Назад
Раздел 5. Глобальные сети связи
379
подтверждающего сообщения. Компьютер-получатель контролирует уни-
кальность номеров принимаемых блоков. Если блок ошибочно передан по-
вторно, он сбрасывается. После успешной передачи всех блоков данных пе-
редающая станция посылает знак завершения передачи EOT (End Of
Transmission), код которого 04h. Этот знак сообщает об окончании передачи
файла.
Преимущество данного протокола над другими заключается в его дос-
тупности для разработчиков программных средств, простоте реализации на
языках высокого уровня, малом объеме приемного буфера (256 байтов) и
возможности передачи не только символьных кодах ASСII), но и испол-
няемых файлов (*.com, *.exe). Последнее возможно благодаря тому, что ко-
нец файла определяется подсчетом переданных байтов и использованием
вместо знака файлового маркера (Ctrl-Z) специального знака завершения.
Вероятность необнаруженной ошибки при передаче данных по этому прото-
колу несколько ниже, чем при обычной асинхронной проверке паритета, где
она равняется 0,05.
К основным недостаткам протокола Xmodem можно отнести низкую
производительность, обусловленную в основном использованием механизма
автопереспроса с ожиданием, большую вероятность необнаруженных оши-
бок, необходимость задания имени файла при приеме и относительно боль-
шой объем передаваемой служебной информации. Последующие модифика-
ции протокола Xmodem были направлены на устранение этих и некоторых
других недостатков.
Протокол Xmodem-CRC представляет собой модификацию протокола
Xmodem, в котором обнаружение ошибок производится с использованием
циклического кода. Длина проверочной последовательности составляет 16
битов. Благодаря этому гарантируется обнаружение практически всех двой-
ных и одиночных ошибок, всех нечетных ошибок, всех пакетов ошибок дли-
ной до 16 битов, а также всех 17-битовых ошибок с вероятностью 0,999969 и
более длинных пакетов ошибок с вероятностью 0,99984.
В начале соединения вместо знака NAK приемная сторона по обрат-
ному каналу передает последовательность знаков с(63h). Если передатчик
не поддерживает протокол Xmodem-CRC, он игнорирует эти знаки. Не по-
лучив ответа на передачу 3-х знаков с”, приемник переходит на работу к
протоколу Xmodem и передает знак NAK.
Протокол Xmodem-1К представляет собой модификацию протокола
Xmodem-CRC с блоками длиной 1024 байтов. Использование блоков длиной
1 Кбайт позволяет снизить задержки при передаче файлов в сетях с комму-
тацией пакетов, где длина пакета, как правило, равна 1023 байтам либо крат-
на ей. Кроме того, по сравнению с обычным протоколом Xmodem, уменьше-
на относительная доля заголовков в большем объеме передаваемой инфор-
Компьютерные сети
380
мации.
Для передачи приемнику сообщения об увеличении длины передавае-
мого блока вместо знака SOH (01h) в начале блока ставится знак STX (02h).
Номер блока, передаваемый во втором и в третьем байтах, увеличивается с
передачей очередного блока на единицу независимо от его длины. Формат
блока показан на рисунке 5.16. Передатчик не должен изменять длину блока
(128 или 1024 байтов) до тех пор, пока не будет принят знак K для теку-
щего блока. Игнорирование этого ограничения может привести к пропуску
ошибок.
При использовании блоков по 1024 байтов возможно увеличение дли-
ны передаваемого файла до значения, кратного 1024. Блоки длиной 1024
байта могут применяться при групповой или одиночной передаче файлов.
Для сохранения совместимости передаваемых данных с протоколом
Xmodem-CRC необходимо использовать циклический код с CRC-16.
Затем появился более совершенный протокол Ymodem, представ-
ляющий собой протокол Xmodem-CRC, в котором реализована групповая
передача кадров и решающая обратная связь с ожиданием подтверждения.
Все программы, реализующие Ymodem, должны выполнять следующие
функции:
передавать информацию о имени и пути файла в блоке 0 в виде строки
знаков ASCII, завершающейся знаком NUL (0h);
использовать эту информацию на приемной стороне в качестве имени
и пути принятого файла, если иная реализация не оговорена специально;
выполнять проверку CRC-16 при приеме знаков с”, в противном слу-
чае использовать 8-битовую контрольную сумму;
принимать любую комбинацию из 128 или 1024-байтных блоков внут-
ри каждого принимаемого файла;
обеспечивать возможность переключения длины блоков в конце пере-
дачи файла и в случае частых повторных передач;
передающая программа не должна изменять длину неподтвержденного
блока;
передавать в конце каждого файла знаки EOF до 10 раз, пока не будет
принят знак ACK;
обозначать конец сеанса связи нулевым именем пути.
Рисунок 5.16 – Формат блока протокола Xmodem-1К
Раздел 5. Глобальные сети связи
381
Коммуникационные программы, в которых не реализованы все пере-
численные функции, несовместимы с протоколом Ymodem. Выполнение
этих минимальных требований, однако, не гарантирует надежной передачи
файлов в условиях сильных помех. Протокол Ymodem устраняет некоторые
недостатки протокола Xmodem, в основном сохраняя его простоту.
Как и в случае передачи одного файла, приемник инициирует группо-
вую передачу путем посылки знака ”с”. Передатчик открывает файл и пере-
дает номер 0. Для групповой передачи требуются только имена файлов. С
целью обеспечения совместимости снизу вверх” все неиспользуемые байты
блока 0 должны иметь нулевое значение.
Имя файлов передается как строка кодов ASCII, завершаемая знаком
NUL. Этот формат имени файла используется в функциях, ориентированных
на операционные системы типа MS-DOS, и в функции fopen библиотеки Си.
В имя файла не включены пробелы. Обычно передается только само имя без
префикса, имя диска источника не передается. Если передатчик не поддер-
живает передачу знаков в обоих регистрах, имя передается в строчном реги-
стре. Если в имя файла включен каталог, его название должно ограничивать-
ся знаком “/”.
Обозначения длины файла и каждого последующего поля произволь-
ны. Длина файла представляется в блоке как десятичная строка, задающая
количество байтов в файле. В нее не должны входить знаки EOF или другие
символы, используемые для заполнения последнего блока. Если передавае-
мый файл увеличивается во время передачи, то параметр ”длина файла”
должен иметь значение, соответствующее максимально ожидаемому размеру
или не передаваться вовсе.
Дата модификации файла является необязательным параметром, имя и
длина файла могут передаваться без передачи даты модификации. Протокол
Ymodem допускает возможность введения других полей заголовка без нару-
шения совместимости со своими прежними версиями. Оставшаяся часть
блока устанавливается в 0. Это важно для сохранения совместимости ”снизу
вверх”.
Если блок имени файла принят с ошибкой, необходим запрос на по-
вторную передачу. По умолчанию приемник использует процедуру исправ-
ления ошибок с решающей обратной связью (РОС) и циклическим кодом
CRC-16. Прием блока с именем файла, успешно открытого для записи, под-
тверждается знаком АСK. Если файл не может быть открыт для записи, то
приемник прерывает передачу с помощью знака отмены CAN (CANcel).
Далее приемник инициирует передачу содержимого файлов в соответ-
ствии с протоколом Xмodem-CRC. После того как содержимое файла полу-
чено, приемник запрашивает имя следующего файла. Передача источником
нулевого имени файла может означать, что групповая передача завершена, и
Компьютерные сети
382
что запрошенные у передатчика файлы не могут быть открыты для чтения.
В настоящее время разработаны методы, обеспечивающие передачу
данных с очень высокими скоростями и малой вероятностью ошибок. Эти
методы реализованы в высокоскоростных модемах и некоторых коммуника-
ционных программах. Применение таких методов позволяет достичь скоро-
сти передачи, близкой к теоретически возможной.
Вариант g протокола Ymodem обеспечивает высокую эффективность
передачи данных за счет использования РОС без ожидания подтверждения.
При использовании протокола Ymodem-g приемник инициирует групповую
передачу посылкой знака “g” вместо ”с”. Передатчик, распознавший этот
символ, прекращает ожидание обычных подтверждений по каждому пере-
данному блоку и передает последовательные блоки на полной скорости с ис-
пользованием метода управления потоком XON/XOFF. В соответствии с
этим протоколом при возникновении перегрузки передатчик по линии TxD
выдает команду XOFF (DC3h) оконечному оборудованию о необходимости
остановки информационного потока. Восстановление передачи информаци-
онного потока ООД-источником инициируется посылкой ему команды XON
(DC1h) по линии RxD.
Прежде чем передавать файл, передатчик ожидает поступления после-
довательности знаков “g”, а в конце передачи каждого файла подтвер-
ждающего знака ACK. Такой способ синхронизации позволяет приемнику
открывать и закрывать файлы в нужное время.
При обнаружении ошибки, в случае использования протокола
Ymodem-g, приемник прерывает передачу и отвечает последовательностью
служебных символов CAN.
Введение протокола Ymodem-g позволило значительно повысить ско-
рость передачи данных в каналах, защищенных от ошибок, т. е. при исполь-
зовании модемов со встроенными протоколами защиты. Это достигнуто за
счет отказа от переспроса принятых с ошибками блоков, а при обнаружении
ошибок передача файла прерывается. Для повышения быстродействия в по-
следующих модификациях протокола Ymodem применен так называемый
оконный” алгоритм, при котором информационные блоки передаются под-
ряд, без ожидания подтверждения правильного приема некоторого числа
блоков.
Наиболее совершенным и распространенным протоколом, используе-
мым в большинстве связных программ, является протокол Zmodem. Он со-
вместим с протоколами Xmodem и Ymodem, устраняет их недостатки и име-
ет ряд следующих преимуществ:
применяется динамическая адаптация к качеству канала связи посред-
ством изменения в широких пределах размера передаваемых блоков;
введена возможность возобновления прерванной передачи файла с то-
Раздел 5. Глобальные сети связи
383
го места, на котором произошел сбой;
повышена достоверность передачи благодаря использованию 32-
разрядной проверочной комбинации циклического кода CRC;
имеется возможность отключения функции контроля ошибок переда-
ваемых блоков при использовании модемов с аппаратной коррекцией оши-
бок.
Протокол позволяет программно инициировать передачу файлов или
передавать команды и (или) модификаторы другим программам. Названия
файлов достаточно ввести только один раз. Выбор файлов реализуется с по-
мощью меню. При групповых передачах возможно задание файлов одной
маской. Организация передачи осуществляется путем введения минимально-
го количества команд с клавиатуры. При передаче файлов посылается кадр
ZRQINIT, который инициирует автоматический прием файлов. Протокол
Zmodem может эмулировать режим протокола Ymodem, если процесс на
удаленном компьютере не поддерживает Zmodem. С момента начала сеанса
связи протокол Zmodem защищает передаваемые данные циклической про-
верочной комбинацией, состоящей из 16 или 32 битов (CRC-16 или CRC-32).
Использование 32-битной проверочной комбинации позволяет уменьшить
вероятность необнаруженных ошибок не менее чем на 5 порядков.
5.2.5. Протоколы подключения к сети Интернет через телефонные
каналы
Для подключения к сети Интернет посредством модема через теле-
фонный канал и создания соединения с использованием протокола TCP/IP на
канальном уровне применяются два протокола: SLIP (Serial Line Internet
Protocol) и PPP (Point to Point Protocol). Логически протоколы SLIP и PPP
находятся между модемным портом компьютера и стеком TCP/IP (см. рису-
нок 4.3).
Установление соединения по SLIP это наиболее простой способ под-
ключения сетевого компьютера к сети Интернет. SLIP обеспечивает инкап-
суляцию IP-пакетов в кадры, пригодные для передачи последовательным
способом по каналу связи. SLIP не предоставляет возможности адресовать
данные, обозначать типы кадров, определять и корректировать ошибки,
сжимать информацию. Отсутствие этих возможностей делает протокол чрез-
вычайно простым в реализации, и поэтому он еще до сих пор сохранил свою
популярность, однако он обладает рядом недостатков и не является офици-
альным стандартом для Интернета.
Протокол CSLIP это SLIP со сжатием. Для ограничения кадра в
SLIP применяются следующие два символа: END (код C0h) и ESC (код DBh).
Компьютерные сети
384
Символ END передается компьютером в конце каждого пакета данных. Знак
ESP используется для обозначения символов пакета данных, совпадающих с
кодами END и ESC, т.е. введение символа ESC обеспечивает прозрачность
передачи.
Временная диаграмма формирования кадров SLIP из IP-пакетов изо-
бражена на рисунке 5.17. Вставка END в начале кадра приводит к игнориро-
ванию его, что позволяет исключить влияние помех в линии связи. Однако
на этом заканчиваются способности SLIP определять ошибки в линии связи.
Протокол возлагает защиту от ошибок на вышележащие протоколы.
Протокол CSLIP позволяет сжимать только заголовки TCP/IP-пакетов
для сегментов данных TCP. Сами данные пакетов остаются неизменными.
Суть сжатия состоит в том, что на протяжении TCP-соединения около поло-
вины заголовка остается неизменной. Поэтому передатчик выдает в канал
только изменения в заголовках.
Протокол PPP (Poin- to-Point Protocol). В нем устранены недостат-
ки, присущие протоколу SLIP. Одной из целей протокола возможность пере-
дачи по одному каналу связи данных для нескольких сетевых протоколов. В
протоколе РРР реализованы следующие процедуры:
инкапсуляция данных, позволяющая на одном и том же канале исполь-
зовать различные сетевые протоколы;
управление соединением LCP (Link Control Protocol), реализуемое в
программном обеспечении для установки, конфигурации и тестирования со-
единения;
управление сетью с использованием протоколов NCP (Network Control
Protocol), позволяющее РРР-соединению применять протоколы различных
сетевых уровней. В РРР-протоколе реализуется формат протокола канально-
го уровня по рекомендации MKKTT X.25, который изображен на рисунке
5.18.
Рисунок 5.17 – Формат кадра протокола SLIP
Раздел 5. Глобальные сети связи
385
Для обеспечения ''прозрачности'' передачи при появлении в поле дан-
ных флаговой комбинации (01111110) она заменяется двумя символами:
ESC=7D (01111101) и флаговой комбинацией, у которой инвертирован 6-й
бит, т.е. комбинацией (01011110). Если же в поле данных появится ESC-
символ, то после него вставляется ESC-комбинация, в которой проинверти-
рован 6-й бит, т.е. 01011101 (5Dh). Таким образом, вместо комбинации 7Е
передается последовательность 7D 5E, а вместо 7D 7D 5D.
С целью обеспечения передачи сообщений различных протоколов в
начале поля данных кадра выделено два байта-указателя типа используемого
протокола, задающего до конца кадра тип данных. Так, например, указа-
тель С021Н индицирует, что кадр содержит данные протокола управления
соединением LСP. Это означает, что информация, полученная РРР из такого
кадра, будет использоваться им самим, а не передаваться куда-либо дальше
по сети. Значение указателя 8021Н свидетельствует о присутствии данных
для протокола управления сетью NCP. Указатель 0021Н определяет, что ин-
капсулированные данные предназначены для TCP/IP сети.
В связи с тем, что младшая часть указателя для всех типов кадров оди-
накова, в процессе конфигурации соединения может быть передан только
один байт. Можно сократить заголовок еще больше, если при конфигурации
исключить адресное и управляющее поля.
Функции протокола РРР по управлению соединением. До того, как
два сетевых объекта начнут обмениваться данными по РРР, им необходимо
правильно настроить канал и проверить его состояние. Для этого использу-
ется протокол управления соединением LCP (Link Control Protocol). Затем
для установки ряда параметров на сетевом уровне в работу включается про-
токол NCP (Network Control Protocol). Процесс установки соединения состо-
ит из ряда фаз.
Фаза неактивности. РРР находится в состоянии ожидания сигнала го-
товности линии передавать или принимать данные. Например, сигнал на вы-
ходе цепи модема (109) DC наличие несущей, свидетельствует, что модем
"дозвонился" и соединился с удаленной станцией. РРР приступает к фазе ус-
тановления соединения.
Рисунок 5.18 – Формат кадра протокола РРР
Компьютерные сети
386
Фаза установления соединения. Получив сигнал готовности от фазо-
вого уровня РРР, используя протокол LCP, переходит в фазу установки со-
единения. В составе РРР различают три типа пакетов: конфигурации соеди-
нения, окончание сеанса и управления соединением. Пакеты конфигурации
предназначены для установления и настройки канала передачи. Пакеты
управления соединением используются LCP для обслуживания и отладки ус-
тановленного соединения РРР. Пакеты окончания сеанса служат для завер-
шения сеанса связи. Пакеты конфигурации бывают следующих типов:
''конфигурациязапрос'';
''конфигурацияподтверждение'';
''конфигурациянеподтверждение'';
''конфигурацияотказ''.
Для открытия соединения РРР должен послать пакет ''конфигурация
запрос''. Это требование является обязательным для любой реализации про-
токола РРР. Поле данных этого пакета содержит список желательных вари-
антов настройки соединения. Компьютер с установленным модулем РРР, по-
лучивший пакет ''конфигурациязапрос'', обязан в ответ послать пакет ''кон-
фигурацияподтверждение'', если список параметров устраивает его полно-
стью. Поле данных подтвержденного пакета содержит точную копию приня-
того.
Если РРР не в состоянии выполнить какой-либо пункт желательной
настройки соединения, он должен ответить пакетом ''конфигурация-
неподтверждение''. Поле данных этого пакета содержит список неподдержи-
ваемых вариантов, а также может включать в список дополнительные вари-
анты настройки соединения. Аналогичным образом оба участника соедине-
ния РРР продолжают обмениваться пакетами до тех пор, пока не согласуют
конфигурацию. Модуль РРР, обслуживающий неизвестный ему вариант на-
стройки, содержащийся в пакете-запросе, обязан ответить пакетом ''конфи-
гурацияотказ''. ''Отказавшие'' варианты дальнейшему рассмотрению не
подлежат.
Параметрами и функциями конфигурации, в частности, являются сле-
дующие.
1. Максимальная длина принимаемого блока MRU (Maximum Receive
Unit). По умолчанию MRU=1500 байт. В принципе, может передаваться па-
кет любой длины, но не более установленного MRU.
2. Качество соединения. Осуществление наблюдения за числом поте-
рянных или ошибочно принятых пакетов.
3. Образование шлейфа для передачи самому себе пакета (Loop-back).
Для задания этого режима используется специальная кодовая комбинация,
называемая "магическое число".
4. Сжатие полей адреса и управления.
Раздел 5. Глобальные сети связи
387
Фаза управления сетью. На протяжении этой фазы устанавливается
ряд параметров сетевого уровня. Используя протокол NCP, модуль РРР мо-
жет ''на ходу'' открыть новый или завершить обмен по старому сетевому
протоколу.
Фаза прекращения соединения. Она служит для завершения соеди-
нения. Закрытие всех протоколов в РРР не должно приводить к разрыву со-
единения. Сетевое программное обеспечение должно само указать РРР на
необходимость прерывания соединения.
5.3. Цифровые выделенные каналы связи глобальных сетей
5.3.1. Плезиохронная цифровая иерархия PDH
Первые цифровые сети были разработаны для обеспечения передачи
телефонного трафика по высокоскоростным магистральным каналам. В свя-
зи с использованием цифровых технологий качество передачи речевых со-
общений по телефонным каналам значительно возросло. Существенно сни-
зились затраты на эксплуатацию цифровых телекоммуникационных систем.
В аппаратуре уплотнения с ИКМ речевые сообщения оцифровываются
с частотой 8 кГц с использованием 8 битов на отсчет. В результате каждый
абонентский канал формирует поток битов со скоростью 8×8000 = 64 кбит/с,
который поступает на мультиплексор аппаратуры уплотнения. Цифровой
канал со скоростью передачи 64 кбит/с назван основным цифровым кана-
лом. В первичной цифровой ступени преобразования (ЦСП) многоканальной
аппаратуры мультиплексор объединяет битовые потоки группы абонентских
каналов в так называемый кадр (frame), выдаваемый побитно на выход ап-
паратуры уплотнения. Групповой поток битов получил название первичный
цифровой поток. Скорость группового потока зависит от количества объе-
диняемых каналов. В американских и японских системах уплотнения объе-
диняется 24 канала и формируется результирующий поток Т1, который
кроме 24-х канальных интервалов содержит один бит синхронизации. Таким
образом, результирующая скорость первичного потока Т1 равняется
((24×8)+1)×8000=1544 кбит/с.
В европейской системе в первичной ЦСП в кадр объединяется 30 або-
нентских основных цифровых каналов и два служебных. В результате ско-
рость первичного цифрового потока Е1 составляет 32×8×8000=2048 кбит/с.
Для обеспечения потребностей в более высоких скоростях передачи
образована ступенчатая иерархия скоростей. Чем выше ступень иерархии,
тем мощнее цифровой поток, т.е. тем выше его скорость. К системам переда-
Компьютерные сети
388
чи, стоящим в самом низу иерархической лестницы, относится цифровой по-
ток Т1 североамериканской системы уплотнения и E1 европейской. Дан-
ные по скоростям передачи для различных систем построения аппаратуры
уплотнения приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1Скорости передачи трех системы цифровой иерархии
Скорости передач, соответствующие
различным системам цифровой иерархии
Уровень
цифровой иерархии
Американская Японская Европейская
0 64 64 64
1 1544 1544 2048
2 6312 6312 8448
3 44736 32064 34368
4 --- 97728 139264
Стандарты построения и группирования каналов в европейских стра-
нах несколько отличались от стандартов, принятых в США и в Японии. Ие-
рархия скоростей в цифровых каналах связи, принятая в Европе и в Америке,
показана на рисунке 5.19. Как видно из этого рисунка, формирование пото-
ков на последующих цифровых ступенях передачи также отличается как по
скорости, так и по количеству мультиплексируемых каналов.
Изображенная иерархия скоростей при объединении цифровых пото-
ков получила название плезиохронная цифровая иерархия PDH
(Plesiochronous Digital Hierarchy). Скорости цифровых потоков одной и той
же ступени иерархии, но образуемых ЦСП, расположенными на различных
станциях сети, могут несколько отличаться друг от друга в пределах допус-
тимой нестабильности частот задающих генераторов. Именно поэтому рас-
сматриваемая иерархия ЦСП называется плезиохронной (почти синхрон-
ной). Наличие нестабильности задающих генераторов требует принятия спе-
циальных мер при объединении исходных потоков в поток более высокой
ступени иерархии, что заметно усложняет эксплуатацию первичной сети
связи в целом и снижает ее качественные показатели
В связи с тем, что скорости от разных каналов не всегда совпадают,
для синхронизации потоков добавляют нужное число битов в каналы с
меньшей скоростью, осуществляя тем самым выравнивание скоростей. Такой
способ выравнивания получил название плезиохронного (почти синхронного)
PDH. В плезиохронных цифровых системах передачи используется принцип
временного разделения каналов, поэтому правильное восстановление исход-
ных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной ра-
боте генераторного оборудования на передающей и приемной станциях.