Warstwa łącza danych

Funkcje warstwy liniowej w sieciach LAN

• Serializacja i deserializacja informacji - zmiana informacji na postać bitowo-szeregową.

• Nadawanie preambuły w celu uzyskania synchronizacji bitowej.

• Synchronizacja blokowa. W sieciach LAN początek ramki jest oznaczany preambułą, a koniec ramki ciszą na łączu.

• Adresowanie. Każde urządzenie w sieci LAN musi być identyfikowane za pomocą unikalnego adresu.

• Format ramki musi być dokładnie określony.

Podwarstwa kanału logicznego LLC

Standard LLC IEEE 802.2 jest w dużym stopniu wzorowany na protokole bitowym HDLC, jednak nie używa wtrącania bitów. Istnieją trzy rodzaje wymiany jednostek danych LLC:

• Typ 1 - usługa bezpołączeniowa bez potwierdzeń (LLC-1)

• Typ 2 - usługa połączeniowa bez potwierdzeń (LLC-2)

• Typ 3 - usługa bezpołączeniowa z potwierdzeniami (LLC-3)

Zgodnie z modelem warstwowym dla sieci LAN usługi transportowe LLC są udostępniane warstwie wyższej przez jeden lub więcej punktów dostępu do usług SAP tworzących logiczny styk między sąsiadującymi warstwami. Poszczególne punkty dostępu do usług świadczonych przez LLC są zwykle związane z różnymi protokołami warstwy wyższych, a tym samym z różnymi aplikacjami.

Adresowanie w sieciach LAN

Każde urządzenie podłączone do sieci LAN musi być identyfikowane za pomocą adresu fizycznego, określany też mianem adresu sprzętowego (jest on związany z płytą główną lub kartą sieciową włączoną do urządzenia). Adres stacji jest nazywany adresem MAC z uwagi na jego obecność w ramce podwarstwy MAC.

Każda karta sieciowa odfiltrowuje adresowane do niej ramki, czyli sprawdza: (1) czy adres docelowy w ramce pokrywa się z adresem fizycznym stacji i (2) przekazuje ramki do dalszego przetwarzania w stacji w przypadku zgodności adresów, bądź (3) odrzuca ramki, gdy zostanie stwierdzona niezgodność.

Zalecenia IEEE dopuszczają adresy 16 lub 48 bitowe. Częściej stosowanej są 48 bitowe. Ogólnie akceptowanym administratorem adresów dla sieci LAN jest IEEE. Organizacja ta przyznaje producentom sprzętu 6 bajtowe bloki adresowe, przy czym 3 pierwsze bajty każdego z tych bloków (24 bity) mają strukturę określona przez IEEE. Pozostałe 3 bajty mogą być zagospodarowane przez producenta. Wśród tych pierwszych 24 bitów określanych mianem kodu producenta dwa pierwsze bity mają specjalne znaczenie. Jest to bit U/L (ang. Universal/Local), który definiuje globalne (U/L=1) bądź lokalne (U/L=0) znaczenie adresu. Drugi bit G/I (ang. Group/Individual) definiuje czy adres dotyczy pojedynczego urządzenia (G/I=0) czy grupy urządzeń (G/I=1).

Metody kontroli poprawności transmisji

Do określenia częstości występowania błędów stosuje się wskaźnik nazywany bitową stopą błędów BER (ang. Bit Error Rate). Jest to udział bitów błędnie przetransmitowanych w długim, testowym ciągu bitów. W sieciach LAN powinien wynosić około 10^-9.

Najczęściej występują błędy seryjne (przekłamania niektórych lub wszystkich bitów z pewnej grupy), gdyż błąd transmisji jest zazwyczaj spowodowany silnym zewnętrznym zakłóceniem.

W sieciach LAN stosuje się kody kontrolne CRC (ang. Cyclic Redundancy Check) w celu wykrycia błędów transmisji. Do przysyłanego ciągu bitów I dołącza się nadmiarowe bity zawierające resztę z dzielenia I przez specjalny wielomian generacyjny G(x). Po stronie odbiorczej cały ciąg bitów dzieli się przez G(x) i sprawdza się resztę. Jeśli reszta wynosi zero to nie nastąpiły błędy transmisji.

Najczęściej stosowane wielomiany generacyjne to dla sieci rozległych: G(x)=x¹⁶+x¹²+x⁵+1 G(x)=x¹⁶+x¹⁵+x¹²+1

Dla sieci LAN stosuje się wielomian stopnia 32:

G(x)=x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1

Przykład

10001000100100010000000000000000 : 10001000000100001

10001000000100001

10000001100000000

10001000000100001

10011001000010000

10001000000100001

10001000110001000

10001000000100001

0000000110101001 reszta

Metody dostępu do medium komunikacyjnego

Dostęp niekontrolowany

Dla dostępu niekontrolowanego (rywalizacyjnego) stacja może zacząć nadawać w dowolnym czasie, czyli mogą wystąpić kolizji.

Protokół ALOHA

Pierwowzorem algorytmów dostępu niekontrolowanego był protokół ALOHA opracowany w 1970 roku na Uniwersytecie Hawajskim stosowany w sieciach radiowych. W tym protokole stacja może nadawać w dowolnym czasie, otrzymanie ramki musi być potwierdzone poza protokołem dostępu (innym kanałem) w określonym przedziale czasu. W związku z tym poprawna praca systemu jest możliwa tylko przy niewielkim obciążeniu sieci (do 18% przepustowości łącza). Wzrost natężenia przesyłanych ramek może doprowadzić do zablokowania łącza. Protokół S-ALOHA (ang Slotted ALOHA) to modyfikacja protokołu ALOHA, w której stacja dokonuje prób dostępu w przypadkowo wybranych szczelinach czasu. Dopuszczalne obciążenie dla S-ALOHA to 37%. Zaletą systemów typu ALOHA jest prostota działania, a wadą jest niewielkie wykorzystanie dostępnego pasma.

Algorytmy dostępu typu CSMA

Protokoły typu CSMA (ang. Carrier Sense Multiple Access) wykorzystują informacje pomocnicze uzyskane poprzez śledzenie nośnej w celu zwiększenia efektywności działania. Każda transmisja poprzedzona jest nasłuchiwaniem nośnej i tylko w przypadku stwierdzenia wolnego łącza następuje transmisja. W przypadku wystąpienia kolizji, stacja nadająca nie otrzymuje potwierdzenia, co wymusza retransmisję ramki po losowym czasie. Wyróżniamy dwa typy algorytmów CSMA:

• Bez wymuszania transmisji (ang. nonpersistent). Stacja gotowa do transmisji, po stwierdzeniu zajętości kanału rezygnuje chwilowo z transmisji losując czas po którym ponawia próbę.

• Z wymuszaniem transmisji z prawdopodobieństwem p (ang. p-persistent). Stacja z gotową ramką czeka na zwolnienie kanału i z prawdopodobieństwem p dokonuje próby transmisji w kolejnych szczelinach czasu.

Algorytmy dostępu typu CSMA/CD

W metodzie CSMA/CD (ang. CSMA Collision Detection) stacje potrafią wykryć kolizję w łączu, następnie poprzez wymuszenie kolizji (ang. jam) informują inne stacje o kolizji. Po losowym czasie ponawiają transmisję.

Porównanie metod dostępu do łącza

Rys. Zależność ilości S skutecznie przesłanej informacji od ilości G informacji zleconej do przesłania. Wartości S i G wyrażono w postaci wielokrotności szybkości transmisji.

Standardy warstwy łącza danych

Klasyfikacja sieci LAN i MAN

---