Construirea rețelelor folosind tehnologia ethernet 1000base t. Dezvoltarea unei rețele de acces integrate bazate pe tehnologii Ethernet și Wi-Fi

Șablon de tehnologie Ethernet, scris în docul IEEE 802.3. Aceasta este singura descriere a unui cadru format de strat MAC. În rețeaua Ethernet, este implementat un singur tip de cadru al stratului de legătură, al cărui antet este un set de anteturi ale substraturilor MAC și LLC, care este un fel.

Ethernet DIX / Ethernet II, a apărut în 1980 ca urmare a unor roboți comuni ai a trei firme Xerox, Intel și Digital, care au introdus versiunea 802.3 ca standard internațional;
Comitetul a adoptat 802.3 și l-a revizuit ușor. Așa se face 802.3 / LLC, 802.3 / 802.2 sau Novell 802.2;
Raw 802.3 sau Novell 802.3- concepute pentru a accelera munca protocolului în rețelele Ethernet;
Ethernet SNAP este rezultatul comitetului 802.2 care a fost adus la un standard comun și a devenit flexibil pentru viitoarea posibilă adăugare de câmpuri;

Astăzi, hardware-ul și software-ul de rețea pot gestiona toate formatele de cadre, iar recunoașterea cadrelor funcționează automat, ceea ce reduce și unul dintre. Formatele cadrelor sunt prezentate în Figura 1.

Imaginea 1

802.3 / cadru LLC

Antetul acestui cadru combină câmpurile de antet ale cadrelor IEEE 802.3 și 802.2. Standardul 802.3 constă din:

Câmpul Preambulului- numit câmpul de octeți de sincronizare - 10101010. În codificarea Manchester, acest cod este modificat în mediul fizic într-un semnal cu o frecvență de 5 MHz.
Delimitator de cadru de pornire- este un octet 10101011. Acest câmp indică faptul că următorul octet este primul octet al antetului cadrului.
Adresa de destinație- Acest câmp poate avea o lungime de 6 sau 2 octeți. De obicei, acest câmp este utilizat pentru o adresă MAC de 6 octeți.
Sursa adresei Este un câmp care conține 6 sau 2 octeți ai adresei MAC a nodului expeditorului. Primul bit este întotdeauna - 0.
Lungime- un câmp care are o dimensiune de 2 octeți și conține lungimea câmpului de date din cadru.
Câmp de date- câmpul poate fi de la 0 la 1500 octeți. Dar dacă dintr-o dată datele ocupă mai puțin de 46 de octeți, atunci se utilizează câmpul substituent care tamponează câmpul la 46 de octeți.
Câmpul substituent- Oferă completarea câmpului de date, dacă greutatea sa este mai mică de 46 de octeți. Este necesar pentru funcționarea corectă a mecanismului de detectare a coliziunilor.
Câmpul secvenței de verificare a cadrelor- acest câmp conține o sumă de control de 4 octeți. Se folosește algoritmul CRC-32 /

Acest cadru este un cadru de substrat MAC, câmpul său de date conține un cadru de substrat LLC cu steaguri eliminate la sfârșitul și începutul cadrului care este transmis prin.

Raw 802.3 / cadru Novell 802.3

Acest cadru era un protocol de strat de rețea în sistemul de operare MetWare. Dar acum că a dispărut nevoia de a identifica protocolul stratului superior, cadrul a fost încapsulat în cadrul MAC al cadrului LLC.

Cadru Ethernet DIX / Ethernet II

Acest cadru are o structură similară cu cea a Ras 802.3. Dar câmpul cu lungime de 2 octeți aici are alocări de câmp de tip protocol. Indică tipul protocolului de strat superior care și-a imbricat pachetul în câmpul de date al acestui cadru. Aceste cadre se disting prin lungimea câmpului, dacă valoarea este mai mică de 1500, atunci acesta este câmpul lungime, dacă este mai mare, atunci tipul.

Cadru SNAP Ethernet

Cadrul a apărut ca urmare a eliminării inconsecvenței în codificarea tipurilor de protocol. Protocolul este, de asemenea, utilizat în protocolul IP atunci când se încapsulează următoarele rețele: Token Ring, FDDI, 100VC-AnyLan. Dar la transmiterea pachetelor IP prin Ethernet, protocolul folosește cadre DIX Ethernet.

Protocol IPX

Acest protocol poate utiliza toate cele patru tipuri de cadre Ethernet. Acesta definește tipul verificând absența sau prezența câmpului LLC. De asemenea, în spatele câmpurilor DSAP / SSAP. Dacă valoarea câmpului este 0xAA, atunci acesta este un cadru SNAP, altfel este 802.3 / LLC.

Datele transmise prin Ethernet sunt împărțite în cadre. Reamintim că aproape fiecare tehnologie de rețea (indiferent de nivelul acesteia) corespunde unei unități de transmisie a datelor: Ethernet - cadru, ATM - celulă, IP - datagramă etc. Datele pure nu sunt transmise prin rețea. De regulă, un antet este „atașat” la unitatea de date. Unele tehnologii de rețea adaugă, de asemenea, un final. Titlul și finalul conțin informații despre serviciu și constau din anumite câmpuri.

Deoarece există mai multe tipuri de cadre, pentru a se înțelege reciproc, expeditorul și receptorul trebuie să utilizeze același tip de cadru. Cadrele pot fi de patru formate diferite, ușor diferite una de cealaltă. Există doar două formate brute - Ethernet II și Ethernet 802.3. Aceste formate diferă în scopul unui singur câmp.

Pentru livrarea cu succes a informațiilor către destinatar, fiecare cadru trebuie să conțină, pe lângă date, informații despre servicii: lungimea câmpului de date, adresele fizice ale expeditorului și destinatarului, tipul de protocol de rețea etc.

Pentru ca stațiile de lucru să poată interacționa cu un server pe același segment de rețea, acestea trebuie să accepte un singur format de cadru. Există patru arome principale ale cadrelor Ethernet:

Ethernet tip II
Ethernet 802.3
Ethernet 802.2
Ethernet SNAP (Protocol de acces la subrețea).

Luați în considerare câmpurile comune tuturor celor patru tipuri de cadre (Fig. 1).

Orez. 1. Format general al cadrului Ethernet

Câmpurile din cadru au următoarele semnificații:

Câmpurile „Preambul” și „Începutul cadrului” sunt utilizate pentru a sincroniza expeditorul și receptorul. Preambulul este o secvență de 7 octeți a unuia și a zerourilor. Câmpul semnalizatorului de pornire a cadrului are o dimensiune de 1 octet. Aceste câmpuri nu sunt luate în considerare la calcularea lungimii cadrului.
Câmpul „Adresă destinație” este format din 6 octeți și conține adresa fizică a dispozitivului din rețeaua căreia i se adresează acest cadru. Valorile pentru acest câmp și pentru următorul câmp sunt unice. Fiecărui producător de adaptoare Ethernet i se atribuie primii trei octeți ai adresei, iar restul de trei octeți sunt determinați direct de producător. De exemplu, pentru adaptoarele 3Com, adresele fizice vor începe cu 0020AF. Primul bit al adresei destinatarului are o semnificație specială. Dacă este 0, atunci aceasta este adresa unui anumit dispozitiv (numai în acest caz, primii trei octeți sunt utilizați pentru a identifica producătorul plăcii de rețea) și dacă 1 este difuzat. De obicei, într-o adresă de difuzare, toți biții rămași sunt, de asemenea, setați la unul (FF FF FF FF FF FF FF).
Câmpul „Adresă expeditor” este format din 6 octeți și conține adresa fizică a dispozitivului din rețeaua care a trimis acest cadru. Primul bit al adresei expeditorului este întotdeauna zero.
Câmpul Lungime / Tip poate conține lungimea sau tipul cadrului, în funcție de cadrul Ethernet utilizat. Dacă câmpul specifică o lungime, acesta este specificat în doi octeți. Dacă tastați - conținutul câmpului indică tipul protocolului de nivel superior căruia îi aparține acest cadru. De exemplu, pentru IPX, câmpul este 8137, iar pentru IP, 0800.
Câmpul „Date” conține datele cadrului. De cele mai multe ori, acestea sunt informații necesare protocoalelor de nivel superior. Acest câmp nu are o lungime fixă.
Câmpul „Checksum” conține rezultatul calculării sumei de control a tuturor câmpurilor, cu excepția perambulei, începutul semnului cadru și suma de control în sine. Calculul este efectuat de către expeditor și adăugat la cadru. O procedură de calcul similară este efectuată pe dispozitivul destinatarului. Dacă rezultatul calculului nu se potrivește cu valoarea acestui câmp, se presupune că a apărut o eroare în timpul transmiterii. În acest caz, cadrul este considerat corupt și ignorat.

Trebuie remarcat faptul că lungimea minimă admisibilă a tuturor celor patru tipuri de cadre Ethernet este de 64 de octeți, iar cea maximă este de 1518 octeți. Deoarece 18 octeți sunt alocați pentru informații despre servicii în cadru, câmpul „Date” poate avea o lungime de la 46 la 1500 octeți. Dacă datele transmise prin rețea sunt mai mici decât lungimea minimă permisă, cadrul va fi completat automat la 46 de octeți. Astfel de restricții stricte asupra lungimii minime a cadrului au fost introduse pentru a asigura funcționarea normală a mecanismului de detectare a coliziunilor.

TEHNOLOGIA ETHERNET

Ethernet este cel mai utilizat standard pentru rețelele locale de astăzi.

Când spun Ethernet, înseamnă de obicei oricare dintre variantele acestei tehnologii. Mai îngust, Ethernet este un standard de rețea bazat pe rețeaua Ethernet experimentală pe care Xerox a dezvoltat-o și a implementat-o în 1975. Metoda de acces a fost încercată chiar mai devreme: în a doua jumătate a anilor 60, în rețeaua de radio a Universității din Hawaii au fost utilizate diverse opțiuni pentru accesul aleatoriu la un mediu radio comun, denumit în mod colectiv Aloha. În 1980, DEC, Intel și Xerox au dezvoltat și publicat împreună versiunea Ethernet standard II pentru o rețea de cablu coaxial, care era cea mai recentă versiune a standardului Ethernet proprietar. Prin urmare, versiunea proprietară a standardului Ethernet se numește Ethernet DIX sau Ethernet P.

Pe baza standardului Ethernet DIX, a fost dezvoltat standardul IEEE 802.3, care este în mare parte același cu predecesorul său, dar există încă unele diferențe. În timp ce standardul IEEE 802.3 diferențiază straturile MAC și LLC, Ethernet-ul original a combinat ambele straturi într-un singur strat de legătură de date. Ethernet DIX definește un protocol de testare a configurației Ethernet pe care IEEE 802.3 nu îl face. Raportul de aspect este, de asemenea, oarecum diferit, deși dimensiunile minime și maxime ale cadrelor din aceste standarde sunt aceleași. Adesea, pentru a distinge Ethernet, așa cum este definit de standardul IEEE, și Ethernet proprietar DIX, primul se numește tehnologie 802.3, iar numele Ethernet proprietar este lăsat fără denumiri suplimentare.

În funcție de tipul de mediu fizic, standardul IEEE 802.3 are diverse modificări - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, 10Base-FB.

În 1995, a fost adoptat standardul Fast Ethernet, care în multe privințe nu este un standard independent, dovadă fiind faptul că descrierea acestuia este pur și simplu o secțiune suplimentară la standardul 802.3 principal - secțiunea 802.3u. În mod similar, standardul Gigabit Ethernet din 1998 este descris în secțiunea 802.3z din documentul principal.

Pentru transmiterea informațiilor binare prin cablu pentru toate variantele stratului fizic al tehnologiei Ethernet, oferind un randament de 10 Mbit / s, se utilizează codul Manchester.

Toate tipurile de standarde Ethernet (inclusiv Fast Ethernet și Gigabit Ethernet) utilizează aceeași metodă de separare a mediilor - metoda CSMA / CD.

Adresare Ethernet

Pentru a identifica destinatarul informațiilor în tehnologiile Ethernet, sunt utilizate adrese MAC de 6 octeți.

Formatul adresei MAC oferă posibilitatea de a utiliza moduri specifice de adresare multicast în rețeaua Ethernet și, în același timp, de a exclude posibilitatea ca două stații cu aceeași adresă să apară în aceeași rețea locală.

Adresa fizică a unei rețele Ethernet constă din două părți:

Coduri furnizor
Identificator de dispozitiv individual

O organizație specială din cadrul IEEE se angajează în distribuirea codificărilor permise în acest domeniu, la cererea producătorilor de echipamente de rețea. Pentru a scrie adresa MAC pot fi utilizate diferite forme. Cea mai utilizată formă este hexazecimală, în care perechile de octeți sunt separate prin caractere „-”:

E0-14-00-00-00

În rețelele Ethernet și IEEE 802.3, există trei moduri principale de formare a adresei de destinație:

Unicast - adresa individuală;
Multicast - adresă multicast;
Difuzare - adresă de difuzare.

Primul mod de adresare (Unicast) este utilizat atunci când stația sursă adresează pachetul transmis unui singur destinatar al datelor.

Un semn al utilizării modului de adresare Multicast este prezența 1 în bitul cel mai puțin semnificativ din cel mai semnificativ octet al identificatorului producătorului de echipamente.

C-CC-CC-CC

Un cadru al cărui conținut de câmp DA aparține tipului Multicast va fi primit și procesat de toate stațiile care au o valoare corespunzătoare Codului furnizorului - în acest caz, acestea sunt dispozitive de rețea Cisco. Date Multicast - adresa este utilizată de dispozitivele de rețea ale acestei companii pentru a interacționa în conformitate cu regulile protocolului Cisco Discovery Protocol (CDP).

O stație Ethernet și IEEE 802.3 pot utiliza, de asemenea, modul de adresare Broadcast. Adresa stației de destinație Broadcast este codificată cu o valoare specială:

FF-FF-FF-FF-FF-FF

Când utilizați această adresă, pachetul transmis va fi primit de toate stațiile care se află în această rețea.

Metoda de acces CSMA / CD

Rețelele Ethernet utilizează o metodă de acces media numită purtător-sens-multiplu-acces cu detectarea coliziunilor (CSMA / CD) ...

Protocolul CSMA / CD definește natura interacțiunii stațiilor de lucru într-o rețea cu un singur mediu comun de transmisie a datelor pentru toate dispozitivele. Toate stațiile au condiții egale pentru transmiterea datelor. Nu există o secvență specifică în care stațiile pot accesa mediul pentru transmisie. În acest sens, mediul este accesat aleatoriu. Implementarea algoritmilor de acces aleatoriu pare a fi o sarcină mult mai simplă decât implementarea algoritmilor de acces determinist. Deoarece în ultimul caz, fie este necesar un protocol special care să controleze funcționarea tuturor dispozitivelor de rețea (de exemplu, protocolul de circulație a simbolurilor inerent în rețelele Token Ring și FDDI), fie un dispozitiv special dedicat - un hub master, care, în o anumită secvență, ar oferi tuturor restului stației capacitatea de a transmite (rețele Arcnet, 100VG AnyLAN).

Cu toate acestea, o rețea cu acces aleatoriu are unul, probabil, principalul dezavantaj - nu este o funcționare complet stabilă a rețelei sub sarcină mare, când poate trece un timp suficient de lung înainte ca o stație dată să poată transmite date. Acest lucru se datorează coliziunilor care apar între stațiile care au început să transmită în același timp sau aproape simultan. În cazul unei coliziuni, datele transmise nu ajung la destinatari, iar stațiile de transmisie trebuie să reia transmisia din nou - metodele de codare utilizate în Ethernet nu permit ca semnalele fiecărei stații să fie separate de semnalul general. (Z Rețineți că acest fapt se reflectă în componenta „Base (band)” prezentă în numele tuturor protocoalelor fizice ale tehnologiei Ethernet (de exemplu, 10Base-2,10Base-T etc.). Rețea de bandă de bază înseamnă o rețea de bandă de bază în care mesajele sunt trimise digital pe un singur canal, fără divizarea frecvenței.)

Coliziunea este o situație normală în rețelele Ethernet. Pentru a avea loc o coliziune, nu este necesar ca mai multe stații să înceapă să transmită absolut simultan, o astfel de situație este puțin probabilă. Este mult mai probabil să se producă o coliziune datorită faptului că un nod începe să transmită mai devreme decât celălalt, dar semnalele primului pur și simplu nu au timp să ajungă la al doilea nod până când cel de-al doilea nod decide să înceapă să transmită cadru. Adică, coliziunile sunt o consecință a naturii distribuite a rețelei.

Setul tuturor stațiilor din rețea, transmiterea simultană a oricărei perechi dintre care duce la o coliziune, se numește domeniu de coliziune sau domeniu de coliziune.

Coliziunile pot provoca întârzieri imprevizibile în propagarea cadrelor prin rețea, mai ales atunci când rețeaua este încărcată puternic (multe stații încearcă să transmită simultan în cadrul domeniului de coliziune,> 20-25) și atunci când domeniul de coliziune este mare (> 2 km ). Prin urmare, atunci când construiți rețele, este recomandabil să evitați astfel de moduri de operare extreme.

Problema construirii unui protocol capabil să rezolve coliziunile în cel mai optim mod și să optimizeze funcționarea rețelei sub sarcini grele a fost una dintre problemele cheie în etapa de formare standard. Inițial, trei abordări principale au fost considerate candidați pentru implementarea unui algoritm de acces aleatoriu la mediu: non-persistent, 1-constant și p-constant (Figura 11.2).

Figura 11.2. Algoritmi de acces aleatoriu multiplu (CSMA) și coliziune înapoi

Algoritm nepersistent. Cu acest algoritm, stația care dorește să transmită este ghidată de următoarele reguli.

1. Ascultă mediul și, dacă mediul este liber (adică, dacă nu există altă transmisie sau nu există semnal de coliziune), acesta transmite, altfel - mediul este ocupat - treceți la pasul 2;

2. Dacă mediul este ocupat, așteaptă un timp aleatoriu (în conformitate cu o anumită curbă de distribuție a probabilității) și revine la pasul 1.

Utilizarea unei valori de așteptare aleatorii într-un mediu ocupat reduce probabilitatea coliziunilor. Într-adevăr, să presupunem altfel că două stații vor transmite aproape simultan, în timp ce a treia transmite deja. Dacă primii doi nu ar avea un timp de așteptare aleatoriu înainte de începerea transmisiei (în cazul în care mediul s-a dovedit a fi ocupat), ci doar a ascultat mediul și a așteptat ca acesta să devină liber, atunci după ce a treia stație a încetat să transmită , primele două ar începe să transmită simultan, ceea ce ar duce inevitabil la coliziuni. Astfel, așteptarea aleatorie elimină posibilitatea unor astfel de coliziuni. Cu toate acestea, inconvenientul acestei metode se manifestă prin utilizarea ineficientă a lățimii de bandă a canalului. Din moment ce se poate întâmpla ca până când mediul devine liber, postul care dorește să transmită va continua să aștepte un timp aleatoriu înainte de a decide să asculte mediul, deoarece acesta ascultase deja mediul, care s-a dovedit a fi ocupat. Ca urmare, canalul va rămâne inactiv pentru o vreme, chiar dacă o singură stație așteaptă transmisia.

1-algoritm persistent... Pentru a reduce timpul în care mediul nu este ocupat, ar putea fi utilizat un algoritm 1-persistent. Cu acest algoritm, stația care dorește să transmită este ghidată de următoarele reguli.

1. Ascultă mediul și, dacă mediul este inactiv, transmite, în caz contrar, treceți la pasul 2;

2. Dacă mediul este ocupat, acesta continuă să asculte mediul până când mediul este liber și, de îndată ce acesta este eliberat, începe imediat să transmită.

Comparând algoritmii nepersistenți și 1-persistenți, putem spune că în algoritmul 1-persistent stația care dorește să se transmită se comportă mai „egoist”. Prin urmare, dacă două sau mai multe stații așteaptă transmisia (așteaptă până când mediul este liber), o coliziune, s-ar putea spune, va fi garantată. După coliziune, stațiile încep să se gândească la ce să facă în continuare.

P-algoritm persistent. Regulile pentru acest algoritm sunt următoarele:

1. Dacă mediul este liber, stația cu probabilitatea p începe imediat transmisia sau cu probabilitate (1- p ) așteaptă un interval de timp fix T. Intervalul T este de obicei egal cu timpul maxim de propagare a semnalului de la capăt la cap;

2. Dacă suportul este ocupat, postul continuă să asculte până când suportul este liber, apoi trece la pasul 1;

3. Dacă transmisia este întârziată cu un interval T, stația revine la pasul 1.

Și aici apare întrebarea alegerii celei mai eficiente valori a parametrului p ... Principala problemă este cum se poate evita instabilitatea la sarcini mari. Luați în considerare o situație în care n stațiile intenționează să transmită cadre în timp ce transmisia este deja în curs. La sfârșitul transmisiei, numărul preconizat de stații care vor încerca să transmită va fi egal cu produsul numărului de stații dispuse să transmită prin probabilitatea de transmisie, adică np ... Dacă np > 1, apoi în medie mai multe stații vor încerca să transmită simultan, ceea ce va provoca o coliziune. Mai mult, imediat ce este detectată o coliziune, toate stațiile vor reveni la pasul 1, ceea ce va provoca o a doua coliziune. În cel mai rău caz, se pot adăuga noi posturi dispuse să trădeze n , ceea ce va exacerba și mai mult situația, ducând în cele din urmă la o coliziune continuă și la un debit zero. Pentru a evita un astfel de dezastru, munca np ar trebui să fie mai puțin de unul. Dacă rețeaua este susceptibilă de apariția condițiilor în care mai multe stații doresc să transmită simultan, atunci este necesar să se reducă p ... Pe de altă parte, când p devine prea mic, chiar și o singură stație poate aștepta în medie (1- p )/p intervalele T înainte de a transmite. Deci, dacă p = 0,1, atunci timpul mediu de inactivitate înainte de transfer va fi de 9T.

CSMA / CD Collision Resolution Multiple Medium Access Protocol a întruchipat ideile algoritmilor de mai sus și a adăugat un element important - rezoluția coliziunii. Deoarece o coliziune distruge toate cadrele transmise în momentul formării sale, atunci nu are rost în stații să continue transmisia ulterioară a cadrelor lor, de îndată ce acestea (stațiile) au detectat coliziuni. În caz contrar, ar exista o pierdere semnificativă de timp la transmiterea cadrelor lungi. Prin urmare, pentru detectarea în timp util a coliziunilor, stația ascultă mediul în timpul propriei transmisii. Iată regulile de bază ale algoritmului CSMA / CD pentru stația de transmisie (Figura 11.3):

1. Stația care urmează să transmită ascultă mediul înconjurător. Și transmite dacă mediul este liber. În caz contrar (adică dacă mediul este ocupat) se trece la pasul 2. Când se transmit mai multe cadre la rând, stația menține o anumită pauză între transmisiile de cadre - un interval inter-cadru, iar după fiecare astfel de pauză înainte de a trimite următorul cadru, stația ascultă din nou mediul (revenind la pasul 1 de început);

2. Dacă mediul este ocupat, postul continuă să asculte pe mediu până când mediul devine liber și apoi începe imediat să transmită;

3. Fiecare stație care transmite ascultă mediul înconjurător și, dacă este detectată o coliziune, aceasta nu încetează imediat transmisia, ci transmite mai întâi un scurt semnal special de coliziune - un semnal de blocaj, care informează alte stații despre coliziune și se oprește transmiterea;

4. După transmiterea semnalului de blocare, stația încetează să mai vorbească și așteaptă un timp arbitrar în conformitate cu regula întârzierii exponențiale binare și apoi revine la pasul 1.

Pentru a putea transmite un cadru, postul trebuie să se asigure că suportul partajat este liber. Acest lucru se realizează ascultând fundamentalul semnalului, numit și purtător-simț (CS). Un semn al unui mediu neocupat este absența unei frecvențe purtătoare pe acesta, care cu metoda de codificare Manchester este de 5-10 MHz, în funcție de secvența de unii și zerouri transmise în acest moment.

După încheierea transmisiei cadrului, toate nodurile de rețea trebuie să mențină o pauză tehnologică (Inter Packet Gap) de 9,6 μs (96 bt). Această pauză, numită și spațierea interframe, este utilizată pentru a reseta adaptoarele de rețea și pentru a împiedica o singură stație să preia exclusiv media.

Figura 11.3. Schema bloc a algoritmului CSMA / CD (nivel MAC): la transmiterea unui cadru de către o stație

Semnal de blocare (blocare - literalmente blocare). Transmiterea unui semnal de blocaj garantează că nu se vor pierde mai multe cadre, deoarece toate nodurile care au transmis cadre înainte de producerea coliziunii, după ce au primit un semnal de blocare, își vor întrerupe transmisiile și vor deveni tăcute în așteptarea unei noi încercări de transmitere a cadrelor . Semnalul Jam trebuie să aibă o lungime suficientă pentru a ajunge la cele mai îndepărtate stații din domeniul coliziunii, ținând seama de întârzierea suplimentară a marjei de siguranță (SF) la posibilele repetatoare. Conținutul semnalului de blocare nu este critic, cu excepția faptului că nu trebuie să se potrivească cu câmpul CRC al cadrului transmis parțial (802.3), iar primii 62 de biți ar trebui să reprezinte o alternanță de „1” și „0” cu un bit de pornire ” 1 '.

Figura 11.4. Metoda de acces aleatoriu CSMA / CD

Figura 11.5 ilustrează procesul de detectare a coliziunii pentru o topologie a magistralei (cablu coaxial subțire sau gros (respectiv 10Base5 și respectiv 10Base2).

În acest moment nodul A(DTE A) începe transmisia, ascultând în mod natural propriul său semnal transmis. În momentul în care cadrul a ajuns aproape la nod B(DTE B), acest nod, neștiind că o transmisie este deja în desfășurare, începe să se transmită singur. La un moment dat, un nod B detectează o coliziune (componenta constantă a semnalului electric în linia monitorizată crește). După aceea nodul B transmite un semnal de blocaj și oprește transmisia. În momentul de timp, semnalul de coliziune ajunge la nod A, apoi A transmite, de asemenea, un semnal de blocaj și oprește transmisia.

Figura 11.5. Detectarea coliziunilor atunci când se utilizează schema CSMA / CD

Conform standardului IEEE 802.3, un nod nu poate transmite cadre foarte scurte sau, cu alte cuvinte, poate efectua transmisii foarte scurte. Chiar dacă câmpul de date nu este completat până la capăt, apare un câmp suplimentar special care extinde cadrul la o lungime minimă de 64 de octeți, cu excepția preambulului. Ora canalului ST (slot time) este timpul minim în care un nod este obligat să transmită, să ocupe un canal. Acest timp corespunde transmiterii unui cadru cu dimensiunea minimă admisă acceptată de standard. Timpul canalului este legat de distanța maximă admisibilă între nodurile rețelei - diametrul domeniului de coliziune. Să spunem că exemplul de mai sus implementează un scenariu în cel mai rău caz în care stațiile Ași Bîndepărtat unul de celălalt la distanța maximă. Timp, propagarea semnalului de la A inainte de B denotați prin. Nod Aîncepe să transmită la ora zero. Nod Bîncepe să transmită la un moment dat și detectează o coliziune după un interval după începerea transmisiei sale. Nod A detectează o coliziune la un moment dat. Pentru ca cadrul emis A, nu s-a pierdut, este necesar ca nodul A nu a încetat să transmită în acest moment, de atunci, după ce a detectat o coliziune, nodul A va ști că cadrul său nu a sosit și va încerca să-l transmită din nou. În caz contrar, cadrul se va pierde. Timpul maxim după care din momentul începerii transferului nodului A poate detecta totuși o coliziune este egală - de data aceasta se numește timp de rotire dublu PDV (Path Delay Value, PDV)... Mai general, PDV definește întârzierea totală asociată atât cu întârzierea datorată lungimii segmentului finit, cât și cu întârzierea care rezultă din procesarea cadrelor la stratul fizic al repetoarelor intermediare și nodurilor finale ale rețelei. Pentru o analiză suplimentară, este, de asemenea, convenabil să utilizați o altă unitate de măsurare a timpului: timp de biți bt (bit time). Timpul de 1 bt corespunde timpului necesar pentru a transmite un bit, adică 0,1 μs la 10 Mbps.

Recunoașterea clară a coliziunilor de către toate stațiile din rețea este o condiție prealabilă pentru funcționarea corectă a rețelei Ethernet. Dacă orice stație de transmisie nu recunoaște coliziunea și decide că cadrul de date a fost transmis de acesta corect, atunci acest cadru de date se va pierde. Datorită suprapunerii semnalelor în timpul unei coliziuni, informațiile cadrului vor fi distorsionate și vor fi respinse de stația de recepție (posibil din cauza unei nepotriviri a sumei de control). Cel mai probabil, informațiile zdrobite vor fi retransmise de un protocol de nivel superior, cum ar fi un protocol de aplicație orientat spre transport sau conexiune. Dar retransmiterea mesajului de către protocoalele de nivel superior va avea loc la un interval de timp mult mai lung (uneori chiar și câteva secunde) în comparație cu intervalele de microsecundă pe care le operează protocolul Ethernet. Prin urmare, dacă coliziunile nu sunt recunoscute în mod fiabil de către nodurile rețelei Ethernet, acest lucru va duce la o scădere vizibilă a lățimii de bandă utile a acestei rețele.

Pentru detectarea fiabilă a coliziunilor, trebuie respectată următoarea relație:

T min> = PVD,

unde T min este timpul de transmisie al lungimii minime a cadrului și PDV este timpul necesar pentru ca semnalul de coliziune să se propage către cel mai îndepărtat nod de rețea. Deoarece în cel mai rău caz, semnalul trebuie să treacă de două ori între stațiile rețelei cele mai îndepărtate unele de altele (un semnal nedistorsionat trece într-o direcție, iar la întoarcere, semnalul deja distorsionat de coliziune se propagă), de aceea acest timp este numit timp dublu de rotire (Path Delay Value, PDV).

Dacă această condiție este îndeplinită, stația de transmisie trebuie să aibă timp pentru a detecta coliziunea cauzată de cadrul transmis, chiar înainte de a termina transmiterea acestui cadru.

Evident, îndeplinirea acestei condiții depinde, pe de o parte, de lungimea cadrului minim și lățimea de bandă a rețelei și, pe de altă parte, de lungimea sistemului de cablu de rețea și de viteza de propagare a semnalului în cablu ( pentru diferite tipuri de cabluri, această viteză este oarecum diferită).

Toți parametrii protocolului Ethernet sunt selectați în așa fel încât, în timpul funcționării normale a nodurilor de rețea, coliziile să fie întotdeauna recunoscute în mod clar. La alegerea parametrilor, desigur, a fost luată în considerare relația de mai sus, legând lungimea minimă a cadrului și distanța maximă dintre stații din segmentul de rețea.

În standardul Ethernet, se acceptă faptul că lungimea minimă a câmpului de date cadru este de 46 octeți (care, împreună cu câmpurile de servicii, oferă lungimea minimă a cadrului de 64 de octeți și împreună cu preambulul - 72 octeți sau 576 biți) .

Când se transmit cadre mari, de exemplu 1500 de octeți, o coliziune, dacă are loc, este detectată aproape chiar la începutul transmisiei, nu mai târziu de primii 64 de octeți transmiși (dacă o coliziune nu a avut loc în acest moment, atunci mai târziu nu va apărea, deoarece toate stațiile ascultă linia și, „auzind” transmisia, vor fi tăcute). Deoarece semnalul de blocare este mult mai scurt decât dimensiunea întregului cadru, atunci când se utilizează algoritmul CSMA / CD, cantitatea în capacitatea de canal utilizată inactiv este redusă la timpul necesar pentru detectarea coliziunii. Detectarea timpurie a coliziunilor duce la o utilizare mai eficientă a canalelor. Detectarea coliziei târzii, inerentă rețelelor mai extinse, atunci când domeniul coliziunii are câțiva kilometri în diametru, ceea ce reduce eficiența rețelei. Pe baza unui model teoretic simplificat al comportamentului unei rețele încărcate (presupunând un număr mare de stații de transmisie simultan și o lungime minimă fixă de cadre transmise pentru toate stațiile), este posibil să se exprime performanța rețelei U în termeni de PDV / Raport ST:

Unde este baza logaritmului natural. Performanța rețelei este afectată de dimensiunea cadrelor difuzate și de diametrul rețelei. Performanța în cel mai rău caz (când PDV = ST) este de aproximativ 37%, iar în cel mai bun caz (când PDV este mult mai mică decât ST) tinde la 1. Deși formula este derivată în limita unui număr mare de stații care încearcă să transmite simultan, nu ia în considerare particularitățile algoritmului de întârziere exponențială binară trunchiată, considerat mai jos și nu este valabil pentru o rețea puternic aglomerată de coliziuni, de exemplu, atunci când există mai mult de 15 stații care doresc să transmită.

Întârziere exponențială binară trunchiată(retrocedare exponențială binară trunchiată). Algoritmul CSMA / CD, adoptat în standardul IEEE 802.3, este cel mai apropiat de algoritmul cu 1 constantă, dar are un element suplimentar - o întârziere exponențială binară trunchiată. Când are loc o coliziune, stația contează de câte ori are loc o coliziune la rând la trimiterea unui pachet. Deoarece coliziunile repetate indică o încărcătură mare asupra mediului, MAC încearcă să mărească întârzierea între reîncercarea transmisiilor de cadre. Procedura corespunzătoare pentru creșterea intervalelor de timp respectă regula întârziere exponențială binară trunchiată.

O pauză aleatorie este selectată în funcție de următorul algoritm:

Pauză = Lx (interval de întârziere),

unde (interval de retragere) = intervale de 512 biți (51,2 μs);

L este un număr întreg selectat cu probabilitate egală din interval, unde N este numărul de reîncercare al cadrului dat: 1,2, ..., 10.

După a 10-a încercare, intervalul din care este selectată pauza nu crește. Astfel, o pauză aleatorie poate varia de la 0 la 52,4 ms.

Dacă 16 încercări consecutive de a transmite un cadru provoacă o coliziune, atunci transmițătorul ar trebui să înceteze să mai încerce și să arunce acest cadru.

Algoritmul CSMA / CD care utilizează latența exponențială binară trunchiată este recunoscut ca fiind cel mai bun dintre mulți algoritmi de acces aleatoriu și oferă o operare eficientă a rețelei atât la sarcini mici, cât și medii. La sarcini mari, trebuie menționate două dezavantaje. În primul rând, cu un număr mare de coliziuni, stația 1, care va trimite un cadru pentru prima dată (înainte nu a încercat să transmită cadre), are un avantaj față de stația 2, care a încercat deja fără succes să transmită un cadru de mai multe ori, întâlnind coliziuni. Deoarece stația 2 așteaptă o cantitate semnificativă de timp înainte de încercările ulterioare, conform regulii de întârziere exponențială binară. Astfel, poate avea loc transmiterea neregulată a cadrelor, ceea ce nu este de dorit pentru aplicațiile dependente de timp. În al doilea rând, în condiții de sarcină mare, eficiența rețelei în ansamblu scade. Estimările arată că odată cu transmisia simultană a 25 de stații, lățimea totală de bandă este redusă de aproximativ 2 ori. Cu toate acestea, numărul de stații din domeniul coliziunii poate fi mai mare, deoarece nu toate vor accesa simultan mediul.

Primirea unui cadru (fig. 11.6)

Figura 11.6. Diagrama bloc a algoritmului CSMA / CD (nivel MAC): atunci când un cadru este primit de o stație

Stația de recepție sau alt dispozitiv de rețea, de exemplu, un hub sau comutator, se sincronizează mai întâi cu preambulul și apoi convertește codul Manchester în formă binară (la nivelul fizic). Apoi, fluxul binar este procesat.

La nivel MAC, restul de biți de preambul sunt șterși și stația citește adresa de destinație și o compară cu propria sa. Dacă adresele se potrivesc, atunci câmpurile cadrului, cu excepția preambulului, SDF și FCS, sunt tamponate și se calculează o sumă de verificare, care este comparată cu câmpul secvenței de verificare a cadrului FCS (folosind metoda sumei ciclice CRC-32). Dacă sunt egale, atunci conținutul bufferului este transmis protocolului de nivel superior. În caz contrar, cadrul este aruncat. Apariția unei coliziuni la primirea unui cadru este detectată fie printr-o modificare a potențialului electric dacă se utilizează un segment coaxial, fie prin faptul că primește un cadru defect, o sumă de control incorectă dacă se utilizează o pereche răsucită sau o fibră optică. În ambele cazuri, informațiile primite sunt eliminate.

Din descrierea metodei de acces, se poate observa că are o natură probabilistică, iar probabilitatea obținerii cu succes a unui mediu comun la dispoziția sa depinde de congestia rețelei, adică de intensitatea nevoii de transmitere a cadrelor în stațiile. La dezvoltarea acestei metode la sfârșitul anilor '70, sa presupus că rata de transfer de date de 10 Mbit / s este foarte mare în comparație cu nevoile computerelor pentru schimbul reciproc de date, astfel încât încărcarea rețelei va fi întotdeauna mică. Această presupunere este uneori adevărată până în prezent, dar există deja aplicații multimedia în timp real, care sunt foarte ocupate pe segmente Ethernet. În acest caz, coliziunile apar mult mai des. Cu rate de coliziune semnificative, randamentul utilizabil al rețelei Ethernet scade brusc, deoarece rețeaua este aproape constant ocupată cu reîncercarea cadrelor. Pentru a reduce intensitatea coliziunilor, trebuie fie să reduceți traficul prin reducerea, de exemplu, a numărului de noduri dintr-un segment sau înlocuirea aplicațiilor, fie pentru a crește viteza protocolului, de exemplu, comutați la Fast Ethernet.

Trebuie remarcat faptul că metoda de acces CSMA / CD nu garantează deloc unei stații că va putea accesa vreodată suportul. Desigur, cu o încărcare redusă a rețelei, probabilitatea unui astfel de eveniment este mică, dar cu o rată de utilizare a rețelei care se apropie de 1, un astfel de eveniment devine foarte probabil. Această deficiență a metodei de acces aleatoriu este un preț de plătit pentru simplitatea sa extremă, care a făcut din Ethernet cea mai puțin costisitoare tehnologie. Alte metode de acces - Token Ring și FDDI token access, metoda Demand Priority a rețelelor 100VG-AnyLAN - sunt libere de acest dezavantaj.

Ca urmare a luării în considerare a tuturor factorilor, raportul dintre lungimea minimă a cadrelor și distanța maximă posibilă între stațiile de rețea a fost atent selectat, ceea ce asigură detectarea fiabilă a coliziunilor. Această distanță se mai numește și diametrul maxim al rețelei.

Cu o creștere a ratei de cadre, care are loc în noi standarde bazate pe aceeași metodă de acces CSMA / CD, de exemplu Fast Ethernet, distanța maximă între stațiile de rețea scade proporțional cu creșterea ratei de transfer. În standardul Fast Ethernet este de aproximativ 210 metri, iar în standardul Gigabit Ethernet ar fi limitat la 25 de metri, dacă dezvoltatorii standardului nu ar lua unele măsuri pentru a crește dimensiunea minimă a pachetului.

Masa 11.1 arată valorile parametrilor de bază ai procedurii standard de transmitere a cadrului 802.3, care nu depind de implementarea mediului fizic. Este important de reținut că fiecare variantă a mediului fizic al tehnologiei Ethernet adaugă la aceste constrângeri propriile sale constrângeri, adesea mai stricte, care trebuie îndeplinite și care vor fi discutate mai jos.

Tabelul 11.1.Parametrii stratului Ethernet MAC

Parametrii	Valorile
Rata de biți	10 Mbps
Interval de grație	512 bt
Interframe Gap (IPG)	9,6 μs
Numărul maxim de încercări de transmisie
Numărul maxim de creștere a intervalului de pauză
Lungimea secvenței de blocare	32 de biți
Lungimea maximă a cadrului (fără preambul)	1518 octeți
Lungimea minimă a cadrului (fără preambul)	64 octeți (512 biți)
Lungimea preambulului	64 de biți
Lungimea minimă a pauzei aleatorii după coliziune	0 bt
Lungimea maximă a pauzei aleatorii după coliziune	524000 bt
Distanța maximă între stațiile de rețea	2500m
Numărul maxim de stații din rețea

Formate de cadre Ethernet

Standardul tehnologiei Ethernet descris în documentul IEEE 802.3 descrie un singur format de cadru de strat MAC. Deoarece cadrul de strat MAC trebuie să includă cadrul de strat LLC descris în documentul IEEE 802.2, în conformitate cu standardele IEEE, o singură versiune a cadrului de strat de legătură poate fi utilizată în rețeaua Ethernet, al cărei antet este o combinație a MAC și anteturile de substrat LLC.

Cu toate acestea, în practică în rețelele Ethernet la stratul de legătură, sunt utilizate cadre de 4 formate (tipuri) diferite. Acest lucru se datorează istoriei îndelungate a dezvoltării tehnologiei Ethernet, care a existat înainte de adoptarea standardelor IEEE 802, când substratul LLC nu a fost separat de protocolul general și, în consecință, antetul LLC nu a fost utilizat.

Un consorțiu format din trei firme Digital, Intel și Xerox, în 1980, a prezentat comitetului 802.3 versiunea proprie a standardului Ethernet (care, desigur, a descris un anumit format de cadru) ca proiect de standard internațional, dar comitetul 802.3 a adoptat un standard care diferă în unele detalii de ofertele DIX. Diferențele au fost și în formatul cadrelor, ceea ce a dat naștere existenței a două tipuri diferite de cadre în rețelele Ethernet.

Un alt format de cadru a apărut ca urmare a eforturilor Novell de a-și accelera stiva de protocoluri prin Ethernet.

Și, în sfârșit, al patrulea format de cadre este rezultatul muncii comitetului 802: 2 pentru a aduce formatele de cadre anterioare la un standard comun.

Diferențele în formatele de cadre pot duce la incompatibilitate între hardware și software-ul de rețea care este proiectat să funcționeze cu un singur standard de cadru Ethernet. Cu toate acestea, astăzi aproape toate adaptoarele de rețea, driverele adaptorului de rețea, podurile / comutatoarele și routerele pot funcționa cu toate formatele de cadre de tehnologie Ethernet utilizate în practică, iar tipul de cadru este recunoscut automat.

Mai jos este o descriere a tuturor celor patru tipuri de cadre Ethernet (aici, un cadru înseamnă întregul set de câmpuri care sunt legate de stratul de legătură, adică câmpurile straturilor MAC și LLC). Unul și același tip de cadru poate avea nume diferite, deci mai jos pentru fiecare tip de cadru sunt date mai multe dintre cele mai comune nume:

Cadru 802.3 / LLC (cadru 802.3 / 802.2 sau cadru Novell 802.2);
Cadru Raw 802.3 (sau cadru Novell 802.3);
Cadru Ethernet DIX (sau cadru Ethernet II);
Cadru SNAP Ethernet.

Formatele pentru toate aceste patru tipuri de cadre Ethernet sunt prezentate în Fig. 11.7.

802.3 / cadru LLC

Antetul de cadru 802.3 / LLC este rezultatul concatenării câmpurilor de antet de cadru definite în standardele IEEE 802.3 și 802.2.

Standardul 802.3 definește opt câmpuri de antet (Figura 11.7; câmpul preambulului și delimitatorul cadrului de pornire nu sunt prezentate în figură).

Câmpul Preambulului constă din șapte octeți de sincronizare 10101010. În codificarea Manchester, această combinație este reprezentată în mediul fizic printr-o formă de undă periodică cu o frecvență de 5 MHz.
Start-of-frame-delimiter (SFD) constă dintr-un octet 10101011. Apariția acestui model de biți este o indicație că următorul octet este primul octet al antetului cadrului.
Adresa de destinație (DA) poate avea 2 sau 6 octeți lungime. În practică, sunt utilizate întotdeauna adrese de 6 octeți. Primul bit al celui mai semnificativ octet al adresei de destinație este o indicație dacă adresa este individuală sau de grup. Dacă este 0, atunci adresa este individual (unicast), a dacă 1, atunci acesta adresă multicast. Dacă adresa constă din toate, adică are o reprezentare hexazecimală de 0xFFFFFFFFFFFF, atunci este destinată tuturor nodurilor din rețea și se numește adresa de difuzare.

În standardele IEEE Ethernet, bitul cel mai puțin semnificativ al unui octet este afișat în poziția cea mai stângă a câmpului și bitul cel mai semnificativ în poziția cea mai dreaptă. Acest mod non-standard de afișare a ordinii biților într-un octet corespunde ordinii în care biții sunt transmiși pe linia de comunicație de către transmițătorul Ethernet. În standardele altor organizații, de exemplu RFC IETF, ITU-T, ISO, se utilizează reprezentarea tradițională a octetului, unde bitul cel mai puțin semnificativ este considerat bitul cel mai din dreapta al octetului, iar bitul cel mai semnificativ este cel mai stâng. Cu toate acestea, ordinea de octeți rămâne tradițională. Prin urmare, la citirea standardelor publicate de aceste organizații, precum și la citirea datelor afișate pe ecran de sistemul de operare sau analizorul de protocol, valorile fiecărui octeți ale cadrului Ethernet trebuie să fie oglindite pentru a obține o reprezentare corectă a semnificația biților acestui octet în conformitate cu documentele IEEE. De exemplu, o adresă multicast în notația IEEE a formularului 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 sau în notație hexazecimală 80-00-A7-FO-00-00 va fi cel mai probabil afișată de analizorul de protocol în formă tradițională ca 01-00-5E-0F-00-00.

Adresa sursă (SA) - este un câmp de 2 sau 6 octeți care conține adresa nodului care a trimis cadrul. Primul bit al adresei este întotdeauna 0.
Lungime (lungime, L) - Câmp de 2 octeți care definește lungimea câmpului de date din cadru.
Câmp de date poate conține de la 0 la 1500 octeți. Dar dacă lungimea câmpului este mai mică de 46 de octeți, atunci câmpul următor - câmpul de umplutură - este folosit pentru a tampona cadrul la valoarea minimă admisibilă de 46 de octeți.
Căptușeală constă din cât mai mulți octeți de umplere pentru a oferi o lungime minimă a câmpului de date de 46 de octeți. Acest lucru asigură că mecanismul de detectare a coliziunilor funcționează corect. Dacă lungimea câmpului de date este suficientă, atunci câmpul de umplere nu apare în cadru.
Secvență de verificare a cadrelor (PCS) este format din 4 octeți care conțin suma de control. Această valoare este calculată utilizând algoritmul CRC-32. După primirea unui cadru, stația de lucru efectuează propriul calcul de sumă de verificare pentru acest cadru, compară valoarea primită cu valoarea câmpului de sumă de verificare și, astfel, determină dacă cadrul primit este corupt.

Cadrul 802.3 este un cadru de substrat MAC, prin urmare, în conformitate cu standardul 802.2, un cadru de substrat LLC este încorporat în câmpul său de date, cu steagurile de început și sfârșit eliminate. Formatul cadrului LLC a fost descris mai sus. Deoarece cadrul LLC are o lungime a antetului de 3 (în modul LLC1) sau 4 octeți (în modul LLC2), dimensiunea maximă a câmpului de date este redusă la 1497 sau 1496 octeți.

Figura 11.7. Formate de cadre Ethernet

Informații similare.

EtherNet standard IEEE 802.3

Este cel mai utilizat standard de tehnologie de rețea în prezent.

Particularități:

funcționează cu cablu coaxial, pereche răsucită, cabluri optice;
topologie - autobuz, stea;
metoda de acces - CSMA / CD.

Arhitectura tehnologiei de rețea Ethernet reunește de fapt un set de standarde care au atât caracteristici comune, cât și diferențe.

Tehnologia Ethernet a fost dezvoltată împreună cu multe dintre primele proiecte ale Xerox PARC Corporation. Este general acceptat faptul că Ethernet a fost inventat pe 22 mai 1973, când Robert Metcalfe a scris o notă pentru șeful PARC despre potențialul tehnologiei Ethernet. Dar Metcalfe a dobândit dreptul legal la tehnologie câțiva ani mai târziu. În 1976, el și asistentul său David Boggs au publicat o broșură intitulată Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks. Metcalfe a părăsit Xerox în 1979 și a fondat 3Com pentru a promova computerele și rețelele locale. El a reușit să-i convingă pe DEC, Intel și Xerox să lucreze împreună și să dezvolte standardul Ethernet (DIX). Acest standard a fost publicat pentru prima dată 30 septembrie 1980.

Dezvoltarea ulterioară a tehnologiei EtherNet:

1982-1993 dezvoltarea EtherNet de 10 Mbps;
1995-1998 Dezvoltare Fast EtherNet;
1998-2002 dezvoltarea GigaBit EtherNet;
2003-2007 dezvoltarea 10GigaBit EtherNet;
2007-2010 dezvoltarea EtherNet 40 și 100GigaBit;
2010 până în prezent dezvoltarea Terabit Ethernet.

La nivelul MAC, care oferă acces la mediu și transmiterea cadrului, se utilizează adrese unice de 6 octeți, numite adrese MAC, reglementate de standard, pentru a identifica interfețele de rețea ale nodurilor de rețea. De obicei, adresa MAC este scrisă ca șase perechi de cifre hexazecimale separate prin liniuțe sau puncte, cum ar fi 00-29-5E-3C-5B-88. Fiecare adaptor de rețea are o adresă MAC.

Structura adreselor MAC Ethernet:

primul bit al adresei MAC de destinație se numește bit I / G (individual / grup sau transmis). În adresa sursă, se numește Indicatorul traseului sursă;
al doilea bit determină modul în care este atribuită adresa;
Cele trei cele mai semnificative octeți ale adresei sunt denumite Burned In Address (BIA) sau Organizationally UniqueIdentifier (OUI);
producătorul este responsabil pentru unicitatea celor trei octeți inferiori ai adresei.

Unele programe de rețea, în special wireshark, pot afișa imediat numele producătorului plăcii de rețea date în loc de codul producătorului.

Format cadru tehnologie EtherNet

Există 4 tipuri de cadre (cadre) în rețelele Ethernet:

Cadru 802.3 / LLC (sau cadru Novell 802.2),
Cadru Raw 802.3 (sau cadru Novell 802.3)
Cadru Ethernet DIX (sau cadru Ethernet II),
Cadru SNAP Ethernet.

În practică, echipamentul EtherNet folosește un singur format de cadru, și anume cadrul EtherNet DIX, uneori denumit cel mai recent număr de cadre DIX.

Primele două câmpuri de antet sunt pentru adrese:

DA (Address Destination) - adresa MAC a nodului de destinație;
SA (Adresa sursă) - adresa MAC a nodului expeditorului. Pentru a livra un cadru, este suficientă o singură adresă - adresa de destinație, adresa sursă este plasată în cadru, astfel încât gazda care a primit cadrul să știe de la cine a venit cadrul și cine trebuie să răspundă la aceasta.

Câmpul T (Tip) conține codul condițional al protocolului stratului superior, ale cărui date se află în câmpul de date al cadrului, de exemplu, valoarea hexazecimală 08-00 corespunde unei puncții IP. Acest câmp este necesar pentru a susține funcțiile de interfață ale cadrelor de multiplexare și demultiplexare atunci când interacționează cu protocoalele de nivel superior.
Câmp de date. Dacă lungimea datelor utilizatorului este mai mică de 46 de octeți, atunci acest câmp este completat la dimensiunea minimă cu octeți de umplere.
Câmpul Secvență de verificare a cadrelor (FCS) constă dintr-o sumă de verificare de 4 octeți. Această valoare este calculată utilizând algoritmul CRC-32.

Cadrul EtherNet DIX (II) nu reflectă divizarea stratului de legătură EtherNet în stratul MAC și stratul LLC: câmpurile sale acceptă funcțiile ambelor straturi, de exemplu, funcțiile de interfață ale câmpului T aparțin funcțiilor stratul LLC, în timp ce toate celelalte câmpuri acceptă funcțiile stratului MAC.

Luați în considerare formatul de cadru EtherNet II folosind exemplul unui pachet interceptat folosind un analizor de rețea Wireshark

Vă rugăm să rețineți că, deoarece adresa MAC constă dintr-un cod de producător și un număr de interfață, analizorul de rețea convertește imediat codul producătorului în numele producătorului.

Astfel, în tehnologia EtherNet, adresele MAC acționează ca destinație și destinație.

Standarde de tehnologie Ethernet

Specificațiile fizice pentru tehnologia Ethernet includ următoarele medii de transmisie.

l0Base-5 - cablu coaxial cu diametrul de 0,5 "(1dm = 2,54cm), numit cablu coaxial" gros ", cu o impedanță caracteristică de 50Ω.
l0Base-2 - Cablu coaxial cu diametrul de 0,25 ", numit cablu coaxial" subțire ", cu o impedanță caracteristică de 50Ω.
l0Base-T este un cablu Unshielded Twisted Pair (UTP), categoria 3,4,5.
l0Base-F - cablu cu fibră optică.

Numărul 10 indică rata de biți nominală a datelor standard, adică 10Mbit / s, iar cuvântul „Baza” este metoda de transmisie la o singură frecvență de bază. Ultimul caracter indică tipul de cablu.

Cablul este folosit ca canal mono pentru toate stațiile, lungimea maximă a segmentului este de 500m. Stația este conectată la cablu printr-un transceiver - transceiver. Transmițătorul este conectat la conectorul DB-15 cu un cablu de interfață AUI. Terminatoarele sunt necesare la fiecare capăt pentru a absorbi semnalele care se propagă prin cablu.

Reguli "5-4-3" pentru rețelele coaxiale:

Standardul pentru rețelele de cablu coaxial permite utilizarea a nu mai mult de 4 repetatoare în rețea și, în consecință, nu mai mult de 5 segmente de cablu. Cu o lungime maximă a segmentului de cablu de 500 m, aceasta oferă o lungime maximă a rețelei de 500 * 5 = 2500 m. Doar 3 segmente din 5 pot fi încărcate, adică cele la care sunt conectate nodurile de capăt. Trebuie să existe segmente descărcate între segmente încărcate.

l0Baza-2

Cablul este utilizat ca canal mono pentru toate stațiile, lungimea maximă a segmentului este de 185 m. Pentru a conecta cablul la placa de rețea, aveți nevoie de un conector T, iar cablul trebuie să aibă un conector BNC.

Se folosește și regula 5-4-3.

l0Base-T

Formează o topologie în formă de stea bazată pe un butuc, butucul acționează ca un repetor și formează un singur mono-canal, lungimea maximă a segmentului este de 100m. Nodurile de capăt sunt conectate folosind două perechi răsucite. O pereche pentru transferul de date de la nod la hub este Tx, iar cealaltă pentru transferul de date de la hub la nod este Rx.
Reguli cu 4 hub-uri pentru rețele cu perechi răsucite:
Standardul cu perechi răsucite definește numărul maxim de hub-uri între oricare două stații din rețea, și anume 4. Această regulă se numește „regula cu 4 hub-uri”. Evident, dacă nu ar trebui să existe mai mult de 4 repetatoare între oricare două noduri de rețea, atunci diametrul maxim al unei rețele de perechi răsucite este de 5 * 100 = 500 m (lungimea maximă a segmentului 100 m).

10Base-F

Funcțional, un Ethernet printr-un cablu optic constă din aceleași elemente ca o rețea 10Base-T

Standardul FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) este primul standard 802.3 al comitetului pentru utilizarea fibrelor prin Ethernet. Lungimea maximă a segmentului 1000m, numărul maxim de hub-uri 4, cu o lungime totală a rețelei de cel mult 2500 m.

10Base-FL este o îmbunătățire minoră a standardului FOIRL. Lungimea maximă a segmentului 2000 m. Numărul maxim de hub-uri este de 4, iar lungimea maximă a rețelei este de 2500 m.

Standardul 10Base-FB este destinat numai conectării repetatoarelor. Nodurile finale nu pot utiliza acest standard pentru a se conecta la porturile hub. Numărul maxim de hub-uri 5, lungimea maximă a unui segment 2000 m și lungimea maximă a rețelei 2740 m.

Masa. Parametrii specificației stratului fizic Ethernet

Când se ia în considerare regula „5-4-3” sau „4-hub-uri”, dacă pe calea propagării prin cabluri apare un semnal imaginar al unui dispozitiv de tip comutator, calculul constrângerilor topologice începe de la zero.

Lățime de bandă Ethernet

Lățimea de bandă este măsurată în funcție de numărul de cadre sau numărul de octeți de date transmise prin rețea pe unitate de timp. Dacă nu există coliziuni în rețea, rata maximă de cadre pentru cea mai mică dimensiune de cadru (64 de octeți) este de 14881 de cadre pe secundă. În același timp, lățimea de bandă utilă pentru cadrele Ethernet II este de 5,48 Mbps.

Rata maximă de cadre pentru dimensiunea maximă a cadrului (1500 octeți) este de 813 cadre pe secundă. Lățimea de bandă utilă va fi de 9,76 Mbps.

Preambulul (7 octeți) și câmpul cadrului Initial Frame Delimiter (SFD) (1 octet) din Ethernet sunt utilizate pentru sincronizarea între dispozitivele de trimitere și recepție. Acești primi opt octeți ai cadrului sunt folosiți pentru a atrage atenția nodurilor de recepție. În esență, primii câțiva octeți spun receptorilor să se pregătească pentru a primi un nou cadru.

Câmp de adresă MAC de destinație

Câmpul Adresa MAC de destinație (6 octeți) este identificatorul destinatarului. După cum vă amintiți, această adresă este utilizată de nivelul 2 pentru a ajuta dispozitivele să determine dacă un anumit cadru li se adresează. Adresa din cadru este comparată cu adresa MAC a dispozitivului. Dacă adresele se potrivesc, dispozitivul primește cadrul.

Câmp de adresă MAC sursă

Câmpul Adresă MAC de destinație (6 octeți) identifică NIC-ul de expediere sau interfața cadru. Comutatoarele folosesc, de asemenea, această adresă pentru ao adăuga la tabelele lor de mapare. Rolul comutatoarelor va fi discutat mai târziu în această secțiune.

Lungimea / tipul câmpului

Pentru orice standard IEEE 802.3 anterior versiunii 1997, câmpul Lungime specifică lungimea exactă a câmpului de date cadru. Acest lucru este folosit ulterior ca parte a FCS pentru a se asigura că mesajul a fost primit corect. Dacă scopul câmpului este de a defini un tip, ca în Ethernet II, câmpul Tip descrie ce protocol este implementat.

Aceste două utilizări ale câmpului au fost combinate formal în 1997 în standardul IEEE 802.3x, deoarece ambele aplicații erau comune. Câmpul Ethernet II Type este inclus în definiția curentă a cadrului 802.3. Când un nod primește un cadru, acesta trebuie să examineze câmpul Lungime pentru a determina ce protocol de strat superior este prezent în acesta. Dacă valoarea a doi octeți este mai mare sau egală cu hexazecimal 0x0600 sau zecimal 1536, atunci conținutul câmpului Date este decodat în funcție de tipul de protocol desemnat. Dacă valoarea câmpului este mai mică sau egală cu 0x05DC hexazecimal sau 1500 zecimal, câmpul Lungime este utilizat pentru a indica utilizarea formatului cadrului IEEE 802.3. Acest lucru diferențiază cadrele Ethernet II și 802.3.

Câmpuri de date și padding

Câmpurile de date și Padding (46 - 1500 octeți) conțin date încapsulate dintr-un strat superior, care este un PDU tipic Layer 3, de obicei un pachet IPv4. Toate cadrele trebuie să aibă cel puțin 64 de octeți. Dacă este încapsulat un pachet mai mic, Padding este utilizat pentru a mări dimensiunea cadrului la această dimensiune minimă.

IEEE menține o listă de tipuri Ethernet de uz general II.