Канальный уровень доклад Тимохов. 1 Слайд в этом докладе я расскажу про канальный уровень сетей, его протоколы и межуровневое взаимодействие. 2 Слайд
 Скачать 35.63 Kb.
|
|
1 Слайд В этом докладе я расскажу про канальный уровень сетей, его протоколы и межуровневое взаимодействие. 2 Слайд Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. При этом он выполняет следующие функции: Основная функция: прием кадра из сети и отправка его в сеть; Выявление ошибок, возникающих на физическом уровне, и восстановление данных (Наиболее распространенным методом поиска ошибок является код Cyclic Redundancy Check (CRC)); Контроль за состоянием канала, обработка сбойных ситуаций(коллизий); Управление потоками данных; Соблюдение правил использования физического канала; Физическая адресацию передаваемых сообщений. На канальном уровне работают следующие устройства: сетевые адаптеры, медиаконвертеры с интеллектуальными функциями, коммутаторы и точки доступа. 3 Слайд За разработку каждого стандарта отвечает отдельная рабочая группа комитета. В настоящее время в комитете IEEE 802 активными являются следующие группы: 802.1 Higher Layer LAN Protocols 802.3 Ethernet 802.11 Wireless LAN 802.15 Wireless Personal Area Network (WPAN) 802.16 Broadband Wireless Access 802.18 Radio Regulatory TAG 802.19 Wireless Coexistence 802.21 Media Independent Handover Services 802.22 Wireless Regional Area Networks SG ECSG Smart Grid Executive Committee Study Group Распущены группы: 802.2 Logical Link Control 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 4 слайд Семейство стандартов IEEE 802 включает стандарты для сетей Ethernet, Token Ring, беспроводных сетей Wi-Fi, управления, безопасности, создания мостовых соединений. В спецификации IEEE 802 канальный уровень модели OSI был разбит на два подуровня: Подуровень LLC обеспечивает взаимодействие с сетевым уровнем и предоставляет сервисы с установлением и без установления соединения. Этот подуровень не зависит от метода доступа к среде передачи. Подуровень МАС описывает протоколы, реализующие различные методы доступа к среде передачи, отвечает за физическую адресацию, формирование кадров и обнаружение ошибок. Физический уровень определяет электрические/оптические спецификации, механические интерфейсы, кодирование и синхронизацию битов и зависит от протокола подуровня МАС. 5 слайд Протокол LLC помещает пакет сетевого уровня в свой кадр и добавляет адресную информацию спецификации IEEE 802.2: адрес точки входа сервиса назначения (DSAP) - указывает протокол верхнего уровня, которому надо передать данные для обработки; адрес точки входа сервиса источника (SSAP) – указывает протокол верхнего уровня, данные которого пересылаются в кадре. Протокол LLC: определен стандартом IEEE 802.2; предоставляет сервисы протоколам сетевого уровня и взаимодействует с множеством протоколов МАС-подуровня (семейством протоколов Ethernet, Wi-Fi и др.); занимает промежуточное положение между протоколами сетевого уровня и протоколами подуровня МАС; предоставляет сервисы с установлением и без установления соединения; участвует в процессе инкапсуляции. Реализация протокола LLC зависит от конкретного стека протоколов. В современных сетях функции протокола LLC обычно выполняются протоколами транспортного уровня, такими как TCP и UDP. 6 слайд Все типы кадров уровня LLC имеют единый формат. Они содержат четыре поля: DSAP (destination service access point – адрес точки входа сервиса назначения); SSAP (source service access point – адрес точки входа сервиса источника). В качестве примера можно привести следующие значения SSAP: 0x42 – Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1D); 0xAA – SNAP; 0xE0 – Novell; 0x06 – IP. Управляющее поле(Control) Поле данных(Data) Кадр LLC помещается в кадр МАС-подуровня, при этом флаги удаляются. В настоящее время протокол LLC служит для идентификации протоколов верхнего уровня, пакеты которых пересылаются с помощью кадров протоколов МАС-подуровня семейства IEEE 802. 7 слайд Более подробно рассмотрим структуру полей кадра LLC. Так, структура полей DSAP и SSAP представлена на слайде. В поле DSAP указывается персональный или групповой адрес, в поле SSAP указывается Команда (C) или отклик на команду (R). Поле управления показывает тип запрашиваемого сервиса LLC. Структура поля управления показана на слайде. 8 слайд Протокол HDLC описывает метод инкапсуляции в каналах синхронной последовательной связи с использованием символов кадров и контрольных сумм. HDLC является ISO-стандартом, реализации которого различными поставщиками могут быть несовместимы между собой по причине различий в способах его реализации, и поэтому этот стандарт не является общепринятым для глобальных сетей. Протокол HDLC поддерживает как двухточечную, так и многоточечную конфигурации. Этот протокол обеспечивает передачу последовательности пакетов через физический канал, искажения в котором вызывают ошибки в передаваемых данных, потерю, дублирование пакетов и нарушения порядка прибытия пакетов к адресату. 9 слайд Протокол HDLC имеет следующую структуру: Флаг. Все кадры должны начинаться и заканчиваться полями флага "01111110". Станции, подключенные к каналу, постоянно контролируют двоичную последовательность флага. Флаги могут постоянно передаваться по каналу между кадрами HDLC. Адресное поле определяет первичную или вторичную станции, участвующие в передаче конкретного кадра. Каждой станции присваивается уникальный адрес. В несбалансированной системе адресные поля в командах и ответах содержат адрес вторичной станции. Управляющее поле задает тип команды или ответа, а так же порядковые номера, используемые для отчетности о прохождении данных в канале между первичной и вторичной станциями. Формат и содержание управляющего поля определяют кадры трех типов: информационные, супервизорные, и ненумерованные. Информационное поле содержит действительные данные пользователя. Информационное поле имеется только в кадре информационного формата. Поле CRC используется для обнаружения ошибок передачи между двумя станциями. Передающая станция осуществляет вычисления над потоком данных пользователя, и результат этого вычисления включается в кадр в качестве поля CRC. В свою очередь, принимающая станция производит аналогичные вычисления и сравнивает полученный результат с полем CRC. 10 слайд Протокол SLIP (Serial Line IP, RFC-1055) - это простейший способ инкапсуляции IP-дейтограмм для последовательных каналов связи. IP-дейтограмма в случае SLIP должна завершаться специальным символом 0xC0 называемым конец. Во многих реализациях дейтограмма и начинается с этого символа. Использование протокола SLIP предполагает выполнение ряда условий: Каждый партнер обмена должен знать IP-адрес своего адресата, так как не существует метода обмена такого рода информацией. SLIP в отличии от Ethernet не использует контрольных сумм, поэтому обнаружение и коррекция ошибок целиком ложится на программное обеспечение верхних уровней. Так как кадр SLIP не имеет поля тип, его нельзя использовать, в отличии от кадров Ethernet, для реализации других протоколов методом инкапсуляции. Скорость передачи информации при использовании протокола SLIP не превышает 19.2кб/с. Максимальный размер передаваемого блока (MTU) для SLIP лежит вблизи 256-512 байт. 11 слайд Протокол Point-to-Point Protocol выполняет формирования стандартных пакетов данных Internet IP в каналах с непосредственным соединением. РРР также выполняет другие функции: присвоение и управление адресами IP; асинхронное (старт/стоп) и синхронное бит- ориентированное формирование пакета данных; мультиплексирование протокола сети; конфигурация канала связи; проверка качества канала связи. Он содержит три основных компонента: Метод формирования дейтаграмм для передачи по последовательным каналам. РРР использует протокол HDLC в качестве базиса для формирования дейтаграмм при прохождении через каналы с непосредственным соединением. Расширяемый протокол LCP для организации, выбора конфигурации и проверки соединения канала передачи данных. Семейство протоколов NCP для организации и выбора конфигурации различных протоколов сетевого уровня. РРР предназначен для обеспечения одновременного пользования множеством протоколов сетевого уровня. 12 слайд Для того чтобы организовать связь через канал связи с непосредственным соединением, инициирующий РРР сначала отправляет пакеты LCP для выбора конфигурации и проверки канала передачи данных. После того, как канал установлен и пакетом LCP проведено необходимое согласование факультативных средств, инициирующий РРР отправляет пакеты NCP, чтобы выбрать и определить конфигурацию одного или более протоколов сетевого уровня. Как только конфигурация каждого выбранного протокола определена, дейтаграммы из каждого протокола сетевого уровня могут быть отправлены через данный канал. 13 слайд Протокол точка-точка через Ethernet (PPPoE) - это сетевой протокол для инкапсуляции кадров протокола точка-точка (PPP) внутри кадров Ethernet . Чтобы обеспечить соединение между точками доступа через Ethernet, каждый сеанс PPPoE должен изучить MAC-адрес Ethernet концентратора доступа и установить сеанс с уникальным ID сеанса. Этап обнаружения PPPoE состоит из следующих шагов: PPPoE active discovery initiation (PADI) — клиент инициирует сеанс, транслирует по LAN пакет PADI для запроса службы. Предложение PPPoE активного обнаружения (PADO) — Любой концентратор доступа, который может предоставить услугу, запрашиваемую клиентом в пакете PADI, отвечает пакетом PADO, который содержит его собственное имя, адрес одноавторной вещания клиента и запрашиваемую услугу. Концентратор доступа также может использовать пакет PADO для предложения клиенту других услуг. Запрос на активное обнаружение PPPoE (PADR) — в получаемом им PADOs клиент выбирает один концентратор доступа на основе своего имени или предлагаемых служб и отправляет ему пакет PADR для указать необходимую услугу или службы. PPPoE активный сеанс обнаружения-подтверждение (PADS) — когда выбранный концентратор доступа получает пакет PADR, он принимает или отклоняет сеанс PPPoE. Этап сеанса PPPoE начинается после окончания этапа обнаружения PPPoE. Концентратор доступа может начать сеанс PPPoE после отправки пакета PADS клиенту, или клиент может начать сеанс PPPoE после получения пакета PADS с концентратора доступа. После того, как сеанс PPPoE установлен, данные отправляются как в любой другой инкапсуляции PPP. 14 слайд Подуровень МАС: описывает протоколы, реализующие различные методы доступа к разделяемой среде; отвечает за физическую адресацию; отвечает за формирование кадров и обнаружение ошибок. На МАС-подуровне реализованы следующие протоколы локальных и городских сетей, которые получили широкое распространение: 802.3 – семейство протоколов Ethernet; 802.11 – семейство протоколов беспроводных локальных сетей; 802.15 – беспроводные персональные сети (WPAN), Bluetooth; 802.16 – беспроводная городская сеть, WiMAX. Каждый протокол LAN/MAN семейства IEEE 802 содержит в кадре заголовок подуровня LLC. 15 слайд MAC-адрес является уникальным идентификатором сетевого устройства. Стандарты IEEE определяют MAC-адрес, длиной 48 бит. Адресация в локальных сетях реализуется на основе МАС-адресов. Адресация может быть одноадресная (unicast), многоадресная (multicast), широковещательная (broadcast). В одноадресном режиме узел-источник передает данные только одному узлу. В многоадресном режиме (групповая адресация) IP-адреса задаются из диапазона 224.0.0.0 - 239.255.255.255. Так узел-источник передает данные тем узлам, которые имеют групповой адрес. В широковещательном режиме узел-источник передает данные всем узлам локальной сети. Широковещательный МАС-адрес назначения FF-FF-FF-FF-FF-FF содержит 48 двоичных единиц. 16 слайд В локальных сетях телекоммуникаций устройствам необходимы как физический МАС-адрес, так и логический IP-адрес, которые однозначно адресуют любое устройство в сети, образуя соответствующую пару. Указанные пары МАС- и IP-адресов узлов локальной хранятся в таблице протокола разрешения адресов (Address Resolution Protocol - ARP). Протокол ARP входит в стек протоколов TCP/IP и реализует процесс нахождения МАС-адреса по известному сетевому IP-адресу. Таблица ARP пополняется динамически путем контроля трафика локального сегмента сети. Все узлы локальной сети Ethernet анализируют трафик, чтобы определить, предназначены ли данные для них. При этом IP и MAC-адреса источников дейтаграмм записываются в таблице ARP. Также, для обратного отображения адресов, то есть преобразования аппаратного адреса в IP-адрес используется обратный протокол преобразования адресов RARP. 17 слайд Ethernet — семейство технологий пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей. Технология Ethernet является самой распространенной на сегодняшний день технологией локальных сетей благодаря своей простоте и универсальности. Стандарт IEEE 802.3-2012 определяет структуру кадра, представленную на слайде, обязательную для всех МАС-реализаций. Минимальная длина кадра Ethernet – 64 байта; Максимальная длина: стандартного кадра Ethernet - 1518 байт; кадра Ethernet с тегом стандарта IEEE 802.1Q – 1522 байта; расширенного кадра Ethernet - 2000 байт. На практике существует четыре формата кадров Ethernet: кадр Ethernet II (Ethernet версии 2 или Ethernet DIX); кадр IEEE 802.3 /LLC; кадр Ethernet SNAP; кадр Raw 802.3 (Novell 802.3) Разные типы кадра имеют некоторые отличия в формате, но могут сосуществовать в одной физической среде. Наибольшее распространение получил кадр Ethernet II. 18 слайд Все технологии семейства Ethernet имеют одинаковую реализацию МАС-подуровня – форматы кадров и способы доступа к среде передачи. Эти технологии отличаются реализацией физического уровня, который определяет различные скорости передачи сигналов и типы среды передачи. Так, для спецификации физической среды Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet используется коаксиальный кабель, кабель на основе неэкранированной витой пары, одномодовый и многомодовый волоконно-оптический кабель, твинаксиальный и медный кабель. При этом, максимальная длина сегмента может доходить до 100 км. 19 слайд Стандарт IEEE 802.3-2012 определяет два режима работы МАС-подуровня: полудуплексный (half-duplex) – использует метод CSMA/CD для доступа узлов к разделяемой среде. Узел может только принимать или передавать данные в один момент времени, при условии получения доступа к среде передачи; полнодуплексный (full-duplex) – позволяет паре узлов, имеющих соединение «точка-точка», одновременно принимать и передавать данные. Для этого каждый узел должен быть подключен к выделенному порту коммутатора. Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD) используется для организации доступа узлов к разделяемой среде передачи. Метод CSMA/CD основан на конкуренции (contention) узлов за право доступа к сети и включает процедуры контроля несущей и обнаружения коллизий. В полудуплексной технологии Ethernet независимо от стандарта физического уровня существует понятие домена коллизий. Домен коллизий – это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части сети она возникла. 20 слайд Коммутация – процесс соединения пользователей в сети через узлы коммутации. Основными задачами коммутации являются определение потоков и соответствующих маршрутов, фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств, распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства, мультиплексирование/демультиплексирование потоков и разделение среды передачи. Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих: коммутация каналов и коммутация пакетов. 21 слайд При коммутации каналов сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Тем самым, обязательна процедура установления связи. При этом, транзитные узлы не буферизируют данные. Достоинствами коммутации каналов являются постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу, а также низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть. Недостатками коммутации каналов являются отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения, Нерациональное использование пропускной способности физических каналов, а также Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения. 22 слайд При коммутации пакетов сообщение разбивается на пакеты, каждый из которых снабжается заголовком, содержащим адресную информацию и информацию для сборки сообщения. Пакеты транспортируются по сети как независимые информационные блоки. Коммутация пакетов основана на таблицах, которые хранятся в памяти и содержат информацию, позволяющую определить путь до места назначения пакета. Достоинствами коммутации пакетов являются высокая общая пропускная способность при передаче пульсирующего трафика и динамическое перераспределение ресурсов сети Недостатками коммутации пакетов являются неопределённость скорости передачи, переменная величина задержки и возможность потери данных. 23 слайд Технология Token Ring была разработана компанией IBM в начале 1980 гг., а затем стандартизирована IEEE в проекте 802, как спецификация IEEE 802.5. Логически сеть Token Ring представляет собой кольцо, а физически – звезду. Для объединения компьютеров в сетях Token Ring используются концентраторы – устройства многостанционного доступа. Для получения доступа к среде используется метод передачи маркера. Характеристики технологии Token Ring представлены на слайде. Достоинствами технологии являются простота расчета задержки передачи между любыми двумя устройствами и отсутствие коллизий Недостатки технологии - высокая стоимость, низкая совместимость оборудования и невысокая скорость передачи. 24 слайд FDDI - волоконно-оптический интерфейс передачи данных в локальной сети. Сеть FDDI строится на основе двух колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Основными компонентами сети являются станции и концентраторы. Для подключения станций и концентраторов к сети может быть использован один из двух способов: Одиночное подключение подключение только к первичному кольцу и двойное подключение одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам. Достоинства технологии - высокая отказоустойчивость, недостатки - двойной расход кабеля. 25 слайд Для подключения компьютера к сети и взаимодействия с другими сетевыми устройствами используется сетевой адаптер. По конструкторской реализации сетевые адаптеры делятся на: интегрированные в материнскую плату компьютера или ноутбука; внутренние, представляющие собой отдельную печатную плату, устанавливаемую в слот PCI, PCI Express, PCIe компьютера; внешние, подключающиеся к компьютеру или ноутбуку через интерфейс USB или CardBus (PCMCIA). Для того чтобы узнать MAC-адрес сетевого адаптера компьютера в ОС Windows используется следующая команда: ipconfig /all. |