Протокол Ethernet. Формат кадра. Домен коллизий

На сегодняшний день Ethernet является наиболее широко используемой технологией локальных сетей. Ethernet функционирует на канальном и физическом уровнях. Это семейство сетевых технологий, которые регламентируются стандартами IEEE 802.2 и 802.3.

Технология Ethernet поддерживает передачу данных на скоростях: · 10 Мбит/с · 100 Мбит/с · 1000 Мбит/с (1 Гбит/с) · 10 000 Мбит/с (10 Гбит/с) · 40 000 Мбит/с (40 Гбит/с) · 100 000 Мбит/с (100 Гбит/с) Как показано на рис. 1, стандарты Ethernet регламентируют как протоколы уровня 2, так и технологии уровня 1. Для протоколов второго уровня, как и в случае со всеми стандартами группы IEEE 802, технология Ethernet полагается на работу этих двух отдельных подуровней канального уровня, а также на подуровни управления логическим каналом (LLC) и MAC. Подуровень LLC Подуровень LLC технологии Ethernet обеспечивает связь между верхними и нижними уровнями. Как правило, это происходит между сетевым программным обеспечением и аппаратным обеспечением устройства. Подуровень LLC использует данные сетевых протоколов, которые обычно представлены в виде пакета IPv4, и добавляет управляющую информацию, чтобы помочь доставить пакет к узлу назначения. LLC используется для связи с верхними уровнями приложений и перемещает пакет для доставки на нижние уровни. LLC реализован в программном обеспечении, и его применение не зависит от оборудования. LLC для компьютера можно рассматривать как программное обеспечение драйвера сетевой платы (NIC). Драйвер сетевой платы — это программа, которая непосредственно взаимодействует с аппаратными средствами компьютера на сетевой интерфейсной плате для передачи данных между подуровнем MAC и физической средой. Подуровень MAC представляет собой более низкий подуровень канального уровня. MAC реализуется аппаратно — обычно в сетевой интерфейсной плате компьютера. Спецификации содержатся в стандартах IEEE 802.3. На рис. 2 приведен список общих стандартов IEEE Ethernet.

Формат кадра Ethernet

Формат кадров канального уровня практически одинаков для всех Ethernet совместимых технологий. Технология Ethernet предусматривает кадры четырех форматов, которые незначительно отличаются друг от друга. Один из форматов кадра (802.3) подуровня МАС приведен на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Формат кадра 802.3 подуровня МАС

Разделитель кадров, позволяющий определить начало кадра и обеспечить синхронизацию между передатчиком и приемником, представлен преамбулой и начальным ограничителем кадра (Start of Frame Delimiter - SFD). Преамбула кадра состоит из семи байт 10101010, необходимых для вхождения приемника в режим синхронизации. Начальный ограничитель - 10101011 отмечает начало кадра. В некоторых форматах все 8 байт, которые перечислены, называются преамбулой.

Формат кадра включает поля физических адресов узла назначения (DA - Destination Address) и узла источника (SA - Source Address). В технологиях Ethernet физические адреса получили название МАС-адресов. МАС-адреса содержат 48 двоичных разрядов и отображаются в шестнадцатеричной системе одной из следующих форм: 00-19-D1-93-7E-BC, 00:19:D1:93:7E:BC, 0019.D193.7EBC. МАС-адреса являются "плоскими" не иерархическими.

В локальных сетях адресация сообщений производится на основе МАС-адресов, которые "прошиты" в ПЗУ сетевых карт конечных узлов и на интерфейсах сетевых элементов. При запуске компьютера МАС-адрес из ПЗУ копируется в оперативную память ОЗУ. В современной аппаратуре программаторы позволяют изменять МАС-адреса, что снижает эффективность фильтрации трафика на основе МАС-адресов, т.е. снижает информационную безопасность.

Адрес, состоящий из всех единиц FF-FF-FF-FF-FF-FF, является широковещательным адресом (broadcast), когда передаваемая в кадре информация предназначена всем узлам локальной сети.

Младшие 24 разряда МАС-адреса (6 шестнадцатеричных разрядов) задают уникальный номер оборудования, например, номер сетевой карты. Старшие 24 разряда физического МАС-адреса, называемые уникальным идентификатором организации (OUI), присваиваются производителю оборудования институтом IEEE. Израсходовав все МАС-адреса, задаваемые младшими 24 разрядами, производитель оборудования должен получить новый идентификатор OUI от IEEE. Несмотря на то, что в МАС-адресе выделена старшая и младшая части, он считается, в отличие от IP-адреса, плоским (не иерархическим).

Поле L (рис. 5.3) определяет длину поля данных Data, которое может быть от 46 до 1500 байт. Если поле данных меньше 46 байт, то оно дополняется до 46 байт. В настоящее время часто используется формат кадра стандарта Ethernet-II, в котором вместо поля L задается поле типа Т, где указан протокол сетевого уровня. Например, при использовании на сетевом уровне протокола IPv4 шестнадцатеричное значение поля Т будет 0?0800. В случае передачи кадра протокола ARP значение поля Т - 0?0806. Остальные поля кадра Ethernet-II идентичны кадру стандарта 802.3.       

Поле контрольной суммы (FCS - Frame Check Sequence) длиной в 4 байта позволяет определить наличие ошибок в полученном кадре, за счет использования алгоритма проверки на основе циклического кода CRC.

Таким образом, минимальный размер кадра с учетом адресного поля (12 байт), поля L/T (2 байта) и поля контрольной суммы FCS (4 байта) составляет 64 байта, а максимальный размер - 1518 байт. С учетом преамбулы минимальный размер кадра - 72 байта.