Основы технологии Ethernet. Формат кадра Ethernet

Ethernet — это семейство технологий, определяющих способы передачи данных в локальных сетях (LAN). Ethernet разработан как стандарт IEEE 802.3 и используется для соединения устройств в пределах одной сети с высокой скоростью и надежностью.

Основы технологии Ethernet

1. Принципы работы:

   • Ethernet использует метод доступа к среде CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) в старых версиях, но в современных сетях используется полнодуплексный режим, где коллизии отсутствуют.

   • Передача данных осуществляется в виде кадров (frames).

2. Скорости Ethernet:

   • Ethernet: 10 Мбит/с.

   • Fast Ethernet: 100 Мбит/с.

   • Gigabit Ethernet: 1 Гбит/с.

   • 10-Gigabit Ethernet: 10 Гбит/с и выше.

3. Среда передачи:

   • Проводные соединения (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно).

   • Современные версии Ethernet поддерживают беспроводные технологии (Wi-Fi).

Формат кадра Ethernet

Кадр Ethernet — это основной элемент передачи данных, который содержит заголовок, полезную нагрузку (данные) и поле проверки целостности.

Структура кадра Ethernet:

1. Преамбула (Preamble, 7 байт):

   • Последовательность 10101010, которая используется для синхронизации приемника и передатчика.

2. Стартовый делимитер кадра (SFD, 1 байт):

   • Последовательность 10101011, сигнализирующая о начале кадра.

3. MAC-адрес назначения (Destination MAC Address, 6 байт):

   • Указывает адрес устройства, которому предназначен кадр.

4. MAC-адрес источника (Source MAC Address, 6 байт):

   • Указывает адрес устройства, отправившего кадр.

5. Тип/EtherType (Type/Length, 2 байта):

   • Определяет тип протокола верхнего уровня (например, IPv4 — 0x0800, IPv6 — 0x86DD) или длину полезной нагрузки.

6. Поле данных (Payload, 46–1500 байт):

   • Содержит данные, передаваемые через сеть.

   • Минимальный размер — 46 байт, если данных меньше, то добавляются пустые байты (padding).

7. Контрольная сумма кадра (FCS, Frame Check Sequence, 4 байта):

   • Использует алгоритм CRC для проверки целостности данных.

Итоговая структура кадра:

Поле	Размер (байты)
Преамбула	7
Стартовый делимитер кадра	1
MAC-адрес назначения	6
MAC-адрес источника	6
Тип/EtherType	2
Поле данных	46–1500
Контрольная сумма	4

Минимальный и максимальный размер кадра

1. Минимальный размер кадра:

   • 64 байта (включая все поля).

   • Если поле данных меньше 46 байт, добавляются пустые байты (padding).

2. Максимальный размер кадра:

   • 1518 байт (для стандартного Ethernet).

   • В некоторых сетях (Jumbo Frames) поддерживается увеличение до 9000 байт.

Преимущества Ethernet

1. Высокая скорость передачи данных.

2. Простота установки и настройки.

3. Широкая совместимость с оборудованием.

4. Низкая стоимость внедрения.

Пример работы Ethernet:

1. Устройство отправляет кадр по сети.

2. Коммутатор (или концентратор) анализирует MAC-адрес назначения.

3. Если адрес совпадает с подключенным устройством, кадр передается ему.

4. При получении кадра данные проверяются на целостность (FCS).

Заключение

Ethernet является основой современных локальных сетей благодаря своей универсальности, надежности и эффективности. Формат кадра Ethernet стандартизирован и обеспечивает совместимость между устройствами, что делает Ethernet одним из самых популярных стандартов передачи данных.

MAC-адресация

Что такое MAC-адрес?

MAC-адрес (Media Access Control Address) — это уникальный идентификатор сетевого устройства, работающего на канальном уровне модели OSI. Этот адрес закрепляется за каждым сетевым интерфейсом и используется для идентификации устройства в локальной сети (LAN).

• Размер: 48 бит (6 байт).

• Формат: Представляется в виде шести октетов (например, 00:1A:2B:3C:4D:5E).

• Уникальность: Адрес присваивается производителем устройства и записывается в сетевую карту на этапе производства.

Структура MAC-адреса

MAC-адрес состоит из двух частей:

1. OUI (Organizationally Unique Identifier, первые 24 бита):

   • Уникальный код производителя устройства.

   • Назначается организацией IEEE.

2. Идентификатор устройства (Device Identifier, последние 24 бита):

   • Определяет конкретное устройство внутри группы, производимой данным производителем.

Типы MAC-адресов

1. Уникальный адрес (Unicast):

   • Указывает на конкретное устройство в сети.

   • Используется для передачи данных от одного устройства к другому.

2. Групповой адрес (Multicast):

   • Используется для передачи данных группе устройств.

   • Пример: адрес 01:00:5E:xx:xx:xx в IPv4 Multicast.

3. Широковещательный адрес (Broadcast):

   • Указывает на всех участников сети.

   • Формат: FF:FF:FF:FF:FF:FF.

   • Пример: отправка ARP-запроса.

Как работает MAC-адресация

1. Отправка кадра:

   • Устройство-отправитель добавляет MAC-адрес назначения и свой собственный MAC-адрес в заголовок кадра.

2. Коммутаторы:

   • Коммутаторы в сети анализируют MAC-адрес назначения и пересылают кадр только на порт, к которому подключено целевое устройство.

   • Это предотвращает ненужный трафик в сети.

3. Получение данных:

   • Устройство с MAC-адресом, совпадающим с адресом назначения, принимает кадр.

Особенности и ограничения MAC-адресов

1. Локальность:

   • MAC-адрес используется только в пределах одной сети. Для взаимодействия между сетями требуется IP-адресация.

2. Изменяемость:

   • Хотя MAC-адрес записывается на этапе производства, его можно изменить программно (например, с помощью инструмента "MAC Spoofing").

3. Привязка к оборудованию:

   • Один MAC-адрес привязан к одному сетевому интерфейсу. Устройство с несколькими сетевыми картами будет иметь несколько MAC-адресов.

Пример работы MAC-адресации в локальной сети

1. Компьютер A (MAC-адрес 00:11:22:33:44:55) хочет отправить данные компьютеру B (MAC-адрес 66:77:88:99:AA:BB).

2. Отправка кадра:

   • Компьютер A создает Ethernet-кадр, указывая в заголовке:

     • MAC-адрес назначения: 66:77:88:99:AA:BB.

     • MAC-адрес источника: 00:11:22:33:44:55.

3. Маршрутизация кадра:

   • Коммутатор принимает кадр, анализирует MAC-адрес назначения и передает его на порт, к которому подключен компьютер B.

4. Получение данных:

   • Компьютер B проверяет адрес назначения, принимает кадр и передает данные на уровень выше.

Преимущества MAC-адресации

1. Уникальность:

   • Обеспечивает однозначную идентификацию устройства в сети.

2. Простота работы:

   • MAC-адресация не зависит от сетевых протоколов и может использоваться в любых сетях.

3. Эффективность в локальных сетях:

   • Коммутаторы быстро находят устройства по их MAC-адресам, минимизируя лишний трафик.

Заключение

MAC-адресация — основа работы канального уровня модели OSI. Она обеспечивает уникальную идентификацию устройств и гарантирует, что данные попадут к нужному получателю в локальной сети. Совместно с механизмами управления трафиком (например, коммутаторами) она обеспечивает надежную и эффективную передачу данных.

Слово октет в контексте сетевых технологий означает 8 бит (1 байт).

В сетевых протоколах и стандартах, таких как Ethernet или IP, часто используется термин "октет", чтобы подчеркнуть, что речь идет о блоках данных, состоящих из 8 бит, независимо от представления или терминологии в разных языках и системах.

Например:

• MAC-адрес состоит из 6 октетов, то есть 48 бит.

• IPv4-ад