11.3.3 Кадр 802.3/llc

Заголовок кадру 802.3/LLC є результатом об'єднання полів заголовків кадрів, визначених у стандартах IEEE 802.3 і 802.2.Стандарт 802.3 визначає вісім полів заголовка (мал. 3.6; поле преамбули і початковий обмежувач кадру на малюнку не показані).

• Поле преамбули (Preamble) складається із семи синхронізуючих байт 10101010. При манчестерському кодуванні ця комбінація представляється у фізичному середовищі періодичним хвильовим сигналом з частотою 5 Мгц.

• Початковий обмежувач кадру (Start-of-frame-delimiter, SFD) складається з одного байта 10101011. Поява цієї комбінації біт є вказівкою на те, що наступний байт — це перший байт заголовка кадру.

• Адреса призначення (Destination Address, DA) може бути довжиною 2 чи 6 байт. На практиці завжди використовуються адреси з 6 байт. Перший біт старшого байта адреси призначення є ознакою того, є адреса індивідуальна чи групова. Якщо він дорівнює 0, то адреса є індивідуальною (unicast), a якщо 1, те це групова адреса (multicast). Групова адреса може призначатися усім вузлам мережі чи ж визначеній групі вузлів мережі. Якщо адреса складається з всіх одиниць, тобто має шістнадцяткове представлення 0xFFFFFFFFFFFF, то вона призначається всім вузлам мережі і називається широкомовною адресою (broadcast). В інших випадках групова адреса зв'язана тільки з тими вузлами, що сконфігуровані (наприклад, привласнені) як члени групи, номер якої зазначений у груповій адресі. Другий біт старшого байта адреси визначає спосіб призначення адреси — централізований чи локальний. Якщо цей біт дорівнює 0 (що буває майже завжди в стандартній апаратурі Ethernet), то адреса призначена централізовано, за допомогою комітету 11111. Комітет ILEE розподіляє між виробниками устаткування так звані організаційно унікальні ідентифікатори (Organizationally Unique Identifier, OUІ). Цей ідентифікатор міститься в 3 старших байтай адреси  (наприклад, ідентифікатор 000081 визначає компанію Bay Networks). За унікальність молодших 3-х байт адреси  відповідає виробник устаткування. Двадцять чотири біти, що підводяться виробнику для адресації інтерфейсів його продукції, дозволяють випустити 16 мільйонів інтерфейсів під одним ідентифікатором організації. Унікальність адрес,  що централізовано розподіляються, поширюється на всі основні технології локальних мереж - Ethernet, Token Ring, FDDI і т.д.

• Адреса джерела (Source Address, SA) — це 2-чи 6-байтовое поле, що містить адресу вузла — відправника кадру. Перший біт адреси завжди має значення 0.

• Довжина (Length, L) — 2-байтовое поле, що визначає довжину полючи даних у кадрі.

• Поле даних (Data) може містити від 0 до 1500 байт. Але якщо довжина нуля менше 46 байт, то використовується наступне поле — поле заповнення, — щоб доповнити кадр до мінімально припустимого значення в 46 байт.

• Поле заповнення (Padding) складається з такої кількості байт заповнювачів, що забезпечує мінімальну довжину поля даних у 46 байт. Це забезпечує коректну роботу механізму виявлення колізій. Якщо довжина поля даних достатня, то поле заповнення в кадрі не з'являється.

• Поле контрольної суми (Frame Check Sequence. FCS) складається з 4 байт, вміщуючих контрольну суму. Це значення обчислюється за алгоритмом CRC-32. Після одержання кадру робоча станція виконує власне обчислення контрольної суми для цього кадру, порівнює отримане значення зі значенням поля контрольної суми і, таким чином, визначає, чи не перекручений отриманий кадр.

Кадр 802.3 є кадром МАС-підрівня тому у відповідності до стандарту 802.2 в його поле даних вкладається кадр підрівня LLC з вилученими прапорами початку і кінця кадру. Формат кадру LLC був описаний вище. Тому що кадр LLC має заголовок довжиною 3 (у режимі I.LC1) чи 4 байт (у режимі LLC2), то максимальний розмір поля даних зменшується  до 1497 чи 1496 байт 

Структура кадрів LLC. Процедура з відновленням кадрів LLC2

По своєму призначенню всі кадри рівня LLC (в стандарті 802.2 називаються блоками даних — Protocol Data Unit, PDU) підрозділяються на три типи — інформаційні, керуючі і ненумеровані.

• Інформаційні кадри. (Information) призначені для передачі інформації в процедурах з встановленням логічного з'єднання LLC2 і повинні обов'язково містити поле інформації. В процесі передачі інформаційних блоків здійснюється їхня нумерація в режимі ковзаючого вікна.

• Управляючі кадри (Supervisory) призначені для передачі команд і відповідей у процедурах з встановленням логічного з'єднання LLC2, у тому числі запитів на повторну передачу перекручених інформаційних блоків.

• Ненумеровані кадри (Unnumbered) призначені для передачі ненумерованих команд і відповідей, що виконуються в процедурах без встановлення логічного з'єднання передачу інформації, ідентифікацію і тестування LLC-рівня, а в процедурах з встановленням логічного з'єднання LLC2 — встановлення і роз'єднання логічного з'єднання, а також інформування про помилки.

• Протокол LLC забезпечує для технологій локальних мереж потрібну якість послуг транспортної служби, передаючи свої кадри або дейтаграмним способом, або за допомогою процедур з встановленням з'єднання і відновленням кадрів. Протокол LLC займає рівень між мережними протоколами і протоколами рівня MAC. Протоколи мережного рівня передають через межрівневий інтерфейс дані для протоколу LLC — свій пакет (наприклад, пакет IP, IPX чи NetBEUI), адресну інформацію про вузол призначення, а також вимоги до якості транспортних послуг, що протоколу LLC повинний забезпечити. Протокол LLC поміщає пакет протоколу верхнього рівня у свій кадр, що доповнюється необхідними службовими полями. Далі через межрівневий інтерфейс протокол LLC передає свій кадр разом з адресною інформацією про вузол призначення відповідному протоколу рівня MAC, який упаковує кадр LLC у свій кадр (наприклад, кадр Ethernet).

• В основу протоколу LLC покладений протокол HDLC (High-level Data Link Control Procedure), що є стандартом ISO. Власне стандарт HDLC являє собою узагальненням декількох близьких стандартів, характерними для різних технологій: протоколу LAP-B мереж Х.25 (стандарт, широко розповсюджений в територіальних мережах), LAP-D (використовується в мережах ISDN), LAP-M  (працює в сучасних модемах). У специфікації IEEE 802.2 також незначні відмінності від стандарту HDLC. Спочатку у фірмових технологіях підрівень LLC не виділявся в самостійний підрівень, а його функції розчинялися в загальних функціях протоколу канального рівня. Через великі розходження у функціях протоколів фірмових технологій, які можна віднести до рівня LLC, на рівні LLC довелося ввести три типи процедур. Протокол мережевого рівня може звертатися до однієї з цих процедур.

Всі типи кадрів рівня LLC мають єдиний формат:

Кадр LLC обрамляється двома однобайтовими полями "Прапор", що мають значення 01111110. Прапори використовуються на рівні MAC для визначення границь кадру LLC. Відповідно до багаторівневої структури протоколів стандартів IEEE 802, кадр LLC вкладається в кадр рівня MAC: кадр Ethernet, Token Ring, FDDI і т.д. При цьому прапори кадру LLC відкидаються.

Кадр LLC містить поле даних і заголовок, яки складається з трьох полів:

• адреса точки входу служби призначення (Destination Service Access Point, DSAP)

• адреса точки входу служби джерела (Source Service Access Point, SSAP);

• керуюче поле (Control).

Поле даних кадру LLC призначено для передачі по мережі пакетів протоколів рівнів, які знаходяться вище, — мережевих протоколів IP, IPX, AppleTalk, DECnet, у рідких випадках — прикладних протоколів, коли ті вкладають свої повідомлення безпосередньо в кадри канального рівня. Поле даних може бути відсутнім у керуючих кадрах і деяких ненумерованих кадрах.

Адресні поля DSAP і SSAP займають по 1 байту. Вони дозволяють вказати, яка служба верхнього рівня пересилає дані за допомогою цього кадру. Програмному забезпеченню вузлів мережі при одержанні кадрів канального рівня необхідно розпізнати, який протокол вклав свій пакет у поле даних кадру, що надійшов, щоб передати витягнутий з кадру пакет потрібному протоколу верхнього рівня для наступної обробки. Для ідентифікації цих протоколів вводяться так звані адреси точки входу служби (Service Access Point, SAP). Значення адрес SAP приписуються протоколам у відповідності зі стандартом 802.2. Наприклад, для протоколу IP значення SAP дорівнює 0х6, для протоколу NetBIOS - 0xF0. Для одних служб визначена тільки одна точка входу і, відповідно, тільки один SAP, а для інших — декілька, коли адреси DSAP і SSAP збігаються. Наприклад, якщо в кадрі LLC значення DSAP і SSAP містять код протоколу IPX, то обмін кадрами здійснюється між двома IPX-модулями, які виконуються в різних вузлах. Але в деяких випадках у кадрі LLC вказуються DSAP і SSAP, які розрізняються . Це можливо тільки в тих випадках, коли служба має кілька адрес SAP, що може бути використано протоколом вузла відправника в спеціальних цілях, наприклад для повідомлення вузла одержувача про перехід протоколу-відправника в деякий специфічний режим роботи. Цією властивістю протоколу LLC часто користується протокол NetBEUI.

Поле керування (1 чи 2 байти) має складну структуру при роботі в режим LLC2 і досить просту структуру при роботі в режимі LLC1 (рис. 11.3.3.1).

В режимі LLC1 використовується тільки один тип кадру — ненумерований. У цього кадрі поле керування має довжину в один байт. Усі підполя поля керування ненумерованих кадрів приймають нульові значення, так що значимими залишаються тільки перші два біти поля, що використовуються як ознака типу кадру. Враховуючи, що в протоколі Ethernet при записі реалізований зворотний порядок біт у байті, то запис поля керування кадру LLC1, вкладеного в кадр протоколу Ethernet, має значення 0х03 (тут і далі префікс 0х позначає шістнадцяткове представлення).

У режимі LLC2 використовуються всі три типи кадрів. У цьому режимі кадри поділяються на команди і відповіді на ці команди. Біт P/F (Poll/Final) має наступне значення: у командах він називається битому Poll і вимагає, щоб на команду була дана відповідь, а у відповідях він називається битому Final і говорить про те, що відповідь складається   з одного кадру.  Ненумеровані кадри використовуються на початковій стадії взаємодії двох вузлів, а саме стадії встановлення з'єднання по протоколу LLC2.

Поле М ненумерованих кадрів визначає кілька типів команд, якими користуються два вузли на етапі встановлення з'єднання. Нижче наведені приклади деяких команд.

• Встановити збалансований асинхронний розширений режим (SABME). Ця команда є запитом на встановлення з'єднання. Вона є однією з команд повного набору команд такого роду протоколу HDLC. Розширений режим означає використання двубайтних полів керування для кадрів інших двох типів.

• Ненумероване підтвердження (UA). Служить для підтвердження встановлення чи розриву з'єднання.

• Розрив з'єднання (REST). Запит на розрив з'єднання.

Після встановлення з'єднання дані і позитивні квитанції починають передаватися в інформаційних кадрах. Логічний канал протоколу LLC2 є дуплексним, так що дані можуть передаватися в обох напрямках. Якщо потік дуплексний, то позитивні квитанції на кадри також доставляються в інформаційних кадрах. Якщо ж потоку кадрів у зворотному напрямку немає чи потрібно передати негативну квитанцію, то використовуються супервізорі кадри.

В інформаційних кадрах існує поле N(S) для вказівки номера відправленого кадру, а також поле N(R) для вказівки номера кадру, що приймач очікує одержати від передавача наступним. При роботі протоколу LLC2 використовується ковзаюче вікно розміром у 127 кадрів, а для їхньої нумерації циклічно використовується 128 чисел, від 0 до 127.

Приймач завжди пам'ятає номер останнього кадру, прийнятого від передавача, і підтримує перемінну з зазначеним номером кадру, що він очікує прийняти від передавача наступним. Позначимо його через V(R). Саме це значення передається в поле N(R) кадру, що посилається передавачу. Якщо у відповідь на цей кадр приймач приймає кадр, у якому номер посланого кадру N(S) збігається з номером очікуваного кадру V(R), то такий кадр вважається коректним (якщо, звичайно, коректна його контрольна сума). Якщо приймач приймає кадр із номером N(S), який не співпадає з V(R), то цей кадр відкидається і посилається негативна квитанція  Відмовлення (REJ) з номером V(R). При прийомі негативної квитанції передавач зобов'язаний повторити передачу кадру з номером V(R), а також усіх кадрів з більшими номерами, що він уже встиг відіслати, користаючись механізмом вікна в 127 кадрів.

До складу супервізорових кадрів входять наступні:

• Відмовлення (REJect);

• Приймач не готовий (Receiver Not Ready, RNR);

• Приймач готовий (Receiver Ready, RR).

Команда RR з номером N(R) часто використовується як позитивна квитанція, коли потік даних від приймача до передавача відсутній, а команда RNR — для уповільнення потоку кадрів, які надходять на приймач. Це може бути необхідно, якщо приймач не встигає обробити потік кадрів, які надсилаються йому з великою швидкістю за рахунок механізму вікна. Одержання кадру RNR вимагає від передавача повного припинення передачі, до одержання кадру RR. За допомогою цих кадрів здійснюється керування потоком даних, що особливо важливо для мереж, що комутируються, у яких немає поділюваного середовища, що автоматично гальмує роботу передавача за рахунок того, коли новий кадр не можна передати, поки приймач не закінчив прийом попереднього.

Висновки

• Протокол LLC забезпечує для технологій локальних мереж потрібну якість транспортної служби, передаючи свої кадри  дейтаграмним способом або за допомогою процедур з встановленням з'єднання і відновленням кадрів.

• LLC надає верхнім рівням три типи процедур:

  • процедуру без встановлення з'єднання і без підтвердження;

  • процедуру з встановленням з'єднання і підтвердженням;

  • процедуру без встановлення з'єднання, але з підтвердженням.

• Логічний канал протоколу LLC2 є дуплексним, так що дані можуть передаватися в обох напрямках.

• Протокол LLC у режимі з встановленням з'єднання використовує алгоритм ковзаючого вікна.

• Протокол LLC за допомогою керуючих кадрів має можливість регулювати потік даних, що надходять від вузлів мережі. Це особливо важливо для мереж, які комутируються, у яких немає поділюваного середовища, що автоматично гальмує роботу передавача при високому завантаженні мережі.