Основные характеристики методов передачи канального уровня. Асинхронные и синхронные, символьно-ориентированные и бит-ориентированные протоколы

by @hope
Основные характеристики методов передачи канального уровня. Асинхронные и синхронные, символьно-ориентированные и бит-ориентированные протоколы
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.

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

  1. асинхронный/синхронный;
  2. символьно-ориентированный/бит-ориентированный;
  3. с предварительным установлением соединения/дейтаграммный;
  4. с обнаружением искаженных данных/без обнаружения;
  5. с обнаружением потерянных данных/без обнаружения;
  6. с восстановлением искаженных и потерянных данных/без восстановления;
  7. с поддержкой динамической компрессии данных/без поддержки.

Многие из этих свойств характерны не только для протоколов канального уровня, но и для протоколов более высоких уровней.

Асинхронный протокол

Асинхронные протоколы обеспечивают приемо-передачу символов по отдельности, которые представлены байтами и старт-стоповыми символами.

Таким образом, в каждый промежуток времени по каналу связи посылается один символ (1 байт = 8 бит), а в начале каждого символа прописывается (помещается) стартовый бит, а конец завершает стоповый бит. Здесь, в большинстве случаев, применяются стандартные наборы символов, например - ASCII. Асинхронная передача является древним протоколом (методом) и применяется при использовании низкоскоростных каналов связи. Для более понятного объяснения приведу пример - телефонные линии.

Синхронный протокол

Синхронные протоколы обеспечивают приемо-передачу нескольких символов за определенный временной интервал, но в начале сеанса связи производится синхронизация работы обоих трансиверов.

Стартовые и стоповые биты для синхронной связи не нужны, поэтому взаимодействие идет быстрее.

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. 5.10). Все биты кадра передаются непрерывным синхронным потоком, что значительно ускоряет передачу данных. 

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.

Обычно протоколы определяют максимальное значение, которое может иметь длина поля данных. Эта величина называется максимальной единицей передачи данных (MaximumTransferUnit, MTU). Синхронные протоколы канального уровня бывают двух типов: символьно-ориентированные (байт-ориентированные) и бит-ориентированные. Для обоих xaрактерны одни и те же методы синхронизации битов. Главное различие между ними заключается в методе синхронизации символов и кадров.

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.

Символы SYN выполняют две функции: во-первых, они обеспечивают приемнику битовую 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 . Другой символ отмечает окончание кадра - ЕТХ.

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. 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.

Наиболее известный протокол в вычислительных сетях – HDLC –High Level Data Link Control – высокоуровневое управление линиями связи.

June 18, 2018
by @hope