения окончания кадра путем задания длины поля данных, рассмотренный выше, как раз рассчитан на такие кадры с фиксированной структурой и фиксированными размерами служебных полей.

     Однако  существует ряд протоколов, в которых кадры имеют, гибкую структуру. Например, к таким протоколам относятся очень популярный прикладной протокол управления сетями SNMP, а также протокол канального уровня РРР, используемый для соединений типа «точка-точка». Кадры таких протоколов состоят из неопределенного количества полей, каждое из которых может иметь переменную длину. Начало такого кадра отмечается некоторым стандартным образом, например, с помощью флага, а затем протокол последовательно просматривает поля кадра и определяет их количество и размеры. Каждое поле обычно описывается двумя дополнительными полями фиксированного размера. Например, если в кадре встречается поле, содержащее некоторую символьную строку, то в кадр вставляются три поля:

     Дополнительные  поля «Тип» и «Длина» имеют  фиксированный размер в один байт, поэтому протокол легко находит  границы поля «Значение». Так как  количество таких полей также  неизвестно, для определения общей  длины кадра используется либо общее  поле «Длина», которое помещается в начале кадра и относится ко всем полям данных, либо закрывающий флаг.