7.1.3. Структура кадров Ethernet. Mac-адресация.
Вторым по важности компонентом технологии Ethernet уровня МАС является структура кадров канального уровня, представленная на рис. 7.3. В настоящее время существует три типа форматов кадров Ethernet: DIX, IEEE 802.3 и IEEE 802.3x.
DIX frame (1970):
bytes 8 6 6 2 46 up to 1500 4
LLC Data
Preamble
DA
SA
Type
FCS FCS
Data
Link Encapsulation
Physical
Layer Encapsulation
Ieee 802.3 frame (1983):
b
Pream.b.e
SDF
Length
SA
DA
PAD
LLC data
Extension
FCS
Data
Link Encapsulation
Ieee 802.3x (1997):
Bytes 7 1 6 6 2 46 up to 1500 4 up to 448
Pream
SDF
DA
SA
Type/Len.g
Extension
PAD
LLC data
FCS
Min.
64 bytes / Max. 1518 bytes
Preamble: synchronization pattern
SDF: Start Frame Delimiter (10101011)
DA: Destination Address
SA: Source Address
Type: Indicates the nature of the client protocol IP, IPX, Apple Talk, etc
Length: Number of bytes of the LLC data
LLC data: Information supplied by LLC data
Pad: Bytes added to ensure a minimum frame size of 46 bytes
Extension: Only for Gigabit, ensures a minimum frame size (depending on version)
FCS: Frame Check Sequence CRC code based on all the fields except Preamble and SDF
Рис. 7.3. Три варианта структуры кадров технологии Ethernet.
Исторически первым форматом кадра Ethernet была структура DIX. В нее были включены основные поля, которые затем были использованы следующими поколениями стандартов Ethernet. Появление стандарта IEEE 802.3 было связано с добавлением в состав структуры кадра поля SFD (Start Frame De limiter), которое играет важную роль в технологии Ethernet. Вторым изменением в формате кадра стало поле длины кадра (Length) вместо поля Type в формате DIX. Это поле позволяет реализовать функции регулирования размера кадра за счет служебного поля PAD в поле нагрузки. Последняя версия стандарта IEEE 802.3x, принятая в
1997 г., определила возможность использования полей Type и Length в комбинированной интерпретации, т. е. в том смысле, в котором использовалось поле Type в стандарте DIX и поле Length в IEEE 802.3 (1983).
Рассмотрим теперь состав основных полей Ethernet и их назначение. В формате IEEE 802.3 используются следующие поля:
Преамбула (Preamble) представляет собой фиксированную последовательность из 7 байтов, которая заполняется последовательностью «10101010». Преамбула используется для синхронизации приемника по принимаемой последовательности.
Поле ограничителя (SDF, Start Delimiter) представляет собой однобайтовое поле с заполнением (1010…), также как и в преамбуле, за исключением двух последних битов, которые устанавливаются равными 1. Это показывает, что за полем SDF следует важное информационное поле, которое должно загружаться в буфер сетевого устройства для последующего анализа.
Поле адресации MAC (DA, SA – MAC-адреса) Destination (приемника) и Source (передатчика. В стандарте установлено три типа адресов: a) уникальные, поле в 48 бит, присваиваемые каждому порту сетевого элемента на этапе производства из перечня доступных свободных номеров, которые имеются у производителя оборудования; b) широковещательные, поле заполняется последовательностью 1, что означает, что все приемники должны анализировать такие кадры; c) адреса групповой рассылки (multicast), поле, в котором первый бит равен 1, а далее содержится информация о группе терминалов-приемников. В формате кадров Ethernet используется составное адресное поле, которое состоит из двух частей: поле уникального идентификатора OUI (Organizationally Unique Identifier) и поле идентификатора производителя (Vendor).
Поле типа кадра (Type) впервые было использовано в стандарте DIX и идентифицирует тип клиентского протокола верхнего уровня (IP, IPX, Apple Talk и др.).
Поле длины кадра (Length) показывает размер поля значимых данных без служебного поля PAD. В соответствии со стандартом Ethernet размер кадра не может быть больше 1518 байтов (без учета преамбулы и SDF).
Поле LLC (Logical Link Control) представляет собой полезную нагрузку кадра Ethernet. По своему названию оно содержит служебные поля более высоких, чем МАС, уровней протоколов. В соответствии со стандартом Ethernet размер этого поля составляет от 48 до 1500 байтов.
PAD представляет собой служебное поле, которое отвечает за выполнение процедуры регулирования размера кадров уровня МАС по параметру MFS. В случае, если данные пользователя меньше 64 байтов, после поля LLC вставляется служебное поле PAD, так что общий размер кадра
оказывается соответствующим требованиям по MFS. Разделение полей LLC и PAD выполняется на основании данных поля Length.
Контрольная сумма CRC (Cyclic Redundancy Check) используется для контроля ошибок в кадре Ethernet. Обычно при обнаружении ошибок в кадре весь кадр считается поврежденным и не восстанавливается.
Из перечисленных полей в кадре Ethernet уровня МАС особенное значение имеют поля адресации. МАС-адреса присваиваются отдельно портам передатчиков и приемников сетевых элементов. Передача данных Ethernet канального уровня выполняется между МАС-адресами передатчика и приемника, для чего в составе кадров Ethernet должны быть указаны соответствующие поля. Наличие МАС-адресов существенно сказывается на принципах организации измерений в сетях Ethernet.
Самое главное отличие заключается в том, что в технологии Ethernet чрезвычайно затруднено формирование шлейфа в то время, как шлейфовые измерения весьма популярны в системах связи. Формирование виртуального шлейфа здесь оказывается проблематичным именно из-за наличия МАС-адресации, которая требует, чтобы порт передатчика и порт приемника не совпадали друг с другом. Из-за этого оператор должен прописывать маршрут следования потока тестовых кадров Ethernetпо всей сети с использование дополнительных портов или внешнего интеллектуального шлейфообразователя, что само по себе неудобно. Таким образом, специфические особенности технологии Ethernet существенно влияют на методику организации измерений параметров качества.