Физический уровень

Физический уровень — самый низкий в модели OSi. На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и иные параметры реализации физической связи. Физический уровень описывает процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами. Ею может быть медный кабель (коаксиальный кабель, витая пара и т. д.), оптоволокно, радиоканал. Поэтому к физическому уровню относятся характеристики сред передачи: полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов: фронты импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, типы кодирования, скорости передачи сигналов. Кроме того, стандартизуются типы разъемов, и определяется назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. В компьютере физический уровень поддерживается сетевым адаптером. Единственным типом оборудования, которое работает только на физическом уровне, являются повторители.

. Протокол физического уровня в модели ВОС обеспечивает взаимодействие со средой передачи, связывающей системы между собой.

Физический уровень (ФУ) предоставляет канальному уровню (КУ) следующие услуги:

1) физическое соединение между двумя или большим числом компонентов канального уровня для передачи данных;

2) передавать по этому соединению некоторые определенные для физического уровня единицы данных физического уровня, например, биты при последовательной передаче или байты при параллельном способе передачи;

3) идентифицировать цепи (или каналы) передачи данных между компонентами ФУ (определять номер входящего канала);

4) обеспечивать требуемое качество обслуживания.

Функции ФУ реализуются во всех устройствах, подключаемых к сети. В компьютере это – сетевой адаптер, в аппаратуре SDH – это пользовательский интерфейс и порты интерфейсов передачи в агрегатных блоках. Единственные устройства, которые работают только на физическом уровне – это повторители и регенераторы, которые устанавливаются на оптических линиях передачи.

Протоколы физического уровня часто называют спецификациями. Например, технология Ethernet позволяет работать с различными средами и реализует различные спецификации. Об этом подробнее укажем далее.

Устройство преобразования на физическом уровне называется трансивер.

Существует несколько стандартов физического уровня. Например, X.21bis – стандарт на подключение абонентов по коммутируемым цифровым телефонным каналам, для аналоговых каналов используется обычно буква v, например, V.34 bis – стандарт для модема, например, V.96 bis – это модем 56 Кбайт.

Большинство базовых технологий локальных сетей допускают использование различных спецификаций физического уровня в одной сети. Эти спецификации отличаются средой передачи и способами представления сигналов в среде. Например, технология Ethernet, обеспечивающая передачу со скоростью 10 Мбит/с, имеет несколько вариантов реализаций физического уровня: 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T, 10BASE-FL и др.. Согласование физических уровней выполняют специальные устройства, имеющие интерфейсы с трансиверами различных типов.

Новые технологии опираются на стандарты, делящие физический уровень на две части: часть, зависящую от физической среды, и часть, не зависящую от физической среды. Связь между этими подуровнями детально описывают стандарты. Такое разбиение позволяет с большей точностью описать процессы физического уровня.

Не существует единой универсальной схемы кодирования сигнала, которая подходила бы для всех физических интерфейсов. Например, для технологий Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, АТМ, SDH разработаны различные варианты физического уровня, которые отличаются не только типом физической среды и электрическими характеристиками, но и способом кодирования сигналов и количеством используемых проводников. В Ethernet используется манчестерское кодирование и дифференциальное манчестерское кодирование. При манчестерском кодировании каждый интервал времени разделяется на две половинки, в течение которого происходит передача одного бита,единица кодируется высоким напряжением в первой половинке, а ноль во второй. Недостатком манчестерсмкого кодирования является необходимость удвоения частоты. В технологии Ethernet 10 Мбит/c действительная передача производится со скоростью 20 Мбит/с.

Канальный уровень (КУ)

Канальный уровень обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками данных, называемыми кадрами (frame). Основным назначением канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть.

КУ обеспечивают взаимосвязь между сетевым (СУ) и физическим уровнем, предоставляя СУ более широкий набор услуг, чем даёт физический уровень. КУ получает пакеты от верхнего сетевого уровня, присоединяет к этому пакету адреса получателя и отправителя, формирует набор кадров для передачи.

КУ имеет следующие функции:

1) инициализация – обмен между взаимодействующими станциями служебными сообщениями, подтверждающими готовность к передаче данных, установление логического соединения;

2) идентификация – обмен между двумя взаимодействующими станциями служебной информацией, подтверждающей правильность соединений;

3) синхронизация – выделение в потоке битов-границ знаков (байтов);

4) сегментация – формирование кадров для их передачи по каналу;

5) обеспечение прозрачности – предоставление расположенного выше СУ возможности передачи любой произвольной последовательности битов или байтов;

6) управление потоком – обеспечение согласования скоростей передачи и приёма;

7) контроль ошибок и управление последовательностью передачи – обнаружение ошибок в кадрах и запрос повторной передачи искажённых кадров, обеспечение соответствия последовательности кадров на входе и выходе каналов;

8) выход из ситуации сбоя;

9) управление каналом – обнаружение отказа и восстановление после отказа;

10) завершение работы канала – ликвидация логического соединения, образованного при инициализации канала.

Канальный уровень имеет два подуровня – логического контроля соединения (LLC – Logical Link Control) и контроля доступа к среде (MAC – Medium Access Control). Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров между станциями сети и взаимодействие с сетевым уровнем. МАС-уровень лежит ниже LLC-уров-ня и обеспечивает доступ к каналу передачи данных. Уровень LLC дает более высоким уровням возможность управлять качеством услуг. LLC обеспечивает сервис трех типов:

· Сервис без подтверждения доставки и установления соединения. Он негарантирует доставку кадров. Этот вид сервиса называют дейтаграммным. Он чаще применяется в приложениях, использующих протоколы более высоких уровней, которые сами обеспечивают защиту от ошибок и поддерживают потоковую передачу данных;

· Сервис с установлением соединения, способный обеспечить надежный обмен кадрами;

· Сервис без установления соединения с подтверждением доставки.

Главной функцией МАС-уровня является обеспечение доступа к каналу. На этом уровне формируется физический адрес устройства, подсоединенного к каналу. Этот физический адрес также называется МАС-адресом. Каждое устройство сети идентифицируется этим уникальным адресом, который присваивается всем сетевым интерфейсам устройства. МАС-адрес позволяет выполнять точеч ную адресацию кадров, групповую и широковещательную. При передаче данных в сети отправитель указывает МАС-адрес получателя в передаваемом кадре.

Нижний подуровень MAC проверяет адрес, контрольную сумму и наличие ошибок в пакете. Например, для широко распространенные протоколы SLIP и PPP охватывают физический и, частично, канальный уровень, только SLIP – без контроля ошибок. PPP (Point-to-Point Protocol) является усовершенствованием SLIP. PPP предусматривает адресацию физических устройств на уровне МАС и контроль ошибок LLC-уровня.

Функции протоколов КУ могут быть реализованы как с помощью отдельных сетевых технологий, так и в виде отдельных уровней в ряде базовых технологий. Например, в технологии ATM уровень КУ существует, а технология IP начинает работать с сетевого уровня.

Для доступа к среде в локальных сетях используются два метода:

· метод случайного доступа;

· метод маркерного доступа.

Метод случайного доступа основан на том, что любая станция сети пытается получить доступ к каналу передачи в необходимый для нее момент времени. Если канал занят, станция повторяет попытки доступа до его освобождения. Примером реализации этого метода является технология Ethernet.

Метод маркерного доступа применяется в сетях Token Ring, ArcNet, FDDI. Он основан на передаче от одной станции сети к другой маркера доступа. При получении маркера станция имеет право передать свою информацию.

Примерами протоколов канального уровня для локальных сетей являются Token Ring, Ethernet, Fast Ethernet, AnyLAN, FDDI.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними компьютерами, соединенными отдельной линией связи. К таким протоколам типа «точка-точка» относятся РРР, SLIP, LAP-B и LAP-D. Эти протоколы не используют подуровень доступа к среде, но требуют процедур управления потоком кадров, так как промежуточные коммутаторы могут переполняться при слишком высокой интенсивности трафика.

Дата добавления: 2014-01-05