В 1980 г. в институте IEEE (институт инженеров по электротехнике и электронике США) организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей. Семейство стандартов IEEE 802.x содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей (физический и канальный). Базовые технологии локальных сетей В соответствии со стандартами IEEE 802.x канальный уровень делится в локальных сетях на два подуровня: логической передачи данных (Logical Link Control, LLC); управления доступом к среде (Media Access Control, MAC). Наиболее распространенные технологии локальных сетей: Ethernet, Token Ring, FDDI.

Уровень MAC (Media Access Control – управление доступом к среде) - обеспечивает корректное совместное использование общей среды (предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение одному из узлов сети) и передачу кадров с помощью средств физического уровня. Уровень LLC (Logical Link Control – управление логическим каналом) - отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. LLC MAC Сетевой уровень Физ. уровень Канальный уровень Пакет LLC Пакет LLC Пакет MAC

Общие определения локальных сетей, связь с ISO/OSI, реализация мостов, VLAN, QoS. Логические процедуры передачи кадров и связь с сетевым уровнем Ethernet CSMA/CD Token Ring Беспроводные сети Base-5, 2, T, F 100Base-TX, FX 1000Base-T,SX, LX 4 Мбит/с 16 Мбит/с FHSS 1 Мбит/с DSSS 1 Мбит/с DSSS 11 Мбит/с OFDM Канальный уровень Физический уровень 10 Gigabit LLC MAC общие не зависящие от технологии свойства локальных сетей; связи стандартов 802.x с моделью OSI; организация взаимодействия различных технологий; построение сложных сетей на основе сетей со стандартной топологией: алгоритмы работы мостов и коммутаторов. построение виртуальных сетей (VLAN)

Стандарты уровня LLC (общие для всех технологий) описывает логические процедуры передачи кадров и сваязь с сетевым уровнем. Стандарты 802.1x: общие не зависящие от технологии свойства локальных сетей; связи стандартов 802.x с моделью OSI; организация взаимодействия различных технологий; построение сложных сетей на основе сетей со стандартной топологией: алгоритмы работы мостов и коммутаторов. построение виртуальных сетей (VLAN) Стандарты 802.3, 802.4, 802.5, описывают технологии локальных сетей. Стандарты описывают реализацию радио-сетей на основе технологии Ethernet.

Структура кадра используемого в локальных сетях Заголовок MAC Заголовок LLC Блок данных Завершитель MAC Кадр MAC Модуль LLC Данные верхнего уровня Управление MAC МАС-адрес получателя МАС-адрес отправителя Структура заголовка MAC

Протокол LLC – обеспечивает нужное качество услуг транспортной службы, передавая свои кадры либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения и восстановлением кадров. Адрес точки входа службы назначения ( DSAP) Адрес точки входа службы источника (SSAP) Управляющее поле (Control) Данные (Data) Формат кадров LLC

LLC1 реализует передачу данных дейтаграммным способом (с минимальными издержками) LLC2 реализует установление логического соединения перед началом передачи каждого блока данных, выполняет восстановление блоков данных после возникновения ошибок, упорядочивает поток принимаемых блоков. LLC3 реализует передачу данных без установления логического соединения, но с подтверждением о корректности приема переданных данных. Типы процедур предоставляемых верхним уровням уровнем LLC: LLC1 - процедура без установления соединения и без подтверждения; LLC2 - процедура с установлением соединения и подтверждением; LLC3 - процедура без установления соединения, но с подтверждением.

Виды кадры уровня LLC (Protocol data unit - PDU): 1.Информационные – используются для передачи данных в процедурах LLC2. 2.Управляющие – используются для передачи команд и ответов в процедурах LLC2 3.Ненумерованные - используются для передачи ненумерованных команд и ответов в процедурах без установления логического соединения.

Технология Ethernet Первый вариант технологии Ethernet был разработан компанией Xerox, которая совместно с компаниями Digital Equipment и Intel в 1980 г. опубликовала фирменный стандарт Ethernet DIX. Позднее IEEE принял национальный стандарт IEEE В зависимости от типа среды стандарт IEEE имеет различные модификации 10Base5, 10Base2, 10BaseT, 10BaseFL, 100Base-TX, 100Base-FX, 1000Base-T, 1000Base-SX, 1000Base-LX...

Основные характеристики технологии Ethernet: логическая топология - общая шина; среда передачи: толстый и тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно, радио-эфир. метод разделения среды CSMA/CD; пропускная способность 10 Мбит; минимальное поле данных – 46 байт, минимальный кадр - 64 байта, кадр вместе с преамбулой - 72 байта (576 бит); максимальная длина кадра 1518 байт, с преамбулой 1526 байт; максимальное расстояние между станциями в сети 2500 м; максимальное число станций 1024.

Метод доступа CSMA/CD Основу технологии Ethernet составляет случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. Впервые этот метод был опробован в радиосети Гавайского университета и получил название Aloha. CSMA/CD (Carrier-sense-multiply-access with collision detection) – коллективный доступ к среде передачи данных с опознаванием несущей и обнаружением коллизий. Применяется в сетях с логической топологией общая шина.

Коллективный доступ означает, что все компьютеры сети имеют одновременный и равноправный доступ к общей среде передачи данных (общей шине). Опознавание несущей заключается в том, что перед передачей данных узел проверяет - свободна ли линия (проверяется наличие основной гармоники сигнала – 5-10 Мгц при Манчестерском кодировании). Коллизией называется ситуация, когда несколько компьютеров начинают передавать данные одновременно - сигналы искажаются в результате взаимовлияния в общей среде передачи.

Алгоритм передачи кадров 1.Передаваемые данные разбиваются на блоки и упаковываются в кадры. 2.Проверка незанятости среды передачи данных (опознавание несущей). 3.Если среда не занята, производится передача кадра. Каждый кадр снабжается преамбулой, состоящей из 7 одинаковых байтов ( ). 4.После окончания передачи данных все узлы сети не должны пытаться передавать данные в течение технологической паузы (межкадрового интервала), равной 9,6 мкс. 5.Все станции распознают факт передачи данных. Станция, которая обнаружит свой адрес в заголовке кадра, записывает кадр в буфер и передает его соответствующему модулю операционной системы для дальнейшей обработки.

Если среда передачи занята, компьютер ожидает, когда она освободится, выдерживает технологическую паузу и производит повторную попытку передачи. При обнаружении коллизии, станции должны прекратить передачу и усилить ситуацию коллизии, послав специальную последовательность из 32 битов (jam – последовательность). После этого каждая из станций выдерживает паузу = L * I, где I = 512 битовых интервалов (1 bt = 1/ = 0,1 мкс.), L - случайное число из отрезка [0;2 N ] N – номер повторной попытки передачи После 10 попытки интервал не увеличивается, максимальный интервал = 52,4 мс. После 16-ти попыток передатчик генерирует сообщение об ошибке и кадр уничтожается. Обработка коллизий

Выводы следующие из описания алгоритма передачи: В технологии Ethernet реализуется вероятностный, децнтрализованный доступ к среде передачи; При значительной загрузке сети возрастает число коллизий, и пропускная способность сети резко падает; Для надежного распознавания коллизий должно выполняться соотношение: Tmin PDV. Где, Tmin - временя передачи кадра минимальной длины, PDV (Path Delay Value) - удвоенное временя распространения сигнала между двумя наиболее удаленными станциями сети.

Область распространения сигнала

Область распознавания коллизии Область сигналов кадра 1 Область сигналов кадра Область распознавания коллизии

Область коллизии Здесь коллизию не распознают

PDV также называют временем двойного оборота. Отношение Tmin PDV зависит от длины минимального кадра, скорости передачи, длины кабельной системы и скорости распространения сигнала в кабеле. В Ethernet кадр минимальной длины 72 байта, время передачи кадра 576 битовых интервалов = 57,6 мкс. Следовательно, PDV должно быть меньше 57,6 сек. Расстояние, которое может пройти сигнал за это время (зависит от среды) ~ м. следовательно, расстояние между двумя узлами должно быть < 6635 м.

Для увеличения общей длины сети используются специальные устройства - повторители (репитеры). Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента в другой, восстанавливая мощность, амплитуду и форму сигнала. Повторитель, который имеет более двух портов называют концентратором или хабом. повторитель концентратор Увеличение диаметра сети с помощью повторителей

В связи с ограничением Tmin PDV в технологии Ethernet максимальную длину сети (диаметр сети) ограничили значением 2500 м, сделав некоторый запас и учитывая задержку, вносимую работой повторителей. Доменом коллизии называют часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части сети она возникла. Построенная на повторителях сеть всегда образует домен коллизий.

Форматы кадров Ethernet Ethernet DIX (II) – формат кадра разработанный компаниями DEC, Intel, Xerox; Ethernet 802.3/LLC – формат кадра разработанный в IEEE; Novell – фирменная модификация компаннии Novell кадра стандарта 802.3

Формат кадра Ethernet 802.3/LLC 1.Поле преамбулы (Preamble) – семь байтов Начальный ограничитель кадра (SFD) - один байт Адрес назначения (DA) - MAC-адрес получателя кадра (длина 2 или 6 байт). 4.Адрес источника (SA) – MAC-адрес отправителя кадра (длина 2 или 6 байт). 5.Длина (L) – длина поля данных (длина 2 байта). 6.Поле данных (Data) - длина поля может быть от 0 до 1500 байт. 7.Поле заполнения - состоит из такого кол-ва байт, которое требуется для обеспечения минимальной длины поля данных = 46 байт. 8.Поле контрольной суммы (FCS) - контрольная сумма вычисленная по алгоритму CRC-32 (длина 4 байта). LLC DASAL DSAP SSAPControlDataFSC SFD Preamble

Первый бит адреса определяет тип адреса: Первый бит = 0 - адрес является индивидуальным (unicast). Первый бит = 1 - адрес является групповым (multicast). Все биты в адресе = 1 (широковещательный адрес - broadcast) - то пакет с таким адресом должен быть обработан всем узлам сети. Второй бит в адресе определяет способ назначения адреса: второй бит = 0 - адрес назначен централизовано, второй бит =1, то адрес назначен локально. При централизованном распределении адресов комитет IEEE выделяет каждому производителю сетевых адаптеров уникальный 3-х байтовый идентификатор (Organizationally Unique Identifier, OUI) - первые три байта адреса. Оставшиеся три байта ( комбинаций) производитель использует для присвоения уникальных адресов сетевым адаптерам. Адресация в сетях Ethernet