Ethernet

Протокол Ethernet обеспечивает унифицированный интерфейс к сетевой среде передачи, который позволяет операционной системе использовать для приема и передачи данных несколько протоколов Сетевого уровня одновременно. Подобно большинству протоколов Канального уровня, Ethernet, в технических терминах, является протоколом без установления соединения и соответственно ненадежным. Ethernet предпринимает большие усилия для передачи данных в назначенное место, но нет никакого механизма, гарантирующего успешную доставку. Обеспечение этого типа услуг оставляется протоколам, работающим на верхних уровнях модели OSI, в зависимости от того, требуют ли данные гарантии доставки или нет.

Топология:

• Шина (на основе коаксиального кабеля);

• Звезда (на основе витой пары).

Спецификации Ethernet определяют протокол как совокупность из трех необходимых компонентов:

• набора правил Физического уровня, задающих типы кабеля и ограничения кабельной системы для сетей Ethernet, используется манчестерская система кодирования;

• формата кадра, задающего порядок и назначение битов, передаваемых в пакете Ethernet;

• механизма управления доступом к среде, называемого множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий.

Фреймирование Ethernet

В сети Ethernet предусмотрено много способов оформления пакетов в виде фреймов. Стандартные типы фреймов Ethernet показаны на рис. 3.1 и описаны ниже.

Первый тип фрейма, показанный на рис. 3.1, известен под названием Ethernet 2, или DIX (аббревиатура, состоящая из первых букв названий тех компаний, которые разработали соответствующую спецификацию, — Digital, Intel, Xerox). Фреймы этого типа в настоящее время имеют самое широкое распространение. Другие типы фреймов в большинстве сетей не используются.

Второй и третий типы фреймов, показанные на рис. 3.1, относятся к протоколам IPX/SPX и применяются в основном в сетях с программным обеспечением компании Novell. Хотя оба эти типа фреймов формально содержат поле “типа”, оно применяется только для обозначения обшей длины пакета, а не типа используемого протокола, поэтому фреймы этих двух типов подходят только для протоколов 1PX/SPX. Первый из этих двух типов известен под названием “бесформатного” (raw) фрейма 802.3. В компании Novell принято обозначать этот тип фрейма как 802.3, а в компании Cisco его называют фреймом Novell, поэтому указанное выше общее название становится еще более непонятным. Второй из этих типов фреймов (третий на рисунке) известен под общим названием фрейма типа IEEE 802.3, или 802.2/802.3; в компании Novell его называют 802.2, а в компании Cisco — LLC. Этот тип фрейма создан и рекомендован к использованию институтом IEEE.

Рис. 3.1. Стандартные типы фреймов Ethernet

Наконец, был создан фрейм типа 802.3 SNAP. (В компании Novell он известен под названием Ethernet SNAP, а в компании Cisco его называют SNAP). Этот тип фрейма должен был устранить недостаток фрейма Ethernet, в котором была предусмотрена поддержка поля с обозначением типов протоколов, состоящего только из двух байтов. Для этого был добавлен заголовок SNAP, позволяющий ввести три байта с обозначением так называемого “идентификатора организации”. Таким образом, различные разработчики получили возможность обозначать свои протоколы и тем самым подчеркивать различие между ними. К сожалению, этот заголовок еще почти совсем не используется (кроме как в сетях AppleTalk) и в конечном итоге спецификацию SNAP почти никто не применяет.

Как правило, в сетях TCP/IP применяется фрейм типа DIX (или Ethernet II). Но выбор типа фрейма в определенной степени зависит от операционной системы, поскольку некоторые из них (такие как Advanced Interactive Executive и UNIX компании IBM) позволяют использовать несколько типов фреймов. Однако следует учитывать, что основное требование состоит в том, что непосредственное взаимодействие хостов возможно только в том случае, если они способны обрабатывать фреймы одинаковых типов.

Ниже описаны различные поля, предусмотренные во фреймах этих типов. Но вначале следует отметить, что здесь не показаны два дополнительных поля, которые вводятся на физическом уровне. Каждый фрейм начинается с преамбулы, которая представляет собой цепочку из чередующихся битов 0 и 1 длиной 62 байта. Преамбула позволяет компьютерам, подключенным к сети, определить момент начала передачи нового фрейма. Затем передается начальный разделитель фрейма (Start Frame Delimiter — SFD), который представляет собой просто двоичный код 10101011, позволяющий всем станциям определить, что началась передача самого фрейма. С этого момента переходим к описанию полей фрейма канального уровня, перечень которых приведен ниже.

• Адрес получателя. В этом поле находится МАС-адрес получателя.

• Адрес отправителя. В этом поле находится МАС-адрес отправителя.

• Тип. Это поле применяется для обозначения типа протокола уровня 3 в области данных фрейма. Например, обозначение типа в виде шестнадцатеричного числа 0800 указывает, что в области данных находится заголовок IP. Это поле позволяет передавать с помощью одного и того же протокола уровня 2 трафик многих разных протоколов уровня 3.

• Длина. Это поле применяется для обозначения длины фрейма, что дает возможность компьютеру получателя определить, где кончается фрейм. Но фактически в большинстве случаев эти данные не требуются, поскольку в сети Ethernet для решения той же задачи предусмотрено введение задержки между фреймами.

• DSAP. Это поле точки доступа к службе получателя (Destination Service Access Point — DSAP) применяется для передачи станции получателя указания на то, какому протоколу верхнего уровня должен быть отправлен этот фрейм (подобно полю типа). Данное поле является частью заголовка LLC.

• SSAP. Поле точки доступа к службе отправителя (Source Service Access Point — SSAP) применяется для передачи информации о том, каким протоколом верхнего уровня был отправлен этот фрейм. Данное поле является частью заголовка LLC.

• Управление. Это поле применяется в некоторых протоколах верхнего уровня для выполнения административных функций. Данное поле является частью заголовка LLC.

• OUI. Поле уникального идентификатора организации (Organizationally Unique ID — OUI) применяется только во фреймах SNAP. Оно позволяет передать второму участнику соединения информацию о том, каким разработчиком был создан используемый протокол верхнего уровня.

• FCS. Это поле контрольной последовательности фрейма представляет собой результат применения сложного математического алгоритма, позволяющего определить, не произошло ли искажение фрейма во время передачи.