Protokoły Kontroli Łącza

LLC, LAPB, LAPD i inne mechanizmy kontroli łącza danych.

Wprowadzenie: Zasady Konwersacji w Sieciach

Wyobraź sobie rozmowę telefoniczną. To coś więcej niż tylko wypowiadane słowa. Musisz nawiązać połączenie („Halo?”), upewnić się, że druga osoba cię wyraźnie słyszy, zarządzać tempem, aby nie mówić jednocześnie, i na koniec grzecznie zakończyć rozmowę („Do widzenia”). Protokoły Kontroli Łącza pełnią dokładnie taką samą rolę dla urządzeń sieciowych.

Działając w Warstwie Łącza Danych (Warstwa 2), protokoły te są zbiorem zasad zarządzających konwersacją przez pojedyncze, bezpośrednie połączenie fizyczne – jeden „przeskok” między dwoma urządzeniami. Są one gramatyką i etykietą, która przekształca surowy, chaotyczny strumień bitów z Warstwy Fizycznej w uporządkowany i niezawodny przepływ danych. Protokoły te są odpowiedzialne za wszystko, od zainicjowania połączenia i sprawdzania błędów, po zarządzanie przepływem danych i zakończenie łącza, gdy nie jest już potrzebne.

Protokoły takie jak HDLC, LAPB i LAPD stanowią fundament nowoczesnych sieci, a zrozumienie ich zasad jest kluczem do zrozumienia, jak osiąga się niezawodność w złożonych systemach.

Główne Funkcje Protokołu Kontroli Łącza

Solidny protokół kontroli łącza to mistrz wielozadaniowości. Musi on sprostać kilku kluczowym zadaniom, aby zapewnić płynną komunikację przez pojedyncze łącze.

  • Ramkowanie (Framing):Jest to najbardziej podstawowa funkcja. Protokół pobiera pakiety z Warstwy Sieci i enkapsuluje je w standardowy format zwany . Proces ten zapewnia niezbędną strukturę do adresowania, sterowania i wykrywania błędów.
  • Zarządzanie Łączem:Funkcja ta obsługuje cykl życia połączenia. Obejmuje procedury:
    • Ustanawianie: Aktywne tworzenie połączenia logicznego przed wymianą jakichkolwiek danych („uścisk dłoni”).
    • Utrzymywanie: Utrzymywanie łącza w stanie aktywnym i monitorowanie jego stanu.
    • Zakończenie: Grzeczne zamykanie połączenia po zakończeniu komunikacji.
  • :Wyobraź sobie szybkiego mówcę rozmawiającego z kimś, kto próbuje notować. Mówca musi od czasu do czasu robić pauzy, aby notujący mógł nadążyć. Kontrola przepływu to sieciowy odpowiednik tego mechanizmu. Zapewnia, że urządzenie wysyłające nie transmituje danych szybciej, niż urządzenie odbierające jest w stanie je przetworzyć, zapobiegając przepełnieniu buforów i utracie danych.
  • Kontrola Błędów:Chodzi o zapewnienie integralności danych. Jest to proces dwuetapowy:
    • Wykrywanie Błędów: Prawie wszystkie protokoły kontroli łącza używają pola Sekwencji Kontrolnej Ramki (FCS), zazwyczaj obliczanego za pomocą CRC, aby wykryć, czy ramka została uszkodzona przez szum lub zakłócenia podczas transmisji.
    • Korekcja Błędów: Po wykryciu błędu, niezawodne protokoły używają mechanizmu potwierdzeń (ACK) i negatywnych potwierdzeń (NAK) w połączeniu z numerami sekwencyjnymi, aby zażądać retransmisji utraconych lub uszkodzonych ramek.

Protoplasta: High-Level Data Link Control (HDLC)

Wiele z najważniejszych protokołów kontroli łącza to bezpośredni potomkowie lub standardowe podzbiory jednego wpływowego protokołu: HDLC. Ustanowił on podstawowe koncepcje ramkowania, trybów operacyjnych i różnych typów ramek, które zostały zaadaptowane przez późniejsze protokoły. Jego kluczowe cechy służą jako wzorzec do zrozumienia innych.

Protokoły Wywodzące się z HDLC

  • LAPB (Link Access Procedure, Balanced): Protokół „wołu roboczego” dla sieci X.25. Jest to ścisły podzbiór Asynchronicznego Trybu Zrównoważonego (ABM) HDLC, zaprojektowany do niezawodnych połączeń punkt-punkt przez potencjalnie zaszumione łącza.
  • LAPD (Link Access Procedure on the D-channel): Protokół sygnalizacyjny dla sieci ISDN. Opiera się na LAPB, ale dodaje bardziej zaawansowane adresowanie do obsługi wielu urządzeń i usług na jednej linii ISDN.
  • PPP (Point-to-Point Protocol): Chociaż nie jest ścisłym podzbiorem, PPP zapożycza swoje ramkowanie i wiele zasad sterowania bezpośrednio z HDLC, dostosowując je do elastycznego i wieloprotokołowego środowiska internetu.

Fokus na LAPD: Sygnalizacja w Sieciach ISDN

LAPD to fascynujący przykład protokołu kontroli łącza dostosowanego do specyficznego, zaawansowanego środowiska: sieci . W ISDN łącze komunikacyjne jest podzielone na kanały B (Bearer channels) dla danych użytkownika (np. głos, internet) i kanał D (Delta channel) wyłącznie do sygnalizacji. LAPD to protokół działający właśnie na tym kanale D.

Ten podział jest doskonałym przykładem Sygnalizacji we Wspólnym Kanale (CCS), gdzie informacje sterujące podróżują oddzielną ścieżką od danych użytkownika. To sprawia, że proces zestawiania połączeń jest szybszy i bardziej wydajny. Głównym zadaniem LAPD jest niezawodne przenoszenie wszystkich wiadomości potrzebnych do zestawiania, utrzymywania i rozłączania połączeń.

Inteligentne Adresowanie w LAPD

Najważniejszym ulepszeniem w LAPD w porównaniu do jego poprzednika, LAPB, jest dwuczęściowy schemat adresowania w polu Adres. Pozwala to na współdzielenie pojedynczego kanału D przez wiele urządzeń i usług.

SAPI (Identyfikator Punktu Dostępu do Usługi)

SAPI informuje sieć, dla jakiego typu usługi przeznaczona jest wiadomość. Działa jak temat w e-mailu, pozwalając odbiorcy na skierowanie wiadomości do odpowiedniego procesu programowego. Na przykład:

  • SAPI o wartości 0 jest używane do sygnalizacji sterującej połączeniem (np. komunikaty SETUP, CONNECT, DISCONNECT).
  • SAPI o wartości 16 jest używane do komunikacji danych w trybie pakietowym X.25.
  • SAPI o wartości 63 jest przeznaczone dla funkcji zarządzania.

TEI (Identyfikator Urządzenia Końcowego)

TEI identyfikuje konkretne urządzenie fizyczne u użytkownika. Linia ISDN może obsługiwać do ośmiu urządzeń. TEI jest jak unikalny numer wewnętrzny dla każdego urządzenia (telefon, faks, komputer). Może być przypisany statycznie lub, co częstsze, dynamicznie przez sieć, gdy urządzenie jest po raz pierwszy podłączane. Pozwala to sieci na wysłanie sygnału dzwonienia tylko do określonego telefonu, nawet jeśli do tej samej linii podłączonych jest kilka telefonów.

Logical Link Control (LLC): Dyplomata w Sieciach LAN

Logical Link Control, zdefiniowane w standardzie IEEE 802.2, jest górną podwarstwą Warstwy Łącza Danych, ale jego filozofia i funkcja są niezbędne do zrozumienia kontroli łącza. Podczas gdy LAPB/LAPD są przeznaczone dla łączy punkt-punkt, LLC działa w wielodostępnym świecie sieci lokalnych (LAN), takich jak Ethernet.

Głównym celem LLC jest zapewnienie jednego, spójnego interfejsu dla Warstwy Sieci, niezależnie od tego, jaka konkretna technologia MAC (Ethernet, Wi-Fi, Token Ring) jest używana poniżej. Używa ono w swoim nagłówku do multipleksowania i demultipleksowania pakietów dla różnych protokołów sieciowych.

Trzy Typy Usług LLC

LLC definiuje trzy odrębne typy usług komunikacyjnych, pozwalając na wybór między szybkością a niezawodnością:

  1. Typ 1: Bezpotwierdzeniowa Usługa Bezpołączeniowa
    Jest to najbardziej podstawowa usługa typu „wyślij i zapomnij”. Ramki danych są wysyłane bez wymagania jakiegokolwiek potwierdzenia. Nie ma kontroli przepływu ani odzyskiwania po błędach. Jest szybka i ma minimalny narzut, co czyni ją idealną dla komunikatów rozgłoszeniowych lub dla protokołów wyższych warstw, takich jak TCP, które implementują własne, solidne mechanizmy niezawodności.
  2. Typ 2: Usługa Połączeniowa
    Jest to opcja „pełnej obsługi”, niezawodna. Ustanawia połączenie logiczne, zapewnia sekwencjonowanie ramek, używa potwierdzeń do kontroli błędów i realizuje kontrolę przepływu. Zasadniczo zapewnia niezawodne połączenie w stylu HDLC na bazie zawodnego medium LAN. Usługa ta dodaje znaczny narzut i jest dziś rzadziej używana.
  3. Typ 3: Potwierdzana Usługa Bezpołączeniowa
    Usługa ta oferuje kompromis. Nie ustanawia formalnego połączenia, ale każda pojedyncza ramka danych musi zostać potwierdzona przez odbiorcę. Zapewnia to pewien stopień niezawodności bez narzutu związanego z zestawianiem i zrywaniem pełnego połączenia.
    Protokoły Kontroli Łącza | Teleinf Edu