Дипломная (вкр): Розробка програмного забезпечення канального рівня інформаційної корпоративної мережі

Механічні характеристики описують інтерфейсні рознімання і проводи.

Процедурні характеристики відображають дії, які мають здійснювати з'єднувачі, і послідовність дій при передаванні даних через інтерфейс.

КУД, звичайно, приєднується до АКД за допомогою стандартного інтерфейсу RS-232-С. За КУД частіше за все розглядається пристрій кінцевого користувача, наприклад, термінал або ЕОМ. Апаратура каналу даних забезпечує з'єднання КУД з лінією зв'язку. Інтерфейс RS-232-С описує чотири функції: визначення керуючих сигналів, що проходять через інтерфейс; пересилання даних користувача через інтерфейс; передачу тактових сигналів для синхронізації потоку даних; формування електричних характеристик інтерфейсу.

Канальний рівень (Data Link layer) призначений для забезпечення взаємодії мереж на фізичному рівні і контролі за помилками, які можуть виникнути. Протоколи керування каналом, здійснюючи зв'язок, виконують три строго визначені етапи:

         встановлення зв’язку. Однією з задач канального рівня є перевірка доступності середовища передачі, тобто встановлення зв’язку з віддаленим вузлом, щоб гарантувати готовність обох систем до обміну даними;

         передача інформації. Виконується обмін даними користувача каналом зв'язку між двома пристроями, при цьому здійснюється контроль можливих помилок передавання;

         закінчення зв'язку. Канал звільнюється, припиняється керування каналом. Це означає, що дані не можуть передаватися, доки зв'язок не буде відновлено.

Мережний рівень (Network layer) мережевої моделі OSI, призначений для визначення шляху передачі даних. Відповідає за трансляцію логічних адрес і імен у фізичні, визначення найкоротших маршрутів, комутацію і маршрутизацію, відстеження похибок і заторів в мережі. На цьому рівні працює такий мережевий пристрій, як маршрутизатор. Протоколи мережного рівня маршрутизують дані від джерела до одержувача і можуть бути розділені на два класи: протоколи з установкою з’єднання і без нього. Описати роботу протоколів з установкою з’єднання можна на прикладі зразку роботи звичайного телефону. Протоколи цього класу починають передачу даних з виклику або установки маршруту проходження пакетів від джерела до одержувача. Після чого починають послідовну передачу даних і після закінчення передачі розривають зв’язок.

Протоколи без установки з’єднання, які посилають дані, що містять повну адресну інформацію в кожному пакеті, працюють аналогічно поштовій системі. Кожен лист або пакет містить адресу відправника і одержувача. Далі кожен мережний пристрій прочитує адресну інформацію і ухвалює рішення про маршрутизацію даних. Пакет даних передається від одного проміжного пристрою до іншого до тих пір, поки не буде доставлений одержувачу.

Протоколи без установки з’єднання не гарантують надходження інформації одержувачу в тому порядку, в якому вона була відіслана. За доставку даних у відповідному порядку при використанні мережних протоколів без установки з’єднання відповідають транспортні протоколи.

Транспортний рівень (Transport layer) моделі, призначений для доставки даних без помилок, втрат і дублювання в тій послідовності, в якій вони були передані. При цьому неважливо, які дані передаються, звідки і куди, тобто цей рівень надає сам механізм передачі. Блоки даних він розділяє на фрагменти, розмір яких залежить від протоколу, короткі об'єднує в один, а довгі розбиває. Протоколи цього рівня призначені для взаємодії типу “точка-точка”.

Транспортний рівень забезпечує верхнім рівням передачу даних із заданою надійністю. Цей рівень користується послугами нижчестоящого мережного рівня, тому вищестоящі рівні захищені від процедур мережних з'єднань і різноманітності застосовуваних мереж.

Модель ВВС визначає п’ять класів сервісу, що надається транспортним рівнем. Ці види сервісу відрізняються якістю послуг, що надаються: терміновістю, можливістю відновлення розірваного зв’язку, наявністю засобів мультиплексування декількох з’єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол. Протоколи нижніх чотирьох рівнів називають транспортною підсистемою, тому що вони повністю вирішують транспортування повідомлень із заданим рівнем якості в складних мережах з довільною топологією і різними технологіями.

Сеансовий рівень (Session layer) моделі відповідає за підтримку сеансу зв'язку, дозволяючи програмам взаємодіяти між собою тривалий час. Рівень управляє створенням/завершенням сеансу, обміном інформацією, синхронізацією задач, визначенням права на передачу даних і підтримкою сеансу в періоди неактивності програм.

Синхронізація передачі забезпечується розміщенням в потік даних контрольних точок, починаючи з яких при порушенні взаємодії процес поновлюється Він служить інтерфейсом користувача з рівнем транспортних послуг. Цей рівень забезпечує засоби організації обміну даними між користувачами.

Для виконання задач сеансового рівня є дві функції:

- функція керування діалогом надає регламентовані засоби початку сеансу, передачі повідомлень між віддаленими системами, а потім по завершенню сеансу переривання з’єднання;

функція розділення даних передбачає вставку в повідомлення покажчиків, які дозволяють кожному вузлу повідомляти про початок і кінець повідомлення. Обидві функції для сеансу однаково важливі, оскільки гарантують отримання повідомлення вузлами, причому в повному обсязі, а також відсутність в ньому сторонньої інформації.

Представницький рівень (Presentation layer) має справу з формою представлення інформації, що передається мережею, не змінюючи при цьому саму інформацію.

За рахунок представницького рівня інформація, що передається прикладним рівнем однієї системи, завжди зрозуміла прикладному рівню іншої системи. За допомогою засобів даного рівня протоколи прикладного рівня можуть подолати синтаксичні відмінності в представленні даних або ж відмінності в кодах символів. Абстрактний синтаксис даних - це аспекти правил, використовуваних для формальної специфікації даних, що передаються між відкритими системами, які не залежать від методів їх кодування.

Синтаксис передачі визначає ті аспекти правил, які регламентують конкретне подання даних, що передаються між відкритими системами. Однозначне подання з множини значень представницьких даних як потоку бітів називається ім'ям синтаксису передачі.

Двома основними функціями рівня подання є: узгодження синтаксису передачі, що виконується представницьким протоколом, і перетворення кодів між абстрактними синтаксисами передачі в рамках представницького об'єкта.

Прикладний рівень моделі (Application layer) забезпечує взаємодію мережі і користувача. Рівень дозволяє програмам користувача доступ до мережевих служб, таким як обробник запитів до баз даних, доступ до файлів, пересилки електронної пошти. Також цей рівень відповідає за передачу службової інформації, надає програмам інформацію про помилки і формує запити до рівня представлення.

Стандарти прикладного рівня визначають:

         концептуальну схему рівня, що містить модель сервісу, наданого процесам і операції, які при цьому слід виконувати;

         предметну область, тобто засоби для забезпечення взаємодії прикладних процесів;

         функції та мови для задоволення запитів прикладних процесів.

.2 Передача даних на канальному рівні

Канальний рівень (рівень ланки даних) відповідає за передавання даних каналом. Він забезпечує синхронізацію даних для розмежування потоку бітів фізичного рівня, вигляд подавання бітів, визначені гарантії надходження даних в приймальне КУД, управління потоком даних, щоб КУД не перевантажувався в будь-який момент часу занадто великою кількістю даних. Одна з найважливіших функцій цього рівня полягає у виявлення помилок, допущених під час передавання, і забезпеченні механізму відновлення даних у разі їх втрати або дублювання за наявністю в них помилок.

Канальні протоколи керують усім комунікаційним трафіком у каналі. Наприклад, якщо комунікаційний порт обслуговує декілька користувачів, які мають до нього доступ, протокол керування каналом (ланкою даних) відповідає за те, щоб дані всіх користувачів були передані без помилок.

Протоколи керування каналом, здійснюючи зв’язок, виконують три строго визначені етапи:

Встановлення зв’язку. Якщо АКД має фізичне з’єднання з віддаленою АКД при роботі виділеною лінією, потрібно тільки „підтвердження” встановлення зв’язку, щоб гарантувати готовність обох систем до обміну даними.

Передача інформації. Виконується обмін даними користувача каналом зв’язку між двома пристроями. Здійснюється контроль можливих помилок передавання та надсилаються підтвердження передавальному пристрою.

Закінчення зв’язку. Припиняється користування каналом. Це означає, що дані не можуть передаватися, доки зв’язок не буде відновлено.

2.2.1 Протоколи канального рівня

Протоколи канального рівня повинні забезпечувати взаємозв'язок між мережевим і фізичним рівнями, надаючи мережному ширший набір послуг в порівнянні з фізичним. Основне призначення фізичного рівня - це передача бітів канального рівня - передача деяких завершених блоків даних або кадрів.

В рамках архітектури OSI на канальний рівень покладаються наступні функції:

         ініціалізація - обмін між взаємодіючими станціями службовими повідомленнями, підтверджуючими готовність до передачі даних;

         ідентифікація - обмін між взаємодіючими станціями службової інформації, підтверджуючою правильність з'єднання;

         синхронізація - виділення в послідовності передаваних бітів меж знаків;

         сегментація - формування кадрів для їх передачі по каналу;

         забезпечення прозорості - надання розташованому вище рівню можливості передачі довільної послідовності бітів або знаків;

         управління потоком - забезпечення узгодження швидкостей передачі і прийому;

         контроль помилок і управління послідовністю передачі - виявлення помилок в передаваємих кадрах і запиту повторної передачі спотворених кадрів, забезпечення відповідності послідовності кадрів на вході і виході каналу;

         вихід із збійних ситуацій - виявлення порушень нормальної передачі кадрів і реалізація процедур виходу з таких ситуацій;

         управління каналом - забезпечення можливості контролю роботи каналу, виявлення відмов, відновлення, збір статистики про роботу каналу;

         завершення роботи каналу - ліквідація логічного з'єднання, утвореного при ініціалізації каналу.

Протоколи канального рівня: протокол встановлення з'єднання, передачі даних і ліквідації з'єднання HDLC (High-Level Data Link Control) - протокол передачі кадрів змінної довжини і протокол Х.25, що визначає доступ до мереж передачі даних з комутацією пакетів.

Протокол канального рівня встановлення з'єднання, передачі даних і ліквідації з'єднання HDLC забезпечує передачу послідовності пакетів через фізичний канал, спотворення в якому викликають помилки в даних що передаються, втрату, дублювання пакетів і порушення порядку прибуття пакетів до адресата. Він вводить сукупність засобів, що дозволяють організувати надійний канал передачі пакетів, вірогідність спотворення бітів в якому не більше 10^-8 ... 10^-9. Одиницею даних, що передається як ціле через інформаційний канал, організований засобами управління канального рівня, є кадр (frаmе). Структура кадру, що використовується протоколом HDLC, встановлена стандартом ISO 3309. Кадр розглядається як послідовність байтів, початок і кінець якої наголошуються прапорами - двійковими кодами 01111110. Кадр несе в собі інформацію, що управляє, дані і перевірочну послідовність, використовувану для контролю інформації. Процедури управління канального рівня забезпечують прозорість каналу за рахунок бітстафінгу. При передачі даних формується перевірочна послідовність бітів (два октети), яка включається в кадр. При прийомі кадру вона формується повторно і порівнюється з прийнятою. Якщо обидві співпадають, то прийнятий кадр вважається коректним. Інакше фіксується спотворення прийнятого кадру. При спотворенні прапорів, що розділяють послідовно передаваємі кадри, два кадри зливаються в один спотворений. Процедура формування перевірочних послідовностей бітів при передачі і прийомі гарантує виявлення цих спотворень.

В рамках архітектури OSI протокол Х.25 дає засоби для взаємодії користувача з мережею передачі даних і комутацією пакетів - PSDN (packet Switching Data Nettwork) і визначається Рек. Х.25 lТU- Т, розробленою і вживаною як стандарт управління на мережевому рівні. Протокол Х.25 забезпечує строге управління потоком пакетів і істотні послуги управління даними користувача. Основна перевага методу комутації пакетів полягає в тому, що один і той же фізичний канал може одночасно використовуватися декількома абонентами. Метод розділення фізичного каналу між користувачами мережі передачі даних Х.25 називають логічним або статистичним мультиплексуванням. На відміну від тимчасового розподілення каналів TDM (Тimе Division Multiplexing) тут немає жорсткої прив’язки до наперед заданих часових інтервалів для кожного користувача (абонента).

Протокол х.25 базується на засобах інформаційного каналу, який визначається протоколом НDLC. Останній встановлює спосіб виключення спотворення пакетів і їх послідовності, що передаються по фізичному каналу, схильний до дії перешкод. Він визначає процедури мережевого рівня управління передачею пакетів, що забезпечує організацію віртуальних каналів між абонентами і передачу по каналах послідовності пакетів і дозволяє організувати взаємодію між мережевими службами систем через сукупність логічних каналів. Логічні канали використовують для організації постійних віртуальних каналів і часових комутуючих віртуальних - віртуальних з’єднань.

2.2.2 Система опитування/вибір

Прикладом протоколу первинний/вторинний є система опитування/вибір. Конфігурація мережі містить головну ЕОМ (первинну) у центральному вузлі і підпорядковану ЕОМ (вторинну) у кінцевому вузлі. Можуть бути й інші конфігурації (наприклад, багатоточкові з'єднання або кільцева топологія).

Рисунок 2.2 - Системи опитування/вибір: а - послідовність опитування; б - послідовність вибору; в - послідовність опитування/вибору; г - негативна реакція на опитування

У системі опитування/вибір використовуються дві команди: опитування і вибір. Призначення команди опитування - передавання даних первинному вузлу з вторинного. Призначення команди вибір - протилежне - передавати дані з первинного вузла вторинному. Найостанніші протоколи команди вибору не використовують, тому що головний вузол під час установлення з'єднання резервує в приймачі ресурси та буфери і дані можуть надсилатися на розсуд головного вузла.

Системи опитування/вибір звичайно існують як деяка упорядкована форма відносин первинний/вторинний. Опитування і вибір є основними командами, потрібними для передачі даних у будь-який вузол каналу або мережі. Розглянемо, як це відбувається (рисунок 2.2, а). Команда опитування надсилається з первинного вузла у вторинний. Фактично опитування означає: "Вторинний вузол, у вас є дані для мене?" Якщо дані є і готові до передавання, вони надсилаються у вузол, що опитує. Первинний вузол здійснює контроль помилок і надсилає АСК (команда, що означає підтвердження правильного прийому) - якщо помилок немає і NАК (команда, що означає, що прийом відбувся з помилкою) - якщо вони є. Ці дві події (передавання даних і АСК/NАК) можуть відбуватися багато разів доти, поки у вторинному вузлі не залишиться даних, які слід передати. Після цього вторинна станція має надіслати повідомлення про те, що вона закінчила передачу, наприклад код кінця передачі ЕОТ (керуючий знак, що означає “кінець передачі”) або деякий біт у керуючому полі.