Что такое ethernet cisco

Обновлено: 09.01.2025

Это продолжение цикла статей об основах Ethernet. Мы уже рассмотрели тему о физической среде передачи данных Ethernet (медь), познакомились со стандартами T568A и T568B.
Сегодня постараемся разобраться в Ethernet кадре.

В сетевых технологиях, различают такие понятия как фрейм (frame) и пакет packet. Новички сетевых технологий, часто делают ошибки в использовании этих терминов и считают что эти термины являются синонимами, но это не так.

Давайте определимся, что же называют фреймами, а что называют пакетами.

Фреймами называют некоторое число байт, которые содержат в себе заголовк Layer 2 OSI и концевик, вместе с инкапсулированными данными (в инкапсулированных данных обычно содержатся так же другие заголовки, других уровней).

Пакетами в свою очередь часто описывают Layer 3 заголовок вместе с данными. (так же инкапсулированы могут быть заголовки вышестоящих уровней), но уже без заголовка Layer 2 и концевика (trailer).

Используя знания, полученные в предыдущих статьях, мы знаем, что hub это устройство первого уровня (то есть устройство не знает ни о какой информации, оно не знает о Layer 2 заголовках, и тем более уж о Layer 3).
Но, в то же время, Switch обычно это Layer 2 устройство (то есть оно понимает заголовок Layer 2 Header) и исходя из этого может делать некоторые действия (например брать MAC адрес получателя, искать к какому порту этот MAC-адрес привязан и отправлять фрейм только туда и никуда больше). Так же существуют и Layer 3 коммутаторы.

Итак, спецификация Ethernet.

Давайте поговорим о ней. Какие они были, какие они сейчас.

Первым основателем Ethernet спецификации стала такая компания как DIX , на самом деле это группа компаний: Digital Equipment Corp, Intel , Xerox.
В начале 1980х годов, IEEE стандартизировала технологию Ethernet. Эта технология разделялась на две части:

802.3 Media Access Control (MAC)
802.2 Logical Link Control (LLC)

Существует несколько версий Ethernet фрейма, давайте рассмотрим их.

Теперь разберем поля поподробнее.

Как же может устройство определить, какой тип ethernet кадра принимается?

Ведь существует DIX формат (Ethernet II), 802.3 и 802_3 с SNAP ?

Все очень просто. Давайте рассмотрим алгоритм определения.

Устройство получает фрейм. Смотрит на поле Lenght/Type (помним, оно занимает 2 байта). Если значение больше чем 1518 байт (размер всего фрейма с заголовками), то это уже не Ethernet II , а 802.3 или 802.3 SNAP, потому как только в Ethernet II указывается размер в указанном поле.
Допустим Lenght/Type у нас больше 1518 (0x5FE).
Здесь нам нужно определить, какой фрейм 802.3 или 802.3 SNAP. Это делается на основе заголовка LLC (802.2), таких как DSAP,SSAP и SNAP. Заметим, что SNAP это расширение заголовков DSAP и SSAP (Сервисов стало настолько много, что в 1 байте не удавалось закодировать тот или иной сервис и пришлось создавать еще одну реализацию, которая называется 802.3 SNAP).
SSAP и DSAP обычно принимают одно и тоже значение. Поле Control принимает обычно значение 0x03, что означает, что нет необходимости устанавливать соединение на канальном уровне (Layer 2).

И все же, как определить какой формат Ethernet передается, 802.3 или 802.3 SNAP?

Если передается кадр с SNAP, то значение первого и второго байта данных (по сути это наши SSAP и DSAP) равны 0xAA, а третьего (по сути нашего Control) равняется 0x03.

Вот такой алгоритм работает при том, как определить какой формат кадра передается на приемник.

На канальном уровне, адресация проходит по MAC адресам (помните, когда рассматривали ethernet кадр, первые поля были Destination Address и Source Address, которые занимали 6 байт). Эти адреса имеют 48 битный формат и записываются в 16-ом виде.

Mac адрес состоит как бы из двух частей. Первые три байта прикреплены к той или иной компании, которая производит сетевые устройства, тоесть например устройства Cisco имеет определнные 3 байта одинаковые (некоторые компании имеют не один такой адрес, а целый пул адресов), а вторые 3 байта, это непосредственно уникальный адрес сетевого устройства.

Статья получилась не маленькой. Материал может показаться запутанным. Думаю что в целом все понятно. Если что, поправляйте в комментариях, буду редактировать.

Понимание локальных сетей Ethernet(LAN)

Понимание, как работают локальные сети, включая фрэймовые компоненты, адресацию Ethernet, операционные характеристики – очень важно для изучения сетевых технологий. Эта лекция описывает базовые операции сети Ethernet и передачу по ней фрэймов.

Ethernet

Ethernet был разработан в 1970-ом году компаниями Digital Equipment Corporation (DEC), Intel, и Xerox, и был назван DIX Ethernet. Позже он был назван «тонкий» Ethernet из-за использования тонкого коаксиального кабеля, скорость передачи была 10 Mbps. Стандарт Ethernet был доработан в 80-х годах для увеличения пропускной способности, новая версия была названа Ethernet-II. Институт электрического и электронного проектирования(IEEE) – организация, определяющая сетевые стандарты. Стандарты IEEE - преобладающие и наиболее известные LAN-стандарты в мире на сегодняшний день. Когда, в середине 80-х, IEEE определила новые стандарты для Ethernet для публичного использования, тогда этот стандарт назвали Ethernet 802.3.Он был основан на методе CSMA/CD – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий. Этот метод будет описан ниже. Стандарт Ethernet 802.3 описывает физический уровень модели OSI и часть 2-го уровня (MAC-адресация). Сегодня этот стандарт часто называют Ethernet.

Адреса Ethernet

Каждый компьютер, независимо от того, подключен он к сети или нет, имеет уникальный физический адрес. Не существует двух одинаковых физических адресов. Физический адрес (или МАС-адрес) зашит на плате сетевого адаптера. Таким образом, в сети именно плата сетевого адаптера подключает устройство к среде передачи данных. МАК-адреса представляются группой шестнадцатеричных чисел, сгруппированными по два или по четыре, например: 00:00:0c:43:2e:08 or 0000.0c43.2e08 Каждая плата сетевого адаптера, который работает на канальном уровне эталонной модели OSI, имеет свой уникальный МАС-адрес. В сети, когда одно устройство хочет переслать данные другому устройству, оно может установить канал связи с этим другим устройством, воспользовавшись его МАС-адресом. Отправляемые источником данные содержат МАС-адрес пункта назначения. По мере продвижения пакета в среде передачи данных сетевые адаптеры каждого из устройств в сети сравнивают МАС-адрес пункта назначения, имеющийся в пакете данных, со своим собственным физическим адресом. Если адреса не совпадают, сетевой адаптер игнорирует этот пакет, и данные продолжают движение к следующему устройству. Если же адреса совпадают, то сетевой адаптер делает копию пакета данных и размещает ее на канальном уровне компьютера. После этого исходный пакет данных продолжает движение по сети, и каждый следующий сетевой адаптер проводит аналогичную процедуру сравнения. МАК адрес состоит из двух основных частей:

24-bit Уникальный Идентификатор Организации (OUI): Эта часть МАК-адреса определяет производителя устройства, присвоение OUI регулирует организация IEEE. Кроме того, в OUI содержатся несколько групп битов:
- Широковещательный бит: Показывает, что фрэйм направлен всем оконечным устройствам сети.
- Бит локальных изменений адреса: Обычно комбинация OUI и 24-битный адрес станции абсолютно уникальны, однако если адрес был вручную изменён, этот бит должен быть установлен.
- Идентификатор, присвоенный организации: 22 оставшихся бита.
Стандарты Ethernet

Ethernet стандарты локальных сетей описывают передачу сигналов по кабелям одновременно на физическом и канальном уровнях модели OSI. IEEE делит канальный уровень модели OSI на 2 отдельных подуровня:
- Логическое управление соединением(LLC): Переходит в сетевой уровень
- MAC: Соединяется с физическим уровнем
Подуровень логическим управлением соединением LLC
IEEE выделила подуровень LLC, чтобы позволить части канального уровня функционировать независимо от существующих технологий. Этот уровень обеспечивает сервис для протоколов сетевого уровня, находящихся выше, когда происходит обмен данными между МАК-подуровнем и физическим уровнем. Подуровень LLC принимает участие в процессе инкапсуляции. Заголовок LLC говорит, при получении кадра, канальному уровню что делать с пакетом.
МАК
Подуровень МАК взаимодействует с физическим уровнем. Стандарт IEEE 802.3 определяет МАК-адрес как уникальный идентификатор различных устройств канального уровня. Подуровень МАК содержит также таблицу МАК-адресов(физических адресов) устройств. Каждое устройство должно иметь уникальный МАК-адрес для того, чтобы нормально функционировать в сети.

Кадры Ethernet

В технологии Ethernet контейнер, в который помещаются данные для оправки по сети, называется кадр(frame). Он состоит из заголовка, постинформации и непосредственно передаваемых данных.
Структура кадра Ethernet МАК-уровня:
- Преамбула: Состоит из 7-байтов с перемежающимися значениями 0 и 1. Используется для синхронизации передачи данных между устройствами в сети.
- Начальный разделитель (SOF): 1 байт. Это поле содержит биты, говорящие принимающему компьютеру, что далее будет передаваться кадр, и вся последующая информация будет его частью.
- Адрес назначения: 6 байтов. Содержит адрес платы сетевого адаптера компьютера в локальной сети, которому должен быть послан пакет.
- Адрес источника: 6 байтов. Содержит адрес сетевой платы компьютера, отправившего информацию.
- Длина/Тип: 2 байта. В Ethernet II содержит код, определяющий протокол сетевого уровня. В 802.3 это поле определяет размер поля данных. Информация протокола содержится в поле 802.2, подуровня LLC. Спецификация 802.3 постепенно позволила использование идентификаторов протокола без использования поля 802.2.
- Данные и заполнение: 46-1500 байт. Содержит данные, полученные от сетевого уровня передающего компьютера. Эти данные на компьютере-получателе передаются аналогичному протоколу. Если данных сильно мало, сетевая плата «заполняет» это поле до его минимального размера 46 байт.
- Контрольная последовательность кадра(FCS): Представляет механизм проверки правильности доставленной информации.
Адресация кадров Ethernet

Передача данных в сети может быть 3-х типов: одноадресная(unicast), многоадресная(multicast), широковещательная(broadcast).

Роль CSMA/CD в Ethernet

Чтобы использовать принцип коллективной работы со средой передачи данных, в Ethernet применяется протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий(carrier sense multiple access/collision detection, CSMA/CD) , Использование протокола CSMA/CD позволяет устройствам договариваться о правах на передачу. GSMA/CD является методом доступа, который позволяет только одной станции осуществлять передачу в среде коллективного использования. Задачей стандарта Ethernet является обеспечение качественного сервиса доставки данных. Не все устройства могут осуществлять передачу на равных правах в течение всего времени, поскольку это может привести к возникновению коллизии. Однако стандартные сети Ethernet, использующие протокол CSMA/CD, учитывают все запросы на передачу и определяют, какие устройства могут передавать в данный момент и в какой последовательности смогут осуществлять передачу все остальные устройства, чтобы все они получали адекватное обслуживание. Перед отправкой данных узел "прослушивает" сеть, чтобы определить, можно ли осуществлять передачу, или сеть сейчас занята. Если в данный момент сеть никем не используется, узел осуществляет передачу. Если сеть занята, узел переходит в режим ожидания. Возникновение коллизий возможно в том случае, если два узла, "прослушивая" сеть, обнаруживают, что она свободна, и одновременно начинают передачу. В этом случае возникает коллизия, данные повреждаются и узлам необходимо повторно передать данные позже. Алгоритмы задержки определяют, когда конфликтующие узлы могут осуществлять повторную передачу. В соответствии с требованиями CSMA/CD, каждый узел, начав передачу, продолжает прослушивать" сеть на предмет обнаружения коллизий, узнавая таким образом о необходимости повторной передачи.
Метод CSMA/CD работает следующим образом: если узел хочет осуществить передачу, он проверяет сеть на предмет того, не передает ли в данный мент другое устройство. Если сеть свободна, узел начинает процесс передачи. Пока идет передача, узел контролирует сеть, удостоверяясь, что в этот же момент времени не передает никакая другая станция. Два узла могут начать передачу почти одновременно, если обнаружат, что сеть свободна. В этом случае возникает коллизия. Когда передающий узел узнает о коллизии, он передает сигнал "Наличие коллизии", делающий конфликт достаточно долгим для того, чтобы его могли распознать все другие узлы сети. После этого все передающие узлы прекращают отправку кадров на выбираемый случайным образом отрезок времени, называемый временем задержки повторной передачи. По истечении этого периода осуществляется повторная передача. Если последующие попытки также заканчиваются неудачно, узел повторяет их до 16 раз, после чего отказывается от передачи. Время задержки для каждого узла разное. Если различие в длительности этих периодов задержки достаточно велико, то повторную передачу узлы начнут уже не одновременно. С каждой последующей коллизией время задержки удваивается, вплоть до десятой попытки, тем самым уменьшая вероятность возникновения коллизии при повторной передаче. С 10-й по 16-ю попытку узлы время задержки больше не увеличивают, поддерживая его постоянным.

Ethernet – технология локальных сетей, отвечающая за передачу данных по кабелю, доступную для устройств компьютерных и промышленных сетей. Данная технология располагается на канальном (подуровни LLC и MAC) и физическом уровнях модели OSI.

По скорости передачи данных существуют такие технологии:
1. Ethernet – 10 Мб/с
2. Fast Ethernet – 100 Мб/с
3. Gigabit Ethernet – 1 Гб/с
4. 10G Ethernet – 10 Гб/с
Современное оборудование позволяет достигать скорости в 40 Гб/с и 100 Гб/с: такие технологии получили название 40GbE и 100GbE соответственно.

Также стоит выделить классический и коммутируемый Ethernet. Первый изначально использовал разделяемую среду в виде коаксиального кабеля, который позже был вытеснен концентраторами (hub). Основные недостатки – низкая безопасность и плохая масштабируемость (искажение данных при одновременной передаче 2-мя и более компьютерами, также известное как "коллизия").

Коммутируемый Ethernet является более новой и усовершенствованной технологией, которая используется по сей день. Чтобы устранить недостатки предыдущей версии, разделяемую среду исключили и использовали соединение точка-точка. Это стало возможным благодаря новым устройствам под названием "коммутаторы" (switch).

Классическая технология Ethernet давно и успешно заменена новыми технологиями, но некоторые нюансы работы сохранились. Рассмотрим классическую версию.

Физический уровень включает в себя 3 варианта работы Ethernet, которые зависят от сред передачи данных. Это:
- коаксиальный кабель
- витая пара
- оптоволокно
Канальный, в свою очередь, включил методы доступа, а также протоколы, что ничем не отличаются для различных сред передачи данных. Подуровни LLC и MAC в классической технологии присутствуют вместе.

MAC-адреса позволяют идентифицировать устройства, подключенные к сети Ethernet, и идентичных при этом быть не должно, в противном случае из нескольких устройств с одинаковыми адресами будет работать только одно.

По типам MAC-адреса разделяются на:
- Индивидуальные (для отдельных компьютеров).
- Групповые (для нескольких компьютеров).
- Широковещательные (для всех компьютеров сети).
Адреса могут назначаться как производителем оборудования (централизованно), так и администратором сети (локально).

Технология Ethernet и формат кадра:

Также не стоит забывать о коллизиях. Если сигнал, который принят, отличается от переданного, это означает, что произошла коллизия.

Технология CSMA/CD разработана с учетом возникновения коллизий и предполагает их контроль. Модель CSMA/CD выглядит следующим образом:

Классический Ethernet плох тем, что становится неработоспособным при нагрузке более чем 30%.

На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий и связанных с ними проблем.

Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точка-точка.

Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.

Простейшая таблица коммутации:

Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и извлекает из него адрес отправителя. Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.

Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Если же адрес не найден в таблице, коммутатор работает так же, как и хаб.

Технология Ethernet претерпела немало изменений с момента своего появления. Сегодня она способна обеспечить высокоскоростное соединение, лишенное коллизий и не ограниченное небольшой нагрузкой сети, как это было в случае с классическим Ethernet.

В современных локальных сетях используются коммутаторы, которые по своей функциональности значительно эффективнее концентраторов. Больше нет разделяемой среды и связанных с ней коллизий, затрудняющих работу с сетью. Свичи анализируют заголовки и передают кадры только конечному получателю по принципу точка-точка. Способны "изучать" сеть благодаря таблице коммутации и алгоритму обратного обучения.

Плюсами коммутируемого Ethernet являются масштабируемость, высокая производительность и безопасность.

Подключения на маршрутизаторе Cisco можно разделить на две категории: внутриполосные интерфейсы маршрутизатора и порты управления.

2. Порты управления включают в себя консоль и AUX-порты, используемые для настройки маршрутизатора, его управления и устранения возникающих в нем неполадок. В отличие от LAN- и WAN-интерфейсов, порты управления не используются для пересылки пользовательского трафика.

Как и в случае с коммутатором Cisco, на маршрутизаторе Cisco существует несколько способов доступа к среде интерфейса командной строки (CLI) пользовательского режима EXEC. Ниже представлены наиболее распространенные из них.

Примечание: Некоторые устройства, такие как маршрутизаторы, также могут поддерживать устаревший вспомогательный порт, который раньше использовался, чтобы удаленно начать сеанс CLI с помощью модема. Аналогично консольному подключению вспомогательный порт обеспечивает внеполосное подключение и не требует настройки или наличия каких-либо сетевых служб.

Telnet и SSH требует внутриполосного подключения к сети, а это означает, что администратор должен получить доступ к маршрутизатору через один из интерфейсов WAN или LAN.

3. Последовательные WAN-интерфейсы добавлены в слот eHWIC0 и помечены строкой «Serial 0» (например, S0/0/0) и «Serial 1» (например, S0/0/1). Последовательные интерфейсы используются для подключения маршрутизаторов к внешним глобальным сетям (WAN). Каждый последовательный WAN-интерфейс имеет свой собственный IP-адрес и маску подсети, которые определяют его в качестве элемента определенной сети.

4. LAN-интерфейсы Ethernet помечены строкой «GE 0/0» (например, G0/0) и «GE 0/1» (например, G0/1). Интерфейсы Ethernet используются для подключения к другим устройствам с поддержкой Ethernet, включающим коммутаторы, маршрутизаторы, межсетевые экраны и т. д. Каждый LAN-интерфейс имеет свой собственный IPv4-адрес и маску подсети или IPv6-адрес и префикс, которые определяют его в качестве элемента определенной сети.

Внутриполосные интерфейсы получают и пересылают IP-пакеты. Каждый настроенный и активный интерфейс на маршрутизаторе является участником или узлом в разной IP-сети. Для каждого интерфейса необходимо настроить IPv4-адрес и маску подсети другой сети. Операционная система Cisco IOS не допускает, чтобы два активных интерфейса на одном маршрутизаторе принадлежали одной и той же сети.

Читайте также: