Малышев СЕТИ Локальные вычислительные сети

81

4.Адрес источника (МАС-адрес источника) – 2-х или 6-ти байтовое поле, содержащее адрес станции отправителя. Первый бит – всегда имеет значение 0.

5.Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данных в

кадре.

6.Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт. Но если длина поля меньше 46 байт, то используется следующее поле – поле заполнения, чтобы дополнить кадр до минимально допустимой длины.

7.Поле заполнения состоит из такого количества байтов заполнителей, которое обеспечивает минимальную длину поля данных – 46 байт. Это обеспечивает корректное обнаружение коллизий. Если длина поля данных достаточна, то поле заполнения в кадре не появляется.

За адреса и данные отвечает программное обеспечение.

8.Поле контрольной суммы – 4 байта, содержащие значение, которое вычисляется источником по определенному алгоритму (полиному CRC-32, осуществляющему циклическое суммирование по модулю 32). После получения кадра рабочая станция-приемник выполняет собственное вычисление контрольной суммы для этого кадра, сравнивает рассчитанное значение с принятым значением в поле контрольной суммы и, таким образом, определяет, не искажен ли полученный кадр. Контрольная сумма генерируется микросхемой контроллера.

Заголовок кадра 802.3/LLC является результатом объединения полей заголовков кадров, определенных в стандартах 802.3 (МАС-подуровень) и

802.2(кадр LLC). Кадр 802.3 является кадром МАС-подуровня, в соответствии со стандартом 802.2 в его поле данных вкладывается кадр подуровня LLC с удаленными флагами начала и конца кадра. Формат кадра LLC был описан выше.

Результирующий кадр 802.3/LLC изображен во втором столбце табл. 3. Так как кадр LLC имеет заголовок длиной 3 байта (поля DSAP, SSAP, Control), то максимальный размер поля данных уменьшается до

1497 байт.

В табл. 3 приведен кадр, который называют кадром Raw 802.3 (т. е. «грубый» вариант 802.3) или же кадром Novell 802.3. Это кадр МАС- подуровня стандарта 802.3, но без вложенного кадра подуровня LLC. Компания Novell долгое время не использовала служебные поля кадра LLC в своей операционной системе NetWare из-за отсутствия необходимости идентифицировать тип информации, вложенной в поле данных – там всегда находился пакет протокола IPX, долгое время бывшего единственным протоколом сетевого уровня в ОС NetWare.

82

«+» – данное поле присутствует в кадре; «–» – данное поле отсутствует в кадре.

Теперь, когда необходимость идентификации протокола верхнего уровня появилась, компания Novell стала использовать возможность инкапсуляции в кадр МАС-подуровня кадра LLС, т. е. использовать стандартные кадры 802.3/LLC. Такой кадр компания обозначает теперь в своих операционных системах как кадр 802.2, хотя он является комбинацией за-

головков 802.3 и 802.2.

Кадр стандарта Ethernet DIX, называемый также кадром Ethernet II, похож на кадр Raw 802.3 тем, что он также не использует заголовки подуровня LLC, но отличается тем, что на месте поля длины в нем определено поле типа протокола (поле Type). Это поле предназначено для тех же целей, что и поля DSAP и SSAP кадра LLC – для указания типа протокола верхнего уровня, вложившего свой пакет в поле данных этого кадра. Для кодирования типа протокола используются значения, превышающие зна-

83

чение максимальной длины поля данных, равное 1500, поэтому кадры Ethernet II и 802.3 легко различимы.

Еще одним популярным форматом кадра является кадр Ethernet SNAP (SNAP – SubNetwork Access Protocol, протокол доступа к подсетям).

Кадр Ethernet SNAP определен в стандарте 802.2Н и представляет собой расширение кадра 802.3 путем введения дополнительного поля идентификатора организации, которое может использоваться для ограничения доступа к сети компьютеров других организаций.

В табл. 4 приведены данные о том, какие типы кадров Ethernet обычно поддерживают реализации популярных протоколов сетевого уровня [3].

Таблица 4

Форматы кадров LLC

По своему назначению все кадры уровня LLC (называемые в стандарте 802.2 блоками данных – Protocol Data Unit, PDU) подразделяются на три типа – информационные, управляющие и ненумерованные.

•Информационные кадры предназначены для передачи информации в процедурах с установлением логического соединения и должны обязательно содержать поле данных. В процессе передачи информационных блоков осуществляется их нумерация в режиме «скользящего окна», т. е. с изменяющимся количеством блоков, передаваемых за один раз

(LLC2).

•Управляющие кадры предназначены для передачи команд и ответов в процедурах с установлением логического соединения, в том числе запросов на повторную передачу искаженных информационных блоков и подтверждений о приеме (LLC2).

•Ненумерованные кадры предназначены для передачи ненумерованных команд и ответов, выполняющих для передачи информации, идентификации и тестирования LLC-уровня в процедурах без установления логического соединения, а в процедурах с установлением логического

84

соединения – для установления и разъединения логического соединения, а также информирования об ошибках, возникающих при этом. Все типы кадров уровня LLС имеют единый формат (рис. 28). Они содержат четыре поля:

-адрес точки входа сервиса назначения (Destination Service Access Point, DSAP), 1 байт;

-адрес точки входа сервиса источника (Source Service Access Point,

SSAP), 1 байт;

-управляющее поле (Control), 1 байт;

-поле данных (Data).

Рис. 28. Структура LLC-кадра стандарта 802.2 [3]

Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями «Флаг», имеющими значение 0111110. Флаги используются только на МАС-уровне для определения границ блока. Отметим, что формат кадров LLC, за исключением поля адреса точки входа сервиса источника (SSAP), соответствует формату кадра HDLC, а также одного из вариантов протокола HDLC - протокола LAP-B, используемого в сетях Х.25.

Поле данных кадра LLC предназначено для передачи по сети пакетов данных от протоколов верхних уровней IP, IPX, AppleTalk, DECnet, в редких случаях – прикладных протоколов, когда те не пользуются сетевыми протоколами, а вкладывают свои сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.

Поле управления используется для обозначения типа кадра – информационный, управляющий или ненумерованный. Кроме этого, в этом поле указываются порядковые номера отправленных и успешно принятых кадров, если подуровень LLC работает по процедуре LLC2 с установлением соединения. Формат поля управления полностью совпадает с форматом поля управления кадра – LAP-B.

Поля DSAP и SSAP позволяют указать, какой сервис (протокол) верхнего уровня пересылает данные с помощью этого кадра. Программному обеспечению узла-приемника при получении кадров канального уровня необходимо распознать, какой протокол вложил свой пакет в поле данных

85

поступившего кадра, для того, чтобы передать извлеченный из кадра пакет нужному протоколу для последующей обработки. Например, в качестве значения DSAP и SSAP может выступать код протокола IPX или же код протокола покрывающего дерева Spanning Tree.

Вопросы по разделу

1.Какие существуют типы кадров уровня LLC? Для чего они служат?

2.Какие поля имеет кадр уровня LLC?

3.Назовите поля заголовков МАС-подуровня.

4.В чем отличие кадров 802.3/LLC, Raw 802.3, Ethernet DIX и Ethernet SNAP? Какие поля они имеют?

Стандарты IEEE 802.1Q и IEEE 802.1р

Задачей рабочих групп института IEEE, трудящихся над стандартами p и Q, было дать сетевой отрасли единый метод передачи по сети информации о приоритете кадра и его принадлежности к ВЛВС (VLAN). Были разработаны две спецификации маркировки пакетов [4]:

-первая, одноуровневая, определяет взаимодействие виртуальных сетей по магистрали Fast Ethernet;

-вторая, двухуровневая, касается маркировки пакетов в смешанных магистралях, включая Token Ring и FDDI.

Первая спецификация с самого начала нуждалась лишь в минимальной доработке, т. к. она, по сути, представляет собой технологию тэговой коммутации, продвигаемую на рынок усилиями Cisco.

В соответствии со стандартом 802.1Q к кадру Ethernet добавлены четыре байта. Эти 32 бита содержат информацию по принадлежности кадра Ethernet к ВЛВС и о его приоритете. Тремя битами кодируется до восьми

уровней приоритета, 12 бит позволяют различать трафик до 4096 ВЛВС, 1 бит зарезервирован для обозначения кадров сетей других типов (Token Ring, FDDI), передаваемых по магистрали Ethernet.

Поле идентификатора уровня приоритета дает возможность использовать восемь таких уровней, соответствующих системе приоритетов стандарта 802.1p.

Взаголовке кадра Ethernet поля 802.1Q размещаются между адресом отправителя и полем с информацией о длине кадра полезной нагрузки

802.3(кадр Ethernet) или о типе протокола более высокого уровня (кадр

Ethernet II).

Внастоящее время практически все сетевые фирмы уже создали коммерческие версии продуктов, поддерживающие стандарты 802.1p и

86

802.1Q. Кроме того, многие производители коммутаторов Ethernet уже реализовали службы приоритезации собственной разработки.

Очевидно, что изменение структуры кадра Ethernet влечет за собой возникновение серьезных проблем – он теряет совместимость со всеми традиционными устройствами Ethernet, ориентированными на старый формат кадра.

В самом деле, из-за того, что данные 802.1Q размещаются перед полем с информацией о длине полезной нагрузки (или типе протокола), традиционный сетевой продукт не обнаружит эту информацию на привычном месте и вместо нее «прочитает» число x8100 – значение по умолчанию нового поля «Тэг протокольного идентификатора» (Tag Protocol Identifier) в кадрах 802.1Q.

Источником проблем является не только изменение в размещении полей заголовка кадра Ethernet, но и увеличение максимальной длины данного кадра. Многие сетевые устройства не способны обрабатывать кадры длиннее 1518 байт. Между специалистами возникли споры по поводу того, нужно ли максимальный размер кадра Ethernet удлинять на четыре байта или следует укоротить на четыре байта максимальный размер полезной нагрузки (поля данных) и таким образом компенсировать увеличение заголовка. Спецификация 802.1Q предусматривает оба подхода, поэтому производителям самим предстоит обеспечивать взаимную совместимость своих продуктов.

Для состыковки 802.1Q-совместимого устройства с прежним коммутатором или сетевой платой потребуется просто отключить поддержку стандарта 802.1Q на нужном порте, и весь трафик будет посылаться в сеть в обычном виде.

Приоритеты и классы обслуживания

Спецификация IEEE 802.1p, создаваемая в рамках процесса стандартизации 802.1Q, определяет метод передачи информации о приоритете сетевого трафика. Хотя в большинстве ЛВС редко случаются длительные перегрузки, отдельные всплески трафика представляют собой обычное явление и могут привести к задержкам передач пакетов. Это абсолютно неприемлемо для работы сетей, предназначенных для передачи голоса и видео. Стандарт 802.1p определяет алгоритм изменения порядка расположения пакетов в очередях, с помощью которого обеспечивается своевременная доставка трафика, чувствительного к временным задержкам.

Рабочая группа по стандартизации интегрированного обслуживания в сетях с разными канальными уровнями (ISSLL) определила ряд классов

87

обслуживания в зависимости от того, какое время задержки допустимо для передачи пакета того или иного типа трафика: чувствительного к задержкам порядка 10 мс, не допускающего задержек более 100 мс или почти не чувствительного к задержкам. Для успешной работы сети каждый из этих типов трафика должен иметь свой уровень приоритета, обеспечивающий выполнение требований, предъявляемых к величине задержки. Используя концепцию протокола резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol – RSVP) и систему классов обслуживания, можно определить схему управления приоритетами. Протокол RSVP поддерживается большинством коммутирующих маршрутизаторов и, в частности, моделями

SSR 8000/8600 производства Cabletron.

В дополнение к определению приоритетов стандарт 802.1p вводит важный протокол GARP (Generic Attributes Registration Protocol) с двумя специальными реализациями. Первая из них – протокол GMRP (GARP Multicast Registration Protocol), позволяющий рабочим станциям делать запрос на подключение к домену групповой рассылки сообщений. Поддерживаемую этим протоколом концепцию назвали подсоединением, инициируемым «листьями». Протокол GMRP обеспечивает передачу трафика только в те порты, из которых пришел запрос на групповой трафик, и хорошо согласуется со стандартом 802.1Q.

Второй реализацией GARP является протокол GVRP (GARP VLAN Registration Protocol), похожий на GMRP. Однако, работая по нему, рабочая станция вместо запроса на подключение к домену групповой рассылки сообщений посылает запрос на доступ к определенной ВЛВС. Данный протокол связывает стандарты p и Q.

С принятием предварительных вариантов стандартов 802.1Q и 802.1p появились все возможности для широкого использования средств приоритезации трафика в сетях Ethernet.

Механизмы приоритезации трафика, основанные на спецификациях 802.1Q и 802.1p, бесспорно, стали еще одним козырем технологии

Ethernet.

Но хотя упомянутые спецификации и обеспечивают приоритезацию трафика для наиболее популярных топологий второго уровня, они не гарантируют того, что вся инфраструктура сети (от одной ее конечной точки до другой) будет поддерживать обработку приоритетного трафика. В частности, спецификации 802.1Q и 802.1p бесполезны при управлении приоритетом IP-трафика (трафика третьего уровня), передаваемого через низкоскоростную распределенную сеть или каналы доступа в Интернет, т. е. через наиболее вероятные «узкие места» сетевой инфраструктуры [4].

88

Спецификации физической среды Ethernet

Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0,5 ". В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных [1-3].

•10Base-T – кабель на основе двух неэкранированных витых пар (Unshielded Twisted Pair, UTP) категории 3. Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом – не более 100 м. 1024 РС. 2500 м. 4 концентратора максимально в логическом сегменте.

•10Base-F – оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации –

FOIRL (2500 м/1000 м (магистрали)), 10Base-FL (2500 м/2000 м (РС-кон-

центратор)), 10Base-FB (2740 м/2000 м (магистрали)). В основном применяется для соединения ЦУ.

•10Base-5 – коаксиальный кабель диаметром 0,5 " (около 10 мм), называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента – 500 м (без повторителей). 99 РС/297 РС. 2500 м. «общая шина». Сейчас уже не применяется.

•10Base-2 – коаксиальный кабель диаметром 0,25 " (около 5 мм), называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента – 185 м (без повторителей). 30 РС/87 РС. 925 м. «общая шина». Сейчас уже не применяется.

Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов – 10 Мбит/с, а слово Base – метод передачи на одной базовой несущей частоте 10 МГц (в отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые называются broadband – широкополосными).

Стандарт 10Base-T

Стандарт принят в 1991 г. как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet и имеет обозначение 802.3L [1, 3].

Использует в качестве среды передачи данных двойную неэкранированную витую пару категории 3. Соединения станций осуществляются по топологии «звезда» («точка-точка») со специальным устройством – многопортовым повторителем с помощью двух витых пар. Одна витая пара ис-

90

Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать

1024.

Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, обладают по сравнению с коаксиальными вариантами Ethernet'a многими преимуществами. Эти преимущества связаны с разделением общего физического кабеля на отдельные кабельные отрезки (для каждой РС), подключенные к центральному коммуникационному устройству. И хотя логически эти отрезки по-прежнему образуют общий домен коллизий, их физическое разделение позволяет контролировать их состояние и отключать в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе. Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet, т. к. концентратор обычно автоматически выполняет такие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

Стандарт 10Base-F

Стандарт 10Base-F использует в качестве среды передачи данных оптоволокно. Функционально сеть стандарта 10Base-F состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T – сетевых адаптеров, многопортового повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Как и при использовании витой пары, для соединения адаптера с повторителем используется два оптоволокна – одно соединяет выход Тх адаптера со входом Rx повторителя, а другое – вход Rx адаптера с выходом Тх повторителя [1, 3].

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) – это первый стан-

дарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Он гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей – 4.

Стандарт 10Base-FL предназначен для соединения конечных узлов с концентратором и работает с сегментами оптоволокна длиной не более 2000 м при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей – 4.

Стандарт 10Base-FB предназначен для магистрального соединения повторителей. Он позволяет иметь в сети до 5 повторителей при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м. Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов (манчестерский код J и K: J-J-K-K-J-J-…), отличающимися от сигналов кадров дан-