Обновлено: 08.01.2025

Для наглядности процесс работы сети в эталонной модели OSI разде­лен на семь уровней. Эта теоретическая конструкция облегчает изу­чение и понимание довольно сложных концепций. В верхней части модели OSI располагается приложение, которому нужен доступ к ре­сурсам сети, в нижней — сама сетевая среда. По мере того как дан­ные продвигаются от уровня к уровню вниз, действующие на этих уровнях протоколы постепенно подготавливают их для передачи по сети. Добравшись до целевой системы, данные продвигаются по уров­ням вверх, причем те же протоколы выполняют те же действия, толь­ко в обратном порядке. В 1983 г. Международная организация по стандартизации (Interna­tional Organization for Standardization, ISO) и Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного телекоммуникационного союза (Te­lecommunication Standardization Sector of International Telecommu­nication Union, ITU-T) опубликовали документ «The Basic Reference Model for Open Systems Interconnection», где была описана модель распределения сетевых функций между 7 различными уровнями (рис. 1.7). Предполагалось, что эта семиуровневая структура станет основой для нового стека протоколов, но в коммерческой форме он так и не был реализован. Вместо этого модель OSI используется с су­ществующими стеками протоколов в качестве обучающего и справоч­ного пособия. Большая часть популярных в наши дни протоколов появилась до разработки модели OSI, поэтому в точности с ее семиуровневой струк­ турой они не согласуются. Зачастую в одном протоколе совмещены функции двух или даже нескольких уровней модели, да и границы протоколов часто не соответствуют границам уровней OSI. Тем не менее модель OSI остается отличным наглядным пособием для ис­следования сетевых процессов, и профессионалы часто связывают функции и протоколы с определенными уровнями.

По сути, взаимодействие протоколов, работающих на разных уров­нях модели OSI, проявляется в том, что каждый протокол добавляет заголовок (header) или (в одном случае) трейлер (footer) к информа­ции, которую он получил от уровня, расположенного выше. Напри­мер, приложение генерирует запрос к сетевому ресурсу. Этот запрос продвигается по стеку протоколов вниз. Когда он достигает транспорт­ного уровня, протоколы этого уровня добавляют к запросу собствен­ный заголовок, состоящий из полей с информацией, специфической для функций данного протокола. Сам исходный запрос становится для протокола транспортного уровня полем данных (полезной нагрузкой). Добавив свой заголовок, протокол транспортного уровня переда­ет запрос сетевому уровню. Протокол сетевого уровня добавляет к заголовку протокола транспортного уровня свой собственный заго­ловок. Таким образом, для протокола сетевого уровня полезной на­грузкой становятся исходный запрос и заголовок протокола тран­спортного уровня. Вся эта конструкция становится полезной нагруз­кой для протокола канального уровня, который добавляет к ней заго­ловок и трейлер. Итогом этой деятельности является пакет (packet), готовый для передачи по сети. Когда пакет достигает места назначения, процесс повторяется в обратном порядке. Протокол каждого следующего уровня стека (теперь снизу вверх) обрабатывает и удаля­ет заголовок эквивалентного протокола передающей системы. Когда процесс завершен, исходный запрос достигает приложения которо­му он предназначен, в том же виде, в каком он был сгенерирован. Процесс добавления заголовков к запросу (рис. 1.8), сгенериро­ ванному приложением, называется инкапсуляцией данных (data encap­sulation). По сути эта процедура напоминает процесс подготовки письма для отправки по почте. Запрос — это само письмо, а добавле­ние заголовков аналогично вкладыванию письма в конверт, написа­нию адреса, штемпелеванию и собственно отправке.

Протокол канального (data-link) уровня обеспечивает обмен инфор­мацией между аппаратной частью включенного в сеть компьютера и сетевым ПО. Он подготавливает для отправки в сеть данные, пере­данные ему протоколом сетевого уровня, и передает на сетевой уро­вень данные, полученные системой из сети. При проектировании и создании ЛВС используемый протокол ка­нального уровня — самый важный фактор для выбора оборудования и способа его установки. Для реализации протокола канального уровня необходимо следующее аппаратное и программное обеспечение: • адаптеры сетевого интерфейса (если адаптер представляет собой отдельное устройство, подключаемое к шине, его называют пла­той сетевого интерфейса или просто сетевой платой); • драйверы сетевого адаптера; • сетевые кабели (или другая сетевая среда) и вспомогательное со­ единительное оборудование; • сетевые концентраторы (в некоторых случаях). Как сетевые адаптеры, так и концентраторы разрабатываются для определенных протоколов канального уровня. Некоторые сетевые кабели также приспособлены для конкретных протоколов, но есть и кабели, подходящие для разных протоколов. Безусловно, сегодня (как и всегда) самый популярный протокол канального уровня — Ethernet. Далеко отстал от него Token Ring, за которым следуют другие протоколы, например, FDDI (Fiber Dist­ributed Data Interface). В спецификацию протокола канального уров­ня обычно включаются три основных элемента: • формат кадра (т. е. заголовок и трейлер, добавляемые к данным сетевого уровня перед передачей в сеть); • механизм контроля доступа к сетевой среде; • одна или несколько спецификаций физического уровня, приме­няемые с данным протоколом.

Протокол канального уровня добавляет к данным, полученным от протокола сетевого уровня, заголовок и трейлер, превращая их в кадр (frame) (рис. 1.9). Если снова прибегнуть к аналогии с почтой, заголовок и трейлер — это конверт для отправки письма. В них содержатся адреса системы-отправителя и системы-получателя пакета. Для протоколов ЛВС, подобных Ethernet и Token Ring, эти адреса представляют собой 6-байтные шестнадцатеричные строки, присвоенные сетевым адаптерам на заводе-изготовителе. Они, в отличие от адресов, используемых на других уровнях модели OSI, называются аппа ратными адресами (hardware address) или МАС-адресами (см. ниже).

Примечание Протоколы различных уровней модели OSI по-разному называют структуры, создаваемые ими путем добавления заголовка к данным, пришедшим от вышестоящего протокола. Например, то, что протокол канального уровня называет кадром, для сетевого уровня бу­дет дейтаграммой. Более общим названием для структурной единицы данных на любом уровне является пакет.

Важно понимать, что протоколы канального уровня обеспечива­ют связь только между компьютерами одной и той же ЛВС. Аппарат­ный адрес в заголовке всегда принадлежит компьютеру в той же ЛВС, даже если целевая система находится в другой сети. Другие важные функции кадра канального уровня — идентифика­ция протокола сетевого уровня, сгенерировавшего данные в пакете, и информация для обнаружения ошибок. На сетевом уровне могут использоваться различные протоколы, и потому в кадр протокола канального уровня обычно включается код, с помощью которого можно установить, какой именно протокол сетевого уровня сгенери­ровал данные в этом пакете. Руководствуясь этим кодом, протокол канального уровня компьютера-получателя пересылает данные соот­ветствующему протоколу своего сетевого уровня. Для выявления ошибок передающая система вычисляет цикличес­ кий избыточный код (cyclical redundancy check, CRC) полезной нагруз­ки и записывает его в трейлер кадра. Получив пакет, целевой компью­тер выполняет те же вычисления и сравнивает результат с содержи­мым трейлера. Если результаты совпадают, информация передана без ошибок. В противном случае получатель предполагает, что пакет ис­ порчен, и не принимает его.

Компьютеры в ЛВС обычно используют общую полудуплексную се­тевую среду. При этом вполне возможно, что передавать данные нач­нут одновременно два компьютера. В таких случаях происходит свое­го рода столкновение пакетов, коллизия (collision), при котором дан­ ные в обоих пакетах теряются. Одна из главных функций протокола канального уровня — управление доступом к сетевой среде (media access control, MAC), т. е. контроль за передачей данных каждым из компьютеров и сведение к минимуму случаев столкновения пакетов. Механизм управления доступом к среде — одна из важнейших ха­ рактеристик протокола канального уровня. В Ethernet для управле­ния доступом к среде используется механизм с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD). В некоторых других протоколах, например, в Token Ring, используется передача маркера (token passing).

Протоколы канального уровня, используемые в ЛВС, часто поддер­живают более одной сетевой среды, и в стандарт протокола включе­ны одна или несколько спецификаций физического уровня. Каналь­ный и физический уровни тесно связаны, т. к. свойства сетевой сре­ды существенно влияют на то, как протокол управляет доступом к среде. Поэтому можно сказать, что в локальных сетях протоколы ка­нального уровня осуществляют также функции физического уровня. В глобальных сетях используются протоколы канального уровня, в которые информация физического уровня не включается, например, SLIP (Serial Line Internet Protocol) и РРР (Point-to-Point Protocol).

На первый взгляд может показаться, что сетевой (network) уровень дублирует некоторые функции канального уровня. Но это не так: про­токолы сетевого уровня «отвечают» за сквозные (end-to-end) связи, тогда как протоколы канального уровня функционируют только в пределах ЛВС. Иными словами, протоколы сетевого уровня полнос­тью обеспечивают передачу пакета от исходной до целевой системы. В зависимости от типа сети, отправитель и получатель могут нахо­диться в одной ЛВС, в различных ЛВС в пределах одного здания или в ЛВС, разделенных тысячами километров. Например, когда Вы свя­зываетесь с сервером в Интернете, на пути к нему пакеты, созданные Вашим компьютером, проходят через десятки сетей. Подстраиваясь под эти сети, протокол канального уровня неоднократно изменится, но протокол сетевого уровня на всем пути останется тем же самым. Краеугольным камнем набора протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) и наиболее часто используемым протоколом сетевого уровня является протокол IP (Internet Protocol). У Novell NetWare есть собственный сетевой протокол IPX (Inter­network Packet Exchange), а в небольших сетях Microsoft Windows обычно используется протокол NetBEUI (NetBIOS Enhanced User Interface). Большинство функций, приписываемых сетевому уровню, определяются возможностями протокола IP. Подобно протоколу канального уровня, протокол сетевого уровня добавляет заголовок к данным, которые он получил от вышестояще­го уровня (рис. 1.10). Элемент данных, созданный протоколом сете­вого уровня, состоит из данных транспортного уровня и заголовка сетевого уровня и называется дейтаграммой (datagram).

Заголовок протокола сетевого уровня, как и заголовок протокола ка­нального уровня, содержит поля с адресами исходной и целевой сис­тем. Однако в данном случае адрес целевой системы принадлежит конечному назначению пакета и может отличаться от адреса получа­теля в заголовке протокола канального уровня. Например, когда Вы вводите в адресной строке браузера адрес Web-узла, в пакете, сгене­рированном Вашим компьютером, в качестве адреса целевой систе­мы сетевого уровня указан адрес Web-сервера, тогда как на канальном уровне на целевую систему указывает адрес маршрутизатора в Вашей ЛВС, обеспечивающего выход в Интернет. В IP используется собственная система адресации, которая совер­шенно не зависит от адресов канального уровня. Каждому компьюте­ру в сети с протоколом IP вручную или автоматически назначается 32-битовый IP- адрес, идентифицирующий как сам компьютер, так и сеть, в которой он находится. В IPX же для идентификации самого компьютера используется аппаратный адрес, кроме того, специаль­ный адрес используется для идентификации сети, в которой находит­ся компьютер. В NetBEUI компьютеры различаются по NetBIOS-именам, присваиваемым каждой системе во время ее установки.

Дейтаграммам сетевого уровня на пути к месту назначения приходит­ся проходить через множество сетей, сталкиваясь при этом со специ­ фическими свойствами и ограничениями различных протоколов ка­нального уровня. Одно из таких ограничений — максимальный раз­мер пакета, разрешенный протоколом. Например, размер кадра Token Ring может достигать 4500 байт, тогда как размер кадров Ethernet не может превышать 1500 байтов. Когда большая дейтаграмма, сформи­рованная в сети Token Ring, передается в сеть Ethernet, протокол се­тевого уровня должен разбить ее на несколько фрагментов размером не более 1500 байт. Этот процесс называется фрагментацией (frag­ mentation). В процессе фрагментации протокол сетевого уровня разбивает дейтаграмму на фрагменты, размер которых соответствует возможно­стям используемого протокола канального уровня. Каждый фрагмент становится самостоятельным пакетом и продолжает путь к целевой системе сетевого уровня. Исходная дейтаграмма формируется лишь после того, как места назначения достигнут все фрагменты. Иногда на пути к целевой системе фрагменты, на которые разбита дейта­грамма, приходится фрагментировать повторно.

Маршрутизацией (routing) называется процесс выбора в интерсети самого эффективного маршрута для передачи дейтаграмм от систе­мы-отправителя к системе-получателю. В сложных интерсетях, на­пример, в Интернете или больших корпоративных сетях, часто от од­ного компьютера к другому можно добраться несколькими путями. Проектировщики сетей специально создают избыточные связи, что­бы трафик нашел дорогу к месту назначения даже в случае сбоя одно­ го из маршрутизаторов. С помощью маршрутизаторов соединяют отдельные ЛВС, входя­щие в интерсеть. Назначение маршрутизатора — принимать входя­щий трафик от одной сети и передавать его конкретной системе в другой. В интерсетях различают системы двух видов: оконечные (end systems) и промежуточные (intermediate systems). Оконечные системы являются отправителями и получателями пакетов. Маршрутизатор — промежуточная система. В оконечных системах используются все семь уровней модели OSI, тогда как пакеты, поступающие в проме­жуточные системы, не поднимаются выше сетевого уровня. Там мар­шрутизатор обрабатывает пакет и отправляет его вниз по стеку для передачи следующей целевой системе (рис. 1.11).

Идентификация протокола транспортного уровня

Так же, как в заголовке канального уровня указан протокол сетевого уровня, сгенерировавший и передавший данные, в заголовке сетево­го уровня содержится информация о протоколе транспортного уров­ня, от которого эти данные были получены. В соответствии с этой информацией система-получатель передает входящие дейтаграммы соответствующему протоколу транспортного уровня.

Примечание Ориентированные и не ориентированные на соединение протоколы есть не только на транспортном уровне. Например, прото­колы сетевого уровня обычно не ориентированы на соединение, по­ скольку обеспечение надежности связи они возлагают на транспортный уровень.

Прикладной уровень — это точка входа, через которую программы получают доступ к модели OSI и сетевым ресурсам. Большинство про­ токолов прикладного уровня предоставляет службы доступа к сети. Например, протоколом SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) боль­шинство программ электронной почты пользуется для отправки со­общений. Другие протоколы прикладного уровня, например, FTP (File Transfer Protocol), сами являются программами. В протоколы прикладного уровня часто включают функции сеан­сового и представительского уровня. В результате типичный стек про­токолов содержит четыре отдельных протокола, которые работают на прикладном, транспортном, сетевом и канальном уровнях.

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.

  Для многих это просто кабель, который позволяет подключить компьютер – настольный компьютер или ноутбук – без разницы – игровые приставки, жесткие диски и медиацентры к маршрутизатору с целью создания локальной сети (Local Area Network), т.е. домашней сети. Однако, понятие Ethernet объединяет целое семейство технологий, необходимых для создания и эксплуатации локальных сетей (в частности, LAN), технические характеристики которых были установлены в соответствии со стандартом IEEE 802.3.

  Экспериментально задуманный в середине 70-х годов в лабораториях Xerox PARC Робертом Меткалфом и его помощником Дэвидом Боггсом, Ethernet в настоящее время является наиболее используемой технологией в домашних условиях для создания сетей, которые включают в себя и соединяют небольшое количество узлов.

  По этой причине создаются всё более эффективные коммутаторы Ethernet, необходимые для быстрой и надёжной связи между двумя узлами одной сети.

  Что такое Ethernet

  С технической точки зрения, Ethernet – это набор протоколов и сетевых инструментов, которые позволяют создавать локально разнородные локальные сети (от нескольких узлов до нескольких десятков).

  Теоретически длина кабеля Ethernet может достигать 100 метров: устройства, которые повторяют или перенаправляют сигнал, используются для соединения узлов на большем расстоянии. Для этой цели используют Ethernet-мосты и Ethernet-коммутаторы – периферийные устройства, способные соединять различные сегменты одной и той же локальной сети.

  
  

  Общим элементом любой сети Ethernet является структура пакета, называемая кадром. Кадр, состоящий из 7 различных элементов, отвечает за передачу данных между двумя узлами одной и той же локальной сети.

  Как сделан кабель Ethernet

  Внешне кабель Ethernet выглядит как длинный провод, покрытый пластиковой оболочкой с двумя разъемами RJ45 (также изготовленными из пластика). Внутри оболочки между различными защитными и экранирующими слоями мы обнаруживаем четыре витые пары, отвечающие за передачу данных от одного сетевого устройства к другому. Витые пары отличаются друг от друга благодаря цветовой идентификации: синий, оранжевый, зеленый и коричневый. Таким образом, у нас будет синяя витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель), оранжевая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель), зеленая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель) и коричневая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель).

  Кабели Ethernet могут быть прямыми или скрещенными. В прямых кабелях Ethernet схема витой пары одинакова как в одном разъеме RJ45, так и в другом: это означает, что порядок, в котором расположены 8 медных кабелей, поддерживается на двух концах провода Ethernet.

  
  

  В скрещенных кабелях Ethernet положение восьми кабелей «меняется», как если бы они были отражены в зеркале: если в одном разъеме RJ45 вы начинаете с коричневой витой пары и заканчиваете оранжевой, на другом конце начинайте с оранжевой, а заканчивайте коричневой.

  Семь элементов кадра Ethernet

  
  

  История кабеля Ethernet

  Все физические и протокольные элементы, служащие для технического определения Ethernet, были экспериментально спроектированы Робертом Меткалфом в период с 1973 по 1974 годы в Xerox PARC (исследовательский центр Пало-Альто). Последний был вдохновлен ALOHAnet, сетевым протоколом, целью которого было гарантировать доступ и функции передачи данных в небольших сетях.

  Название Ethernet впервые было использовано в мае 1973 года самим Меткалфом, который пытался убедить руководителей Xerox в важности е своей работы. Название было выбрано, чтобы «воздать должное» светоносному эфиру, газообразному и неощутимому веществу, которое в середине XIX века считалось инертной средой, через которую распространялись электромагнитные волны. В 1975 году Xerox подал патент от имени Меткалфа и его команды (в дополнение к Дэвиду Боггсу патент носит имена Чака Такера и Батлера Лэмпсона).

  Технологии, описанные в патенте, были успешно использованы в Xerox PARC, и в 1976 году Меткалф и Боггс опубликовали научную статью «Ethernet: распределенная коммутация пакетов для локальных компьютерных сетей», в которой они описали фундаментальные части и работу сети, основанную на технологии Ethernet.

  Модели Ethernet

  Среди множества способов, которыми можно «каталогизировать» различные типы Ethernet, разработанные за последние 30 лет использования этой технологии, наиболее распространенным является метод, основанный на максимальной теоретической скорости, которая может быть достигнута во время передачи файла.

  10BASE-T

  Спецификация базового уровня протокола IEEE 802.3 характеризуется скоростью передачи 10 мегабит (10 миллионов бит) в секунду. Кабели состоят из двух витых пар телефонных линий, скрученных вместе, в то время как разъемы RJ-45 также были взяты с телефонной линии.

  Fast Ethernet

  Стандарты передачи данных для сетей LAN, теоретическая максимальная скорость которых составляет 100 мегабит в секунду. Также в этом случае 100BASE-T является преобладающим стандартом, который характеризуется двумя витыми парами и разъемами RJ-45.

  Гигабитный Ethernet

  Эволюция Fast Ethernet, приведшая к 10-кратному увеличению скорости. Как следует из названия, Gigabit Ethernet характеризуется скоростью передачи 1 гигабит (1 миллиард бит) в секунду, используя конфигурацию 1000BASE-T, медные пары телефонных проводов и разъёмы RJ-45.

  2.5GBASE-T, 5GBASE-T и 10GBASE-T с кабелями категории Cat5e, Cat6 и Cat7

  Однако, развитие кабелей Ethernet позволило техническим специалистам и инженерам выйти за пределы порога в 1 гигабит. Сегодня на рынке уже есть кабели, которые могут достигать 10 гигабит в секунду: это относится к Ethernet-кабелям Cat 7 (также называемым 10GBASE-T), способным передавать пакеты данных со скоростью 1,25 гигабайта в секунду (1 байт = 8 бит).

  Однако, они не единственные, которые могут выйти за пределы гигабитного уровня скорости: с введением стандарта IEEE 802.3bz, по сути, были достигнуты значительные улучшения производительности также для кабелей Ethernet Cat 5e и Cat 6. Первый также называется 2.5GBASE-T, имеет максимальную скорость передачи данных 2,5 гигабит в секунду; второй, называемый 5GBASE-T, может развивать скорость до 5 гигабит в секунду.

  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:

  1. 802.3 Media Access Control (MAC)
  2. 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.

  1. 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.
  2. 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.

  Читайте также:

    
  • Что такое anti dll bypass
    
  • Picodrive psp как пользоваться
    
  • У меня нет скайпа перевод на английский
    
  • Когда запретят компьютерные игры в россии
    
  • Как сделать вибрацию в сони вегас