Формат кадру ethernet: типи, початкова версія та внутрішня модифікація

Залежно від стандарту, формат кадру Ethernet (фрейм) структурований, містить більше або менше інформаційних полів мережевих моделей. Передаючи дані, фрейм з розміром від 64 до 1518 байт відповідає за коректне формування правил і успішну передачу інформації одержувачу.

Протокол був створений в 1970-х роках відомими виробниками комп`ютерів: DEC, Intel і Xerox. Спочатку він називався Dix Ethernet, а пізніше-Thick Ethernet (товстий) через застосування коаксіального кабелю. Наприкінці 1980-х він був модернізований у формат кадру Ethernet 2 з підтримкою більшої кількості можливостей та швидкостей. Приблизно в той же час IEEE створював стандарти для інтернет-мереж. Протягом цього часу він стрибкоподібно піднімав швидкість: від 10 до 100 Мбіт/сек, далі 1 Гбіт/сек, а сьогодні - 10 Гбіт/сек в IEEE 802.3AE.

Визначення формату фрейму

Ethernet-це протокол вибору в локальних мережах, що представляють групу пов`язаних пристроїв і розташовані відносно близько один до одного в обмеженій області. Існує фактори, які розрізняють локальні від глобальних інтернет-мереж:

1. Менший географічний обсяг.
2. Ресурси для роботи з високою швидкістю передачі даних.
3. Велика пропускна здатність від 100 Мбіт / сек до 10 Гбіт / сек, які використовуються в модернізованих мережах.
4. Не потрібно орендна лінія або постачальника Інтернет-послуг, щоб з`єднати пристрої.
5. Локальна мережа може бути невеликим проектом для офісу або віддаленого працівника.

Для того щоб знати, які існують типи кадрів Ethernet, трохи історії. Спочатку Ethernet був розроблений для роботи на довгому коаксіальному кабелі, який з`єднав усі комп`ютери в мережі. Цей тип називається шиною. Коли одна станція передавала дані, всі інші отримували їх. Він був спроектований виходячи з того, що всі будуть чути трансляції на відрізку дроту, який використовується для з`єднання. Звідси і терміни "провідний сегмент" і " широкомовний домен».

Широкомовний домен включає в себе всі дроти і комп`ютери, які можуть чути один одного, коли один з комп`ютерів передає. Сегмент дроту-це частина дроту, що використовується для з`єднання двох пристроїв. Через те, що мережі Ethernet складаються з широкомовних доменів, на ньому немає тактового сигналу, як це часто буває у послідовних з`єднань.

Натомість системи повинні визначити, чи використовується провід, і якщо ні, надіслати достатньо інформації, щоб віддалена станція могла правильно синхронізувати її. Цей механізм у поєднанні з можливістю виявлення інших комп`ютерів, які намагаються отримати доступ до дротового з`єднання, є формалізованим протоколом, який називається виявленням множинного доступу з несучим стандартом CSMA / CD.

У моделі OSI кадр знаходиться на канальному рівні і відповідає за безпомилкову передачу і поділ потоку бітів на блоки. Перша версія Ethernet I базувалася на 16-бітних полях. Сучасний формат кадру Ethernet був вперше використаний в структурі Ethernet II, до того, як інститут інженерів з електротехніки та електроніки розробив стандартний протокол IEEE 802.3, першим з яких в 1983 році став 3raw.

Компоненти локальної мережі

Локальна мережа-це традиційне середовище для підключення користувачів та використання ресурсів у вигляді даних, додатків та інших функцій із пристроями введення та виведення, такими як камери, ПК, телевізори та принтери. Однією з найбільш важливих функцій в них є забезпечення зв`язку з іншими. Через шлюзи за замовчуванням, а також через маршрутизатори та периферійні пристрої WAN. LAN служить в якості точки входу в глобальну мережу, яка надає безліч ресурсів і можливість підключення до Партнерів, постачальникам в форматі кадру Ethernet.

Сьогодні локальні мережі можуть обслуговувати різні схеми споживачів від невеликого офісу з парою пристроїв, підключених до Інтернету, до схем, що об`єднують кілька будівель і тисячі користувачів. Група віддалених співробітників і мобільні користувачі розглядаються як розширення корпоративної мережі за рахунок використання віртуальних приватних ліній VPN. Схема забезпечить прозорий доступ до сценарію, в якому взаємодія з користувачем, і його робота буде дуже схожим на Пряме підключення до локальної мережі підприємства.

Типові компоненти: кінцеві точки, ПК, сервери, IP-телефони, відео консолі та мережеві пристрої, які забезпечують об`єднане місце для з`єднання. Наприклад, комутатор, маршрутизатори для з`єднання різних мереж в одну структуру, а іноді і більш традиційні центри в якості загальних засобів масової інформації. Мережеві карти та кабелі також є частиною такої конструкції.

Структура кадру Ethernet

У цьому форматі всі машини можуть визначати канал і встановлювати наявність сигналів від інших передавачів. Це дозволяє їм виявляти зіткнення, що робить кадр частиною протоколу виявлення. ПК в цей час будуть планувати передачу відповідно до випадковим таймером, який відрізняється для кожної машини.

Це створює функціональне середовище, яке в довгостроковій перспективі забезпечує хорошу продуктивність. Деякі моделі можуть бути функціональними, але з поганим дизайном схеми, наприклад, великий домен зіткнень із занадто великою кількістю машин, що використовують один і той же канал. Це збільшить ймовірність одночасної передачі та можливих зіткнень, що, в свою чергу, призведе до загального зниження продуктивності. Інші проблеми пов`язані з несправним обладнанням, яке надсилає кадри помилок у Мережу. Тому наступною важливою функцією будь-якого протоколу рівня 2 є кадрування.

Кадр Ethernet-це контейнер переносить біти, які передаються в мережі, що володіють форматом полів. Наприклад, Ethernet 2 та IEEE 802.3 представляють послідовність бітів, що використовуються для синхронізації двох взаємодіючих пристроїв і послідовності перевірки, що використовуються для цілісності, а також адреси одержувача і джерела - MAC-адреса.

Спілкування всередині локальної мережі

Ще одна важлива концепція в Зв`язку Ethernet і LAN - це обсяг певної передачі. В одноадресній є тільки один пункт призначення-адреса одержувача, що представляє одну машину. Це найбільш типовий підхід, а MAC-адреса-унікальний ідентифікатор, який використовується для надсилання таких кадрів. Якщо протоколи і додатки будуть відправляти їх на всі пристрої в мережі, то використовуються широкомовна розсилка.

Трансляція-пункт призначення, який обробляється всіма пристроями. Це зручно для таких протоколів, як ARP, що вимагають перетворення IP-адреси на MAC без інформації про власника IP.

Багатоадресна передача знаходиться прямо посередині між одноадресною та широкомовною передачами. Це не один і не всі пункти призначення-це лише конкретна група. Іншими словами, якщо машини належать групі, то певна передача або пакет будуть призначені саме їй. Це більш динамічно, оскільки машини швидко та ефективно приєднуються та залишають групи. Приклад багатоадресної програми: відеоконференція, електронне навчання та інші мультимедіа з широким охопленням користувачів.

MAC-адреси пов`язані з постачальником обладнання. IEEE визначає діапазони, щоб гарантувати унікальність, які дозволяють їх модифікацію для певних цілей. Він складається з 24-розрядного унікального ідентифікатора організації або OUI, який ідентифікує виробника обладнання, будь то мережева карта або порти маршрутизатора. У цих 24-бітах є 2 біти з особливим значенням:

1. Вказівка того, є широкомовні або багатоадресні підключення. Біт керованої адреси зазвичай використовується при зміні MAC.
2. 24-розрядна адреса станції, яка регулюється та управляється конкретним постачальником обладнання.

Стандарти ЛВС

Ethernet з точки зору OSI відноситься до канального рівня і має специфікації на фізичному рівні. Наприклад, 1 Гб і 10 Гбіт Ethernet матимуть специфікації на фізичних рівнях і посилання на оптоволоконні технології та з`єднувачі для забезпечення більш високих швидкостей. Протокол розділений на 2 підрівня: управління доступом до середовища і визначення MAC-адреси як форми ідентифікації для приладів в мережі Ethernet. Підрівень, що керує логічним каналом, буде взаємодіяти з верхніми рівнями, коли компоненти обробляють кожен пакет, вони будуть посилатися на CSMA / CD.

Формати кадрів технології Ethernet 2 забезпечують адресацію по MAC і метод доступу, званий CSMA / CD або системою множинного доступу з виявленням зіткнень. Це точковий метод, який завдяки унікальній технології працює для Ethernet і дозволяє всім машинам передавати сигнали одночасно, в будь-який час без пріоритетів, так як всі мають рівний доступ і є частиною протоколу множинного доступу.

Класична модель VLAN

Кадр Ethernet II, також відомий як V2, є найбільш поширеним в Інтернеті. В даний час більшість програм TCP / IP, таких як HTTP, FTP, SMTP та POP3, передають пакети наступним чином.

Формат фізичного рівня кадр мережі Ethernet II.

Позначені кадри містять тег VLAN для призначення віртуальної локальної мережі (VLAN), що розділяє структуру на фізичний та логічний рівні. Це означає, що за допомогою VLAN підмережі можуть бути реалізовані без встановлення апаратного забезпечення. Для ідентифікації кадрів у VLAN потрібне поле Tag. На фізичному рівні VLAN працюють через Комутатори.

У моделі OSI VLAN працює на рівні каналу 2 і керує потоком даних. З VLAN мережі можуть стати більш ефективними, будучи розділеними на підмережі. За інформацію, яку обробляє комутатор, відповідають помічені кадри. Поле Tag вбудовується перед полем Type і використовує 4 байти, що збільшує мінімальний розмір кадру Ethernet на 4 байти.

Синхронізація зв`язку 802.3

Процес синхронізації виконується потоком бітів, що дозволяє передавачу та приймачу синхронізувати зв`язок. Преамбула являє собою чергується зразок двійкових 56 одиниць і нулів. За преамбулою відразу слід роздільник початкових кадрів:

1. Стартовий роздільник-завжди 10101011 і використовується для вказівки початку інформації.
2. MAC-адреса призначення, що отримує дані. Коли карта (NIC) прослуховує провід, перевіряє це поле на наявність власного MAC.
3. Оригінальний MAC передавальної машини.
4. Довжина кадру в байтах. Хоча це поле може містити будь-яке значення від 0 до 65 534, воно рідко перевищує 1500 для більшості послідовних з`єднань. Мережі, як правило, використовують послідовні пристрої для доступу до Інтернету.
5. Дані заповнення (Aka Payload).
6. Дані вставлені тут. Це місце, де розміщується заголовок IP та інша інформація, Якщо використовується IP через Ethernet. Це поле містить інформацію про IPX, якщо застосовують IPX / SPX (Novell).
7. У розділі заповнення формату кадру Ethernet 802 3 є чотири конкретних поля: DSAP-точка доступу до служби призначення, SSAP-джерело доступу до послуги Poiont, CTRL-біти управління для зв`язку Ethernet, nli-інтерфейс мережевого рівня.
8. FCS-містить послідовність перевірки кадру, яка обчислюється за допомогою циклічної перевірки надлишкового коду (CRC) і дозволяє виявляти помилки та відхиляти кадр, якщо він здається пошкодженим.

Ця версія пакета 802.3, яка отримала невдалу назву " Ethernet 802.3", була випущена компанією Novell до широкого впровадження стандартів IEEE 802.3 і популярного IPX / SPX, що, на жаль, призвело до частої плутанини зі стандартом. На відміну від класичної моделі Ethernet II, кадр визначає точне закінчення бітової послідовності для SFD.

Це ідентифікує пакет даних, як стандарт 802.3 для одержувача. Кадри 802.3raw не містять ідентифікатора протоколу, оскільки вони можуть застосовуватися лише для Novell IPX. Крім того, передана інформація завжди має префікс 2 байти, які складаються з одиниць. Це єдиний спосіб відрізнити» необроблений " кадр від інших у сімействі 802.3.

IEEE 802.3raw можна використовувати лише для протоколу IPX, оскільки немає ідентифікатора поля кадру Ethernet. Назва IEEE 802.3raw також трохи вводить в оману, оскільки Novell вжила ім`я без залучення IEEE при розробці фрейму.

Застосування цього кадру означає додаткову роботу для користувача, оскільки можуть виникнути проблеми сумісності між пристроями. Починаючи з 1993 року, Novell рекомендував Стандарт Ethernet 802.2, який використовував IEEE 802.3, щоб уникнути ймовірності плутанини з» необробленим " кадром.

Нові функції-DSAP і SSAP

Для стандартизації структури 802.3 введені нові функції-DSAP і SSAP, які замінюють поле типу і поле управління, що містить фрейм LLC. Ця версія визначає до 256 сумісних протоколів з важливою інформацією, інтегрованою в поле даних. Нове поле управління встановлює " логічний зв`язок "» LLC). Цей момент забезпечує прозорість процедур спільного використання медіа та може контролювати інформаційний потік.

DSAP, або точка доступу до служби призначення, являє собою 1-байтове поле, яке просто діє, як покажчик, на буфер пам`яті приймаючої станції. Він повідомляє NIC, в який поміщати інформацію. Ця функціональність вкрай важлива в ситуаціях, коли користувачі використовують кілька стеків протоколів. SSAP, або точка доступу до служби джерела, схожа на DSAP і вказує джерело процесу надсилання.

Класична структура кадру Ethernet 802.3 SNAP зі спеціальною особливістю є полем SNAP для визначення понад 256 протоколів. Номери їх надають 2 байти, крім того, виробник може інтегрувати унікальний ідентифікатор (3 байти). На відміну від своїх попередників, SNAP також забезпечує зворотну сумісність з Ethernet II.

DSAP, SSAP та Control чітко визначені. Завдяки нещодавно доданому простору для інформації 802.3, SNAP надзвичайно універсальний і робить можливим сумісність між різними протоколами. Проте простір для фактичних даних у нього трохи менше.

Класична структура кадру Ethernet 802.3 з тегами. Поле тегу містить важливу інформацію для інтеграції VLAN.

Теги VLAN також можна встановити у найпопулярнішому сучасному форматі кадру IEEE 802.3. У цьому кадрі поле Tag використовує 4 байти і реалізується до специфікації довжини. Мінімальний розмір кадру тепер збільшено з 4 до 68.

Огляд: блоки кадрів Ethernet. Звернути увагу на таблицю.

Заголовок каналу передачі даних

Стандарт заголовка передачі – " зміщення 0-5: адреса одержувача». Перші шість байтів розміру кадру Ethernet складають адресу одержувача. Він вказує, якому адаптеру надсилається фрейм даних. Цільова адреса вказує широкомовне повідомлення, яке читається приймаючими пристроями. Перші три байти призначення присвоюються IEEE постачальнику і залежать від нього. Формат призначення однаковий у всіх реалізаціях Ethernet.

Наступні шість байт складають адресу джерела, стандарт - " зміщення 6-11: адреса джерела». Він вказує, з якого адаптера було надіслано повідомлення. Як і одержувач, перші три байти вказують Постачальника картки. Формат джерела однаковий у всіх реалізаціях Ethernet.

Байти 13 і 14 містять довжину даних у кадрі, не включаючи преамбулу, 32-розрядний CRC, DLC або саме поле довжини. Він не може бути коротшим за загальну довжину 64 байти. За заголовком каналу передачі слідує заголовок керування логічним каналом, який описаний у специфікації IEEE 802.2. Метою заголовка LLC є надання» діри в стелі " рівня каналу передачі. Вказуючи, в який буфер пам`яті адаптер поміщає фрейм, заголовок LLC дозволяє верхнім рівням знати, де знайти дані.

Наступний за SAP "зміщення 17: керуючий байт", є однобайтовим керуючим полем, яке визначає тип кадру LLC. Після заголовка 802.2 йде від 43 до 1497 байт, як правило, складається з заголовків верхнього рівня, таких як TCP / IP або IPX, а потім фактичних даних користувача.

FCS: останні 4 байти, які зчитує адаптер, є послідовністю перевірки кадрів або CRC. Коли напруга на дроті повертається до нуля, адаптер перевіряє останні 4 байти, які він отримав, по контрольній сумі, що генерує за допомогою складного полінома. Якщо обчислена контрольна сума не збігається зі значенням у кадрі, вона відкидається і не досягає буферів пам`яті на станції.

Порівняння 802.11 проти 802.3

Однією з відмінностей між бездротовими фреймами 802.3 Ethernet та 802.11 Є Розмір фрейму. Кадри 802.3 мають максимальний розмір кадру Ethernet 1518 байт з корисним навантаженням 1500 байт. Якщо кадри 802.3 позначені 802.1Q для VLAN та пріоритету користувача, максимальний розмір 802.3 становить 1522 байти з корисним навантаженням даних 1504 байти.

802.3 мають лише адресу джерела (SA) та призначення (DA) у заголовку рівня 2. 802.11 мають до чотирьох полів у заголовку MAC і використовують лише три поля MAC-адреси (4 у середовищі WDS).

Стандарт 802.11 здатний транспортувати формат кадру fast Ethernet з корисним навантаженням MSDU. Вона дорівнює 2304 байтам верхнього рівня. Mac-адресація, що використовується кадрами 802.11, набагато складніше, ніж з кадрами Ethernet. Залежно від того, чи є трафік 802.11 вгору або вниз, визначення кожного з чотирьох полів MAC у заголовку рівня 2 зміниться.

Структура кадру Ethernet IEEE 802.3 сьогодні є найбільш популярною і широко використовуваної в локальній мережі. Однак деякі протоколи вимагають більше місця для конкретної інформації. Отже, існують варіанти кадру IEEE 802.11, які надають додаткові блоки даних для конкретної інформації, включаючи розширення SNAP та тег VLAN.