| Главная | Главная по Компьютерным сетям |
|
http://seticom-video.narod.ru
ВИДЕО-ФОТО-съёмка |
Предыдущая | Оглавление | Следующая
Глава 3. Типы кадров (часть1)
Локальные сети используют кадры для инкапсуляции данных в структуру, содержащую всю необходимую для доставки получателю информацию. Эта глава посвящена эволюции и окончательной стандартизации кадров. Детально описаны как основные типы кадров, так и принципы, которыми руководствовались их разработчики.
Термин «кадр» («frame») относится к блоку данных, передаваемых по сети. Размер и структура кадра определяются используемым в сети протоколом аппаратного уровня, например, Ethernet, Token Ring и т.п. Между кадром и конвертом можно провести параллель - всем известно, что конверт стандарта #10 имеет физические размеры 4 1/8 дюйма на 9 1/2 дюйма. Но содержимое стандартных конвертов отличается по размеру, содержанию, срочности и т.д. Знание размеров конверта никоим образом не влияет на способ его доставки получателю. Механизм передачи кадров в сети называется протоколом. Протоколы также фигурируют на третьем уровне эталонной модели OSI. Именно они формируют из кадров пакеты и обеспечивают их пересылку в локальной сети. Эти протоколы описаны в Главе 4, «Стеки межсетевых протоколов».
Однако конверт может содержать достаточно визуальной информации для того, чтобы определить предполагаемого получателя и отправителя. Эта информация используется для того, чтобы либо передать конверт получателю, либо уведомить отправителя о невозможности доставки пакета.
Продолжим аналогию с конвертом. Если известен размер конвертов, можно начать сортировать входящую почту. Таким образом, стандартизация размеров конвертов является критическим условием того, что инфраструктура будет в состоянии обрабатывать конверты любого изготовителя.
Строго говоря, сети являются инфраструктурой, рассылающей не конверты, а кадры. Логично предположить, что сформулированные требования к стандартизации кадров останутся в силе. Стандартизация обеспечивает функциональную совместимость различных сетевых компонентов, разработанных различными компаниями. Те же стандарты позволяют преобразовывать типы кадров в сетях различной архитектуры. Стандарты позволяют, например, преобразовать кадры Ethernet в кадры Token Ring.
Ответственность за принятие многих действующих в настоящее время стандартов лежит на Институте инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE). Эта организация стала заниматься стандартизацией в феврале 1980 года после того, как под ее эгидой был создан Комитет стандартов локальных и глобальных сетей (Local and Metropolitan Area Network Standards Committee), известный также под названием Project 802.
Комитет занялся созданием, поддержкой и внедрением стандартов IEEE/ANSI и эквивалентных им стандартов Первого объединенного технического комитета (Joint Technical Committee 1 - JTC I), установленных Международной организацией стандартизации (International Standards Committee - ISO). Серия эквивалентных стандартов JTC 1 известна также под названием ISO 8802-nnn. Действие этих стандартов ограничено первым и вторым уровнем эталонной модели взаимодействия открытых систем (модели OSI). Первый уровень определяет физические свойства среды - ее тип и способ передачи данных. Второй уровень определяет структуру кадров локальной сети и механизм их передачи.
Первой в мире локальной сетью стала сеть PARC Ethernet Xerox. Эта технология позволяла подключенным рабочим станциям напрямую обмениваться информацией. Разработали ее для собственных нужд сотрудники исследовательского центра компании Xerox в Пало Альто (Xerox's Palo Alto Research Center - PARC), которым надоело бегать между компьютерами с дискетами. Другими словами, не следует искать среди причин создания Ethernet глобальные и продуманные концепции.
Сотрудники PARC отдавали себе отчет в том, что Ethernet будет в состоянии поддерживать такие протоколы высокого уровня, как Internet Protocol (IP), Xerox's XNS и т.п. Все протоколы-клиенты уже страдали различными недостатками передачи данных. Таким образом, вместо того, чтобы тратить усилия на определение протокола аппаратного уровня, ребята додумались просто ввести поле Туре из двух октетов, определяющее тип протокола высокого уровня кадра. Это позволило более сложному клиентскому протоколу определять общий размер кадров.
ПРИМЕЧАНИЕ
Октет (octet) состоит из восьми двоичных разрядов (битов). Состояние этих битов не имеет никакого значения. Многие специалисты в области сетевых технологий для описания подобных структур вместо термина "октет" часто используют термин «байт». Простите им эту неточность - они слишком много общаются с программистами.
Доморощенный Ethernet компании Xerox не отличался сложностью и возлагал задачу определения длины поля данных на клиентский протокол.
Как показано на рисунке 3.1, кадр сети PARC Ethernet состоит из:
n Преамбулы, на которую отводится восемь октетов
n МАС-адреса предполагаемого получателя, на который отводится шесть октетов
n МАС-адреса отправителя, также занимающего шесть октетов
n Поля Туре, использующего два октета и определяющего внедренный в поле данных клиентский протокол
n Поля данных произвольной длины
В соответствии с этим протоколом пакеты доставляются ко всем устройствам локальной сети. Следовательно, все устройства вынуждены оспаривать принадлежность доставленных пакетов. Для облегчения этого процесса используется методика множественного доступа и определения несущей. Обработка конфликтов и других событий, повлекших за собой сбой в доставке пакета, не входит в компетенцию сети.
Коммерческий потенциал PARC Ethernet очевиден. Структура кадров и протокол были пересмотрены на предмет соответствия несколько изменившимся требованиям рынка. Второе поколение локальных сетей, известное под названием Ethernet II, получило широкое распространение. (Ethernet II иногда упоминается под названием DIX Ethernet благодаря триумфу трех компаний, спонсировавших это проект: Digital, Intel и Xerox.)
Компания Xerox, владелец технологии и хранитель ее «стандартов», определила коды из двух октетов, соответствующие распространенным клиентским протоколам, включая Xerox's XNS, Novell's IPX, IP и DECNet. По сравнению с Ethernet это были протоколы более высокого уровня, использующие сообщения различного размера. В отличие от предшественников Ethernet II (см. рис. 3.2) не сложил с себя полномочия в управлении длиной кадра и по-прежнему устанавливал время, необходимое для того, чтобы высокоуровневый протокол был в состоянии определить возникновение конфликта. Таким образом определялся возможный размер кадра.
Как показано на рисунке 3.1, кадр сети Ethernet II, или DIX, состоит из:
n Преамбулы, на которую отводится восемь октетов
n МАС-адреса предполагаемого получателя, на который отводится шесть октетов
n МАС-адреса отправителя, также занимающего шесть октетов
n Поля Туре, использующего два октета и определяющего внедренный в поле данных клиентский протокол
n Поля данных длиной от 50 до 1486 октетов
РИСУНОК 3.1. Кадр PARC Ethernet кампании Xerox.
РИСУНОК 3.2. Кадр Ethernet If (DIX Ethernet).
Следует обратить внимание на тот факт, что несмотря на определение минимальной длины кадра, стандарт Ethernet II продолжает полагаться на характерное для PARC Ethernet поле Туре длиной в два октета. Клиентские транспортные протоколы продолжают формулировать собственные требования к размеру кадров, но Ethernet II применяет более сложный метод доступа, чем его предшественник. Новый метод доступа, известный под названием протокола обработки множественного доступа с контролем несущей и определением конфликтов (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection), вводит достаточно специфические требования к синхронизации.
Не забираясь слишком глубоко в дебри протокола Ethernet II, отметим, что этот метод заставляет станции прослушивать трафик для того, чтобы определить возможность передачи данных. Если локальная сеть не загружена, станция имеет право начать обмен информацией. К сожалению, передача данных по медным проводникам связана с определенной задержкой. Поэтому вполне возможна ситуация, когда выходящий поток данных станции (уверенной в том, что сеть не загружена) столкнется со входящим потоком данных другой станции, начавшей передачу на несколько наносекунд позже. Такое событие называется конфликтом (collision). Обе станции должны обнаружить конфликт, прекратить передачу данных и возобновить ее через некоторый промежуток времени.
С целью обнаружения конфликтов протокол Ethernet II контролирует время, необходимое сообщению для прохождения всей сети в наихудшем случае (worst-case round trip). В сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с это время не должно превышать 50 микросекунд. Следовательно, станция может продолжать передачу до тех пор, пока не пройдет промежуток времени, необходимый для прохождения сообщением всей сети. Этого достаточно для того, чтобы передать 500 битов. Разделим данное значение на количество битов в октете и получим, что размер минимального пакета, необходимого для определения конфликта, должен составлять 62.5 октета. Компания Xerox округлила размер минимального кадра Ethernet II до 64 октетов.
Любой кадр, размер которого (вместе с полезными данными, определенными транспортным протоколом более высокого уровня) оказался меньше 64 октетов, протокол Ethernet II дополняет нулевыми октетами до минимального размера. Это решает проблему синхронизации при определении конфликтов, но теперь все протоколы вынуждены отличать данные от дополняющих октетов. Для идентификации протокола более высокого уровня и, следовательно, длины поля данных кадр Ethernet II продолжает полагаться на поле Туре.
Хоть в Ethernet II появились новые дополнительные функциональные возможности, призванные сделать стандарт конкурентоспособным, единственным реальным изменением оказалось определение минимальной и максимальной длины кадра.
Компания Xerox, создатель Ethernet, сохранила за собой права на технологию и, следовательно, установила и опубликовала стандарты. Такой подход к стандартизации преследовал цель сделать Ethernet коммерческим доступным продуктом. К сожалению, подобный подход к разработке и поддержке стандартов для коммерческих продуктов не может быть продолжительным. Конкурирующие компании не в состоянии поддерживать стандарты для удобных продуктов. Компании всегда будут действовать в собственных интересах. Поэтому чтобы превратить Ethernet в действительно удачную коммерческую технологию, ответственность за стандартизацию следовало возложить на нейтральную организацию.
В феврале 1980 года под эгидой IEEE был создан Комитет проекта 802 (Project 802 committee), в задачи которого входила оценка и стандартизация Ethernet, равно как и других появившихся технологий и протоколов локальных сетей. В обязанности комитета входила разработка правил, которые бы упростили обмен данными между локальными сетями различного типа, а также отделили физическую среду от протоколов. Это позволило бы развернуть локальную сеть на оборудовании различных производителей без ущерба функциональной совместимости.
Комитет наметил необходимый для выполнения поставленных задач план действий и создал для их реализации узкопрофильные группы. Ниже приведен список групп и выполненных ими задач:
n Группа 802.1: Определила общие и архитектурные вопросы функциональной совместимости между локальными (LAN) и региональными (MAN) сетями. Предложения группы 802 стали стандартами в области управления сетями LAN/MAN и ретрансляции данных между 802-совместимыми сетями.
n Группа 802.2: Определила стандарт уровня представления данных (Уровень 2) для телекоммуникаций и обмена данными как между локальными, так и между региональными сетями. В спецификациях нашла отражение и обратная совместимость, необходимая для поддержки передачи данных из не стандартизированных версий Ethernet в соответствующие стандарту 802.3 версии.
n Группа 802.3: Установила новый стандарт локальных сетей, поддерживающих протокол CSMA/CD. Эту «новую» локальную сеть следует упоминать в контексте с CSMA/CD, но чаще всего ее называют просто «Ethernet».
n Группа 802.4: Определила стандарт физического уровня для локальных сетей магистральной топологии, поддерживающих метод доступа к среде путем передачи маркера. Локальные сети этого типа назывались «Token Bus» («Эстафетная магистраль») и поддерживали скорость передачи данных 1, 2, 5 или 10 Мбит/с.
n Группа 802.5: Установила стандарты для методов доступа и физических способов передачи данных в сетях архитектуры Token Ring.
Хотя это далеко не полный перечень инициатив Project 802, он вполне адекватно передает предполагаемые преимущества свода стандартов локальных и региональных сетей. Поскольку все спецификации этого «семейства» разрабатывались в тесной взаимосвязи, они в состоянии совместно функционировать, осуществляя для этого несложное преобразование кадров. Разработанный комплекс стандартов в значительной степени превысил стандарты компании Xerox и, следовательно, сделал Ethernet II устаревшим.
Протокол управления логической связью
Комитет 802 упорядочил свои стандарты в трехуровневую протокольную иерархию, соответствующую двум самым нижним уровням эталонной модели OSI: физическому и канальному уровню. Созданная иерархия состоит из трех уровней: физического, управления доступом к среде (Media Access Control - MAC) и управления логической связью (Logical Link Control - LLC). Эта структура остается действительной для всех соответствующих стандартам комитета 802 локальных сетей. Спецификации адресации уровня MAC позволяют использовать адреса, состоящие как из двух октетов, так и из шести. Первые практически не используются, поскольку стандартными считаются адреса MAC длиной в шесть октетов.
Как показано на рисунке 3.3, эталонная модель Комитета 802 отличается от справочной модели OSI двумя важными аспектами. Во-первых, физический уровень модели 802 является частью модели OSI. Во-вторых, канальный уровень модели OSI (уровень 2) разделен на два отдельных компонента: уровень управления доступом к среде (MAC) и уровень управления логической связью (LLC).
Вследствие определения уровня LLC отдельно от уровня управления доступом к среде функциональная совместимость соответствующих стандарту 802 сетей повышается, несмотря на различия в топологии, средах передачи и, что более важно, методологиях доступа к среде. В модели 802 уровень LLC расположен над уровнем MAC и физическим уровнем. В соответствии с этой моделью способ доступа к среде, сама среда передачи и топология сети в значительной степени взаимозависимы. Таким образом, часть физического уровня модели OSI в модели 802 определена уже как уровень управления доступом к среде.
С помощью подзаголовков протокол LLC внедряет следующие поля в соответствующие стандартам комитета 802 кадры:
n Поле доступа к службе получателя (Destination Service Access Point - DSAP) длиной в один октет
n Поле доступа к службе отправителя (Source Service Access Point - SSAP) длиной в один октет
n Служебное поле Control длиной в один октет
Точки доступа к службе отправителя и получателя указывают, для какого протокола более высокого уровня предназначен пакет. Тип протокола определяется по шестнадцатеричному значению полей пакета DSAP и SSAP.
РИСУНОК 3.3. Сравнение эталонных моделей OSI и IEEE 802.
Подкадр, или заголовок, уровня LLC добавляется к полю данных кадра. Три поля этого подкадра, каждое длиной в один октет, считаются данными и учитываются при определении общей длины поля данных. Рисунок 3.4 иллюстрирует структуру подкадра LLC.
Уровень LLC выполняет адресацию и управляет каналом связи. На этом уровне принимается решение о том, какой механизм следует использовать для адресации станций в среде передачи и управления обменом данными между машинами отправителя и получателя. Для выполнения этих задач используются три службы LLC:
n Не ориентированная на установление соединения служба без рассылки подтверждения передачи (Unacknowledged connectionless service)
n Ориентированная на установление соединения служба (Connection-oriented service)
n Ориентированная на установление соединения служба с рассылкой подтверждения передачи (Acknowledged connectionless service)
Обратиться к этим службам можно через определенные между сетевым и канальным уровнем точки доступа к службе (Service Access Points). Первая из перечисленных, не ориентированная на установление соединения служба без рассылки подтверждения передачи является минимальным, но полезным предложением. Довольно часто на протоколы четвертого уровня, например, TCP, SPX и т.п., возлагается задача управления потоком данных и другие функции надежности. Поэтому целесообразно иметь службу второго уровня, выполняющую те же функции, но на нижнем уровне и не на избыточном принципе- В результате снижается загруженность сети на верхних уровнях. Некоторые приложения, например, чувствительные к задержке доставки данных аудио и/или видеоконференции, могут компенсировать снижение производительности сети установлением и поддержкой соединения на этом уровне. Следующая служба, ориентированная на установление соединения, предоставляет необходимые для установления и поддержки соединения механизмы канального уровня. Это оказывается чрезвычайно полезным для простых и/или неинтеллектуальных устройств, которые могут не поддерживать протоколы третьего или четвертого уровня. Следовательно, подобные устройства потребуют предоставления таких функций на втором уровне. Эта управляющая функция заставляет канальный уровень обрабатывать таблицу активных соединений. И последняя из рассмотренных, ориентированная на установление соединения служба с рассылкой подтверждения передачи, является гибридом первых двух служб LLC. Служба доставляет подтверждения о доставке данных без дополнительных усилий по управлению соединением. Уменьшение количества необходимых операций управления напрямую связано с повышением производительности. Сфера применения службы, гарантирующей доставку данных, практически безгранична. Эти службы широко используются приложениями, оставаясь одновременно прозрачными для пользователей приложений. Как часть спецификаций группы 802.2, службы доступны для всех соответствующих стандарту комитета 802 сетей. Протокол доступа к подсети (IEEE 802.2 Sub-Network Access Protocol - SNAP) С целью поддержки обратной совместимости с первыми, нестандартизованными версиями локальных сетей, в частности PARC и DIX Ethernet, структура подкадра предусматривала возможность определения протокола более высокого уровня. В структуру подкадра версий PARC и DIX Ethernet было включено поле Туре. В соответствующей стандарту ШЕЕ 802.3 версии Ethernet положение этого поля в кадре было изменено. Протокол 802.3 Ethernet оказался более сложным по сравнению со своими предшественниками и в большинстве случаев уже не нуждался в использовании поля Туре. Однако некоторые протоколы высокого уровня полагались на эту функцию второго уровня. Необходимость обеспечения совместимости с существующими протоколами третьего и четвертого уровней обусловила разработку такой структуры подкадра, по которой можно было бы определить протокол высокого уровня. В результате был создан подкадр SNAP, показанный на рисунке 3.5.
РИСУНОК 3.4. Структура подкадра LLC.
РИСУНОК 3.5. Структура кадра 802.2 SNAP.
В спецификациях 802.2 также определяется структура кадров протокола доступа к подсети (Sub-Network Access Protocol - SNAP). Этот кадр создается путем добавления к стандартному кадру 802.2 поля длиной в пять октетов, состоящего из организационно-уникального идентификатора (organizationally unique identifier - OUI) длиной в три октета и поля Protocol Type длиной в два октета.
Подкадр SNAP является расширением подкадра LLC и должен использоваться вместе с ним. Такие подкадры можно использовать в любой локальной сети, совместимой со стандартом 802.
Комитет 802 определил стандартный базис для всех типов кадров Ethernet. Минимальная длина кадра составляет 64 октета, максимальная ограничена 1500 октетами, включая полезные данные и заголовки. Для идентификации получателя и отправителя каждого пакета используются заголовки. Единственное ограничение идентификации - каждый адрес должен быть уникальным и состоять из шести октетов.
Первые 12 октетов каждого пакета отводятся под целевой адрес длиной шесть октетов (адрес предполагаемого получателя) и исходный адрес (адрес отправителя). Данные адреса являются кодами адресов аппаратного уровня и часто упоминаются как МАС-адреса. В качестве МАС-адреса может выступать либо уникальный «универсально настраиваемый адрес» («universally administered address»), который автоматически присваивается всем сетевым адаптерам Ethernet во время их изготовления, либо заданный при установке адрес. Автоматически присваиваемый МАС-адрес состоит из шести двухзначных шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточием, например, 99:02:11:D1:8F:19. Первые две пары чисел являются идентификационным номером изготовителя. Каждый изготовитель сетевых адаптеров должен быть лицензирован IEEE и получить уникальный идентификационный номер и диапазон МАС-адресов.
Настраиваемые адреса известны под названием «локально настраиваемых» («localls administered addresses»). Они предназначены для идентификации комнаты, отдела, владельца расширения голосовой почты и т.п. Использование локально настраиваемых адресов может вооружить сетевого администратора чрезвычайно ценной при обнаружении неисправностей информацией. К сожалению, присвоение таких адресов может оказаться чрезвычайно сложной и длительной задачей.
Соответствующие стандарту 802 кадры могут содержать адрес единственного компьютера или ссылаться на группу рабочих станций с общей, определяемой характеристикой. Передача данных к группе машин называется многоадресной передачей (multicasting).
В нормальных рабочих условиях сетевые карты Ethernet получают только те кадры, адрес получателя которых соответствует уникальному МАС-адресу карты или удовлетворяет критерию многоадресной передачи. Однако большинство сетевых адаптеров могут функционировать в режиме приема всех сетевых пакетов (promiscuous mode), соответствующем приему абсолютно всех пакетов локальной сети вне зависимости от адресов. Использование такого режима связано с возникновением опасности несанкционированного доступа со стороны другого пользователя локальной сети, а также с проблемой снижения производительности не только сети, но и самого компьютера.
Хотя большинство усовершенствований стандарта 802.3 по отношению к предыдущим версиям Ethernet коснулись собственно протокола, одно значительное усовершенствование было внесено и в структуру кадра 802.3. Комитету 802 был необходим самодостаточный стандарт, не зависящий от хорошего поведения других протоколов. Поэтому свойственное протоколам предыдущих версий Ethernet поле Туре длиной в два октета было заменено на поле Length аналогичной длины.
Располагая заданной минимальной и максимальной длиной поля, определенной с помощью временного окна передачи сообщения в худшем случае (уже упоминалось, что это необходимо для определения конфликтов), было необязательно определять размер кадра для клиенсткого протокола. Вместо этого рабочая группа 802.3 изменила назначение поля длиной в два октета, которое теперь явно определяло длину поля данных кадра, и возложила задачу идентификации протокола на LLC. Структура кадра проиллюстрирована на рисунке 3.6.
В кадре Ethernet стандарта IEEE 802.3 традиционное поле Туре было заменено на поле Length. Вместо этого при необходимости идентификации типа протокола используется подкадр 802.2. Еще одним усовершенствованием кадра 802.3 от предшественников является ограничение общего размера кадра в пределах от 64 до 1500 октетов, начиная от начала поля адреса получателя и до конца контрольной последовательности кадра.
РИСУНОК 3.6. Кадр Ethernet стандарта IEEE 802.3.
Преамбула - это строка длиной в семь октетов, предшествующая каждому кадру и позволяющая синхронизировать передачу данных. Вслед за ней идет ограничитель начала кадра (Start of Frame Delimiter - SFD). Само название этого октета говорит о его предназначении: он уведомляет о начале кадра все устройства локальной сети. За SFD следует повторяющаяся последовательность 1010101010.
SFD иногда рассматривается в качестве интегральной части преамбулы, а не части самого кадра, увеличивая тем самым размер преамбулы до восьми октетов. Обратите внимание на тонкое различие между вариантами PARC и DIX Ethernet и стандартом 802.3. PARC и DIX Ethernet в качестве неизменной преамбулы из восьми октетов используют повторяющуюся маску 10101010. Это делается для синхронизации и обозначения ограничителя начала кадра.
Теперь рассмотрим предназначение контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence - FCS). Вычисленное значение присваивается этому полю компьютером, отсылающим кадр. Компьютер, получающий кадр, тоже знает способ вычисления значения и проверяет таким образом целостность пакета. Пакет может быть поврежден во время передачи из-за множества причин. Электромагнитные излучения, перекрестные помехи и т.п. могут повредить пакет, не повлияв, однако, на его доставку по корректному адресу.
После получения пакета поле FCS проверяется на целостность с помощью методики циклического контроля избыточности (Cyclical Redundancy Check). Принявший пакет компьютер выполняет те же вычисления, что и отославший пакет компьютер, и сравнивает полученное значение с прочитанным из поля FCS. Если значения совпали, можно быть уверенным, что прибыли корректные данные. В противном случае посылается запрос на повторную трансляцию пакета.
Обычный кадр Ethernet используется как с подкадрами 802.2 LLC, так и с подкадрами SNAP.
Структура кадра Ethernet LLC
Кадр Ethernet LLC является комбинацией кадра стандарта 802.3 и подкадра 802.2 LLC (см. рис. 3.7). К стандартной структуре кадра LLC добавляются три поля обычного кадра Ethernet: порт доступа к службе адресата (Destination Service Access Port), порт доступа к службе отправителя (Source Service Access Port), служебное поле Control.
РИСУНОК 3.7. Кадр Ethernet LLC.
Кадр Ethernet LLC состоит из следующих полей: n Преамбулы длиной в семь октетов, указывающей на начало кадра. n Ограничителя начала кадра (Start-of-Frame delimiter) длиной в один октет, указывающего на начало содержимого кадра. n МАС-адреса предполагаемого получателя длиной в шесть октетов. n МАС-адреса отправителя длиной в шесть октетов. n Поля Length длиной в два октета, определяющего общую длину поля данных кадра, включая заголовки LLC и SNAP. n Поля точки доступа к службе получателя (Destination Service Access Point - DSAP) длиной в один октет, предположительно определяющей точку доступа к службе LLC машины получателя. n Поля точки доступа к службе отправителя (Source Service Access Point - SSAP) длиной в один октет, определяющей точку доступа к службе LLC машины, отправившей кадр. n Служебного поля Control длиной в один или два октета, определяющей тип кадра LLC. n Поля данных длиной либо от 35 до 1483 октетов, либо от 34 до 1484 октетов, в зависимости от длины предыдущего поля Control. n Контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence) длиной в четыре октета, используемой для проверки целостности кадра. Кадр Ethernet LLC включает подкадр, или заголовок, стандарта 802.2 и позволяет идентифицировать протокол более высокого уровня по содержимому кадра. Это, в свою очередь, позволяет поддерживать обратную совместимость с предыдущими версиями Ethernet, кадры которых осуществляли идентификацию протоколов с помощью дискретных механизмов. Для корректного функционирования протокола CSMA/CD минимальная общая длина кадра Ethernet LLC должна составлять 64 октета (исключая преамбулу и ограничитель начала кадра). Если кадр имеет недостаточный размер, поле данных дополняется необходимым количеством нулевых октетов. Максимальный размер кадра составляет 1518 октетов, включая преамбулу и ограничитель начала кадра.
Структура кадра Ethernet SNAP
Кадр Ethernet SNAP является комбинацией кадра стандарта 802.3 и подкадра стандартизированного группой 802.2 протокола доступа к подсети (см. рис. 3.8). В данном случае к кадру SNAP добавлено поле идентификации протокола (Protocol Identification Field) длиной в пять октетов. Это поле вставляется в кадр после заголовка LLC. Поле идентификации протокола делится на поле организационно-уникального идентификатора (Organizationally Unique Identifier - OUI) длиной в три октета и поле Туре длиной в два октета. Именно эти поля определяют протокол более высокого уровня, для которого предназначен пакет.
РИСУНОК 3.8. Кадр Ethernet SNAP.
Кадр Ethernet SNAP состоит из следующих полей:
n Преамбулы длиной в семь октетов, указывающей на начало кадра.
n Ограничителя начала кадра (Start-of-Frame delimiter) длиной в один октет, указывающего на начало содержимого кадра.
n МАС-адреса предполагаемого получателя длиной в шесть октетов.
n МАС-адреса отправителя длиной в шесть октетов.
n Поля Length длиной в два октета, определяющего общую длину поля данных кадра, включая заголовки LLС и SNAP.
n Поля точки доступа к службе получателя (Destination Service Access Point - DSAP) длиной в один октет, предположительно определяющей точку доступа к службе LLC машины получателя.
n Точки доступа к службе отправителя (Source Service Access Point - SSAP) длиной в один октет, определяющей точку доступа к службе LLC машины, отправившей кадр.
n Служебного поля Control длиной в один или два октета, определяющей тип кадра LLC.
n Подкадра SNAP длиной в пять октетов, включающего организационно-уникальный идентификатор длиной в три октета и поле типа протокола длиной в три октета, идентифицирующего используемый на более высоком уровне протокол.
n Поля данных длиной либо от 37 до 1492 октетов, либо от 36 до 1491 октетов, в зависимости от длины предыдущего поля Control.
n Контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence) длиной в четыре октета, используемой для проверки целостности кадра.
Кадр Ethernet SNAP включает подкадр, или заголовок, стандарта 802.2 и позволяет идентифицировать протокол более высокого уровня по содержимому кадра. Это, в свою очередь, позволяет поддерживать обратную совместимость с предыдущими версиями Ethernet, кадры которых осуществляли идентификацию протоколов с помощью дискретных механизмов.
Для корректного функционирования протокола CSMA/CD минимальная общая длина кадра Ethernet SNAP должна составлять 64 октета (исключая преамбулу и ограничитель начала кадра). Максимальный размер кадра составляет 1518 октетов, включая преамбулу и ограничитель начала кадра.
В своем стандарте 802.5 организация IEEE определила формат сообщений и протокол для более детерминистической сети с названием Token Ring. Сети архитектуры Token ring появились в середине 70-х годов и в значительной степени полагались на специфические технологии корпорации IBM. Спецификации 802.5 практически совпадают с разработанным корпорацией IBM стандартом сетей Token Ring. На практике термин «token ring» огульно используется как для описания продуктов IBM, так и применительно к соответствующих стандарту IEEE 802.5 продуктам.
Стандартизация IEEE встретила поддержку некоторых крупных компаний, включая IBM (802.5 Token Ring) и General Motors (802.4 Token Bus). Архитектура Token Ring предложила более систематизированный и детерминистический по сравнению с протоколом 802.3 подход к работе в сети, пусть и связанный с дополнительными затратами. Компании, программное обеспечение которых требовало своевременной доставки данных, нашли архитектуру Token Ring единственным конкурентоспособным решением. Хотя протокол 802.3 гарантирует удачную доставку пакета данных, но для этого может потребоваться несколько попыток. Следовательно, своевременность доставки данных не гарантируется. А вот топология эстафетного кольца позволяет доставлять данные своевременно, поскольку является детерминистической кольцевой архитектурой со строгим методом доступа.
Принцип передачи маркера
В совместимых со стандартом 802.5 сетях Token Ring между устройствами последовательно передается специальный кадр (больше известный под названием «маркер»). Условием его циркуляции является отсутствие трафика. Этот кадр (см. рис. 3.9) состоит из трех октетов и содержит специальную битовую маску. Если маркер передается устройству, которое не нуждается в передаче данных, оно имеет право удерживать маркер на протяжении 10 миллисекунд (или дольше, если значение маркера по умолчанию было изменено). Если по истечении этого времени устройство не примет решение о передаче данных, оно откажется от контроля над маркером, передав последний следующему устройству в сети.
Сети Token Ring стандарта IEEE 802.5 используют маркер для управления доступом к среде передачи данных. Маркер содержит поле начального ограничителя (Starting Delimiter), поле управления доступом (Access Control) и поле конечного ограничителя (Ending Delimiter). Поле управления доступом содержит восемь бит, один из которых должен быть инвертирован с целью уничтожения маркера и превращения его в последовательность начала кадра (Start-of-Frame sequence).
РИСУНОК 3.9. Структура маркера сети IEEE 802.5 Token Ring.
Когда этот маркер передается устройству, которое собирается начать передачу данных, последнее захватывает маркер и инвертирует битовое значение в кадр. Эта операция позволяет устройству получить разрешение на передачу данных, создав одновременно последовательность начала кадра. Передаваемые данные, как и другие важные поля, добавляются к модифицированному кадру маркера и отправляются в сеть. До тех пор пока несущий данные кадр путешествует по сети, новый маркер не передается.
Можно рассчитать максимальный промежуток времени, необходимый устройству для передачи данных. Это время будет изменяться в ту или иную сторону после добавления или удаления из кольца узлов. Сети Token Ring идеально подходят для приложений, выполнение которых требует расчета возможного времени задержки.
Принцип работы эстафетного кольца
Проанализировав механизм передачи данных, можно сделать очевидный вывод о том, что соответствующие стандарту 802.5 устройства могут функционировать только в одном из двух режимов - в режиме прослушивания или в режиме передачи данных. Прослушивающее устройство просто передает маркер следующему устройству в кольце. Если маркер был преобразован в последовательность начала кадра, прослушивающее устройство пытается определить, не ему ли предназначен кадр. Если это так, оно буферизирует данные и без изменений передает маркер отправителю. Отправитель убеждается, что кадр успешно доставлен, преобразует последовательность начала кадра в маркер и запускает его в сеть.
В режиме передачи данных, как уже упоминалось, устройство изменяет структуру битов маркера на последовательность SOF и добавляет к маркеру необходимые данные и заголовки. Подобная методология, в противоположность Ethernet действует более эффективно в условиях сильной загруженности сети, поскольку разрешение на передачу данных выдаются не так хаотично, как в Ethernet, а максимальный размер кадра неограничен.
Структура кадров IEEE 802.5
Кадр сети Token Ring стандарта 802.5 состоит из двух частей: маркера и кадра данных. Как уже упоминалось, кадр маркера состоит из трех полей длиной по одному октету.
Кадр маркера и кадр данных проиллюстрированы на рисунке 3.10.
Между кадрами маркера и данных, как правило, расположены три поля диной в один октет. Это поля начального ограничителя, управления доступом и конечного ограничителя. Принцип работы сети Token Ring основан на использовании поля доступа. Оно состоит из восьми бит, один из которых должен быть инвертирован для удаления маркера и преобразования его в последовательность начала кадра.
После преобразования маркера в кадр данных он состоит из девяти полей и подполей. Первое поле отводится под начальный ограничитель, определяющий начало кадра. Затем расположено поле доступа к среде. Именно это поле определяет возможность передачи данных для совместимых со стандартом 802.5 устройств. Поле также содержит биты приоритета эстафетного кольца и резервирования системы. Вслед за ним идет поле управления кадром (Frame Control field), которое хранит «типовые» биты, определяющие транспортный протокол. Кроме того, это же поле используется для разделения кадров данных и управляющих кадров.
РИСУНОК 3.10. Структура кадра сети Token Ring стандарта IEEE 802.5 с добавленным полем данных.
Следующих два поля длиной в шесть октетов содержат МАС-адреса получателя и отправителя. Эти МАС-адреса соответствуют описанным выше спецификациям комитета 802 и аналогичны адресам, используемым в сетях Ethernet. Поле данных эстафетных сетей имеет произвольный размер от 0 до 4099 октетов. Последнее поле соответствует конечному ограничителю (Ending Delimiter), определяющему конец кадра.
Предыдущая | Оглавление | Следующая
| Главная | Главная по Компьютерным сетям |