Стандарты и функции уровня данных эталонной модели...

©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_1

Стандарты и функции уровня данных

эталонной модели ВОС

Стандарты и функции уровня данных

эталонной модели ВОС


Определение уровня данных Определение уровня данных

• Второй уровень модели ВОС - уровень данных (или канальный)

• Определяет методы доступа - процедуры или правила (алгоритмы), определяющие методы доступа к ЛВС

• Методы доступа служат для получения коммуникационного канала и обеспечения возможности получать и передавать данные по этому каналу

– методы доступа ЛВС определяют только, можно ли передавать и получать информацию по сети

• Существующие сейчас методы доступа, используемые в Ethernet, Token Ring, FDDI, разработаны в результате длительных исследований


Пакеты Пакеты Общий формат

Trailers HeadersNow is the time for all good

Файл-серверРабочая станцияклиента

Запрос блока данных

Запрос

Ответ

Поле данныхДанные из пользовательсой программы

или управляющая информация

ЗагаловокHeader

ОкончаниеTrailer

men to come to the aid of

of their country

Headers

Headers

Trailers

Trailers

Now is the timefor all good mento come to theaid of theircountry

Ответ

Ответ

Trailers Headers

Пакет - это единица информации, которую передает одна из станций в сети к одной или группе других станций с целью передачи необходимых данных илиуправляющей информации.


Уровни модели ВОС и заголовки пакетов Уровни модели ВОС и заголовки пакетов

Network packet header hierarchy

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application

Data linkheader

Network layerheader

Transport layer header

Session layer header

Presentation and Application layer

header

OSI Model layers

Data linktrailers

•Максимальная и минимальная длина пакетов для каждой сети не изменяется

•Каждый последующий уровень помещает свой заголовок в поле данных предыдущего уровня

•Каждый заголовок добавляется и исключается только ПО своего уровня


Адресация уровня УДС (Управления Доступом к Среде) Адресация уровня УДС (Управления Доступом к Среде)

• ЛВС разрабатывались так, чтобы быть независимыми от ПО сетевых протоколов

• Станции могут общаться между собой непосредственно только используя адреса уровня управления доступом к среде, так называемые

– MAC-адреса (Media Access Control) или “физические” адреса

– физические адреса назначаются IEEE

• МАС-адреса Ethernet, Token Ring, FDDI имеют 6 байт (48 бит)

– каждый адрес в сети является уникальным

– каждая станция принимает и анализирует адреса всех пакетов

• Имеется три типа МАС-адресов– Unique - уникальный

– Multicast - групповой, адресующий группу станций

– Broadcast - широковещательный» специальный тип передачи, адресующий все станции в сети

» определяется специальным битом в пакете

» адрес источника может быть только уникальным


Формирование МАС-адресов Формирование МАС-адресов

02 60 8C 01 02 03 08 00 20 04 05 06 Data field CRC - 32

Vendor ID: 3Com Node ID: 010203

Vendor ID: SUN Node ID: 040506

Идентификатор производителя: 24 bits (3 bytes)(Vendor ID)Идентификатор узла: 24 bits (3 bytes)(Node ID)

Адрес приемникаDestination address

Адрес источникаSource address

• Идентификатор производителя - первые три байта

• назначаются и регистрируются IEEE

• Идентификатор узла - следующие три байта• назначаются производителем и соответствуют номеру интерфейсной карты

• имеет поле из 224 =16,777,216 уникальных адресов

• МАС-адрес называется также аппаратным или PROM-адресом


Основные характеристики IEEE802.3 и Ethernet Основные характеристики IEEE802.3 и Ethernet

• Скорость передачи 10 Mbps

• Электрические функции

– IEEE802.3 имеет тест контроля качества сигнала SQE, позволяющий контролировать состояние внешнего транссивера

– IEEE802.3 имеет возможность отключения транссивера - Jabber control

– Ethernet использует транссивер по стандарту IEEE802.3

• Формат пакета

– Ethernet и IEEE802.3 имеют различный формат пакетов

• Функции контроля каналом– Ethernet использует коммуникации без установления и подтверждения связи

(Unacknowledged Connectionless)

– IEEE802.3 может использовать протоколы с установлением без установления связи (Connection- Oriented) при реализации IEEE802.2


Формат пакета Ethernet Формат пакета Ethernet

Заголовок MAC-уровня Заголовки уровней 3 - 7 ВОС и данные ОкончаниеMAC trailer

ПреамбулаPreamble

АдресИсточника

Source address

АдресприемникаDestination

address

Поле типа

пакетаType field

Поле данныхData field

CRC-32

Преамбула•Предназначена для синхронизации приемника с тактовой частотой принимаемого пакета•Не существует единой тактовой частоты в сети Ethernet•Длина преамбулы Ethernet 64 бита

Поле типа - описывает тип протокола сетевого уровня•назначается IEEE

•0800 - TCP/IP•0600 - XNS•8137 - Novel NetWare IPX

Контрольная сумма (CRC-32)•гарантирует достоверность контроля 99,999%


Порядок формирования и передачи битов в Ethernet Порядок формирования и передачи битов в Ethernet

. . . .

Byte 0 Byte 1 Byte 5


Адрес источника

Bit 0

Bit 0

Bit 7Передается первым

Bit 7Передается первым

Адрес приемника

Type field

6 bytes

6 bytes

2 bytes

46 - 1500 bytes

4 bytes

Multicast bit(M-bit)

LSB - младший MSB - старший

M

. . . .

Destinationaddress

Sourceaddress

Datafield

FrameCheck

Sequence

Биты в байтах передаютсяслева направо

Последовательностьпередачи

•


Порядок формирования и передачи битов в EthernetПорядок формирования и передачи битов в Ethernet

• Каждый тип сети передает информацию различным способом

– это создает проблемы при построении сетевых мостов

• Порядок передачи побайтовой информации

– каждый байт передается побитово в обратном (реверсном) порядке

– первый передаваемый бит - М-бит, - идентификатор групповой передачи

» групповой адрес - четный

– при приеме байты побитово реверсируются

Пример: Передача адреса 02-60-8С-01-02-03

02 60 8С 01 02 03

00000010 01100000 10001100 00000001 00000010 00000011

порядок передачи

01000000 00000110 00110001 10000000 01000000 11000000


Сравнение пакетов Ethernet и IEEE802.3 Сравнение пакетов Ethernet и IEEE802.3

I G

U L

. . . .

Byte 0

U L U

. . . .

Byte 1 Byte 5


7 bytes 1 byte 6 bytes 6 bytes 2 bytes 1 byte 1 byte 1 or 2 bytes < 1496 bytes

Source Address

Bit 0

Bit 0

Bit 7

Destination Address

Transmitted first

Bit 7Transmitted first

*

PreambleData FCS

Optional IEEE 802.2 fields

PadStart ofFrame

Delimiter

Destinationaddress

Source address

Lengthfield

DestinationService AccessPoint

(DSAP)

SourceServiceAccessPoint

(SSAP)

Controlfields


Формат пакета IEEE802.3 Формат пакета IEEE802.3

• Рабочая группа IEEE802.3 приняла за основу стандарт Ethernet V2.0

– алгоритм доступа CSMA/CD

– небольшие различия в формате пакета

• В начале пакета имеется 7-ми байтовая преамбула и стартовый байт

– Стартовый байт(RFD - Start-of-Frame Delimiter) содержит

» бит I/G, определяющий индивидуальный (I/G=0) или групповой адрес

» бит U/L, определяющий тип физического адреса - локальный (U/L=0), назначаемый IEEE или глобальный, назначаемый в данной сети

• Поле Pad предназначено для дополнения пакета до мин. размера 64 байт

• 2-байтовое поле длины поля данных Length (не включает поле Pad)

• Признаки определения формата пакета контроллером– поля Type (Ethernet) и Length (IEEE802.3) имеют одинаковое положение

– минимальное значение поля Type Ethernet - 0600 (hex)

– максимальная длина пакета Ethernet 05DC (hex)


Детальное сравнение пакетов IEEE802.3 и Ethernet Детальное сравнение пакетов IEEE802.3 и Ethernet

802.3

802.2

802.3

Preamble

Destination Address

Source Address

Type Field

Data Field

CRC

8 bytes

6 bytes

6 bytes

2 bytes

46 to 1500 bytes

4 bytes

Ethernet V2.0IEEE 802.3 with IEEE 802.2

Start of Frame Delimiter

Destination address

Source address

DSAP

SSAP

Control

Data

CRC

1byte

2 or 6 bytes

2 or 6 bytes

1 byte

1 byte

4 bytes

PAD

Preamble7 bytes

Length 2 bytes

Различие пакетов определяется типом сетевого протокола

•AppleTalk и Novell NetWare обычно используют IEEE802.3

•TCP/IP и DECNet обычно используют Ethernet


Ethernet Ethernet

• Метод доступа основан множественном доступе с контролем несущей и обнаружением столкновений - Carier Sense Multiple Access with Collisuion Detection (CSMA/CD)

• Работа началась в 1973 (Bob Metcalfe и David Boggs из Xerox Palo Alto Research Center (PARC)) - экспериментальное внедрение Ethernet - в 1975.

• Ethernet Version 1.0 совместно разработана Digital, Intel, Xerox в1980.

– В 1982 принята версия Ethernet V2.0, известная как Blue Book specification или DIX стандарт.

• Ethernet был принят с изменениями в качестве стандарта IEEE 802.3 и ANSI 8802/3.

• Ethernet соответствует только только первым двум уровням модели ВОС.

• Передача информации между станциями происходит пакетами.

• Ethernet поддерживает только коммуникации без установления связи.


Ethernet использует метод доступа - Carier Sense Multiple Access with Collisuion Detection (CSMA/CD)

• Сетевая станция прежде, чем передавать информацию, контролирует сигнал на шине, чтобы убедится, что никакая станция не передает информацию (CARIER SENSE)

• Физическая среда - единый кабель, к которому подключены все сетевые станции - все имеют доступ, передают по-одиночке (MULTIPLE ACCESS)

• Ошибки определяются за счет того, что передающая станция прослушивает шину– столкновения возникают, если две или больше станций начинают передавать

одновременно (COLLISION DETECTION)

– если передающая станция обнаруживает столкновение, она передает сигнал затора (jam signal)

– повторная передача начинается через случайный или определенный (назначаемый в зависимости от приоритета) промежуток времени

Определение CSMA/CD Определение CSMA/CD


Ethernet. Выводы Ethernet. Выводы

• Ethernet определяет метод доступа, очень близкий к CSMA/CD

• Ethernet допускает многопротокольные решения на более высоких уровнях

• Ethernet определяет в основном аппаратное решение, а не программное

• Ethernet является широковещательным типом сети

– Все пакеты данных в сети “прослушиваются” всеми станциями

– Но при этом также существуют широковещательные пакеты

• Ethernet не гарантирует доставку пакетов

– Ethernet может определять ошибки в пакетах только посредством CRC

– Ethernet обеспечивает только передачу и прием данных по кабелю и реализует коммуникации без установления связи

– Надежность коммуникаций обычно обеспечивается протоколами более высоких уровней (уровни 3-7)

• Контроллер Ethernet может пропускать пакеты, если он занят


Проблемы практического применения Ethernet Проблемы практического применения Ethernet

• Эффективность Ethernet сильно зависит от реализуемых приложений

• Но не все программные продукты более высоких уровней разрабатывались для работы в среде Ethernet

• Меньший размер пакетов не является более эффективным в Ethernet

• Размер кабеля не влияет на скорость передачи в Ethernet

• Ethernet передает и принимает данные со скоростью 10 Mbps, но при этом реальная скорость передачи данных горазда меньше (приблиз. 0.256-1Mbps)

• Конструкция кабельной системы может существенно влиять на реальную производительность сети Ethernet

– за счет задержек и искажений пакетов, а также усилением столкновений

• Существуют ограничения на минимальный и максимальный размер пакетов


Нормальная работа Ethernet Нормальная работа Ethernet

A

B

D

Data

C

Несоответствие адресаПакет игнорируется

Адрес соответствуетПакет обрабатывается

Данные посылаются к узлу D

Передавемый пакет просматривается всеми станциями

широковещательная среда(broadcast medium)

Несоответствие адресаПакет игнорируется


Столкновения в Ethernet Столкновения в Ethernet

A

B C

D

Столкновение

Передача данных для A Передача данных для C


Алгоритм передачи пакета в EthernetАлгоритм передачи пакета в Ethernet

transmit packet

assemble packet

deferring on?

starttransmission

send jam signal

increment attempts

compute and waitbackoff time

done excessivecollision errors

donetransmit ok

transmissiondone

?

yes

no yes

yes

no

no

yes

collision detect?

too manyattempts ?


Алгоритм приема пакета в Ethernet Алгоритм приема пакета в Ethernet

done packet_check error

receive packet

start receiving

done receiving

?

packettoo small

?

recognizeaddress? extra bits?

valid CRC?

validlength

?

disassemble packet

done error length

done receive ok

done alignment error

yes

no

yes

yes no

yes

no

no

yes

no

yes

no

Стандарты и функции уровня данных эталонной модели...

Documents