Fysiska lagerprotokoll för det fysiska lagret. Protokoll för fysiska lager för modem

vågmotstånd och andra. På samma nivå, egenskaperna elektriska signaler , sändning av diskret information, såsom brantheten hos fronterna på pulserna, spänningen eller strömnivåerna för den överförda signalen, typen av kodning, signalöverföringshastigheten. Dessutom är typerna av kontakter och syftet med varje stift standardiserade här.

Fysiskt lager:

• bitöverföring över fysiska kanaler ;
• bildning elektriska signaler ;
• informationskodning;
• synkronisering ;
• modulering .

Implementerad i hårdvara.

Funktioner fysiskt lager implementeras i alla enheter som är anslutna till nätverket. Datorns sidofunktioner fysiskt lager genomförde nätverksadapter eller serieport.

Exempel på protokoll fysiskt lager kan tjäna 10Base-T-specifikationen Ethernet-teknik, som definierar kabeln som används som oskärmad partvinnad kategori 3 med en karakteristisk impedans på 100 ohm, RJ-45-kontakt, den maximala längden på det fysiska segmentet är 100 meter, Manchester kod att representera data i en kabel, samt några andra egenskaper hos miljön och elektriska signaler.

Länklager

På fysisk nivå bitar skickas helt enkelt. Detta tar inte hänsyn till att i de nätverk där kommunikationslinjer används (delas) omväxlande av flera par av interagerande datorer, kan det fysiska överföringsmediet vara upptaget. Därför en av uppgifterna länklager(Datalänkslager) är en kontroll medeltillgänglighet. En annan uppgift länklager- Införande av mekanismer felsökning och korrigering. För detta på länklager bitar grupperas i uppsättningar som kallas personal ( ramar). Länklager säkerställer korrekt överföring av varje ram genom att placera en speciell bitsekvens i början och slutet av varje ram för att markera den, och beräknar även kontrollsumma, bearbetar alla bytes i ramen på ett visst sätt, och lägger till kontrollsumma till ramen. När en ram kommer över nätverket beräknar mottagaren igen kontrollsumma tagit emot data och jämför resultatet med kontrollsumma från ramen. Om de matchar anses ramen vara giltig och accepterad. Om kontrollsummor inte matchar, ett fel uppstår. Länklager kan inte bara upptäcka fel, utan också korrigera dem genom att återsända skadade ramar. Det bör noteras att felkorrigeringsfunktionen för länklagerär valfritt, så vissa protokoll i det här lagret har det inte, som Ethernet och frame relay .

Länklagerfunktioner

Pålitlig paketleverans:

1. Mellan två grannstationer i ett nätverk med godtycklig topologi.
2. Mellan alla stationer i ett nätverk med en typisk topologi:
   • tillgänglighetskontroll delad miljö;
   • val av ramar från dataströmmen som kommer över nätverket; inramning vid sändning av data;
   • räkna och kontrollera kontrollsumma.

Implementerad i hårdvara och mjukvara.

I protokollen länklager används i lokala nätverk, fastställs en viss struktur för kopplingar mellan datorer och sätt att adressera dem. Fastän länklager och säkerställer leveransen av ramen mellan två valfria noder i det lokala nätverket, det gör detta endast i ett nätverk med en viss anslutningstopologi, exakt den topologi som den designades för. Till sådana typiska topologier som stöds av protokoll länklager lokala nätverk, inkluderar den "gemensamma bussen", "ringen" och "stjärnan", såväl som de strukturer som härrör från dem med hjälp av broar och växlar. Protokollexempel länklagerär Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN-protokoll.

I lokala nätverk, protokoll länklager används av datorer, broar, switchar och routrar. Funktioner i datorer länklager genomförs gemensamt nätverkskort och deras förare.

I WAN, som sällan har en vanlig topologi, länklager ger ofta meddelandeutbyte endast mellan två angränsande datorer anslutna via en enskild kommunikationslinje. Exempel på punkt-till-punkt-protokoll (som sådana protokoll ofta kallas) är de allmänt använda PPP- och LAP-B-protokollen. I sådana fall används nätverkslagerfaciliteter för att leverera meddelanden mellan ändnoder över hela nätverket. Så här är X.25-nätverk organiserade. Ibland i globala nätverk, funktioner länklager det är svårt att peka ut i sin rena form, eftersom de i samma protokoll kombineras med nätverkslagerfunktioner. Exempel på detta tillvägagångssätt är ATM- och ramreläteknikprotokoll.

Allmänt länklagerär en mycket kraftfull uppsättning funktioner för vidarebefordra meddelanden mellan nätverksnoder. I vissa fall protokoll länklager visar sig vara självförsörjande fordon, och då kan applikationslagerprotokoll eller applikationer arbeta direkt ovanpå dem, utan att involvera nätverks- och transportlagren. Det finns till exempel en implementering kontrollprotokoll SNMP-nätverk direkt över Ethernet, även om detta protokoll som standard körs över nätverksprotokoll IP- och UDP-transportprotokoll. Naturligtvis kommer användningen av en sådan implementering att vara begränsad - den är inte lämplig för sammansatta nätverk. olika tekniker, som Ethernet och X.25, och även för ett nätverk där alla segment använder Ethernet, men det finns loopback-länkar mellan segmenten. Men i ett två-segment överbryggat Ethernet-nätverk, genomförandet av SNMP över länklager kommer att fungera fullt ut.

Men för att säkerställa kvaliteten transport meddelanden i nätverk av vilken topologi och funktionsteknik som helst länklager räcker inte, därför är lösningen av detta problem i OSI-modellen tilldelad till de kommande två nivåerna - nätverk och transport.

Fysiskt lager(Fysiskt lager) handlar om överföring bitar Förbi fysiska kanaler kommunikation såsom koaxialkabel, tvinnat par, fiberoptisk kabel eller digital territoriell krets. Denna nivå är relaterad till egenskaperna hos fysiska dataöverföringsmedier, såsom bandbredd, brusimmunitet, vågimpedans och andra. På samma nivå, egenskaperna elektriska signaler, sänder diskret information, såsom brantheten hos fronterna på pulserna, spänningen eller strömnivåerna för den sända signalen, typ kodning, signaleringshastighet. Dessutom är typerna av kontakter och syftet med varje stift standardiserade här.

Fysiskt lager :

utsända bitar Förbi fysiska kanaler;

bildning elektriska signaler;

kodning information;

synkronisering;

modulation.

Implementerad i hårdvara.

Funktioner fysiskt lager implementeras i alla enheter som är anslutna till nätverket. Datorns sidofunktioner fysiskt lager genomförde nätverksadapter eller seriell port.

Exempel på protokoll fysiskt lager kan fungera som 10Base-T Ethernet-teknikspecifikationen, som definierar kategori 3 oskärmad partvinnad kabel med en karakteristisk impedans på 100 ohm, RJ-45-kontakt, maximal kabellängd fysisk segmentet 100 meter, Manchester-kod för datarepresentation i en kabel, samt några andra miljöegenskaper och elektriska signaler.

Länklager

På fysisk nivå precis vidarebefordrat bitar. Detta tar inte hänsyn till att i de nätverk där kommunikationslinjer används (delas) omväxlande av flera par av interagerande datorer, kan det fysiska överföringsmediet vara upptaget. Därför en av uppgifterna länklager (datalänkskikt) är checken medeltillgänglighet. En annan uppgift länklager- Införande av mekanismer felsökning och korrigering. För detta på länklager bitar grupperas i uppsättningar som kallas personal (ramar ). Länklager säkerställer korrekt överföring av varje ram sätta en speciell sekvens bit i början och slutet av varje ram, för att extrahera det, och även beräknar kontrollsumma, bearbetar alla bytes ram på ett visst sätt, och tillägger kontrollsumma Till ram. När ram kommer över nätverket, räknar mottagaren igen kontrollsumma tagit emot data och jämför resultatet med kontrollsumma från ram. Om de matchar, ram anses vara korrekt och accepterat. Om kontrollsummor inte matchar, ett fel uppstår. Länklager kan inte bara upptäcka fel, utan också korrigera dem genom att återsända skadade personal. Det bör noteras att felkorrigeringsfunktionen för länklagerär valfritt, så vissa protokoll i det här lagret har det inte, till exempel Ethernet och frame relay.

Länklagerfunktioner

Pålitlig leverans paket:

Mellan två grannstationer i ett nätverk med godtycklig topologi.

Mellan alla stationer i ett nätverk med en typisk topologi:

kontrollera tillgängligheten av en delad miljö;

urval personal från dataströmmen som kommer över nätverket; bildning personal när du skickar data;

räkna och kontrollera kontrollsumma.

Implementerad i hårdvara och mjukvara.

I protokollen länklager används i lokala nätverk, en viss struktur av anslutningar mellan datorer och metoder för deras adressering. Fastän länklager och tillhandahåller leverans ram mellan två valfria noder i det lokala nätverket, gör den detta endast i ett nätverk med en viss topologi av anslutningar, exakt den topologi som den designades för. Till sådana typiska topologier som stöds av protokoll länklager lokala nätverk inkluderar "gemensam buss", "ring" och "stjärna", såväl som strukturer som härrör från dem med hjälp av broar Och växlar. Protokollexempel länklager protokoll är Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

I lokala nätverk, protokoll länklager används av datorer broar, växlar Och routrar. Funktioner i datorer länklager genomförs gemensamt nätverkskort och dem förare.

I WAN, som sällan har en vanlig topologi, länklager tillhandahåller ofta meddelanden endast mellan två angränsande datorer anslutna via en individuell kommunikationslinje. Exempel på punkt-till-punkt-protokoll (som sådana protokoll ofta kallas) är de allmänt använda PPP- och LAP-B-protokollen. I sådana fall används medel för att leverera meddelanden mellan ändnoder över hela nätverket. nätverkslager. Så här är X.25-nätverk organiserade. Ibland i globala nätverk, funktioner länklager det är svårt att peka ut i sin rena form, eftersom de i samma protokoll kombineras med funktioner nätverkslager. Exempel på detta tillvägagångssätt är ATM- och ramreläteknikprotokoll.

Allmänt länklagerär en mycket kraftfull uppsättning funktioner för att skicka meddelanden mellan nätverksnoder. I vissa fall protokoll länklager visar sig vara självförsörjande fordon, och då kan applikationslagerprotokoll eller applikationer fungera direkt ovanpå dem, utan att involvera pengar nätverk och transportnivåer. Till exempel finns det en implementering av SNMP-nätverkshanteringsprotokollet direkt ovanpå Ethernet, även om detta protokoll som standard körs ovanpå nätverksprotokoll IP- och UDP-transportprotokoll. Naturligtvis kommer användningen av en sådan implementering att vara begränsad - den är inte lämplig för sammansatta nätverk olika tekniker, såsom Ethernet och X.25, och även för ett nätverk där alla segment Ethernet används, men mellan segment slingliknande anslutningar finns. Men i ett tvåsegments Ethernet-nätverk, kombinerat bro, SNMP-implementering över länklager kommer att fungera fullt ut.

Men för att säkerställa högkvalitativ meddelandetransport i nätverk av vilken topologi och teknik som helst, fungerar länklager räcker inte, så OSI-modeller Lösningen på detta problem anförtros åt följande två nivåer - nätverk och transport.

Länklager tillhandahåller överföring paket data som kommer från protokoll för det övre skiktet till destinationsnoden, vars adress också indikerar protokollet för det övre skiktet. Protokoll länklager rita upp paket V ramar eget format, genom att placera den angivna destinationsadressen i ett av fälten för sådan ram, samt medföljande ram kontrollsumma. Protokoll länklager har en lokal innebörd, är det tänkt att levereras personal data, som regel, inom nätverk med en enkel topologi av anslutningar och samma typ eller nära teknik t.ex. i Ethernet-nätverk med ett segment eller i Ethernet- och Token Ring-nätverk med flera segment av hierarkisk topologi, endast åtskilda av broar Och växlar. I alla dessa konfigurationer är destinationsadressen lokal för nätverket och ändras inte vid färd ram från källnoden till destinationsnoden. Möjligheten att överföra data mellan lokala nätverk av olika teknologier beror på det faktum att dessa tekniker använder adresser i samma format, dessutom, tillverkare nätverkskort säkerställa adressens unikhet oavsett teknik.

Övrigt protokolltillämpningsområde länklagerär punkt-till-punkt WAN-länkar när protokollet länklager ansvarar för frakten ram närmaste granne. Adressen i detta fall är inte av grundläggande betydelse, och protokollets förmåga att återställa förvrängda och förlorade data kommer i förgrunden. ramar eftersom den dåliga kvaliteten på territoriella kanaler, särskilt omkopplade telefonkanaler, ofta kräver att sådana åtgärder vidtas. Om ovanstående villkor inte är uppfyllda, till exempel länkar mellan segment Ethernet har en loopad struktur, eller så använder de nätverk som kombineras olika metoder adressering, som i Ethernet- och X.25-nätverk, protokollet länklager klarar inte uppgiften att överföra ensam ram mellan noder och kräver protokollhjälp nätverkslager.

nätverkslager

nätverkslager (nätverkslager ) tjänar till att bilda ett enda transportsystem som kombinerar flera nätverk, och dessa nätverk kan använda olika principer för att överföra meddelanden mellan ändnoder och ha en godtycklig struktur av anslutningar. Funktioner nätverkslager ganska varierande. Betrakta dem på exemplet med att kombinera lokala nätverk.

Protokoll länklager lokala nätverk säkerställer att data levereras mellan alla noder endast i ett nätverk med en lämplig typisk topologi, till exempel en hierarkisk stjärntopologi. Detta är en hård begränsning som inte tillåter att bygga nätverk med en utvecklad struktur, såsom nätverk som kombinerar flera företagsnätverk till ett enda nätverk, eller mycket pålitliga nätverk där det finns redundanta länkar mellan noder. Det skulle vara möjligt att komplicera protokollen länklager att upprätthålla slarviga redundanta länkar, men principen om åtskillnad av arbetsuppgifter mellan nivåer leder till en annan lösning. För att å ena sidan bevara enkelheten i dataöverföringsprocedurer för typiska topologier, och å andra sidan för att tillåta användningen av godtyckliga topologier, kommer ytterligare en nätverkslager.

På nätverkslager själva termen "nätverk" har en specifik betydelse. I detta fall förstås ett nätverk som en uppsättning datorer som är sammankopplade i enlighet med en av de vanliga typiska topologierna och som använder ett av protokollen för dataöverföring. länklager definierad för denna topologi.

Inom nätverket tillhandahålls dataleverans av lämpliga länklager, men det är engagerat i leverans av data mellan nätverk nätverkslager, vilket stöder möjligheten till rätt val ruttöverföring av ett meddelande även när strukturen för anslutningar mellan de ingående nätverken har en annan karaktär än den som antas i protokollen länklager.

nätverk sammankopplade av speciella enheter som kallas routrar. router är en enhet som samlar in information om topologin för sammankopplingar och framåt paket nätverkslager till destinationsnätverket. Att passera meddelande från en avsändare i ett nätverk till en mottagare i ett annat nätverk behöver göra något antal hopp mellan nätverk, eller humle (från ordet hopp - hoppa), varje gång att välja rätt rutt. Således, rutt är en sekvens routrar som går igenom plastpåse.

nätverkslager- leverans paket:

mellan två valfria nätverksnoder med godtycklig topologi;

mellan två valfria nätverk sammansatt nätverk;

netto - en uppsättning datorer som använder en enda nätverksteknik för datautbyte;

rutt - passningssekvens paket routrar V sammansatt nätverk.

På ris. 11.8 visar fyra nätverk sammankopplade med tre routrar. Mellan noderna A och B i detta nätverk finns två rutt: först - igenom routrar 1 och 3, och den andra - genom routrar 1, 2 och 3.

Ris. 11.8. Ett exempel på ett sammansatt nätverk.

Problemet med att välja den bästa vägen kallas routing, och dess lösning är en av huvuduppgifterna nätverkslager. Detta problem förvärras av det faktum att den kortaste vägen inte alltid är den bästa. Ofta urvalskriteriet ruttär dataöverföringstiden; det beror på kommunikationskanalernas bandbredd och trafikintensitet, som kan förändras över tiden. Vissa routingalgoritmer försöker anpassa sig till belastningsförändringar, medan andra fattar beslut baserat på långsiktiga medelvärden. Val rutt kan vara föremål för andra kriterier som t.ex pålitlighetöverföring.

I allmänhet, funktionerna nätverkslager bredare än meddelandefunktionerna för länkar med en icke-standardstruktur, som vi övervägde att använda exemplet med att kombinera flera lokala nätverk. nätverkslager löser också problemen med att harmonisera olika tekniker, förenkla adressering i stora nätverk och skapa pålitliga och flexibla barriärer för oönskad trafik mellan nätverk.

Meddelanden nätverkslager kallad paket (paket ). När man ordnar leverans paket på nätverkslager begreppet "nätverksnummer" används. I detta fall adress Mottagaren består av den höga delen - nätverksnumret och den låga delen - nodnumret i detta nätverk. Alla noder i samma nätverk måste ha samma övre del adresser, så termen "nätverk" på nätverkslager En annan, mer formell definition kan ges: netto är en samling noder nätverksadress som innehåller samma nätverksnummer.

På nätverkslager två typer av protokoll definieras. Den första sorten - nätverksprotokoll- genomföra marknadsföring paket via nätverket. Det är dessa protokoll som vanligtvis menas när man talar om protokoll. nätverkslager. Dock ofta till nätverkslager inkludera en annan typ av protokoll som kallas routing-informationsutbytesprotokoll eller helt enkelt routingprotokoll. Med dessa protokoll routrar samla in information om topologin för sammankopplingar. Protokoll nätverkslager implementeras av mjukvarumoduler i operativsystemet, såväl som mjukvara och hårdvara routrar.

På nätverkslager det finns en annan typ av protokoll som är ansvariga för att visa adresser nod som används på nätverkslager, till en lokal nätverksadress. Sådana protokoll kallas ofta Adressupplösningsprotokoll , ARP . Ibland beaktas de inte nätverkslager, och till kanal, även om klassificeringens subtiliteter inte ändrar essensen.

Protokollexempel nätverkslagerär IP-internetprotokollet stack TCP/IP och Internetprotokoll paket IPX stack Novell.

OSI-nätverksmodellen är referensmodellen för interoperabilitet öppna system, på engelska låter som Open Systems Interconnection Basic Reference Model. Dess syfte i en generaliserad representation av medel för nätverksinteraktion.

Det vill säga, OSI-modellen är de generaliserade standarderna för mjukvaruutvecklare, tack vare vilka vilken dator som helst kan dekryptera data som överförs från en annan dator. För att göra det tydligt ska jag ge ett exempel från verkligheten. Det är känt att bin ser allt omkring sig i ultraviolett ljus. Det vill säga att vårt öga och biet uppfattar samma bild på helt olika sätt, och det som insekter ser kan vara omärkligt för människans syn.

Det är samma sak med datorer - om en utvecklare skriver en applikation på någon programmeringsspråk, som förstår sin egen dator, men inte är tillgänglig för någon annan, så på någon annan enhet kommer du inte att kunna läsa dokumentet som skapats av denna applikation. Därför kom vi på idén att när du skriver ansökningar, följ en enda uppsättning regler som är begripliga för alla.

OSI-nivåer

För tydlighetens skull är processen för nätverksdrift vanligtvis uppdelad i 7 nivåer, som var och en har sin egen grupp av protokoll.

nätverksprotokoll- det här är de regler och tekniska procedurer som gör det möjligt för datorer anslutna i ett nätverk att ansluta och utbyta data.
En grupp av protokoll som förenas av ett enda slutmål kallas en protokollstack.

För att utföra olika uppgifter finns det flera protokoll som hanterar systemunderhåll, till exempel TCP/IP-stacken. Låt oss här titta närmare på hur information från en dator skickas över ett lokalt nätverk till en annan dator.

SENDER datoruppgifter:

• Hämta data från appen
• Bryt dem i små förpackningar om volymen är stor
• Förbered för överföring, det vill säga ange rutten, kryptera och koda om till ett nätverksformat.

Uppgifter för mottagarens dator:

• Ta emot datapaket
• Ta bort serviceinformation från den
• Kopiera data till urklipp
• Efter fullständig mottagning av alla paket, bilda det initiala datablocket från dem
• Ge det till ansökan

För att korrekt utföra alla dessa operationer behövs en enda uppsättning regler, det vill säga OSI-referensmodellen.

Låt oss gå tillbaka till OSI-lagren. Det är vanligt att räkna dem i omvänd ordning och i den övre delen av tabellen finns nätverksapplikationer, och i den nedre delen - det fysiska mediet för informationsöverföring. Som data från datorn går direkt ner till nätverkskabel protokoll som arbetar på olika nivåer omvandlar dem gradvis och förbereder dem för fysisk överföring.

Låt oss analysera dem mer i detalj.

7. Applikationslager (applikationslager)

Hans uppgift är att ta nätverksapplikation data och skicka till nivå 6.

6. Presentationslager

Översätter dessa data till ett enda universellt språk. Faktum är att varje datorprocessor har sitt eget databehandlingsformat, men de måste komma in i nätverket i 1 universellt format Det är precis vad presentationslagret gör.

5. Sessionslager

Han har många uppgifter.

1. Upprätta en session med mottagaren. Programvaran varnar den mottagande datorn om att data är på väg att skickas till den.
2. Det är här namnigenkänning och skydd kommer in:
   • identifiering - namnigenkänning
   • autentisering - lösenordsverifiering
   • registrering - tilldelning av myndighet
3. Implementering av vilken part som överför information och hur lång tid det tar.
4. Arrangering av checkpoints i den allmänna dataströmmen så att det vid förlust av någon del är lätt att fastställa vilken del som går förlorad och ska skickas om.
5. Segmentering är uppdelningen av ett stort block i små paket.

4. Transportlager

Ger applikationer den nödvändiga graden av skydd vid leverans av meddelanden. Det finns två grupper av protokoll:

• Protokoll som är anslutningsorienterade - de övervakar leveransen av data och begär eventuellt vidaresändning vid fel. Detta är TCP, Transfer Control Protocol.
• Connectionless (UDP) - de skickar bara block och spårar inte deras leverans vidare.

3. Nätverkslager (nätverkslager)

Ger änd-till-ände-överföring av ett paket genom att beräkna dess rutt. På denna nivå, i paket, till all tidigare information som genererats av andra nivåer, läggs IP-adresser till avsändaren och mottagaren till. Från det ögonblicket kallas datapaketet för PAKET självt, vilket har (IP-protokoll är ett internetarbetande protokoll).

2. Data Link Layer

Här sänds paketet inom samma kabel, det vill säga ett lokalt nätverk. Det fungerar bara upp till kantroutern på ett LAN. Länklagret lägger till sin egen rubrik till det mottagna paketet - MAC-adresserna för avsändaren och mottagaren, och i denna form kallas datablocket redan en RAM.

När det överförs utanför ett lokalt nätverk tilldelas paketet MAC inte för värden (datorn), utan för routern i ett annat nätverk. Härifrån dyker frågan om grå och vita IP:er upp, som diskuterades i artikeln som länken gavs till ovan. Grå är en adress inom ett lokalt nätverk som inte används utanför det. Vit - en unik adress i allt globalt internet.

När ett paket anländer till gränsroutern ersätts paketets IP med denna routers IP och hela det lokala nätverket går till det globala, det vill säga Internet, under en enda IP-adress. Om adressen är vit ändras inte delen av data med IP-adressen.

1. Fysiskt lager (Transportlager)

Ansvarig för transformation binär information V fysisk signal, som skickas på den fysiska datalänken. Om det är en kabel är signalen elektrisk, om det är ett fiberoptiskt nätverk är det en optisk signal. Denna omvandling utförs med hjälp av nätverksadapter.

Protokollstaplar

TCP/IP är en protokollstack som hanterar överföringen av data både på ett lokalt nätverk och globalt nätverk Internet. Denna stack innehåller 4 nivåer, dvs. referens model OSI var och en av dem kombinerar flera nivåer.

1. Tillämpad (enligt OSI - tillämpad, presentation och session)
   Följande protokoll är ansvariga för detta lager:
   • TELNET - fjärrkommunikationssession i formuläret kommandorad
   • FTP - File Transfer Protocol
   • SMTP - Mail Transfer Protocol
   • POP3 och IMAP - tar emot postförsändelser
   • HTTP - arbeta med hypertextdokument
2. Transport (samma för OSI) - dessa är TCP och UDP som redan beskrivits ovan.
3. Internetwork (över OSI - nätverk) är ett IP-protokoll
4. Nivån på nätverksgränssnitt (enligt OSI - kanal och fysisk) Nätverkskortsdrivrutiner är ansvariga för driften av denna nivå.

Terminologi vid design av ett datablock

• En ström är den data som opereras på applikationsnivå.
• Ett datagram är ett block av utdata med UPD, det vill säga som inte har någon garanterad leverans.
• Segment - ett block garanterat för leverans vid utgången med TCP-protokoll
• Ett paket är ett datablock som matas ut från IP-protokollet. eftersom det ännu inte är garanterat att levereras på denna nivå kan det också kallas ett datagram.
• En ram är ett block med tilldelade MAC-adresser.

RS-232-protokoll.

Det finns flera fysiska lagerprotokoll som är fokuserade på att arbeta med portar av UART-typ. Ett sådant protokoll är RS-232.

Förkortningen RS står för Recommended standard (det vill säga, de jure är det inte en standard). RS-232-protokollet definierar ett fysiskt lagerprotokoll som ofta används i samband med en UART (det vill säga det använder asynkront start-stopp-läge, NRZ fysiska kodningsmetoden, för överföring). Huvudegenskaper hos RS-232:

· Kommunikationsmedium – koppartråd. Signalen är obalanserad (potential). I detta fall sänds signalen över en enskild kabel i kabeln, sändaren och mottagaren har vardera en utgång, till skillnad från en differentialsignal (varje signal sänds över ett individuellt par). Den andra ledningen är gemensam (jord), används av alla signaler på en gång och ansluten till mottagarens och sändarens gemensamma effektutgångar. Denna metod minskar kostnaden för anslutningskabeln, men förvärrar också systemets brusimmunitet.

· Antalet noder är alltid 2. Den första nodens sändare är ansluten till den andras mottagare och vice versa. Följaktligen används alltid full-duplex-drift - data överförs i båda riktningarna samtidigt och oberoende.

· Den maximala trådlängden är 15,25 m för en överföringshastighet på 19,2 Kbps.

· Signalspänningsnivåer vid sändarens utgång: bipolär signal, logisk "1" motsvarar spänning -5 ¸ -15 V., logisk "0" - +5 ¸ +15 V.

· Minsta spänningsnivåer vid mottagarens ingång ± 3 V.

· Ström i ledningen - 500 mA (faktiskt producerade RS-232-drivrutiner tillåter ström inom 10 mA).

Det finns för närvarande Ett stort antal drivrutiner som omvandlar signaler från digitala nivåer (unipolär signal begränsad av nivån digital kraft) till RS-232-nivån.

RS-485-protokoll.

Ger en förenklad lika (på fysisk nivå) anslutning av ett godtyckligt antal enheter till datalinjen.

Huvuddragen:

· Dataöverföringsmediet är alltid partvinnat. Vanligtvis används 1 par (halvduplexläge), 2 par kan användas (fullduplexläge, vilket inte är standard). Parlinjer är också märkta med A och B. Avskärmade tvinnade par rekommenderas;

· överföringsmetod - halv duplex (vid användning av ett par) eller full duplex (vid användning av två par). I det senare fallet liknar kommunikationsläget RS-422-läget.

maximalt överföringsområde - 1220 m vid en hastighet av 100 kbps;

· maxhastighetöverföringar - 10 Mbit / s på ett avstånd av upp till 15 m;

Sändarsignalen är bipolär. Potentiella förhållanden för linjerna A och B: tillstånd 0 - A>B, tillstånd 1 - B>A. Potentialskillnaden mellan A och B bör vara 1,5 - 5 V, strömnivån i ledningen bör vara upp till 250 mA.

Ursprungligen tillhandahöll protokollet att ansluta upp till 32 enheter till en linje, men linjedrivrutintillverkarna ökade detta antal till 128-256.

Lokala nätverk byggdes med hjälp av flera typer av fysiska lagerprotokoll, olika i typ av överföringsmedium, frekvensområde för signaler, signalnivåer, kodningsmetoder.

De första teknologierna bygga ett LAN som fick kommersiellt erkännande var egna lösningar ARCNET (Bifogad resurs dator Nätverk) Och token ring(markeringsring), men i början av 90-talet av förra seklet ersattes de gradvis nästan överallt av nätverk baserade på protokollfamiljen ethernet.

Detta protokoll utvecklades av Xerox Palo Alto Research Center (PARC) 1973. 1980 utvecklade Digital Equipment Corporation, Intel Corporation och Xerox Corporation tillsammans Ethernet-specifikationen (version 2.0). Samtidigt organiserade IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802-kommittén för standardisering av lokala nätverk, vilket resulterade i att IEEE 802.x-familjen av standarder antogs, som innehåller rekommendationer för utformning av de lägre nivåerna av lokala nätverk. Denna familj inkluderar flera grupper av standarder:

802.1 - nätverksaggregation.

802.2 - Logisk länkhantering.

802.3 - LAN med multipel åtkomst, bäraravkänning och kollisionsdetektion (Ethernet).

802.4 - LAN-topologi "buss" med överföring av token.

802.5 - LAN-topologi "ringar" med överföringen av token.

802.6 - stadsövergripande nätverk (Metropolitan Area Network, MAN).

802.7 - Broadcast Technical Advisory Group.

802.8 -- Fiberoptisk teknisk rådgivande grupp.

802.9 - Integrerade röst-/datanätverk.

802.10 - Nätverkssäkerhet.

802.11 - Trådlöst nätverk.

802.12 - LAN med åtkomst efter begäran prioritet (Demand Priority Access LAN,

lOObaseVG-AnyLan).

802.13 - numret användes inte!!!

802.14 - Dataöverföring över kabel-TV-nätverk (ej aktiv sedan 2000)

802.15 - Wireless Personal Area Networks (WPAN) t.ex. Bluetooth, ZigBee, 6loWPAN

802.16 - WiMAX trådlösa nätverk ( Wöver hela världen jaginteroperabilitet för Mmikrovågsugn Access, läs på ryska wymax)

802.17 kallas RPR (Resilient Packet Ring). Det har utvecklats sedan 2000 som ett modernt stadsnätverk.

Varje grupp har sin egen underkommitté som utvecklar och antar uppdateringar. IEEE 802-seriens standarder täcker två lager av OSI-modellen, än så länge är vi bara intresserade av de av dem och av den del som beskriver det fysiska lagret.

ethernet (802 .3) - LAN med multipel åtkomst, bäraravkänning och kollisionsdetektering.

Ethernet är det mest använda lokala nätverksprotokollet idag. Dessutom beskriver IEEE 802.3-specifikationen idag flera alternativ för den fysiska implementeringen av ett LAN med olika överföringsmedia och dataöverföringshastigheter.

Den grundläggande egenskapen som förenar alla dessa specifikationer är åtkomstkontrollmetod till kommunikationsmediet. För Ethernet är det bärare känner av flera åtkomst med kollisionsdetektering(CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access med kollisionsdetektion). I ett Ethernet-nätverk är alla noder lika, det finns ingen centraliserad kontroll av deras aktivitet eller differentiering av krafter (som till exempel i Token-ring). Varje nod lyssnar kontinuerligt på överföringsmediet och analyserar innehållet i alla datapaket, om paketet inte är avsett för denna nod är det inte av intresse för honom och övre nivåerna kommer inte igenom. Problem uppstår vanligtvis under överföring, eftersom ingen garanterar att två noder inte kommer att försöka sända samtidigt (vilket resulterar i en omärklig överlagring av två signaler i kabeln). För att förhindra sådana situationer kollisioner) varje nod, innan överföringen påbörjas, ser till att det inte finns några signaler från andra i kabeln nätverksenheter (bäraravkänning). Men detta är inte tillräckligt för att förhindra kollisioner på grund av den begränsade hastigheten för signalutbredning i överföringsmediet. Det är möjligt att någon annan nod redan har startat överföringen, det är bara att signalen från den ännu inte har nått den enhet vi överväger. Det vill säga, i ett Ethernet-nätverk är situationer möjliga och regelbundna när två eller flera noder samtidigt försöker överföra data som stör varandra. Proceduren för att lösa en sådan kollision är att, efter att ha upptäckt närvaron av en främmande signal i kabeln under överföringen, stoppar alla noder som har hamnat i en sådan situation överföringen och försöker återuppta den genom olika tidsintervall.

Nackdelen med den probabilistiska åtkomstmetoden är den obestämda frame transittiden, som ökar kraftigt med ökande nätverksbelastning, vilket begränsar dess användning i realtidssystem.

Låt oss överväga mer i detalj och det ömsesidiga beroendet av de tillåtna nätverksstorlekarna på dataöverföringshastigheten och längden av informationspaket som överförs över nätverket. Vi kommer att analysera innehållet och den interna strukturen i Ethernet-ramar på länknivå. Tills vidare tar vi helt enkelt hänsyn till det med en signalutbredningshastighet i ledaren på cirka 200 000 000 m/s under nätverksdrift Ethernet-adapter IEEE 802.3 med en datahastighet på 10 Mbps, det tar 0,8 µs att skicka en byte och det är ett vågpaket med en längd på cirka 150 m.

Låt oss nu gå tillbaka till ritningen. För att arbetsstation A ska veta att en kollision inträffade under sändningen måste överlagringen av de "krockande" signalerna nå den innan sändningen är slutförd. Detta medför begränsningar för den möjliga minsta längden på skickade paket. Faktum är att om du använder paket som är kortare än längden på kabeln mellan arbetsstationerna "A" och "B", är det möjligt att paketet skickades helt av den första stationen (och den har redan beslutat att överföringen lyckades), och det har inte ens nått den andra, och hon har all rätt att börja överföra sina uppgifter när som helst. Det är lätt att se att sådana missförstånd endast kan undvikas genom att använda paket av sådan längd att signalen under överföringen hinner nå den mest avlägsna stationen och återvända tillbaka.

Vid en datahastighet på 10 Mbps spelade detta problem inte någon betydande roll och den minsta ramlängden var begränsad till 64 byte. Under överföringen hinner de första bitarna springa cirka 10 km, och för nätverk med en maximal segmentlängd på 500 m är alla nödvändiga villkor uppfyllda.

När du flyttar till 100 Mbps kommer längden på minimiramen att reduceras med en faktor 10. Detta skärper nätverkets parametrar avsevärt och det maximala avståndet mellan stationerna har reducerats till 100 m.

Med en hastighet på 1000 Mbps överförs 64 byte på bara 0,512 µs, och därför måste den minsta ramlängden i gigabitnätverk ökas med 8 gånger till 512 byte. Om det inte finns tillräckligt med data för att fylla ramen fyller nätverksadaptern den helt enkelt med en speciell sekvens av tecken upp till denna längd. Denna teknik kallas "carrier expansion".

För att lösa problemet med kollisionsdetektering slösar mediaextension bandbredden på datalänken vid överföring av små paket. För att minska påverkan av denna faktor i en gigabit Ethernet-adapter, om det finns flera korta ramar redo för överföring, är det tillåtet att bilda en gemensam ram med "normal" längd upp till 1518 byte från dem på ett visst sätt.

Dessutom har det föreslagits att tillåta längre ramlängder än tidigare Ethernet-standarder. Detta förslag implementerades i form av så kallade "jumbo" - ramar upp till 9018 eller ännu mer byte långa.

IEEE 802.3 definierar flera olika fysiska lagerstandarder. Var och en av IEEE 802.3-protokollstandarderna för fysiskt lager har ett namn.

Egenskaper
Hastighet, Mbps
Max. segmentlängd, m
Överföringsmedium	50 ohm koaxial (tjock)		FOC 1270 nm			FOC, 830, 1270 nm
Topologi
Transmissionstyp	halv duplex

Tabellen visar att den ursprungliga gemensamma busstopologin (tjockt Ethernet, tunt Ethernet) snabbt ersattes av en stjärna.

Token Ring (IEEE 802.5)

Token Ring-nätverket introducerades av IBM 1984 som en del av dess föreslagna metod för att nätverka hela utbudet av IBM-datorer och datorsystem. 1985 antog IEEE 802-kommittén IEEE 802.5-standarden baserad på denna teknik. Grundläggande skillnad från Ethernet - deterministisk meth Miljöåtkomstkod i en fördefinierad ordning. Implementerad token passing access (används även i ARCnet- och FDDI-nätverk).

Ringtopologi betyder den ordnade överföringen av information från en station till en annan i en riktning, strikt i inkluderingsordningen. Den logiska ringtopologin är implementerad på basis av en fysisk stjärna, i vars centrum det finns en multistationsaccessenhet (MSAU - Multi-Station Access Unit).

När som helst kan bara en station sända data, fånga markör innanmurbruk(tecken). När data överförs görs en upptagen markering i markörhuvudet och markören förvandlas till en startram för bildruta. Resten av stationerna sänder bit för bit ramen från föregående (uppströms) station till nästa (nedströms). Stationen till vilken den aktuella ramen är adresserad lagrar en kopia av den i sin buffert för vidare bearbetning och sänder den vidare längs ringen och markerar den som mottagen. Således når ramen genom ringen sändningsstationen, som tar bort den från ringen (sänder inte vidare). När stationen slutför sändningen markerar den poletten som ledig och skickar den vidare längs ringen. Den tid under vilken stationen har rätt att använda markören är reglerad. Tokenförvärvet baseras på de prioriteringar som tilldelats stationerna.

Med tillväxten av nodaktivitet minskar den tillgängliga bandbredden för var och en av noderna, men det sker ingen jordskredförsämring av prestanda (som i Ethernet). Dessutom tillåter prioriteringsmekanismen och tokens uppehållsgränser privilegierade värdar att tilldela garanterad bandbredd oavsett den totala nätverksbelastningen. Antalet noder i en ring får inte överstiga 260 (ett Ethernet-segment tillåter teoretiskt 1024 noder). Överföringshastigheten är 16 Mbps, ramstorleken kan vara upp till 18,2 KB.

Tidsgräns för paketöverföring token ring 10 ms. Med ett maximalt antal abonnenter på 260 blir hela cykeln för ringen 260 x 10 ms = 2,6 s. Under denna tid kommer alla 260 abonnenter att kunna överföra sina paket (om de så klart har något att överföra). Under samma tid kommer en gratis token definitivt att nå varje prenumerant. Samma intervall är den övre gränsen för åtkomsttiden token ring