Взаимодействие на физическом и канальном уровне Ethernet и IEEE 802.3

Взаимодействие на физическом и канальном уровне Ethernet и IEEE 802.3

Для обозначения типа протокола физического уровня в стандарте IEEE используется имя, которое состоит из трех компонентов:

•  Скорость передачи данных;

•  Тип протокола линейного кодирования;

•  Тип используемой среды передачи данных / максимальная длина сегмента в 100 метровых квантах.

Пример : 10 Base 2:

•  Скорость передачи данных: 10 Мбит/сек;

•  Тип протокола линейного кодирования: Base band - без использования модуляции;

•  Тип используемой среды передачи данных / максимальная длина сегмента в 100 метровых квантах: тонкий коаксиальный кабель / 185 метров.

Таблица 1.2.1.

ТЛКК - толстый коаксиальный кабель
ТНКК - тонкий коаксиальный кабель
ВП - неэкранированная витая пара
OК - оптический кабель
ОШ - топология сети "общая шина"
ТТ - топология сети точка-точка

На канальном уровне технологии Ethernet определяются значения следующих параметров кадра:

•  Максимальная длина кадра

•  Минимальная длина кадра

•  Размер и содержание служебных и обязательных полей кадра

•  Размер и содержание факультативных полей кадра

Процедура Jabber Control является ещё одним, кроме IFG, механизмом, который предназначен для предотвращения снижения пропускной способности сети при появлении временных сбоев в функционировании сетевых интерфейсных карт (NIC). Для исключения возможности возникновения такой ситуации, при которой одна рабочая станция монополизирует процесс информационного обмена в сети, используется процедура Jabber Control.

По истечении установленного допустимого интервала активности на аппаратном уровне происходит прерывание процесса передачи данных и рабочая станция или сегмент сети переводятся в пассивное состояние. Возобновление процесса передачи данных данной станцией или сегментом сети невозможно до истечения установленного интервала задержки. Величины допустимого интервала активности (xmit_max) и задержки повторной передачи (T delay ) для репитеров и рабочих станций приведены в таблице:

Таблица 1.2.2.

Для обозначения кадров, которые имеют ненормативный размер, в сетях Ethernet применяются следующие термины:

•  RUNT – (коротышка) – кадр, размер которого менее 64 байтов (512 бит);

•  LONG – (длинный) - кадр, размер которого лежит в пределах от 1518 до 6000 байтов;

•  GIANT – (гигант) - кадр, размер которого превышает 6000 байтов;

•  DRIBBLE – кадр такого типа образуют два последовательных кадра, которые были ошибочно восприняты как один кадр.

Информационное взаимодействие на канальном уровне сетей стандарта Ethernet также разделено на дополнительные уровни, которые не предусмотрены стандартом OSI-7. Эти уровни называются LLC (Logical Link Control) и MAC (Media Access Control).

Для передачи данных по сети Ethernet используются блоки данных канального уровня - кадры. Особенность технологии Ethernet заключается в том, что она позволяет реализовать передачу данных по принципу – один – для всех – «широковещание» (broadcasting). Для идентификации получателя информации в технологиях Ethernet используются 6-ти байтовые MAC – адреса.

Формат MAC – адреса обеспечивает возможность использования специфических режимов многоадресной адресации в сети Ethernet и, одновременно, исключить возможность появления в пределах одной локальной сети двух станций которые имели бы одинаковый адрес.

Физический адрес сети Ethernet состоит из двух частей:

•  Идентификатор производителя оборудования (Vendor codes);

•  Индивидуальный идентификатор устройства.

Таблица 1.2.3.

Специальная организация в составе IEEE занимается распределением разрешенных кодировок данного поля по заявкам фирм- производителей сетевого оборудования. Для написания MAC адреса могут быть использованы различные формы. Наиболее часто используется шестнадцатеричная форма, в которой пары байтов отделяются друг от друга символами «-»: 00-e0-14-00-00-00

В сетях Ethernet и IEEE 802.3 используются три основных режима формирования адреса назначения:

•  Unicast;

•  Multicast;

•  Broadcast.

Первый режим адресации (Unicast) используется в том случае, когда станция - источник адресует передаваемый пакет только одному получателю данных.

Признаком использования режима адресации Multicast является наличие 1 в младшем бите старшего байта идентификатора производителя оборудования.

01-00-0C-CC-CC-CC

Кадр, содержание поля DA которого принадлежит типу Multicast, будет принят и обработан всеми станциями, которые имеют соответствующее значение поля Vendor Code – в данном случае – это сетевые устройства Cisco. Приведенный Multicast - адрес используется сетевыми устройствами данной фирмы для взаимодействия в соответствии с правилами Cisco Discovery Protocol (CDP).

Станция сети Ethernet и IEEE 802.3 может также использовать режим адресации типа Broadcast. Адрес станции назначения типа Broadcast кодируется специальным значением:

FF-FF-FF-FF-FF-FF

При использовании данного адреса переданный пакет будет принят всеми станциями, которые находятся в данной сети.

Помимо адреса, который жестко определен при изготовлении (Universally Administered Address), сетевое устройство может получить с помощью специального программного обеспечения адрес, который будет иметь только локальное значение (Locally Administered Address). Признаком использования адреса такого типа является наличие в МАС – адресе источника 1 во втором бите старшего байта идентификатора производителя оборудования.

Формат кадра Ethernet II

Таблица 1.2.4.

Поле преамбулы не предназначено для передачи полезной информации – наличие этого поля у кадра объясняется необходимостью установления надежной взаимной синхронизации тактовых генераторов передатчика и приемника данных.

Содержимое данного поля формируется таким образом, чтобы обеспечить уверенную взаимную синхронизацию генераторов до начала передачи МАС- адреса станции назначения и поэтому представляет собой циклическую последовательность [01].

Поле DA. В этом поле кадра Ethernet II отправитель размещает МАС адрес получателя для данного пакета. Адреса назначения могут иметь один из описанных в предыдущем разделе тип - Unicast / broadcast / multicast.

Поле SA. В этом поле отправитель размещает свой собственный MAC - адрес, для того чтобы получатель мог его идентифицировать. Как было отмечено выше, адрес источника может быть глобальным или локальным.

Поле Тип занимает 2 байта в пакете Ethernet II и содержит информацию о типе полезной нагрузки данного пакета.

Таблица 1.2.5.

Поле Данные. В этом поле размещается полезная нагрузка кадра – блоки данных верхних уровней. Длина этого поля является переменной и определяется размером инкапсулируемого блока данных верхнего уровня.

Поле CRC. Это поле занимает 4 последних байта кадра Ethernet II и содержит контрольную 32–х разрядную контрольную сумму всех информационных полей кадра – без преамбулы и собственно поля CRC.

Формат кадра IEEE 802.3

Таблица 1.2.6.

Поле Преамбулы. В кадре IEEE 802.3 поле преамбулы выполняет такую же функцию, что и в кадре Ethernet и имеет длину 7 байтов.

Поле SFD. Данное поле (10101011) предназначено для того, чтобы явно отметить начало информационной части кадра.

Поля DA и SA. В кадре IEEE 802.3 эти поля имеют такое же назначение, какое они имеют в кадре Ethernet II.

Поле Length. Данное поле занимает два байта и предназначено для явного указания длины поля полезной нагрузки (в байтах). Для обеспечения установленного размера коллизионного домена длина передаваемого кадра не должна быть менее 64 байт. При этом минимальная длина поля полезной нагрузки составляет 46 байт. В том случае, если инкапсулируемый блок данных имеет меньший размер, содержимое поля данных дополняется произвольными кодировками до величины 46 байт.

Поле Данные. В кадре IEEE 802.3 поле Данные выполняет такую же функцию, что и в кадре Ethernet и предназначено для размещения в нем блоков данных верхних уровней.

Поле FCS. Поле FCS занимает 4 байта и предназначено для выявления наличия искажений содержимого кадра. В том случае, если рассчитанная контрольная сумма принятого кадра не совпала с переданной контрольной суммой, принятый кадр подлежит уничтожению.

Информационное взаимодействие на уровне логического звена осуществляется в соответствии с принципами и процедурами, которые формулируются комитетом IEEE 802.2.

Структура блока данных LLC. В соответствии с терминологией, которая принята в IEEE 802.2, блок данных канального уровня имеет название PDU – Protocol Data Unit. Кадр PDU имеет следующую структуру:

Таблица 1.2.7.

Поле DSAP Адрес. Это поле в PDU LLC имеет размер 1 байт и содержит адрес канального уровня порта назначения (Destination Service Access Point) данного кадра. Значение старшего бита данного поля определяет тип используемого адреса порта назначения:

•  DSAP [7]=0 индивидуальный адрес;

•  DSAP [7]=1 групповой адресю.

Поле S SAP Адрес. Это поле в PDU LLC также имеет размер 1 байт и содержит адрес канального уровня порта источника (Source Service Access Point) для данного кадра. Значение старшего бита данного поля определяет тип данного кадра:

•  SSAP [7]=0 кадр типа «команда» (command);

•  SSAP [7]=1 кадр типа «ответ» (response).

В таблице приведены наиболее часто используемые величины SAP и расшифровка этих значений:

Таблица 1.2.8.

Поле Control может занимать один или два байта в PDU LLC и предназначено для передачи управляющего слова или последовательного номера PDU. Управляющее слово PDU LLC может использовать один из следующих форматов:

•  I – (information) формат;

•  S- (supervisory) формат;

•  U- (unnumbered) формат.

Тип используемого формата определяется значениями двух старших разрядов первого байта поля Control.

Структура поля Control в кадре I-типа. В первом бите первого байта содержится признак кадра I-типа – 0. В остальных битах первогобайта размещается последовательный номер по mod 127 передаваемого кадра. Во втором байте поля Control в кадре I-типа размещается последовательный номер по mod 127 последнего принятого кадра.

Структура поля Control в кадре S-типа. В кадре S–типа поле Control занимает 2 байта. В двух первых битах первого байта содержится признак кадра S-типа комбинация «10». Два последующих бита используются для определения типа управляющего сигнала:

Таблица 1.2.9.

Кадры типа Control используются для управления процессом информационного обмена.

Структура поля Control в кадре U-типа. В кадре U–типа поле Control занимает 1 байт. Кадры этого типа используются для управления состоянием логического соединения - созданием соединения, обслуживанием соединения, разрыванием соединения. Пять младших разрядов этого поля (3,4,6,7,8) определяют тип управляющей команды (Command) или ответа о результатах её выполнения (Response):

Таблица 1.2.10.