Стандарты и функции уровня данных эталонной модели ВОС

1. Стандарты и функции уровня данныхэталонной модели ВОС Computer Networking Technologies

2. 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 Computer Networking Technologies

3. Пакеты Общий формат Поле данных Загаловок Header Окончание Trailer Данные из пользовательсой программы или управляющая информация Пакет - это единица информации, которую передает одна из станций в сети к одной или группе других станций с целью передачи необходимых данных или управляющей информации. Запрос Trailers Запрос блока данных Headers Now is the time for all good men to come to the aid of their country Ответ Trailers Now is the time for all good Headers Ответ Trailers men to come to the aid of Headers Рабочая станция клиента Файл-сервер Ответ Trailers of their country Headers Computer Networking Technologies

4. OSI Model layers Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Presentation and Application layer header Data link trailers Data link header Network layer header Transport layer header Session layer header Уровни модели ВОС и заголовки пакетов • 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 Network packet header hierarchy Computer Networking Technologies

5. 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 Computer Networking Technologies

6. Формирование МАС-адресов Адрес источника Source address Адрес приемника Destination address 08 00 20 04 05 06 CRC - 32 02 60 8C 01 02 03 Data field Vendor ID: SUN Node ID: 040506 Идентификатор производителя: 24 bits (3 bytes) (Vendor ID) Идентификатор узла: 24 bits (3 bytes) (Node ID) Vendor ID: 3Com Node ID: 010203 • 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 Computer Networking Technologies

7. 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 Computer Networking Technologies

8. Окончание MAC trailer Заголовки уровней 3 - 7 ВОС и данные Заголовок MAC-уровня Адрес приемника Destination address Поле типа пакета Type field Адрес Источника Source address Поле данных Data field CRC-32 Преамбула Preamble Формат пакета Ethernet • 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% Computer Networking Technologies

9. Byte 0 Byte 1 Byte 5 Byte 0 Byte 1 Byte 5 46 - 1500 bytes Порядок формирования и передачи битов в Ethernet Multicast bit (M-bit) Последовательность передачи Destination address 6 bytes Адрес приемника Source address M 6 bytes . . . . Bit 0 Bit 7 Передается первым Type field 2 bytes Адрес источника Bit 7 Bit 0 . . . . Data field Передается первым Frame Check Sequence 4 bytes LSB - младший MSB - старший Биты в байтах передаютсяслева направо Computer Networking Technologies

10. Порядок 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 Computer Networking Technologies

11. * 7 bytes 1 byte 6 bytes 6 bytes 2 bytes 1 byte 1 byte < 1496 bytes 1 or 2 bytes Destination Service Access Point (DSAP) Source Service Access Point (SSAP) Start of Frame Delimiter Control fields Destination address Source address Length field Data Pad FCS Preamble Optional IEEE 802.2 fields Destination Address Byte 0 Byte 1 Byte 5 U I L G . . . . Bit 7 Bit 0 Transmitted first Source Address Byte 0 Byte 1 Byte 5 U U L . . . . Bit 7 Bit 0 Transmitted first Сравнение пакетов Ethernet и IEEE802.3 Computer Networking Technologies

12. 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) Computer Networking Technologies

13. IEEE 802.3 with IEEE 802.2 Ethernet V2.0 Preamble 7 bytes Preamble Start of Frame Delimiter 8 bytes 1byte 802.3 Destination Address Destination address 2 or 6 bytes 6 bytes Source address Source Address 6 bytes 2 or 6 bytes Length 2 bytes Type Field DSAP 2 bytes 1 byte SSAP 1 byte 802.2 Data Field Control 46 to 1500 bytes Data 802.3 PAD CRC CRC 4 bytes 4 bytes Детальное сравнение пакетов IEEE802.3 и Ethernet • Различие пакетов определяется типом сетевого протокола • AppleTalk и Novell NetWare обычно используют IEEE802.3 • TCP/IP и DECNet обычно используют Ethernet Computer Networking Technologies

14. 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. Computer Networking Technologies

15. Определение CSMA/CD 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 Computer Networking Technologies

16. 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 Computer Networking Technologies

17. 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 Computer Networking Technologies

18. Нормальная работа Ethernet B C Несоответствие адреса Пакет игнорируется Несоответствие адреса Пакет игнорируется Данные посылаются к узлу D Адрес соответствует Пакет обрабатывается Передавемый пакет просматривается всеми станциями широковещательная среда (broadcast medium) A D Data Computer Networking Technologies

19. B C Столкновение Передача данных для C Передача данных для A A D Столкновения в Ethernet Computer Networking Technologies

20. transmit packet assemble packet deferring on? yes no start transmission send jam signal no yes transmission done ? collision detect? increment attempts too many attempts ? yes yes no compute and wait backoff time done excessive collision errors done transmit ok Алгоритм передачи пакета в Ethernet Computer Networking Technologies

21. receive packet start receiving done receiving ? no yes packet too small ? yes no valid CRC? no yes no recognize address? no extra bits? yes yes valid length ? no done error length done alignment error yes disassemble packet done receive ok done packet_check error Алгоритм приема пакета в Ethernet Computer Networking Technologies