Проектирование ЛВС

различий между свободной линией (0 В) и нулевым битом (также 0 В).

Следовательно, каким-то образом

принимающая сторона должна иметь возможность определить начало и конец

любого бита безотносительно внутреннего тактового генератора. Это позволяет

сделать манчестерское кодирование и дифференциальное манчестерское

кодирование.

При манчестерском кодировании каждый интервал времени, который занимает

передача одного бита, разделен на два равных подинтервала. Единичный бит

кодируется высоким напряжением в продолжении первой половины интервала и

низким напряжением в течение второй его части, а нулевой бит кодируется

противоположным образом. Изменение напряжения в середине интервала

облегчает принимающей стороне синхронизацию с передающей станцией.

Дифференциальное манчестерское

кодирование представляет собой разновидность обычного манчестерского

кодирования. В этом случае единичный бит характеризуется отсутствием

изменения напряжения по сравнению с уровнем напряжения во второй половине

предшествующего бита. Изменение напряжения в начале бита означает, что это

нулевой бит.

Недостаток схемы манчестерского кодирования очевиден - оно требует

вдвое большей пропускной способности, чем прямое кодирование. Однако

вследствие своей простоты манчестерское кодирование используется в 802.3.

Уровень напряжения составляет +0,85В и -0,85В, причем в силу принятой схемы

кодирования постоянные токи в кабеле не могут возникнуть в принципе.

ФОРМАТ КАДРА (Общие черты)

Максимальный размер кадра Ethernet составляет 1526 байт (12 208 бит),

а минимальный - 72 байт (576 бит). При частоте передачи 10 МГц время

передачи пакета минимальной длины составляет 57,6 мс. Это время несколько

больше, чем удвоенное время распространения сигнала между крайними точками

кабеля, равное 51,2 мс. Последняя цифра получена исходя из максимально

допустимого в Ethernet расстояния между узлами в 2500 м.

Структура кадра показана на Рисунке 9. Каждый кадр начинается с

преамбулы длиной 7 байт, причем каждый байт преамбулы представляет собой

чередующуюся последовательность единиц и нулей. Преамбула позволяет

принимающей стороне подстроиться под передающую станцию, т. е.

синхронизироваться с ней. Следом за преамбулой идет стартовый байт

(10101011), сигнализирующий о начале кадра.

Рисунок 9

Форматы кадров Ethernet могут несколько отличаться друг от друга, в

частности поле длины поля данных может иметь смысл типа протокола.

Далее кадр содержит два поля адреса - получателя и отправителя.

Стандарт допускает адреса длиной 2 и 6 байт, однако спецификация на

немодулированную передачу со скоростью 10 Мбит/с предусматривает применение

только адресов длиной 6 байт. Если сетевая плата Ethernet определяет, что

адрес получателя совпадает с ее собственным, то, считав кадр, она передает

его для дальнейшей обработки на более высокие уровни. Если адреса не

совпадают, то кадр игнорируется.

Адреса Ethernet могут быть обычными, групповыми и широковещательными.

Если старший бит адреса получателя равен нулю, то это обычный адрес, а если

единице, то это групповой. Многоадресная передача принимается всеми

станциями, групповой адрес которых совпадает с указанным в поле адреса

получателя. Если же все биты адреса равны единице, то это широковещательный

адрес, и такой пакет предназначен всем станциям. Следующий по старшинству

бит в поле адреса используется для различения локальных и глобальных

адресов. Как ясно из названия, локальные адреса назначаются администратором

сети и имеют смысл только в пределах локальной сети. За вычетом двух

вышеуказанных битов адресное пространство составляет 246 или около 7*1013

адресов, а эта цифра намного больше числа имеющихся компьютеров, так что

адресов хватит всем. Поле длины кадра состоит из двух байтов и определяет

длину поля данных (от 0 до 1500 бит). Однако, ввиду ограничений на

минимальную длину кадра, поле данных не может быть короче 46 байт. Если же

объем передаваемых данных меньше, то поле данных дополняется заполняющими

битами. Собственно в Ethernet поле длины кадра соответствует полю типа

протокола. Оно служит для идентификации протокола на уровень выше

канального. Заканчивается кадр контрольной последовательностью. Очевидно,

она служит для проверки кадра на предмет наличия ошибок.

Форматы кадров Ethernet (Детализация)

Несмотря на наличие стандарта, кадры Ethernet отличаются друг от друга

своим форматом. Как и на производстве, кадры в сети Ethernet решают все.

Они служат вместилищем для всех высокоуровневых пакетов, поэтому, чтобы

понять друг друга, отправитель и получатель должны использовать один и тот

же тип кадров Ethernet. К счастью (или к сожалению), кадры могут быть всего

четырех разных форматов, и к тому же не сильно отличающихся друг от друга.

Более того, базовых форматов кадров существует всего два (в английской

терминологии их называют "raw formats") - Ethernet_II и Ethernet_802.3,

причем они отличаются назначением всего одного поля.

Современные компьютерные сети гетерогенны по своей природе, а сетевые

протоколы третьего уровня используют зачастую разные типы кадров Ethernet.

Так, в старых версиях NetWare 3.х компании Novell базовым форматом по

умолчанию является Ethernet_802.3, а не 802.2 или SNAP, как это

предусмотрено стандартами IEEE, причем, кроме нее, этот формат больше никто

не применяет. С выходом NetWare 4.х протоколы IPX/SPX используют по

умолчанию стандартные кадры Ethernet_802.2, а с планируемым переводом

IntranetWare на протоколы TCP/IP эта сетевая ОС будет, возможно, работать

по умолчанию с кадрами Ethernet_SNAP, так как именно этот формат

применяется в новейших реализациях TCP/IP. Вообще говоря, пакеты протоколов

IPX/SPX могут передаваться с помощью кадров любых типов, поэтому - а также

потому, что тип Ethernet_802.3 используется исключительно Novell, - в этом

уроке мы будем рассматривать кадры Ethernet преимущественно с точки зрения

сетей NetWare.

ETHERNET II

Несмотря на то что мы привычно называем стандарт 802.3 именем

Ethernet, это не совсем правильно, так как последнее название является

торговой маркой Xerox, Intel и Digital, чья технология послужила прототипом

этого столь популярного стандарта. Формат Ethernet_II соответствует

оригинальному формату кадров Ethernet и имеет следующий вид.

Как и всякий кадр, Ethernet_II начинается с семибайтной преамбулы,

состоящей из чередующихся единиц и нулей, и однобайтного начального

ограничителя кадра, в котором два младших бита равны 112, а не 102, как

остальные биты в преамбуле и ограничителе. Однако, если быть более точным,

в Ethernet_II преамбула не разделяется на собственно преамбулу и начальный

ограничитель кадра - и это является одним из отличий Ethernet от IEEE

802.3, хотя весьма несущественным, можно сказать, схоластическим, тем более

что очень часто преамбула вообще рассматривается как часть физического

механизма синхронизации передающей и принимающей стороны, а не как часть

кадра (поэтому на рисунках мы не будет обозначать преамбулу и начальный

ограничитель).

Собственно заголовок кадра состоит из шестибайтного поля адреса

получателя (Destination Address), шестибайтного поля адреса отправителя

(Source Address) и двухбайтного поля типа протокола (Frame Type) (см.

Рисунок 10). При передаче каждого байта адреса младшие биты (крайние

справа) передаются первыми. В адресе получателя первый передаваемый бит

(бит 0 байта 0) указывает тип адреса - обычный или групповой. Таким

образом, нечетный первый байт адреса получателя означает, что кадр

предназначен группе станций. Разновидностью многоадресной передачи является

широковещательная передача. В этом случае все биты адреса получателя

задаются равными 1.

Рисунок10.

Базовые пакеты Ethernet II и IEEE 802.3 имеют одинаковую структуру. Их

различие - в назначении 13-го и 14-го байтов: поля типа протокола и длины

кадра соответственно. Совместное использование разных форматов кадров в

одном сегменте Ethernet возможно благодаря тому, что тип протокола

характеризуется числом, большим 0x05FE.

Однако поле адреса отправителя должно содержать адрес конкретной

станции-отправителя. В случае обычных адресов первые три байта служат для

идентификации производителя сетевой платы, а последние три байта составляют

уникальный номер конкретной платы. Так, первые три байта адреса популярных

сетевых плат производства 3Com выражаются следующим числом - 02608С в

шестнадцатеричной системе счисления (далее для обозначения чисел в

шестнадцатеричной системе счисления мы будем использовать обозначение 0x,

т. е. идентификатор 3Com будет иметь вид 0x02608C). Адрес получателя

называется также физическим или MAC-адресом.

Вообще говоря, адрес получателя идентифицирует непосредственного, а не

конечного получателя, например маршрутизатор в сети Ethernet. Конечный

получатель идентифицируется с помощью высокоуровневых протоколов. В случае

TCP/IP - это IP-адрес станции и TCP- или UDP-порт процесса на данной

станции. Поле типа протокола идентифицирует высокоуровневый протокол, такой

как IP, AppleTalk и т. д., контейнером для пакета которого служит кадр.

Ниже мы приводим значения поля типа протокола для некоторых

распространенных сетевых протоколов:

Internet Protocol (IP) - 0x0800;

Address Resolution Protocol (ARP) - 0x0806;

AppleTalk - 0x809B;

Xerox Network System (XNS) - 0x0600;

NetWare IPX/SPX - 0x8137.

Следующее поле кадра служит собственно для передачи полезной информации

(на уровне кадра к полезной нагрузке мы относим такую служебную информацию

высокоуровневых протоколов, как заголовок пакета и т. п.). В отличие от

служебных полей, поле данных имеет переменную длину, причем оно не может

быть короче 46 байт и длиннее 1500 байт. Таким образом, общая длина кадра

без учета преамбулы и начального ограничителя кадра находится в диапазоне

от 64 до 1518 байт. В случае, когда реальный объем передаваемых данных

меньше 46 байт (например, для эмуляции терминала часто передается всего

один символ, вводимый с клавиатуры), поле данных дополняется до

минимального размера заполнителем. Байт заполнения может вставляться, даже

если объем передаваемых данных более 46 байт. По предложению Novell, в

случае нечетного количества байт драйвер сетевой платы добавляет еще один.

Это сделано потому, что некоторые старые маршрутизаторы не понимают кадры

нечетной длины. Последнее поле в кадре - это четырехбайтное поле

контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence, FCS). Значение

этого поля вычисляется на основе содержимого заголовка и данных (вместе с

заполнителем, но без учета преамбулы и ограничителя) с помощью 32-

разрядного циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Code, CRC-32)

по следующей формуле (в двоичной системе счисления):

контрольная последовательность = MOD(данные/полином)

В Ethernet порождающим полиномом служит многочлен

x32+x26+x23+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1.

Данный код позволяет обнаружить 99,999999977% всех ошибок в сообщениях

длиной до 64 байт! Таким образом, вероятность того, что принимающая станция

воспримет испорченный кадр как целый, практически равна нулю. После приема

кадра принимающая станция заново вычисляет контрольную последовательность и

сравнивает полученный результат с содержимым поля FCS. В случае

несовпадения пакет считается испорченным и игнорируется.

БАЗОВЫЙ ФОРМАТ КАДРА 802.3

Определяемый спецификацией 802.3 формат кадра практически идентичен

своему предшественнику за исключением того, что поле типа протокола имеет

смысл длины кадра. На первый взгляд это неизбежно должно привести к

путанице, когда кадры Ethernet_II и Ethernet_802.3 передаются между

станциями в одном сегменте. Однако на практике эти кадры не представляет

труда отличить друг от друга. Как мы уже говорили, длина поля данных не

превышает 1500 байт, поэтому, в соответствии с принятыми соглашениями, тип

высокоуровневого протокола задается большим, чем 0х05FE (1518 в

шестнадцатеричной системе счисления - полная длина кадра), благо

двухбайтное поле может принимать 65 536 разных значений. Таким образом,

если значение поля между адресом отправителя и данными меньше или равно

1518, то это кадр 802.3, в противном случае - это кадр Ethernet_II.

Другое небольшое отличие между Ethernet и 802.3 состоит в

классификации групповых адресов. В отличие от Ethernet, спецификация 802.3

подразделяет групповые адреса на имеющие глобальное и локальное значение.

Однако это разделение редко используется на практике. (О третьем

незначительном отличии - в преамбуле - мы говорили выше.) В соответствии с

эталонной моделью OSI, каждый протокольный блок данных содержит

(инкапсулирует) пакеты вышележащих протоколов своего стека. Протокол 802.3

описывает метод доступа к среде передачи - нижний подуровень канального

уровня, и для него вышележащим протоколом является протокол логического

управления каналом (Logical Link Control, LLC) - верхний подуровень

канального уровня. Таким образом, согласно требованиям стандарта, поле

данных должно содержать заголовок LLC. В ранних версиях NetWare компания

Novell проигнорировала этот заголовок и стала помещать пакеты IPX/SPX

непосредственно за полем длины кадра, и поле данных начиналось так же, как

и обычный заголовок IPX, с двух байтов, состоящих из единиц (число 0xFFFF).

Иными словами, Novell использовала кадры просто в качестве контейнера. В

принципе применение базового формата кадра 802.3 без служебной информации

верхнего подуровня канального уровня позволяет Novell несколько сократить

накладные расходы в расчете на кадр. Однако выигрыш невелик, а в

гетерогенной среде применение нестандартного формата ведет к проигрышу, так

как маршрутизатор или сетевая плата вынуждены проверять дополнительные поля

для определения типа пакета. Это послужило одним из побудительных мотивов,

почему начиная с версии 4.0 Novell перешла по умолчанию на стандартный

формат Ethernet_802.2. Другой причиной было то, что использование базовых

кадров Ethernet_802.3 делало невозможным применение таких опций защиты, как

подпись пакетов, из-за того, что поле контрольной суммы пакета было

фиксированным и равным 0хFFFF, чтобы кадр Ethernet_802.3 можно было

отличить от других типов кадров.

ДВА СТАНДАРТНЫХ ФОРМАТА

Спецификации IEEE предусматривают всего два стандартных формата - 802.2 и

802.2 SNAP, причем второй является естественным расширением первого. Как

уже говорилось, стандартный кадр должен содержать в поле данных служебную

информацию логического управления каналом, а именно однобайтное поле точки

доступа к сервису для получателя (Destination Service Access Point, DSAP),

однобайтное поле точки доступа к сервису для отправителя (Source Service

Access Point, SSAP) и однобайтное управляющее поле (см. Рисунок 11).

Назначением номеров точек доступа к сервису (Service Access Point, SAP)

занимается IEEE, и он выделил следующие номера:

0xE0 для Novell;

0xF0 для NetBIOS;

0x06 для TCP/IP;

AA для SNAP.

[pic]

Рисунок 11

Формат IEEE 802.2 SNAP представляет собой расширение стандартного формата

IEEE 802.2. Кадры обоих типов содержат заголовок 802.2 LLC в начале поля

данных.

Поля DSAP и SSAP служат для определения вышележащего протокола и, как

правило, содержат одно и то же значение. Управляющее поле обычно задается

равным 0x03 (в соответствии с протоколом LLC это означает, что соединение

на канальном уровне не устанавливается). Протокол доступа к подсети (Sub-

Network Access Protocol, SNAP) был разработан с целью увеличения числа

поддерживаемых протоколов, так как однобайтные поля SAP позволяют

поддерживать не более 256 протоколов. Формат Ethernet_SNAP предусматривает

дополнительное пятибайтное поле для идентификации протокола (Protocol

Identification, PI) внутри поля данных, причем значения двух последних

байтов этого поля совпадают со значениями поля протокола в Ethernet_II в

случае, если кадры содержат пакеты одного и того же высокоуровневого

протокола, например они равны 0x8137 для NetWare.

АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМАТА КАДРА

Отличить один формат кадра Ethernet от другого не представляет

большого труда, и сделать это можно с помощью следующего простого алгоритма

(см. Рисунок 12). Сначала драйвер должен проверить значение поля типа

протокола/длины кадра (13-й и 14-й байты в заголовке). Если записанное там

значение превышает 0x05FE (максимально возможная длина кадра), то это кадр

Ethernet_II.

Рисунок 12

Для определения типа кадра Ethernet сначала необходимо проверить значение

поля после адреса отправителя, а затем первых двух байтов поля данных.

Если нет, следует продолжить проверку. Если первые два байта равны 0xFFFF,

то это формат Ethernet_802.3 для NetWare 3.х. В противном случае это

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8