Основные сведения стандарта 802.3

Самым распространенным на сегодняшний день стандартом локальных сетей является Ethernet.Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.

Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля. Поэтому стандарт Ethernet иногда называют стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень. В Ethernet определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет модификации:

10Base-5; 10Base-2; 10Base-T; 10Base-F.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код. Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.

Структура кадра IEEE 802.3

 

Рис. 10. Структура кадра IEEE 802.3

Поля имеют следующие назначения:

-Преамбула: 7 байт, каждый из которых представляет чередование единиц и нулей 10101010. Преамбула позволяет установить битовую синхронизацию на приемной стороне.

-Ограничитель начала кадра (SFD, start frame delimiter): 1 байт, последовательность 10101011, указывает, что далее последуют информационные поля кадра. Этот байт можно относить к преамбуле.

-Адрес назначения (DA, destination address): 6 байт, указывает MAC-адрес станции (MAC-адреса станций), для которой (которых) предназначен этот кадр. Это может быть единственный физический адрес (unicast), групповой адрес (multicast) или широковещательный адрес (broadcast).

-Адрес отправителя (SA, source address): 6 байт, указывает MAC-адрес станции, которая посылает кадр.

-Поле длины кадра (L, length): 2 байта. Для кадра IEEE 802.3 в этом поле содержится выраженный в байтах размер следующего поля - поля данных (LLC Data). Если эта цифра приводит к общей длине кадра меньше 64 байт, то за полем LLC Data добавляется поле Pad. Для протокола более высокого уровня не возникает путаницы с определением типа кадра, так как для кадра IEEE 802.3 значение этого поля не может быть больше 1500 (0x05DC). По этому, в одной сети могут свободно сосуществовать оба формата кадров, более того один сетевой адаптер может взаимодействовать с обоими типами посредством стека протоколов.

-Данные (LLC Data): поле данных, которое обрабатывается подуровнем LLC. Сам по себе кадр IEEE 802.3 еще не окончательный. В зависимости от значений первых нескольких байт этого поля, могут быть три окончательных формата этого кадра IEEE 802.3:

-Ethernet_802.3 (не стандартный, в настоящее время устаревающий формат, используемый Novell) - первые два байта LLC Data равны 0xFFFF;

-Ethernet_SNAP (стандартный IEEE 802.2 SNAP формат, которому отдается наибольшее предпочтение в современных сетях, особенно для протокола TCP/IP) - первый байт LLC Data равен 0xAA;

-Ethernet_802.2 (стандартный IEEE 802.2 формат, взят на вооружение Novell в NetWare 4.0) - первый байт LLC Data не равен ни 0xFF (11111111), ни 0xAA (10101010).

-Дополнительное поле (pad - наполнитель) - заполняется только в том случае, когда поле данных невелико, с целью удлинения длины кадра до минимального размера 64 байта -преамбула не учитывается. Ограничение снизу на минимальную длину кадра необходимо для правильного разрешения коллизий.

-Контрольная последовательность кадра (FCS, frame check sequence): 4-х байтовое поле, в котором указывается контрольная сумма, вычисленная с использованием циклического избыточного кода по полям кадра за исключением преамбулы, SDF и FCS.

Основные параметры стандарта 802.3

Параметры

Значения

Битовая скорость

10 Мбит/с

Интервал отсрочки

512 битовых интервала

Межкадровый интервал (IPG)

9,6 мкс

Максимальное число попыток передачи

Максимальное число возрастания диапазона паузы

Длина jam-последовательности

32 бита

Максимальная длина кадра (без преамбулы)

1518 байт

Минимальная длина кадра (без преамбулы)

64 байт (512 бит)

Длина преамбулы

64 бит

Минимальная длина случайной паузы после коллизии

0 битовых интервалов

Максимальная длина случайной паузы после коллизии

524000 битовых интервала

Максимальное расстояние между станциями сети

2500м

Максимальное число станций в сети

Циклический избыточный код CRC

 

Обнаружение ошибок

При передаче сообщений по низкокачественным каналам связи, возможно внесение искажений в эти сообщения, и поэтому необходимо предусмотреть методы, с помощью которых приемник сможет определить, были ли ошибки при передаче. При обнаружении ошибок, приемник может запросить повторную передачу сообщения. Для обнаружения применяются методы контрольных сумм. Передатчик подсчитывает некоторое значение, называемое контрольной суммой, являющееся функцией сообщения, и добавляет его в конец сообщения. Приемник использует ту же функцию для подсчета контрольной суммы, и сравнивает полученное значение с записанным в конце сообщения.

Существуют различные методы обнаружения ошибок, некоторые из которых преобразуют сообщение, дополняя его избыточной информацией. Методы CRC (Cyclic Redundancy Codes) относятся к методам, которые оставляют без изменения исходный текст сообщения, добавляя контрольную сумму в конец.

Основная идея CRC-алгоритмов

Корректность пакета по CRC, по длине и кратности целому числу байт производится после проверки адреса места назначения. Вероятность ошибки передачи при наличии crc контроля составляет ~2^-32. При вычислении CRC используется образующий полином:

G(x) = x³² + x²⁶ + x²³ + x²² + x¹⁶ + x¹² + x¹¹ + x¹⁰ + x⁸ + x⁷ + x⁵ + x⁴ + x² + x + 1.

Алгоритм вычисления CRC сводится к вычислению остатка от деления кода M(x), характеризующего кадр, на образующий полином G(x). CRC представляет собой дополнение полученного остатка R(x). CRC пересылается, начиная со старших разрядов

Полиномиальная арифметика

В CRC часто можно встретить термин "полиномиальный". Говорят, что данный CRC алгоритм использует некий полином, и.т.п. И, вообще, говорят, что CRC алгоритмы используют полиномиальную арифметику.

Делимое, делитель, частное и остаток рассматриваются не как положительные целые, а как полиномы с двоичными коэффициентами. То есть число записывается в виде двоичной строки, биты которой служат коэффициентами полинома. Например числу 23 (010111b) отвечает полином:

1*x^4 + 0*x^3 + 1*x^2 + 1*x^1 + 1*x^0, или проще:

x^4 + x^2 + x^1 + x^0

Мы можем осуществлять арифметические операции, понимая их как операции над полиномами. Например, умножим 13 (01101b) на 11 (01011b):

(x^3 + x^2 + x^0)(x^3 + x^1 + x^0) =

(x^6 + x^4 + x^3 + x^5 + x^3 + x^2 + x^3 + x^1 + x^0) =

x^6 + x^5 + x^4 + 3*x^3 + x^2 + x^1 + x^0

Для того, чтобы получить в ответе 143, мы должны в качестве x взять 2 и привести коэффициенты к двоичным, перенеся 1 из 3*x^3 в старшие разряды. Получаем:

x^7 + x^3 + x^2 + x^1 + x^0, что соответствует 010001111b = 143

Можно придумать различные типы полиномиальной арифметики, определяя правила работы с коэффициентами. Для нас важна одна из схем - "полиномиальная арифметика по модулю 2", где все коэффициенты вычисляются по модулю 2, и отсутствуют переносы.

Возвращаясь к предыдущему примеру:

(x^3 + x^2 + x^0)(x^3 + x^1 + x^0) =

(x^6 + x^4 + x^3 + x^5 + x^3 + x^2 + x^3 + x^1 + x^0) =

x^6 + x^5 + x^4 + 3*x^3 + x^2 + x^1 + x^0 =

x^6 + x^5 + x^4 + x^3 + x^2 + x^1 + x^0

В дальнейшем мы не будем упоминать полиномиальное представление, поскольку это может только усложнить изложение, и будем говорить об эквивалентной системе, назывемой "двоичная арифметика без переноса".

Это обычная арифметика, просто основание системы счисления здесь выписано явно. Суть в том, что если мы не знаем х, то мы не можем производить переносы. Мы не знаем, что 3*x^3 это то x^4+x^3, потому что мы не знаем, что х = 2.