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