Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Показанные на рис. 3.19 протоколы, работающие в канале ADSL, начинаются с низшего, физического уровня. Они основаны на схеме цифровой модуляции под названием мультиплексирование с ортогональным делением частот (также известное как цифровая многоканальная тональная модуляция), с которым мы познакомились ранее. Ближе к вершине стека, под сетевым уровнем IP, находится PPP. Это тот же самый протокол PPP, который мы изучили при рассмотрении пакетов, путешествующих по сетям SONET. Он точно так же устанавливает и настраивает связь для передачи IP-пакетов.

Между ADSL и PPP находятся ATM и AAL5. Это новые протоколы, с которыми мы ранее не встречались. Протокол ATM( Asynchronous Transfer Mode, режим асинхронной передачи) был разработан в начале 1990-х годов и широко рекламировался

при первом запуске. Он обещал сетевую технологию, которая решит все мировые телекоммуникационные проблемы, объединив голос, текстовые данные, кабельное телевидение, телеграф, почтовых голубей, связанные нитью консервные банки, тамтамы и все остальные способы передачи информации в интегрированную систему, способную удовлетворить любые требования каждого пользователя. Этого не случилось. В целом, ATM столкнулся с теми же проблемами, о которых мы упомянули в разговоре о протоколах OSI: плохая синхронизация, технология, реализация и политические тонкости. Тем не менее ATM все же добился большего успеха, чем OSI. Хотя он и не завоевал мир, его все же широко применяют в таких сферах, как линии широкополосного доступа, такие как DSL, и каналы WAN в телефонных сетях.

Рис. 3.19. Стек протоколов ADSL

ATM представляет канальный уровень, основанный на пересылке ячеек (cells) информации фиксированной длины. Асинхронная передача означает, что нет необходимости постоянно отправлять ячейки, как, например, биты по синхронным линиям (таким как SONET). Ячейки пересылаются только тогда, когда имеется какая-то информация, готовая к передаче. ATM — это технология, ориентированная на соединение. В заголовок каждой ячейки встраивается идентификатор виртуального контура (virtual circuit), и устройства используют этот идентификатор для пересылки ячеек по различным путям внутри установленных соединений.

Длина каждой ячейки составляет 53 байта: 48 байт полезной нагрузки плюс 5 байт заголовка. Применяя ячейки небольшого размера, ATM гибко разделяет полосу пропускания физического канала между разными пользователями. Эта возможность полезна, когда, например, по одному каналу пересылаются голосовые данные и текстовая информация. Большие пакеты текстовых данных не будут приводить к длинным задержкам при пересылке фрагментов голосовой информации. Нестандартный выбор длины ячейки (сравните 53 байта с более естественным выбором значения, представляющего степень двойки) иллюстрирует политические вопросы, имевшие немалое значение при разработке протокола. 48 байт под полезную информацию — это компромисс между 32-байтовыми ячейками, которые хотела использовать Европа, и 64-байтовыми, за которые голосовала Америка. Краткое описание протокола представили Сиу и Джайн (Siu, Jain, 1995).

Для пересылки данных по сети ATM необходимо отобразить их в последовательность ячеек. Отображение выполняется на уровне адаптации протокола ATM процессом, который называется сегментацией и обратной сборкой (segmentation and reassembly). Для различных служб, пересылающих, например, периодические образцы голосовых данных или пакетную информацию, были определены несколько уровней адаптации. Основной, используемый для пакетных данных — это AAL5 (ATM Adaptation Layer 5, уровень адаптации ATM 5).

Кадр AAL5 показан на рис. 3.20. Роль заголовка у него исполняет концевик, содержащий сведения о длине, а также 4-байтовый код CRC для обнаружения ошибок. Разумеется, это тот же самый CRC, который используется протоколом PPP и сетями стандарта IEEE 802, такими как Ethernet. Вонг и Кроукрофт (Wang, Crowcroft, 1992) продемонстрировали, что это достаточно сильная конфигурация, чтобы обнаруживать нетрадиционные ошибки, такие как сбой в порядке следования ячеек. Помимо полезной нагрузки, в кадре AAL5 есть биты заполнения (Pad). Они дополняют общую длину, чтобы она была кратной 48 байтам. Таким образом, кадр можно будет поделить на целое число ячеек. Хранить адреса внутри кадра не нужно, так как идентификатор виртуального контура, имеющийся в каждой ячейке, не даст ей заблудиться и приведет к нужному получателю.

Рис. 3.20. Кадр AAL5, содержащий данные PPP

Итак, мы познакомились с протоколом ATM. Осталось только рассказать, как его задействует протокол PPP в случае подключения по каналам ADSL. Это делается с помощью еще одного стандарта, который называется PPPoA (PPP over ATM, то есть PPP с использованием ATM). В действительности данный стандарт нельзя назвать протоколом (поэтому на рис. 3.19 его нет). Скорее, это спецификация, описывающая, как одновременно применять протокол PPP и кадры AAL5. Подробнее об этом рассказывается в стандарте RFC 2364 (Gross и др., 1998).

Полезная нагрузка AAL5 включает только поля Протокол (Protocol ) и Данные (Payload ) протокола PPP, как показано на рис. 3.20. Поле протокола сообщает устройству DSLAM, является полезная нагрузка IP-пакетом или пакетом другого протокола, например LCP. Принимающая сторона знает, что ячейки содержат информацию PPP, так как виртуальный контур ATM настраивается соответствующим образом.

В кадре AAL5 механизмы формирования кадра PPP не требуются, всю работу выполняют ATM и AAL5. Дополнительно создавать кадры было бы попросту бессмысленно. Код CRC протокола PPP также не нужен, поскольку AAL5 включает тот же самый код CRC. Механизм выявления ошибок дополняет кодирование физического уровня, применяемое в каналах ADSL (код Рида—Соломона для исправления ошибок и 1-байтовый CRC для распознавания оставшихся ошибок, не пойманных другими способами). Это намного более сложный механизм устранения ошибок, чем тот, что применяется при пересылке данных в сетях SONET. Причина проста — линии ADSL куда более зашумленные.

з. 6. Резюме

Задачей канального уровня является преобразование необработанного потока бит, поступающего с физического уровня, в поток кадров, которые может использовать сетевой уровень. Канальный уровень может представлять такой поток с различной степенью надежности, начиная от сервисов без установки соединения и без подтверждения и заканчивая надежными ориентированными на соединение сервисами.

Используются различные методы формирования кадров, включая подсчет байтов, символьное и битовое заполнение. Протоколы канального уровня могут обладать возможностями контроля ошибок для обнаружения и исправления поврежденных кадров и повторной передачи потерянных. Во избежание опережения медленного приемника быстрым отправителем применяется управление потоком. Механизм скользящих окон широко используется для удобного объединения контроля ошибок и управления потоком. Для окна размером в один пакет применяется протокол с остановкой и ожиданием.