В технологии ethernet при попадании кадра

Обновлено: 02.07.2024

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения локальной вычислительной сети. Термин «достаточный» говорит о том, что этот набор представляет собой минимальный набор средств для построения работоспособной сети. Возможно, эту сеть можно улучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует протоколы стандарта Ethernet и протокола IP, также специальных коммуникационных устройств - маршрутизаторов. Улучшенная сеть станет надежней и быстродействующей, но всё это за счет надстроек над технологией Ethernet, которая составила базис сети.

Термин «сетевая технология» применяется и в расширенном толковании - любой набор средств и правил для построения сети, например, «технология сквозной маршрутизации», «технология создания защищенного канала», «технология IP-сетей».

Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, говоря о том, что на их основе строится базис любой сети. Примеры базовых сетевых технологий локальных сетей: Token Ring и FDDI, Х.25 и frame relay. Для получения работоспособной сети необходимо приобрести программные и аппаратные средства - сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и тому подобное - и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию.

Стандарт Ethernet был принят в 1980 году. Число сетей, построенных на основе этой технологии - 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих в таких сетях - в 50 миллионов.

Основной принцип в основе Ethernet, - случайный методдоступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны.

В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей. Компьютеры подключаются к разделяемой среде в соответствии с структурой «общая шина». С помощью разделяемой во времени шины любые два компьютера могут обмениваться данными. Управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами - сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый сетевой адаптер, имеет уникальный адрес. Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. 10 Мбит/с - величина пропускной способностью сети Ethernet. В самом начале сеть Ethernet выглядела так (см. рисунок 1.2)

Рисунок 1.2 Сеть Ethernet

Принцип работы случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается передачей. Поэтому важная часть технологии Ethernet - процедура определения доступности среды.

После того как сеть прощупана и компьютер убедился, что сеть свободна, он начинает передачу, при этом «захватывает» среду. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра. Кадр - это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя.

В сети Ethernet при попадании кадра в разделяемую среду передачи данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из начальных полей кадра, и, если этот адрес совпадает с их собственным адресом, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера. В итоге, компьютер-адресат получает предназначенные ему данные.[1]

Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

Первоначальный Version I (больше не применяется).

Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, называющийся DIX (первые буквы фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется и сейчас. Используется непосредственно протоколом Интернет.

Рисунок 1. 3. Формат кадра Ethernet II

Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II см. рисунок 1.3.

Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).

Кадр IEEE 802.2 LLC.

Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.

Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.

В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.

На основе данной информации для локальной сети здания, рассматриваемой в курсовой работе, была выбрана технология Ethernet.

Рассмотрим, каким образом описанные выше общие подходы к решению проблем построения сетей воплощены в наиболее популярной сетевой технологии — Ethernet . (Заметим, что мы не будем сейчас подробно рассматривать саму технологию — отложим этот важный вопрос до следующего курса, а сегодня остановимся лишь на некоторых принципиальных моментах, иллюстрирующих ряд уже рассмотренных базовых концепций.)

Сетевая технология — это согласованный набор стандартных протоколов и программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров , драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети.

Эпитет "достаточный" подчеркивает то обстоятельство, что речь идет о минимальном наборе средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть . Эту сеть можно усовершенствовать, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов стандарта Ethernet применения протокола IP , а также специальных коммуникационных устройств — маршрутизаторов. Усовершенствованная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами технологии Ethernet , которая составила базис сети.

Термин " сетевая технология " чаще всего используется в описанном выше узком смысле, но иногда применяется и его расширенное толкование как любого набора средств и правил для построения сети, например "технология сквозной маршрутизации", "технология создания защищенного канала", "технология IP -сетей".

Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), создавались специально для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями , имея в виду, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сетевых технологий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии локальных сетей как Token Ring и FDDI , или же технологии территориальных сетей Х.25 и frame relay . Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства , относящиеся к одной базовой технологии — сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы , коммутаторы, кабельную систему и т. п., — и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию.

Итак, для сетевой технологии - Ethernet характерны:

коммутация пакетов ;
типовая топология - "общая шина" ;
плоская числовая адресация ;
разделяемая передающая среда .

Основной принцип, положенный в основу Ethernet , — случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель , витая пара , оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе случайного доступа к разделяемой среде , была радиосеть Aloha Гавайского университета).

В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей. Компьютеры подключаются к разделяемой среде в соответствии с типовой структурой "общая шина" (рис. 7.3). С помощью разделяемой во времени шины любые два компьютера могут обмениваться данными. Управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами — сетевыми адаптерами - Ethernet . Каждый компьютер , а точнее, каждый сетевой адаптер , имеет уникальный адрес . Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. Эта величина является пропускной способностью сети Ethernet .

Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается обменом. Поэтому важной частью технологии Ethernet является процедура определения доступности среды.

После того как компьютер убедился, что сеть свободна, он начинает передачу и при этом "захватывает" среду. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра . Кадр — это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet . Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя.

Сеть Ethernet устроена так, что при попадании кадра в разделяемую среду передачи данных все сетевые адаптеры начинают одновременно принимать этот кадр . Все они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из начальных полей кадра , и, если этот адрес совпадает с их собственным, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера . Таким образом компьютер -адресат получает предназначенные ему данные.

Может возникнуть ситуация, когда несколько компьютеров одновременно решают, что сеть свободна, и начинают передавать информацию. Такая ситуация, называемая коллизией , препятствует правильной передаче данных по сети. В стандарте Ethernet предусмотрен алгоритм обнаружения и корректной обработки коллизий . Вероятность возникновения коллизии зависит от интенсивности сетевого трафика.

После обнаружения коллизии - сетевые адаптеры , которые пытались передать свои кадры , прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде и передать тот кадр , который вызвал коллизию .

Основные достоинства технологии Ethernet

Главным достоинством сетей Ethernet , благодаря которому они стали такими популярными, является их экономичность. Для построения сети достаточно иметь по одному сетевому адаптеру для каждого компьютера плюс один физический сегмент коаксиального кабеля нужной длины.
Кроме того, в сетях Ethernet реализованы достаточно простые алгоритмы доступа к среде, адресации и передачи данных. Простота логики работы сети ведет к упрощению и, соответственно, снижению стоимости сетевых адаптеров и их драйверов. По той же причине адаптеры сети Ethernet обладают высокой надежностью.
И, наконец, еще одним замечательным свойством сетей Ethernet является их хорошая расширяемость, то есть возможность подключения новых узлов.

Другие базовые сетевые технологии , такие как Token Ring и FDDI , хотя и обладают индивидуальными чертами, в то же время имеют много общего с Ethernet . В первую очередь , это применение регулярных фиксированных топологий ("иерархическая звезда " и "кольцо"), а также разделяемых сред передачи данных . Существенные отличия одной технологии от другой связаны с особенностями используемого метода доступа к разделяемой среде . Так, отличия технологии Ethernet от технологии Token Ring во многом определяются спецификой заложенных в них методов разделения среды — случайного алгоритма доступа в Ethernet и метода доступа путем передачи маркера в Token Ring .

Семейство технологий Ethernet.

Модификации Ethernet.

Варианты соединения	Скорость
Ethernet	Коаксиальный кабель, оптика, витая пара	10 Мб/с
Fast Ethernet	Оптика, витая пара	100 Мб/с
Gigabit Ethernet	Оптика, витая пара	1 Гб/с
10G Ethernet	Оптика, витая пара	10 Гб/с

Как мы и отметили сразу, различаются, в первую очередь, скорость передачи данных и тип используемого кабеля. На заре развития Ethernet использовались исключительно коаксиальные кабели, и лишь затем появились варианты с витой парой и оптикой, что привело к значительному расширению возможностей. К примеру, использование витой пары дает одновременно:

Ethernet (10 Мб/с)
10Base-2
10Base-5
10Base-T
10Base-F
10Base-FL

При этом различная физическая реализация подключения (разные кабели) приводят к возможности использования разных топологий сети. Для 10Base-5 максимально топорно:

А вот 10Base-T уже может использовать полнодуплексную передачу данных:

Здесь, как видите присутствует устройство под названием сетевой концентратор. Поэтому небольшое лирическое отступление на эту тему.

Зачастую термины сетевой концентратор, сетевой коммутатор и маршрутизатор перемешиваются и могут использоваться для описания одного и того же. Но строго говоря, все эти три термина относятся к абсолютно разному типу устройств:

Сетевой концентратор (хаб) работает на 1-м (физическом) уровне модели OSI и ретранслирует сигнал с одного входящего порта, на несколько исходящих. На этом его функционал заканчивается.
Сетевой коммутатор (свитч) работает на 2-м (канальном уровне). Здесь также происходит передача данных от одного устройства нескольким, но при этом коммутатор анализирует кадры на предмет MAC-адреса получателя и передает пакет только тому узлу, которому он адресован(!). Адресацию и структуру кадров подробно разберем чуть ниже.
Маршрутизатор же и вовсе работает на 3-м уровне (сетевом) модели OSI.

Кадр Ethernet.

Вся передаваемая информация поделена на пакеты/кадры, имеющие следующий формат:

Рассмотрим блоки подробнее:

Все поля, кроме поля данных, являются служебными.

При этом контрольная сумма в данном случае никоим образом не может помочь в устранении ошибки, она только сигнализирует о ее наличии. В результате принятый кадр целиком считается некорректным. Это, в свою очередь, приводит к необходимости передать ошибочный кадр еще раз.

При работе он позволяет идентифицировать все устройства в сети и определить, какому именно из них предназначен тот или иной кадр данных. Распределением MAC-адресов занимается регулирующий комитет IEEE Registration Authority, именно сюда производитель сетевого устройства должен обращаться для выделения ему некоего диапазона адресов, которые он сможет использовать для своей продукции.

И на этой ноте заканчиваем вводную теоретическую часть по Ethernet, в дальнейшем приступим к практическому использованию в своих устройствах. До скорого!

г) если в течение времени передачи кадра коллизия не произошла, то кадр считается переданным успешно.

2. Почему протоколы канального уровня технологий глобальных сетей не делятся на подуровни MAC и LLC?

3. Какие функции выполняет уровень LLC?

О а) управляет доступом к логическому интерфейсу;

О б) поддерживает интерфейс с вышележащим уровнем;

О в) обеспечивает передачу кадра с заданным уровнем надежности;

О г) разрешает коллизии.

а) понизится; б) повысится; в) не изменится.

5. В чем состоят функции преамбулы и начального ограничителя кадра в стандарте Ethernet?

а) для предотвращения монопольного захвата среды узлом;

б) для устойчивого распознавания коллизий;

в) для сокращения накладных расходов.

7. Почему сети 10Base-T и 10Base-F вытеснили в свое время сети Ethernet на коаксиальном кабеле?

8. Какова была скорость передачи пользовательских данных в сети Ethernet 10Base-T при передаче файла между сервером и клиентом, если средняя длина кадров при этом равнялась 920 байт с учетом полей заголовков, но без учета преамбулы, а кадры передавались сервером с минимально возможным межкадровым интервалом и без коллизий?

а) групповой; б) индивидуальный; в) локальный; г) централизованный.

а) чем выше скорость передачи, тем меньше максимальный диаметр сети;

б) чем выше скорость передачи, тем больше максимальный диаметр сети;

11. Какое максимальное время должно пройти до того момента, когда кадр будет отброшен адаптером Ethernet из-за постоянных коллизий при передаче?

12. Что произойдет, если соединить кабелем два порта концентратора Ethernet?

а) система приоритетов кадров;

б) таймер времени удержания токена;

в) кольцевая топология сети.

а) сетевой адаптер; б) вторичное кольцо; в) повторитель.

а) к нарушению связности сети;

б) к повышению уровня помех в радиосреде;

в) к более частому возникновению коллизий.

17. Каким образом обнаруживает коллизии уровень MAC в сетях 802.11?

18. Может ли станция сети 802.11 передать кадр другой входящей в ту же сеть BSS станции не непосредственно, а через точку доступа?

а) длительность слота должна превосходить время распространения сигнала между любыми станциями сети;

б) длительность слота не должна превосходить время передачи кадра максимальной длины;

в) длительность слота должна превосходить время распространения сигнала между любыми станциями сети плюс время, затрачиваемое станцией на распознавание занятости среды.

20. За счет чего режим PCF всегда имеет приоритет перед режимом DCF?

а) с помощью маршрутизатора;

б) с помощью коммутатора;

в) с помощью узла, являющегося членом нескольких пикосетей.

Современные коммутаторы Ethernet являются наследниками мостов локальных сетей, которые широко использовались в сетях Ethernet и Token Ring на разделяемой среде. Более того, коммутаторы Ethernet по-прежнему функционально очень близки к вышедшим из употребления мостам, так как базовый алгоритм работы коммутатора и моста является одним и тем же алгоритмом и определяется одним и тем же стандартом IEEE 802.1 D. По традиции во всех новых стандартах IEEE, описывающих свойства коммутаторов, употребляется термин «коммутатор», а не «мост». Основное отличие коммутатора от моста состоит в большем количестве портов (мост, как правило, имел два порта, что и послужило поводом для его названия — мост между двумя сегментами) и более высокой производительности.

Читайте также: