© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_1 Стандарты и функции уровня данных эталонной модели ВОС

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_2 Определение уровня данных Второй уровень модели ВОС - уровень данных (или канальный) Определяет методы доступа - процедуры или правила (алгоритмы), определяющие методы доступа к ЛВС Методы доступа служат для получения коммуникационного канала и обеспечения возможности получать и передавать данные по этому каналу –методы доступа ЛВС определяют только, можно ли передавать и получать информацию по сети Существующие сейчас методы доступа, используемые в Ethernet, Token Ring, FDDI, разработаны в результате длительных исследований

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_3 Пакеты Общий формат Trailers Headers Now is the time for all good Файл-сервер Рабочая станция клиента Запрос блока данных Запрос Ответ Поле данных Данные из пользовательсой программы или управляющая информация Загаловок Header Окончание Trailer men to come to the aid of of their country Headers Trailers Now is the time for all good men to come to the aid of their country Ответ Trailers Headers Пакет - это единица информации, которую передает одна из станций в сети к одной или группе других станций с целью передачи необходимых данных или управляющей информации.

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_4 Уровни модели ВОС и заголовки пакетов Network packet header hierarchy Physical Data Link Network Transport Session Presentation Application Data link header Network layer header Transport layer header Session layer header Presentation and Application layer header OSI Model layers Data link trailers Максимальная и минимальная длина пакетов для каждой сети не изменяется Каждый последующий уровень помещает свой заголовок в поле данных предыдущего уровня Каждый заголовок добавляется и исключается только ПО своего уровня

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_5 Адресация уровня УДС (Управления Доступом к Среде) ЛВС разрабатывались так, чтобы быть независимыми от ПО сетевых протоколов Станции могут общаться между собой непосредственно только используя адреса уровня управления доступом к среде, так называемые –MAC-адреса (Media Access Control) или физические адреса –физические адреса назначаются IEEE МАС-адреса Ethernet, Token Ring, FDDI имеют 6 байт (48 бит) –каждый адрес в сети является уникальным –каждая станция принимает и анализирует адреса всех пакетов Имеется три типа МАС-адресов –Unique - уникальный –Multicast - групповой, адресующий группу станций –Broadcast - широковещательный »специальный тип передачи, адресующий все станции в сети »определяется специальным битом в пакете »адрес источника может быть только уникальным

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_6 Формирование МАС-адресов C Data field CRC - 32 Vendor ID: 3Com Node ID: Vendor ID: SUN Node ID: Идентификатор производителя: 24 bits (3 bytes) (Vendor ID) Идентификатор узла: 24 bits (3 bytes) (Node ID) Адрес приемника Destination address Адрес источника Source address Идентификатор производителя - первые три байта назначаются и регистрируются IEEE Идентификатор узла - следующие три байта назначаются производителем и соответствуют номеру интерфейсной карты имеет поле из 2 24 =16,777,216 уникальных адресов МАС-адрес называется также аппаратным или PROM-адресом

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_7 Основные характеристики IEEE802.3 и Ethernet Скорость передачи 10 Mbps Электрические функции –IEEE802.3 имеет тест контроля качества сигнала SQE, позволяющий контролировать состояние внешнего транссивера –IEEE802.3 имеет возможность отключения транссивера - Jabber control –Ethernet использует транссивер по стандарту IEEE802.3 Формат пакета –Ethernet и IEEE802.3 имеют различный формат пакетов Функции контроля каналом –Ethernet использует коммуникации без установления и подтверждения связи (Unacknowledged Connectionless) –IEEE802.3 может использовать протоколы с установлением без установления связи (Connection- Oriented) при реализации IEEE802.2

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_8 Формат пакета Ethernet Заголовок MAC-уровня Заголовки уровней ВОС и данные Окончание MAC trailer Преамбула Preamble Адрес Источника Source address Адрес приемника Destination address Поле типа пакета Type field Поле данных Data field CRC-32 Преамбула Предназначена для синхронизации приемника с тактовой частотой принимаемого пакета Не существует единой тактовой частоты в сети Ethernet Длина преамбулы Ethernet 64 бита Поле типа - описывает тип протокола сетевого уровня назначается IEEE TCP/IP XNS Novel NetWare IPX Контрольная сумма (CRC-32) гарантирует достоверность контроля 99,999%

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_9 Порядок формирования и передачи битов в Ethernet.. Byte 0Byte 1Byte 5 Byte 0Byte 1Byte 5 Адрес источника Bit 0 Bit 7 Передается первым Bit 7 Передается первым Адрес приемника Type field 6 bytes 2 bytes bytes 4 bytes Multicast bit (M-bit) LSB - младшийMSB - старший M.. Destination address Source address Data field Frame Check Sequence Биты в байтах передаютсяслева направо Последовательность передачи

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_10 Порядок формирования и передачи битов в Ethernet Каждый тип сети передает информацию различным способом –это создает проблемы при построении сетевых мостов Порядок передачи побайтовой информации –каждый байт передается побитово в обратном (реверсном) порядке –первый передаваемый бит - М-бит, - идентификатор групповой передачи »групповой адрес - четный –при приеме байты побитово реверсируются Пример: Передача адреса С С порядок передачи

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_11 Сравнение пакетов Ethernet и IEEE802.3

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_12 Формат пакета IEEE802.3 Рабочая группа IEEE802.3 приняла за основу стандарт Ethernet V2.0 –алгоритм доступа CSMA/CD –небольшие различия в формате пакета В начале пакета имеется 7-ми байтовая преамбула и стартовый байт – Стартовый байт(RFD - Start-of-Frame Delimiter) содержит »бит I/G, определяющий индивидуальный (I/G=0) или групповой адрес »бит U/L, определяющий тип физического адреса - локальный (U/L=0), назначаемый IEEE или глобальный, назначаемый в данной сети Поле Pad предназначено для дополнения пакета до мин. размера 64 байт 2-байтовое поле длины поля данных Length (не включает поле Pad) Признаки определения формата пакета контроллером –поля Type (Ethernet) и Length (IEEE802.3) имеют одинаковое положение –минимальное значение поля Type Ethernet (hex) –максимальная длина пакета Ethernet 05DC (hex)

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_13 Детальное сравнение пакетов IEEE802.3 и Ethernet Preamble Destination Address Source Address Type Field Data Field CRC 8 bytes 6 bytes 2 bytes 46 to 1500 bytes 4 bytes Ethernet V2.0IEEE with IEEE Start of Frame Delimiter Destination address Source address DSAP SSAP Control Data CRC 1byte 2 or 6 bytes 1 byte 4 bytes PAD Preamble 7 bytes Length 2 bytes Различие пакетов определяется типом сетевого протокола AppleTalk и Novell NetWare обычно используют IEEE802.3 TCP/IP и DECNet обычно используют Ethernet

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_14 Ethernet Метод доступа основан множественном доступе с контролем несущей и обнаружением столкновений - Carier Sense Multiple Access with Collisuion Detection (CSMA/CD) Работа началась в 1973 (Bob Metcalfe и David Boggs из Xerox Palo Alto Research Center (PARC)) - экспериментальное внедрение Ethernet - в Ethernet Version 1.0 совместно разработана Digital, Intel, Xerox в1980. –В 1982 принята версия Ethernet V2.0, известная как Blue Book specification или DIX стандарт. Ethernet был принят с изменениями в качестве стандарта IEEE и ANSI 8802/3. Ethernet соответствует только только первым двум уровням модели ВОС. Передача информации между станциями происходит пакетами. Ethernet поддерживает только коммуникации без установления связи.

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_15 Ethernet использует метод доступа - Carier Sense Multiple Access with Collisuion Detection (CSMA/CD) Сетевая станция прежде, чем передавать информацию, контролирует сигнал на шине, чтобы убедится, что никакая станция не передает информацию (CARIER SENSE) Физическая среда - единый кабель, к которому подключены все сетевые станции - все имеют доступ, передают по-одиночке (MULTIPLE ACCESS) Ошибки определяются за счет того, что передающая станция прослушивает шину –столкновения возникают, если две или больше станций начинают передавать одновременно (COLLISION DETECTION) –если передающая станция обнаруживает столкновение, она передает сигнал затора (jam signal) –повторная передача начинается через случайный или определенный (назначаемый в зависимости от приоритета) промежуток времени Определение CSMA/CD

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_16 Ethernet. Выводы Ethernet определяет метод доступа, очень близкий к CSMA/CD Ethernet допускает многопротокольные решения на более высоких уровнях Ethernet определяет в основном аппаратное решение, а не программное Ethernet является широковещательным типом сети –Все пакеты данных в сети прослушиваются всеми станциями –Но при этом также существуют широковещательные пакеты Ethernet не гарантирует доставку пакетов –Ethernet может определять ошибки в пакетах только посредством CRC –Ethernet обеспечивает только передачу и прием данных по кабелю и реализует коммуникации без установления связи –Надежность коммуникаций обычно обеспечивается протоколами более высоких уровней (уровни 3-7) Контроллер Ethernet может пропускать пакеты, если он занят

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_17 Проблемы практического применения Ethernet Эффективность Ethernet сильно зависит от реализуемых приложений Но не все программные продукты более высоких уровней разрабатывались для работы в среде Ethernet Меньший размер пакетов не является более эффективным в Ethernet Размер кабеля не влияет на скорость передачи в Ethernet Ethernet передает и принимает данные со скоростью 10 Mbps, но при этом реальная скорость передачи данных горазда меньше (приблиз Mbps) Конструкция кабельной системы может существенно влиять на реальную производительность сети Ethernet –за счет задержек и искажений пакетов, а также усилением столкновений Существуют ограничения на минимальный и максимальный размер пакетов

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_18 Нормальная работа Ethernet A B D Data C Несоответствие адреса Пакет игнорируется Адрес соответствует Пакет обрабатывается Данные посылаются к узлу D Передавемый пакет просматривается всеми станциями широковещательная среда (broadcast medium) Несоответствие адреса Пакет игнорируется

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_19 Столкновения в Ethernet A B C D Столкновение Передача данных для A Передача данных для C

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_20 Алгоритм передачи пакета в Ethernet transmit packet assemble packet deferring on? start transmission send jam signal increment attempts compute and wait backoff time done excessive collision errors done transmit ok transmission done ? yes noyes no yes collision detect? too many attempts ?

© Yu.DemchenkoComputer Networking Technologies Slide 2_21 Алгоритм приема пакета в Ethernet done packet_check error receive packet start receiving done receiving ? packet too small ? recognize address? extra bits? valid CRC? valid length ? disassemble packet done error length done receive ok done alignment error yes no yes no yes no yes no yes no