Материал для ознакомления

Методические указания к лабораторной работе

Расчет корректности конфигурации сети Ethernet.

Материал для ознакомления

Физические интерфейсы IEEE802.3

Самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей – Ethernet (IEEE802.3). В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE802.3 (скорость передачи 10Мбит/с) имеет различные модификации:

10Base5 – “толстый” коаксиальный кабель, c максимальной длиной сегмента 500 м (без повторителей).

10Base2 – “тонкий” коаксиальный кабель, c максимальной длиной сегмента 185 м(без повторителей).

10BaseT – кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP). Звездообразная топология, используются концентраторы. Максимальная длина кабеля между концентратором и узлом 100 м.

10BaseFL – волоконно-оптический кабель. Звездообразная топология, используются концентраторы. Максимальная длина кабеля между концентратором и узлом 2000 м.

10BaseFB – предназначен только для соединения повторителей. Волоконно-оптический кабель. Звездообразная топология, используются концентраторы. Максимальная длина кабеля между концентраторами 2000 м. Подробнее см. приложение 1.

Метод доступа к среде передачи сетей Ethernet

В сетях Ethernet используется случайный метод доступа к среде передачи CSMA/CD – метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier sense multiply access with collision detection). Для данного метода предполагается логическая топология сети – общая шина. Физическая топология сетей Ethernet может быть шина (10Base5, 10Base2), дерево(10Base5, 10Base2), звезда(10BaseT, 10BaseF).

Рассмотрим особенности работы узла сети Ethernet на примере схемы изображенной на рис.1 (10Base5, 1 сегмент, 6 станций)

Рис.1

Все данные, передаваемые по сети помещаются в кадры имеющие определенную структуру – формат (формат кадра Ethernet показан на рис.2).

Рис.2. Протокольный блок подуровня МАС канального уровня - формат кадра Ethernet

Назначение полей:

Преамбула – (010101…) – для синхронизации отправителя и получателя – длина преамбулы обычно устанавливается в зависимости от качества среды передачи. Чем хуже качество среды передачи, тем длиннее преамбула.

Флаг – признак начала кадра (открывающий флаг), может быть признак конца кадра (закрывающий флаг).

АП (АО) – содержат физический адрес устройства в сети которому этот кадр предназначен. MAC-адрес(адрес MAC уровня); локальный аппаратный адрес. Каждое устройство в сети идентифицируется этим уникальным адресом; он “вшит” в сетевую карту заводом изготовителем. Могут использоваться сокращенные(16 бит) или полные (48 бит) МАС-адреса в зависимости от размера ЛИС.

Длина текста/ Тип кадра – может содержать

- длину кадра, c помощью этого поля определяют конец кадра,

- тип кадра – кадр может быть служебным (управляющим), либо информационным.

Данные – непосредственно передаваемая информация – пришла от верхних уровней. Поле данных может иметь переменную длину от 46 байт (тогда длина кадра 72 байта) до 1500 (тогда длина кадра 1526 байт). Если передаются данные меньшей длины, то поле данных автоматически дополняется до 46 байт. Эти ограничения на минимальную длину кадра введены для обеспечения нормальной работы механизма обнаружения коллизий (конфликтов)

Контрольные разряды – используется циклический код с образующим полиномом 32 степени. Длина кодируемой части подчеркнута.

Случайные методы доступа к среде передачи предполагают, что любая станция сети может начать передачу кадра в любой момент. Таким образом в среде передачи может возникнуть конфликт или коллизия (ситуация когда две и более станции сети пытаются передать свой кадр в общую разделяемую шину, происходит “наложение” сигналов от разных станций “друг на друга” и ни одна станция не передаст свой кадр). В сетях использующих метод доступа CSMA/CD для уменьшения вероятности возникновения коллизии применяются специальные меры.

Прежде чем передать кадр станция (например: станция 3 см. рис.1) сети Ethernet должна убедиться, что физическая среда свободна. Для этого станция “прослушивает” канал.

Если станция 3 при прослушивании канала обнаруживает, что канал занят (т.е. в нем есть несущая частота, что свидетельствует о передаче в сети кадра другой станции), то она ждет, пока канал не освободится.

При незанятости канала (т.е. при отсутствии в нем несущей частоты) станция 3 имеет право начать передачу своего кадра. В сети Ethernet (cм. рис.1) сигналы от передатчика 3 станции распространяются в обе стороны, так что все остальные станции сети их получают. Та станция, которая узнает свой адрес в служебном поле кадра “Адрес получателя”, считывает кадр в свой буфер.

После окончания передачи кадра все станции сети должны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс. (IPG=96bt - межкадровый интервал). И только после этого можно начать передачу следующего кадра. Технологическая пауза необходима для приведения сетевых адаптеров в исходное положение, а также позволяет предотвратить монопольный захват канала одной станцией.

Однако предварительное прослушивание канала перед передачей кадра и использование межкадрового интервала в сети Ethernet не гарантируют отсутствие коллизий в среде передачи. Возможна ситуация когда обе станции одновременно при прослушивании решили, что канал свободен и начали передачу. В этом случае происходит искажение информации. Коллизия возникает потому, что одна из станций (например: 1-ая) начала передачу раньше другой (например: 6-ой), но до 6-ой станции сигналы 1-ой не успели дойти к тому времени, когда 6-ая решает начать передачу своего кадра.

В сетях Ethernet предусмотрено обнаружение и исправление коллизий. Для этого все станции сети наблюдают за возникающими в канале сигналами. Если станция фиксирует коллизию (т.е. превышение допустимого уровня сигнала в канале), то она прерывает передачу своего кадра в произвольном месте и передает в сеть специальную последовательность из 32 бита (jam-последовательность). После обнаружения коллизии станция прекращает передачу и делает паузу P в течение короткого случайного интервала времени. После этой паузы станция вновь может прослушивать канал и при его незанятости начать передачу своего кадра.

P=L*I

I – интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам(512 bt)

(c учетом скорости передачи 10 Мбит/с 1bt = 100нс = 0,1мкс)

L – целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона{1, 2^N}, где N – номер повторной попытки передачи данного кадра.

Если N достигает 16, то передатчик прекращает передачу данного кадра и отбрасывает его.

Можно сказать, что чем более загружена сеть, тем больше вероятность возникновения коллизии и соответственно меньше производительность сети. Для уменьшения вероятности возникновения коллизии можно: уменьшить нагрузку в сети (например: сократить число станций или уменьшить число передаваемых в сети кадров) или увеличить скорость передачи.