©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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_2
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_3
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.
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_4
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_5
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_6
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_7
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_8
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%
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_9
Порядок формирования и передачи битов в Ethernet Порядок формирования и передачи битов в Ethernet
. . . .
Byte 0 Byte 1 Byte 5
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
•
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_10
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_11
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
Byte 0 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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_12
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)
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_13
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_14
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.
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_15
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_16
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_17
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_18
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
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_19
Столкновения в Ethernet Столкновения в Ethernet
A
B C
D
Столкновение
Передача данных для A Передача данных для C
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_20
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 ?
©1996-98. Yu.Demchenko Computer Networking Technologies Slide 2_21
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