Download docx - Capitolul 7 Nivelul Legaturilor de Date

16 Noiembrie 2009

Rezumat la Capitolul 7 Capitolul 7 Nivelul Legaturilor de Date 7.0 Introducere Pentru a sprijini comuncatiile noastre prin Retele, Modelul OSI împarte funcţiile unei Reţele de Date în straturi (Nivele) De recapitulat :

· Nivelul de Aplicatie ofera interfata cu utilizatorul.

· Nivelul de Transport este responsabil pentru împărţirea şi gestionarea comunicaţiilor între procesele care rulează pe doua sisteme Gazda.

· Protocoalele Nivelului de Reţea organizeaza datele comunicatiilor noastre in

asa fel incat sa poata calatori prin Retele de la sistemul Susrsa catre sistemul Destinatie.

Pentru ca pachetele Nivelului de Reţea sa poata fi transportate de la gazda Sursă la gazda Destinatie, acestea trebuie să traverseze retele diferite dpdv fizic. Aceste reţele fizice pot fi formate din diferite tipuri de medii fizice, cum ar fi cabluri de cupru, microunde, fibre optice, si link-uri prin satelit. Pachetele Nivelului de Reţea nu au o cale de a accesa direct aceste medii diferite.

Nivelul Legaturilor de Date pregăteste pachetele primite de la Nivelul de Reţea pentru transmisie şi controleaza accesul la mediul fizic de transmisie.

Acest capitol introduce functiile generale ale Nivelului Legaturilor de Date si protocolaele associate cu acestea.

Obiectivele de învăţat :

La finalizarea acest capitol, veti fi capabil să:

· Explicaţi rolul protocoalelor Nivelului Legaturilor de Date în transmisia de date.

· Descrieti modul în care Nivelul Legaturilor de Date pregateste datele pentru transmiterea lor in mediile fizice de transmisie prin Reţea.

· Sa descrieţi diferitele metode de Control al Accesului la Mediul de Transmisie.

· Sa identificaţi cateva topologii logice de reţea des intalnite şi să descrieti modul în care topologia logică determină metoda de Control al Accesului la Mediul de Transmisie pentru acea retea.

· Sa explicaţi scopul incapsularii pachetelor în Cadre (Frame-uri) pentru a facilita accesul la Mediul de Transmisie.

· Sa descrieti structura unui Cadru (Frame) al Nivelului Legaturilor de Date (Nivelul 2 Model OSI) şi sa identificati domeniile (campurile) generice.

· Sa explicaţi rolul fundamental al cadrului precum si a campurilor antet (Header) si coada (trailer). Includem aici Calitatea Serviciilor QoS), tipul de protocol, si secventa de verificare a cadrului (frame).

7.1 Nivelul Legaturilor de Date – Accesarea Mediului de Transmisie 7.1.1 Nivelul Legaturilor de Date – Sprijinul si Conectarea la Serviciile Nivelurilor Superioare

Nivelul Legaturilor de Date ofera un mijloc pentru schimbul de date într-un mediu fizic de transmisie local.Nivelul Data Link îndeplineşte două functii de bază:

· Permite straturilor superioare sa acceseze mediul de transmisie folosind diferite tehnici cum ar fi creerea de cadre de transmisie.

· Controlează modul in care datele sunt trimise si receptionate in mediul fizic de transmisie al retelei, prin utilizarea diverselor tehnici cum ar fi :

1. Controlul Accesului la Mediu

2. Detectia Erorilor.

Ca şi în cazul celorlalte Nivele al Modelului OSI, există si pentru acest Nivel al Legaturilor de Date termeni specifici :

· Frame – reprezinta PDU (Protocol data Unit) pentru acest Nivel

· Nod – reprezinta notatia specifica Nivelului Legaturilor de Date pentru dispozitivele conecate la mediul comun de transmisie fizica.

· Mediul Fizic - reprezinta mijlocul fizic folosit pentru transferul informatiei

intre doua noduri (Cupru, Radio, Microunde, Lumina)

· Reţea fizica - reprezinta două sau mai multe noduri conectate la un mediu

comun de transmisie.

· Nivelul legaturilor de Date - este responsabil pentru schimbul de cadre între

nodurile unei reţele fizice.

Este important să se înţeleagă sensul cuvintelor Medium şi Media în contextul acestui capitol. Aici, aceste cuvinte se referă la materialul care transporta

efectiv semnalele care reprezintă datele transmise. Media desemnaeaza cablul fizic din cupru, fibra optica, sau atmosfera prin care semnalele de călătoresc. În acest capitol, termenul Media NU SE REFERA la conţinutul unor programe, cum ar fi audio, animaţie, televiziune, si video aşa cum este utilizat atunci când se referă la conţinutul digital şi multimedia. O Reţea Fizica este diferita de o Reţea Logică. Reţele logice sunt definite la Nivelul de Reţea al Modelului OSI printr-o aranjare ierarhica a schmei de adresare. Reţelele Fizice reprezinta interconectarea dispozitivelor pe un mediu de transmisie comun. Uneori, o Reţea Fizică este, de asemenea, menţionata ca fiind un segment de reţea. 7.2.1 Plasarea datelor in Mediul de Transmisie Reglementarea cu privire la plasarea de cadre in mediul de transmisie este cunoscuta sub numele de Control al Accesului la Mediul de Transmisie. Pe langa diferitele implementări ale protocoalelor Nivelului Legaturilor de Date, există si metode diferite de Control al Accesului la Mediul de Transmisie. Aceste tehnici de Control al Accesului la Mediu definesc dacă, şi cum nodurile partajeaza Mediul de Transmisie. Controlul Accesului la Mediul de Transmisie este echivalent cu regulile de circulatie care reglementeaza intrarea vehiculelor pe un drum. Lipsa unui Control al Accesului la Mediul de Transmisie ar fi echivalentul faptului ca o parte a vehiculelor participante la trafic le ignora pe celelalte şi intră în drum, fără sa tina seama de restul participantilor la trafic. Cu toate acestea, nu toate intrările pe drumuri sunt aceleaşi. Traficul poate intra pe drum prin fuzionare, aşteptând la rândul său, la un semafor culoarea permisiva a acestuia. Un conducător auto urmează un set diferit de reguli pentru fiecare tip de intrare a drumului. În acelaşi mod, există diferite moduri de a reglementa introducerea de cadre in Mediul de Transmisie. Protocoalele de la Nivelul Legaturilor de Date definesc normele cu privire la accesul la medii de transmisie diferite. Unele Metode de Control Acces la Mediu utilizeaza procese supercontrolate pentru a se asigura că acele cadre (Frame-uri) sunt plasate in siguranta in Mediul de Transmisie. Aceste metode sunt definite prin protocoale sofisticate, care necesită mecanisme care suprancarca reteaua.

Metoda de Control Acces la Mediul de Transmisie utilizata depinde de:

· Schimbarea Mediului de Transmisie - Dacă, şi cum nodurile partajeaza Mediul de Transmisie· · Topologie – Modul in care legătura dintre noduri se reflecta la Nivelul Legaturilor de Date

7.3.1 Protocoalele Nivelului Legaturilor de Date Amintiţi-vă că, deşi există multe protocoale implementate la Nivelul Legaturilor de Date care descriu Cadrele acestui Nivel, fiecare tip de cadru are trei parti de baza :

· Header

· Date

· Trailer

Protocoalele Nivelului Legaturilor de Date incapsuleaza PDU (Protocol Data Unit) –ul Nivelului 3 (Nivelul de Retea) in interiorul Câmpului de Date al Cadrului. Cu toate acestea, structura cadrului şi campurile conţinute în antet şi in trailer (coada) variază în funcţie de protocolul utilizat. Protocolul Nivelului Legaturilor de Date descrie caracteristicile necesare pentru transportul pachetelor în medii de transmisie fizice diferite. Aceste caracteristici ale protocolui sunt integrate în încapsularea cadrului. Atunci cand cadrul ajunge la destinaţie şi protocolul Nivelului Legaturilor de Date extrage cadrul din Mediul de Transmisie, informatia cu privire la cadru este citita si apoi aruncata. Nu există nici o structură de cadru care să răspundă nevoilor de transport al datelor pentru toate tipurile de medii de transmisie. Aşa cum se arată în figură, în funcţie de mediul de transmisie, cantitatea de informaţii de control necesare în cadru variază în scopul de a corespunde cerinţelor de Control al Accesului la Mediu şi aleTopologiei Logice. 7.4.1 Urmarirea datelor prin Retea

Figura de pe pagina următoare prezintă un transfer simplu de date intre doua gazde dintr-o Retea. Noi evidenţiam funcţia fiecarui Nivel al Modelului OSI în timpul comunicării. Pentru acest exemplu, vom descrie o solicitare HTTP între un client şi un server. Pentru a ne concentra asupra procesului de transfer de date, noi omitem multe elemente care pot să apară într-o tranzacţie reală. În fiecare pas ne fixam atentia asupra elementelor majore. Multe părţi ale antetelor sunt ignorate, de exemplu : Ne asumam faptul că toate tabelele de rutare sunt convergente si ca tabelele ARP sunt complete. In plus, noi ne mai asumam faptul ca o sesiune TCP este deja stabilita intre Client si Server. Ne vom asuma de asemenea faptul ca procesul de cautare a serverului DNS pentru serverul WWW este terminat si rezultatul acestei cautari este stocat temporar lpe masina pe care ruleaza programul Client. În legătură cu conexiunea WAN dintre cele două routere, noi ne asumam ca PPP a stabilit deja un circuit fizic si a stabilit o sesiune PPP. Pe pagina următoare, puteţi observa etapele acestei comunicari. Vă încurajăm să citiţi cu atenţie fiecare explicaţie şi sa studiati operatiile pe care le executa fiecare Nivel al Modelului OSI pentru fiecare dispozitiv.

7.4.1 In aceasta activitate, puteti examina in detaliu, animatia pas cu pas din pagina

anterioara!

7.5 Laborator

7.6.1 Sumar si Recapitulare Nivelul Legaturilor de Date al Modelului OSI pregăteşte pachetele Nivelului de Reţea pentru plasarea lor in Mediul de Transmisie care transporta datele. O gamă largă de medii de comunicaţie corespunzătoare necesită o corespondenta analoaga cu o gama larga de protocoale ale Nivelului Legaturilor de Date cu scopul de a controla accesul datelor la aceste medii de transmisie.

Accesul la Mediul de Transmisie poate fi ordonat şi controlat. Topologia Logică şi Mediul Fizic ne ajuta sa determinam metoda de acces la mediu. Nivelul Legaturilor de Date pregăteşte datele pentru plasarea lor in mediul de transmisie prin încapsularea pachetelor Nivelului 3 (Nivelul de Retea al Modelului OSI) intr-un cadru. Un cadru are campuri pentru antet şi trailer care includ adresele Sursa si Destinatie, QoS, tipul de protocol, şi verificarea valorilor secventelor cadrului. In acest Capitol ati invatat sa :

· Explicaţi rolul protocoalelor Nivelului Legaturilor de Date în transmisia de date.

· Descrieti modul în care Nivelul Legaturilor de Date pregateste datele pentru transmiterea lor in mediile fizice de transmisie prin Reţea.

· Sa descrieţi diferitele metode de Control al Accesului la Mediul de Transmisie.

· Sa identificaţi cateva topologii logice de reţea des intalnite şi să descrieti modul în care Topologia Logică determină metoda de Control al Accesului la Mediul de Transmisie pentru acea retea.

· Sa explicaţi scopul incapsularii pachetelor în Cadre (Frame-uri) pentru a facilita accesul la Mediul de Transmisie.

· Sa descrieti structura unui Cadru (Frame) al Nivelului Legaturilor de Date (Nivelul 2 Model OSI) şi sa identificati domeniile (campurile) generice.

· Sa explicaţi rolul fundamental al Cadrului precum si a campurilor antet (Header) si coada (trailer). Includem aici Calitatea Serviciilor QoS), tipul de protocol, si secventa de verificare a cadrului (frame).

Intrebari cu raspunsul lor correct :

1. Cum pregateste Nivelul Legaturilor de Date pachetele pentru transmisie ?

Nivelul Legaturilor de Date pregateste un pachet pentru transport prin intermediul Mediului de Transmisie se face prin incapsularea pachetului cu un Header si un Trailer pentru a crea un Cadru. 2. Descrieti patru metode de acces la mediu pentru Nivelul Legaturilor de Date. Sugerati mediile de comunicare in care aceste metode de acces se pot implementa in mod adecvat.

Metodele de Control al Accesului la Mediu pentru mediile partajate sunt :

· Controlat – Fiecare Nod are propriul sau timp de utilizare al mediului – Cazul Topologiei Inel

· Contention-based – toate nodurile se lupta pentru a utiliza mediul – tehnologiei bus – Cazul topologiei Magistrala (Bus)

Controlul Accesului la Mediu in conexiunile Punct cu Punct

· Semiduplex – La un moment dat un nod poate doar sa transmita sau sa receptioneze. Avem nevoie de o Largime de Banda mica.

· Full – duplex – La un moment dat un nod poate transmite si receptiona in acelasi timp. Pentru comunicatiile care se desfasoara la distante mari trebuie sa avem o legatura cu o Largime Mare de Banda.

3. Comparati si faceti deosebirea intre topologiile logice punct la punct si cea

multiacces. O topologie logica punc la punct conecteaza direct doua noduri. In retelele de date ce sunt configurate in topologii punct la punct, protocolul de Control Acces la mediul de Transmisie poate fi foarte simplu. Toate cadrele pot calatori in Mediul de Transmisie doar intre doua noduri. Cadrele care sunt plasate in Mediul de Transmisie de o gazda aflata la un

capat si care sunt preluate de o gazda aflata in nodul de la celalalt capat al mediului de transmisie. In retelele Point to point, daca datele pot merge intr-o singura directie la un moment dat, se spune ca functioneaza o legatura semiduplex. Daca datele pot circula cu success de-a lungul legaturii de la fiecare nod in mod simultan, este vorba aici de un serviciu full-duplex. O topologie logica multiacces permite unui numar de noduri sa comunice utilizand acelasi mediu de transmisie partajat. Datele de la fiecare nod pot fi plasate in mediul de transmisie in orice moment. Fiecare nod vede toate cadrele care sunt prezente in mediu, dar numai nodul caruia cadrul ii este adresat proceseaza continutul cadrului. Avand mai multe noduri care partajeaza accesul la mediu ne este necesara o metoda de control acces la mediu pentru a reglementa transmisia datelor reducandu-se astfel numarul de coliziuni dintre diferitele semnale.

4. Descrieti caracteristicile Topologiei Logice de Inel In Topologia Logica de Inel, fiecare nod primeste la randul sau un cadru. Daca cadrul nu ii este adresat acelui nod, nodul il va transfera nodului urmator. Aceasta permite unui inel sa foloseasca o tehnica de control acces la mediul de transmisie numita “pasarea jetonului”. Mediul de transmisie in mod obisnuit transporta la un anumit moment dat un singur cadru. Daca nu sunt date de transmis, un semnal (cunoscut sub denumirea de Token (Jeton)) poate fi plasat in mediul de transmisie si un nod poate sa plaseze un cadru de date in mediu doar atunci cand are Jetonul

5. Enumerati cinci protocoale implementate pe Nivelul Legaturilor de Date (Nivelul 2 Model OSI)

· Protocolul Punct-la – punct (Point to Point Protocol – PPP)· Ethernet· High-Level Data Link Control (HDLC)· Frame Relay· Asynchronous Transfer Mode (ATM)

6. Cum difera adresele Nivelului Legaturilor de Date de adresele Nivelului

de Retea ? Desi adresele logice ale Nivelului de Reta care sunt ierarhice, adresele fizice nu ne indica pe ce Retea se afla localizat dipozitivul. Daca dispozitivul este mutat intr-o alta retea sau subretea, va functiona totusi cu aceeasi adresa fizica a Nivelului Legaturilor de Date. Datorita faptului ca, Cadrul este utilizat doar pentru transportul datelor intre noduri de-a lungul unui mediu de transmisie local, adresa dispozitivului data de Nivelul Legaturilor de Date este folosita doar pentru livrare locala. Adresele la acest nivel nu au nici o insemnatate in afara retelei locale. In comparatie cu Nivelul de Retea, unde adresele in pachetul heder-ului sunt transportate de la gazda Sursa la gazda Destinatie fara sa se tina seama de numarul de salturi efectuate pe parcurs in retea.

7. Care sunt tipurile de Header posibile in Cadrele Nivelului Legaturilor de Date ?

Campurile tipice pentru Headerele (Antetele) Nivelului Legaturilor de Date sunt :

· Canpul Start Cadru – Indica inceputul cadrului

· Campurile pentru Adresa Sursa si Adresa Destinatie – Indica nodurile Sursa si Destinatie aflate in Madiul de Transmisie.

· Campul Prioritate / Calitate Servicii – indica un tip particular al serviciilor de comunicare pentru procesare.

· Campul “Tip” – Indica serviciului oferit de Nivelul Superior care este continut in acel cadru

· Campul “Control Conexiune” – Este folosit pentru stabilirea unei conexiuni logice intre Noduri.

· Campul “Control Legatura Fizica” – Este Folosit pentru stabilirea unei legaturi prin Mediul de Transmisie.

· Campul “Control Flux de Date” – Este folosit pentru a indica congestia Mediului de Transmisie.

8. Enuntati scopul campului Secventa de Verificare a Cadrului continut in trailer-ul Nivelului Legaturilor de Date Mediul de Transmisie este un mediu potential nesigur pentru date. Semnalele prezente in Mediul de Transmisie ar putea fi supuse la interferente, pot suferi distorsiuni, sau pierderi care influenteaza in mod substantial valorile bitilor transmisi de aceste semnale. Pentru a va asigura de faptul ca continutul cadrului receptionat la gazda Destinatie se potriveste cu Cadrul care a parasit nodul Sursa, un nod emitator creeaza o suma logica care este continuta in cadrul transmis. Aceasta este cunoscuta sub numele de Secventa de Verificare a Cadrului (Frame Check Sequence) si este plasata in Trailer cu scopul de a reprezenta continutul cadrului. Nodul receptor va compara cele doua valori FCS. Daca cele doua valori coincid, cadrul este considerat ca a sosit prin transmisie. Daca valorile FCS difera una de alta, cadrul este eliminat. Exista intotdeauna o posibilitate mica ca un cadru cu un rezultat bun al FCS sa fie in realitate corrupt. Erorile aparute la nivel de bit se pot anula atunci cand se calculeaza FCS. Protocoalele Nivelului Superior vor fi necesare dupa aceea pentru a detecta si corecta aceasta pierdere de date. 7.6.1 Pentru a studia mai mult Intrebari la care sa reflectati : Cum a schimbat adoptarea pe scară largă a modelului OSI dezvoltarea Tehnologiilor de Reţea ? Cum difera in ziua de azi de comunicatiile datelor fata de cele care se faceau acum 20 de ani, in urma adoptarii Modelului OSI ? Discutaţi şi comparati caracteristicile protocolului de acces la mediu Carrier Sense Multi-Acces al Nivelului Legaturilor de Date si operatiile cu aceste protocoale de acces deterministe. Discutati şi luati în considerare problemele pe care, proiectantii unui Mediu Fizic nou pentru comunicaţii de date, trebuie să le rezolve pentru a asigura interoperabilitatea cu protocoalele TCP / IP existente la Nivelul Superior.

11