Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Рис. 3.10. Реализация физического, канального и сетевого уровней

Другим ключевым допущением будет то, что машина A хочет послать на машину B длинный поток данных, используя надежный, ориентированный на соединение сервис. Позднее мы рассмотрим случай, при котором одновременно машина B также хочет послать данные на машину A . Предполагается, что у машины A имеется бесконечный источник данных, готовых к отправке, и что ей никогда не требуется ждать готовности данных. Когда канальный уровень машины A запрашивает данные, сетевой уровень всегда готов их ему предоставить. (Это ограничение также будет потом отброшено.)

Также предполагается, что компьютеры не выходят из строя. При передаче могут возникать ошибки, но не проблемы, связанные с поломкой оборудования или случайной перезагрузкой.

При рассмотрении канального уровня пакет, передаваемый ему по интерфейсу сетевым уровнем, рассматривается как чистые данные, каждый бит которых должен быть доставлен сетевому уровню принимающей машины. Тот факт, что сетевой уровень принимающей машины может интерпретировать часть этого пакета как заголовок, не касается канального уровня.

Получив пакет, канальный уровень формирует из пакета кадры, добавляя заголовок и концевик (см. рис. 3.1). Таким образом, кадр состоит из внедренного пакета, некоторой служебной информации (в заголовке) и контрольной суммы (в концевике). Затем кадр передается канальному уровню принимающей машины. Мы будем предполагать наличие соответствующих библиотечных процедур, например tO_physical_layerдля отправки кадра и from_physical_l ayerдля получения кадра. Эти процедуры вычисляют и добавляют или проверяют контрольную сумму (обычно это делается аппаратно), так что протоколы, о которых мы говорим в этом разделе, могут не беспокоиться об этом. Они могут применять, например, алгоритм циклических кодов, обсуждавшийся в предыдущем разделе.

Вначале получатель ничего не должен делать. Он просто сидит без дела, ожидая, что что-то произойдет. В приводимых в данной главе примерах протоколов ожидание событий уровнем передачи данных обозначается вызовом процедуры wait_for_ event(&event). Эта процедура возвращает управление, только когда что-то происходит (например, прибывает кадр). При этом переменная eventсообщает, что именно случилось. Наборы возможных событий отличаются в разных протоколах и поэтому будут описываться для каждого протокола отдельно. Следует заметить, что в действительности канальный уровень не находится в холостом цикле ожидания событий, как мы предположили, а получает прерывание, когда это событие происходит. При этом он приостанавливает свои текущие процессы и обрабатывает пришедший кадр. Тем не менее для простоты мы проигнорируем эти детали и предположим, что канальный уровень все свое время посвящает работе с одним каналом.

Листинг 3.1.Общие объявления для последующих протоколов. Объявления располагаются в файле protocol.h

Листинг 3.1 (продолжение)

Когда принимающая машина получает кадр, контрольная сумма вычисляется заново. Если контрольная сумма в кадре неверна (то есть при передаче возникли ошибки), то канальный уровень получает соответствующую информацию (event=cksum_err). Если кадр прибывает в целости, канальному уровню об этом также сообщается (event=frame_arri val), после чего он может получить этот кадр у физического уровня с помощью процедуры from_physical_layer. Получив неповрежденный кадр, канальный уровень проверяет управляющую информацию, находящуюся в заголовке кадра, и если все в порядке, часть этого кадра передается сетевому уровню. Заголовок кадра не передается сетевому уровню ни при каких обстоятельствах.

Для запрета передачи сетевому уровню любой части заголовка кадра есть веская причина: поддержание полного разделения сетевого и канального уровней. До тех пор пока сетевой уровень ничего не знает о формате кадра и протоколе канального уровня, изменения формата и протокола не потребуют изменений программного обеспечения сетевого уровня. Это происходит при установке в компьютер новой сетевой карты. Поддержание строгого интерфейса между сетевым и канальным уровнями значительно упрощает разработку программ, так как протоколы различных уровней могут развиваться независимо.

В листинге 3.1 показаны некоторые объявления (на языке C), общие для многих протоколов, обсуждаемых ниже. Определены пять типов данных: boolean, seq_nr, packet, frame_kind и frame. Тип boolean представляет собой перечисляемый тип, переменные которого могут принимать значения true или false. Тип seq_nr является целым без знака, используемым для нумерации кадров. Эти последовательные номера могут принимать значения от 0 до числа MAX_SEQ включительно, которое определяется в каждом протоколе, использующем его. Тип packet является единицей информации, используемой при обмене информацией между сетевым и канальным уровнями одной машины или двумя равноранговыми сетевыми уровнями. В нашей модели пакет всегда состоит из MAX_PKT байт, хотя на практике он обычно имеет переменную длину.

Структура frame состоит из четырех полей: kind, seq, ack и info, первые три из которых содержат управляющую информацию, а последнее может содержать данные, которые необходимо передать. Эти три управляющих поля вместе называются заголовком кадра (frame header).

Поле kind сообщает о наличии данных в кадре, так как некоторые протоколы отличают кадры, содержащие только управляющую информацию, от кадров, содержащих также и данные. Поля seq и ack используются соответственно для хранения последовательного номера кадра и подтверждения. Подробнее их использование будет описано ниже. Поле данных кадра, info, содержит один пакет. В управляющем кадре поле info не используется. В реальной жизни используется поле info переменной длины, полностью отсутствующее в управляющих кадрах.

Важно понимать взаимоотношения между пакетом и кадром. Сетевой уровень создает пакет, принимая сообщение от транспортного уровня и добавляя к нему за-

головок сетевого уровня. Этот пакет передается канальному уровню, который включает его в поле info исходящего кадра. Когда кадр прибывает на пункт назначения, канальный уровень извлекает пакет из кадра и передает его сетевому уровню. Таким образом, сетевой уровень может действовать так, как будто машины обмениваются пакетами напрямую.