Компьютерные сети. 6-е изд.

3.5.1. Передача пакетов по каналам SONET

SONET, с которым мы познакомились в разделе 2.5.3, — это протокол физического уровня, наиболее часто используемый в оптоволоконных каналах, которые составляют магистраль различных коммуникационных сетей, включая телефонную. SONET обеспечивает строго определенную скорость передачи данных (например, 2,4 Гбит/с в канале OC-48). Поток битов организован в виде пакетов фиксированного размера, которые посылаются каждые 125 мкс, независимо от наличия в них пользовательских данных.

Чтобы передавать пакеты по таким каналам, необходим некоторый механизм формирования фреймов, способный отличать возникающие иногда пакеты от непрерывного потока битов, в котором они передаются. Для этого на IP-маршрутизаторах работает протокол PPP, как показано на илл. 3.23.

Илл. 3.23. Передача пакета по каналам SONET. (а) Стек протоколов. (б) Взаимоотношения между фреймами

PPP — это улучшенный вариант более простого интернет-протокола для последовательной линии SLIP (Serial Line Internet Protocol). Он обнаруживает ошибки, поддерживает несколько протоколов, разрешает аутентификацию и выполняет ряд других задач. Благодаря широкому набору параметров PPP может использоваться в качестве трех основных методов.

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

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

3. Способ договориться о параметрах сетевого уровня независимо от используемого в нем протокола. Данный метод состоит в том, что для каждого поддерживаемого сетевого уровня имеется свой сетевой протокол управления NCP (Network Control Protocol).

Чтобы не изобретать велосипед, для PPP был выбран формат фрейма, близкий к формату высокоуровневого протокола управления каналом HDLC (High-level Data Link Control), некогда популярного представителя раннего семейства протоколов.

В отличие от бит-ориентированного протокола HDLC, PPP является байт-ориентированным. В частности, в PPP применяется байт-стаффинг, поэтому все фреймы состоят из целого числа байтов. HDLC использует бит-стаффинг; это позволяет отправить фрейм размером, к примеру, 30,25 байта.

Существует второе важное отличие. HDLC предоставляет надежную передачу за счет метода «раздвижного окна», подтверждений и тайм-аутов, как мы видели выше. PPP также может обеспечить надежность в зашумленной среде, например в беспроводных сетях; детали определены в стандарте RFC 1663. Однако на практике это применяется редко. Вместо этого для предоставления службы без установки соединения и без подтверждений в интернете применяется ненумерованный режим.

Формат фрейма PPP показан на илл. 3.24. Все PPP-фреймы начинаются со стандартного флагового байта протокола HDLC 0x7E (01111110). Если этот байт встречается в поле Payload, он предваряется управляющим байтом 0x7D, а следующий за ним представляет собой экранированный 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 фрейма 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 значением 0x20. Кроме того, между фреймами необходим только один флаговый байт. Несколько флаговых байтов могут применяться для заполнения канала при отсутствии фреймов данных для отправки получателю.

Илл. 3.24. Полный формат фрейма PPP для работы в ненумерованном режиме

После стартового фрейма идет поле Address (Адрес), которому всегда присваивается двоичное значение 11111111; это означает, что все станции должны принимать этот фрейм. Использование такого значения позволяет избежать необходимости назначать адреса передачи данных.

За полем адреса следует поле Control (Управляющее поле), его значение по умолчанию равно 00000011. Это число означает ненумерованный фрейм.

Так как по умолчанию поля Address и Control являются константами, протокол LCP позволяет двум сторонам договориться о возможности пропустить оба поля и сэкономить таким образом по 2 байта на фрейм.