Структура фрейма Ethernet та його поля
Весь обмін інформацією в мережі відбувається за допомогою фреймів (Frame – кадр, бітова послідовність) – пакетів MAC–підрівня канального рівня, що визначаються стандартом IEEE802.3 та мають незначні відмінності в реалізації для протоколів TCP/IP та IPX/SPX. Фрейм розпочинається преамбулою, що відповідає за побітову синхронізацію передавання та приймання даних мережними адаптерами. З цією метою в преамбулі сім разів повторюється байт 10101010. У полі адреси пункту призначення пакета, що має довжину 2 або 6 байтів, міститься MAC–адреса мережного адаптера вузла, якому адресується інформація. Перший біт адреси визначає тип відправлення: 0 – для конкретного вузла, 1 – для групи вузлів. Поле адреси відправника пакета містить MAC–адресу мережного адаптера вузла, що здійснив передавання інформації. Це поле має таку ж довжину, як і поле адреси пункту призначення пакета, а його перший біт завжди дорівнює 0. Заголовок закінчується полем довжини блока даних, розмір якого становить 2 байти. Фрейм Ethernet_ІІ замість поля довжини містить тип мережного протоколу, що здійснив відправлення цього пакета. Такий тип фреймів використовується протоколом TCP/IP. Конкретний тип фрейма вказується під час завантаження мережного драйвера. Стандарт IEEE802.3 визначає максимальну (1518 бітів) та мінімальну (512 бітів) довжину фрейма. Обмеження на мінімальну довжину фрейма пов'язане з механізмом виявлення конфліктів. У процесі передавання надто коротких повідомлень вузол може закінчити передавання кадру до моменту виявлення колізії. Максимальна довжина фрейма пов'язана з ймовірністю появи в ньому помилки під час передавання. У кінці фрейма знаходиться поле контрольної суми (CRC–код для контролю вірогідності передавання )
4. Управління доступом до середовища передачі даних. Детерміністичні та не детерміністичні MAC-протоколи.
Під управлінням доступом до середовища (Media Access Control-MAC) розуміються протоколи, які в спільно використовуваному середовищі (колізійному домені) визначають,якому комп'ютера надати право передавати дані. Підрівні MAC і LLC описуються IEEЕ Версією другого рівня. MAC і LLC є підрівнями другого рівня. Існують два загальних типу MAC-підрівня:
детерміністичний (існує черговість надання доступу);
недетерміністичний (право передачі надається першому за принципом''першим прийшов - першим обслужили''.
Технології Token Ring і FDDI є детерміністичними, а Ethernet/802.3 недетерміністичною.
Детерміністичні MAC-протоколи при наданні права на передачу використовують черговість, іноді жартівливо звану''передачею ходу''. Прикладом детерміністичного протоколу може служити протокол передачі маркера Token
Ring. У мережі Token Ring окремі станції утворюють кільце. За таким кільцем циркулює спеціальний маркер. Якщо якійсь станції потрібно передати дані, вона захоплює маркер, протягом певного часу передає дані, а потім передає маркер в кільце, де він може бути перехоплено іншою станцією.
Недетереміністичні MAC-Протоколи використовують механізм доступу згідно з принципом''першим прийшов- першим обслужили''. Прикладом недетерміністичного MAC- Протоколу є метод множинного доступу CSMA / CD. При використанні цієї технології загального доступу середовище Ethernet дозволяє мережевим пристроям конкурувати за право передачі. Станції в мережі, що використовують метод CSMA / CD, прослуховують мережу і чекають моменту, коли вона буде вільна для передачі даних. Однак якщо дві станції починають передачу одночасно, то відбувається колізія (зіткнення), і спроби передачі обох станцій стають безуспішними. Усі станції мережі також дізнаються про цю колізію і чекають, коли канал передачі звільниться.
5. MAC-підрівень та визначення колізій.
Середовище Ethernet являє собою широкомовну технологію спільного доступу. Використовуваний в середовищі Ethernet метод доступу CSMA / CD виконує три функції:
передачу та отримання пакетів даних;
декодування пакетів даних і перевірку дійсності містимих в
них адрес перед передачею їх більш високим рівням моделі OSI;
виявлення помилок в пакетах даних або в роботі мережі.
При використанні методу доступу CSMA / CD мережеві пристрої, що мають дані для передачі, знаходяться в режимі''прослуховування мережі перед передачею'.У технології Ethernet спільного доступу такий підхід означає, що
коли пристрою потрібно надіслати дані, він повинен попередньо переконатися в тому, що мережеве середовище вільне для передачі. Після того як пристрій перевірив, що в мережевому середовищі немає сигналів, він починає передавати дані. Передаючи дані у вигляді сигналів, пристрій продовжує прослуховування середовища для того, щоб бути впевненим у тому, що інші пристрої не ведуть передачу одночасно з ним. Якщо дві станції ведуть передачу одночасно, виникає колізія. Після закінчення передачі пристрій повертається в режим прослуховування мережі. У традиційній технології Ethernet при спільному використанні середовища передачі в кожен конкретний момент передавати дані
може тільки один пристрій. У коммутованому середовищі Ethernet це твердження стає невірним. Мережеві пристрої здатні виявляти виникнення колізії, оскільки вона супроводжується збільшенням амплітуди сигналу в мережевому середовищі.Така функція називається виявленням колізій. Коли виникає колізія, кожне пристрій, який в даний момент здійснює передачу, продовжує її протягом короткого проміжку часу для того, щоб колізію могли побачити всі пристрої в мережі. Коли всі пристрої побачили, що в мережі відбулася колізія, передавальні пристрої викликають алгоритм, відомий як алгоритм повернення (backoff). Після того як всі передавальні пристрої здійснили повернення і утрималися від передачі протягом деякого випадково обраного (і,
отже, різного у всіх пристроїв) проміжку часу, будь-який пристрій може спробувати знову отримати доступ до середовища передачі. При поновленні передачі пристрої, які були залучені до колізії, не мають пріоритету в передачі даних.
Обробка помилок.
Частіше за все (і зазвичай без серйозних наслідків) помилки в мережі Ethernet виникають в результаті колізії. Колізії є механізмом вирішення конфлікту за право доступу до мережі. Кілька колізій забезпечують для мережевих вузлів досить простий, зручний, що не викликає великого службового навантаження, спосіб вирішення спорів за мережеві ресурси. У ситуації, коли мережа не може функціонувати відповідним чином через різні проблеми, колізії можуть стати істотною перешкодою її ефективній роботі. Колізії можливі тільки в напівдуплексних сегментах. При виникненні колізій витрачається робочий час мережі у двох аспектах.
Перш за все втрачається частина смуги пропускання, що дорівнює сумі початково переданих даних, і сигнал колізії. Таке явище називається затримкою споживання; воно торкається всі мережеві вузли. Затримка споживання значно зменшує пропускну здатність мережі. Слідом за кожною успішною або невдалою спробою передачі для всіх станцій мережі наступає період простою (період повернення), назване міжфреймовим зазором (або міжфреймовим інтервалом), який також впливає на пропускну здатність мережі.
Другий аспект затримки пов'язаний з алгоритмом повернення після колізії. Затримки повернення зазвичай незначні. Велике число колізій відбувається дуже рано у фреймі.
7. Типи колізій.
Через метод доступу до середовища передачі, що використовується в мережах Ethernet їм властиві колізії. Підвищення частоти колізії може викликати помітне падіння продуктивності мережі.
Розрізняють типи колізій: локальна, з затримкою, пізня.
Локальна колізія (також відома як рання) — це колізія, що виникає в локальному сегменті мережі протягом передачі перших 64 байт кадру. Це найбільш розповсюджений тип колізії. Такі колізії не пов’язані з несправностями апаратної частини.
Пізня колізія виникає в результаті того, що два вузли в мережі, що одночасно почали передачу, не виявляють колізію відразу. Якщо час, необхідний для передачі кадру, менше часу, за який кадр досягне найбільш віддаленого вузла, або вузол, який передає дані вирішить, що канал вільний, і передасть перші 64 байт, може виникнути така колізія. Причиною появи колізій такого типу може бути перевищення припустимої довжини кабелю, використання великого числа повторювачів.
Колізія з затримкою виникає після того, як почали передаватись дані.
8. Помилки мережі Ethernet.
Як помилки в роботі мережі Ethernet розглядаються такі ситуації:
відбувається одночасна передача від кількох станцій до того, як вийшов час канального інтервалу;
відбувається одночасна передача від кількох станцій після того, як минув час канального інтервалу;
надмірно тривала передача або передача невирішеною тривалості
занадто коротка передача (короткий фрейм, фрагмент колізії або фрейм- карлик);
передача кадру з пошкодженням (помилка в контрольній сумі FCS);
недостатнє або надмірна кількість переданих фреймів
невідповідність дійсного і повідомленого кількість октетів у Фреймі (помилка в розмірі кадру);
Кожна із зазначених вище ситуацій повинна бути розглянута окремо.Фрейми, які містять помилки, часто, але не завжди, відкидаються.Нормальні колізії включені в цей список тільки для повноти, але в дійсності як помилки не розглядаються.
9. Типи фреймів: подовжені, скорочені, карликові.
Подовжений фрейм (long frame) - це фрейм, що має довжину більше дозволеної, однак при цьому враховується можлива наявність тега. Питання про те, чи має фрейм правильну контрольну суму FCS, в даному випадку не розглядається.
Саме такий вид помилки зазвичай мається на увазі, коли йдеться про виявлення в мережі збійного пакета (jabber). Під укороченим фреймом розуміється фрейм, що має розмір менше мінімального дозволеного - 64 октету, і має правильну послідовність контрольної суми. Деякі аналізатори протоколів і мережеві монітори називають такі фрейми карликовими, однак цей термін слід визнати неточним. Як правило, короткі фрейми не виявляються клієнтськими пристроями, і їх присутність не обов'язково означає некоректну роботу мережі.
Термін фрейм-Карлик (або карликовий фрейм) є неточним сленговим терміном і означає набір даних, що має розмір менший, ніж дозволено в стандарті. Він може застосовуватися і по відношенню до коротких фреймів, які мають правильну контрольну суму FCS. Як правило, таке визначення застосовується по відношенню до фрагментів колізій.
Фрейми-привиди.
Корпорація Fluke Networks запропонувала використовувати термін фрейм-Привид (Ghost) по відношенню до виявленої в кабелі зовнішньої енергії (шуму), яка виглядає як фрейм, але у якої відсутній дійсний прапор SFD. Для того, щоб бути кваліфікованим як''привид'',''цей фрейм''повинен мати довжину
не менше 72-х октетів (включаючи преамбулу), в іншому випадку він буде класифікуватися як віддалена колізія.
Деякі типи шуму вводять в оману вузли мережевого сегмента, в результаті чого останні вважають, що вони отримують повноцінний фрейм. Проте фрейм так і не приходить, тому ніякі дані для обробки мережного адаптера не пеРедані. Різні мережеві інтерфейси по-різному реагують на такі ситуації, і стандартами не визначається, як і коли повинен адаптер NIC реагувати на такий''шумлячий''сегмент. Повторювачі
зазвичай поширюють такі шумові сигнали в інші сегменти колізійного домену. Одним із симптомів присутності фреймів- Примар є уповільнення роботи мережі або повне її припинення без видимих причин. При цьому файлові сервери практично не завантажені, пристрої моніторингу мережі показують невеликий рівень завантаження мережі, однак користувачі скаржаться на повільну роботу. Цей симптом може бути географічно обмежений, тобто один кінець великого (або протяжного) сегмента мережі здається працюючим
нормально, тоді як на іншому кінці робота мережі різко сповільнюється або взагалі припиняється. Причинами появи фреймів-Привидів зазвичай є або коротке замикання кабелю на заземлення, або інші проблеми з кабелями.
11. Автоматична настройка параметрів з’єднання в мережах Ethernet.
Автоматична настройка включає в себе сигнал, який називається нормальним канальним імпульсом (Normal Link Pulse-NLP). Якщо вирушає група таких імпульсів, вона називається пакетом імпульсів швидкого з'єднання
(Fast Link Pulse (FLP) burst). Кожен пакет FLP вирушає з таким же тимчасовим інтервалом, що й одиночний імпульс NLP, для того щоб застарілі пристрої версії 10BASE-T нормально працювали при прийомі групи імпульсів.
Автоматична настройка здійснюється шляхом передачі пакета канальних імпульсів 10BASE- T кожному партнеру канального з'єднання. У таких пакетах міститься інформація про можливості станції, яка передала цей пакет. Після того
як обидві станції проаналізують пропозицію свого партнера, вони переключаються на загальну конфігурацію, відповідну максимальній продуктивності, і встановлюють в каналі цю швидкість і відповідний режим передачі. Якщо по якій-небудь причині зв'язок переривається і канал виходить з ладу, то спершу обидва партнера намагаються відновити зв'язок на колишній узгодженої швидкості.Якщо це не вдається або з часу обриву каналу пройшло занадто багато часу, то процес автоузгодження починається спочатку. Канал може вийти з ладу з зовнішніх причин, таким, як дефект кабелю, або через те, що один з вузлів виконує перезавантаження.
12. Технології Ethernet зі швидкістю передачі даних 10 та 100 Мбіт/с.
Фізичні специфікації рівня Ethernet на сьогодні включають наступні середовища передачі даних:
· 10Base-5-товстий коаксіальний кабель діаметром 0.5 дюйма. Сегмент кабелю максимальної довжини 500 м. повинен мати на кінцях узгоджені термінатори «заглушки» з хвильовим опором 50 Ом. При відсутності термінаторів в кабелі виникають стоячі хвилі, так що одні вузли отримують сильні сигнали, а інші настільки слабкі, що їх прийом стає неможливим. Тип топології, що використовується-шина. Роз’єми, що використовуються AUI.
· 10Base-2-в цьому стандарті в якості передавального середовища використовується «тонкий» коаксіал. Максимальна довжина сегмента без повторювачів 185 м., сегмент повинен мати на кінцях узгоджені термінатори 50 Ом. Тонкий коаксіальний кабель дешевше товстого, тому ці мережі є дешевими, проте «тонкий» коаксіал володіє гіршою механічною крепкістю, і меншою шириною полоси пропускання. В мережах 10Base-2 використовується топологія шини, роз’єм AUI.
· 10Base-T-кабель на основі неекранованої витої пари CAT 3,4,5.Створює топологію зірки на основі концентратора. Відстань між концентратором і кінцевим вузлом повинна не перевищувати 100 м. Роз’єми, що використовуються RJ-45.
· 10Base-F-волокнооптичний кабель. Топологія аналогічна топології стандарту 10Base-T. Існує декілька варіантів цієї специфікації FOIRL,(відстань до 1000м.),10Base-FL(відстань до 2000м.),10Base-FB(відстань до 2000м.)