Протокол сетевого уровня Ethertype

Internet Protocol 0800

Х.25 0805

Address Resolution Protocol 0806

Reverse ARP 8035

AppleTalk on Ethernet 809B

NetWare IPX 8137

В стандарте IEEE 802.3 это поле отведено для указания длины поля данных. Протокол сетевого уровня идентифицируется в кадре с по­мощью дополнительного компонента — подуровня управления логи­ческой связью (Logical Link Control, LLC). Рабочая группа IEEE 802 не ограничивалась развитием исключительно Ethernet-подобных прото­колов. Имеются и другие протоколы, удовлетворяющие архитектуре IEEE 802, наиболее известны из которых (не считая IEEE 802.3) про­токолы типа Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Чтобы добиться со­вместимости архитектуры IEEE 802 со всеми этими протоколами, канальный уровень разделен на два подуровня (рис. 5.6).

На подуровне MAC определяются элементы стандарта IEEE 802.3 — спецификация физического уровня Ethernet, кадр и механизм уп­равления доступом к среде CSMA/CD. Функции подуровня LLC опубликованы в отдельном документе IEEE 802.2. Точно такой же подуровень LLC используется наряду с подуровнем MAC в других протоколах архитектуры IEEE 802, например, IEEE 802.5.

В стандарте LLC определен дополнительный 3- или 4-байтовый подзаголовок, передаваемый вместе с полем данных, который содер­жит точки доступа к службам (Service Access Point, SAP) для исход­ной и целевой систем. Эти точки идентифицируют ячейки памяти, в которых отправитель и получатель хранят данные пакета. Чтобы вы­полнить ту же функцию, что и поле Ethertype, подзаголовок LLC со­держит значение SAP равное 170. Оно указывает, что поле данных содержит второй подзаголовок — протокол доступа к подсети (Sub­network Access Protocol, SNAP). В двух из пяти байтов подзаголовка SNAP записан код Local Code, выполняющий те же функции, что и поле Ethertype в заголовке Ethernet II.

Компьютеры в сетях TCP/IP, как правило, используют кадры Ethernet II, поскольку поле Ethertype, выполняя те же функции, что подзаголовки LLC и SNAP, позволяет экономить от 8 до 9 байтов на каждом пакете. Серверы и клиенты Windows «договариваются» об общем типе кадра автоматически. В сетях NetWare тип кадра выбира­ется при установке сервера. Вообще, говоря о кадрах Ethernet, нужно отметить два критических фактора. Во-первых, для обмена данными компьютеры должны применять кадры одного типа. Во-вторых, если Вы используете в сети несколько разных протоколов сетевого уров­ня, например, TCP/IP для Windows и IPX для NetWare, Вы должны использовать кадры, содержащие поле Ethertype или его функцио­нальный эквивалент, например, кадры Ethernet II или Ethernet SNAP.

Механизм CSMA/CD

Механизм MAC — определяющий элемент стандарта Ethernet. Про­токол, во всех остальных отношениях очень похожий на Ethernet, например, 100VG AnyLAN, попадет в другую категорию, если в нем используется другой механизм MAC. Название «Множественный до­ступ с контролем несущей и обнаружением коллизий» (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) кажется несколько громозд­ким, но суть этого механизма проста, если, конечно, не вдаваться в подробности.

Когда системе Ethernet нужно передать данные, она прежде всего проверяет, не занята ли сеть другой системой. Этот этап называется фазой контроля несущей (carrier sense). Если сеть занята, система ждет

некоторое время, а потом снова проверяет сеть на занятость. Если сеть свободна, система передает пакет данных. Эта этап называется фазой множественного доступа (multiple access), поскольку за право получить доступ к среде соревнуются все системы одной ЛВС.

Фазы контроля несущей и множественного доступа демон­ стрируются в видеоролике CSMA из папки Demos на прила­гаемом к книге компакт-диске.

Хотя во время фазы контроля несущей и выполняется начальная проверка, она все-таки не гарантирует, что две системы в сети не нач­нут передачу одновременно, вызвав тем самым коллизию (collision). Такое, например, происходит, когда одна система выполняет кон­троль несущей, а другой компьютер уже начал передачу, но его сиг­нал еще не достиг первой системы. Убедившись в незанятости сети, первый компьютер тоже начинает передачу, и где-то в кабеле два па­кета встречаются. Происходит коллизия, в результате которой оба пакета игнорируются, и системы должны повторить их передачу. Та­кие коллизии в сетях Ethernet — вещь вполне обычная и ожидаемая, и они не создают проблем, если их не слишком много и компьютеры способны их обнаруживать.

Коллизия демонстрируется в видеоролике Collision из папки Demos на прилагаемом к книге компакт-диске.

Примечание Хотя все без исключения называют столкновение паке­тов коллизией, согласно стандарту IEEE 802.3, оно представляет собой ошибку качества сигнала (Signal Quality Error, SQE). В подобных стан­дартах это обычная практика — придумывать сложные термины там, где можно обойтись одним словом.

Самая важная часть процесса передачи данных — фаза обнаруже­ния коллизий (collision detection). Если системы не распознают столк­новение пакетов, поврежденные данные могут достичь целевой сис­темы, которая обработает их как корректные. Сети Ethernet спроек­тированы так, чтобы пакеты были достаточно большими и заполняли весь сетевой кабель сигналами, пока не будет передан последний бит информации. Именно поэтому пакеты Ethernet должны быть не ме­нее 64 байтов в длину, именно поэтому система перед передачей до­полняет короткие пакеты до 64 байтов, именно поэтому в стандартах Ethernet накладываются такие строгие ограничения на длину сегмен­тов кабеля.

Компьютер способен обнаружить коллизию, пока он находится в процессе передачи данных. При использовании кабеля UTP или оп-

секунду, причем так быстро, что задержкой можно пренебречь, если

число коллизий не чрезмерно.

Управление доступом к среде демонстрируется в видеоролике Contention из папки Demos на прилагаемом к книге компакт-диске.

Упражнение 5.1. Механизм CSMA/CD

Расположите следующие шаги процесса передачи данных CSMA/CD в правильном порядке.

1. Система начинает передачу данных.

2. Система повторяет передачу данных.

3. Система фиксирует признак коллизии.

4. Система делает паузу в передаче данных.

5. Система проверяет, свободна ли сеть.

6. Система прерывает передачу данных.

7. Система передает сигнал затора.

8. Система обнаруживает, что сеть свободна.

Краткое содержание занятия

• Есть два набора стандартов Ethernet: DIX Ethernet и IEEE 802.3,
которые отличаются прежде всего форматом кадров.

• Ethernet поддерживает несколько спецификаций физического уров­
ня с использованием коаксиального кабеля, витой пары и оптово­
локна.

• В Ethernet используется механизм управления доступом к среде
CSMA/CD, основанный на способности компьютеров обнаружи­
вать коллизии в сети.