Применение протокола HDLC в стандартных стеках коммуникационных протоколов

Размещено на http://www.allbest.ru

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра вычислительной техники

Применение протокола HDLC в стандартных стеках коммуникационных протоколов

Новосибирск 2014

1. Протокол HDLC

HDLC (High-Ievel Data Link Control Procedure) - высокоуровневый протокол управления каналом - стандарт ISO для выделенных линий. Представляет собой семейство протоколов LAP (Link Access Protocol), включающее следующие протоколы:

- LAP-B - для сетей Х.25 (В - Balanced);

- LAP-D - для сетей ISDN (D - D-channel);

- LAP-M - для модемов (М - Modem);

- LAP-F - для сетей Frame Relay (F - Frame Relay).

HDLC относится к бит-ориентированным протоколам и использует кадр, формат которого показан на рисунке.

В качестве обрамления кадра, служащих границами между передаваемыми кадрами, используется специальная последовательность из 8 бит (байт): 01111110, называемая флагом. Благодаря наличию флагов нет необходимости указывать длину кадра. Для того, чтобы отличать последовательность бит 01111110, находящуюся в поле данных от флага применяется процедура бит-стаффинга.

Поле Адрес имеет длину 1 или 2 байта и при наличии нескольких узлов-приёмников используется для идентификации конкретного узла, а в двухточечном соединении - для того, чтобы отличить команды от ответов, а также для указания направления передачи кадра по интерфейсу «пользователь - сеть».

Поле Данные может быть любой длины и содержать пакеты протоколов вышележащих уровней. Это поле может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.

Поле КС (контрольная сумма) содержит остаток избыточной циклической суммы, вычисленной с помощью полиномов типа CRC.

Поле У (управление) имеет длину 1 или 2 байта и содержит служебную информацию. Структура и содержимое этого поля зависят от типа передаваемого HDLC-кадра.

2. Протоколы, в основу которых положен протокол HDLC

2.1 Протокол LLC

В основу протокола LLC положен протокол HDLC (High-level Data Link Control Procedure), являющийся стандартом ISO. Собственно стандарт HDLC представляет собой обобщение нескольких близких стандартов, характерных для различных технологий: протокола LAP-B сетей Х.25 (стандарта, широко распространенного в территориальных сетях), LAP-D, используемого в сетях ISDN, LAP-M, работающего в современных модемах. В спецификации IEEE 802.2 также имеется несколько небольших отличий от стандарта HDLC.

В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:

LLC1 - сервис без установления соединения и без подтверждения;

LLC2 - сервис с установлением соединения и подтверждением;

LLC3 - сервис без установления соединения, но с подтверждением.

Сервис без установления соединения и без подтверждения LLC1 дает пользователю средства для передачи данных с минимумом издержек. Обычно, этот вид сервиса используется тогда, когда такие функции как восстановление данных после ошибок и упорядочивание данных выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет нужды дублировать их на уровне LLC.

Сервис с установлением соединений и с подтверждением LLC2 дает пользователю возможность установить логическое соединение перед началом передачи любого блока данных и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока этих блоков в рамках установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам семейства HDLC (LAP-B, LAP-D, LAP-M), которые применяются в глобальных сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях.

В некоторых случаях (например, при использовании сетей в системах реального времени, управляющих промышленными объектами), когда временные издержки установления логического соединения перед отправкой данных неприемлемы, а подтверждение корректности приема переданных данных необходимо, базовый сервис без установления соединения и без подтверждения не подходит. Для таких случаев предусмотрен дополнительный сервис, называемый сервисом без установления соединения, но с подтверждением LLC3.

управление логистический канал супервизор

2.2 Протокол X.25

Сети X.25 используют протокол LAPB.

LAPB является наиболее популярным протоколом благодаря тому, что он входит в комплект протоколов Х.25. Формат и типы блока данных, а также функции поля у LAPB те же самые, что у SDLC и HDLC. Однако в отличие от любого из этих двух протоколов, LAPB обеспечивает только один режим передачи ABM, поэтому он подходит только для комбинированных станций. Кроме того, цепи LAPB могут быть организованы либо терминальным оборудованием (DTE), либо оборудованием завершения действия информационной цепи (DCE). Станция, инициирующая обращение, определяется как первичная, в то время как реагирующая станция считается вторичной. И наконец, использование протоколом LAPB бита P/F несколько отличается от его использования другими протоколами.

LAPB позволяет взаимодействующим сторонам (DTE и DCE) инициировать связь друг с другом. В процессе передачи информации LAPB контролирует, чтобы блоки данных поступали к приемному устройству в правильной последовательности и без ошибок.

Также, как и аналогичные протоколы канального уровня, LAPB использует три типа форматов блоков данных:

Информационный блок данных ( Information (I) frame ) .

Эти блоки данных содержат информацию высших уровней и определенную управляющую информацию (необходимую для работы с полным дублированием). Номера последовательности отправки и приема и бит опроса конечного (P/F) осуществляют управление информационным потоком и устранением неисправностей. Номер последовательности отправки относится к номеру текущего блока данных. Номер последовательности приема фиксирует номер блока данных, который должен быть принят следующим. В диалоге с полным дублированием как отправитель, так и получатель хранят номера последовательности отправки и приема; она используется для обнаружения и устранения ошибок.

Блоки данных супервизора ( Supervisory (S) frames ) .

Эти блоки данных обеспечивают управляющую информацию. У них нет информационного поля. Блоки данных S запрашивают и приостанавливают передачу, сообщают о состоянии канала и подтверждают прием блоков данных типа I.

Непронумерованные блоки данных ( Unnumbered (U) frames ).

Как видно из названия, эти блоки данных непоследовательны. Они используются для управляющих целей. Например, они могут инициировать связи , используя стандартную или расширяемую организацию окон (modulo 8 versus 128), раз'единять канал, сообщать об ошибках в протоколе, и выполнять другие аналогичные функции.

2.3 Протокол Frame Relay

Frame Relay является бит - ориентированным синхронным протоколом, использующим кадр в качестве основного информационного элемента (в этом похож на HDLC). Однако Frame Relay не обеспечивает все функции протокола HDLC, поэтому многие элементы кадра HDLC исключены из основного формата кадра Frame Relay (в кадре Frame Relay адресное поле и поле управления совмещены в одно адресное поле)

Размещено на http://www.allbest.ru

Frame Relay использует протокол LAP-F.

За основу взят формат кадра HDLC, но поле адреса существенно изменило свой формат, а поле управления вообще отсутствует.

Поле номера виртуального соединения (Data Link Connection Identifier, DLCI) состоит из 10 битов, что позволяет использовать до 1024 виртуальных соединений. Поле DLCI может занимать и большее число разрядов - этим управляют признаки ЕАО и ЕА1 (Extended Address - расширенный адрес). Если бит в этом признаке установлен в ноль, то признак называется ЕАО и означает, что в следующем байте имеется продолжение поля адреса, а если бит признака равен 1, то поле называется ЕА1 и индицирует окончание поля адреса.

Десятиразрядный формат DLCI является основным, но при использовании трех байт для адресации поле DLCI имеет длину 16 бит, а при использовании четырех байт - 23 бита.

Стандарты frame relay (ANSI, ITU-T) распределяют адреса DLCI между пользователями и сетью следующим образом:

0 - используется для виртуального канала локального управления (LMI);

1 -15 - зарезервированы для дальнейшего применения;

16-991 - используются абонентами для нумерации PVC и SVC;

992-1007 - используются сетевой транспортной службой для внутрисетевых соединений;

1008-1022 - зарезервированы для дальнейшего применения;

1023 - используются для управления канальным уровнем.

Таким образом, в любом интерфейсе frame relay для оконечных устройств пользователя отводится 976 адресов DLCI.

Поле данных может иметь размер до 4056 байт.

Поле C/R имеет обычный для протокола семейства HDLC смысл - это признак «команда-ответ».

Поля DE, FECN и BECN используются протоколом для управлением трафиком и поддержания заданного качества обслуживания виртуального канала.

2.4 Протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI

Ethernet, технология пожалуй, является наиболее распространенной (по сравнению с Token Ring и FDDI), под Ethernet в общем подразумевают любой из вариантов этой технологии. На ее основе так же был разработан похожий стандарт IEEE 802.3. Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD. CSMA/CD является методом доступа, который позволяет только одной станции осуществлять передачу в среде коллективного использования. При малых расстояниях с большими скоростями распространения сигнала и относительно большой длине пакета с минимальными скоростями передачи сигнала данный протокол является достаточно эффективным (под эффективностью подразумевается возможность передачи пакетов за определенное время при высокой загрузке сети или при активности всех узлов). Однако, при этом следует учитывать и время между двумя успешными передачами, которое пропорционально расстоянию передачи и длине пакета, и обратно пропорционально скоростям распространения и передачи сигнала.

Сети Token Ring (стандарт 802.5), так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости. За счет обратной связи кольца одна из станций - активный монитор - непрерывно контролирует наличие маркера, а так же время оборота маркера и кадров данных. Эффективность протокола сети Token Ring гораздо выше протокола CSMA/CD, что объясняется малым временем распространения сигнала и малом времени удержания маркера каждым узлом. Но при этом следует учесть максимальное время доступа к среде, которое в основном состоит из времени выделяемом каждому узлу на передачу пакетов, т.е. необходимо учитывать количество узлов в сети (которое должно быть минимальным) и продолжительность передачи каждого узла (которая так же должна быть минимальной).

Технология FDDI - это технология локальных сетей, в которой в качестве среды передачи используется волоконно-оптические кабели и UTP категории 5 (TP-PMD). Для нее так же характерна кольцевая топология и маркерный метод доступа. Данная технология является наиболее отказоустойчивой технологией. При однократных отказах кабельной системы или станции сеть за счет «сворачивания» двойного кольца в одинарное остается вполне работоспособной. Эффективность протокола является значительно высокой, что связано с незначительными задержками в узлах, с достаточным количеством узлов и относительно небольшим временем распространения маркера по кольцу, что так же зависит и от протяженности кольца.

В эталонной модели взаимодействия открытых систем (OSI) канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, дисциплины в канале связи (т.е. каким образов конечная система использует сетевой канал), уведомления об ошибках, упорядоченной доставки кадров, а так же вопросы управления потоком данных. Реализуются перечисленных функций на данном уровне протоколом HDLC (протокол управления каналом). HDLC 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. Протокол вводит совокупность средств, позволяющих организовать надежный канал передачи пакетов, вероятность искажения битов в котором не выше 10-8 … 10-9. Существует 2 режима работы протокола: режим нормального ответа и асинхронно сбалансированный режим. Режим нормального ответа используется для многоточечных линий, каждой вторичной станции присваивается свой номер. В этом режиме вторичная станция не может передать информацию без предварительного запроса от вторичной станции. Если поле адреса все единицы, то сообщение широковещательное. При режиме нормального ответа для соответствующей среды передачи необходимо подбирать такое оптимальное количество кадров (после которых следует запрос), чтобы время, требуемое на передачу всех кадров стремилось к минимуму.

2.5 Протокол ISDN

Уровнем 2 протокола обмена сигналами ISDN является Link Access Procedure, D channel (Процедура доступа к каналу связи, D-канал), известная также как LAРD. LAPD аналогична Управлению каналом передачи данных высокого уровня (HDLC) и Процедуре доступа к каналу связи, сбалансированной (LAPB). Как видно из раскрытия его акронима, LAPD используется в D-канале для того, чтобы обеспечить поток и соответствующий прием управляющей и сигнализирующей информации. Формат блока данных LAPD (смотри Рис. 3) очень похож на формат HDLC; также, как НDLC, LAPD использует блок данных супервизора, информационный и непронумерованный блоки данных.

Поля флаг (flag) и управление (control) LAPD идентичны этим полям у HDLC. Длина поля адрес LAPD может составлять один или два байта. Если в первом байте задан бит расширенного адреса (ЕА), то адрес состоит из одного байта; если он не задан, то адрес состоит из двух байтов. Первый байт адресного поля содержитservise access point identifier (SAPI) (идентификатор точки доступа к услугам), который идентифицирует главный вход, в котором услуги LAPD обеспечиваются Уровню 3. Бит C/R указывает, содержит ли блок данных команду или ответный сигнал. Поле идентификатора конечной точки терминала (terminal end-point identifier) (TEI) указывает, является ли терминал единственным или их много. Этот идентификатор является единственным из перечисленных выше, который указывает на широковещание.

Выводы

HDLC (High - livel Data Link Control - высший уровень управления каналом связи) является типичным представителем группы бит - ориентированных протоколов. Протокол HLDC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды.

Так же протокол HDLC является основополагающим. Формат кадра HDLC взят за основу при создании других сетевых протоколов, таких как: LLC, Frame Relay, Token Ring, Ethernet, ISDN и X.25.

Литература

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы (4-ое изд.) - 2010.

2. Э. Таненбаум - Компьютерные Сети.

3. Wikipedia.org

4. ectures.net.ru

5. www.protocols.com

6. iptcp.net

7. crypto.pp.ua

8. citforum.ru

Размещено на Allbest.ru