Невідповідність форматів кадрів Ethernet
Ethernet - одна з найстаріших технологій локальних мереж, що має тривалу історію розвитку, в яку зробили свій внесок різні компанії та організації. Внаслідок цього існує кілька модифікацій навіть такого основного будівельного блоку протоколу, як формат кадру. Використання різних форматівкадрів може призвести до повної відсутностівзаємодії між вузлами.
Усього є чотири популярні стандарти формату кадру Ethernet:
Кадр Ethernet DIX (або кадр Ethernet II);
Кадр стандарту 802.3 (або кадр Novell 802.2);
кадр Novell 802.3 (або кадр Raw 802.3);
Кадр Ethernet SNAP.
Кадр стандарту EthernetDIX, званий також кадром EthernetII, розроблений компаніями Digital, Xerox та Intel (перші літери назви компаній та дали назву цьому варіанту Ethernet) при створенні перших мереж Ethernet. Усього було випущено дві версії фірмового стандарту Ethernet, тому остання, друга версія цього стандарту також іноді вказується при позначенні варіанта протоколу Ethernet і його формату кадру. Часто в літературі саме цей варіант формату кадру називають кадром Ethernet, залишаючи для міжнародного стандарту технології Ethernet IEEE 802.3 позначення 802.3.
Кадр стандарту EthernetDIX має наступний формат:
Поля Destination і Source містять 6-байтні МАС-адреси вузла призначення та джерела, а поле Type - двобайтний ідентифікатор протоколу верхнього рівня, який помістив свої дані у поле даних Data. Для поля Typeіснують стандартні значеннячислових ідентифікаторів всім популярних протоколів, які у локальних мережах. Наприклад, протокол IP має числовий ідентифікатор 0800 і т.п. Ці значення можна знайти в постійно оновлюваному RFC (наприклад, RFC 1700), в якому вказані всі конкретні числові значення, що застосовуються в протоколах мережі Internet.
У стандарті IEEEEthernet 802.3визначено формат кадру Ethernet, близький до формату EthernetDIX, але має деякі відмінності:
Одне з принципових відмінностейполягає в тому, що замість поля Type в ньому використовується поле Length (Довжина), що також має розмір 2 байти, але містить довжину поля даних в байтах.
Поле Type у стандарті 802.3 замінено двома додатковими полями- DSAP (Destination Service Access Point) та SSAP (Source Service Access Point). Поле DSAP вказує на сервіс (протокол), якому призначаються дані, а поле SSAP позначають сервіс (протокол), який надіслав ці дані. Призначення цих полів те саме, що й поля Type, але наявність двох полів дозволяє організувати передачу даних між протоколами різного типу (щоправда, практично це властивість будь-коли використовується). Однобайтовий формат полів SAP не дозволив використовувати в них ті ж числові позначення ідентифікаторів протоколів, які прижилися для кадрів EthernetDIX, тому кожен протокол верхнього рівня має зараз два ідентифікатори - один використовується при інкапсуляції пакета протоколу кадру EthernetDIX, а другий - при інкапсуляції кадру Ethernet 802.3.
Ще однією відмінністю кадру IEEE 802.3 є однобайтове поле Control (Управління), яке призначене для реалізації режиму роботи із встановленням з'єднання. У полі Control повинні розміщуватися номери кадрів квитанцій для підтвердження доставки даних, необхідні для відпрацювання процедур відновлення загублених або спотворених кадрів. Насправді більшість операційних систем не використовує цих можливостей кадру 802.3, обмежуючись роботою в дейтаграммном режимі (у своїй значення поля Control завжди дорівнює 03).
Так як стандарт IEEE ділить канальний рівень на два підрівні - MAC і LLC, то іноді кадр Ethernet 802.3 також представляють композиції двох кадрів. Кадр МАС-рівня включає поля преамбули, адрес призначення та джерела, поле довжини та поле контрольної суми, а кадр LLC містить поля DSAP, SSAP, Control та поле даних (яке через введення нових трьох однобайтових полів має максимальну довжину на 3 байти менше ).
Кадр Novell 802.3, який також називають кадром Raw 802.3 (тобто «грубий» або «очищений» варіант стандарту 802.3) є кадром МАС-рівня без полів рівня LLC:
Цей тип кадру довгий часуспішно застосовувався компанією Novell у її мережах NetWare. Відсутність поля типу протоколу верхнього рівня не створювала труднощів, оскільки у мережах Novell довгий часвикористовувався лише один протокол мережевого рівня- Протокол IPX. Надалі при переході до багатопротокольних мереж компанія Novell стала використовувати як основний стандартний кадр IEEE 802.3 (який у документації Novell називається кадром 802.2 - номер стандарту на підрівень LLC).
Кадр EthernetSNAP(SubNetworkAccessProtocol) активно використовується в мережах TCP/IP для досягнення сумісності числових ідентифікаторів протоколів з тими, що використовуються у кадрі EthernetDIX. Кадр EthernetSNAP визначений у стандарті 802.2H і є розширенням кадру IEEE 802.3 шляхом введення двох додаткових полів: 3-байтового поля OUI (OrganizationUnitIdentifier) і двобайтового поля Type. Поле Type має той самий формат і те саме призначення, як і поле Type кадру EthernetDIX. Тому числові значення ідентифікаторів протоколів, що містяться в полі кадру EthernetSNAP, збігаються зі значеннями, використовуваними в кадрах EthernetDIX, і в цьому весь сенс введення додаткових полів заголовка SNAP. У полі OUI вказується код організації, яка визначає стандартні значення поля Type. Для протоколу Ethernet такою організацією є комітет IEEE 802.3 і його код дорівнює 00 00 00. Наявність поля OUI дозволяє використовувати заголовок SNAP не тільки для протоколу Ethernet, але й для інших протоколів, які контролюються іншими організаціями.
Якщо обладнання або операційна система налаштовані на підтримку одного формату кадру Ethernet, то вони можуть не знайти взаєморозуміння з іншим вузлом, який у свою чергу підтримує також один формат кадру Ethernet, але іншого типу. Результатом спроб взаємодії таких вузлів буде відкидання кадрів, що надходять, так як неправильна інтерпретація формату призведе до неправильної контрольної суми кадру.
Багато сучасних операційних систем та комунікаційне обладнання вміють одночасно працювати з різними типами кадрів, розпізнаючи їх автоматично. Розпізнавання йде за значенням 2-байтового поля, розташованого за адресою джерела. Це поле може бути полем Type або Length. Числові ідентифікатори протоколів вибрано так, що значення поля Type буде завжди більше 1500, тоді як поле Length завжди містить значення менше або дорівнює 1500. Подальше відділення кадрів EthernetSNAP від IEEE 802.3 проводиться на основі полів DSAP і SSAP. Якщо є заголовок SNAP, то поля DSAP і SSAP завжди містять цілком певний числовий ідентифікатор, зарезервований за протоколом SNAP.
Автоматичне розпізнаваннятипу кадру позбавляє користувачів мережі від неприємних проблем, однак та ж ОС або маршрутизатор можуть бути налаштовані на підтримку лише одного типу протоколів, і в цьому випадку проблема несумісності може виявлятися.
Мережеві аналізаторита засоби моніторингу можуть автоматично розрізняти формати кадрів Ethernet. Для завдання умов захоплення кадрів, що містять пакети певних протоколів верхнього рівня, аналізатори дозволяють використовувати як числові ідентифікатори цих протоколів для полів SAP (DSAP і SSAP), так і числові ідентифікатори для поля Type (має також назву EtherType).
У мережах TokenRing та FDDI завжди використовуються кадри стандартного форматуТому у цих мережах не виникають проблеми, пов'язані з несумісністю форматів кадрів.
Формати кадрів технології Ethernet
Стандарт технології Ethernet, описаний у документі IEEE 802.3, дає опис єдиного формату кадру рівня MAC. Так як у кадр рівня MAC повинен вкладатися кадр рівня LLC, описаний у документі IEEE 802.2, то за стандартами IEEE мережі Ethernetможе використовуватися тільки єдиний варіант кадру канального рівня, заголовок якого є комбінацією заголовків MAC та LLC підрівнів.
Проте на практиці в мережах Ethernet на канальному рівнівикористовуються кадри 4-х різних форматів (типів). Це пов'язано з тривалою історією розвитку технології Ethernet, що нараховує період існування до прийняття стандартів IEEE 802, коли рівень LLC не виділявся із загального протоколу і, відповідно, заголовок LLC не застосовувався.
Консорціум трьох фірм Digital, Intel і Xerox в 1980 році представив на розгляд комітету 802.3 свою фірмову версію стандарту Ethernet (в якій був, природно, описаний певний формат кадру) як проект міжнародного стандарту, але комітет 802.3 прийняв стандарт, який відрізняється в деяких деталях від пропозиції DIX. Відмінності стосувалися і формату кадру, що породило існування двох різних типівкадрів у мережах Ethernet.
Ще один формат кадру з'явився внаслідок зусиль компанії Novell щодо прискорення роботи свого стеку протоколів у мережах Ethernet.
І нарешті, четвертий формат кадру став результатом діяльності комітету 802.2 щодо приведення попередніх форматів кадрів до деякого загального стандарту.
Відмінності у форматах кадрів можуть призводити до несумісності в роботі апаратури та мережевого програмного забезпечення, розрахованого працювати лише з одним стандартом кадру Ethernet. Однак сьогодні практично всі мережеві адаптери, драйвери. мережевих адаптерів, мости/комутатори і маршрутизатори можуть працювати з усіма використовуваними практично форматами кадрів технології Ethernet, причому розпізнавання типу кадру виконується автоматично.
Нижче наводиться опис всіх чотирьох типів кадрів Ethernet (тут під кадром розуміється весь набір полів, які відносяться до канального рівня, тобто поля MAC та LLC рівнів). Один і той же тип кадру може мати різні назви, тому нижче для кожного типу кадру наведено кілька найбільш уживаних назв:
- кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 або кадр Novell 802.2);
- кадр Raw 802.3 (або кадр Novell 802.3);
- кадр Ethernet DIX (або Ethernet II);
- кадр Ethernet SNAP.
Формати всіх цих чотирьох типів кадрів Ethernet наведено малюнку.
Формати кадрів Ethernet
Кадр 802.3/LLC
Заголовок кадру 802.3/LLC є результатом об'єднання полів заголовків кадрів, визначених у стандартах IEEE 802.3 та 802.2.
Стандарт 802.3 визначає вісім полів заголовка (поле преамбули та початковий обмежувач кадру на малюнку не показано).
Поле преамбули (Preamble) складається з семи синхронізуючих байт 10101010. манчестерське кодуванняця комбінація представляється у фізичному середовищі періодичним хвильовим сигналом із частотою 5 МГц.
Початковий обмежувач кадру (Start-of-frame-delimiter, SFD) складається з одного байта 10101011. Поява цієї комбінації біт є вказівкою на те, що наступний байт – це перший байт заголовка кадру.
Адреса призначення (Destination Address, DA) може бути довжиною 2 або 6 байт. Насправді завжди використовуються адреси з 6 байт. Перший біт старшого байта адреси призначення є ознакою того, чи є адреса індивідуальною або груповою. Якщо він дорівнює 0, то адреса є індивідуальною (unicast), а якщо 1, то це групова адреса (multicast). Групова адреса може призначатися всім вузлам мережі або певній групівузлів мережі. Якщо адреса складається з усіх одиниць, тобто має шістнадцяткове уявлення 0*FFFFFFFFFFFF, то він призначається всім вузлам мережі і називається широкомовною адресою (broadcast). групи, номер якої зазначено у груповій адресі. Другий біт старшого байта адреси визначає спосіб призначення адреси - централізований чи локальний. Якщо цей біт дорівнює 0 (що буває майже завжди в стандартній апаратурі Ethernet), то адреса призначена централізовано за допомогою комітету IEEE. Комітет IEEE розподіляє між виробниками устаткування звані організаційно унікальні ідентифікатори (Organizationally Unique Identifier, OUI). Цей ідентифікатор міститься в 3 старших байти адреси (наприклад, ідентифікатор 000081 визначає компанію Bay Networks). За унікальність молодших 3-х байт адреси відповідає виробник обладнання. Двадцять чотири біти, що відводяться виробнику для адресації інтерфейсів продукції, дозволяють випустити 16 мільйонів інтерфейсів під одним ідентифікатором організації. Унікальність централізовано розподілених адрес поширюється на всі основні технології локальних мереж - Ethernet, Token Ring, FDDI і т.д.
УВАГАУ стандартах IEEE Ethernet молодший біт байта зображується у лівої позиції поля, а старший біт - у правої. Цей нестандартний спосіб відображення порядку бітів у байті відповідає порядку передачі бітів у лінію зв'язку передавачем Ethernet. У стандартах інших організацій, наприклад RFC IETF, ITU-T, ISO, використовується традиційне уявлення байта, коли молодший біт вважається найправішим бітом байта, а старший - найлівішим. При цьому порядок проходження байтів залишається традиційним. Тому при читанні стандартів, опублікованих цими організаціями, а також читанні даних, що відображаються на екрані операційною системою або аналізатором протоколів, значення кожного байта кадру Ethernet потрібно відобразити дзеркально, щоб отримати правильне уявлення про значення розрядів цього байта відповідно до документів IEEE. Наприклад, групова адреса, що є в нотації IEEE вид 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 або в шістнадцятковому запису в 80-00-A7 як 01-00-5E-0F-00-00.
Адреса джерела (Source Address, SA) - це 2- або 6-байтове поле, що містить адресу вузла - відправника кадру. Перший біт адреси має значення 0.
Довжина (Length, L) – 2-байтове поле, яке визначає довжину поля даних у кадрі.
Поле даних (Data) може містити від 0 до 1500 байт. Але якщо довжина поля менше 46 байт, то використовується наступне поле - поле заповнення, щоб доповнити кадр до мінімально допустимого значення 46 байт.
Поле заповнення (Padding) складається з такої кількості байт заповнювачів, що забезпечує мінімальну довжину поля даних 46 байт. Це забезпечує коректну роботу механізму виявлення колізій. Якщо довжина поля даних достатня, поле заповнення у кадрі не з'являється.
Поле контрольної суми (Frame Check Sequence, FCS) складається з 4 байт, що містять контрольну суму. Це значення обчислюється за алгоритмом CRC-32. Після отримання кадру робоча станція виконує власне обчислення контрольної суми для цього кадру, порівнює отримане значення значення поля контрольної суми і, таким чином, визначає, чи не спотворений отриманий кадр.
Кадр 802.3 є кадром МАС-підрівня, тому відповідно до стандарту 802.2 його поле даних вкладається кадр підрівня LLC з віддаленими прапорами початку і кінця кадру. Формат кадру LLC описано вище. Оскільки кадр LLC має заголовок довжиною 3 (в режимі LLC1) або 4 байт (в режимі LLC2), то максимальний розмірполя даних зменшується до 1497 чи 1496 байт.
Кадр Raw 8023, який також називається кадром Novell 8023, представлений на малюнку. З малюнка видно, що це кадр рівня MAC стандарту 802.3, але без вкладеного кадру рівня LLC. Компанія Novell довгий час не використовувала службові поля кадру LLC у своїй операційній системі NetWare через відсутність необхідності ідентифікувати тип інформації, вкладеної в поле даних, - там завжди знаходився пакет протоколу IPX, який тривалий час був єдиним протоколом мережного рівня в ОС NetWare.
Тепер, коли необхідність ідентифікації протоколу верхнього рівня з'явилася, компанія Novell стала використовувати можливість інкапсуляції у кадр підрівня MAC кадру LLC, тобто використовувати стандартні кадри 802.3/L"LC. Такий кадр компанія позначає тепер у своїх операційні системияк кадр 802.2, хоча він є комбінацією заголовків 802.3 та 802.2.
Кадр Ethernet DIX/Ethernet II
Кадр Ethernet DIX, званим також кадром Ethernet II, має структуру, що збігається зі структурою кадру Raw 802.3. Однак 2-байтове поле Довжина (Ь) кадру Raw 802.3 у кадрі Ethernet DIX використовується як поле типу протоколу. Це поле, що тепер отримало назву Type (Т) або EtherType, призначене для тих же цілей, що і поля DSAP і SSAP кадру LLC - для вказівки типу протоколу верхнього рівня, що вклав свій пакет у поле даних цього кадру.
Коли коди протоколів у полях SAP мають довжину в один байт, у полі Type для коду протоколу відводяться 2 байти. Тому один і той же протокол у полі SAP та поле Type кодуватиметься в загальному випадку різними числовими значеннями. Наприклад, протокол IP має код 204810(0*0800) для поля Ether-Type та значення 6 для поля SAP. Значення кодів протоколів поля Ethel-Type з'явилися раніше значень SAP, оскільки фірмова версія Ethernet DIX існувала до появи стандарту 802.3, і на час поширення обладнання 802.3 вже стали стандартами де-факто для багатьох апаратних і програмних продуктів. Оскільки структури кадрів Ethernet DIX і Raw 802.3 збігаються, то поле довжини/типу часто документації позначають як полі L/T.
Кадр Ethernet SNAP
Для усунення різнобою в кодуваннях типів протоколів, повідомлення яких вкладені в поле даних кадрів Ethernet, комітетом 802.2 було проведено роботу з подальшої стандартизації кадрів Ethernet. В результаті з'явився кадр Ethernet SNAP (SNAP – SubNetwork Access Protocol, протокол доступу до підмереж). Кадр Ethernet SNAP є розширення кадру 802.3/LLC за рахунок введення додаткового заголовка протоколу SNAP, що складається з двох полів: OUI і Type. Поле Type складається з 2-х байт і повторює за форматом та призначенням поле Type кадру Ethernet II (тобто в ньому використовуються ті ж значення кодів протоколів). Поле OUI (Organizationally Unique Identifier) визначає ідентифікатор організації, яка контролює коди протоколів у полі Type. За допомогою заголовка SNAP досягнуто сумісності з кодами протоколів у кадрах Ethernet II, а також створено універсальну схему кодування протоколів. Коди протоколів для технологій 802 контролює IEEE, яка має OUI, рівний 000000. Якщо в майбутньому потрібні інші коди протоколів для будь-якої нової технологіїДля цього достатньо вказати інший ідентифікатор організації, що призначає ці коди, а старі значення кодів залишаться в силі (у поєднанні з іншим ідентифікатором OUI).
Оскільки SNAP є протокол, вкладений у протокол LLC, то полях DSAP і SSAP записується код ОхАА, відведений для протоколу SNAP. Поле Control заголовка LLC встановлюється 0х03, що відповідає використанню ненумерованих кадрів.
Заголовок SNAP є доповненням до заголовка LLC, тому він допустимий не тільки в кадрах Ethernet, а й у кадрах протоколів інших технологій 802. Наприклад, протокол IP завжди використовує структуру заголовків LLC/SNAP при інкапсуляції у кадри всіх протоколів локальних мереж: FDDI, Token Ring , 100VG-AnyLAN, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.
Щоправда, під час передачі пакетів IP через мережі Ethernet, Fast Ethernet та Gigabit Ethernet протокол IP використовує кадри Ethernet DIX.
Використання різних типів кадрів Ethernet
Автоматичне розпізнавання типів кадрів Ethernet виконується досить легко. Для кодування типу протоколу в полі EtherType вказуються значення, що перевищують значення максимальної довжини поля даних, що дорівнює 1500, тому кадри Ethernet II легко відрізнити від інших типів кадрів за значенням поля L/T. Подальше розпізнавання типу кадру проводиться за наявністю чи відсутністю полів LLC. Поля LLC можуть бути відсутніми лише в тому випадку, якщо за полем довжини йде початок пакету IPX, а саме 2-байтове поле контрольної суми пакета, яке завжди заповнюється одиницями, що дає значення 255 байт. Ситуація, коли поля DSAP та SSAP одночасно містять такі значення, виникнути не може, тому наявність двох байт 255 говорить про те, що це кадр Raw 802.3. В інших випадках подальший аналіз проводиться в залежності від значень полів DSAP та SSAP. Якщо вони дорівнюють 0*АА, це кадр Ethernet SNAP, і якщо ні, то 802.3/LLC.
У табл. 2 наведено дані про те, які типи кадрів Ethernet зазвичай підтримують реалізації популярних протоколів мережного рівня.
Таблиця 2. Типи кадрів Ethernet, що підтримують реалізації популярних протоколів мережного рівня.
П – преамбула (8 байт):
· використовується для синхронізації станцій мережі;
· Містить код 1010101 0 у перших семи байтах та код 1010101 1 в останньому байті.
АН – адреса призначення (6 байт):
· Довжина поля становить 6 байт, але може бути 2 байти, якщо адреса встановлена адміністратором ЛОМ тільки для внутрішнього користування;
· Старший (найперший) біт у полі адреси (рис.3.21) вказує тип адреси(I/G – Individual/Group):
- 0 – адреса призначення є індивідуальним, тобто. кадр призначений конкретною робочої станції; в інших розрядах поля адреси призначення вказується унікальна фізична адреса(МАС-адреса) конкретної робочої станції;
- 1 – адреса призначення є груповим, тобто. кадр призначений групі робочих станцій (тоді наступних розрядах вказується адресу конкретної групи робочих станцій), чи широкомовним, якщо всі інші розряди дорівнюють 1, тобто кадр адресований всім робочим станціям ЛВС;
· другий біт у полі адреси вказує спосіб призначення адреси(U/L – Universal/Local):
- 0 – адреса є універсальнимфізичною адресою ЛВС, тобто. адреса мережного адаптера призначено централізованокомітетом IEEE, який розподіляє між виробниками мережевих адаптерів так звані організаційно-унікальні ідентифікатори (Organizationally Unique Identifier, OUI), що розміщуються в перших трьох байтах адреси, а в наступних трьох байтах міститься номер мережного адаптера, що присвоюється виробником;
- 1 – адреса локальний, тобто. призначений адміністратором ЛОМ та використовується тільки в межах цієї мережі.
АІ - адреса джерела (6 байт):
· Довжина поля становить 6 байт, але, як і адреса призначення, може мати довжину 2 байти;
· Старший біт першого байта (поля I/G) завжди дорівнює 0;
· Не може містити широкомовну адресу:
FF-FF-FF-FF-FF-FF.
Тип – тип протоколу (2 байти):
· Ідентифікує тип протоколу більше високого рівня, що використовується для його передачі або прийому, і дозволяє безлічі протоколів високого рівня розділяти ЛОМ без вникання вміст кадрів один одного;
· Приклади значень поля «тип», що ідентифікують різні протоколи:
IP (Internet Protocol) 080016
ARP (Adress Resolution Protocol) 080616
Reverse ARP 803516
Apple Talk 809B16
NetWare IPX/SPX 813716
(тут індекс 16 означає шістнадцяткове число).
Дані – поле даних (46-1500 байт):
· може мати довжину від 46 до 1500 байт.
КС – контрольна сума:
· Містить залишок надлишкової циклічної суми(Cyclic Redundancy Checksum – CRC), обчисленої за допомогою поліномів типу CRC-32 для всіх полів кадру: АН+АІ+Тип+Дані(Без преамбули).
Таким чином, мінімальна довжинакадру Ethernet (без преамбули) 64 байта, а максимальна– 1518 байтів.
Основні відмінності цього кадру від кадру Ethernet II полягають у наступному:
1) із восьмибайтового поля преамбули П, що стало довжиною 7 байт, виділено однобайтове поле АЛЕ– «Початковий обмежувач кадру», який містить код 10101011, що вказує на початок кадру;
2) замість поля "Тип протоколу" з'явилося двобайтове поле Д– «Довжина», що визначає довжину поля даних у кадрі; відсутність поля «Тип протоколу» зумовлено тим, що кадр 802.3/Novell відповідає лише протоколу IPX/SPX і цей протокол може працювати з ним;
3) поле даних може містити від 0 до 1500 байтале якщо довжина поля менше 46 байт, то використовується додаткове поле Н– «Набивка», за допомогою якого кадр доповнюється до мінімально допустимого значення 46 байт, якщо поле даних менше 46 байт.
Таким чином, довжина кадру знаходиться в діапазоні від 64 до 1518 байт, крім преамбули та ознаки початку кадру. Важливою особливістюстандарту IEEE 802.3 є можливість передачі прикладним процесом даних завдовжки менше 46 байтівзавдяки тому, що кадр автоматично доповнюється до потрібного розмірупорожні символи в полі "набивання". У стандарті EthernetІІ такі ситуації розглядаються як помилкові.
Кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2)
Кадр 802.3/LLC (802.3/802.2) містить самі поля, як і Raw 802.3 (рис.3.23). Відмінність полягає лише в тому, що в поле даних вставляється пакет підрівня управління логічним з'єднанням LLC (без граничних прапорів), що містить як заголовок три однобайтові поля:
· DSAP(Destination Service Access Point) - точка доступу до послуг отримувача(1 байт) визначає тип протоколу верхнього (мережевого) рівня одержувача кадру;
· SSAP(Source Service Access Point) - точка доступу до послуг джерела(1 байт) визначає тип протоколу верхнього (мережевого) рівня джерела кадру;
· У- Управління(1 або 2 байти) – містить інформацію для керування одним із трьох сервісів, що надаються під рівнем LLC;
Поля DSAP, SSAPі Уутворюють заголовок пакету LLC.
Оскільки поле «Керування» пакета LLC має довжину 1 (в режимі LLC1) або 2 байти (в режимі LLC2), то максимальний розмір поля даних зменшується до 1497 або 1496 байт відповідно.
Кадр Ethernet SNAP
Кадр Ethernet SNAP (SNAP (SubNetwork Access Protocol), призначений для усунення різноманітності у форматах кадрів і в кодуваннях типів протоколів, повідомлення яких вкладені в поле даних кадрів Ethernet.
Структура кадру SNAP є розвитком структури кадру 802.3/LLC за рахунок додаткового введення заголовка протоколу SNAP, який знаходиться за заголовком пакета LLC і включає 2 поля:
· ідентифікатор організації(3 байти) містить ідентифікатор організації, яка контролює коди протоколів, що вказуються в полі «тип» (коди протоколів для ЛОМ контролює IEEE, який має ідентифікатор організації, рівний 000000; якщо в майбутньому будуть потрібні інші коди протоколів, то достатньо вказати інший ідентифікатор організації , що призначає ці коди, не змінюючи старі значення кодів);
· тип(2 байти) - складається з 2-х байт і відповідає полю "Тип" кадру Ethernet II, тобто в ньому використовуються ті ж значення кодів протоколів вищого мережевогорівня.
При цьому 3 поля заголовка пакета LLC у кадрі Ethernet SNAP мають конкретні значення:
· DSAP
· SSAP(1 байт) завжди містить AA16 і вказує на те, що кадр має формат типу Ethernet SNAP;
· управління(1 байт) містить число 0316.
Алгоритм визначення типу кадру
Практично всі адаптери мережі Ethernet можуть працювати з усіма чотирма типами кадрів, автоматично розпізнаючи їх.
Оскільки для кодування типу протоколу в двобайтовому полі «Тип/Довжина» вказуються значення, що перевищують значення максимальної довжини поля даних, що дорівнює 1500 або шістнадцятковій системічислення 05DC16, кадри Ethernet II легко відрізнити від інших типів кадрів за значенням цього поля. Потім перевіряється наявність або відсутність полів LLC, які можуть бути відсутніми лише в тому випадку, якщо за полем довжини слідує заголовок пакета IPX, а саме 2-байтове поле заповнене одиницями. Потім перевіряються значення полів DSAP і SSAP: якщо вони дорівнюють АА16, це кадр Ethernet SNAP, інакше – кадр 802.3/LLC.
Протокол CSMA/CD
Бітовий інтервал- Це інтервал, що відповідає передачі одного біта, тобто цей час між появою двох послідовних біт.
Оскільки протокол CSMA/CD застосовується в ЛОМ Ethernetз пропускними здібностямисередовища передачі даних 10 Мбіт/с, 100 Мбіт/с та 1 Гбіт/с, використання поняття бітового інтервалу дозволяє узагальнити опис протоколу CSMA/CD для всіх цих мереж.
При передачі данихзгідно з протоколом CSMA/CD станції виконують такі етапи.
1. Прослуховуванняна початок передачі.
2. Затримкапередачі, якщо канал зайнятий.
3. Початок передачікадру, якщо канал вільний.
4. Передача кадру та прослуховування колізій..
Якщо колізія виникла, але інші станції ще виявили її, можуть спробувати розпочати передачу. Кадри цих станцій тоді будуть залучені до нової колізії. Для виключення такої ситуації залучені до колізії станції починають передавати сигнал заторащоб всі інші станції сегмента переконалися у тому, що лінія зайнята. Сигнал затору - Спеціальна послідовність з 32 біт, звана jam-послідовністю. Станції, залучені до колізії, збільшують на 1 свої лічильники числа спроб передачі. Станція вважає, що вона керує сегментомкабелю, якщо нею вже передано більше 64 байт. Колізія, що виникає з кадром завдовжки більше 64 байт, називається пізньою колізією , що зазвичай свідчить про некоректний монтаж кабельної системи, наприклад, про те, що якийсь сегмент може бути довшим, ніж це визначено специфікацією для даного типукабельної системи.
5. Очікуванняперед повторною передачею.
6. Повторна передачачи припинення роботи.
При прийомі данихстанція, що знаходиться в мережі, має виконувати такі дії.
1. Перегляд кадрів, що надходятьданих та виявлення фрагментів.
2. Перевірка адресиотримувача.
3. Перевірка цілісності кадруданих.
Для того, щоб уникнути обробки спотворених при передачі по каналу або некоректно сформованих на передавальній станції кадрів, приймальна станція повинна перевірити:
· довжину кадру:якщо кадр довший за 1518 байт, він вважається переповненим; переповнені кадри можуть з'являтися внаслідок несправностей мережного драйвера;
· контрольну послідовність кадруза допомогою циклічного надлишкового коду;
· якщо контрольна послідовність некоректна, перевіряється вирівняність кадру:всі кадри повинні містити цілу кількість байт (наприклад, не 122,5 байт).
Якщо контрольна послідовність кадру некоректна, але кадр містить байт (коректно вирівняний), вважається, що має місце помилка контрольної послідовності.
Таким чином, перевірка кадру приймальною станцією полягає у визначенні:
· Чи є кадр фрагментом;
· не надто велика його довжина;
· Чи хибна його контрольна послідовність;
· Чи коректно він вирівняний.
Якщо будь-яка перевірка завершилася невдачею, кадр знищується
та його вміст не передається для обробки протоколу мережного рівня.
4. Обробка кадру.
Багатосегментні ЛОМ Ethernet. Умова коректності ЛОМ. Розрахунок часу подвійного обороту (PDV). Розрахунок зменшення міжкадрового інтервалу (PVV). Розрахунок показників продуктивності ЛОМ Ethernet. Переваги та недоліки ЛОМ Ethernet.
ЛОМ Ethernet може об'єднувати сегменти, побудовані на основі різних типівкабелів: товстого або тонкого коаксіального кабелю, кручена пара, волоконно-оптичний кабель. При цьому кількість сегментів у мережі може перевищувати зазначене раніше відповідно до правила «5-4-3» значення 5. Щоб мережа Ethernet, що складається з сегментів різної фізичної природи, працювала коректно, необхідно виконання чотирьох основних умов:
· кількість станцій у мережі не більше 1024;
· максимальна довжинакожного сегмента трохи більше величини,
визначеної у відповідному стандарті фізичного рівня (500 м та
185 м – відповідно для товстого та тонкого коаксіального кабелю;
100 м – для неекранованої кручений пари; 2000 м – для оптоволоконного кабелю);
· час подвійного обороту сигналу (Path Delay Value, PDV) між двома самими віддаленими другвід друга станціями мережі трохи більше 575 бітових інтервалу;
· Скорочення міжкадрового інтервалу (Path Variability Value, PVV) при проходженні послідовності кадрів через всі повторювачі повинно бути не більше, ніж 49 бітових інтервалу. Бо при відправленні кадрів кінцеві вузлизабезпечують початкову міжкадрову відстань у 96 бітових інтервалів, то після проходження повторювачів вона має бути не меншою, ніж 96–49=47 бітових інтервалів.
Дотримання цих вимог забезпечує коректність роботи мережі навіть у випадках, коли порушуються правила конфігурування, визначальні максимальна кількістьповторювачів та загальну довжину мережі в 2500 м.
Умова коректності ЛОМ
Для коректної роботимережі Ethernet необхідно, щоб станції завжди могли виявити колізію, якщо вона виникла у процесі передачі кадру. Якщо станція припинить прослуховування середовища передачі раніше, ніж колізія може статися, кадр, що передається, буде втрачено. Тому станція, що передає, повинна виявити колізію, яку викликав переданий нею кадр, ще до того, як вона закінчить передачу цього кадру. Оскільки до початку передачі всі станції мережі прослуховують канал, колізія в гіршому випадку може виникнути при передачі кадрів між найбільш віддаленими один від одного станціями мережі.
Стандарт на технологію Ethernet, описаний у документі 802.3, дає опис єдиного формату кадру рівня МАС. Оскільки кадр МАС-рівня повинен вкладатися кадр рівня LLC, описаний у документі 802.2, то за стандартами IEEE в мережі Ethernet може використовуватися тільки єдиний варіант кадру канального рівня, утворений комбінацією заголовків МАС і LLC підрівнів.
Проте, практично у мережах Ethernet на канальному рівні використовуються заголовки 4-х типів. Це пов'язано з тривалою історією розвитку технології Ethernet до прийняття стандартів IEEE 802, коли рівень LLC не виділявся із загального протоколу і, відповідно, заголовок LLC не застосовувався.
Консорціум трьох фірм Digital, Intel і Xerox в 1980 році представив на розгляд комітету 802.3 свою фірмову версію стандарту Ethernet, але комітет 802.3 прийняв стандарт, який відрізняється в деяких деталях від пропозиції DIX. Відмінності стосувалися і формату кадру, що породило існування двох різних типів кадрів у мережі Ethernet.
Ще один формат кадру з'явився в результаті зусиль компанії Novell щодо прискорення роботи свого стеку протоколів у мережах Ethernet.
І, нарешті, четвертий формат кадру став результатом діяльності комітету 802.2 щодо приведення попередніх форматів кадрів до деякого загального стандарту.
Сьогодні практично всі мережеві адаптери, драйвери мережевих адаптерів, мости/комутатори та маршрутизатори вміють працювати з усіма використовуваними на практиці форматами кадрів технології Ethernet, причому розпізнавання типу кадру виконується автоматично.
Нижче наводиться опис всіх чотирьох модифікацій заголовків кадрів Ethernet (тут під кадром розуміється весь набір полів, які відносяться до канального рівня, тобто поля MAC і LLC рівнів):
Кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 або кадр Novell 802.2)
Кадр Raw 802.3 (або кадр Novell 802.3)
Кадр Ethernet DIX (або кадр Ethernet II)
Кадр Ethernet SNAP
Формати цих чотирьох типів кадрів Ethernet наведено на рис.6.2.
Рис.6. 2 . Формати кадрів Ethernet.
Мал. 14.3. Формати кадрів Ethernet.
Кадр 802.3/llc
Заголовок кадру 802.3/LLC є результатом об'єднання полів заголовків кадрів, визначених у стандартах IEEE802.3 та 802.2.
Стандарт 802.3 визначає вісім полів заголовка:
Поле преамбули ( Preamble ) складається з семи байтів синхронізуючих даних. Кожен байт містить ту саму послідовність бітів - 10101010 . При манчестерському кодуванні ця комбінація представляється у фізичному середовищі періодичним хвильовим сигналом із частотою 5 МГц.
Початковий обмежувач кадру (Start- of- frame- delimiter, SFD) складається з одного байтаз набором бітів 10101011 . Поява цієї комбінації біт є вказівкою те що, що наступний байт - це перший байт заголовка кадру.
Адреса призначення (Destination Address, DA) - 6 байт. Перший біт старшого байтаадреси призначення є ознакаом того, є адреса індивідуальною або груповою. Якщо 0 , то адреса індивідуальним ( unicast ), а якщо 1 , то це групова адреса ( multicast ). Групова адреса мережі може призначатися всім вузлам мережі або певній групі вузлів мережі. Якщо адресаскладається з усіх одиниць, тобто має шістнадцяткову виставу 0* FFFFFFFFFFFF, то він призначений всім вузламмережі і називається широкомовною адресою ( broadcast ) . В інших випадках групова адреса пов'язана лише з тими вузлами, які налаштовані (наприклад, вручну) як члени групи, номер якої вказаний у груповій адресі. Другий біт старшого байтаадреси визначає спосіб призначення адреси - централізований чи локальний. Якщо цей біт дорівнює 0 (що буває майже завжди в стандартній апаратурі Ethernet), то адреса призначена централізовано, за допомогою комітету IEEE. Комітет IEEE розподіляє між виробниками обладнання так звані організаційно-унікальні ідентифікатори (OrganizationallyUniqueIdentifier, OUI) . Цей ідентифікатор міститься в 3 старших байти адреси (наприклад, ідентифікатор 000081 визначає компаніюBay Networks ) .За унікальність молодших 3-х байт адреси відповідає виробник обладнання.Двадцять чотири біти, що відводяться виробнику для адресації інтерфейсів його продукції, дозволяють випустити 16 мільйонів інтерфейсів під одним ідентифікатором організації. Унікальність централізовано розподілених адрес поширюється на всі основні технології локальних мереж -Ethernet, TokenRing, FDDI і т.д.
Увага:У стандартах IEEEEthernetмолодший біт байта зображується в самій лівій позиції поля, а старший біт - у правій. Це нестандартний спосіб відображення порядку біт у байті відповідає порядку передачі біт у лінію зв'язку передавачем Ethernet.
Адреса джерела ( Source Address , SA ) - 6-байтове поле, що містить адресу станції - відправника кадру. Перший біт завжди має значення 0.
Довжина (Length, L ) . Двобайтове поле довжинивизначає довжину поля даних у кадрі.
Кадр 802.3 є кадром MAC-підрівня, відповідно до стандарту 802.2 вйого поле даних вкладається кадр підрівня LLCз віддаленими прапорами початку та кінця кадру
DSAP адреса доступу до служби одержувача ( Destination Service Access Point ) -1 байт.
SSAP адреса доступу служби відправника (Source Service Access Point) - 1 байт.
Control поле управління - 1 байт в режимі LLC1 і 2 байти в режимі LLC2.
9. Поле даних ( Data ) може містити від 0 до 1500 байт. Але якщо довжина поля менше 46 байт, то використовується поле заповнення (Padding) , щоб доповнити кадр до мінімально допустимого значення 46 байт. Так як кадр LLC має заголовок довжиною 3 (в режимі LLC1) або 4 байт (в режимі LLC2), то максимальний розмір поля даних зменшується до 1497 (1796) байт.
10. Поле контрольної суми ( frame Check Sequence , FCS ) - 4 байти, що містять значення, яке обчислюється за певним алгоритмом CRC-32.
