Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

С вопросом тайм-аутов и отрицательных подтверждений тесно связана проблема определения кадра, вызвавшего тайм-аут. В протоколе 5 это всегда кадр с номером ack_expected, поскольку он является старшим. В протоколе 6 нет столь простого способа определить кадр, интервал ожидания которого истек. Предположим, были переданы кадры с 0 по 4, то есть список неподтвержденных кадров выглядит так: 01234 (от первого к последнему). Теперь допустим, что у кадра 0 истекает интервал ожидания и он передается повторно, затем посылается кадр 5 (новый), потом интервал ожидания истекает у кадров 1 и 2 и посылается кадр 6 (также новый). В результате список неподтвержденных кадров принимает вид: 3405126, начиная с самого старого и заканчивая самым новым. Если весь встречный поток данных потеряется, интервалы ожидания этих семи кадров истекут именно в таком порядке.

Чтобы не усложнять и без того непростой пример протокола, мы не показываем подробностей управления таймером. Вместо этого предполагается, что переменной oldest_frame при наступлении тайм-аута присваивается номер кадра, интервал времени которого истек.

3.5. Примеры протоколов передачи данных

В пределах одного здания для связи компьютеров широко применяются локальные сети, однако большинство глобальных сетей построено на двухточечных линиях. С локальными сетями мы познакомимся в главе 4. Здесь мы рассмотрим протоколы канального уровня, которые применяются на двухточечных каналах в Интернете в двух наиболее распространенных ситуациях. Первая — это передача пакетов по оптоволокну SONET. Например, такие каналы соединяют маршрутизаторы, установленные в разных концах сети поставщика услуг Интернета.

Вторая ситуация описывает каналы ADSL в пределах локального контура телефонной сети. Такие связи соединяют с Интернетом миллионы отдельных пользователей и компаний.

Пользователям необходимы для подключения к Интернету такие двухточечные связи, а также телефонные модемы, арендованные линии, кабельные модемы и т. д. Для пересылки пакетов по таким каналам используется стандартный протокол под названием PPP( Point-to-Point Protocol, протокол двухточечного соединения). Протокол PPP описан в стандарте RFC 1661 и доработан в более поздних документах RFC 1662 и др. (Simpson, 1994a, 1994b). PPP применяется в каналах SONET и ADSL, но по-разному.

3.5.1. Передача пакетов по протоколу SONET

SONET, с которым мы познакомились в главе 2, — это протокол физического уровня, который наиболее часто используется в оптоволоконных каналах, составляющих магистраль различных коммуникационных сетей, включая телефонную. Этот протокол обеспечивает хорошую, строго определенную скорость передачи данных (например, 2,4 Гбит/с в канале OC-48). Поток бит организован в виде пакетов фиксированного размера, которые посылаются каждые 125 мкс, независимо от того, содержат ли они пользовательские данные.

Для передачи пакетов по таким каналам необходим некоторый механизм формирования кадров, способный отличать иногда возникающие пакеты от непрерывного потока бит, в котором они передаются. Для обеспечения такого механизма на IP-маршрутизаторах работает протокол PPP, как показано на рис. 3.16.

Рис. 3.16.Пакеты передаются по протоколу SONET: а — стек протоколов; б — взаимоотношение между кадрами

PPP — это улучшенный вариант более простого протокола под названием SLIP( Serial Line Internet Protocol, интернет-протокол для последовательной линии),

выполняющий обнаружение ошибок, поддерживающий несколько протоколов, разрешающий аутентификацию и имеющий ряд других свойств. Благодаря широкому набору настроек PPP обеспечивает три основных набора методов.

1. Метод формирования кадров, однозначно обозначающий конец одного кадра и начало следующего. Формат кадров также обеспечивает обнаружение ошибок.

2. Протокол управления каналом, позволяющий устанавливать каналы связи, тестировать их, договариваться о параметрах их использования и снова отключать их, когда они не нужны. Этот протокол называется LCP( Link Control Protocol).

3. Способ договориться о параметрах сетевого уровня, который не зависит от используемого протокола сетевого уровня. Для каждого поддерживаемого сетевого уровня этот метод должен иметь свой сетевой протокол управления ( NCP, Network Control Protocol).

Чтобы не изобретать велосипед, был выбран формат кадра PPP, близкий к формату кадра HDLC( High-level Data Link Control, высокоуровневый протокол управления каналом) — некогда популярного представителя раннего семейства протоколов.

В отличие от бит-ориентированного протокола HDLC, PPP является байториентированным. В частности, в PPP применяется символьное заполнение, поэтому все кадры состоят из целого числа байт. С помощью протокола PPP невозможно послать кадр, состоящий из 30,25 байт, как это можно было сделать в протоколе HDLC.

Однако практическое значение имеет второе очень важное отличие. HDLC обеспечивает надежную передачу за счет метода скользящего окна, подтверждений и таймаутов — как мы видели выше. PPP также обеспечивает надежную передачу в шумных средах, таких как беспроводные сети; детали протокола определены в стандарте RFC 1663. Однако на практике это применяется редко. Вместо этого в Интернете для обеспечения сервиса без установки соединения и без подтверждений применяется «ненумерованный режим».

Формат кадра PPP показан на рис. 3.17. Все PPP-кадры начинаются со стандартного флагового байта протокола HDLC 0x7E (01111110). Если этот байт встречается в поле Данные (Payload ), он предваряется управляющим байтом 0x7D, а следующий за ним байт представляет собой предваряемый байт, сложенный по модулю 2 со значением 0x20 (при этом переключается пятый бит). Например, 0x7D 0x5E — это управляющая последовательность для флагового байта 0x7E. Это означает, что начало и конец кадра можно найти, просто просканировав содержимое на наличие байта 0x7E. Больше он нигде встречаться не будет. Правило удаления заполняющих битов при получении — найти значение 0x7D, удалить его, а следующий байт сложить по модулю 2 со значение 0x20. Кроме того, между кадрами необходим только один флаговый байт. Несколько флаговых байтов могут применяться для заполнения канала, когда кадров с данными для отправки получателю нет.

После стартового кадра идет поле Адрес (Address), которому всегда присваивается двоичное значение 11111111, это означает, что все станции должны принимать этот кадр. Использование такого адреса позволяет избежать необходимости назначения адресов передачи данных.