Какую функцию не выполняет подуровень mac. Канальный уровень

24.03.2019

Hub или концентратор - многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии. Кроме того, возможно их соединение магистральным кабелем в шинную топологию. Автосегментация необходима для повышения надежности сети. Ведь Hub, заставляющий на практике применять звездообразную кабельную топологию, находится в рамках стандарта IEEE 802.3 и тем самым обязан обеспечивать соединение типа МОНОКАНАЛ.

Назначение концентраторов - объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Для рабочей группы характерны следующие признаки: определенная территориальная сосредоточенность; коллектив пользователей рабочей группы решает сходные задачи, использует однотипное программное обеспечение и общие информационные базы; в пределах рабочей группы существуют общие требования по обеспечению безопасности и надежности, происходит одинаковое воздействие внешних источников возмущений (климатических, электромагнитных и т.п.); совместно используются высокопроизводительные периферийные устройства; обычно содержат свои локальные сервера, нередко территориально расположенные на территории рабочей группы.

OSI . Концентраторы работают на физическом уровне (Уровень 1 базовой эталонной модели OSI). Поэтому они не чувствительны к протоколам верхних уровней. Результатом этого является возможность совместного использования различных операционных систем (Novell NetWare, SCO UNIX, EtherTalk, LAN Manager и пр., совместимые с сетями Ethernet или IEEE 802.3). Есть, правда, определенное "давление" на хозяина сети при использовании программ управления сетью: управляющие программы, как правило, используют для связи с SNMP оборудованием протокол IP. Поэтому в части управления сетью приходится использовать только этот протоколы и соответственно операционные оболочки на станциях управления сетью. Но это не очень серьезное давление, ибо протокол IP является, наверное, самым популярным. Все концентраторы обладают следующими характерными эксплуатационными признаками:

оснащены светодиодными индикаторами, указывающими состояние портов (Port Status), наличие коллизий (Collisions), активность канала передачи (Activity), наличие неисправности (Fault) и наличие питания (Power), что обеспечивает быстрый контроль состояния всего концентратора и диагностику неисправностей;

при включении электропитания выполняют процедуру самотестирования, а в процессе работы - функцию самодиагностики;

имеют стандартный размер по ширине - 19"";

обеспечивают автосегментацию портов для изоляции неисправных портов и улучшения сохранности сети (network integrity);

обнаруживают ошибку полярности при использовании кабеля на витой паре и автоматически переключают полярность для устранения ошибки монтажа;

поддерживают конфигурации с применением нескольких концентраторов, соединенных друг с другом либо посредством специальных кабелей и stack-портов, либо тонкой коаксиальной магистрали, включенной между портами BNC, либо посредством оптоволоконного или толстого коаксиального кабеля подключенного через соответствующие трансиверы к порту AUI, либо посредством UTP кабелей, подключенных между портами концентраторов;

поддерживают речевую связь и передачу данных через один и тот же кабельный жгут;

прозрачны для программных средств сетевой операционной системы;

могут быть смонтированы и введены в действие в течении нескольких минут.

Концентраторы начального уровня - 8-ми, 5-ти, реже 12...16-ти портовые концентраторы. Часто имеют дополнительный BNC, реже AUI порт. Не обеспечивает возможности управления ни через консольный порт (в виду его отсутствия), ни по сети (по причине отсутствия SNMP модуля). Являются простым и дешевым решением для организации рабочей группы небольшого размера.

Концентраторы среднего класса - 12-ми, 16-ти, 24-х портовые концентраторы. Имеют консольный порт, часто дополнительные BNC и AUI порты. Этот тип концентраторов предоставляет возможности для внеполосного управления сетью (out-of-band management) через консольный порт RS232 под управлением какой-либо стандартной терминальной программы, что дает возможность конфигурировать другие порты и считывать статистические данные концентратора. Этот тип концентраторов позиционируют для построения сетей в диапазоне от малых до средних, которые в дальнейшем будут развиваться и потребуют введения программного управления.

SNMP-управляемые концентраторы - 12-ми, 16-ти, 24-х и 48-ми портовые концентраторы. Их отличает не только наличие консольного порта RS-232 для управления, но и возможность осуществления управление и сбор статистики по сети используя протоколы SNMР/IР или IРХ. Владельцу подобного hub-а становятся доступными следующие сбор статистики на узлах сети (концентраторах), ее первичная обработка и анализ: идентифицируются главные источники сообщений /top talkers/, наиболее активные пользователи /heavy users/, источники ошибок и коммуникационные пары /communications pairs/. Эти типы концентраторов целесообразно применять для построения LAN-сетей в диапазоне от средних и выше, которые безусловно будут развиваться. Эти сети всегда требуют программного управления сетью, в том числе удаленного.

BNC-концентраторы или концентраторы ThinLAN - многопортовые повторители для тонких коаксиальных кабелей, используемых в сетях стандартов 10Base2. Они имеют в своем составе порты BNC и, как правило, один порт AUI, часто поддерживают SNMP протоколы. Они, как и hub-ы 10Base-T, сегментируют порты (отключая при этом не одну станцию, а абонентов всего луча) и транслируют входящие пакеты во все порты. На каждый BNC-порт распространяются все те же ограничения, что и на фрагмент сети стандарта 10Base-2: поддерживается работа сегментов тонкого коаксиального кабеля протяженностью до 185 метров на каждый порт, обеспечивается до 30 сетевых соединений на сегмент включая "пустые T-коннекторы", если произойдет нарушение целостности кабельного сегмента, этот сегмент исключается из работы, но остальная часть концентратора будет продолжать функционировать. Сфера применения концентраторов данного типа - модернизация старых сетей стандарта 10Base2 с целью повышения их надежности, модернизация сетей, достигших ограничений на применение репитеров и не требующих частых изменений.

10/100Hub-ы сменили собой 10 Мб устройства. Если просто читать рекламу на них, то можно "попасть в засаду". Дело в том, что Hub не умеет буферизировать пакеты, а посему не умеет согласовывать разные скорости. Поэтому, если к такому hub-у подключена хотя бы одна станция стандарта 10Base-T, то все порты будут рабртать на скорости 10. По слухам, уже существуют hub-ы, поддерживающие две скорости одновременно. Я таких не встречал, но считаю, что в этом случае словом "hub" производитель называет некое промежуточное устройство (нечто среднее между hub-ом и switch-ом), как, например, MicroLAN фирмы Cabletron Systems.

Redundant link . Концентраторы среднего класса и SNMP-управляемые концентраторы поддерживают одну избыточную связь (redundant link) на каждый концентратор для создания резервных связь (back up link) между любыми двумя концентраторами. Это обеспечивает отказоустойчивость сети на аппаратном уровне. Резервная связь представляет собой отдельный кабель, смонтированный между двумя концентраторами. Используя консольный порт концентратора, надо просто задать конфигурацию основного канала связи и резервного канала связи одного из концентраторов. Резервный канал связи автоматически деблокируется при отказе основного канала связи двух концентраторов. Не смотря на то, что концентратор может контролировать только одну резервную связь, он может находиться на удаленном конце одной резервной связи и на контролирующем конце резервной связи с другим концентратором! После устранения неисправности на основном кабельном сегменте, основная связь автоматически не возобновит работу. Для возобновления работы главной связи придется использовать консоль концентратора или нажать кнопку Reset (выключить/включить) на концентраторе.

Связной бит у концентраторов представляет собой периодический импульс длительностью 100 нс, посылаемый через каждые 16 мс. Он не влияет на трафик сети. Связной бит посылается в тот период, когда сеть не передает данные. Эта функция осуществляет текущий контроль сохранности UTP канала. Данную функцию следует использовать во всех возможных случаях и блокировать ее только тогда, когда к порту концентратора подсоединяется устройство, не поддерживающее ее, например, оборудование типа HP StarLAN 10.

Обеспечение секретности в сетях, построенных с использованием концентраторов, довольно неблагодарное занятие, т.к. Hub по определению является широковещательным устройством. Но, при необходимости, Вам могут быть доступны следующие средства: блокирование неиспользуемых портов, установка пароля на консольный порт, установка шифрования информации на каждом из портов (некоторые модели имеют эту возможность).

На настоящий момент использование концентраторов в локальных компьютерных сетях практически прекратилось. На их место пришли более скоростные и "умные" устройства - коммутаторы (Switch).

Адресация в сети Ethernet

Каждый узел в сети Ethernet имеет уникальный аппаратный физический адрес сетевой платы. Схема адресации Ethernet определяется изготовителем платы в виде 6-байтового 16-ричного адреса.

Тип аппаратного физического адреса узла определяется значением его первого байта:

00h – уникальный адрес конкретного сетевого адаптера, следующие два байта адреса определяют идентификатор производителя, а остальные три байта – серийный номер адаптера;

01h – групповой адрес, остальные 5 байтов адреса определяют идентификатор группы;

02h – ряд моделей адаптеров позволяют задавать адрес адаптера произвольно. Признаком «ручного» задания адреса является значение первого байта 02h, остальные 5 байтов должны определять уникальный адрес;

FFFFFFFFFFFFh – широковещательный адрес.

Реализация физического и канального уровней в сети Ethernet

Физический уровень в сети Ethernet включает подуровень физического присоединения к среде передачи (Physical Medium Attachment ) и собственно разъем.

Канальный уровень в Ethernet разбивается на два подуровня:

подуровень доступа к среде MAC (Media Access Control – контроль доступа к среде );

подуровень управления логическим звеном LLC (Logical Link Control – контроль логической связи ).

Кодирование сигнала на физическом уровне. Манчестерский код

В технологиях Ethernet и Token Ring применяется метод кодирования электрического сигнала, называемый манчестерским кодом . В этом коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, т.е. фронт импульса (рис.15).

Рис.15. Кодирование сигнала манчестерским кодом

Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта/битового интервала: единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому уровню, а ноль – обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить согласующий служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд.

Т.к. за время такта сигнал изменяется по крайней мере один раз, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. Кроме того, он не имеет постоянной составляющей, так что его можно применять в каналах связи с реактивной нагрузкой, например, в каналах с трансформаторной связью, что важно для обеспечения гальванической развязки.

В локальных сетях, использующих манчестерское кодирование, для служебных целей широко используются также два запрещенных для данного кода сигнала, когда вместо обязательного изменения уровня сигнала в середине тактового интервала уровень сигнала остается неизменным и низким (запрещенный сигнал J) или неизменным и высоким (запрещенный сигнал K).

Подуровень MAC канального уровня

Подуровень управления доступом к среде MAC отвечает за:

формирование кадра Ethernet;

получение доступа к разделяемой среде передачи данных;

отправку кадра с использованием физического уровня получателю.

Разделяемая среда Ethernet, независимо от ее физической реализации (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель с повторителями), в любой момент времени находится в одном из трех состояний: свободна, занята, коллизия.

Подуровень MAC каждого узла сети получает от физического уровня информацию о состоянии разделяемой среды. Если она свободна, и у MAC – подуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не возникла, то кадр считается переданным.

Если же за время передачи кадра была зарегистрирована коллизия, то его передача прекращается. После фиксации коллизии MAC – подуровень делает случайную паузу, а затем вновь пытается передать данный кадр. Случайный характер паузы уменьшает вероятность попытки одновременного захвата разделяемой среды несколькими узлами при следующей передаче. Максимальное число попыток передачи одного кадра равняется 16, после чего MAC – подуровень оставляет данный кадр и начинает передачу следующего кадра, поступившего с LLC – подуровня.

MAC – подуровень приемника, который получает биты кадра от своего физического уровня, проверяет поле адреса получателя в кадре, и если этот адрес совпадает с собственным адресом приемника, то приемник копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не содержит ли кадр специфических ошибок: по контрольной сумме, по максимально и минимально допустимому размеру кадра, по неверно найденным границам байт. Если кадр корректен, то его поле данных передается на LLC – подуровень, если нет, то кадр отбрасывается.

Подуровень LLC канального уровня

Подуровень LLC обеспечивает интерфейс протокола Ethernet с протоколами вышележащих уровней, например, с IPX или IP. Протоколы сетевого уровня передают через межуровневый интерфейс данные для протокола LLC свой пакет, например, пакет IP (стек TCP/IP), IPX (стек Novell) или NetBEUI (стек Microsoft/IBM), адресную информацию об узле назначения, а также требования к качеству транспортных услуг, которое подуровень LLC должен обеспечить. Протокол LLC помещает полученный пакет протокола верхнего уровня в свой кадр, который дополняется необходимыми служебными полями. Далее через другой межуровневый интерфейс протокол LLC передает кадр соответствующему протоколу подуровня MAC, который, в свою очередь, упаковывает кадр LLC в свой кадр, например, Ethernet.

В соответствии со стандартом 802.2 подуровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:

LLC1 – процедура без установления соединения и без подтверждения;

LLC2 – процедура с установлением соединения и с подтверждением;

LLC3 – процедура без установления соединения, но с подтверждением.

Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде, определенных стандартами 802.3-802.5, а также стандартами FDDI и стандартом 802.12 технологии 100VG-AnyLAN.

Процедура LLC 1 дает пользователям средства для передачи данных с минимальными издержками, обеспечивая дейтаграммный режим работы. Обычно этот вид процедуры используется, когда такие функции, как восстановление данных после ошибок и упорядочивание данных, выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет необходимости дублировать их на уровне LLC.

Процедура LLC2 дает пользователям возможность установить логическое соединение между отправителем и получателем и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока кадров в рамках установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам семейства HDLC (High - level Data Link Control Procedure ), которые применяются в глобальных сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях связи. Протокол LLC2 работает в режиме скользящего окна.

В некоторых случаях, например, при использовании сетей в режиме реального времени, когда временные издержки на установление логического соединения перед отправкой данных неприемлемы, а подтверждение о корректности приема данных необходимо, применяется дополнительная процедура LLC 3 .

Использование этих трех режимов работы подуровня LLC зависит от стратегии разработчиков конкретного стека протоколов. Например, в стеке TCP/IP уровень LLC всегда работает в режиме LLC1, выполняя простую работу по извлечению из кадра и демультиплексированию пакетов различных протоколов – IP, ARP, RARP и др. Аналогично используется подуровень LLC стеком протоколов IPX/SPX. А вот стек Microsoft/IBM, основанный на протоколе NetBIOS/NetBEUI, часто использует режим LLC2. Это происходит в тех случаях, когда сам протокол NetBIOS/NetBEUI должен работать в режиме с восстановлением потерянных и искаженных данных. В этой ситуации соответствующая работа перепоручается уровню LLC2. Если же протокол NetBIOS/NetBEUI работает в дейтаграмном режиме, то протокол LLC работает в режиме LLC1.

Режим LLC2 используется также стеком протоколов SNA в случае, когда на нижнем уровне применяется технология Token Ring.

Все типы кадров подуровня LLC имеют единый формат, представленный на рис.16:

Рис.16. Кадр подуровня LLC сети Ethernet

Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями Флаг , имеющими значение 01111110. Флаги используются на уровне MAC для определения границ кадра LLC. В соответствии с многоуровневой структурой протоколов IEEE 802, кадр LLC вкладывается в кадр подуровня MAC: кадр Ethernet, Token Ring, FDDI и т.д., при этом начальный и конечный флаги LLC отбрасываются.

Кадр LLC содержит собственно поле данных и заголовок, который состоит из трех полей:

Адрес точки входа службы назначения DSAP (Destination Service Access Point);

Адрес точки входа службы источника SSAP (Source Service Access Point);

Управляющее поле (Control).

Поле данных LLC предназначено для передачи по сети пакетов протоколов вышележащих уровней – сетевых протоколов IP, IPX, AppleTalk, DECNet, в редких случаях – прикладных протоколов, когда те вкладывают свои сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и в некоторых ненумерованных кадрах.

Адресные поля DSAP и SSAP занимают по одному байту. Они позволяют указать, какая служба верхнего уровня пересылает данные с помощью этого уровня, и используются для демультиплексирования принятых кадров. Значения адресов SAP приписываются протоколам в соответствии со стандартом IEEE 803.2. Так, для протокола IP значение SAP равно 06h, для протокола IPX – E0h, для протокола NetBIOS – F0h. Например, если в кадре LLC значения DSAP и SSAP содержат код E0h, то обмен кадрами осуществляется между двумя IPX-модулями, выполняющимися в разных узлах.

В некоторых случаях адреса DSAP и SSAP различаются. Это возможно лишь в тех случаях, когда служба имеет несколько адресов SAP, что может быть использовано протоколом узла отправителя в специальных целях, например, для уведомления узла-получателя о переходе протокола отправителя в некоторый специфический режим работы. Этим свойством протокола LLC часто пользуется протокол NetBEUI.

Поле управления (1 или 2 байта) имеет более сложную структуру при работе в режиме LLC2 и достаточно простую структуру при работе в режиме LLC1 (рис.17).

По своему назначению все типы кадров подуровня LLC, называемые в стандарте 803.2 блоками данных PDU (Protocol Data Unit ), подразделяются на три типа – информационные, управляющие и ненумерованные. Тип кадра задается битами 1 и 2 поля Control : 0x – информационный кадр, 10 – управляющий кадр, 11 – ненумерованный кадр.

Рис.17. Структура поля управления кадра подуровня LLC

Информационные кадры (I – кадры ) предназначены для передачи информации в процедурах с установлением логического соединения LLC2 и должны обязательно содержать поле данных. В процессе передачи информационных блоков осуществляется их нумерация в режиме скользящего окна.

Управляющие кадры (S – кадры ) предназначены для передачи команд и ответов в процедурах LLC2, в том числе сигналов подтверждения, запросов на повторную передачу одного или группы I-кадров, запроса на временное прекращение передачи I-кадров из-за невозможности их приема (например, вследствие переполнения буфера приемной станции). Управляющие S-кадры обеспечивают упорядоченную, надежную передачу данных в режиме LLC2 от одной станции сети к другой.

Ненумерованные кадры (U – кадры ) предназначены для передачи ненумерованных команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления логического соединения передачу информации, идентификацию и тестирование LLC-уровня, а в процедурах LLC2 – установление и разъединение логического соединения, а также информирование об ошибках.

В режиме LLC1 используется только один тип кадра – ненумерованный. Именно этот тип процедуры и используется во всех практических реализациях Ethernet.

В режиме LLC2 используются все три типа кадров. В этом режиме кадры делятся на команды и ответы на эти команды. В этом режиме протокол LLC аналогичен протоколу HDLC.

Бит P / F (Poll / Final ) имеет следующее значение: в командах он называется Poll и требует, чтобы на команду был дан ответ, а в ответах он называется Final и помечает последний кадр ответа.

Поле S используется для кодирования контрольных функций в управляющих/супервизорных кадрах. Супервизорные кадры кодируются следующим образом:

Приемник готов RR (Receiver Ready , ss=00);

Приемник не готов RNR (Receiver Not Ready , ss=01);

Отказ REJ (Reject , ss=10);

Выборочный отказ SREJ (Selected Reject , ss=11).

Порядок применения управляющих кадров описан ниже.

Поле M ненумерованных кадров определяет коды команд, передаваемых посредством ненумерованных кадров, например:

Установить расширенный сбалансированный асинхронный режим (SABME ). Эта команда является запросом на установление соединения. Расширенный режим означает использование двухбайтных полей управления для кадров остальных двух типов;

Ненумерованное подтверждение (UA ) - служит для подтверждения установления или разрыва соединения;

Разрыв соединения (DISC ) - запрос на разрыв соединения и др.

Установление соединения начинается посредством передачи в канал команды SAMBE с одновременным включением таймера Ts. Если удаленной станцией эта команда принята без ошибок, и она имеет возможность установить соединение и войти в рабочий режим обмена информацией, то удаленная станция передает ответ UA . При этом на удаленной станции переменные состояния передачи V(S) и приема V(R) обнуляются, и соединение считается установленным. Если же удаленная станция не может войти в рабочий режим обмена информацией, то она передает ответ DM (Disconnect Mode - режим разъединения ), а соединение считается не установленным. При отказе в соединении станция - инициатор может попытаться установить соединение повторно в любой момент времени.

После приема корректного ответа UA инициатор соединения, выключив таймер Ts, переводит свои переменные состояния передачи V(S) и приема V(R) в 0 и также полагает, что соединение установлено. В большинстве случаев для различения ответов DM , которые могут поступить на станцию – инициатор в процессе установления соединения, команда SAMBE передается с битом P=1. В этом случае ответом на нее может быть только кадр с установленным битом F.

Если команда SAMBE и/или ответы UA , DM были приняты с ошибками, то они не учитываются станциями, в результате на станции – инициаторе завершится таймер Ts, что является указанием на необходимость повторной передачи команды SAMBE . Указанная последовательность действий продолжается до тех пор, пока не будет правильно принят ответ UA или DM , или же пока не закончится выделенный на установление соединения лимит попыток. В последнем случае об исчерпании лимита информируется верхний уровень.

Процесс разъединения осуществляется передачей в канал команды DISC (Disconnect – разъединить ) с установленным битом P. Удаленная станция, приняв правильно команду DISC , передает ответ UA и переходит в режим разъединения. Станция- инициатор разъединения, приняв ответ UA , выключает таймер Ts и также переходит в режим разъединения.

Процедура передачи I-кадра от станции - отправителя к станции - получателю состоит в следующем.

В информационных I-кадрах имеется поле N(S) для указания номера передаваемого кадра. При работе протокола LLC2 используется скользящее окно размером в 127 кадров, поэтому для нумерации передаваемых кадров значение поля N(S) циклически изменяется в диапазоне от 0 до 127. Соответственно, поле N(R) в I- и S-кадрах определяет номер запрашиваемого или подтверждаемого кадра (процедура LLC2 поддерживает полудуплексный режим передачи).

Информация, поступающая на подуровень LLC с верхнего уровня в виде пакета, размещается в поле Данные формируемого I-кадра, которому присваивается порядковый номер передачи N(S) = V(S). Сформированный I-кадр затем передается на подуровень MAC для дальнейшей обработки, а значение переменной состояния передачи V(S) увеличивается на 1 (по модулю 128).

Удаленная станция, получившая адресуемый ей I-кадр, определяет, можно ли его выдать получателю (более высокому уровню). Для этой цели на приемной станции производится сравнение номера N(S) принятого I-кадра со значением переменной состояния приема V(R) данной станции, которая хранит значение, на единицу большее номера последнего кадра, принятого от передатчика. В случае совпадения этих номеров и незанятости верхнего уровня содержимое поля данных принятого I-кадра выдается верхнему уровню, а значение переменной состояния приема V(R) увеличивается на 1 (по модулю 128). Если при этом на принимающей станции есть свой I-кадр для передачи отправителю, то в нем посылается номер N(R) = V(R). Если же такой кадр отсутствует, то для подтверждения приема передается S-кадр RR с тем же номером N(R). При этом ответный кадр должен быть послан не позднее, чем истечет таймер Tr, определяющий максимальный промежуток времени, в течение которого станция - получатель должна подтвердить прием I-кадра.

Если при N(S) = V(R) верхний уровень занят, а приемная станция не может поместить поступающий I-кадр в очередь своего буфера (например, из-за недостатка памяти), то станция-получатель должна послать ответ RNR с номером N(R). Станция, пославшая I-кадр, получив такой ответ, приостанавливает передачу новых I-кадров (и повторную передачу неподтвержденных кадров) до тех пор, пока ею не будет принят кадр RR или REJ, либо пока не истечет время, контролируемое таймером Ts станции – отправителя.

Если же приемник принимает кадр с номером N(S), не равным V(R), то этот кадр отбрасывается и посылается отрицательная квитанция Отказ (REJ ) с номером N(R)=V(R). При приеме отрицательной квитанции передатчик обязан повторить передачу кадра с номером V(R), а также все кадры с большими номерами, которые он уже успел послать, пользуясь механизмом окна.

Видим, что команда RR с номером N(R) используется как положительная квитанция, когда поток данных от приемника к передатчику отсутствует, а команда RNR – для замедления потока информационных кадров, поступающих на приемник. Это бывает необходимо, если приемник не успевает обрабатывать поток кадров, присылаемых ему с большой скоростью за счет механизма окна.

Таким образом, с помощью супервизорных кадров RR и RNR осуществляется управление потоком данных, что особенно важно для коммутируемых сетей, в которых нет разделяемой среды, автоматически тормозящей работу передатчика за счет того, что новый кадр нельзя передать, пока приемник не закончил прием предыдущего.

Типы кадров сети Ethernet

Кадр Ethernet отвечает за перемещение по сети данных верхнего уровня. Физический кадр Ethernet имеет заголовок и хвостовик, между которыми заключены фактические данные. Именно в таком виде информация передается из одного узла Ethernet в другой.

В настоящее время в среде Ethernet на канальном уровне используется четыре различных формата кадров, что связано с длительной историей развития технологии Ethernet, включающей период ее развития до принятия стандарта IEEE 802.3, когда подуровень LLC не выделялся из общего протокола и, соответственно, заголовок LLC не применялся. Каждый тип кадра отличается от других типов кадра способом кодирования и декодирования пакетов, курсирующих между сетевыми картами различных узлов в сети Ethernet.

В 1980 г. консорциум фирм DEC, Intel и Xerox (DIX) представил на рассмотрение комитета IEEE 802.3 свою фирменную версию стандарта Ethernet в качестве проекта международного стандарта (содержащей и описание формата кадра), но комитет 802.3 принял стандарт, который в некоторых деталях отличался от предложений DIX. Отличия касались и формата кадра, что породило существование двух различных типов кадров в сетях Ethernet.

Еще один формат кадра появился в результате усилий компании Novell по ускорению работы своего стека протоколов в сети Ethernet.

И, наконец, четвертый формат кадра появился в результате деятельности комитета 802.3 по приведению предыдущих форматов кадров к некоторому общему стандарту.

Один и тот же формат кадра может иметь различные названия, поэтому ниже для каждого из четырех форматов приведено несколько наиболее употребительных названий:

стандартный тип кадра Ethernet II (Ethernet DIX);

Различные типы кадров имеют некоторые общие поля, включая адреса отправителя и получателя пакета, поле данных и контрольное поле.

Формат кадра в оригинальной системе Ethernet

Тип кадра Ethernet II, представляющий собой кадр исходной Ethernet DIX, имеет следующий формат:

Преамбула	Назначение	Источник		Данные	CRC - сумма

Поле Преамбула используется для синхронизации пакета на входе и выходе сетевых плат. Она всегда содержит код 10101010 в ее первых 7 байтах и код 10101011 в последнем байте. Необходимость в преамбуле обусловлена следующими причинами. В сетях Ethernet в отсутствии передач по сети вообще не передаются сигналы. Чтобы в начале передачи очередного кадра все станции сети вошли в битовую синхронизацию, передающая станция предваряет содержимое кадра последовательностью бит преамбулы. Войдя в битовую синхронизацию, приемник исследует входной поток на побитной основе, пока не обнаружит символ начала кадра 10101011, выполняющий в данном случае роль символа STX. Конец кадра в сети Ethernet определяется с помощью поля длины кадра в его заголовке или по моменту исчезновения несущей в кабеле.

Поле Назначение содержит физический адрес узла сети, которому предназначено сообщение.

Поле Источник идентифицирует узел, отправивший пакет.

Поле Тип идентифицирует тип протокола более высокого уровня, используемого для передачи или приема (аналогично полям SAP протокола LLC). Это поле было введено фирмой Xerox для внутреннего употребления и никак не интерпретируется в Ethernet. Данное поле позволяет множеству протоколов более высокого уровня разделять сеть, не интересуясь внутренним содержанием пакетов.

Поле Данные содержит собственно сообщение.

Поле CRC-сумма содержит контрольную сумму, вычисленную с помощью циклического избыточного кода CRC-32.

Если не учитывать преамбулу кадра, то стандартное сообщение Ethernet II имеет длину от 64 до 1518 байт.

Формат кадра Ethernet RAW 802.3

Существенное различие между типами кадра стандартной Ethernet II и Ethernet RAW 802.3 состоит лишь в замене поля типа на поле длины:

Преамбула	Назначение	Источник	Длина	Данные	Набивка	CRC –сумма

Здесь поле Длина содержит информацию о длине данных в пакете. Если длина поля данных меньше 46 байт, то используется поле Набивка для доведения длины пакета до минимальной длины. При нормальной длине поля данных поле набивки отсутствует.

Поскольку стандартные кадры Ethernet II и RAW 802.3 имеют различную структуру, сетевой и верхний уровни обрабатывают эти типы кадров по-разному.

Формат кадра стандарта Ethernet IEEE 802.3/LLC

Между стандартным типом кадра Ethernet IEEE 802.3/LLC и нестандартным типом Ethernet RAW 802.3 существует только одно реальное различие. Нестандартный тип RAW 802.3 характеризуется отсутствием заголовка 802.2 LLC в поле данных (отсюда название RAW – "ободранный", "лишенный заголовка 802.2"). В стандартном типе кадра IEEE 802.3 заголовок 802.2 находится внутри поля данных.

Кадр 802.3 является кадром MAC-подуровня, поэтому в соответствии со стандартом 802.2 в его поле данных вкладывается кадр подуровня LLC с удаленными флагами 0111110 начала и конца кадра LLC. Т.к. заголовок кадра LLC имеет размер 3 (в режиме LLC1) или 4 (в режиме LLC2) байта, то максимальный размер поля данных в кадре 802.3 уменьшается до 1497 или 1496 байт соответственно.

Формат кадра Ethernet SNAP

Для устранения различий в кодировках типов протоколов, сообщения которых вложены в поле данных кадра Ethernet, комитетом 802.2 был разработан формат кадра Ethernet SNAP (SubNetwork Access Protocol ).

Кадр Ethernet SNAP представляет собой расширение кадра Ethernet 802.3/LLC за счет введения дополнительного 5-байтового заголовка протокола SNAP, состоящего из двух полей OUI и Type .

Поле Type состоит из двух байт и повторяет по формату и назначению поле Type кадра Ethernet II. Поле OUI (Originally Unique Identifier ) определяет идентификатор организации, которая контролирует коды протоколов в поле Type . Коды протоколов для технологий 802 контролирует IEEE, которая имеет идентификатор OUI , равный 000000.

Т.к. SNAP представляет собой протокол, вложенный в протокол LLC, то в полях DSAP и SSAP последнего записывается код 0xAA, отведенный для протокола SNAP. Поле Control заголовка LLC устанавливается в 0x03, что соответствует использованию ненумерованных кадров.

Заголовок SNAP является дополнением к заголовку LLC, поэтому он допустим не только в кадрах Ethernet, но и в кадрах других технологий 802. Например, протокол IP всегда использует структуру заголовков LLC/SNAP при инкапсуляции в кадры всех протоколов локальных сетей: FDDI, Token Ring, 100VG-AnyLAN, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Является... компьютерной сети и реализующих сетевые сервисы: разделение информационных...

Формирование кадров на подуровнях МАС и LLC

В 1980 году в институте IEЕЕ был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802.x, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей . Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5. Эти стандарты были созданы на основе распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring. Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, приведенную на рис. 4.5.

Помимо IEEE в работе по стандартизации протоколов локальных сетей принимали участие и другие организации. Так, для сетей, работающих на оптоволокне, американским институтом по стандартизации ANSI был разработан стандарт FDDI, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мбит/с. Работы по стандартизации протоколов ведутся также ассоциацией ЕСМА, которой приняты стандарты ЕСМА-80, 81, 82 для локальной сети типа Ethernet и впоследствии стандарты ЕСМА-89,90 по методу передачи маркера.

Стандарты семейства IEEE 802.x охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей также нашла своё отражение в разделении канального уровня на два подуровня:

Управления логической связью (Logical Link Control, LLC);

Управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Подуровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот подуровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в распоряжение той или иной станции сети в соответствии с определенным методом доступа. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий подуровень - подуровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различной степенью качества транспортных услуг. В современных ЛС получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные методы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Рисунок 4.5 - Структура стандартов IEEE 802.x

Подуровень LLC осуществляет управление логической связью, то есть устанавливает виртуальный канал связи, отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности и реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через подуровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На подуровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием
или отсутствием на этом подуровне процедуры восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого подуровня.

Протоколы подуровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол подуровня MAC может применяться с любым протоколом подуровня LLC, и наоборот.

Для предоставления сервиса сетевому уровню канальный уровень должен использовать сервисы, предоставляемые ему физическим уровнем . Физический уровень принимает необработанный поток битов и пытается передать его по назначению. Этот поток не застрахован от ошибок. Количество принятых битов может быть меньше, равно или больше числа переданных битов. Кроме того, значения принятых битов могут отличаться от значений переданных. Канальный уровень должен обработать ошибки и, если нужно, исправить их.

Обычно канальный уровень разбивает поток битов на отдельные кадры и считает для каждого кадра контрольную сумму. Когда кадр прибывает в пункт назначения, его контрольная сумма подсчитывается снова. Если она отличается от содержащейся в кадре, то канальный уровень понимает, что при передаче кадра произошла ошибка, и принимает меры (например, игнорирует испорченный кадр и посылает передающей машине сообщение об ошибке).

Разбиение потока битов на отдельные кадры представляет собой более сложную задачу, чем это может показаться на первый взгляд. Один из способов разбиения на кадры заключается во вставке временных интервалов между кадрами, подобно тому, как вставляются пробелы между словами в тексте. Однако сети редко предоставляют гарантии сохранения временных параметров при передаче данных, поэтому возможно, что эти интервалы при передаче исчезнут или, наоборот, будут добавлены новые интервалы.

Поскольку для отметки начала и конца кадра полагаться на временные параметры слишком рискованно, были разработаны другие методы маркировки границ кадров:

Подсчет количества символов;

Использование сигнальных байтов с символьным заполнением;

Использование флаговых последовательностей с битовым заполнением;

Использование запрещенных сигналов физического уровня.

Второй метод формирования кадров решает проблему восстановления синхронизации после сбоя при помощи маркировки начала и конца каждого кадра специальными байтами. В прошлом стартовые и стоповые байты отличались друг от друга, но в последнее время большинство протоколов перешло на использование в обоих случаях одного и того же байта, называемого флаговым. Таким образом, если приемник теряет синхронизацию, ему необходимо просто найти флаговый байт, с помощью которого он распознает конец текущего кадра. Два соседних флаговых байта говорят о том, что закончился один кадр и начался другой.

Подуровни РМА и PMD осуществляют связь между подуровнем PSC и интерфейсом MDI, обеспечивая формирование в соответствии с методом физического кодирования: или .

Подуровень автопереговоров (AUTONEG)

Подуровень автопереговоров позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбирать наиболее эффективный режим работы: дуплексный или полудуплексный 10 или 100 Мб/с.

Физический уровень

Стандарт Fast Ethernet определяет три типа среды передачи сигналов Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

100Base-TX - две витые пары проводов. Передача осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в витой физической среде, разработанным ANSI (American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов). Витой кабель для передачи данных может быть экранированным, либо неэкранированным. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования MLT-3.
100Base-FX - две жилы, волоконно-оптического кабеля. Передача также осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в волоконно-оптической среде, которой разработан ANSI. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования NRZI.

Спецификации 100Base-TX и 100Base-FX известны также как 100Base-X

100Base-T4 - это особая спецификация, разработанная комитетом IEEE 802.3u . Согласно этой спецификации, передача данных осуществляется по четырем витым парам телефонного кабеля, который называют кабелем UTP категории 3. Использует алгоритм кодирования данных 8В/6Т и метод физического кодирования NRZI.

Дополнительно стандарт Fast Ethernet включает рекомендации по использованию кабеля экранированной витой пары категории 1, который является стандартным кабелем, традиционно использующимся в сетях Token Ring. Организация поддержки и рекомендации по использованию кабеля STP в сети Fast Ethernet предоставляют способ перехода на Fast Ethernet для покупателей, имеющих кабельную разводку STP.

Спецификация Fast Ethernet включает также механизм автосогласования, позволяющий порту узла автоматически настраиваться на скорость передачи данных - 10 или 100 Мбит/с. Этот механизм основан на обмене рядом пакетов с портом концентратора или переключателя.

Среда 100Base-TX

В качестве среды передачи 100Base-TX применяются две витые пары, причем одна пара используется для передачи данных, а вторая - для их приема. Поскольку спецификация ANSI TP – PMD содержит описания как экранированных, так и неэкранированных витых пар, то спецификация 100Base-TX включает поддержку как неэкранированных, так и экранированных витых пар типа 1 и 7.

Разъем MDI (Medium Dependent Interface)

Интерфейс канала 100Base-TX, зависящий от среды, может быть одного из двух типов. Для кабеля на неэкранированных витых парах в качестве разъема MDI следует использовать восьмиконтактный разъем RJ 45 категории 5. Этот же разъем применяется и в сети 10Base-T, что обеспечивает обратную совместимость с существующими кабельными разводками категории 5. Для экранированных витых пар в качестве разъема MDI необходимо использовать разъем STP IBM типа 1, который является экранированным разъемом DB9. Такой разъем обычно применяется в сетях Token Ring.

Кабель UTP категории 5(e)

В интерфейсе среды UTP 100Base-TX применяются две пары проводов. Для минимизации перекрестных наводок и возможного искажения сигнала оставшиеся четыре провода не должны использоваться с целью передачи каких-либо сигналов. Сигналы передачи и приема для каждой пары являются поляризованными, причем один провод передает положительный (+), а второй - отрицательный (-) сигнал. Цветовая маркировка проводов кабеля и номера контактов разъема для сети 100Base-TX приведены в табл. 1. Хотя уровень PHY 100Base-TX разрабатывался после принятия стандарта ANSI TP-PMD, однако номера контактов разъема RJ 45 были изменены для согласования со схемой разводки, уже использующейся в стандарте 10Base-T. В стандарте ANSI TP-PMD контакты 7 и 9 применяются для приема данных, в то время как в стандартах 100Base-TX и 10Base-T для этого предназначены контакты 3 и 6. Такая разводка обеспечивает возможность использования адаптеров 100Base-TX вместо адаптеров 10 Base – T и их подключения к тем же кабелям категории 5 без изменений разводки. В разъеме RJ 45 используемые пары проводов подключаются к контактам 1, 2 и 3, 6. Для правильного подключения проводов следует руководствоваться их цветовой маркировкой.

Таблица 1. Назначение контактов разъема MDI кабеля UTP 100Base-TX

Кабель STP типа 1

Стандарт 100Base-TX также поддерживает кабель на экранированных витых парах с полным сопротивлением 150 Ом. Этот кабель распространен не так широко, как кабель на неэкранированных витых парах, и обычно имеется в зданиях, оборудованных сетью Token Ring. Кабели на экранированных витых парах прокладывают согласно спецификации ANSI TP-PMD для кабеля на экранированных витых парах и используют для них девятиконтактный разъем типа D. В разъеме DB-9 применяются контакты 1, 2 и 5, 9. Если плата NIC не имеет разъема DB-9, то к концам кабеля STP необходимо подключить штекер RJ 45 категории 5 (табл. 2).

Таблица 2. Назначение контактов разъема MDI кабеля STP 100Base-TX

Номер контакта	Название сигнала	Цвет провода
1	Прием +	Оранжевый
2	Не используется
3	Не используется
4	Не используется
5	Передача +	Красный
6	Прием -	Черный
7	Не используется
8	Не используется
9	Передача -	Зеленый
10	Земля	Оболочка кабеля

Среда 100Base-FX

В сетях стандарта 100Base-FX используется волоконно-оптический, длиной сегмента до 412 метров. Стандарт определяет, что в кабеле имеются две жилы многомодового волокна - одна для передачи, а другая для приема данных. Если NIC рабочей станции функционирует в полнодуплексном режиме, то длина кабеля может составить до 2000 метров. Волоконно-оптические кабели бывают двух категорий: многомодовые и одномодовые.

Многомодовый кабель

В волоконно-оптическом кабеле этого типа используется волокно с сердцевиной диаметром 50, либо 62,5 микрометра и внешней оболочкой толщиной 125 микрометров. Такой кабель называется многомодовым оптическим кабелем с волокнами 50/125 (62,5/125) микрометров. Для передачи светового сигнала по многомодовому кабелю применяется светодиодный приемопередатчик с длиной волны 850 (820) нанометров. Если многомодовый кабель соединяет два порта переключателей, работающих в полнодуплексном режиме, то он может иметь длину до 2000 метров.

Одномодовый кабель

Одномодовый волоконно-оптический кабель имеет меньший, чем у многомодового, диаметр сердцевины – 10 микрометра, и для передачи по одномодовому кабелю используется лазерный приемопередатчик, что в совокупности обеспечивает эффективную передачу на большие дистанции. Длина волны передаваемого светового сигнала близка к диаметру сердцевины, который равен 1300 нанометрам. Это число известно как длина волны нулевой дисперсии. В одномодовом кабеле дисперсия и потери сигнала очень незначительны, что позволяет передавать световые сигналы на большие расстояния, нежели в случае применения многомодового волокна.

Разъем MDI

Для подключения волоконно-оптического кабеля на данный момент созданы разъемы следующих типов:

MIC (Media Interface) используется в сетях FDDI. Для того чтобы обеспечить правильное подключение кабелей FDDI, разъемы помечаются буквами А, В, М и S. Буква обозначает, куда подключать штекер: к узлу или к определенному порту концентратора FDDI. Если в качестве разъема MDI 100Base-FX используется MlC FDDI, то спецификация IEЕЕ требует, чтобы этот разъем был маркирован буквой М;
SC – дуплексный разъем, единственный рекомендованный комитетом IEEE для употребления в сети 100Base-FX Fast Ethernet;
MT-RJ;

Среда 100Base-T4

100Base-T4 является единственным полностью новым стандартом уровня PHY в рамках стандарта 100Base-T, поскольку 100Base-TX и 100Base-FX были разработаны с использованием стандартов ANSI FDDI. Стандарт 100Base-T4 предназначался для организаций, у которых уже проложены кабели UTP категории 3 или 4. Спецификация 100Base-T4 поощряет использование кабелей категории 5 везде, где это возможно. Если в стенах здания проложены кабели UTP категории 3 или 4, то дополнительное использование кабелей категории 5 позволяет улучшить качество сигнала.

Разъем MDI

В сетях 100Base-T4 применяется неэкранированная витая пара категорий 3, 4 или 5. Используются четыре пары проводов, а это означает, что задействованы все восемь контактов разъема RJ45. Одна из четырех пар служит для передачи данных, другая - для приема, а две оставшиеся - для двунаправленной передачи данных. Три из четырех пар используются для одновременной передачи данных, а четвертая - для обнаружения коллизий. Один провод каждой пары передает положительный (+) сигнал, а другой - отрицательный (-) сигнал. Кабель 100Base-T4 не допускает работу в полнодуплексном режиме. Необходимо правильно подключить провода к контактам разъемов и не расплетать пары проводов.

Таблица 3. Назначение контактов разъема МDI кабеля UTP 100Base-T4

Ограничения длины кабеля

В сетях 100Base-TX уровень сигнала не так важен по сравнению со временем распространения сигналов. Механизм CSMA/CD в сети Fast Ethernet работает так же, как в сети Ethernet 10 Мбит/с, и пакеты имеют аналогичный размер, но их скорость распространения через среду передачи в десять раз выше. Из-за того, что механизм детектирования коллизий остался тем же, системы все еще должны выявлять возникновение коллизии прежде, чем истечет время состязания (то есть прежде, чем будут переданы 512 байт данных). Таким образом, поскольку трафик распространяется быстрее, временной зазор уменьшается, и максимальная длина сети также должна быть сокращена, чтобы выявление коллизий происходило безошибочно. По этой причине предельная общая длина сети 100Base-TX примерно составляет 210 м. Это значение необходимо соблюдать намного более жестко, чем максимум в 500 м для сети 10Base-T.

Когда планируется сеть, необходимо учитывать тот факт, что требование стандарта Fast Ethernet к максимальной длине сегмента кабеля в 100 м включает в себя всю длину кабеля, соединяющего компьютер с концентратором. Если кабельная разводка внутренняя и заканчивается на стороне компьютера настенной розеткой, а на стороне концентратора - коммутационной панелью, то в длину сегмента необходимо включить коммутационные кабели, соединяющие компьютер с розеткой и коммутационную панель с концентратором. Спецификация рекомендует брать максимальную длину для сегмента кабеля внутренней разводки, равной 90 м, оставляя 10 м для коммутационных кабелей.

Конфигурации концентраторов

Так как предельно допустимая длина для сегмента 100Base-TX составляет те же 100 м, что и для 10Base-T, ограничения на общую длину сети сказываются на конфигурации ретранслирующих концентраторов, используемых для соединения сегментов. Стандарт Fast Ethernet описывает два типа концентраторов для сетей 100Base-TX: класс I и класс II. Каждый концентратор Fast Ethernet должен иметь римскую цифру I или II, идентифицирующую его класс.

Концентраторы класса I предназначены для поддержки сегментов кабеля с различными типами передачи сигналов. 100Base-TX и 100Base-FX используют один и тот же тип передачи сигналов, в то время как 100Base-T4 - отличный от него (поскольку присутствуют две двунаправленные пары). Концентратор класса I содержит схему, которая переводит входящие сигналы 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4 в общий цифровой формат, а затем снова осуществляет конверсию в сигнал, соответствующий выходному порту концентратора. Указанные преобразования приводят к тому, что концентратор класса 1 вносит сравнительно большую задержку времени, и поэтому на пути между двумя любыми узлами в сети не должно быть больше одного концентратора этого класса.

Концентраторы класса II могут поддерживать сегменты кабеля только с одинаковыми средами передачи сигналов. Так как преобразований не производится, концентратор немедленно передает входящие данные на выходные порты. Из-за того, что временная задержка короче, между двумя любыми узлами в сети может быть установлено до двух концентраторов класса II, но при этом все сегменты должны использовать идентичную среду передачи сигналов. Это означает, что концентратор класса II может поддерживать либо 100Base-TX и 100Base-FX одновременно, либо отдельно 100Base-T4.

Дополнительные ограничения длины сегментов также основываются на сочетании используемых в сети сегментов кабеля и концентраторов. Чем сложнее становится конфигурация сети, тем меньше должен быть максимальный размер области коллизий. Эти ограничения собраны в табл. 4.

Таблица 4. Нормативы для многосегментной конфигурации Fast Ethernet

	Один концентратор класса I	Один концентратор класса II	Два концентратора класса II
Все сегменты медные (100Base-TX или 100Base-T4)	200 метров	200 метров	205 метров
Все сегменты оптоволоконные (100Base-FX)	272 метра	320 метров	228 метров
Один сегмент 100Base-T4 и один сегмент 100Base-FX	231 метр	Не применяется	Не применяется
Один сегмент 100BaseTX и один сегмент 100Base-FX	260,8 метра	308,8 метра	216,2 метра

Следует помнить, что в сетевой конфигурации, содержащей два концентратора класса II, самое длинное соединение между двумя узлами в действительности включает три кабеля: два кабеля для присоединения узлов к соответствующим им концентраторам и один кабель для соединения двух концентраторов между собой. Например, стандарт предполагает, что дополнительные 5 м, учтенные в ограничении длины для всех медных сетей, будут выбраны при соединении двух концентраторов (рис. 8.13). Однако на практике три кабеля могут быть любой длины, но их общая длина не должна превышать 205 м.

Преодоление ограничений топологии

Одним из наиболее часто критикуемых ограничений Fast Ethernet является диаметр сети, который не должен превышать 205 метров. Такое ограничение затрудняет прямую замену некоторых сетей Ethernet на Fast Ethernet. Поставщики других технологий, в частности Token Ring, 100 VG AnyLAN и FDDI, подчеркивают, что их технологии могут поддерживать сети гораздо большего диаметра. Это действительно так и первоначально ограничивало применение Fast Ethernet сетями рабочих групп и подразделений. Тем не менее такое ограничение топологии может быть легко преодолено путем использования переключателей и полнодуплексных волоконно-оптических связей.

Способом преодоления ограничений топологии является разбиение единой области коллизий на несколько при помощи переключателя. Диаметр сети Fast Ethernet, использующей медный кабель и повторитель Класса I, не может превысить 200 метров. Если мы добавим к этой сети единственный переключатель и установим повторители на различные порты, то максимальный диаметр полной переключаемой ЛВС возрастет до 400 метров.

Реальное преимущество сети с переключателями проявляется тогда, когда несколько переключателей соединяются полнодуплексным волоконно-оптическим кабелем, длина которого может достигать 2000 метров (в случае применения многомодового кабеля. При применении одномодового кабеля расстояния достигают десятков километров и зависят от типа используемого оборудования). Этот прием прекрасно подходит для опорной сети.

Взаимодействие узлов сети

Узлы взаимодействуют друг с другом путем обмена кадрами (frames). В Fast Ethernet кадр является базовой единицей обмена по сети - любая информация, передаваемая между узлами, помещается в поле данных одного или нескольких кадров. Пересылка кадров от одного узла к другому возможна лишь при наличии способа однозначной идентификации всех узлов сети. Поэтому каждый узел в ЛВС имеет адрес, который называется его МАС-адресом. Этот адрес уникален: никакие два узла локальной сети не могут иметь один и тот же МАС-адрес. Более того, ни в одной из технологий ЛВС (за исключением ARCNet) никакие два узла в мире не могут иметь одинаковый МАС-адрес. Любой кадр содержит, по крайней мере, три основные порции информации: адрес получателя, адрес отправителя и данные. Некоторые кадры имеют и другие поля, но обязательными являются лишь три перечисленные. На рисунке 4 отражена структура кадра Fast Ethernet.

Рисунок 4. Структура кадра Fast Ethernet

адрес получателя - указывается адрес узла, получающего данные;
адрес отправителя - указывается адрес узла, пославшего данные;
длина/Тип (L/T – Length/Type) - содержится информация о типе передаваемых данных;
контрольная сумма кадра (PCS - Frame Check Sequence) - предназначена для проверки корректности полученного принимающим узлом кадра.

Минимальный объем кадра составляет 64 октета, или 512 битов (термины октет и байт - синонимы). Максимальный объем кадра равен 1518 октетам, или 12144 битам.

Адресация кадров

Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет уникальный номер, который называется МАС-адресом (MAC address) или адресом узла. Этот номер состоит из 48 битов (6 байтов), присваивается сетевому интерфейсу во время изготовления устройства и программируется в процессе инициализации. Поэтому сетевые интерфейсы всех ЛВС, за исключением ARCNet, которая использует 8-битовые адреса, присваиваемые сетевым администратором, имеют встроенный уникальный МАС-адрес, отличающийся от всех остальных МАС-адресов на Земле и присваиваемый производителем по согласованию с IEEE.

Чтобы облегчить процесс управления сетевыми интерфейсами, IEEE было предложено разделить 48-битовое поле адреса на четыре части, как показано на рисунке 5. Первые два бита адреса (биты 0 и 1) являются флажками типа адреса. Значение флажков определяет способ интерпретации адресной части (биты 2 – 47).

Рисунок 5. Формат МАС-адреса

Бит I/G называется флажком индивидуального/группового адреса и показывает, каким (индивидуальным или групповым) является адрес. Индивидуальный адрес присваивается только одному интерфейсу (или узлу) в сети. Адреса, у которых бит I/G установлен в 0 - это МАС-адреса или адреса узла. Если бит I/O установлен в 1, то адрес относится к групповым и обычно называется многопунктовым адресом (multicast address) или функциональным адресом (functional address). Групповой адрес может быть присвоен одному или нескольким сетевым интерфейсам ЛВС. Кадры, посланные по групповому адресу, получают или копируют все обладающие им сетевые интерфейсы ЛВС. Многопунктовые адреса позволяют послать кадр подмножеству узлов локальной сети. Если бит I/O установлен в 1, то биты от 46 до 0 трактуются как многопунктовый адрес, а не как поля U/ L, OUI и OUA обычного адреса. Бит U/L называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес сетевому интерфейсу. Если оба бита, I/O и U/ L, установлены в 0, то адрес является уникальным 48-битовым идентификатором, описанным ранее.

OUI (organizationally unique identifier - организационно уникальный идентификатор). IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров и интерфейсов. Каждый производитель отвечает за правильность присвоения OUA (organizationally unique address - организационно уникальный адрес), который должно иметь любое созданное им устройство.

При установке бита U/L адрес является локально управляемым. Это означает, что он задается не производителем сетевого интерфейса. Любая организация может создать свой МАС-адрес сетевого интерфейса путем установки бита U/ L в 1, а битов со 2-го по 47-й в какое-нибудь выбранное значение. Сетевой интерфейс, получив кадр, первым делом декодирует адрес получателя. При установлении в адресе бита I/O уровень MAC получит этот кадр лишь в том случае, если адрес получателя находится в списке, который хранится на узле. Этот прием позволяет одному узлу отправить кадр многим узлам.

Существует специальный многопунктовый адрес, называемый широковещательным адресом. В 48-битовом широковещательном IEEE-адресе все биты установлены в 1. Если кадр передается с широковещательным адресом получателя, то все узлы сети получат и обработают его.

Поле Длина/Тип

Поле L/T (Length/Type - Длина/Тип) применяется в двух различных целях:

для определения длины поля данных кадра, исключая любое дополнение пробелами;
для обозначения типа данных в поле данных.

Значение поля L/T, находящееся в интервале между 0 и 1500, является длиной поля данных кадра; более высокое значение указывает на тип протокола.

Вообще поле L/T является историческим осадком стандартизации Ethernet в IEEE, породившим ряд проблем с совместимостью оборудования выпущенного до 1983. Сейчас Ethernet и Fast Ethernet никогда не использует поля L/T. Указанное поле служит лишь для согласования с программным обеспечением, обрабатывающим кадры (то есть с протоколами). Но единственным подлинно стандартным предназначением поля L/T является использование его в качестве поля длины - в спецификации 802.3 даже не упоминается о возможном его применении как поля типа данных. Стандарт гласит: “Кадры со значением поля длины, превышающим определенное в пункте 4.4.2, могут быть проигнорированы, отброшены или использованы частным образом. Использование данных кадров выходит за пределы этого стандарта”.

Подводя итог сказанному, заметим, что поле L/T является первичным механизмом, по которому определяется тип кадра. Кадры Fast Ethernet и Ethernet, в которых значением поля L/T задается длина (значение L/T < 1500), называются кадрами 802.3, кадры, в которых значением этого же поля устанавливается тип данных (значение L/T > 1500), называются кадрами Ethernet - II или DIX .

Поле данных

В поле данных содержится информация, которую один узел пересылает другому. В отличие от других полей, хранящих весьма специфические сведения, поле данных может содержать почти любую информацию, лишь бы ее объем составлял не менее 46 и не более 1500 байтов. Как форматируется и интерпретируется содержимое поля данных, определяют протоколы.

Если необходимо переслать данные длиной менее 46 байтов, уровень LLC добавляет в их конец байты с неизвестным значением, называемые незначащими данными (pad data). В результате длина поля становится равной 46 байтам.

Если кадр имеет тип 802.3, то в поле L/T указывается значение объема действительных данных. Например, если пересылается 12-байтовое сообщение, то поле L/T хранит значение 12, а в поле данных находятся и 34 добавочных незначащих байта. Добавление незначащих байтов инициирует уровень LLC Fast Ethernet, и обычно реализуется аппаратно.

Средства уровня MAC не задают содержимое поля L/T - это делает программное обеспечение. Установка значения этого поля почти всегда производится драйвером сетевого интерфейса.

Контрольная сумма кадра

Контрольная сумма кадра (PCS - Frame Check Sequence) позволяет убедиться в том, что полученные кадры не повреждены. При формировании передаваемого кадра на уровне MAC используется специальная математическая формула CRC (Cyclic Redundancy Check - циклический избыточный код), предназначенная для вычисления 32-разрядного значения. Полученное значение помещается в поле FCS кадра. На вход элемента уровня MAC, вычисляющего CRC, подаются значения всех байтов кадра. Поле FCS является первичным и наиболее важным механизмом обнаружения и исправления ошибок в Fast Ethernet. Начиная с первого байта адреса получателя и заканчивая последним байтом поля данных.

01010101 10101010 170 SNAP 00000111 11100000 208 IPX (Nowell) 01111111 11111110 254 ISO CLNS IS 8473 11111111 11111111 255 Global DSAP

Поле управления

По значениям префиксных битов выделяют три формата поля контроля:

Информационный формат начинается с бита со значением 0.
Управляющий формат имеет двухбитовый префикс со значением 1 и 0.
Ненумерованный формат начинается с двух битов со значением 1.

Остальные биты более конкретно указывают на функции PDU. При более сложном обмене данными, включающем сервис на основе установления соединения, ненумерованные кадры содержат команды, которые позволяют установить соединение с другой системой и разорвать его по окончании передачи данных. Команды, передаваемые в ненумерованных кадрах, имеют нижеприведенные наименования.

UI (Unnumbered Information, передача данных ). Используется сервисом без установления соединения и подтверждения для отправки кадров данных.
XID (Exchange Identification, идентификация). Вырабатывается сервисами с установлением соединения и без такового в качестве, как команды, так и ответа.
TEST (диагностика). Применяется как команда и как ответ при выполнении теста методом петлевого контроля (loopback test) LLC.
FRMR (Frame Reject, отклонение кадра). Выдается как ответ в случае возникновения сбоев в работе протокола.
SABME (Set Asynchronous Balanced Mode Extended, запрос на соединение ). Посылается как запрос на установление соединения.
UA (Unnumbered Acknowledgment, подтверждение). Является положительным ответом на сообщение SABME.
DM (Disconnect Mode, задержка соединения и разъединения). Возвращается как отрицательный ответ на сообщение SABME.
DISC (Disconnect, разъединение). Передается как запрос на завершение соединения. В качестве ответа ожидается либо UA, либо DM.

Информационные кадры содержат действительные данные, передаваемые как во время сеансов с установлением соединения, так и сессий без установления соединения с подтверждениями, а также сообщения подтверждения приема, возвращаемые принимающей системой. Только два типа сообщений передаются в информационных кадрах: N(S) и N(R) для отправленных и полученных сообщений соответственно. Обе системы отслеживают последовательность номеров пакетов, которыми они обмениваются. Сообщение N(S) информирует получателя о том, какое количество пакетов из последовательности было уже отправлено, а сообщение N(R) позволяет отправителю иметь информацию о том, какой из пакетов ожидается для приема.

Управляющие кадры используются только сервисами с установлением соединения. Они обеспечивают обслуживание соединения, выраженное в форме сервисов управления потоком данных и коррекции ошибок. Соответствующие управляющие сообщения имеют ниже перечисленные типы.

RR (Receiver Ready, готовность приемника). Используется для информирования отправителя о том, что соединение действующее, и получатель готов к приему следующего кадра.
RNR (Receiver Not Ready, приемник не готов ). Требует от отправителя не передавать пакеты до тех пор, пока получатель не отправит сообщение RR. 1
REJ (Frame Reject, данные отброшены). Сообщает передающей системе об ошибке и требует повторной передачи всех кадров, отправленных noj еле определенного момента.

Алгоритм 4B/5B

Выполняет предобразование 4 Bit-to-5 Bit. Полученная избыточность кода позволяет использовать специальные комбинации для управления потоком и проверки подлинности принятой комбинации. Однако применение такого кода увеличивает частоту передаваемого сигнала до 125 МГц.

Таблица комбинации управления потоком

Таблица кодировки символов

Линейный код	Символ
11110	0
01001	1
10100	2
10101	3
01010	4
01011	5
01110	6
01111	7
10010	8
10011	9
10110	A
10111	B
11010	C
11011	D
11100	E
11101	F

Принятые комбинации несоответствующие вышеописанным считаются ошибочными.

Алгоритм 8B/6T

Алгоритм кодирования 8В6Т преобразует восьмибитовый октет данных (8B) в шестибитовый тернарный символ (6T). Кодовые группы 6Т предназначены для передачи параллельно по трем витым парам кабеля, поэтому эффективная скорость передачи данных по каждой витой паре составляет одну треть от 100 Мбит/с, то есть 33,33 Мбит/с. Скорость передачи тернарных символов по каждой витой паре составляет 6/8 от 33,3 Мбит/с, что соответствует тактовой частоте 25 МГц. Именно с такой частотой работает таймер интерфейса МП. В отличие от бинарных сигналов, которые имеют два уровня, тернарные сигналы, передаваемые по каждой паре, могут иметь три уровня.

Таблица кодировки символов

Линейный код	Символ
-+00-+	0
0-+-+0	1
0-+0-+	2
0-++0-	3
-+0+0-	4
+0–+0	5
+0-0-+	6
+0-+0-	7
-+00+-	8
0-++-0	9
0-+0+-	A
0-+-0+	B
-+0-0+	C
+0-+-0	D
+0-0+-	E
+0 — 0+	F

Метод кодирования NRZI

NRZI – Non Return to Zero Invertive (инверсное кодирование без возврата к нулю) Этот метод является модифицированным методом Non Return to Zero (NRZ), где для представления 1 и 0 используются потенциалы двух уровней. В коде NRZ I также используется 2 потенциала, но его текущее значение зависит от предыдущего. Если текущее значение бита “1”, то полученный потенциал должен быть инверсией от предыдущего, если значение бита “0” – такой же.

Поскольку код незащищен от долгих последовательностей “нулей” или “единиц”, то это может привести к проблемам синхронизации. Поэтому перед передачей, заданную последовательность битов рекомендуется предварительно закодировать кодом предусматривающим скремблирование (скремблер предназначен для придания свойств случайности передаваемой последовательности данных с целью облегчения выделения тактовой частоты приемником).

Метод кодирования MLT-3

MLT-3 Multi Level Transmission – 3 (многоуровневая передача) – немного схож с кодом NRZ, но в отличии от последнего имеет три уровня сигнала.

Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на другой, причем изменение уровня сигнала происходит последовательно с учетом предыдущего перехода. При передаче “нуля” сигнал не меняется.

Этот код, так же как и NRZ нуждается в предварительном кодировании.

Составлено по материалам:

Лаем Куин, Ричард Рассел “Fast Ethernet”;
К. Заклер “Компьютерные сети”;
В.Г. и Н.А. Олифер “Компьютерные сети”;

Очевидно, что выполнение условия (I) зависит, с одной стороны, от длины минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины кабельной системы сети, скорости распространения сигнала в кабеле, задержек в коммуникационных устройствах. Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались.

В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина кадра составляет 46 байт, что вместе со служебными полями (включая и преамбулу) составляет 72 байта или 576 бит. Следовательно, в 10-мегабитной Ethernet время передачи кадра минимальной длины составляет 57.6 мкс. Расстояние, которое может пройти за это время сигнал, зависит от типа кабеля. Для толстого коаксиального кабеля оно равно примерно
13280 м. Учитывая, что за это время сигнал должен пройти по кабелю дважды, расстояние между двумя узлами не должно превышать 6640 м. В стандарте Ethernet максимальный размер домена коллизий определен равным 2500 м, с учетом других, более строгих ограничений (затухания, искажений сигнала и временных задержек, вносимых повторителями).

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах (например, в Fast Ethernet), максимальный размер домена коллизий уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet он составляет около 210 м, а в стандарте Gigabit Ethernet он был бы ограничен 25 м, если бы разработчики этого стандарта не приняли мер по увеличению минимального размера пакета до 520 байт.

Адресация в сети Ethernet

Тип аппаратного физического адреса узла определяется значением его первого байта:

· 00h – уникальный адрес конкретного сетевого адаптера, следующие два байта адреса определяют идентификатор производителя, а остальные три байта – серийный номер адаптера;

· 01h – групповой адрес, остальные 5 байтов адреса определяют идентификатор группы;

· 02h – ряд моделей адаптеров позволяют задавать адрес адаптера произвольно. Признаком «ручного» задания адреса является значение первого байта 02h, остальные 5 байтов должны определять уникальный адрес;

· FFFFFFFFFFFFh – широковещательный адрес.

Реализация физического и канального уровней в сети Ethernet

Канальный уровень в Ethernet разбивается на два подуровня:

· подуровень доступа к среде MAC (Media Access Control – контроль доступа к среде );

· подуровень управления логическим звеном LLC (Logical Link Control – контроль логической связи ).

Кодирование сигнала на физическом уровне. Манчестерский код

Рис.15. Кодирование сигнала манчестерским кодом

Т. к. за время такта сигнал изменяется по крайней мере один раз, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. Кроме того, он не имеет постоянной составляющей, так что его можно применять в каналах связи с реактивной нагрузкой, например, в каналах с трансформаторной связью, что важно для обеспечения гальванической развязки.

Подуровень MAC канального уровня

Подуровень управления доступом к среде MAC отвечает за:

· формирование кадра Ethernet;

· получение доступа к разделяемой среде передачи данных;

· отправку кадра с использованием физического уровня получателю.

MAC – подуровень приемника, который получает биты кадра от своего физического уровня, проверяет поле адреса получателя в кадре, и если этот адрес совпадает с собственным адресом приемника, то приемник копирует кадр в свой буфер . Затем он проверяет, не содержит ли кадр специфических ошибок: по контрольной сумме , по максимально и минимально допустимому размеру кадра, по неверно найденным границам байт. Если кадр корректен, то его поле данных передается на LLC – подуровень, если нет, то кадр отбрасывается.

Подуровень LLC канального уровня

· LLC1 – процедура без установления соединения и без подтверждения;

· LLC2 – процедура с установлением соединения и с подтверждением;

· LLC3 – процедура без установления соединения, но с подтверждением.

Процедура LLC1 дает пользователям средства для передачи данных с минимальными издержками, обеспечивая дейтаграммный режим работы. Обычно этот вид процедуры используется, когда такие функции, как восстановление данных после ошибок и упорядочивание данных, выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет необходимости дублировать их на уровне LLC.

Процедура LLC2 дает пользователям возможность установить логическое соединение между отправителем и получателем и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока кадров в рамках установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам семейства HDLC (High- level Data Link Control Procedure ), которые применяются в глобальных сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях связи. Протокол LLC2 работает в режиме скользящего окна.

Все типы кадров подуровня LLC имеют единый формат, представленный на рис.16:

Рис.16. Кадр подуровня LLC сети Ethernet

Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями Флаг , имеющими значение. Флаги используются на уровне MAC для определения границ кадра LLC. В соответствии с многоуровневой структурой протоколов IEEE 802, кадр LLC вкладывается в кадр подуровня MAC: кадр Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д., при этом начальный и конечный флаги LLC отбрасываются.

Кадр LLC содержит собственно поле данных и заголовок, который состоит из трех полей:

· Адрес точки входа службы назначения DSAP (Destination Service Access Point);

· Адрес точки входа службы источника SSAP (Source Service Access Point);

· Управляющее поле (Control).

Адресные поля DSAP и SSAP занимают по одному байту. Они позволяют указать, какая служба верхнего уровня пересылает данные с помощью этого уровня, и используются для демультиплексирования принятых кадров. Значения адресов SAP приписываются протоколам в соответствии со стандартом IEEE 803.2. Так, для протокола IP значение SAP равно 06h, для протокола IPX – E0h, для протокола NetBIOS – F0h. Например, если в кадре LLC значения DSAP и SSAP содержат код E0h, то обмен кадрами осуществляется между двумя IPX-модулями, выполняющимися в разных узлах.

DIV_ADBLOCK230">

Бит P/ F (Poll/ Final ) имеет следующее значение: в командах он называется Poll и требует, чтобы на команду был дан ответ, а в ответах он называется Final и помечает последний кадр ответа.

· Приемник готов RR (Receiver Ready , ss=00);

· Приемник не готов RNR (Receiver Not Ready , ss=01);

· Отказ REJ (Reject , ss=10);

· Выборочный отказ SREJ (Selected Reject , ss=11).

Порядок применения управляющих кадров описан ниже.

· Установить расширенный сбалансированный асинхронный режим (SABME ). Эта команда является запросом на установление соединения. Расширенный режим означает использование двухбайтных полей управления для кадров остальных двух типов;

· Ненумерованное подтверждение (UA ) - служит для подтверждения установления или разрыва соединения;

· Разрыв соединения (DISC ) - запрос на разрыв соединения и др.

Процесс разъединения осуществляется передачей в канал команды DISC (Disconnect – разъединить ) с установленным битом P. Удаленная станция, приняв правильно команду DISC , передает ответ UA и переходит в режим разъединения. Станция - инициатор разъединения, приняв ответ UA , выключает таймер Ts и также переходит в режим разъединения.

Процедура передачи I-кадра от станции - отправителя к станции - получателю состоит в следующем.

В информационных I-кадрах имеется поле N(S) для указания номера передаваемого кадра. При работе протокола LLC2 используется скользящее окно размером в 127 кадров, поэтому для нумерации передаваемых кадров значение поля N(S) циклически изменяется в диапазоне от 0 до 127. Соответственно, поле N(R) в I - и S-кадрах определяет номер запрашиваемого или подтверждаемого кадра (процедура LLC2 поддерживает полудуплексный режим передачи).

Типы кадров сети Ethernet

· стандартный тип кадра Ethernet II (Ethernet DIX);

· Ethernet SNAP.

Формат кадра в оригинальной системе Ethernet

Тип кадра Ethernet II, представляющий собой кадр исходной Ethernet DIX, имеет следующий формат:

Преамбула	Назначение	Источник		Данные	CRC - сумма

Поле Преамбула используется для синхронизации пакета на входе и выходе сетевых плат. Она всегда содержит код в ее первых 7 байтах и код в последнем байте. Необходимость в преамбуле обусловлена следующими причинами. В сетях Ethernet в отсутствии передач по сети вообще не передаются сигналы. Чтобы в начале передачи очередного кадра все станции сети вошли в битовую синхронизацию, передающая станция предваряет содержимое кадра последовательностью бит преамбулы. Войдя в битовую синхронизацию, приемник исследует входной поток на побитной основе, пока не обнаружит символ начала кадра, выполняющий в данном случае роль символа STX. Конец кадра в сети Ethernet определяется с помощью поля длины кадра в его заголовке или по моменту исчезновения несущей в кабеле.

Поле Назначение содержит физический адрес узла сети, которому предназначено сообщение.

Поле Источник идентифицирует узел, отправивший пакет.

Поле Данные содержит собственно сообщение.

Поле CRC-сумма содержит контрольную сумму, вычисленную с помощью циклического избыточного кода CRC-32.

Если не учитывать преамбулу кадра, то стандартное сообщение Ethernet II имеет длину от 01.01.01 байт.

Формат кадра Ethernet RAW 802.3

Преамбула	Назначение	Источник	Длина	Данные	Набивка	CRC –сумма

Формат кадра стандарта Ethernet IEEE 802.3/LLC

Кадр 802.3 является кадром MAC-подуровня, поэтому в соответствии со стандартом 802.2 в его поле данных вкладывается кадр подуровня LLC с удаленными флагами 0111110 начала и конца кадра LLC. Т. к. заголовок кадра LLC имеет размер 3 (в режиме LLC1) или 4 (в режиме LLC2) байта, то максимальный размер поля данных в кадре 802.3 уменьшается до 1497 или 1496 байт соответственно.

Формат кадра Ethernet SNAP

Т. к. SNAP представляет собой протокол, вложенный в протокол LLC, то в полях DSAP и SSAP последнего записывается код 0xAA, отведенный для протокола SNAP. Поле Control заголовка LLC устанавливается в 0x03, что соответствует использованию ненумерованных кадров.

Сеть Token Ring

Метод доступа к передающей среде

Сеть Token Ring (маркерное кольцо), разработанная IBM и Texas Instruments, определена в качестве стандарта IEEE 802.5 в 1985 г. Она является значительным вкладом компании IBM в сетевую индустрию. Хотя эта архитектура гораздо дороже, чем Ethernet, она обладает гораздо большей производительностью, а диагностика отказов в ней намного легче, особенно в сильно загруженной сети.

Логически сеть Token Ring работает как кольцо с передачей маркера, физически же она представляет собой конфигурацию типа звезды. Каждый узел, принявший пакет данных от соседа по кольцу, восстанавливает уровни сигналов и передает пакет следующему своему соседу.

Двумя логическими направлениями перемещения по кольцу являются направления вверх по потоку (upstream ) или вниз по потоку (downstream ). Маркер и данные всегда перемещаются в кольце вниз по потоку. Станция, которая передает маркер, называется ближайшим активным соседом NAUN (Nearest Active Stream Neighbor ) по отношению к следующей станции вниз по потоку, которая принимает маркер.

В сети от станции к станции циркулирует специальный 3-байтовый кадр - так называемый маркер. Когда узел получает маркер, он имеет право послать в кольцо кадр данных. Для этого узел – отправитель привязывает к маркеру данные, формируя информационный пакет, который и передается в сеть.

Посланный кадр распространяется от адаптера к адаптеру вниз по потоку, пока не найдет своего адресата , который установит в нем определенные биты для подтверждения того, что данные нашли своего получателя и приняты (с искажением/без искажения), а затем ретранслирует полученный и измененный пакет дальше по кольцу сети. Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

В конце концов, модифицированный кадр, продолжая путь по кольцу, возвращается к узлу - отправителю. Узел – отправитель, распознав свой кадр по адресу станции-отправителя, удостоверяется в том, что тот был передан без ошибок, очищает маркер от любой привязанной к нему информации (stripping - раздевание ), а затем освобождает маркер, передавая его своему соседу вниз по потоку.

Время владения разделяемой средой в сети Token Ring ограничивается временем удержания маркера (Token Holding Time ), по истечении которого станция обязана прекратить передачу собственных данных (текущий кадр разрешается завершить) и передать маркер далее по кольцу. Станция может успеть передать за время удержания маркера несколько кадров. Обычно время удержания маркера по умолчанию равно 10 мс, а максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Для сетей 4 Мбит/с он обычно равен 4 Кб, а для сетей 16 Мбит/с – 16 Кб. При скорости 4 Мбит/с за время 10 мс можно передать 5 Кб, а при скорости 16 Мбит/с – соответственно 20 Кб. Максимальные размеры кадра выбраны с некоторым запасом, чтобы станции заведомо успевала передать хотя бы один кадр.

Адресация в сети Ethernet

Реализация физического и канального уровней в сети Ethernet

Кодирование сигнала на физическом уровне. Манчестерский код

Подуровень MAC канального уровня

Подуровень LLC канального уровня

Типы кадров сети Ethernet

Формат кадра в оригинальной системе Ethernet

Формат кадра Ethernet RAW 802.3

Формат кадра стандарта Ethernet IEEE 802.3/LLC

Формат кадра Ethernet SNAP

Формирование кадров на подуровнях МАС и LLC

Подуровень автопереговоров (AUTONEG)

Физический уровень

Среда 100Base-TX

Разъем MDI (Medium Dependent Interface)

Кабель UTP категории 5(e)

Кабель STP типа 1

Среда 100Base-FX

Многомодовый кабель

Одномодовый кабель

Разъем MDI

Среда 100Base-T4

Разъем MDI

Ограничения длины кабеля

Конфигурации концентраторов

Преодоление ограничений топологии

Взаимодействие узлов сети

Адресация кадров

Поле Длина/Тип

Поле данных

Контрольная сумма кадра

Поле управления

Алгоритм 4B/5B

Алгоритм 8B/6T

Метод кодирования NRZI

Метод кодирования MLT-3

Адресация в сети Ethernet

Реализация физического и канального уровней в сети Ethernet

Кодирование сигнала на физическом уровне. Манчестерский код

Подуровень MAC канального уровня

Подуровень LLC канального уровня

Типы кадров сети Ethernet

Формат кадра в оригинальной системе Ethernet

Формат кадра Ethernet RAW 802.3

Формат кадра стандарта Ethernet IEEE 802.3/LLC

Формат кадра Ethernet SNAP

Сеть Token Ring

Метод доступа к передающей среде

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Ваш комментарий (необязательно):