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 обычно работает в пределах одной сети, которая, как правило, входит в более крупную составную сеть, объединяемую протоколами сетевого уровня. Адреса, с которыми работает протокол канального уровня, используются для доставки кадров только в пределах этой сети, а для перемещения пакетов из сети в сеть применяются уже адреса следующего, сетевого уровня.
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 предоставляют наиболее старый способ связи. Эти протоколы оперируют не с кадрами, а с отдельными символами, которые представлены байтами со старт-стоповыми символами.
Единицей передаваемых данных в асинхронных протоколах является не кадр данных, а отдельный символ, который чаще всего представлен одним байтом Некоторые символы имеют управляюший характер, например символ <CR> предписывает телетайпу или дисплею выполнить возврат каретки на начало строки. В этих протоколах существуют управляющие последовательности, обычно начинающиеся с символа < ЕSC>.
Описанный режим работы называется асинхронным, или старт-стопным. В асинхронном режиме каждый байт данных сопровождается специальными сигналами «старт» и «стоп» (рис. 5.9, а).
Рис. 5.9. Асинхронная (а) и синхронная (б) передачи на уровне байтов
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.
Рис. 5.10. Кадры синхронных протоколов
Так как байты в этих протоколах не отделяются друг от друга служебными сигналами, то одной из первых задач приемника является распознавание граница байтоп. 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. 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.
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. На рис. 5.11 показаны три различные схемы бит-ориентированной передачи. Они отличаются способом обозначения начала и конца каждoгo кадра.
Передача с установлением соединения и без установления соединения
Рис. 5.11. Способы выделения начала и конца кадра при синхронной передаче
При передаче кадров данных на канальном уровне используются как дейтаграмм-, ные процедуры, работающие без установления соединения {connectionless), так и процедуры с предварительным установлением логического соединения (сопnection-oriented).
При дейтаграммной передаче кадр посылается в сеть «без предупреждения», и никакой ответственности за его утерю протокол не несет (рис. 5.12, а). Предполагается, что сеть всегда готова принять кадр от конечного узла. Дейтаграммный метод работает быстро, так как никаких предварительных действий перед отправкой данных не требуется. Однако при таком методе трудно организовать в рамках протокола отслеживание факта доставки кадра узлу назначения. Этот метод не гарантирует доставку пакета.
Передача с установлением соединения более надежна, но требует больше времени для передачи данных и вычислительных затрат от конечных узлов. В этом случае узлу-получателю отправляется служебный кадр специального формата с предложением установить соединение (рис. 5.12, б).
Заметим,что, вотличие от протоколов дейтаграммного типа, которые поддерживают только один тип кадра — информационный, протоколы, работающие с установлением соединения, должны поддерживать как минимум два типа кадров — служебные, для установления (и разрыва) соединения, и информационные, переносящие собственно пользовательские данные.
Логическое соединение может быть рассчитано как па передачу данных в одном направлении — от инициатора соединения, так и в обоих направлениях.
