Побудова мереж за технологією ethernet 1000base t. Розробка інтегрованої мережі доступу на базі технологій Ethernet і Wi-Fi

Шаблон технології Ethernet, написаний в доці IEEE 802,3. Це єдине опис кадру формату рівня MAC. У мережі Ethernet реалізований тільки один тип кадру канального рівня, заголовок якого є безліч заголовків підрівнів MAC і LLC що є якоюсь.

• Ethernet DIX / Ethernet II, З'явився в 1980 році в результаті спільної роботи трьох фірм Xerox, Intel і Digital які представив версію 802,3в як міжнародний стандарт;
• Комітет прийняв 802,3 і трохи переробив його. так з'явилися 802,3 / LLC, 802,3 / 802,2або Novell 802,2;
• Raw 802,3або Novell 802,3- створені для прискорення роботи свого стека протоколів в мережах Ethernet;
• Ethernet SNAPє підсумком комітету 802,2 які приведений до загального стандарту і став гнучкий до майбутніх можливим додаванням полів;

Сьогодні мережеве апаратне і програмне забезпечення вміють працювати з усіма форматами кадрів, і розпізнавання кадрів працює автоматично що зменшує і одним з. Формати кадрів показано на рис.1.

Малюнок 1

Кадр 802.3 / LLC

Тема цього кадру об'єднує поля заголовком кадрів IEEE 802,3 і 802,2. Стандарт 802,3 складається з:

• поле преамбули- називається полем синхронізуючих байтів - 10101010. У манчестерському кодуванні цей код модифікується в фізичному середовищі в сигнал з частотою 5 МГц.
• Початковий обмежувач кадру- є одним байтом 10101011. Це поле вказує на те, що наступний байт - це перший байт заголовка кадру.
• Адреса призначення- це поле може бути довжиною 6 або 2 байта. Зазвичай це поле використовують для MAC-адреси в 6 байт.
• Адреса джерела- це поле яке містить 6 або 2 байта MAC-адреси вузла відправника. Перший біт завжди є - 0.
• довжина- поле яке має розмір 2 байти, і містить довжину поля даних в кадрі.
• поле даних- поле може мати від 0 до 1500 байт. Але якщо раптом дані займають менше 46 байт, то використовується поле заповнювач, Який доповнює поле до 46 байт.
• поле заповнювач- Забезпечує заповнення поля даних, якщо там вагу менший 46 байт. Потрібен для коректної роботи механізму виявлень колізій.
• Поле контрольної послідовності кадру- в цьому полі записується контрольна сума розміром в 4 байта. Використовується алгоритм CRC-32 /

Цей кадр є кадр підрівня MAC, в його поле даних вологий кадр підрівня LLC з віддаленими прапорами в кінці і початку кадру який передається через.

Кадр Raw 802.3 / Novell 802,3

Раніше цей кадр був протоколом мережевого рівня в ОС MetWare. Але тепер, коли потреба в ідентифікації протоколу верхнього рівня відпала, то кадр був инкапсулирован в кадр MAC кадру LLC.

Кадр Ethernet DIX / Ethernet II

Цей кадр має структуру, яка схожа на структуру Ras 802,3. Але 2-байтовое поле довжини тут має призначення поля типу протоколу. Вказує тип протоколу верхнього рівня, яка вклала свій пакет в поле даних цього кадру. Розрізняють ці кадри по довжині поля, якщо значення менше 1500 то це поле довжини, якщо більше - то типу.

Кадр Ethernet SNAP

Кадр з'явився в результаті усунення різнобою в кодуваннях типів протоколів. Протокол використовується також в протоколі IP при інкапсуляції наступних мереж: Token Ring, FDDI, 100VC-AnyLan. Але при передачі IP пакетів через Ethernet протокол використовує кадри Ethernet DIX.

протокол IPX

Цей протокол може використовувати всі чотири типи кадру Ethernet. Він визначає тип по перевірки відсутності або наявності поля LLC. Також за полями DSAP / SSAP. Якщо значення полів рівні 0хАА, то це кадр SNAP інакше це 802,3 / LLC.

Дані, що передаються в мережі Ethernet, розбиті на кадри. Нагадаємо, що практично кожної мережевої технології (незалежно від її рівня) відповідає одиниця передачі даних: Ethernet - кадр, АТМ - осередок, IP - дейтаграмма і т.д. Дані по мережі в чистому вигляді не передаються. Як правило, до одиниці даних "прістраевается" заголовок. У деяких мережевих технологіях додається також закінчення. Тема і закінчення несуть службову інформацію і складаються з певних полів.

Так як існує кілька типів кадрів, то для того, щоб зрозуміти один одного, відправник і одержувач повинні використовувати один і той же тип кадрів. Кадри можуть бути чотирьох різних форматів, кілька відрізняються один від одного. Базових форматів кадрів (raw formats) існує всього два - Ethernet II і Ethernet 802.3. Ці формати відрізняються призначенням всього одного поля.

Для успішної доставки інформації одержувачу кожен кадр повинен крім даних містити службову інформацію: довжину поля даних, фізичні адреси відправника і одержувача, тип мережевого протоколу і т.д.

Для того, щоб робочі станції мали можливість взаємодіяти з сервером в одному сегменті мережі, вони повинні підтримувати єдиний формат кадру. Існує чотири основні різновиди кадрів Ethernet:

• Ethernet Type II
• Ethernet 802.3
• Ethernet 802.2
• Ethernet SNAP (SubNetwork Access Protocol).

Розглянемо поля, загальні для всіх чотирьох типів кадрів (рис. 1).

Мал. 1. Загальний формат кадрів Ethernet

Поля в кадрі мають таке значення:

• Поля "Преамбула" і "Ознака початку кадру" призначені для синхронізації відправника і одержувача. Преамбула являє собою 7 - байтовую послідовність одиниць і нулів. Поле ознаки початку кадру має розмір 1 байт. Ці поля не приймаються в розрахунок при обчисленні довжини кадру.
• Поле "Адреса одержувача" складається з 6 байт і містить фізичну адресу пристрою в мережі, якому адресований даний кадр. Значення цього і наступного поля є унікальними. Кожному виробнику адаптерів Ethernet призначаються перші три байта адреси, а решта три байта визначаються безпосередньо самим виробником. Наприклад, для адаптерів фірми 3Com фізичні адреси будуть починатися з 0020AF. Перший біт адреси одержувача обмежене спеціальним значенням. Якщо він дорівнює 0, то це адреса конкретного пристрою (тільки в цьому випадку перші три байта служать для ідентифікації виробника мережевої плати), а якщо 1 - широкомовний. Зазвичай в широкомовному адресу все решта біти теж встановлюються рівними одиниці (FF FF FF FF FF FF).
• Поле "Адреса відправника" складається з 6 байт і містить фізичну адресу пристрою в мережі, яке відправило даний кадр. Перший біт адреси відправника завжди дорівнює нулю.
• Поле "Довжина / тип" може містити довжину або тип кадру в залежності від використовуваного кадру Ethernet. Якщо поле задає довжину, вона вказується в двох байтах. Якщо тип - то вміст поля вказує на тип протоколу верхнього рівня, якому належить даний кадр. Наприклад, при використанні протоколу IPX поле має значення 8137, а для протоколу IP - 0800.
• Поле "Дані" містить дані кадру. Найчастіше - це інформація, потрібна протоколам верхнього рівня. Дане поле не має фіксованої довжини.
• Поле "Контрольна сума" містить результат обчислення котрольно суми всіх полів, за винятком перамбули, ознаки початку кадру і самої контрольної суми. Обчислення виконується відправником і додається в кадр. Аналогічна процедура обчислення виконується і на пристрої одержувача. У разі, якщо результат обчислення не збігається зі значенням даного поля, передбачається, що сталася помилка при передачі. В цьому випадку кадр вважається зіпсованим і ігнорується.

Слід зазначити, що мінімальна допустима довжина всіх чотирьох типів кадрів Ethernet становить 64 байта, а максимальна - 1518 байт. Так як на службову інформацію в кадрі відводиться 18 байт, то поле "Даних" може мати довжину від 46 до 1500 байт. Якщо передаються по мережі дані менше допустимої мінімальної довжини, кадр буде автоматично доповнюватися до 46 байт. Такі жорсткі обмеження на мінімальну довжину кадру введені для забезпечення нормальної роботи механізму виявлення колізій.

ТЕХНОЛОГІЯ ETHERNET

Ethernet - це найпоширеніший на сьогоднішній день стандарт локальних мереж.

Коли говорять Ethernet, то під цим звичайно розуміють будь-який з варіантів цієї технології. У більш вузькому сенсі Ethernet - це мережевий стандарт, заснований на експериментальній мережі Ethernet Network, яку фірма Xerox розробила і реалізувала в 1975 році. Метод доступу був випробуваний ще раніше: в другій половині 60-х років в радіомережі Гавайського університету використовувалися різні варіанти випадкового доступу до загальної радиосреде, отримали назву Aloha. У 1980 році фірми DEC, Intel і Xerox спільно розробили й опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі, побудованої на основі коаксіального кабелю, який став останньою версією фірмового стандарту Ethernet. Тому фірмову версію стандарту Ethernet називають стандартом Ethernet DIX або Ethernet П.

На основі стандарту Ethernet DIX був розроблений стандарт IEEE 802.3, який багато в чому збігається зі своїм попередником, але деякі відмінності все ж є. У той час як в стандарті IEEE 802.3 розрізняються рівні MAC і LLC, в оригінальному Ethernet обидва ці рівня об'єднані в єдиний канальний рівень. У Ethernet DIX визначається протокол тестування конфігурації (Ethernet Configuration Test Protocol), який відсутній в IEEE 802.3. Дещо відрізняється і формат кадру, хоча мінімальні і максимальні розміри кадрів у цих стандартах збігаються. Часто для того, щоб відрізнити Ethernet, визначений стандартом IEEE, і фірмовий Ethernet DIX, перший називають технологією 802.3, а за фірмовим залишають назва Ethernet без додаткових позначень.

Залежно від типу фізичного середовища стандарт IEEE 802.3 має різні модифікації - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, 10Base-FB.

У 1995 році був прийнятий стандарт Fast Ethernet, який багато в чому не є самостійним стандартом, про що говорить і той факт, що його опис просто є додатковим розділом до основного стандарту 802.3 - розділом 802.3u. Аналогічно, прийнятий в 1998 році стандарт Gigabit Ethernet описаний в розділі 802.3z основного документа.

Для передачі двійкової інформації по кабелю для всіх варіантів фізичного рівня технології Ethernet, що забезпечують пропускну здатність 10 Мбіт / с, використовується манчестерський код.

Всі види стандартів Ethernet (у тому числі Fast Ethernet і Gigabit Ethernet) використовують один і той же метод поділу середовища передачі даних - метод CSMA / CD.

Адресація в мережах Ethernet

Для ідентифікації отримувача інформації в технологіях Ethernet використовуються 6-ти байтові MAC-адреси.

Формат MAC - адреси забезпечує можливість використання специфічних режимів многоадресной адресації в мережі Ethernet і, одночасно, виключити можливість появи в межах однієї локальної мережі двох станцій які мали б однакову адресу.

Фізична адреса мережі Ethernet складається з двох частин:

• Ідентифікатор виробника устаткування (Vendor codes)
• Індивідуальний ідентифікатор пристрою

Спеціальна організація в складі IEEE займається розподілом дозволених кодувань даного поля за заявками фірм-виробників мережевого устаткування. Для написання MAC адреси можуть бути використані різні форми. Найбільш часто використовується шістнадцяткова форма, в якій пари байтів відокремлюються один від одного символами «-»:

E0-14-00-00-00

У мережах Ethernet і IEEE 802.3 використовуються три основні режими формування адреси призначення:

• Unicast - індивідуальну адресу;
• Multicast - груповий адресу;
• Broadcast - широкомовна адреса.

Перший режим адресації (Unicast) використовується в тому випадку, коли станція - джерело адресує передається пакет тільки одному одержувачу даних.

Ознакою використання режиму адресації Multicast є наявність 1 в молодшому бите старшого байта ідентифікатора виробника обладнання.

C-CC-CC-CC

Кадр, зміст поля DA якого належить типу Multicast, буде прийнятий і оброблений усіма станціями, які мають відповідне значення поля Vendor Code - в даному випадку - це мережеві пристрої Cisco. Наведений Multicast - адреса використовується пристроями даної фірми для взаємодії відповідно до правил Cisco Discovery Protocol (CDP).

Станція мережі Ethernet і IEEE 802.3 може також використовувати режим адресації типу Broadcast. Адреса станції призначення типу Broadcast кодується спеціальним значенням:

FF-FF-FF-FF-FF-FF

При використанні даної адреси переданий пакет буде прийнятий усіма станціями, які перебувають в даній мережі.

Метод доступу CSMA / CD

У мережах Ethernet використовується метод доступу до середовища передачі даних, званий методом колективного доступу з пізнанням несучої і виявленням колізій (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA / CD) (Множинний доступ до середовища передачі з контролем несучої і виявленням колізій) .

Протокол CSMA / CD визначає характер взаємодії робочих станцій в мережі з єдиною загальною для всіх пристроїв середовищем передачі даних. Всі станції мають рівноправні умови з передачі даних. Немає певної послідовності, відповідно до якої станції можуть отримувати доступ до середовища для здійснення передачі. Саме в цьому сенсі доступ до середовища здійснюється випадковим чином. Реалізація алгоритмів випадкового доступу представляється значно більше простим завданням, ніж реалізація алгоритмів детермінованого доступу. Оскільки в останньому випадку потрібно або спеціальний протокол, який контролює роботу всіх пристроїв мережі (наприклад протокол звернення маркера, властивий мереж Token Ring і FDDI), або спеціальне виділене пристрій - майстер концентратор, який в певній послідовності надавав би всім іншим станція можливість передавати (мережі Arcnet , 100VG AnyLAN).

Однак мережу з випадковим доступом має один, мабуть, головний недолік - це не зовсім стійка робота мережі при великій завантаженості, коли може проходити досить великий час, перш ніж даної станції вдається передати дані. Виною тому колізії, які виникають між станціями, що почали передачу одночасно або майже одночасно. При виникненні колізії передані дані не доходять до одержувачів, а передавальним станціям доводиться повторно відновлювати передачу - методи кодування, використовувані в Ethernet, не дозволяють виділяти сигнали кожної станції з загального сигналу. (З Амет, що цей факт відображений в складовою «Base (band)», яка присутня в назвах усіх фізичних протоколів технології Ethernet (наприклад, 10Base-2,10Base-T і т. п.). Baseband network означає мережу з немодулированной передачею, в якій повідомлення пересилаються в цифровій формі по єдиному каналу, без частотного поділу.)

Колізія - це нормальна ситуація в роботі мереж Ethernet. Для виникнення колізії не обов'язково, щоб кілька станцій почали передачу абсолютно одночасно, така ситуація малоймовірна. Набагато ймовірніше, що колізія виникає через те, що один вузол починає передачу раніше іншого, але до другого вузла сигнали першого просто не встигають дійти до того часу, коли другий вузол вирішує почати передачу свого кадру. Тобто колізії - це наслідок розподіленого характеру мережі.

Безліч всіх станцій мережі, одночасна передача будь-якої пари з яких призводить до колізії, називається колізійним доменом (collision domain) або доменом колізій.

Через колізії можуть виникати непередбачувані затримки при поширенні кадрів по мережі, особливо при великій завантаженості мережі (багато станцій намагаються одночасно передавати всередині колізійного домену,> 20-25) і при великому діаметрі колізійного домену (> 2 км). Тому при побудові мереж бажано уникати таких екстремальних режимів роботи

Проблема побудови протоколу, здатного найбільш оптимальним чином вирішувати колізії, і оптимизирующего роботу мережі при великих завантаженнях, була однією з ключових на етапі формування стандарту. Спочатку розглядалися три основні підходи в якості кандидатів для реалізації алгоритму випадкового доступу до середовища: непостійний, 1-постійний і р-постійний (рис.11.2).

Малюнок 11.2. Алгоритми множинного випадкового доступу (CSMA) і витримка часу в конфліктній ситуації (collision back off)

Непостійний (nonpersistent) алгоритм.При цьому алгоритмі станція, яка бажає передавати, керується такими правилами.

1. прослуховувати середу, і якщо середовище вільна (тобто якщо немає іншого передача чи ні сигналу колізії) передає, в іншому випадку - середовище зайнята - переходить до кроку 2;

2. Якщо середовище зайнята, чекає випадкове (відповідно c певної кривої розподілу ймовірностей) час і повертається до кроку 1.

Використання випадкового значення очікування при зайнятій середовищі зменшує ймовірність утворення колізій. Дійсно, припустимо в іншому випадку, що дві станції практично одночасно зібралися передавати, в той час, як третя вже здійснює передачу. Якщо перші дві не мали б випадкового часу очікування перед початком передачі (в разі, якщо середовище виявилася зайнятою), а тільки прослуховували середу і чекали, коли вона звільниться, то після припинення передачі третин станцією перші дві почали б передавати одночасно, що неминуче призводило б до колізій. Таким чином, випадкове очікування усуває можливість утворення таких колізій. Однак незручність цього методу проявляється в неефективному використанні смуги пропускання каналу. Оскільки може статися, що до того моменту, коли середовище звільниться, станція, яка бажає передавати ще буде продовжувати чекати деяке випадкове час, перш ніж зважиться прослуховувати середу, оскільки перед цим вже прослуховувала середу, яка виявилася зайнятою. В результаті канал буде простоювати, яке той час, навіть якщо тільки одна станція очікує передачі.

1-постійний (1-persistent) алгоритм. Для скорочення часу, коли середовище не зайнята, міг би використовуватися 1-постійний алгоритм. При цьому алгоритмі станція, яка бажає передавати, керується такими правилами.

1. прослуховувати середу, і якщо середовище не зайнята передає, в іншому випадку переходить до кроку 2;

2. Якщо середовище зайнята, продовжує прослуховувати середу до тих пір поки середовище не звільниться, і як тільки середовище звільняється відразу ж починає передавати.

Порівнюючи непостійний і 1-постійний алгоритми, можна сказати, що в 1-постійному алгоритмі бажає передавати станція веде себе більш "егоїстично". З цього, якщо дві або більше станцій очікують передачі (чекають поки не звільниться середовище), колізія, можна сказати, буде гарантована. Після колізії станції починають думати, що їм робити далі.

Р-постійний (p-persistent) алгоритм.Правила цього алгоритму наступні:

1. Якщо середу вільна, станція з ймовірність p відразу ж починає передачу або з ймовірність (1 p ) Очікує протягом фіксованого інтервал часу T. Інтервал T зазвичай береться рівним максимальному часу поширення сигналу від краю до краю;

2. Якщо середовище зайнята, станція продовжує прослуховування до тих пір, поки середовище не звільниться, потім переходить до кроку 1;

3. Якщо передача затримана на один інтервал T, станція повертається до кроку 1.

І тут виникає питання вибору найбільш ефективного значення параметра p . Головна проблема, як уникнути нестабільності при високих завантаженнях. Розглянемо ситуацію, при якій n станцій мають намір передати кадри, в той час як вже йде передача. По закінченню передачі очікувана кількість станцій, які спробують передавати буде дорівнює добутку кількості бажаючих передавати станцій на ймовірність передачі, тобто np . якщо np > 1, то в середньому кілька станцій намагатимуться передати відразу, що викличе колізію. Більш того, як тільки колізія буде виявлена, все станції знову перейдуть до кроку 1, що викличе повторну колізію. У гіршому випадку нові станції, які бажають зраджувати, можуть додатися до n , Що ще більше погіршить ситуацію, привівши в кінцевому підсумку до безперервної колізії і нульовий пропускної здатності. Щоб уникнути такої катастрофи твір np має бути менше одиниці. Якщо ж мережа схильна до виникнення станів, коли багато станцій одночасно бажають передавати, то необхідно зменшувати p . З іншого боку, коли p ставати занадто малим, навіть окрема станція може прочекати в середньому (1 p )/p інтервалів T, перш ніж здійснить передачу. Так якщо p = 0,1 то середній простій, що передує передачі, складе 9T.

Протокол множинного випадкового доступу до середовища з дозволом колізій CSMA / CD втілив у собі ідеї вище перерахованих алгоритмів і додав важливий елемент - дозвіл колізій. Оскільки колізія руйнує все передані в момент її утворення кадри, то і немає сенсу станціям продовжувати подальшу передачу своїх кадрів, якщо вони (станції) виявили колізії. В іншому випадку, значною була б втрата часу при передачі довгих кадрів. З цього для своєчасного виявлення колізії станція прослуховує середу на всьому протязі власної передачі. Наведемо основні правила алгоритму CSMA / CD для зраджує станції (ріс.11.3):

1. Станція, яка хотіла передавати, прослуховує середу. І передає, якщо середовище вільна. В іншому випадку (тобто якщо середовище зайнята) переходить до кроку 2. При передачі декількох кадрів підряд станція витримує певну паузу між посилками кадрів - міжкадровий інтервал, причому після кожної такої паузи перед відправкою наступного кадру станція знову прослуховує середу (повернення на початок кроку 1);

2. Якщо середовище зайнята, станція продовжує прослуховувати середу до тих пір, поки середовище не стане вільною, і потім відразу ж починає передачу;

3. Кожна станція, провідна передачу прослуховує середу, і в разі виявлення колізії, не припиняє відразу ж передачу а спочатку передає короткий спеціальний сигнал колізії - jam-сигнал, інформуючи інші станції про колізії, і припиняє передачу;

4. Після передачі jam-сигналу станція замовкає і чекає деяке довільне час відповідно до правила бінарної експоненційної затримки і потім повертаючись до кроку 1.

Щоб отримати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що колективна середу вільна. Це досягається прослуховуванням основної гармоніки сигналу, яка також називається несучою частотою (carrier-sense, CS). Ознакою незайнятості середовища є відсутність на ній несучої частоти, яка при манчестерському способі кодування дорівнює 5-10 МГц, в залежності від послідовності одиниць і нулів, переданих в даний момент.

Після закінчення передачі кадру всі вузли мережі зобов'язані витримати технологічну паузу (Inter Packet Gap) у 9,6 мкс (96 bt). Ця пауза, звана також міжкадрових інтервалом, потрібна для приведення мережних адаптерів в початковий стан, а також для запобігання монопольного захоплення середовища однією станцією.

Малюнок 11.3. Структурна схема алгоритму CSMA / CD (рівень MAC): при передачі кадру станцією

Jam-сигнал (jamming - дослівно глушіння). Передача jam-сигналу гарантує, що не один кадр не буде втрачено, так як всі вузли, які передавали кадри до виникнення колізії, прийнявши jam-сигнал, перервуть свої передачі і замовкнуть напередодні нової спроби передати кадри. Jam-сигнал повинен бути достатньої довжини, щоб він дійшов до найвіддаленіших станцій колізійного домену, з урахуванням додаткової затримки SF (safety margin) на можливих повторителях. Зміст jam-сигналу не є принциповим за винятком того, що воно не повинно відповідати значенню поля CRC частково переданого кадру (802.3), і перші 62 біта повинні представляти чергування '1' і '0' зі стартовим бітом '1'.

Малюнок 11.4. Метод випадкового доступу CSMA / CD

На рис.11.5 проілюстрований процес виявлення колізії стосовно топології шина (на основі тонкого або товстого коаксіального кабелю (стандарти 10Base5 і 10Base2 відповідно).

У момент часу вузол A(DTE A) Починає передачу, природно прослуховуючи свій же передається сигнал. У момент часу, коли кадр майже дійшов вузла B(DTE B), Цей вузол, не знаючи про те, що вже йде передача, сам починає передавати. У момент часу, вузол Bвиявляє колізію (збільшується постійна складової електричного сигналу в прослуховується лінії). Після цього вузол Bпередає jam-сигнал і припиняє передачу. У момент часу сигнал колізії доходить до вузла A, після чого Aтакож передає jam-сигнал і припиняє передачу.

Малюнок 11.5. Виявлення колізії в при використанні схеми CSMA / CD

За стандартом IEEE 802.3 вузол не може зраджувати дуже короткі кадри, чи іншими словами вести дуже короткі передачі. Навіть якщо поле даних не заповнено до кінця, то з'являється спеціальне додаткове поле, подовжує кадр до мінімальної довжини 64 байта без урахування преамбули. час каналу ST (slot time) - це мінімальний час, протягом якого вузол зобов'язаний вести передачу, займати канал. Це час відповідає передачі кадру мінімального допустимого розміру, прийнятого стандартом. Час каналу пов'язано з максимальним допустимим відстанню між вузлами мережі - діаметром колізійного домену. Припустимо, що в наведеному вище прикладі реалізується найгірший сценарій, коли станції Aі Bвіддалені один від одного на максимальну відстань. Час, поширення сигналу від Aдо Bпозначимо через. вузол Aпочинає передавати в нульовий момент часу. вузол Bпочинає передавати в момент часу і виявляє колізію через інтервал після початку своєї передачі. вузол Aвиявляє колізію в момент часу. Для того, щоб кадр, випущений A, Не був загублений, необхідно, щоб вузол Aне припиняв вести передачу до цього моменту, так як тоді, виявивши колізію, вузол Aзнатиме, що його кадр не дійшов, і спробує передавати його повторно. В іншому випадку кадр буде втрачено. Максимальний час, через яке з моменту початку передачі вузол Aще може знайти колізію одно - це час називається часом подвійного обороту сигналу PDV (Path Delay Value, PDV). У більш загальному випадку PDV визначає сумарну затримку, пов'язану як з затримкою через кінцевої довжини сегментів, так і з затримкою, що виникає при обробці кадрів на фізичному рівнем проміжних повторювачів і кінцевих вузлів мережі. Для подальшого розгляду зручно використовувати також іншу одиницю виміру часу: бітове час bt (bit time). Час в 1 bt відповідає часу, необхідного для передачі одного біта, тобто 0,1 мкс при швидкості 10 Мбіт / с.

Чітке розпізнавання колізій усіма станціями мережі є необхідною умовою коректної роботи мережі Ethernet. Якщо яка-небудь передавальна станція не розпізнає колізію і вирішить, що кадр даних нею переданий вірно, то цей кадр даних буде загублений. Через накладення сигналів при колізії інформація кадру спотвориться, і він буде відбракований приймаючої станцією (можливо, через розбіжність контрольної суми). Швидше за все, перекручена інформація буде повторно передана яким-небудь протоколом верхнього рівня, наприклад транспортним або прикладним, працюючим із установленням з'єднання. Але повторна передача повідомлення протоколами верхніх рівнів відбудеться через значно більш тривалий інтервал часу (іноді навіть через кілька секунд) у порівнянні з мікросекундними інтервалами, якими оперує протокол Ethernet. Тому якщо колізії НЕ будуть надійно розпізнаватися вузлами мережі Ethernet, то це призведе до помітного зниження корисної пропускної здатності даної мережі.

Для надійного розпізнавання колізій повинно виконуватися наступне співвідношення:

T min> = PVD,

де T min - час передачі кадру мінімальної довжини, a PDV - час, за який сигнал колізії встигає розповсюдитися до найдальшого вузла мережі. Так як в гіршому випадку сигнал повинен пройти двічі між найбільш віддаленими один від одного станціями мережі (в одну сторону проходить неспотворений сигнал, а на зворотному шляху поширюється вже спотворений колізією сигнал), то саме тому цей час називається часом подвійного обороту (Path Delay Value, PDV).

При виконанні цієї умови передавальну станцію повинна встигати виявити колізію, яку викликав переданий її кадр, ще до того, як вона закінчить передачу цього кадру.

Очевидно, що виконання цієї умови залежить, з одного боку, від довжини мінімального кадру і пропускної здатності мережі, а з іншого боку, від довжини кабельної системи мережі і швидкості поширення сигналу в кабелі (для різних типів кабелю ця швидкість дещо відрізняється).

Всі параметри протоколу Ethernet підібрані таким чином, щоб при нормальній роботі вузлів мережі колізії завжди чітко розпізнавалися. При виборі параметрів, звичайно, враховувалося і наведене вище співвідношення, що зв'язує між собою мінімальну довжину кадру і максимальна відстань між станціями в сегменті мережі.

У стандарті Ethernet прийнято, що мінімальна довжина поля даних кадру становить 46 байт (що разом зі службовими полями дає мінімальну довжину кадру 64 байт, а разом з преамбулою - 72 байт або 576 біт).

При передачі великих кадрів, наприклад 1500 байт, колізія, якщо вона взагалі виникне, виявляється практично на самому початку передачі, не пізніше перших 64 переданих байт (якщо колізія не виникла в цей час, то пізніше вона вже не виникне, оскільки всі станції прослуховують лінію і, "чуючи" передачу, будуть мовчати). Так як jam-сигнал значно коротше повного розміру кадру, то при використанні алгоритму CSMA / CD кількість в холосту витраченої ємності каналу скорочується до часу, необхідного на виявлення колізії. Раннє виявлення колізій призводить до більш ефективного використання каналу. Пізніше виявлення колізій, властиве більш протяжним мереж, коли діаметр колізійного домену становить кілька кілометрів, що знижує ефективність роботи мережі. На підставі спрощеної теоретичної моделі поведінки завантаженої мережі (в припущенні великого числа одночасно передавальних станцій і фіксованої мінімальної довжини переданих кадрів у всіх станцій) можна виразити продуктивність мережі U через ставлення PDV / ST:

де - підстава натурального логарифма. На продуктивність мережі впливає розмір трансльованих кадрів і діаметр мережі. Продуктивність в найгіршому випадку (коли PDV = ST) становить близько 37%, а в найкращому випадку (коли PDV багато менше, ніж ST) прагне до 1. Хоча формула і виведена в межі великого числа станцій, які намагаються передавати одночасно, вона не враховує особливостей алгоритму усіченої бінарної експоненційної затримки, розглянутого нижче, і не справедлива для сильно перевантаженої колізіями мережі, наприклад, коли станцій, які бажають передавати, стає більше 15.

Усічена бінарна експоненціальна затримка(Truncated binary exponential backoff). Алгоритм CSMA / CD, прийнятий в стандарті IEEE 802.3, найбільш близький до 1-постійного алгоритму, але відрізняється додатковим елементом - усіченої бінарної експоненційної затримкою. При виникненні колізії стація підраховує, скільки разів поспіль при відправці пакета виникає колізія. Оскільки повторювані колізії свідчать про високу завантаженість середовища, MAC-вузол намагається збільшувати затримку між повторними спробами передачі кадру. Відповідна процедура збільшення інтервалів часу підпорядковується правилу усіченої бінарної експоненційної затримки.

Випадкова пауза вибирається за наступним алгоритмом:

Пауза = Lх (інтервал відстрочки),

де (інтервал відстрочки) = 512 бітовим інтервалам (51,2 мкс);

L являє собою ціле число, обране з рівною імовірністю з діапазону, де N - номер повторної спроби передачі даного кадру: 1,2, ..., 10.

Після 10-ї спроби інтервал, з якого вибирається пауза, не збільшується. Таким чином, випадкова пауза може приймати значення від 0 до 52,4 мс.

Якщо 16 послідовних спроб передачі кадру викликають колізію, то передавач повинен припинити спроби і відкинути цей кадр.

Алгоритм CSMA / CD з використанням усіченої бінарної експоненційної затримки визнаний кращим серед безлічі алгоритмів випадкового доступу і забезпечує ефективну роботу мережі як при малих, так і при середніх загрузках. При великих завантаженнях слід зазначити два недоліки. По-перше, при великому числі колізій станція 1, яка вперше збирається відправити кадр (до цього не намагалася передавати кадри), має перевагу перед станцією 2, яка вже кілька разів безуспішно намагалася передати кадр, натикаючись на колізії. Оскільки станція 2 чекає чимало часу перед наступними спробами відповідно до правила бінарної експоненційної затримки. Таким чином, може спостерігатися нерегулярність передачі кадрів, що небажано для залежних від часу додатків. По-друге, при великій завантаженості знижується ефективність роботи мережі в цілому. Оцінки показують, що при одночасній передачі 25 станцій загальна смуга пропускання знижується приблизно в 2 рази. Але число станцій в коллизионном домені може бути більше, оскільки далеко не всі вони одночасно будуть звертатися до середовища.

Прийом кадру (ріс.11.6)

Малюнок 11.6. Структурна схема алгоритму CSMA / CD (рівень MAC): при прийомі кадру станцією

Приймаюча станція або інший мережний пристрій, наприклад, концентратор або комутатор насамперед синхронізується по преамбулі і потім перетворює манчестерський код в бінарну форму (на фізичному рівні). Далі обробляється бінарний потік.

На рівні MAC залишилися біти преамбули скидаються, а станція читає адресу призначення і порівнює його зі своїм власним. Якщо адреси збігаються, то поля кадру за винятком преамбули, SDF і FCS поміщаються в буфер і обчислюється контрольна сума, яка порівнюється з полем контрольної послідовності кадру FCS (використовується метод циклічного підсумовування CRC-32). Якщо вони рівні, то вміст буфера передається протоколу більш високого рівня. В іншому випадку кадр скидається. Виникнення колізії при прийомі кадру виявляється або по зміні електричного потенціалу, якщо використовується коаксіальний сегмент, або за фактом прийому дефектного кадру, невірна контрольна сума, якщо використовується кручена пара або оптичне волокно. В обох випадках прийнята інформація скидається.

З опису методу доступу видно, що він носить імовірнісний характер, і ймовірність успішного отримання в своє розпорядження загального середовища залежить від завантаженості мережі, тобто від інтенсивності виникнення в станціях потреби в передачі кадрів. При розробці цього методу в кінці 70-х років передбачалося, що швидкість передачі даних в 10 Мбіт / с дуже висока в порівнянні з потребами комп'ютерів у взаємному обміні даними, тому завантаження мережі буде завжди невеликий. Це припущення залишається іноді справедливим і донині, однак уже з'явилися додатки, що працюють в реальному масштабі часу з мультимедійною інформацією, що дуже завантажують сегменти Ethernet. При цьому колізії виникають набагато частіше. При значній інтенсивності колізій корисна пропускна здатність мережі Ethernet різко падає, тому що мережа майже постійно зайнята повторними спробами передачі кадрів. Для зменшення інтенсивності виникнення колізій потрібно або зменшити трафік, скоротивши, наприклад, кількість вузлів в сегменті або замінивши додатки, або підвищити швидкість протоколу, наприклад перейти на Fast Ethernet.

Слід зазначити, що метод доступу CSMA / CD взагалі не гарантує станції, що вона коли-небудь зможе отримати доступ до середовища. Звичайно, при невеликому завантаженні мережі ймовірність такого події невелика, але при коефіцієнті використання мережі, що наближається до 1, така подія стає дуже ймовірним. Цей недолік методу випадкового доступу - плата за його надзвичайну простоту, яка зробила технологію Ethernet найдешевшої. Інші методи доступу - маркерний доступ мереж Token Ring і FDDI, метод Demand Priority мереж 100VG-AnyLAN - вільні від цього недоліку.

В результаті обліку всіх факторів було ретельно підібрано співвідношення між мінімальною довжиною кадру і максимально можливим відстанню між станціями мережі, що забезпечує надійне розпізнавання колізій. Це відстань називають також максимальним діаметром мережі.

Зі збільшенням швидкості передачі кадрів, що має місце в нових стандартах, які базуються на тому ж методі доступу CSMA / CD, наприклад Fast Ethernet, максимальна відстань між станціями мережі зменшується паралельно зі збільшенням швидкості передачі. У стандарті Fast Ethernet воно становить близько 210 м, а в стандарті Gigabit Ethernet воно було б обмежена 25 метрами, якби розробники стандарту не вжили деяких заходів по збільшенню мінімального розміру пакета.

У табл. 11.1 наведені значення основних параметрів процедури передачі кадру стандарту 802.3, що не залежать від реалізації фізичного середовища. Важливо відзначити, що кожен варіант фізичного середовища технології Ethernet додає до цих обмежень свої, часто більш суворі обмеження, які також повинні виконуватися і які будуть розглянуті нижче.

Таблиця 11.1.Параметри рівня MAC Ethernet

параметри	значення
швидкість передачі	10 Мбіт / с
інтервал відстрочки	512 bt
Міжкадровий інтервал (IPG)	9,6 мкс
Максимальне число спроб передачі
Максимальне число зростання діапазону паузи
Довжина jam-послідовності	32 біта
Максимальна довжина кадру (без преамбули)	1518 байт
Мінімальна довжина кадру (без преамбули)	64 байт (512 біт)
довжина преамбули	64 біт
Мінімальна довжина випадкової паузи після колізії	0 bt
Максимальна довжина випадкової паузи після колізії	524000 bt
Максимальна відстань між станціями мережі	2500м
Максимальне число станцій в мережі

Формати кадрів технології Ethernet

Стандарт технології Ethernet, описаний в документі IEEE 802.3, дає опис єдиного формату кадру рівня MAC. Так як в кадр рівня MAC повинен вкладатися кадр рівня LLC, описаний в документі IEEE 802.2, то за стандартами IEEE в мережі Ethernet може використовуватися тільки єдиний варіант кадру канального рівня, заголовок якого є комбінацією заголовків MAC і LLC підрівнів.

Проте, на практиці в мережах Ethernet на канальному рівні використовуються кадри 4-х різних форматів (типів). Це пов'язано з тривалою історією розвитку технології Ethernet, що нараховує період існування до прийняття стандартів IEEE 802, коли підрівень LLC не виділявся із загального протоколу і, відповідно, заголовок LLC не застосовувався.

Консорціум трьох фірм Digital, Intel і Xerox в 1980 році представив на розгляд комітету 802.3 свою фірмову версію стандарту Ethernet (у якій був, природно, описаний певний формат кадру) в якості проекту міжнародного стандарту, але комітет 802.3 прийняв стандарт, що відрізняється в деяких деталях від пропозиції DIX. Відмінності стосувалися і формату кадру, що породило існування двох різних типів кадрів в мережах Ethernet.

Ще один формат кадру з'явився в результаті зусиль компанії Novell по прискоренню роботи свого стека протоколів в мережах Ethernet.

І, нарешті, четвертий формат кадру став результатом діяльності комітету 802: 2 по приведенню попередніх форматів кадрів до деякого загального стандарту.

Відмінності в форматах кадрів можуть приводити до несумісності в роботі апаратури і мережевого програмного забезпечення, розрахованого на роботу тільки з одним стандартом кадру Ethernet. Однак сьогодні практично всі мережеві адаптери, драйвери мережевих адаптерів, мости / комутатори і маршрутизатори вміють працювати з усіма використовуваними на практиці форматами кадрів технології Ethernet, причому розпізнавання типу кадру виконується автоматично.

Нижче наводиться опис усіх чотирьох типів кадрів Ethernet (тут під кадром розуміється весь набір полів, які належать до канального рівня, тобто поля MAC і LLC рівнів). Один і той же тип кадру може мати різні назви, тому нижче для кожного типу кадру приведено по декілька найбільш уживаних назв:

• кадр 802.3 / LLC (кадр 802.3 / 802.2 або кадр Novell 802.2);
• кадр Raw 802.3 (або кадр Novell 802.3);
• кадр Ethernet DIX (або кадр Ethernet II);
• кадр Ethernet SNAP.

Формати всіх цих чотирьох типів кадрів Ethernet наведені на рис. 11.7.

Кадр 802.3 / LLC

Заголовок кадру 802.3 / LLC є результатом об'єднання полів заголовків кадрів, визначених у стандартах IEEE 802.3 і 802.2.

Стандарт 802.3 визначає вісім полів заголовка (рис. 11.7; поле преамбули і початковий обмежувач кадру на малюнку не показані).

• Поле преамбули (Preamble)складається з семи синхронізуючих байт 10101010. При манчестерському кодуванні ця комбінація представляється у фізичному середовищі періодичним хвильовим сигналом з частотою 5 МГц.
• Початковий обмежувач кадру (Start-of-frame-delimiter, SFD)складається з одного байта 10101011. Поява цієї комбінації біт є вказівкою на те, що наступний байт - це перший байт заголовка кадру.
• Адреса призначення (Destination Address, DA)може бути довжиною 2 або 6 байт. На практиці завжди використовуються адреси з 6 байт. Перший біт старшого байта адреси призначення є ознакою того, є адреса індивідуальним або груповим. Якщо він дорівнює 0, то адреса є індивідуальним (unicast), a якщо 1, то це груповий адресу (multicast).Якщо адреса складається з всіх одиниць, тобто має шістнадцяткове представлення 0xFFFFFFFFFFFF, то він призначається всім вузлам мережі і називається широкомовною адресою (broadcast).

У стандартах IEEE Ethernet молодший біт байта зображується в самій лівій позиції поля, а старший біт -у самій правій. Цей нестандартний спосіб відображення порядку біт в байті відповідає порядку передачі біт в лінію зв'язку передавачем Ethernet. У стандартах інших організацій, наприклад RFC IETF, ITU-T, ISO, використовується традиційне уявлення байта, коли молодший біт вважається самим правим бітом байта, а старший - самим лівим. При цьому порядок проходження байтів залишається традиційним. Тому при читанні стандартів, опублікованих цими організаціями, а також читанні даних, що відображаються на екрані операційною системою або аналізатором протоколів, значення кожного байта кадру Ethernet потрібно дзеркально відобразити, щоб отримати правильне уявлення про значення розрядів цього байта відповідно до документами IEEE. Наприклад, груповий адресу, наявний в нотації IEEE вид 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 або в шістнадцятковій запису 80-00-A7-FO-00-00, буде, швидше за все, відображений аналізатором протоколів в традиційному вигляді як 01-00-5E-0F-00-00.

• Адреса джерела (Source Address, SA) -це 2 або 6-байтовое поле, що містить адресу вузла - відправника кадру. Перший біт адреси завжди має значення 0.
• Довжина (Length, L) - 2-байтовое поле, яке визначає довжину поля даних в кадрі.
• Поле даних (Data)може містити від 0 до 1500 байт. Але якщо довжина поля менше 46 байт, то використовується наступне поле - поле заповнення, - щоб доповнити кадр до мінімально допустимого значення в 46 байт.
• Поле заповнення (Padding)складається з такої кількості байт заповнювачів, яке забезпечує мінімальну довжину поля даних в 46 байт. Це забезпечує коректну роботу механізму виявлення колізій. Якщо довжина поля даних достатня, то поле заповнення в кадрі не з'являється.
• Поле контрольної суми (Frame Check Sequence, PCS)складається з 4 байт, що містять контрольну суму. Це значення обчислюється за алгоритмом CRC-32. Після отримання кадру робоча станція виконує власне обчислення контрольної суми для цього кадру, порівнює отримане значення зі значенням поля контрольної суми і, таким чином, визначає, чи не спотворений чи отриманий кадр.

Кадр 802.3 є кадром МАС-підрівня, тому відповідно до стандарту 802.2 в його поле даних вкладається кадр підрівня LLC з віддаленими прапорами початку і кінця кадру. Формат кадру LLC був описаний вище. Так як кадр LLC має заголовок довжиною 3 (у режимі LLC1) або 4 байт (в режимі LLC2), то максимальний розмір поля даних зменшується до 1497 або тисячу чотиреста дев'яносто шість байт.

Малюнок 11.7. Формати кадрів Ethernet

Схожа інформація.

EtherNet стандарт IEEE 802.3

Це найпоширеніший на сьогоднішній день стандарт технології мережі.

особливості:

• працює з коаксіальним кабелем, кручений парою, оптичними кабелями;
• топологія - шина, зірка;
• метод доступу - CSMA / CD.

Архітектура мережевої технології Ethernet фактично об'єднує цілий набір стандартів, що мають як загальні риси, так і відмінності.

Технологія Ethernet була розроблена разом з багатьма першими проектами корпорації Xerox PARC. Загальноприйнято вважати, що Ethernet був винайдений 22 травня 1973 року, коли Роберт Меткалф склав доповідну записку для глави PARC про потенціал технології Ethernet. Але законне право на технологію Меткалф отримав через кілька років. У 1976 році він і його асистент Девід Боггс видали брошуру під назвою «Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks». Меткалф пішов з Xerox в 1979 році і заснував компанію 3Com для просування комп'ютерів і локальних обчислювальних мереж. Йому вдалося переконати DEC, Intel і Xerox працювати спільно і розробити стандарт Ethernet (DIX). Вперше цей стандарт був опублікований 30 вересня 1980 року.

Подальший розвиток технології EtherNet:

• 1982-1993 розробка 10Мбіт / с EtherNet;
• 1995-1998 розробка Fast EtherNet;
• 1998-2002 розробка GigaBit EtherNet;
• 2003-2007 розробка 10GigaBit EtherNet;
• 2007-2010 розробка 40 і 100GigaBit EtherNet;
• 2010 з цього дня розробка Terabit Ethernet.

На рівні MAC, який забезпечує доступ до середовища і передачі кадру, для ідентифікації мережевих інтерфейсів вузлів мережі використовуються регламентовані стандартом унікальні 6-байтові адреси, звані MAC-адресами. Зазвичай MAC-адреса записується у вигляді шести пар шістнадцяткових цірф, розділених тире або двокрапкою, наприклад 00-29-5E-3C-5B-88. Кожен мережевий адаптер має MAC-адресу.

Структура MAC-адреси Ethernet:

• перший біт MAC-адреси одержувача називається бітом I / G (individual / group або широкомовною). В адресі джерела він називається індикатором маршруту від джерела (Source Route Indicator);
• другий біт визначає спосіб призначення адреси;
• три старших байта адреси називаються захисним адресою (Burned In Address, BIA) або унікальним ідентифікатором організації (Organizationally UniqueIdentifier, OUI);
• за унікальність молодших трьох байт адреси відповідає сам виробник.

Деякі мережеві програми, зокрема wireshark, можуть відразу відображати замість коду виробника - назва фірми виробника даної мережевої карти.

Формат кадру технології EtherNet

У мережах Ethernet існує 4 типи фреймів (кадрів):

• кадр 802.3 / LLC (або кадр Novell802.2),
• кадр Raw 802.3 (або кадр Novell 802.3),
• кадр Ethernet DIX (або кадр Ethernet II),
• кадр Ethernet SNAP.

На практиці в обладнанні EtherNet використовується тільки один формат кадру, а саме кадр EtherNet DIX, який іноді називають кадром за номером останнього стандарту DIX.

• Перші два поля заголовка відведені під адреси:
• DA (Destination Address) - MAC-адресу вузла призначення;
• SA (Source Address) - MAC-адресу вузла відправника. Для доставки кадру досить однієї адреси - адреси призначення, адреса джерела поміщається в кадр для того, щоб вузол, який отримав кадр, знав, від кого прийшов кадр і кому потрібно на нього відповісти.
• Поле T (Type) містить умовний код протоколу верхнього рівня, дані якого знаходяться в полі даних кадру, наприклад шістнадцяткове значення 08-00 відповідає проколу IP. Це поле потрібно для підтримки інтерфейсних функцій мультиплексування і демультиплексування кадрів при взаємодії з протоколами верхніх рівнів.
• Поле даних. Якщо довжина призначених для користувача даних менше 46 байт, то це поле доповнюється до мінімального розміру байтами заповнення.
• Поле контрольної послідовності кадру (Frame Check Sequence, FCS) складається з 4 байт контрольної суми. Це значення обчислюється за алгоритмом CRC-32.

Кадр EtherNet DIX (II) не відображає поділу канального рівня EtherNet на рівень MAC і рівень LLC: його поля підтримують функції обох рівнів, наприклад інтерфейсні функції поля T відносяться у функціях рівня LLC, в той час як всі інші поля підтримують функції рівня MAC.

Розглянемо формат кадру EtherNet II на прикладі перехопленого пакету за допомогою мережевого аналізатора Wireshark

Зверніть увагу, що так як MAC адреса складається з коду виробника і номера інтерфейсу, то мережевий аналізатор відразу перетворює код виробника в назву фірми-виробника.

Таким чином в технології EtherNet як адресу призначення і адреси одержувача виступають MAC адреси.

Стандарти технології Ethernet

Фізичні специфікації технології Ethernet включають такі середовища передачі даних.

• l0Base-5 - коаксіальний кабель діаметром 0,5 дюйма (1 дм = 2,54 см), званий "товстим" коаксіальним кабелем, з хвильовим опором 50 Ом.
• l0Base-2 - коаксіальний кабель діаметром 0,25 дюйма, званий «тонким» коаксіальним кабелем, з хвильовим опором 50 Ом.
• l0Base-T - кабель на основі неекранованої кручений пари (Unshielded Twisted Pair, UTP), категорії 3,4,5.
• l0Base-F - волоконно-оптичний кабель.

Число 10 позначає номінальну бітову швидкість передачі даних стандарту, тобто 10Мбіт / с а слово «Base» - метод передачі на одній базовій частоті. Останній символ позначає тип кабелю.

Кабель використовується як моноканал для всіх станцій, максимальна довжина сегмента 500м. Станція підключатися до кабелю через приймач - трансфер. Трансівер з'єднується з мережним адаптером роз'єму DB-15 інтерфейсним кабелем AUI. Потрібна наявність термінаторів на кожному кінці, для поглинання поширюються по кабелю сигналів.

Правила «5-4-3» для коаксіальних мереж:

Стандарт мереж на коаксіальному кабелі дозволяє використання в мережі не більше 4 повторювачів і, відповідно, не більше 5 сегментів кабелю. При максимальній довжині сегмента кабелю в 500 м це дає максимальну довжину мережі в 500 * 5 = 2500 м. Тільки 3 сегменти з 5 можуть бути навантаженими, тобто такими, до яких підключаються кінцеві вузли. Між навантаженими сегментами повинні бути ненавантажені сегменти.

l0Base-2

Кабель використовується як моноканал для всіх станцій, максимальна довжина сегмента 185 м. Для підключення кабелю до мережевої карти потрібен T-коннектор, а на кабелі має бути BNC-коннектор.

Також використовується правило 5-4-3.

l0Base-T

Утворює зіркоподібну топологію на основі концентратора, концентратор здійснює функцію повторювача і утворює єдиний моноканал, максимальна довжина сегмента 100м. Кінцеві вузли з'єднуються за допомогою двох кручених пар. Одна пара для передачі даних від вузла до концентратора - Tx, а інша для передачі даних від концентратора до вузла - Rx.
Правила «4-х хабів» для мереж на основі витої пари:
У стандарті мереж на кручений парі визначено максимально число концентраторів між будь-якими двома станціями мережі, а саме 4. Це правило зветься «правила 4-х хабів». Очевидно, що якщо між будь-якими двома вузлами мережі не повинно бути більше 4-х повторювачів, то максимальний діаметр мережі на основі витої пари становить 5 * 100 = 500 м (максимальна довжина сегмента 100м).

10Base-F

Функціонально мережу Ethernet на оптичному кабелі складається з тих же елементів, що і мережа стандарту 10Base-T

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) перший стандарт комітету 802.3 для використання оптоволокна в мережах Ethernet. Мах довжина сегмента 1000м, мах число хабів 4, при загальній довжині мережі не більше 2500 м.

Стандарт 10Base-FL незначне поліпшення стандарту FOIRL. Мах довжина сегмента 2000 м. Максимальне число хабів 4, а максимальна довжина мережі - 2500 м.

Стандарт 10Base-FB призначений тільки для з'єднання повторювачів. Кінцеві вузли не можуть використовувати цей стандарт для приєднання до портів концентратора. Мах число хабів 5, мах довжина одного сегмента 2000 м і максимальній довжині мережі 2740 м.

Таблиця. Параметри специфікацій фізичного рівня для стандарту Ethernet

При розгляді правила «5-4-3» або «4-х хабів», в разі появи на шляху поширення по кабелях уявного сигналу пристрою типу «свіч», розрахунок топологічних обмежень починається з нуля.

Пропускна здатність мережі Ethernet

Пропускна здатність оцінюється через кількість кадрів або кількість байт даних, що передаються по мережі за одиницю часу. Якщо в мережі не відбуваються колізії, максимальна швидкість передачі кадрів мінімального розміру (64 байта) становить 14881 кадрів в секунду. При цьому корисна пропускна здатність для кадрів Ethernet II - 5.48 Мбіт / с.

Максимальна швидкість передачі кадрів максимального розміру (1500 байт) складає 813 кадрів в секунду. Корисна пропускна здатність при цьому складе 9.76 Мбіт / с.

Поля кадру Преамбула (7 байтів) і Початковий розмежувач кадрів (SFD) (1 байт) в Ethernet використовуються для синхронізації між передавачем і приймають пристроями. Ці перші вісім байтів фрейма використовуються, щоб привернути увагу вузлів отримання. По суті перші кілька байтів кажуть одержувачам підготуватися приймати новий кадр.

Поле MAC-адресу Призначення

Поле MAC Адреса Призначення (6 байтів) є ідентифікатором для передбачуваного одержувача. Як Ви можете згадати, ця адреса використовується Рівнем 2, щоб допомогти пристроїв у визначенні, адресується їм даний фрейм. Адреса у фреймі порівнюється з MAC-адресою пристрою. Якщо адреси збігаються, пристрій приймає фрейм.

Поле MAC-адресу Джерела

Поле MAC Адреса Призначення (6 байтів) ідентифікує відправляє NIC або інтерфейс фрейму. Комутаторитакож використовують цю адресу, щоб додати його до своїх таблиць зіставлення. Роль комутаторів буде обговорюватися пізніше в цій рубриці.

Поле Довжина / Тип

Для будь-якого стандарту IEEE 802.3, більш раннього 1997 року, поле Довжина визначає точну довжину поля даних у кадрі. Це пізніше використовується пізніше в якості частини FCS, щоб гарантувати, що повідомлення було отримано коректно. Якщо мета поля полягає в тому, щоб визначити тип, як в Ethernet II, поле Тип описує, який реалізується протокол.

Ці два застосування поля були офіційно об'єднані в 1997 в стандарті IEEE 802.3x, тому що обидва застосування були поширені. Поле Тип Ethernet II включається в поточне визначення фрейму 802.3. Коли вузол приймає кадр, він повинен досліджувати поле Довжина, щоб визначити, який протокол більш високого рівня в ньому присутня. Якщо значення двох октетів більше або дорівнює, ніж шістнадцяткове число 0x0600 або десяткове число 1536, то вміст поля Дані декодируется згідно позначеному типу протоколу. Якщо значення поля менше або дорівнює, ніж шістнадцяткове число 0x05DC або десяткове число 1500, поле Довжина використовується для вказівки використання формату кадру IEEE 802.3. Таким чином розрізняються кадри Ethernet II і 802.3.

Поля Дані та набивання

Поля Дані та набивання (46 - 1500 байтів) містять інкапсульовані дані від більш високого рівня, який є типовим PDU Рівня 3, зазвичай, пакетом IPv4. Всі фрейми повинні бути принаймні 64 байта довжиною. Якщо инкапсулируется пакет меншого розміру, використовується Набивання, щоб збільшити розмір кадру до цього мінімального розміру.

IEEE підтримує список загального призначення типів Ethernet II.