Ethernet 1000base t teknolojisini kullanarak ağlar oluşturma. Ethernet ve Wi-Fi teknolojilerine dayalı entegre bir erişim ağının geliştirilmesi

IEEE 802.3 yuvasında yazılmış Ethernet teknolojisi şablonu. Bu, bir MAC katman biçimi çerçevesinin tek açıklamasıdır. Ethernet ağında, başlığı MAC ve LLC alt katmanlarının bir dizi başlığı olan bir tür bağlantı katmanı çerçevesi uygulanır.

Ethernet DIX / Ethernet II, 1980 yılında, 802.3 sürümünü uluslararası bir standart olarak sunan üç firma Xerox, Intel ve Digital'in ortak robotlarının bir sonucu olarak ortaya çıktı;
Komite 802.3'ü benimsedi ve biraz revize etti. Bu nasıl 802.3 / LLC, 802.3 / 802.2 veya roman 802.2;
ham 802.3 veya Roman 802.3- Ethernet ağlarında protokol yığınlarının çalışmasını hızlandırmak için tasarlanmıştır;
Ethernet SNAP ortak bir standarda getirilen ve gelecekteki olası alan eklemeleri için esnek hale getirilen 802.2 komitesinin sonucudur;

Bugün, ağ donanım ve yazılımları tüm çerçeve biçimlerini işleyebilir ve çerçeve tanıma otomatik olarak çalışır ve bu da bunlardan biridir. Çerçeve biçimleri Şekil 1'de gösterilmiştir.

Resim 1

802.3 / LLC çerçevesi

Bu çerçevenin başlığı, IEEE 802.3 ve 802.2 çerçevelerinin başlık alanlarını birleştirir. 802.3 standardı şunlardan oluşur:

giriş alanı- senkronizasyon bayt alanı olarak adlandırılır - 10101010. Manchester kodlamasında, bu kod fiziksel ortamda 5 MHz frekansında bir sinyale değiştirilir.
Başlangıç çerçevesi sınırlayıcı- bir bayttır 10101011. Bu alan, sonraki baytın çerçeve başlığının ilk baytı olduğunu gösterir.
Varış noktası- Bu alan 6 veya 2 bayt uzunluğunda olabilir. Tipik olarak bu alan 6 baytlık bir MAC adresi için kullanılır.
Kaynak adresi Gönderici düğümün MAC adresinin 6 veya 2 baytını içeren bir alandır. İlk bit her zaman - 0'dır.
Uzunluk- 2 bayt boyutunda ve çerçevedeki veri alanının uzunluğunu içeren bir alan.
Veri alanı- alan 0 ila 1500 bayt arasında olabilir. Ancak aniden veriler 46 bayttan daha az yer kaplarsa, alan kullanılır Yer tutucu bu da alanı 46 bayta doldurur.
Yer tutucu alanı- Ağırlığı 46 bayttan az ise veri alanının doldurulmasını sağlar. Çarpışma algılama mekanizmasının doğru çalışması için gereklidir.
Çerçeve kontrol sırası alanı- bu alan 4 baytlık bir kontrol toplamı içerir. CRC-32 algoritması kullanılıyor /

Bu çerçeve bir MAC alt katman çerçevesidir, veri alanı, iletilen çerçevenin sonunda ve başında kaldırılmış bayraklara sahip bir LLC alt katman çerçevesi içerir.

Ham 802.3 / Novell 802.3 çerçeve

Bu çerçeve, MetWare'de bir ağ katmanı protokolüydü. Ancak artık üst katman protokolünü tanımlama ihtiyacı ortadan kalktığı için çerçeve, LLC çerçevesinin MAC çerçevesi içinde kapsüllenmiştir.

Ethernet DIX / Ethernet II çerçevesi

Bu çerçeve Ras 802.3'e benzer bir yapıya sahiptir. Ancak buradaki 2 bayt uzunluktaki alan, protokol tipi alan atamalarına sahiptir. Paketini bu çerçevenin veri alanına yerleştiren üst katman protokolünün türünü belirtir. Bu çerçeveler, alanın uzunluğu ile ayırt edilir, eğer değer 1500'den küçükse, bu uzunluk alanıdır, daha fazlaysa, o zaman türdür.

Ethernet SNAP çerçevesi

Çerçeve, protokol türlerinin kodlanmasındaki tutarsızlığın ortadan kaldırılması sonucu ortaya çıktı. Protokol ayrıca aşağıdaki ağları kapsüllerken IP protokolünde de kullanılır: Token Ring, FDDI, 100VC-AnyLan. Ancak IP paketlerini Ethernet üzerinden iletirken, protokol Ethernet DIX çerçevelerini kullanır.

IPX protokolü

Bu protokol, dört Ethernet çerçeve türünün tümünü kullanabilir. LLC alanının yokluğunu veya varlığını kontrol ederek türü tanımlar. Ayrıca DSAP / SSAP alanlarının arkasında. Alan değeri 0xAA ise, bu bir SNAP çerçevesidir, aksi takdirde 802.3 / LLC'dir.

Ethernet üzerinden iletilen veriler çerçevelere bölünür. Hemen hemen her ağ teknolojisinin (seviyesinden bağımsız olarak) bir veri iletim birimine karşılık geldiğini hatırlayın: Ethernet - çerçeve, ATM - hücre, IP - datagram, vb. Saf veriler ağ üzerinden iletilmez. Kural olarak, veri birimine bir başlık "iliştirilir". Bazı ağ teknolojileri de bir son ekler. Başlık ve bitiş, hizmet bilgilerini taşır ve belirli alanlardan oluşur.

Birkaç çerçeve türü olduğundan, birbirlerini anlamak için gönderici ve alıcının aynı çerçeve türünü kullanması gerekir. Çerçeveler, birbirinden biraz farklı dört farklı biçimde olabilir. Yalnızca iki ham biçim vardır - Ethernet II ve Ethernet 802.3. Bu biçimler yalnızca bir alanın amacına göre farklılık gösterir.

Bilginin alıcıya başarılı bir şekilde iletilmesi için, her çerçeve, verilere ek olarak, hizmet bilgilerini içermelidir: veri alanının uzunluğu, gönderici ve alıcının fiziksel adresleri, ağ protokolünün türü, vb.

İş istasyonlarının aynı ağ segmentindeki bir sunucu ile etkileşime girebilmesi için tek bir çerçeve biçimini desteklemeleri gerekir. Ethernet çerçevelerinin dört ana çeşidi vardır:

Ethernet Tip II
Ethernet 802.3
Ethernet 802.2
Ethernet SNAP (Alt Ağ Erişim Protokolü).

Dört tür çerçeve için ortak olan alanları göz önünde bulundurun (Şekil 1).

Pirinç. 1. Genel Ethernet Çerçeve Formatı

Çerçevedeki alanlar aşağıdaki anlamlara sahiptir:

"Önsöz" ve "Çerçeve başlangıcı" alanları, gönderici ve alıcıyı senkronize etmek için kullanılır. Önsöz, 7 baytlık birler ve sıfırlar dizisidir. Çerçeve başlatma bayrağı alanının boyutu 1 bayttır. Çerçeve uzunluğu hesaplanırken bu alanlar dikkate alınmaz.
"Hedef adres" alanı 6 bayttan oluşur ve bu çerçevenin adreslendiği ağdaki cihazın fiziksel adresini içerir. Bunun ve sonraki alanın değerleri benzersizdir. Her Ethernet bağdaştırıcısı üreticisine adresin ilk üç baytı atanır ve kalan üç bayt doğrudan üretici tarafından belirlenir. Örneğin, 3Com adaptörleri için fiziksel adresler 0020AF ile başlayacaktır. Alıcı adresinin ilk bitinin özel bir anlamı vardır. 0 ise, bu belirli bir cihazın adresidir (yalnızca bu durumda, ağ kartı üreticisini tanımlamak için ilk üç bayt kullanılır) ve 1 yayınlanırsa. Tipik olarak, bir yayın adresinde, kalan tüm bitler de bire ayarlanır (FF FF FF FF FF FF).
"Gönderen adresi" alanı 6 bayttan oluşur ve bu çerçeveyi gönderen cihazın ağ üzerindeki fiziksel adresini içerir. Gönderici adresinin ilk biti her zaman sıfırdır.
Uzunluk / Tür alanı, kullanılan Ethernet çerçevesine bağlı olarak çerçevenin uzunluğunu veya türünü içerebilir. Alan bir uzunluk belirtiyorsa, iki bayt olarak belirtilir. - türü ise, alanın içeriği, bu çerçevenin ait olduğu üst düzey protokolün türünü belirtir. Örneğin, IPX için alan 8137 ve IP için 0800'dür.
"Veri" alanı, çerçevenin verilerini içerir. Çoğu zaman bu, üst düzey protokollerin ihtiyaç duyduğu bilgilerdir. Bu alanın sabit bir uzunluğu yoktur.
"Sağlama toplamı" alanı, perambula, çerçeve işaretinin başlangıcı ve sağlama toplamının kendisi dışındaki tüm alanların sağlama toplamının hesaplanmasının sonucunu içerir. Hesaplama gönderen tarafından yapılır ve çerçeveye eklenir. Alıcının cihazında da benzer bir hesaplama prosedürü gerçekleştirilir. Hesaplama sonucu bu alanın değeriyle eşleşmezse, iletim sırasında bir hata oluştuğu varsayılır. Bu durumda, çerçeve bozuk kabul edilir ve yok sayılır.

Dört tip Ethernet çerçevesinin izin verilen minimum uzunluğunun 64 bayt ve maksimumun 1518 bayt olduğuna dikkat edilmelidir. Çerçevede servis bilgileri için 18 bayt ayrıldığından, "Veri" alanı 46 ila 1500 bayt arasında bir uzunluğa sahip olabilir. Ağ üzerinden iletilen veri izin verilen minimum uzunluktan daha az ise, çerçeve otomatik olarak 46 bayta doldurulacaktır. Minimum çerçeve uzunluğu üzerindeki bu tür katı kısıtlamalar, çarpışma algılama mekanizmasının normal çalışmasını sağlamak için getirildi.

ETHERNET TEKNOLOJİSİ

Ethernet, günümüzde yerel alan ağları için en yaygın kullanılan standarttır.

Ethernet dedikleri zaman, genellikle bu teknolojinin türevlerinden herhangi birini kastediyorlar. Daha spesifik olarak, Ethernet, Xerox'un 1975'te geliştirdiği ve uyguladığı deneysel Ethernet Ağına dayalı bir ağ standardıdır. Erişim yöntemi daha da önce denendi: 60'ların ikinci yarısında, Hawaii Üniversitesi'nin radyo ağında toplu olarak Aloha adı verilen ortak bir radyo ortamına rastgele erişim için çeşitli seçenekler kullanıldı. 1980'de DEC, Intel ve Xerox ortaklaşa, özel Ethernet standardının en son sürümü olan koaksiyel kablo ağı için Ethernet sürüm II standardını geliştirdi ve yayınladı. Bu nedenle, Ethernet standardının tescilli sürümüne Ethernet DIX veya Ethernet P adı verilir.

Ethernet DIX standardına dayanarak, birçok açıdan öncekiyle örtüşen IEEE 802.3 standardı geliştirildi, ancak yine de bazı farklılıklar var. IEEE 802.3 standardı, MAC ve LLC katmanları arasında ayrım yaparken, orijinal Ethernet, her iki katmanı tek bir veri bağlantısı katmanında birleştirdi. Ethernet DIX, IEEE 802.3'ün tanımlamadığı bir Ethernet Yapılandırma Test Protokolü tanımlar. Bu standartlardaki minimum ve maksimum çerçeve boyutları aynı olmasına rağmen çerçeve formatı da biraz farklıdır. Genellikle, IEEE standardı tarafından tanımlanan Ethernet ile tescilli Ethernet DIX'i ayırt etmek için birincisine 802.3 teknolojisi denir ve tescilli Ethernet adı ek tanımlamalar olmadan bırakılır.

Fiziksel ortamın türüne bağlı olarak, IEEE 802.3 standardının çeşitli modifikasyonları vardır - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, 10Base-FB.

1995 yılında, açıklamasının ana 802.3 standardına - 802.3u bölümüne ek bir bölüm olduğu gerçeğiyle kanıtlandığı gibi, birçok açıdan bağımsız bir standart olmayan Hızlı Ethernet standardı kabul edildi. Benzer şekilde, 1998 Gigabit Ethernet standardı ana belgenin 802.3z bölümünde açıklanmıştır.

10 Mbit / s'lik bir verim sağlayan Ethernet teknolojisinin fiziksel katmanının tüm varyantları için ikili bilgilerin kablo üzerinden iletilmesi için Manchester kodu kullanılır.

Her tür Ethernet standardı (Hızlı Ethernet ve Gigabit Ethernet dahil) aynı ortam ayırma yöntemini kullanır - CSMA / CD yöntemi.

Ethernet Adresleme

Ethernet teknolojilerinde bilgi alıcısını belirlemek için 6 baytlık MAC adresleri kullanılır.

MAC adres formatı, Ethernet ağında belirli çok noktaya yayın adresleme modlarını kullanma ve aynı anda aynı adrese sahip iki istasyonun aynı yerel ağ içinde görünme olasılığını ortadan kaldırma yeteneği sağlar.

Bir Ethernet ağının fiziksel adresi iki bölümden oluşur:

Satıcı kodları
Bireysel cihaz tanımlayıcısı

IEEE içindeki özel bir organizasyon, ağ ekipmanı üreticilerinin talebi üzerine bu alanın izin verilen kodlamalarının dağıtımıyla ilgilenmektedir. MAC adresini yazmak için çeşitli formlar kullanılabilir. En yaygın olarak kullanılan biçim, bayt çiftlerinin "-" karakterleriyle ayrıldığı onaltılık biçimdir:

E0-14-00-00-00

Ethernet ve IEEE 802.3 ağlarında, hedef adresi oluşturmanın üç ana modu vardır:

Tek noktaya yayın - bireysel adres;
Çok noktaya yayın - çok noktaya yayın adresi;
Yayın - yayın adresi.

Birinci adresleme modu (Unicast), kaynak istasyon iletilen paketi verinin yalnızca bir alıcısına adreslediğinde kullanılır.

Çok noktaya yayın adresleme modunu kullanmanın bir işareti, ekipman üreticisinin tanımlayıcısının en anlamlı baytının en az anlamlı bitinde 1'in bulunmasıdır.

C-CC-CC-CC

DA alanı içeriği Multicast tipine ait olan bir çerçeve, ilgili Satıcı Kodu değerine sahip tüm istasyonlar tarafından alınacak ve işlenecektir - bu durumda bunlar Cisco ağ cihazlarıdır. Verilen Çok Noktaya Yayın - adres, bu şirketin ağ cihazları tarafından Cisco Keşif Protokolü (CDP) kurallarına uygun olarak etkileşim kurmak için kullanılır.

Bir Ethernet ve IEEE 802.3 istasyonu, Yayın adresleme modunu da kullanabilir. Yayın hedef istasyonunun adresi özel bir değerle kodlanmıştır:

FF-FF-FF-FF-FF-FF

Bu adresi kullanırken, iletilen paket bu ağdaki tüm istasyonlar tarafından alınacaktır.

CSMA / CD Erişim Yöntemi

Ethernet ağları, çarpışma algılamalı (CSMA / CD) taşıyıcı-duyu-çoklu-erişim adı verilen bir medya erişim yöntemi kullanır ...

CSMA / CD protokolü, tüm cihazlar için tek bir ortak veri iletim ortamı ile bir ağdaki iş istasyonlarının etkileşiminin doğasını tanımlar. Tüm istasyonlar veri iletimi için eşit koşullara sahiptir. İstasyonların iletim için ortama erişebileceği belirli bir sıra yoktur. Bu anlamda ortama rastgele erişilmektedir. Rastgele erişim algoritmalarının uygulanması, deterministik erişim algoritmalarının uygulanmasından çok daha basit bir görev gibi görünmektedir. İkinci durumda, ya tüm ağ cihazlarının çalışmasını kontrol eden özel bir protokol (örneğin, Token Ring ve FDDI ağlarında bulunan token sirkülasyon protokolü) ya da özel bir adanmış cihaz - bir ana hub, gereklidir. belirli bir sıra, istasyonun geri kalanının tümünün iletme kabiliyetine sahip olmasını sağlayacaktır (Arcnet ağları, 100VG AnyLAN).

Bununla birlikte, rastgele erişime sahip ağın bir, belki de ana dezavantajı vardır - belirli bir istasyonun veri iletebilmesi için yeterince uzun bir süre geçtiğinde, ağır yük altında tamamen kararlı ağ çalışması değildir. Bunun nedeni, aynı anda veya neredeyse aynı anda iletime başlayan istasyonlar arasında ortaya çıkan çarpışmalardır. Bir çarpışma durumunda, iletilen veriler alıcılara ulaşmaz ve verici istasyonların iletimi yeniden başlatması gerekir - Ethernet'te kullanılan kodlama yöntemleri, her istasyonun sinyallerinin genel sinyalden ayrılmasına izin vermez. (Z Bu gerçeğin, Ethernet teknolojisinin tüm fiziksel protokollerinin (örneğin, 10Base-2,10Base-T, vb.) adlarında bulunan “Base (bant)” bileşeninde yansıtıldığını unutmayın. Temel bant ağı, mesajların frekans bölünmesi olmaksızın tek bir kanal üzerinden dijital olarak gönderildiği bir temel bant ağı anlamına gelir.)

Çarpışma, Ethernet ağlarında normal bir durumdur. Bir çarpışmanın meydana gelmesi için, birkaç istasyonun mutlak olarak aynı anda yayına başlaması gerekli değildir, böyle bir durum olası değildir. Bir düğümün diğerinden daha erken iletime başlaması nedeniyle bir çarpışmanın meydana gelmesi çok daha olasıdır, ancak ilkinin sinyalleri, ikinci düğüm iletmeye karar verdiğinde, ikinci düğüme ulaşmak için zamana sahip değildir. çerçeve. Yani, çarpışmalar ağın dağıtılmış doğasının bir sonucudur.

Herhangi bir çiftin eşzamanlı iletimi bir çarpışmaya yol açan ağdaki tüm istasyonların kümesine çarpışma alanı veya çarpışma alanı denir.

Çarpışmalar, özellikle ağ aşırı yüklendiğinde (birçok istasyon çarpışma alanı içinde aynı anda iletim yapmaya çalışıyorsa,> 20-25) ve çarpışma alanı büyük olduğunda (> 2 km) ağ üzerinden çerçevelerin yayılmasında öngörülemeyen gecikmelere neden olabilir. ). Bu nedenle, ağları kurarken, bu tür aşırı çalışma modlarından kaçınmanız önerilir.

Çarpışmaları en optimal şekilde çözebilecek bir protokol oluşturma ve yüksek yüklerde ağ operasyonunu optimize etme sorunu, standart oluşturma aşamasındaki en önemli konulardan biriydi. Başlangıçta, çevreye rastgele erişim için bir algoritmanın uygulanması için aday olarak üç ana yaklaşım düşünüldü: kalıcı olmayan, 1-sabit ve p-sabit (Şekil 11.2).

Şekil 11.2. Çoklu rastgele erişim (CSMA) algoritmaları ve çarpışma gerilemesi

Kalıcı olmayan algoritma. Bu algoritma ile iletim yapmak isteyen istasyon aşağıdaki kurallara göre yönlendirilir.

1. Ortamı dinler ve ortam boşsa (yani, başka bir iletim yoksa veya çarpışma sinyali yoksa) iletir, aksi takdirde - ortam meşgul - 2. adıma gidin;

2. Ortam meşgul ise rastgele (belirli bir olasılık dağılım eğrisine göre) bir süre bekler ve 1. adıma döner.

Yoğun bir ortamda rastgele bir bekleme değeri kullanmak, çakışma olasılığını azaltır. Aslında, aksi takdirde, iki istasyonun neredeyse aynı anda iletim yapacağını, üçüncünün ise halihazırda iletimde olduğunu varsayalım. İlk ikisinin iletim başlamadan önce rastgele bir bekleme süresi olmayacaksa (ortamın meşgul olması durumunda), sadece ortamı dinleyip serbest kalmasını beklediyse, üçüncü istasyon iletimi durdurduktan sonra , ilk ikisi aynı anda iletime başlayacak ve bu da kaçınılmaz olarak çarpışmalara yol açacaktır. Böylece rastgele bekleme, bu tür çarpışmaların olasılığını ortadan kaldırır. Bununla birlikte, bu yöntemin sakıncası, kanal bant genişliğinin verimsiz kullanımında kendini gösterir. Ortam serbest kaldığında, iletim yapmak isteyen istasyon, ortamı dinlemeye karar vermeden önce, meşgul olduğu ortaya çıkan ortamı zaten dinlediğinden, rastgele bir süre beklemeye devam edecektir. Sonuç olarak, iletim için yalnızca bir istasyon bekliyor olsa bile kanal bir süre boşta kalacaktır.

1-kalıcı algoritma... Ortamın meşgul olmadığı süreyi azaltmak için 1-kalıcı bir algoritma kullanılabilir. Bu algoritma ile iletim yapmak isteyen istasyon aşağıdaki kurallara göre yönlendirilir.

1. Ortamı dinler ve ortam boşsa iletir, aksi takdirde 2. adıma gidin;

2. Ortam meşgul ise ortam boş olana kadar ortamı dinlemeye devam eder ve ortam bırakılır bırakılmaz hemen iletmeye başlar.

Kalıcı olmayan ve 1-kalıcı algoritmaları karşılaştırarak, 1-kalıcı algoritmada iletim yapmak isteyen istasyonun daha "bencil" davrandığını söyleyebiliriz. Bu nedenle, iki veya daha fazla istasyon iletim için bekliyorsa (çevre serbest kalana kadar bekliyorsa), bir çarpışmanın garanti edileceği söylenebilir. Çarpışmadan sonra istasyonlar bundan sonra ne yapacaklarını düşünmeye başlar.

P-kalıcı algoritma. Bu algoritmanın kuralları aşağıdaki gibidir:

1. Ortam serbest ise, olasılığı olan istasyon P hemen iletimi başlatır veya olasılıkla (1- P ) sabit bir T zaman aralığını bekler. T aralığı genellikle sinyalin uçtan uca maksimum yayılma süresine eşit alınır;

2. Ortam meşgulse, istasyon ortam boş olana kadar dinlemeye devam eder, ardından 1. adıma geçer;

3. İletim bir T aralığı kadar geciktirilirse, istasyon 1. adıma döner.

Ve burada parametrenin en etkili değerini seçme sorusu ortaya çıkıyor. P ... Asıl sorun, yüksek yüklerde kararsızlığın nasıl önleneceğidir. olduğu bir durumu düşünün n istasyonlar, iletim devam ederken çerçeveleri iletmeyi amaçlar. İletim sonunda, iletmeye çalışacak istasyon sayısı, iletim olasılığına göre iletim yapmak isteyen istasyon sayısının çarpımına eşit olacaktır. np ... Eğer np > 1 ise, ortalama olarak birkaç istasyon aynı anda iletim yapmaya çalışacak ve bu da bir çarpışmaya neden olacaktır. Ayrıca, bir çarpışma algılanır algılanmaz, tüm istasyonlar ikinci bir çarpışmaya neden olacak şekilde 1. adıma geri dönecektir. En kötü durumda, ihanet etmeye istekli yeni istasyonlar eklenebilir. n , durumu daha da kötüleştirecek ve sonunda sürekli çarpışmaya ve sıfır verime yol açacaktır. Böyle bir felaketi önlemek için iş np birden az olmalıdır. Ağ, birçok istasyon aynı anda iletim yapmak istediğinde durumların ortaya çıkmasına yatkınsa, azaltmak gerekir. P ... Öte yandan, ne zaman P çok küçülür, ortalama olarak tek bir istasyon bile bekleyebilir (1- P )/P iletimden önce T aralıkları. Yani p = 0.1 ise, transferden önceki ortalama boşta kalma süresi 9T olacaktır.

CSMA / CD Çarpışma Çözünürlüğü Çoklu Ortam Erişim Protokolü yukarıdaki algoritmaların fikirlerini somutlaştırdı ve önemli bir unsur ekledi - çarpışma çözünürlüğü. Bir çarpışma, oluşum anında iletilen tüm çerçeveleri yok ettiğinden, istasyonlar (istasyonlar) çarpışmaları algılar algılamaz çerçevelerini daha fazla iletmeye devam etmenin bir anlamı yoktur. Aksi takdirde, uzun çerçeveler iletilirken önemli bir zaman kaybı olacaktır. Bu nedenle, çarpışmaların zamanında tespiti için istasyon, kendi iletimi boyunca çevreyi dinler. Gönderici istasyon için CSMA/CD algoritmasının temel kuralları şunlardır (Şekil 11.3):

1. İletim yapmak üzere olan istasyon ortamı dinliyor. Ve ortamın özgür olması durumunda iletir. Aksi takdirde (yani, ortam meşgulse) 2. adıma ilerler. Arka arkaya birkaç çerçeve gönderirken, istasyon çerçeve iletimi - çerçeveler arası aralık arasında belirli bir duraklama sağlar ve sonraki çerçeveyi göndermeden önce bu tür her duraklamadan sonra, istasyon tekrar çevreyi dinler (başlangıç adımı 1'e geri dönün);

2. Ortam meşgul ise, ortam serbest kalana kadar istasyon ortamı dinlemeye devam eder ve ardından hemen yayına başlar;

3. İletim yapan her istasyon çevreyi dinler ve bir çarpışma algılanırsa, iletimi hemen durdurmaz, ancak önce kısa bir özel çarpışma sinyali gönderir - bir sıkışma sinyali, diğer istasyonları çarpışma hakkında bilgilendirir ve iletimi durdurur;

4. Sıkışma sinyalini ilettikten sonra, istasyon konuşmayı keser ve ikili üstel gecikme kuralına uygun olarak keyfi bir süre bekler ve ardından 1. adıma döner.

Bir çerçeveyi iletebilmek için istasyon, paylaşılan ortamın serbest olduğundan emin olmalıdır. Bu, taşıyıcı-duyu (CS) olarak da adlandırılan sinyalin temelini dinleyerek gerçekleştirilir. Boş bir ortamın işareti, üzerinde o anda iletilen birler ve sıfırların sırasına bağlı olarak, Manchester kodlama yöntemiyle 5-10 MHz'e eşit olan bir taşıyıcı frekansının olmamasıdır.

Çerçeve iletiminin sona ermesinden sonra, tüm ağ düğümleri, 9.6 μs (96 bt)'lik bir teknolojik duraklamaya (Inter Packet Gap) dayanmalıdır. Çerçeveler arası boşluk olarak da adlandırılan bu duraklama, ağ bağdaştırıcılarını sıfırlamak ve tek bir istasyonun yalnızca ortamı devralmasını önlemek için kullanılır.

Şekil 11.3. CSMA / CD algoritmasının blok şeması (MAC seviyesi): bir istasyon tarafından bir çerçeve iletirken

Sıkışma sinyali (sıkışma - kelimenin tam anlamıyla sıkışma). Bir sıkışma sinyalinin iletimi, birden fazla çerçevenin kaybolmamasını garanti eder, çünkü çarpışmadan önce çerçeveleri ileten, bir sıkışma sinyali alan tüm düğümler, iletimlerini kesecek ve yeni bir çerçeve iletme girişimi beklentisiyle sessizleşecektir. . Sıkışma sinyali, olası tekrarlayıcılardaki ek güvenlik payı (SF) gecikmesini hesaba katarak, çarpışma alanındaki en uzak istasyonlara ulaşmak için yeterli uzunlukta olmalıdır. Sıkışma sinyalinin içeriği, kısmen iletilen çerçevenin (802.3) CRC alanıyla eşleşmemesi dışında kritik değildir ve ilk 62 bit, bir başlangıç biti ile '1' ve '0' dönüşümünü temsil etmelidir. 1'.

Şekil 11.4. Rastgele erişim yöntemi CSMA / CD

Şekil 11.5, bir veri yolu topolojisi için çarpışma algılama sürecini gösterir (ince veya kalın koaksiyel kablo (sırasıyla 10Base5 ve 10Base2).

Şu anda düğüm A(DTE A) kendi iletilen sinyalini doğal olarak dinleyerek iletimi başlatır. Çerçevenin neredeyse düğüme ulaştığı anda B(DTE B), bu düğüm, bir iletimin halihazırda devam etmekte olduğunu bilmeden kendini iletmeye başlar. Bir noktada, bir düğüm B bir çarpışmayı algılar (izlenen hattaki elektrik sinyalinin sabit bileşeni artar). Bundan sonra düğüm B bir sıkışma sinyali iletir ve iletimi durdurur. Zaman anında, çarpışma sinyali düğüme ulaşır. A, Daha sonra A ayrıca bir sıkışma sinyali iletir ve iletimi durdurur.

Şekil 11.5. CSMA / CD şemasını kullanırken çarpışma algılama

IEEE 802.3 standardına göre, bir düğüm çok kısa çerçeveler iletemez veya başka bir deyişle çok kısa iletimler gerçekleştiremez. Veri alanı sonuna kadar doldurulmasa bile, çerçeveyi giriş hariç en az 64 bayt uzunluğa kadar genişleten özel bir ek alan belirir. Kanal zamanı ST (slot süresi), bir düğümün bir kanalı işgal etmek için iletim yapmak zorunda olduğu minimum süredir. Bu süre, standart tarafından kabul edilen, izin verilen minimum boyutta bir çerçevenin iletimine karşılık gelir. Kanal süresi, ağ düğümleri arasındaki izin verilen maksimum mesafeyle - çarpışma alanının çapıyla ilgilidir. Yukarıdaki örneğin istasyonların en kötü senaryoyu uyguladığını varsayalım. A ve B maksimum mesafede birbirinden uzaklaştırılır. Zaman, sinyal yayılımı Aönce B ile belirtmek. Düğüm A sıfır zamanında iletime başlar. Düğüm B zamanda bir anda iletime başlar ve iletiminin başlamasından bir süre sonra bir çarpışma tespit eder. Düğüm A zaman içinde bir noktada bir çarpışma algılar. Yayılan çerçeve için A, kaybolmadı, düğümün A bu ana iletimi durdurmadı, o zamandan beri, bir çarpışma tespit ettikten sonra, düğüm Açerçevesinin gelmediğini bilecek ve tekrar iletmeye çalışacaktır. Aksi takdirde çerçeve kaybolacaktır. Düğümün transferinin başladığı andan itibaren maksimum süre A hala bir çarpışmayı tespit edebilir - bu sefer denir çift devir süresi PDV (Yol Gecikme Değeri, PDV)... Daha genel olarak, PDV, hem sonlu segment uzunluğundan kaynaklanan gecikmeyle hem de ağın ara tekrarlayıcılarının ve uç düğümlerinin fiziksel katmanındaki çerçevelerin işlenmesinden kaynaklanan gecikmeyle ilişkili toplam gecikmeyi tanımlar. Daha fazla değerlendirme için, başka bir zaman ölçü birimi kullanmak da uygundur: biraz zaman bt (bit zaman). 1 bt'lik bir süre, bir bitin iletilmesi için geçen süreye karşılık gelir, yani. 10 Mbps'de 0.1 μs.

Ağdaki tüm istasyonlar tarafından çarpışmaların net olarak tanınması, Ethernet ağının doğru çalışması için bir ön koşuldur. Herhangi bir verici istasyon çarpışmayı tanımıyorsa ve veri çerçevesinin kendisi tarafından doğru bir şekilde iletildiğine karar verirse, bu veri çerçevesi kaybolacaktır. Bir çarpışma sırasında sinyallerin çakışması nedeniyle, çerçeve bilgisi bozulacak ve alıcı istasyon tarafından reddedilecektir (muhtemelen sağlama toplamının uyumsuzluğundan dolayı). Büyük olasılıkla, bozuk bilgiler, aktarım veya bağlantı yönelimli uygulama protokolü gibi bazı daha yüksek düzeyli protokoller tarafından yeniden iletilecektir. Ancak mesajın üst katman protokolleri tarafından yeniden iletimi, Ethernet protokolünün çalıştığı mikrosaniye aralıklarına kıyasla çok daha uzun bir zaman aralığında (bazen birkaç saniye sonra bile) gerçekleşecektir. Bu nedenle, çarpışmalar Ethernet ağının düğümleri tarafından güvenilir bir şekilde tanınmazsa, bu, bu ağın yararlı bant genişliğinde gözle görülür bir azalmaya yol açacaktır.

Güvenilir çarpışma tespiti için aşağıdaki ilişki sağlanmalıdır:

T min> = PVD,

burada T min, minimum çerçeve uzunluğunun iletim süresidir ve PDV, çarpışma sinyalinin en uzaktaki ağ düğümüne yayılması için geçen süredir. En kötü durumda, sinyalin ağın birbirinden en uzak istasyonları arasında iki kez geçmesi gerektiğinden (bozulmamış bir sinyal bir yönde geçer ve dönüş yolunda çarpışma tarafından zaten bozulmuş olan sinyal yayılır), bu yüzden bu sefer denir çift devir süresi (Yol Gecikme Değeri, PDV).

Bu koşul karşılandığında, verici istasyonun, bu çerçeveyi göndermeyi bitirmeden önce bile, iletilen çerçevesinin neden olduğu çarpışmayı algılamak için zamana sahip olması gerekir.

Açıkçası, bu koşulun yerine getirilmesi, bir yandan minimum çerçevenin uzunluğuna ve ağ bant genişliğine, diğer yandan ağ kablosu sisteminin uzunluğuna ve kablodaki sinyal yayılma hızına bağlıdır ( farklı kablo türleri için bu hız biraz farklıdır).

Ethernet protokolünün tüm parametreleri, ağ düğümlerinin normal çalışması sırasında çarpışmalar her zaman açıkça tanınacak şekilde seçilir. Parametreleri seçerken, elbette, ağ segmentindeki istasyonlar arasındaki minimum çerçeve uzunluğu ve maksimum mesafeyi birbirine bağlayan yukarıdaki ilişki dikkate alındı.

Ethernet standardında, çerçeve veri alanının minimum uzunluğunun 46 bayt olduğu kabul edilir (hizmet alanlarıyla birlikte minimum çerçeve uzunluğu 64 bayttır ve giriş ile birlikte - 72 bayt veya 576 bit) .

Büyük çerçeveler, örneğin 1500 bayt iletirken, bir çarpışma meydana gelirse, iletimin hemen hemen başında, iletilen ilk 64 bayttan daha geç olmamak üzere (şu anda bir çarpışma olmadıysa, o zaman) algılanır. daha sonra ortaya çıkmayacak, çünkü tüm istasyonlar hattı dinliyor ve iletimi "duyuyor", sessiz olacaklar). Sıkışma sinyali, tam çerçeve boyutundan çok daha kısa olduğu için, CSMA / CD algoritması kullanıldığında, boşta kullanılan kanal kapasitesindeki miktar, çarpışma tespiti için gereken süreye düşürülür. Erken çarpışma tespiti, daha verimli kanal kullanımına yol açar. Geç çarpışma algılaması, daha geniş ağlarda, çarpışma alanının çapı birkaç kilometre olduğunda, ağın verimliliğini azaltan doğasında bulunur. Meşgul bir ağın davranışının basitleştirilmiş bir teorik modeline dayanarak (eş zamanlı olarak çok sayıda verici istasyonun ve tüm istasyonlar için sabit bir minimum iletilen çerçeve uzunluğunun varsayıldığı varsayılarak), ağ performansını U PDV / cinsinden ifade etmek mümkündür. ST oranı:

nerede doğal logaritmanın temelidir. Ağ performansı, yayınlanan çerçevelerin boyutundan ve ağın çapından etkilenir. En kötü durumda (PDV = ST olduğunda) performans yaklaşık %37'dir ve en iyi durumda (PDV ST'den çok daha az olduğunda) 1 olma eğilimindedir. eşzamanlı olarak iletir, aşağıda ele alınan, kesik ikili üstel gecikme algoritmasının özelliklerini dikkate almaz ve örneğin iletim yapmak isteyen 15'ten fazla istasyon olduğunda, çarpışmalarla yoğun bir şekilde tıkanmış bir ağ için geçerli değildir.

Kesilmiş ikili üstel gecikme(kesilmiş ikili üstel geri çekilme). IEEE 802.3 standardında benimsenen CSMA / CD algoritması, 1 sabit algoritmaya en yakın olanıdır, ancak ek bir öğeye sahiptir - kesilmiş bir ikili üstel gecikme. Bir çarpışma meydana geldiğinde, istasyon bir paket gönderirken bir satırda bir çarpışmanın meydana gelme sayısını sayar. Tekrarlanan çarpışmalar, ortam üzerinde yüksek bir yük olduğunu gösterdiğinden, MAC, çerçeve iletimlerinin yeniden denenmesi arasındaki gecikmeyi artırmaya çalışır. Artan zaman aralıkları için ilgili prosedür kurala uyar kesilmiş ikili üstel gecikme.

Aşağıdaki algoritmaya göre rastgele bir duraklama seçilir:

Duraklatma = Lx (gecikme aralığı),

burada (geri çekilme aralığı) = 512 bit aralıklar (51,2 μs);

L, aralıktan eşit olasılıkla seçilen bir tamsayıdır; burada N, verilen çerçevenin yeniden deneme sayısıdır: 1,2, ..., 10.

10. denemeden sonra, duraklamanın seçildiği aralık artmaz. Bu nedenle, rastgele bir duraklama 0 ila 52,4 ms arasında değişebilir.

Bir çerçeveyi art arda iletmek için yapılan 16 girişim bir çarpışmaya neden olursa, verici bu çerçeveyi denemeyi bırakmalı ve atmalıdır.

Kesik ikili üstel gecikme kullanan CSMA/CD algoritması, birçok rastgele erişim algoritması arasında en iyisi olarak kabul edilir ve hem düşük hem de orta yüklerde verimli ağ çalışması sağlar. Büyük yüklerde iki dezavantaja dikkat edilmelidir. İlk olarak, çok sayıda çarpışma ile, ilk kez bir çerçeve göndermek üzere olan (daha önce çerçeveleri iletmeyi denememiş olan) istasyon 1, zaten bir çerçeveyi iletmeyi başarısız bir şekilde denemiş olan istasyon 2'ye göre bir avantaja sahiptir. birkaç kez çarpışmalarla karşılaşıyor. Çünkü istasyon 2, ikili üstel gecikme kuralına göre sonraki denemelerden önce önemli bir süre bekler. Böylece, zamana bağlı uygulamalar için istenmeyen bir durum olan düzensiz çerçeve iletimi meydana gelebilir. İkinci olarak, ağır iş yükü altında, bir bütün olarak ağın verimliliği düşer. Tahminler, 25 istasyonun eşzamanlı iletimi ile toplam bant genişliğinin yaklaşık 2 kat azaldığını göstermektedir. Ancak, çarpışma alanındaki istasyonların sayısı, hepsi aynı anda çevreye erişemeyeceğinden daha fazla olabilir.

Bir çerçeve alma (şek. 11.6)

Şekil 11.6. CSMA / CD algoritmasının blok şeması (MAC seviyesi): bir istasyon tarafından bir çerçeve alındığında

Alıcı istasyon veya diğer ağ cihazı, örneğin bir hub veya anahtar, önce giriş ile senkronize olur ve ardından Manchester kodunu ikili forma (fiziksel katmanda) dönüştürür. Ardından, ikili akış işlenir.

MAC düzeyinde, kalan giriş bitleri temizlenir ve istasyon hedef adresi okur ve kendi adresiyle karşılaştırır. Adresler eşleşirse, önsöz, SDF ve FCS dışındaki çerçeve alanları arabelleğe alınır ve FCS çerçevesinin kontrol dizisi alanıyla (CRC-32 döngüsel toplam yöntemi kullanılarak) karşılaştırılan bir sağlama toplamı hesaplanır. Eşitlerse, arabelleğin içeriği daha yüksek katman protokolüne iletilir. Aksi takdirde, çerçeve atılır. Bir çerçeve alınırken bir çarpışmanın meydana gelmesi, ya bir koaksiyel segment kullanılıyorsa elektrik potansiyelindeki bir değişiklikle veya hatalı bir çerçeve alınması gerçeğiyle, bükümlü bir çift veya optik fiber kullanılıyorsa yanlış bir sağlama toplamı ile tespit edilir. Her iki durumda da alınan bilgiler atılır.

Erişim yönteminin tanımından, doğası gereği olasılıklı olduğu ve emrinde ortak bir ortamın başarılı bir şekilde elde edilme olasılığının ağ tıkanıklığına, yani çerçeve iletimi ihtiyacının yoğunluğuna bağlı olduğu görülebilir. istasyonlar. 70'lerin sonlarında bu yöntem geliştirilirken, 10 Mbit/s'lik veri aktarım hızının, bilgisayarların karşılıklı veri alışverişi için gereksinimlerine kıyasla çok yüksek olduğu, bu nedenle ağ yükünün her zaman küçük olacağı varsayılmıştır. Bu varsayım bazen bugün için geçerlidir, ancak Ethernet segmentlerinde çok meşgul olan gerçek zamanlı multimedya uygulamaları zaten vardır. Bu durumda, çarpışmalar çok daha sık meydana gelir. Önemli çarpışma oranlarıyla, ağ neredeyse sürekli olarak çerçeve aktarımlarını yeniden denemekle meşgul olduğundan, Ethernet ağının kullanılabilir verimi keskin bir şekilde düşer. Çarpışmaların yoğunluğunu azaltmak için, örneğin bir segmentteki düğüm sayısını azaltarak veya uygulamaları değiştirerek trafiği azaltmanız veya protokolün hızını artırmanız, örneğin Hızlı Ethernet'e geçmeniz gerekir.

CSMA / CD erişim yönteminin, bir istasyonun ortama erişebileceğini hiçbir şekilde garanti etmediği belirtilmelidir. Tabii ki, düşük ağ yükü ile böyle bir olayın olasılığı küçüktür, ancak 1'e yaklaşan bir ağ kullanım oranı ile böyle bir olay çok olası hale gelir. Rastgele erişim yönteminin bu eksikliği, Ethernet'i en ucuz teknoloji yapan aşırı basitliği için ödenmesi gereken bir bedeldir. Diğer erişim yöntemleri - Token Ring ve FDDI token erişimi, 100VG-AnyLAN ağlarının Talep Önceliği yöntemi - bu dezavantajdan muaftır.

Tüm faktörlerin dikkate alınmasının bir sonucu olarak, minimum çerçeve uzunluğu ile ağ istasyonları arasındaki olası maksimum mesafe arasındaki oran, güvenilir bir çarpışma tespiti sağlayan özenle seçilmiştir. Bu mesafeye maksimum ağ çapı da denir.

Aynı CSMA/CD erişim yöntemine dayalı yeni standartlarda, örneğin Fast Ethernet'te yer alan kare hızının artmasıyla, ağ istasyonları arasındaki maksimum mesafe, aktarım hızındaki artışla orantılı olarak azalır. Fast Ethernet standardında yaklaşık 210 metre, Gigabit Ethernet standardında ise standart geliştiricileri minimum paket boyutunu artırmak için bazı önlemler almamış olsaydı 25 metre ile sınırlı olacaktı.

Tablo 11.1, fiziksel ortamın uygulanmasına bağlı olmayan 802.3 standart çerçeve iletim prosedürünün temel parametrelerinin değerlerini gösterir. Ethernet teknolojisinin fiziksel ortamının her bir çeşidinin, bu kısıtlamalara, ayrıca karşılanması gereken ve aşağıda tartışılacak olan, genellikle daha katı olan kendi kısıtlamalarını eklediğini belirtmek önemlidir.

Tablo 11.1.Ethernet MAC Katmanı Parametreleri

parametreler	Değerler
bit hızı	10 Mb/sn
Grace aralığı	512 bt
Çerçeveler Arası Boşluk (IPG)	9.6 μs
Maksimum iletim denemesi sayısı
Maksimum artan duraklama aralığı sayısı
Sıkışma dizisi uzunluğu	32 bit
Maksimum çerçeve uzunluğu (başlangıç olmadan)	1518 bayt
Minimum çerçeve uzunluğu (başlangıç olmadan)	64 bayt (512 bit)
giriş uzunluğu	64 bit
Çarpışmadan sonra minimum rastgele duraklama uzunluğu	0 bt
Çarpışmadan sonra maksimum rastgele duraklama uzunluğu	524000
Ağ istasyonları arasındaki maksimum mesafe	2500m
Ağdaki maksimum istasyon sayısı

Ethernet çerçeve biçimleri

IEEE 802.3 belgesinde açıklanan Ethernet teknolojisi standardı, tek bir MAC katmanı çerçeve biçimini açıklar. MAC katman çerçevesi, IEEE standartlarına göre IEEE 802.2 belgesinde açıklanan LLC katman çerçevesini içermesi gerektiğinden, başlığı MAC'nin bir kombinasyonu olan Ethernet ağında bağlantı katmanı çerçevesinin yalnızca bir sürümü kullanılabilir. ve LLC alt katman başlıkları.

Bununla birlikte, pratikte Ethernet ağlarında bağlantı katmanında 4 farklı formatta (tipte) çerçeveler kullanılmaktadır. Bunun nedeni, LLC alt katmanının genel protokolden ayrılmadığı ve buna göre LLC başlığının kullanılmadığı IEEE 802 standartlarının kabul edilmesinden önce var olan Ethernet teknolojisinin gelişiminin uzun geçmişidir.

1980 yılında, Digital, Intel ve Xerox firmasından oluşan bir konsorsiyum, 802.3 komitesine Ethernet standardının (elbette belirli bir çerçeve formatını tanımlayan) kendi özel versiyonunu taslak uluslararası standart olarak sundu, ancak 802.3 komitesi bir standart kabul etti. bazı ayrıntılarda DIX tekliflerinden farklıdır. Farklılıklar, Ethernet ağlarında iki farklı çerçeve tipinin varlığına yol açan çerçeve formatında da idi.

Başka bir çerçeve biçimi, Novell'in Ethernet üzerinden protokol yığınını hızlandırma çabalarının bir sonucudur.

Ve son olarak, dördüncü çerçeve formatı, 802: 2 komitesinin önceki çerçeve formatlarını ortak bir standarda getirme çalışmasının sonucudur.

Çerçeve biçimlerindeki farklılıklar, yalnızca bir Ethernet çerçeve standardı ile çalışmak üzere tasarlanmış donanım ve ağ yazılımı arasında uyumsuzluğa yol açabilir. Ancak günümüzde hemen hemen tüm ağ bağdaştırıcıları, ağ bağdaştırıcı sürücüleri, köprüler/anahtarlar ve yönlendiriciler pratikte kullanılan tüm Ethernet teknolojisi çerçeve biçimleriyle çalışabilir ve çerçeve türü otomatik olarak tanınır.

Aşağıda dört tip Ethernet çerçevesinin bir açıklaması bulunmaktadır (burada bir çerçeve, bağlantı katmanıyla, yani MAC ve LLC katmanlarının alanlarıyla ilgili tüm alan kümesi anlamına gelir). Bir ve aynı çerçeve türü farklı adlara sahip olabilir, bu nedenle aşağıda her çerçeve türü için en yaygın adlardan birkaçı vardır:

802.3 / LLC çerçevesi (802.3 / 802.2 çerçevesi veya Novell 802.2 çerçevesi);
Ham 802.3 çerçeve (veya Novell 802.3 çerçeve);
Ethernet DIX çerçevesi (veya Ethernet II çerçevesi);
Ethernet SNAP çerçevesi.

Bu dört tip Ethernet çerçevesinin tümü için formatlar Şekil 2'de gösterilmektedir. 11.7.

802.3 / LLC çerçevesi

802.3 / LLC çerçeve başlığı, IEEE 802.3 ve 802.2 standartlarında tanımlanan çerçeve başlığı alanlarının birleştirilmesinin sonucudur.

802.3 standardı sekiz başlık alanı tanımlar (Şekil 11.7; giriş alanı ve başlangıç çerçevesi sınırlayıcısı şekilde gösterilmemiştir).

giriş alanı yedi senkronizasyon baytından oluşur 10101010. Manchester kodlamasında, bu kombinasyon fiziksel ortamda 5 MHz frekanslı periyodik bir dalga formu ile temsil edilir.
Çerçeve sınırlayıcı başlangıcı (SFD) bir bayttan oluşur 10101011. Bu bit modelinin ortaya çıkması, sonraki baytın çerçeve başlığının ilk baytı olduğunun bir göstergesidir.
Hedef Adres (DA) 2 veya 6 bayt uzunluğunda olabilir. Pratikte her zaman 6 baytlık adresler kullanılır. Hedef adresin en önemli baytının ilk biti, adresin bireysel mi yoksa grup mu olduğunun bir göstergesidir. 0 ise, adres bireysel (tek noktaya yayın), a 1 ise, o zaman bu çok noktaya yayın adresi. Adres hepsinden oluşuyorsa, yani 0xFFFFFFFFFFFF'nin onaltılık bir temsiline sahipse, ağdaki tüm düğümler için tasarlanmıştır ve çağrılır. yayın adresi.

IEEE Ethernet standartlarında, bir baytın en az anlamlı biti alanın en solunda, en anlamlı biti ise en sağda gösterilir. Bir bayttaki bitlerin sırasını göstermenin bu standart olmayan yolu, bitlerin Ethernet vericisi tarafından iletişim hattında iletildiği sıraya karşılık gelir. Diğer kuruluşların standartları, örneğin RFC IETF, ITU-T, ISO, en az anlamlı bitin baytın en sağdaki biti ve en anlamlı bitin en soldaki bit olduğu geleneksel bayt gösterimini kullanır. Ancak, bayt sırası geleneksel kalır. Bu nedenle, bu kuruluşlar tarafından yayınlanan standartları okurken, işletim sistemi veya protokol analizörü tarafından ekranda görüntülenen verileri okurken, doğru fikri elde etmek için Ethernet çerçevesinin her bir baytının değerleri yansıtılmalıdır. IEEE belgelerine uygun olarak bu baytın bitlerinin anlamı. Örneğin, 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 biçimindeki IEEE gösterimindeki veya 80-00-A7-FO-00-00 onaltılı gösterimdeki bir çok noktaya yayın adresi büyük olasılıkla 01-00-5E-0F-00-00 olarak geleneksel form.

Kaynak Adresi (SA) -çerçeveyi gönderen düğümün adresini içeren 2 veya 6 baytlık bir alandır. Adresin ilk biti her zaman 0'dır.
Uzunluk (Uzunluk, L) -Çerçevedeki veri alanının uzunluğunu tanımlayan 2 baytlık alan.
Veri alanı 0 ila 1500 bayt içerebilir. Ancak alanın uzunluğu 46 bayttan azsa, sonraki alan - doldurma alanı - çerçeveyi izin verilen minimum değer olan 46 bayta doldurmak için kullanılır.
Dolgu malzemesi 46 baytlık bir minimum veri alanı uzunluğu sağlamak için mümkün olduğu kadar çok doldurma baytından oluşur. Bu, çarpışma algılama mekanizmasının doğru çalışmasını sağlar. Veri alanının uzunluğu yeterliyse, dolgu alanı çerçevede görünmez.
Çerçeve Kontrol Sırası (PCS) sağlama toplamını içeren 4 bayttan oluşur. Bu değer, CRC-32 algoritması kullanılarak hesaplanır. Bir çerçeve aldıktan sonra, iş istasyonu bu çerçeve için kendi sağlama toplamı hesaplamasını yapar, alınan değeri sağlama toplamı alanının değeriyle karşılaştırır ve böylece alınan çerçevenin bozuk olup olmadığını belirler.

802.3 çerçevesi bir MAC alt katman çerçevesidir, bu nedenle 802.2 standardına göre, başlangıç ve bitiş bayrakları kaldırılmış olarak bir LLC alt katman çerçevesi veri alanına gömülür. LLC çerçeve formatı yukarıda açıklanmıştır. LLC çerçevesinin başlık uzunluğu 3 (LLC1 modunda) veya 4 bayt (LLC2 modunda) olduğundan, maksimum veri alanı boyutu 1497 veya 1496 bayta düşürülür.

Şekil 11.7. Ethernet çerçeve biçimleri

Benzer bilgiler.

EtherNet standardı IEEE 802.3

Günümüzde en yaygın kullanılan ağ teknolojisi standardıdır.

Özellikler:

koaksiyel kablo, bükümlü çift, optik kablolarla çalışır;
topoloji - otobüs, yıldız;
erişim yöntemi - CSMA / CD.

Ethernet ağ teknolojisinin mimarisi aslında hem ortak özelliklere hem de farklılıklara sahip bir dizi standardı bir araya getiriyor.

Ethernet teknolojisi, Xerox PARC'ın ilk projelerinin çoğuyla birlikte geliştirildi. Ethernet'in 22 Mayıs 1973'te Robert Metcalfe'nin PARC başkanına Ethernet teknolojisinin potansiyeli hakkında bir not yazdığı zaman icat edildiği genel olarak kabul edilir. Ancak Metcalfe, birkaç yıl sonra teknolojinin yasal hakkını elde etti. 1976'da o ve asistanı David Boggs, Ethernet: Yerel Bilgisayar Ağları İçin Dağıtılmış Paket Anahtarlama başlıklı bir broşür yayınladı. Metcalfe, 1979'da Xerox'tan ayrıldı ve bilgisayarları ve yerel alan ağlarını tanıtmak için 3Com'u kurdu. DEC, Intel ve Xerox'u birlikte çalışmaya ve Ethernet standardını (DIX) geliştirmeye ikna etmeyi başardı. Bu standart ilk kez yayınlandı 30 Eylül 1980.

EtherNet teknolojisinin daha da geliştirilmesi:

1982-1993 10Mbps EtherNet'in geliştirilmesi;
1995-1998 Hızlı EtherNet geliştirme;
GigaBit EtherNet'in 1998-2002 gelişimi;
10GigaBit EtherNet'in 2003-2007 geliştirmesi;
40 ve 100GigaBit EtherNet'in 2007-2010 geliştirmesi;
2010'dan bugüne Terabit Ethernet geliştirme.

Ortama erişimi ve çerçevenin iletimini sağlayan MAC katmanında, ağ düğümlerinin ağ arayüzlerini tanımlamak için standart tarafından düzenlenen MAC adresleri adı verilen benzersiz 6 baytlık adresler kullanılır. Tipik olarak, MAC adresi, 00-29-5E-3C-5B-88 gibi, tire veya iki nokta üst üste ile ayrılmış altı çift onaltılık basamak olarak yazılır. Her ağ bağdaştırıcısının bir MAC adresi vardır.

Ethernet MAC adres yapısı:

hedef MAC adresinin ilk bitine I/G (bireysel/grup veya yayın) biti denir. Kaynak adresinde Kaynak Rota Göstergesi olarak adlandırılır;
ikinci bit, adresin nasıl atanacağını belirler;
Adresin en önemli üç baytı, Burned In Address (BIA) veya Organizationally UniqueIdentifier (OUI) olarak adlandırılır;
Adresin alttaki üç baytının benzersizliğinden üretici sorumludur.

Bazı ağ programları, özellikle wireshark, üretici kodu yerine verilen ağ kartının üreticisinin adını hemen görüntüleyebilir.

EtherNet teknolojisi çerçeve formatı

Ethernet ağlarında 4 tip çerçeve (çerçeve) vardır:

802.3 / LLC çerçevesi (veya Novell 802.2 çerçevesi),
Ham 802.3 çerçeve (veya Novell 802.3 çerçeve)
Ethernet DIX çerçevesi (veya Ethernet II çerçevesi),
Ethernet SNAP çerçevesi.

Pratikte, EtherNet ekipmanı yalnızca bir çerçeve formatı kullanır, yani bazen en son DIX çerçeve numarası olarak adlandırılan EtherNet DIX çerçevesi.

İlk iki başlık alanı adresler içindir:

DA (Hedef Adres) - hedef düğümün MAC adresi;
SA (Kaynak Adresi) - Gönderen düğümün MAC adresi. Bir çerçeveyi teslim etmek için bir adres yeterlidir - hedef adres, kaynak adres çerçeveye yerleştirilir, böylece çerçeveyi alan ana bilgisayar çerçevenin kimden geldiğini ve ona kimin yanıt vermesi gerektiğini bilir.

T (Tür) alanı, verileri çerçevenin veri alanında bulunan üst katman protokolünün koşullu kodunu içerir, örneğin onaltılık değer 08-00 bir IP deliğine karşılık gelir. Bu alan, üst katman protokolleriyle birlikte çalışırken çoğullama ve çoğullama çerçevelerinin arayüz işlevlerini desteklemek için gereklidir.
Veri alanı. Kullanıcı verilerinin uzunluğu 46 bayttan azsa, bu alan, doldurma baytlarıyla minimum boyuta doldurulur.
Çerçeve Kontrol Sırası (FCS) alanı 4 baytlık bir sağlama toplamından oluşur. Bu değer, CRC-32 algoritması kullanılarak hesaplanır.

EtherNet DIX (II) çerçevesi, EtherNet bağlantı katmanının MAC katmanına ve LLC katmanına bölünmesini yansıtmaz: alanları her iki katmanın işlevlerini destekler, örneğin, T alanının arayüz işlevleri aşağıdaki işlevlere aittir. LLC katmanı, diğer tüm alanlar ise MAC katmanının işlevlerini destekler.

Bir Wireshark ağ analizörü kullanılarak ele geçirilen bir paket örneğini kullanarak EtherNet II çerçeve biçimini düşünün

Lütfen MAC adresi bir üretici kodu ve bir arayüz numarasından oluştuğundan, ağ analizörünün üretici kodunu hemen üreticinin adına dönüştürdüğünü unutmayın.

Böylece, EtherNet teknolojisinde MAC adresleri, hedef ve hedef adresleri olarak işlev görür.

Ethernet teknolojisi standartları

Ethernet teknolojisi için fiziksel özellikler aşağıdaki iletim ortamlarını içerir.

l0Base-5 - "kalın" koaksiyel kablo olarak adlandırılan 0,5 "(1dm = 2.54cm) çapında koaksiyel kablo, karakteristik empedansı 50Ω.
l0Base-2 - "ince" koaksiyel kablo olarak adlandırılan, karakteristik empedansı 50Ω olan 0.25 "çapına sahip koaksiyel kablo.
l0Base-T, Kategori 3,4,5 olan bir Korumasız Bükümlü Çift (UTP) kablosudur.
l0Base-F - fiber optik kablo.

10 sayısı, standart verilerin nominal bit hızını, yani 10Mbit / s'yi gösterir ve “Temel” kelimesi, bir temel frekansta iletim yöntemidir. Son karakter, kablonun türünü belirtir.

Kablo, tüm istasyonlar için mono kanal olarak kullanılır, maksimum segment uzunluğu 500m'dir. İstasyon, bir alıcı-verici - alıcı-verici aracılığıyla kabloya bağlanır. Alıcı-verici, bir AUI arabirim kablosuyla DB-15 konektörüne bağlanır. Kablo boyunca yayılan sinyalleri emmek için her iki uçta sonlandırıcılar gerekir.

Koaksiyel ağlar için "5-4-3" kuralları:

Koaksiyel kablo ağları standardı, ağda en fazla 4 tekrarlayıcının ve buna bağlı olarak en fazla 5 kablo bölümünün kullanılmasına izin verir. Maksimum 500 m'lik bir kablo segmenti uzunluğu ile bu, maksimum 500 * 5 = 2500 m ağ uzunluğu sağlar. 5 segmentten sadece 3'ü, yani uç düğümlerin bağlı olduğu yüklenebilir. Yüklenen bölümler arasında yüksüz bölümler olmalıdır.

l0Temel-2

Kablo, tüm istasyonlar için mono kanal olarak kullanılır, maksimum segment uzunluğu 185 m'dir.Kabloyu ağ kartına bağlamak için bir T-bağlayıcıya ihtiyacınız vardır ve kablonun bir BNC konektörüne sahip olması gerekir.

5-4-3 kuralı da kullanılır.

l0Base-T

Bir göbeğe dayalı yıldız şeklinde bir topoloji oluşturur, göbek bir tekrarlayıcı görevi görür ve tek bir mono kanal oluşturur, maksimum segment uzunluğu 100m'dir. Uç düğümler, iki bükümlü çift kullanılarak bağlanır. Düğümden hub'a veri aktarımı için bir çift Tx, diğeri ise hub'dan düğüme veri aktarımı için Rx'dir.
Bükümlü Çift Ağlar için Dört Merkezli Kurallar:
Bükümlü çift standardı, ağdaki herhangi iki istasyon arasındaki maksimum hub sayısını, yani 4'ü tanımlar. Bu kurala "4-hub kuralı" denir. Açıktır ki, herhangi iki ağ düğümü arasında 4'ten fazla tekrarlayıcı olmaması gerekiyorsa, bu durumda bükümlü çift ağın maksimum çapı 5 * 100 = 500 m'dir (maksimum segment uzunluğu 100 m).

10Base-F

İşlevsel olarak, optik kablo üzerinden bir Ethernet, 10Base-T ağıyla aynı öğelerden oluşur.

FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) standardı, Ethernet üzerinden fiber kullanımına yönelik ilk 802.3 standardıdır. Maksimum segment uzunluğu 1000m, maksimum hub sayısı 4, toplam ağ uzunluğu 2500 m'yi geçmez.

10Base-FL, FOIRL standardında küçük bir gelişmedir. Maksimum segment uzunluğu 2000 m Maksimum hub sayısı 4'tür ve maksimum ağ uzunluğu 2500 m'dir.

10Base-FB standardı yalnızca tekrarlayıcıları bağlamak için tasarlanmıştır. Uç düğümler, hub bağlantı noktalarına bağlanmak için bu standardı kullanamaz. Maksimum hub sayısı 5, bir segmentin maksimum uzunluğu 2000 m ve maksimum ağ uzunluğu 2740 m.

Tablo. Ethernet Fiziksel Katman Spesifikasyonu Parametreleri

"5-4-3" veya "4-hub" kuralı göz önüne alındığında, kablolar boyunca yayılma yolunda bir anahtar tipi cihazın hayali bir sinyali görünürse, topolojik kısıtlamaların hesaplanması sıfırdan başlar.

Ethernet bant genişliği

Bant genişliği, birim zaman başına ağ üzerinden iletilen veri bayt sayısı veya çerçeve sayısı cinsinden ölçülür. Ağda çarpışmalar olmadıkça, en küçük çerçeve boyutu (64 bayt) için maksimum çerçeve hızı saniyede 14881 çerçevedir. Aynı zamanda, Ethernet II çerçeveleri için faydalı bant genişliği 5,48 Mbps'dir.

Maksimum çerçeve boyutu (1500 bayt) için maksimum çerçeve hızı saniyede 813 çerçevedir. Kullanışlı bant genişliği 9.76 Mbps olacaktır.

Ethernet'teki Başlangıç (7 bayt) ve İlk Çerçeve Ayırıcı (SFD) (1 bayt) çerçeve alanları, gönderen ve alan cihazlar arasında senkronizasyon için kullanılır. Çerçevenin bu ilk sekiz baytı, alıcı düğümlerin dikkatini çekmek için kullanılır. Esasen, ilk birkaç bayt, alıcılara yeni bir çerçeve almaya hazırlanmalarını söyler.

Hedef MAC adresi alanı

Hedef MAC Adresi alanı (6 bayt), hedeflenen alıcının tanımlayıcısıdır. Hatırlayacağınız gibi, bu adres Katman 2 tarafından cihazların belirli bir çerçevenin kendilerine yönlendirilip yönlendirilmediğini belirlemesine yardımcı olmak için kullanılır. Çerçevedeki adres, cihazın MAC adresi ile karşılaştırılır. Adresler eşleşirse, cihaz çerçeveyi alır.

Kaynak MAC adresi alanı

Hedef MAC Adresi alanı (6 bayt), gönderen NIC veya çerçeve arabirimini tanımlar. Anahtarlar da bu adresi eşleme tablolarına eklemek için kullanır. Anahtarların rolü bu bölümde daha sonra tartışılacaktır.

Alan Uzunluğu / Türü

1997'den önceki herhangi bir IEEE 802.3 standardı için Uzunluk alanı, çerçeve veri alanının tam uzunluğunu belirtir. Bu daha sonra mesajın doğru bir şekilde alındığından emin olmak için FCS'nin bir parçası olarak kullanılır. Alanın amacı Ethernet II'de olduğu gibi bir tür tanımlamaksa, Tür alanı hangi protokolün uygulanmakta olduğunu açıklar.

Alanın bu iki kullanımı, 1997 yılında IEEE 802.3x standardında resmi olarak birleştirildi, çünkü her iki uygulama da yaygındı. Ethernet II Tipi alanı, mevcut 802.3 çerçeve tanımına dahil edilmiştir. Bir düğüm bir çerçeve aldığında, içinde hangi daha yüksek katman protokolünün bulunduğunu belirlemek için Uzunluk alanını incelemelidir. İki sekizlinin değeri, onaltılık sayı 0x0600 veya ondalık sayı 1536'dan büyük veya ona eşitse, Veri alanının içeriği, belirtilen protokol tipine göre çözülür. Alan değeri 0x05DC onaltılık veya 1500 ondalık sayıya eşit veya bundan küçükse, IEEE 802.3 çerçeve biçiminin kullanıldığını belirtmek için Uzunluk alanı kullanılır. Bu, Ethernet II ve 802.3 çerçevelerini farklılaştırır.

Alan Verileri ve Doldurma

Veri ve Doldurma alanları (46 - 1500 bayt), tipik bir Katman 3 PDU olan, genellikle bir IPv4 paketi olan daha yüksek bir katmandan alınan kapsüllenmiş verileri içerir. Tüm çerçeveler en az 64 bayt uzunluğunda olmalıdır. Daha küçük bir paket kapsüllenmişse, çerçeve boyutunu bu minimum boyuta yükseltmek için Dolgu kullanılır.

IEEE, genel amaçlı Ethernet II türlerinin bir listesini tutar.