Технологии нижних уровней (канальный+физический). Технологии проводных локальных сетей семейства Ethernet

Технологии нижних уровней (канальный+физический)

Лекции 8-13

1. Классификация

1.1. Уровни доступа и агрегации, проводные:

• - поверх телефонной линии
• Модемное соединение (V.90 и ниже)
• xDSL
• PPP

• - выделенная линия
• X.25
• ISDN
• ATM
• Ethernet
• Toking Ring
• FDDI
• PON

• 1.2. Беспроводные:
• Wi-Fi
• WiMAX
• LTE
• Сотовые: GSM, 3G (UMTS, CDMA) и т.п.

• 2. Магистральные:
• PDH
• SDH
• ATM
• xWDM
• Metro Ethernet

Локальные сети Ethernet

Лекция 8

Технологии проводных локальных сетей семейства Ethernet

• Ethernet (10 Мбит/с, рекомендации IEEE 802.3, 1975-1980 г.). Среда – коаксиальный кабель или витая пара. Поддерживает топологию «шина» (для коаксиального кабеля) и «звезда» (для витой пары).
• Fast Ethernet (100 Мбит/с, рекомендации IEEE 802.12). Среда - витая пара и оптоволоконный кабель. Переход на топологию «звезда».
• Gigabit Ethernet (500 и 1000 Мбит/с, IEEE 802.3z). Среда – витая пара и оптоволоконный кабель. Топология «звезда».
• 10 G Ethernet и выше – направления разработок и усовершенствования...

Топологические решения

• Шина (10base-2, 10base-5).
• Псевдо звезда (10base-T, Fast Ethernet). Базируется на использовании хаба (hub), в котором реализована шина. Сохраняет все недостатки метода доступа CSMA/CD.
• Звезда (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и выше). Базируется на использовании коммутатора (switch)

Сопоставление моделей OSI и IEEE 802

Эталонная модель IEEE 802

Протоколы верхних уровней

LLC

МАС

Управление доступом к каналу

Управление доступом к среде

Область действия стандартов

IEEE

802

Подуровни Ethernet

• LLC (Logical Link Control) – уровень доступа к каналу. Обеспечивает достоверную передачу кадров. Варианты:
  • LLC1 – без установления соединения, без подтверждения;
  • LLC2 – с установлением соединения, с подтверждением (вида HDLC);
  • LLC3 – без установления соединения, с подтверждением.
• MAC (Media Access Control) – уровень доступа к среде. Обеспечивает совместное использование среды.

Инкапсуляция в кадр Ethernet

IP-пакет

Сетевой уровень

IP-пакет

LLC

Канальный уровень

IP-пакет

LLC

MAC

MAC

Физический уровень

LLC-уровень

• Кадры LLC:
  • Информационные
  • Управляющие (с установлением соединения, служебные)
  • Ненумерованные (без установления соединения, служебные).
• Все кадры LLC имеют единый формат (HDLC):

Адрес точки входа сервиса

Пользовательские данные

Управлен. (1 байт)

флаг

флаг

DSAP

SSAP

Флаг – комбинация 01111110, обозначает начало и конец кадра LLC DSAP – Destination Service Access Point (получателя) SSAP – Source Service Access Point (отправителя)

МАС-уровень. Структура МАС-адреса

Присвоен IEEE

Присвоен локально

U/L

I/G

1бит 1бит 22бита 24бита

I/G: 1-индивидуальный; 0 – групповой U/L: 1- присвоен локально; 0 –присвоен IEEE

Пример МАС-адреса: 00:0А:21:F0:54:2B

• Взаимосвязь между IP и МАС адресами устанавливается при помощи протокола ARP (Address Resolution Protocol) – преобразует IP-адреса в МАС. В его основе лежит таблица адресов
• (ARP-таблица).

• Определение МАС-адреса по IP-адресу:
  • Ищется IP-адрес в ARP-таблице
  • Если адрес отсутствует, то посылается широковещательный запрос.
  • Прослушивается ответ устройства с этим адресом
  • Обновление ARP-таблицы
• Информация хранится в таблице в течение 20 мин.

• Значения поля «Тип адресного соответствия»:
  • 2 – строка не действительна
  • 3 – динамическая привязка
  • 4 – статическая привязка
• Структура ARP-запроса

16

Тип оборудования

Тип протокола

Длина МАС-адреса

Длина адреса протокола (IP)

Код операции (запрос или ответ)

МАС-адрес отправителя

IP-адрес отправителя

МАС-адрес получателя

IP-адрес получателя

Протоколы начальной загрузки

• RARP – протокол определения IP-адреса при начальной загрузке. Основан на физическом адресе.
• BOOTP – протокол начальной загрузки. Реализуется как приложение, а не часть операционной системы. Позволяет назначать IP-адреса в сети на основе протоколов транспортного и сетевого уровней.
• DHCP – протокол динамического назначения IP-адресов. Используется для модемного доступа или WiFi. Является автоматически конфигурируемым.

Формат кадров Ethernet

Преамбула 7+1 байт

Адрес назначения 6 байт

Адрес источника 6 байт

Длина кадра 2

Сервис назначения 1

Управление 1

Сервис Источника 1

Могут не использоваться

Данные 46-1497 байт

Контрольная сумма 4

• Преамбула – служит для синхронизации сети. Представляет собой комбинацию 10101010…. (Манчестерский код представляет собой меандр 10 МГц, 6.4 мкс). Последний байт считается ограничителем кадра (SF) для совместимости технологий семейства Ethernet.
• Адреса: 6 байт (см. слайд8). Широковещательный адрес (используется, например, для заполнения ARP-таблицы) FF:FF:FF:FF:FF:FF.
• Поле данных ограничено MTU=1500 байт (Maximum Transfer Unit) с учетом длины заголовка.
• Контрольная сумма – рассчитывается на основе циклического кода (CRC)

Особенности семейства Ethernet (история связи)

• Метод доступа к разделяемой среде: CSMA/CD – доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий.
• Основные параметры:
• Частота несущей 10 Гц.
• Пауза между кадрами 9,6 мкс. Позволяет исключить монопольный захват среды.
• При обнаружении коллизии посылается jam- последовательность (32 бита).
• Количество попыток повторной передачи 16.
• Величина задержки при следующей попытке – случайная величина.

Метод доступа CSMA/CD

• Идея: все станции в сети прослушивают среду на предмет обнаружения несущей. При отсутствии несущей отправитель передает кадр Ethernet в сеть. В случае обнаружении несущей отправитель ждет 9,6 мкс.
• Домен коллизий – домен, все машины которого используют общую разделяемую среду. Увеличение количества машин в такой сети приводит к резкому ухудшению производительности за счет неэффективного использования ресурсов.
• Следствие: наложение ограничения на размер сети: количество рабочих станций и длину сегмента.
• t2оборота < tпередачи кадра
• (57,6 мкс для 10Мбит/c)
• В настоящее время не бывает, т.к. произошел полный переход сетей Ethernet от разделяемой среды (хаб) и коммутируемой.

Обнаружение коллизий (история связи)

• Причины возникновения коллизий – одновременная передача данных