Формат на ethernet frame: типове, първоначална версия и вътрешна модификация

В зависимост от стандарта форматът на рамката на Ethernet (frame) е структуриран и съдържа повече или по-малко информационни полета за мрежови модели. При предаването на данни размерът на рамката от 64 до 1518 байта е отговорен за правилното формиране на правилата и успешното предаване на информацията на получателя.

Протоколът е създаден през 70-те години на миналия век от известни производители на компютри: DEC, Intel и Xerox. Първоначално се нарича DIX Ethernet, по-късно Thick Ethernet поради използването на коаксиален кабел. В края на 80-те години на миналия век тя е надградена до Ethernet Frame 2 с повече функции и скорости. Приблизително по същото време IEEE създава стандарти за интернет мрежи. През това време тя се развиваше скокообразно: от 10 на 100 Mbps, след това на 1 Gbps, а днес на 10 Gbps в IEEE 802.3AE.

Определяне на формат на кадъра

Ethernet е предпочитаният протокол за локални мрежи, представляващи група свързани устройства, разположени сравнително близо едно до друго в ограничена зона. Съществуват фактори, които отличават локалните от глобалните интернет мрежи:

1. По-малък географски обхват.
2. Ресурси за висока скорост на предаване на данни.
3. Високи честотни ленти от 100 Mbit/s до 10 Gbit/s, които се използват в модернизираните мрежи.
4. Не се нуждаете от линия под наем или доставчик на интернет услуги, за да свържете устройствата.
5. LAN може да бъде малък проект за офис или за отдалечен работник.

За да разберете какви видове Ethernet рамки има, малко история. Първоначално Ethernet е разработен да работи На дълъг коаксиален кабел, който свързва всички компютри в мрежата. Този тип се нарича шина. Когато една станция предава, всички останали получават данните. Той е проектиран въз основа на предположението, че всеки ще чува предаванията по участъка от жицата, използван за свързване на. Оттук и термините "кабелен сегмент" и "домейн за излъчване".

Домейнът на излъчване включва всички кабели и компютри, които могат да се чуят един друг, когато един от компютрите предава. Сегмент от проводник е парче проводник, което се използва за свързване на две устройства. Тъй като Ethernet мрежите се състоят от домейни за излъчване, няма часовников сигнал, както често се случва при верижно свързване.

Вместо това системите трябва да определят дали се използва проводник и ако не, изпращане на достатъчно информация, за да може отдалечената станция да я синхронизира правилно. Този механизъм, съчетан с възможността за откриване на други компютри, които се опитват да получат достъп до кабелната връзка, представлява формализиран протокол, наречен CSMA/CD откриване на множествен достъп по стандарт за носители.

В модела OSI рамката е на нивото на връзката с данни и отговаря за предаването без грешки и разделянето на потока от битове на блокове. Първата версия на Ethernet I се основаваше на 16-битови полета. Съвременният формат на рамката на Ethernet е използван за първи път в структурата Ethernet II, преди Институтът на инженерите по електротехника и електроника да разработи стандарта IEEE 802.3, първият от които е 3raw през 1983 г.

Компоненти на LAN

Локалната мрежа е традиционна среда, в която потребителите могат да се свързват и да използват ресурси под формата на данни, приложения и други функции с входни и изходни устройства като камери, персонални компютри, телевизори и принтери. Една от най-важните им функции е да осигуряват свързаност с други. Чрез шлюзове по подразбиране, както и маршрутизатори и периферни устройства за WAN. Локалната мрежа служи като входна точка към глобалната мрежа, която осигурява много ресурси и свързаност с партньори, продавачи и доставчици във формат Ethernet.

Днес локалните мрежи могат да обслужват различни потребителски вериги - от малък офис с няколко устройства, свързани с интернет, до вериги, които свързват няколко сгради и хиляди потребители. Група отдалечени служители и мобилни потребители се разглеждат като разширение на корпоративната мрежа чрез използването на виртуални частни линии VPN. Схемата ще осигури прозрачен достъп до сценария, при който взаимодействието и работата на потребителя са много сходни с директна връзка с локалната мрежа на предприятието.

Типични компоненти: крайни точки, персонални компютри, сървъри, IP телефони, видеоконзоли и мрежови устройства, които осигуряват единно място за свързване. Например комутатор, маршрутизатори за свързване на различни мрежи в една структура, а понякога и по-традиционни концентратори като обща среда. Мрежовите карти и кабелите също са част от такъв дизайн.

Структура на рамката на Ethernet

В този формат всички машини могат да открият канала и да установят наличието на сигнали от други предаватели. Това им позволява да откриват сблъсъци, което прави рамката част от протокола за откриване. По това време компютрите планират предаването според произволен таймер, който е различен за всяка машина.

Така се създава функционална среда, която осигурява добра производителност в дългосрочен план. Някои модели може да са функционални, но с лошо проектиране на веригата, напр. голяма област на сблъсък с твърде много машини, използващи един и същ канал. Това ще увеличи вероятността от едновременни прехвърляния и възможни сблъсъци, което от своя страна ще доведе до цялостно влошаване на производителността. Други проблеми са свързани с дефектен хардуер, който изпраща кадри с грешки към мрежата. Затова следващата важна функция на всеки протокол от слой 2 е рамкирането.

Рамката на Ethernet е контейнер с битове, които се предават по мрежата и имат формат на полето. Например Ethernet 2 и IEEE 802.3 представлява последователността от битове, използвани за синхронизиране на двете комуникиращи устройства, и последователността от проверки, използвани за интегритет, както и адресите на местоназначението и източника, MAC адреса.

Комуникация в рамките на локалната мрежа

Друга важна концепция в комуникацията на Ethernet и LAN е количеството на определено предаване. При еднократното предаване има само едно местоназначение, като адресът на местоназначението представлява една машина. Това е най-типичният подход и MAC адресът е уникален идентификатор, който се използва за изпращане на тези кадри. Ако протоколите и приложенията ще ги изпращат до всички устройства в мрежата, се използват излъчвания.

Излъчване - дестинация, която се обработва от всички устройства. Това е удобно за протоколи като ARP, който изисква преобразуване на IP адреси в MAC адреси без информация за собственика на IP адреса.

Многоадресното предаване е точно по средата между Unicast и Broadcast. Това не е една или всички дестинации - това е просто определена група. С други думи, ако машините принадлежат към дадена група, определено предаване или пакет са предназначени за тази група. Тя е по-динамична, защото машините се присъединяват и напускат групите бързо и ефективно. Пример за multicast приложение: видеоконференции, електронно обучение и друга мултимедия с широк потребителски обхват.

MAC адресите са свързани с доставчика на оборудването. IEEE дефинира диапазони, за да осигури уникалност, което позволява тяхното модифициране за специфични цели. Той се състои от 24-битов уникален идентификатор на обекта или OUI, който идентифицира производителя на оборудването, независимо дали мрежова карта или портове на маршрутизатора. Тези 24 бита имат 2 бита със специално значение:

1. Указва дали има излъчвани или многоадресирани връзки. Контролираният адресен бит обикновено се използва при промяна на MAC.
2. 24-битов адрес на станция, който се регулира и управлява от определен доставчик на хардуер.

Стандарти за LAN

Ethernet от гледна точка на OSI се отнася до слоя за връзка с данни и има спецификации на физическия слой. Например, 1-гигабитовата и 10-гигабитовата Ethernet ще имат спецификации за физическите слоеве и препратки към технологията на оптичните влакна и конекторите за осигуряване на по-високи скорости. Протоколът е разделен на 2 подслоя: контрол на достъпа до средата и определяне на MAC адреса като форма идентификация за устройства в Ethernet мрежа. Подслоят, който управлява логическия канал, ще комуникира с по-горните слоеве, когато компонентите обработват всеки пакет, като те ще се позовават на CSMA/CD.

Форматите на рамката на Ethernet 2 осигуряват MAC адресиране и метод за достъп, наречен CSMA/CD или система за множествен достъп с откриване на сблъсък. Това е метод от точка до точка, който благодарение на уникалната си технология работи за Ethernet и позволява на всички машини да предават едновременно, по всяко време, без приоритет, тъй като всички имат равен достъп, и е част от протокола за множествен достъп.

Класически модел на VLAN

Рамката Ethernet II, известна също като V2, е най-често срещаните в интернет. Днес повечето TCP/IP приложения като HTTP, FTP, SMTP и POP3 пренасят пакети по следния начин.

Формат на рамката на физическия слой на Ethernet II.

Маркираните кадри съдържат VLAN таг за присвояване VLAN (VLAN), която разделя структурата на физически и логически слоеве. Това означава, че при VLAN подмрежите могат да се използват без хардуерна инсталация. Полето Tag е необходимо за идентифициране на кадрите във VLAN. На физическия слой VLAN работят чрез комутатори.

VLAN в модела OSI работи на ниво 2 на връзката с данни и контролира потока от данни. С помощта на VLAN мрежите могат да станат по-ефективни, като се разделят на подмрежи. Маркираните кадри отговарят за информацията, която комутаторът обработва. Тагът се вмъква преди полето Type и използва 4 байта, за да увеличи минималния размер на Ethernet рамката с 4 байта.

Синхронизация на комуникацията 802.3

Процесът на синхронизация се извършва чрез поток от битове, който позволява на предавателя и приемника да синхронизират комуникацията. Преамбюлът е редуващ се модел от двоични 56 единици и нули. Преамбюлът е непосредствено последван от начален разделител на кадрите:

1. Началният разделител винаги е 10101011 и се използва за обозначаване на началото на информацията.
2. MAC адрес на местоназначението, който получава данни. Когато картата (мрежовата карта) слуша по кабела, тя проверява това поле за собствения си MAC.
3. Източник MAC на изпращащата машина.
4. Дължина на кадъра в байтове. Въпреки че това поле може да съдържа всякаква стойност от 0 до 65 534, при повечето серийни връзки тя рядко надвишава 1500. Мрежите обикновено използват серийни устройства за достъп до интернет.
5. данни за заетостта (известни още като полезен товар).
6. Данните са вмъкнати тук. Това е мястото, където се поставя IP заглавието и друга информация, ако се използва IP по Ethernet. Това поле съдържа информация за IPX, ако използвате IPX/SPX (Novell).
7. В раздела за попълване на формата на рамката на Ethernet 802 3 има четири специфични полета: DSAP - точка за достъп до услугата на местоназначението, SSAP - източник на достъп до услугата на местоназначението, CTRL - контролни битове за Ethernet комуникация, NLI - интерфейс на мрежовото ниво.
8. FCS - съдържа последователност за проверка на рамката, която се изчислява с помощта на циклична проверка за излишък (CRC) и позволява откриване на грешки и отхвърляне на рамката, ако изглежда повредена.

Тази версия на 802.3, наречена "Ethernet 802.3", беше пуснат от Novell преди широкото разпространение на IEEE 802.3 и популярния IPX/SPX, което за съжаление доведе до често объркване със стандарта. За разлика от класическия модел на Ethernet II, рамката определя точния край на последователността от битове за SFD.

Това идентифицира пакета с данни като 802 стандарт.3raw за дестинацията. 802 кадри.3raw не съдържа идентификатор на протокола, тъй като може да се използва само за Novell IPX. Освен това предаваната информация винаги е предшествана от 2 байта, които са в единици. Това е единственият начин да се разграничи "необработеният" кадър от другите в 802.3.

IEEE 802.3raw може да се използва само за IPX, тъй като няма идентификатор на полето Ethernet. Име на IEEE 802.3raw също е малко подвеждащо, тъй като Novell използва името, без да включва IEEE, когато проектира рамката.

Използването на тази рамка означава допълнителна работа за потребителя, тъй като може да има проблеми със съвместимостта между устройствата. От 1993 г. насам Novell препоръчва стандарта Ethernet 802.2, който използва IEEE 802.3 за да се избегне възможността за объркване с "необработен" кадър.

Нови функции - DSAP и SSAP

Стандартизиране на рамката 802.Въведени са 3 нови функции - DSAP и SSAP - които заместват полето за тип и полето за контрол, съдържащо рамката LLC. Тази версия дефинира до 256 оперативно съвместими протокола с важна информация, интегрирана в полето за данни. Новото поле за управление създава "логическа връзка" (LLC). Тази точка осигурява прозрачност на процедурите за споделяне на медии и може да контролира информационния поток.

DSAP, или Destination Service Access Point (точка за достъп до услугата на местоназначението), е 1-байтово поле, което просто служи като указател към буфера на паметта на приемащата станция. Той указва на мрежовата карта в коя част да постави информацията. Тази функционалност е от решаващо значение в ситуации, в които потребителите използват множество протоколни стекове. SSAP, или точка за достъп до услугата на източника, е подобна на DSAP и посочва източника на процеса на изпращане.

Класическа структура на рамката на Ethernet 802.3 SNAP със специална функция е поле SNAP за дефиниране на повече от 256 протокола. Номерата се предоставят с 2 байта, а производителят може да включи и уникален идентификатор (3 байта). За разлика от своите предшественици, SNAP предлага обратна съвместимост с Ethernet II.

DSAP, SSAP и контролът са ясно определени. Благодарение на наскоро добавеното пространство за информация 802.3, SNAP е изключително гъвкав и дава възможност за съвместимост между различни протоколи. В него обаче има малко по-малко място за действителните данни.

Класическа структура на рамката на Ethernet 802.3 с етикети. Полето за етикет съдържа важна информация за интегрирането на VLAN.

VLAN таговете могат да се задават и в най-популярния съвременен формат на рамката IEEE 802.3. В този кадър полето Tag използва 4 байта и се изпълнява според спецификацията за дължина. Минималният размер на рамката вече е увеличен от 4 на 68.

Преглед: блокове на рамката на Ethernet. Забележка на маса.

Заглавие на канала за данни

Стандартна заглавна част на предаването - "Offset 0-5: адрес на местоназначението". Първите шест байта от размера на Ethernet рамката съставляват адреса на местоназначението. Посочва към кой адаптер се изпраща рамката с данни. Целевият адрес показва излъчваното съобщение, което се чете от приемащите устройства. Първите три байта на местоназначението се определят от IEEE за доставчика и зависят от него. Форматът на дестинацията е един и същ за всички реализации на Ethernet.

Следващите шест байта съставляват адреса на източника, като стандартът е "Offset 6-11: Source Address. Той показва от кой адаптер е изпратено съобщението. Както и при приемника, първите три байта показват доставчика на картата. Форматът на източника е един и същ при всички реализации на Ethernet.

Байтове 13 и 14 съдържат дължината на данните в рамката, без да се включват преамбюлът, 32-битовото CRC, DLC или самото поле за дължина. Тя не може да бъде по-кратка от общата дължина от 64 байта. Заглавието на канала за предаване е последвано от логическо заглавие за управление на канала, което е описано в спецификацията на IEEE 802.2. Целта на заглавието LLC е да осигури "отвор в тавана" за свързващия слой. Като посочва в кой буфер на паметта адаптерът поставя рамката, заглавието LLC позволява на горните слоеве да знаят къде да намерят данните.

След SAP "Offset 17: management byte" има еднобайтово поле за управление, което определя типа на LLC рамката. След заглавието 802.2 - от 43 до 1497 байта, обикновено състоящи се от заглавия на горния слой, като TCP/IP или IPX, и след това от действителни потребителски данни.

FCS: последните 4 байта, които адаптерът чете, са последователността за проверка на рамката или CRC. Когато напрежението на проводника се върне на нула, адаптерът проверява последните 4 байта, които е получил, спрямо контролната сума, генерирана чрез комплексен полином. Ако изчислената контролна сума не съвпада със стойността в рамката, тя се отхвърля и не достига до буферите на паметта в станцията.

802 сравнение.11 в сравнение с 802.3

Една от разликите между безжичните рамки 802.3 Ethernet и 802.11 е размерът на рамката. 802 кадри.3 имат максимален размер на Ethernet рамката от 1518 байта с полезен товар от 1500 байта. Ако кадрите са 802.3 маркирани 802.1Q за VLAN и потребителски приоритет, максималният 802.3 е 1522 байта с полезен товар от 1504 байта.

802.3 има само адрес на източника (SA) и адрес на дестинацията (DA) в заглавието на слой 2. 802.11 има до четири полета в заглавието на MAC адреса и използва само три полета за MAC адрес (4 в среда на WDS).

Стандарт 802.11 може да пренася формат на рамка Fast Ethernet с полезен товар MSDU. То е равно на 2304 байта от горно ниво. MAC адресиране, използвано от 802 кадри.11 рамката е много по-сложна от Ethernet рамката. В зависимост от това дали трафикът е 802.11 нагоре или надолу, дефиницията на всяко от четирите MAC полета в заглавието на слой 2 се променя.

Структура на IEEE 802 Ethernet рамка.3 е най-популярният и широко използван в LAN днес. Някои протоколи обаче изискват повече места за специфична информация. Следователно има варианти на рамки IEEE 802.11 които предоставят допълнителни блокове данни за специфична информация, включително разширение на SNAP и VLAN таг.