ВСТ   КС   РиЭКТ   ИСиТК   ОИС   ОСВМ   визуальные среды - 4GL   Web   технологии программирования

Понимание локальных сетей Ethernet (LAN)

Понимание, как работают локальные сети, включая фрэймовые компоненты, адресацию Ethernet, операционные характеристики – очень важно для изучения сетевых технологий. Эта лекция описывает базовые операции сети Ethernet и передачу по ней фрэймов.

Ethernet

Ethernet был разработан в 1970-ом году компаниями Digital Equipment Corporation (DEC), Intel, и Xerox, и был назван DIX Ethernet. Позже он был назван «тонкий» Ethernet из-за использования тонкого коаксиального кабеля, скорость передачи была 10 Mbps. Стандарт Ethernet был доработан в 80-х годах для увеличения пропускной способности, новая версия была названа Ethernet-II. Институт электрического и электронного проектирования(IEEE) – организация, определяющая сетевые стандарты. Стандарты IEEE - преобладающие и наиболее известные LAN-стандарты в мире на сегодняшний день. Когда, в середине 80-х, IEEE определила новые стандарты для Ethernet для публичного использования, тогда этот стандарт назвали Ethernet 802.3.Он был основан на методе CSMA/CD – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий. Этот метод будет описан ниже. Стандарт Ethernet 802.3 описывает физический уровень модели OSI и часть 2-го уровня (MAC-адресация). Сегодня этот стандарт часто называют Ethernet.

Адреса Ethernet

Каждый компьютер, независимо от того, подключен он к сети или нет, имеет уникальный физический адрес. Не существует двух одинаковых физических адресов. Физический адрес (или МАС-адрес) зашит на плате сетевого адаптера. Таким образом, в сети именно плата сетевого адаптера подключает устройство к среде передачи данных. МАК-адреса представляются группой шестнадцатеричных чисел, сгруппированными по два или по четыре, например: 00:00:0c:43:2e:08 or 0000.0c43.2e08 Каждая плата сетевого адаптера, который работает на канальном уровне эталонной модели OSI, имеет свой уникальный МАС-адрес. В сети, когда одно устройство хочет переслать данные другому устройству, оно может установить канал связи с этим другим устройством, воспользовавшись его МАС-адресом. Отправляемые источником данные содержат МАС-адрес пункта назначения. По мере продвижения пакета в среде передачи данных сетевые адаптеры каждого из устройств в сети сравнивают МАС-адрес пункта назначения, имеющийся в пакете данных, со своим собственным физическим адресом. Если адреса не совпадают, сетевой адаптер игнорирует этот пакет, и данные продолжают движение к следующему устройству. Если же адреса совпадают, то сетевой адаптер делает копию пакета данных и размещает ее на канальном уровне компьютера. После этого исходный пакет данных продолжает движение по сети, и каждый следующий сетевой адаптер проводит аналогичную процедуру сравнения. МАК адрес состоит из двух основных частей:

Стандарты Ethernet

Ethernet стандарты локальных сетей описывают передачу сигналов по кабелям одновременно на физическом и канальном уровнях модели OSI. IEEE делит канальный уровень модели OSI на 2 отдельных подуровня:

Подуровень логическим управлением соединением LLC
IEEE выделила подуровень LLC, чтобы позволить части канального уровня функционировать независимо от существующих технологий. Этот уровень обеспечивает сервис для протоколов сетевого уровня, находящихся выше, когда происходит обмен данными между МАК-подуровнем и физическим уровнем. Подуровень LLC принимает участие в процессе инкапсуляции. Заголовок LLC говорит, при получении кадра, канальному уровню что делать с пакетом.
МАК
Подуровень МАК взаимодействует с физическим уровнем. Стандарт IEEE 802.3 определяет МАК-адрес как уникальный идентификатор различных устройств канального уровня. Подуровень МАК содержит также таблицу МАК-адресов(физических адресов) устройств. Каждое устройство должно иметь уникальный МАК-адрес для того, чтобы нормально функционировать в сети.

Кадры Ethernet

В технологии Ethernet контейнер, в который помещаются данные для оправки по сети, называется кадр(frame). Он состоит из заголовка, постинформации и непосредственно передаваемых данных.
Структура кадра Ethernet МАК-уровня:


Адресация кадров Ethernet

Передача данных в сети может быть 3-х типов: одноадресная(unicast), многоадресная(multicast), широковещательная(broadcast).


Роль CSMA/CD в Ethernet

Чтобы использовать принцип коллективной работы со средой передачи данных, в Ethernet применяется протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий(carrier sense multiple access/collision detection, CSMA/CD), Использование протокола CSMA/CD позволяет устройствам договариваться о правах на передачу. GSMA/CD является методом доступа, который позволяет только одной станции осуществлять передачу в среде коллективного использования. Задачей стандарта Ethernet является обеспечение качественного сервиса доставки данных. Не все устройства могут осуществлять передачу на равных правах в течение всего времени, поскольку это может привести к возникновению коллизии. Однако стандартные сети Ethernet, использующие протокол CSMA/CD, учитывают все запросы на передачу и определяют, какие устройства могут передавать в данный момент и в какой последовательности смогут осуществлять передачу все остальные устройства, чтобы все они получали адекватное обслуживание. Перед отправкой данных узел "прослушивает" сеть, чтобы определить, можно ли осуществлять передачу, или сеть сейчас занята. Если в данный момент сеть никем не используется, узел осуществляет передачу. Если сеть занята, узел переходит в режим ожидания. Возникновение коллизий возможно в том случае, если два узла, "прослушивая" сеть, обнаруживают, что она свободна, и одновременно начинают передачу. В этом случае возникает коллизия, данные повреждаются и узлам необходимо повторно передать данные позже. Алгоритмы задержки определяют, когда конфликтующие узлы могут осуществлять повторную передачу. В соответствии с требованиями CSMA/CD, каждый узел, начав передачу, продолжает прослушивать" сеть на предмет обнаружения коллизий, узнавая таким образом о необходимости повторной передачи.
Метод CSMA/CD работает следующим образом: если узел хочет осуществить передачу, он проверяет сеть на предмет того, не передает ли в данный мент другое устройство. Если сеть свободна, узел начинает процесс передачи. Пока идет передача, узел контролирует сеть, удостоверяясь, что в этот же момент времени не передает никакая другая станция. Два узла могут начать передачу почти одновременно, если обнаружат, что сеть свободна. В этом случае возникает коллизия. Когда передающий узел узнает о коллизии, он передает сигнал "Наличие коллизии", делающий конфликт достаточно долгим для того, чтобы его могли распознать все другие узлы сети. После этого все передающие узлы прекращают отправку кадров на выбираемый случайным образом отрезок времени, называемый временем задержки повторной передачи. По истечении этого периода осуществляется повторная передача. Если последующие попытки также заканчиваются неудачно, узел повторяет их до 16 раз, после чего отказывается от передачи. Время задержки для каждого узла разное. Если различие в длительности этих периодов задержки достаточно велико, то повторную передачу узлы начнут уже не одновременно. С каждой последующей коллизией время задержки удваивается, вплоть до десятой попытки, тем самым уменьшая вероятность возникновения коллизии при повторной передаче. С 10-й по 16-ю попытку узлы время задержки больше не увеличивают, поддерживая его постоянным.

ВСТ   КС   РиЭКТ   ИСиТК   ОИС   ОСВМ   визуальные среды - 4GL   Web   технологии программирования