План-конспект урока по теме Протоколы HDLC, PPP, SLIP, FrameRelay, а также уровень канала данных в ATM

Этапы урока

Содержание этапов урока

1. Организационный момент.

Цели для преподавателя:

- создать условия для возникновения у обучающихся внутренней потребности включения в учебную деятельность;

- способствовать повышению мотивации учения.

Цели для обучающихся:

- включиться в учебную деятельность;

- подготовиться к восприятию нового учебного материала.

Цели этапа занятия достигаются посредством:

-объявления темы занятия и постановки общих целей;

- разъяснения роли изучаемого содержания в процессе формирования конкретных общих и профессиональных компетенций;

- раскрытия значения изучаемого содержания для будущей профессиональной деятельности;

1. Вводный инструктаж

1.1. Проверка наличия обучающихся. Повторение техники безопасности в кабинете информатики.

Начинаем занятие. Отметим отсутствующих на занятие и проверим вашу готовность к занятию на наличие тетрадей.

1.2. Целевая установка на урок.

Сегодня у нас новая тема «Протоколы HDLC, PPP, SLIP, FrameRelay, а также уровень канала данных в ATM.», запишите тему занятия в тетрадях.

Обучающиеся записывают тему занятия.

Эта тема имеет большое профессиональное значение. Она направлена на формирование такой компетенции как «организовывать собственную деятельность выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество».

2. Изучение нового учебного материала (способов действий).

Цели для преподавателя:

- рассмотреть протоколы HDLC

- рассмотреть протоколы PPP

- рассмотреть протоколы SLIP

- рассмотреть протоколы FrameRelay

- рассмотреть уровень канала данных в ATM.

Цели для обучающихся:

- рассмотреть сервисы канального уровня

- познакомиться с основными задачами канального уровня

-рассмотреть основные способы исправления ошибок

Цели этапа занятия достигаются посредством:

- обеспечения понимания планируемого результата деятельности, основных путей его достижения;

- определения критериев, позволяющих обучающимся самостоятельно определять степень достижения запланированного результата;

- организации активной самостоятельной деятельности обучающихся по написанию лекции во время занятия.

2. Теоретическая часть.

Рассмотрим протоколы, которые используются для каналов «точка-точка» в Интернете. На уровне канала данных соединения «точка-точка» возникают между маршрутизаторами либо коммутирующими элементами в СПД. Другой часто встречающийся случай для таких соединений - соединение из дома через модем с интернет-провайдером.
Для упомянутых выше соединений: «маршрутизатор-маршрутизатор» и «хост-маршрутизатор» через телефонную линию было предложено два протокола: SLIP и PPP.
SLIP - Serial Line IP.

SLIP - наиболее старый из этих двух протоколов. Он был создан в 1984 году для соединения рабочих станций SUN через модем. Этот протокол был описан в RFC 1055. Его работа очень проста: он вставляет специальные флаг-байты в начало и конец IP-пакета.
Последние версии этого протокола осуществляют также сжатие заголовков TCP и IP у последовательных пакетов, так как они несут очень много одинаковой информации. Одна из последних версий этого протокола описана в RFC 1144.
SLIP имеет ряд серьезных недостатков - он не занимается контролем и исправлением ошибок, оставляя это протоколам верхних уровней. Во-вторых, он работает только с IP-пакетами. В современных условиях, когда Интернет объединяет самые разнообразные сети, это серьезный недостаток.
В-третьих, IP-адреса взаимодействующих сторон должны быть известны заранее. В условиях нехватки IP-адресов это недостаток, так как было бы удобнее задавать IP-адрес динамически, лишь на период действия соединения.
В-четвертых, этот протокол не обеспечивает какой-либо проверки аутентичности взаимодействующих сторон. Так что вы не можете быть уверены, с кем вы общаетесь.
В-пятых, для этого протокола нет стандарта, и существует множество его версий, не все из которых совместимы.
PPP - протокол «точка-точка».

Чтобы исправить указанные выше недостатки, комитет IETF (Internet Engineering Task Force) создал группу, которой было поручено разработать новый протокол. В результате ее усилий появился протокол РРР (Point-to-Point Protocol). Протокол РРР обеспечивает обнаружение ошибок, поддерживает разные протоколы, позволяет динамически выделять IP-адрес только на период соединения, выполняет аутентификацию абонентов и имеет ряд других преимуществ перед SLIP.
Протокол РРР обеспечивает три основных функции:

1. Распознавание кадров. Однозначно определяется конец кадра и начало нового. Здесь же происходит обнаружение ошибок.

1. Управление линией, т.е. активизация линии, ее проверка, определение основных параметров передачи в диалоге, корректное завершение передачи со сбросом параметров. Этот протокол называет LCP (Link Control Protocol).

1. Определение основных параметров соединения между сетевыми уровнями, чтобы обеспечить независимость от реализации сетевого уровня. Выбранный метод предполагает наличие разных NCP (Network Control Protocol) на каждом поддерживаемом сетевом уровне.

Чтобы лучше понять, как это все работает вместе, рассмотрим типичный сценарий, когда пользователь из дома по телефонной линии хочет подключить свой PC к Интернету. РС звонит на маршрутизатор сервис-провайдера. После того как маршрутизатор принял звонок и установил физическое соединение, РС посылает несколько LCP-пакетов в РРР-кадрах. Маршрутизатор отвечает LCP-пакетами в РРР-кадрах. В результате такого обмена определяются параметры соединения.
После этого следует обмен NCP-пакетами для настройки сетевого уровня. В частности, здесь происходит временное присваивание РС IP-адреса, который действует только на период соединения. Это происходит, если обе стороны хотят использовать TCP/IP-стек.
Теперь, когда РС стала полноправной машиной в Интернете, она может обмениваться IP-пакетами с другими машинами. Когда пользователь закончит работу, NCP разрывает соединение с сетевым уровнем и освобождает ранее занятый IP-адрес. После этого LCP-протокол разрывает соединение на канальном уровне. А затем компьютер говорит модему: «Положи трубку».
РРР-кадры имеют формат, очень близкий к HDLC-кадрам. Основное различие состоит в том, что РРР - байт-ориентированный, а HDLC - бит-ориентированный. Для HDLC возможен кадр размером в 30,25 байт, а для РРР - нет.
Рисунок 3-21. Формат PPP-кадра



Все РРР-кадры начинаются со стандартного байта: 01111110. Поле «Аddress» по умолчанию равно 11111111. Поле «Control» по умолчанию равно 00000011, что означает «Unnumbered-кадр», т.е.  нумерация передаваемых кадров и подтверждений в их получении не предполагается. В случае ненадежной среды передачи данных есть вариант надежной передачи, описанный в RFC 1663.
Так как значения полей «Address» и «Control» - константы, то LCP-протокол опускает их, экономя два байта на передаче. В поле «Protocol» указывается, какой тип пакетов будет в поле «Payload». Там допускаются пакеты протоколов LCP, NCP, IP, IPX, Apple Talk и других. Поле «Payload» имеет переменную длину, по умолчанию она равна 1600 байт.
Рисунок 3-22. Основные фазы установления соединения и его разрыва



Таблица 3-23. Типы LCP-пакетов, допустимых по протоколу RFC 1661

Уровень канала данных в ATM.

Физический уровень в АТМ покрывает физический уровень и уровень канала данных в OSI. Поскольку физический уровень АТМ на подуровне физической зависимости не предъявляет каких-то специальных требований к физической среде, то мы сосредоточим наше внимание на ТС-подуровне - подуровне преобразования при передаче.
Когда прикладная программа посылает сообщение, оно движется вниз по АТМ-стеку, получая заголовки, концевики, разбивается на ячейки и т.д. Проследим, что с ним происходит, когда ячейки достигают ТС-подуровня и далее.
Первый шаг - вычисление контрольной суммы заголовка. Заголовок состоит из 5 байт - 4 байта идентифицируют виртуальное соединение и несут контрольную информацию, за ними следует 1 байт с контрольной суммой. Контрольная сумма защищает только первые четыре байта и не затрагивает данные в ячейке. Контрольная сумма вычисляется как остаток от деления содержимого 4 байтов на полином x8+x2+x+1. К этому остатку добавляется константа 01010101 для повышения надежности, в случае если заголовок содержит много нулей.  
Решение защищать контрольной суммой только управляющую информацию было принято с целью сократить затраты на обработку на нижних уровнях. Защита собственно данных возложена на верхние уровни, если это необходимо. Как мы уже отмечали, многие приложения реального времени - передача видео-, аудиоданных - более критичны к времени передачи, чем к степени искажения отдельных ячеек. Поскольку контрольная сумма покрывает только заголовок, то этот байт так и называется - HEC (Header Error Control - контроль ошибки в заголовке).
Другим важным фактором, повлиявшим на выбор этой схемы контрольной суммы, было то, что основной средой для АТМ является оптоволокно. Исследования, выполненные компанией АТ&Т, показали, что оптоволокно - высоконадежная среда и единичные ошибки происходят в ней с вероятностью менее 1%. Схема НЕС прекрасно справляется как с однобитными ошибками, так и множественными.
Для надежной передачи ячеек была предложена схема, когда две последовательные ячейки объединяются через EXCLUSIVE OR, после чего получается новая ячейка, которая добавляется в последовательность после первых двух. В результате если хоть одна ячейка была принята с ошибкой или потеряна, то она легко может быть восстановлена.
После того как НЕС вычислен и добавлен в заголовок, ячейка готова к передаче. Среда передачи может быть двух категорий - синхронной и асинхронной. В асинхронной среде ячейка посылается сразу, как только она готова к передаче. В синхронной среде ячейка передается в соответствии с временными соглашениями. Если нет ячейки для передачи, то ТС-подуровень должен сгенерировать специальную ячейку ожидания.
Другой вид служебных ячеек - OAM (Operation And Maintenance). Эти ячейки используются АТМ-переключателями для проверки работоспособности системы.
Ячейки ожидания обрабатываются соответствующим ТС-подуровнем, а ОАМ-ячейки передаются на АТМ-уровень.

Другой важной функцией ТС подуровня является генерирование ячеек в формате физической среды передачи. Это значит, что ТС-подуровень генерирует обычную АТС-ячейку и упаковывает ее в кадр надлежащей среды передачи.
Итак, на выходе ТС-подуровень формирует НЕС-заголовок, преобразует ячейку в кадр, формирует АТМ-ячейки и передает поток битов на физический уровень. На противоположном конце ТС-подуровень производит те же самые действия, но в обратном порядке: разбивает поток бит на кадры, выделяет ячейки, проверяет НЕС-заголовки и передает ячейки на АТМ-уровень.
Самое трудное - выделить кадр из потока битов. На уровне битов ячейка - это 53х8 = 424 бита. Нет маркеров ни начала, ни конца кадра. Как определить границы кадра?
На ТС-подуровне есть сдвиговый регистр на 40 бит. Если в этих 40 бит правые 8 представляют собой НЕС, то последующие 32 левых бита - заголовок ячейки. Если условие не выполнено, то все сдвигается на один бит и проверка повторяется. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет обнаружен НЕС.
Схема распознавания в том виде, как она описана не надежна. Вероятность того, что случайный байт будет выглядеть как НЕС, равна 1/256. Чтобы исправить эту схему, используют автомат, схема состояний которого изображена на рисунке 3-24. Есть три состояния: HUNT, PRESYNCH, SYNCH. В состоянии HUNT ищется НЕС. Как только найден похожий байт, автомат переходит в состояние PRESYNCH и отчитывает следующие 53 байта. Если предположение о том, что найденный НЕС - начало ячейки, то сдвиг на 53 байта приведет к следующему НЕС. Происходит проверка последовательно δ ячеек, после этого происходит переход в состояние SYNCH.
Если в состоянии SYNCH α последовательных ячеек оказались плохими, происходит переход в состояние HUNT.
Рисунок 3-24. Процедура поиска ячеек

4. Задание на дом.

Цели для преподавателя:

- провести анализ и оценку успешности достижения цели урока, перспектив последующей работы;

- мобилизовать обучающихся на рефлексию результатов учебной деятельности;

- поставить цели самостоятельной работы для обучающихся (что должны сделать обучающиеся в ходе выполнения домашнего задания).

Цели для обучающихся:

- уяснить цели и содержание домашнего задания.

Цели этапа урока достигаются посредством:

- достижения открытости обучающихся в осмыслении своих действий и самооценки;

- определения для обучающихся содержания и объема домашнего задания.

4.Заключительная часть. Подведение итогов, выставление отметок.

Сегодня мы с вами: рассмотрели протоколы HDLC, протоколы PPP, протоколы SLIP

протоколы FrameRelay, уровень канала данных в ATM.

4.1. Определение задания на дом.

Задание. К следующему занятию выучите лекцию. Составить инструкционную технологическую карту.