Технология доступа к среде
Ethernet/IEEE 802.3
Историческая справка
Ethernet был разработан Исследовательским центром в Пало Альто (PARC) корпорации Xerox в 1970-м году. Ethernet стал основой для спецификации IEEE 802.3, которая появилась в 1980-м году. После недолгих споров компании Digital Equipment Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation совместно разработали и приняли спецификацию (Version 2.0), которая была частично совместима с 802.3. На сегодняшний день Ethernet и IEEE 802.3 являются наиболее распространенными протоколами локальных вычислительных сетей (ЛВС). Сегодня термин Ethernet чаще всего используется для описания всех ЛВС работающих по принципу множественный доступ с обнаружением коллизий (carrier sense multiple access/collision detection (CSMA/CD)), которые соотвествуют Ethernet, включая IEEE 802.3.
Когда Ethernet был разработан, он должен был заполнить нишу между глобальными сетями, низкоскоростными сетями и специализированными сетями компьютерных центров, которые работали на высокой скорости, но очень ограниченном расстоянии. Ethernet хорошо подходит для приложений, где локальные коммуникации должны выдерживать высокие нагрузки при высоких скоростях в пиках.
Сравнение Ethernet и IEEE 802.3
Ethernet и IEEE 802.3 определены как сходные технологии. Оба стандарта используют метод доступа в сети CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множественный доступ с обнаружением коллизий. Станции, использующие этот метод могут получить доступ к несущей в любое время. Перед тем как послать данные, такая станция "прослушивает" сеть, чтобы удостовериться, что никто больше не использует её. Если среда передачи в данный момент кем-то используется, станция задерживает передачу. Если же -нет, то станция начинает передавать. Коллизия происходит когда две станции, прослушав сетевой трафик и обнаружив "тишину", начинают передачу одновременно. В этом случае обе передачи прерываются, и станции должны повторить передачу спустя некоторое время. Специальный алгоритм "задержки" определяет, когда конфликтующие станции повторят передачу. Станции, использующие метод CSMA/CD могут обнаружить коллизии в сети и, следовательно, они знают, когда надо повторять передачу.
Оба стандарта определяют сети, как сети с широковещательными сообщениями. Другими словами, все станции видят все кадры, не обращая внимания на назначение пакета. Каждая станция должна проверить принятый пакет, чтобы определить является ли она станцией назначения. Если это так, пакет пропускается к протоколу верхнего уровня для соответствующей обработки.
Различия между Ethernet и IEEE 802.3 стандартами очень незначительны. Ethernet обеспечивает сервисы соответствующие 1-му и 2-му уровням рекомендованной модели OSI, в то время как IEEE 802.3 определяет физический уровень (Уровень 1 OSI) и часть канального уровня (Уровень 2 OSI) - протокол доступа к среде, но не определяет протокол управления логической связью. Как Ethernet так и IEEE 802.3 реализованы в аппаратной части оборудования. Обычно физически эти протоколы реализуются, или на интерфейсной плате сетевого устройства, или в схеме главной платы сетевого устройства.
Физическое подключение
IEEE 802.3 определяет несколько различных стандартов физического уровня, в то время Ethernet определяет только один. Каждый из стандартов протокола физического уровня IEEE 802.3 имеет наименование, в котором отражены его важнейшие характеристики. Пример такого наименования приведен на Рисунке 2.1.
Краткая справка по физическим характеристикам стандартов Ethernet Версии 2 и IEEE 802.3 представлена в Таблице 2.1.
Ethernet соответствует стандарту 10Base5 IEEE 802.3. Оба этих протокола определяют шинную топологию сети с соединительным кабелем между конечной станцией и действующей сетевой средой. В случае Ethernet, этот кабель называется трансиверный кабель. Трансиверный кабель соединяется с приемопередающим устройством, подключенным к физической сетевой среде. Конфигурация IEEE 802.3 почти такая же, за исключением того, что соединительный кабель известен как attachment unit interface (AUI) - интерфейс подключения устройства, и приемопередатчик называется medium attachment unit (MAU) - блок подключения к среде. В обоих случаях соединительный кабель подключается к интерфейсной плате (или схеме) на конечном сетевом устройстве.
Формат кадра
Формат кадров стандартов Ethernet и IEEE 802.3 показан на Рисунке 2.2.
Как кадр Ethernet, так и кадр IEEE 802.3 начинаются с чередующейся последовательности нулей и единиц, называемой преамбулой. Преамбула извещает принимающую станцию о начале кадра.
Байт перед адресом назначения в обоих кадрах является разделителем начала кадра - start-of-frame (SOF) delimiter.Этот байт заканчивается двумя единицами и служит для синхронизации приема всеми станциями сети.
Следующими полями в кадрах Ethernet и IEEE 802.3 являются поля адресов назначения (destination) и источника (source), длиной по 6 байтов. Адреса прошиваются в аппаратной части интерфейсных карт. Первые три байта определяют изготовителя интерфейсной карты, в то время как следующие три байта определяются самим изготовителем. Адрес источника всегда является адресом отдельного устройства, а адрес назначения может быть адресом отдельного устройства, групповым адресом, либо широковещательным.
В кадре Ethernet 2-байтовое поле, следующее за адресом источника, является полем типа. Это поле определяет протокол верхнего уровня, принимающий данные для последующей обработки, после того как завершится работа Ethernet.
В кадре IEEE 802.3 2-байтовое поле, следующее за адресом источника, является полем длины, показывающее количество байт данных, которые будут следовать за этим полем и предшествовать полю контрольной последовательности - frame check sequence (FCS).
Следующее за полем типа/длины поле содержит данные передаваемые в кадре. После того как процессы физического и канального уровней завершатся, эти данные будут переданы протоколу верхнего уровня. В случае Ethernet протокол верхнего уровня определяется значением поля тип. В случае IEEE 802.3 тип протокола верхнего уровня определяется данными, содержащимися в кадре. Длина поля данных заполняется байтами набивки до минимальной длины кадра - 64 байта.
После поля данных следует 4-байтовое поле проверочной последовательности - FCS, содержащее величину проверки избыточности цикла - cyclic redundancy check (CRC). Эта величина вычисляется устройством-источником, а затем заново высчитывается устройством-приемником для проверки целостности информации.