Format ethernetnega okvirja: vrste, začetna različica in notranja sprememba

Glede na standard je format okvirja Ethernet (okvir) strukturiran in vsebuje več ali manj polj z informacijami o omrežnem vzorcu. Velikost okvirja od 64 bajtov do 1.518 bajtov je odgovorna za pravilno generiranje pravil in uspešen prenos informacij do prejemnika.

Protokol so v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja ustvarili znani proizvajalci računalnikov, kot so DEC, Intel in Xerox. Prvotno imenovan DIX Ethernet, pozneje Thick Ethernet zaradi uporabe koaksialnega kabla. V poznih 80. letih je bil nadgrajen v okvirni format Ethernet 2 z več funkcijami in hitrostmi. Približno v istem času je organizacija IEEE pripravljala standarde za internetna omrežja. V tem času se je hitrost povečevala: od 10 do 100 Mb/s, nato 1 Gb/s in danes 10 Gb/s v standardu IEEE 802.3AE.

Opredelitev formata okvirja

Ethernet je protokol, ki se uporablja v lokalnih omrežjih, ki predstavljajo skupino medsebojno povezanih naprav, ki se nahajajo relativno blizu skupaj na omejenem območju. Lokalna in globalna internetna omrežja se razlikujejo po nekaterih dejavnikih:

1. Manjša geografska pokritost.
2. Sredstva za obdelavo visokih hitrosti prenosa podatkov.
3. Visoke pasovne širine od 100 Mbit/s do 10 Gbit/s, ki se uporabljajo v nadgrajenih omrežjih.
4. Za povezavo naprav ni potrebna zakupljena linija ali ponudnik internetnih storitev.
5. LAN je lahko majhen projekt za pisarno ali delavca na daljavo.

Če želite vedeti, katere vrste okvirjev Ethernet obstajajo, malo zgodovine. Ethernet je bil prvotno razvit za delo na dolgem koaksialnem kablu, ki povezuje vse računalnike v omrežju. Ta vrsta se imenuje avtobus. Ko ena postaja pošlje podatke, jih sprejmejo vse druge. Zasnovan je bil na podlagi predpostavke, da bodo vsi slišali oddaje na odseku žice, ki je bil uporabljen za povezavo. Od tod izraza "žični segment" in "domena oddajanja".

domena oddajanja vključuje vse žice in računalnike, ki se lahko slišijo, ko en računalnik oddaja. Segment žice je kos žice, ki se uporablja za povezavo dveh naprav. Ker so omrežja Ethernet sestavljena iz oddajnih domen, ni urnega signala, kot je to pogosto pri linijskih povezavah.

Namesto tega morajo sistemi ugotoviti, ali se žica uporablja, in če ne, pošlje dovolj informacij, da jih lahko oddaljena postaja pravilno sinhronizira. Ta mehanizem je skupaj s sposobnostjo zaznavanja drugih računalnikov, ki poskušajo dostopati do žične povezave, formaliziran protokol, imenovan CSMA/CD zaznavanje večpredstavnostnega dostopa po standardu nosilca.

V modelu OSI je okvir na ravni podatkovne povezave in je odgovoren za prenos brez napak in razdelitev bitnega toka v bloke. Prva različica omrežja Ethernet I je temeljila na 16-bitnih poljih. Sodobni format okvirja Ethernet je bil prvič uporabljen v strukturi Ethernet II, preden je Inštitut inženirjev elektrotehnike in elektronike razvil standardni protokol IEEE 802.3, od katerih je bil prvi 3raw izdelan leta 1983.

Sestavni deli omrežja LAN

Omrežje LAN je tradicionalno okolje za povezovanje uporabnikov in uporabo virov v obliki podatkov, aplikacij in drugih funkcij z vhodnimi in izhodnimi napravami, kot so kamere, osebni računalniki, televizorji in tiskalniki. Ena njihovih najpomembnejših nalog je zagotavljanje komunikacije z drugimi. prek privzetih prehodov ter usmerjevalnikov in perifernih naprav WAN. LAN je vstopna točka v globalno omrežje, ki zagotavlja številne vire in povezljivost s partnerji in prodajalci v obliki okvirja Ethernet.

Današnja omrežja LAN lahko služijo različnim uporabniškim tokovom, od majhnih pisarn z nekaj napravami, povezanimi z internetom, do tokokrogov, ki vključujejo več stavb in več tisoč uporabnikov. Skupina oddaljenih zaposlenih in mobilnih uporabnikov je z uporabo navideznih zasebnih linij VPN obravnavana kot podaljšek omrežja podjetja. Okvir bo zagotavljal pregleden dostop do scenarija, v katerem sta interakcija in delovanje uporabnika zelo podobna neposredni povezavi s poslovnim omrežjem LAN.

Tipične komponente: končne točke, osebni računalniki, strežniki, telefoni IP, video konzole in omrežne naprave, ki zagotavljajo konsolidirano lokacijo za povezavo. Na primer stikalo, usmerjevalniki za povezovanje različnih omrežij v eno strukturo in včasih bolj tradicionalna vozlišča kot skupni medij. Del takšne strukture so tudi omrežne kartice in kabli.

Struktura okvira Ethernet

V tej obliki lahko vse naprave zaznajo kanal in ugotovijo prisotnost signalov drugih oddajnikov. To jim omogoča zaznavanje trkov, tako da je okvir del protokola zaznavanja. Računalniki v tem času načrtujejo prenos v skladu z naključnim časovnikom, ki je za vsak računalnik drugačen.

To ustvarja funkcionalno okolje, ki dolgoročno zagotavlja dobro delovanje. Nekateri modeli so lahko funkcionalni, vendar imajo slabo zasnovo vezja, na primer veliko območje trkov s preveč stroji, ki uporabljajo isti kanal. To bo povečalo možnost sočasnih prenosov in morebitnih trkov, kar bo zmanjšalo skupno zmogljivost. Druge težave so povezane z okvarjeno opremo, ki v omrežje pošilja okvirje z napako. Zato je naslednja pomembna funkcija vsakega protokola plasti 2 uokvirjanje.

Ethernetni okvir je vsebnik, ki nosi bite, ki se prenašajo po omrežju in imajo obliko polja. Na primer Ethernet 2 in IEEE 802.3 predstavlja zaporedje bitov, ki se uporabljajo za sinhronizacijo obeh komunicirajočih naprav, in zaporedje preverjanj, ki se uporabljajo za celovitost, ter ciljni in izvorni naslov - naslov MAC.

Komunikacija v omrežju LAN

Drug pomemben koncept v komunikaciji Ethernet in LAN je količina določenega prenosa. Pri enosmernem prenosu je samo en cilj - ciljni naslov, ki predstavlja en stroj. To je najbolj tipičen pristop, naslov MAC pa je edinstven identifikator, ki se uporablja za pošiljanje takih okvirjev. Če jih bodo protokoli in aplikacije poslali vsem napravam v omrežju, se uporablja oddajanje.

Oddajanje je cilj, ki ga obdelujejo vse naprave. To je uporabno za protokole, kot je ARP, ki zahtevajo pretvorbo IP v MAC brez informacij o lastniku IP.

Večpredstavnostno oddajanje je na sredini med enosmernim in radiodifuznim oddajanjem. Ne gre za eno ali vse destinacije, temveč za določeno skupino. Z drugimi besedami, če stroji pripadajo skupini, bo določen prenos ali paket namenjen tej skupini. To je bolj dinamično, saj se stroji hitro in učinkovito pridružujejo skupinam in jih zapuščajo. Primer aplikacije za večpredstavnostno oddajanje: videokonference, e-učenje in druga večpredstavnostna sredstva s širokim krogom uporabnikov.

naslovi MAC so povezani s prodajalcem strojne opreme. IEEE opredeljuje razpone za zagotavljanje edinstvenosti, ki omogočajo njihovo spreminjanje za posebne namene. Sestavljen je iz 24-bitnega edinstvenega identifikatorja organizacije (OUI), ki določa proizvajalca opreme, ne glede na to, ali omrežno kartico ali vrata usmerjevalnika. Teh 24 bitov vsebuje 2 bita s posebnim pomenom:

1. Navedba, ali so povezave oddajanja ali večpredstavnostnega oddajanja. Bit upravljanega naslova, ki se običajno uporablja pri spreminjanju MAC.
2. 24-bitni naslov postaje, ki ga ureja in upravlja določen prodajalec strojne opreme.

Standardi LAN

Ethernet z vidika OSI se nanaša na plast podatkovne povezave in ima specifikacije na fizični plasti. Na primer 1-gigabitni in 10-gigabitni ethernet bosta imela specifikacije za fizično plast ter referenčne tehnologije vlaken in priključke za zagotavljanje višjih hitrosti. Protokol je razdeljen na dve podvrsti: nadzor dostopa do medija in opredelitev naslova MAC kot oblike identifikacija za naprave v omrežju Ethernet. Podsloj, ki upravlja logično vezje, bo komuniciral z višjimi sloji, ko bodo komponente obdelovale vsak paket, se bodo sklicevale na CSMA/CD.

Formati okvirjev Ethernet 2 zagotavljajo naslavljanje MAC in metodo dostopa, imenovano CSMA/CD ali sistem večkratnega dostopa z zaznavanjem trkov. To je metoda točka-točka, ki zaradi edinstvene tehnologije deluje za omrežje Ethernet in omogoča, da vsi stroji oddajajo hkrati, kadar koli in brez prednosti, saj imajo vsi enak dostop, in je del protokola za večkratni dostop.

Klasični model VLAN

Ethernet Frame II, znan tudi kot V2, je najpogostejši na internetu. Trenutno večina aplikacij TCP/IP, kot so HTTP, FTP, SMTP in POP3, prenaša pakete na naslednji način.

Format okvirja fizičnega sloja Ethernet II.

Označeni okvirji vsebujejo oznako VLAN za ciljni VLAN (VLAN), ki deli strukturo na fizično in logično plast. To pomeni, da lahko s pomočjo VLAN podomrežja vzpostavite brez namestitve strojne opreme. Za identifikacijo okvirjev v VLAN je potrebno polje Tag. Na fizičnem nivoju VLAN delujejo prek stikal.

VLAN v modelu OSI deluje na sloju 2 podatkovne povezave in upravlja pretok podatkov. Z omrežji VLAN lahko omrežja postanejo učinkovitejša, saj so razdeljena na podomrežja. Označeni okvirji so odgovorni za informacije, ki jih obdeluje stikalo. Polje Tag je vstavljeno pred poljem Type in uporablja 4 bajte, kar poveča najmanjšo velikost okvirja Ethernet za 4 bajte.

Sinhronizirana komunikacija 802.3

Postopek sinhronizacije poteka z bitnim tokom, ki oddajniku in sprejemniku omogoča sinhronizacijo komunikacije. Preambula je izmenični vzorec binarnih 56 enic in ničel. Preambuli takoj sledi ločilo začetnega okvirja:

1. Začetni ločilnik je vedno 10101011 in se uporablja za označevanje začetka informacij.
2. Namembni naslov MAC, ki prejme podatke. Ko kartica (NIC) posluša po žici, v tem polju preveri svoj MAC.
3. Izvorni MAC naprave za pošiljanje.
4. Dolžina okvirja v bajtih. Čeprav lahko to polje vsebuje katero koli vrednost od 0 do 65.534, pri večini serijskih povezav redko presega 1500. Omrežja za dostop do interneta običajno uporabljajo serijske naprave.
5. Podatki o polnjenju (t. i. koristni tovor).
6. Podatki so vstavljeni tukaj. V to polje se v primeru uporabe protokola IP prek omrežja Ethernet namestijo naslovnica IP in druge informacije. To polje vsebuje informacije IPX, če se uporablja IPX/SPX (Novell).
7. V razdelku za izpolnjevanje formata okvirja Ethernet 802 3 so štiri posebna polja: DSAP - ciljna točka dostopa do storitev, SSAP - vir dostopa do storitev Poiont, CTRL - kontrolni biti za komunikacijo Ethernet, NLI - vmesnik omrežne plasti.
8. FCS - vsebuje zaporedje za preverjanje okvirja, ki se izračuna z uporabo cikličnega redundančnega preverjanja (CRC) in omogoča odkrivanje napak ter zavrnitev okvirja, če se zdi poškodovan.

Ta različica standarda 802.3, ki ima nesrečno ime "Ethernet 802.3", ki ga je Novell izdal pred splošno uveljavitvijo standardov IEEE 802 802.3 in priljubljeni IPX/SPX, zaradi česar je žal pogosto prihajalo do zamenjave s standardom. V nasprotju s klasičnim modelom Ethernet II okvir določa natančen zaključek bitnega zaporedja za SFD.

S tem je podatkovni paket opredeljen kot standard 802.3 za destinacijo. 802 okvirji.3raw ne vsebuje identifikatorja protokola, saj ga je mogoče uporabiti samo za Novell IPX. Poleg tega se prenašanim informacijam vedno dodata 2 bajta, ki sta sestavljena iz enic. To je edini način za razlikovanje "surovega" okvirja od drugih iz družine 802.3.

IEEE 802.3raw se lahko uporablja samo za protokol IPX, saj ni identifikatorja polja okvirja Ethernet. Ime IEEE 802.3raw je nekoliko zavajajoče tudi zato, ker je Novell uporabil to ime, ne da bi vključil IEEE, ko je zasnoval okvir.

Uporaba tega okvirja pomeni dodatno delo za uporabnika, saj lahko pride do težav z združljivostjo med napravami. Od leta 1993 je Novell priporočal standard Ethernet 802.2, ki je uporabljal standard IEEE 802.3 v izogib možnosti zamenjave s "surovim" okvirjem.

Nove funkcije - DSAP in SSAP

Standardizacija okvira 802.3 uvaja novi funkciji DSAP in SSAP, ki nadomeščata polje tipa in kontrolno polje, ki vsebujeta okvir LLC. Ta različica opredeljuje do 256 interoperabilnih protokolov z bistvenimi informacijami, ki so vključene v podatkovno polje. Novo kontrolno polje vzpostavi logično povezavo (LLC). Ta funkcija zagotavlja preglednost postopkov souporabe medijev in lahko nadzoruje pretok informacij.

DSAP ali Destination Service Access Point je enobajtno polje, ki služi kot kazalec na pomnilniški predpomnilnik sprejemne postaje. NIC-u sporoča, v katero omrežno enoto naj vnese informacije. Ta funkcija je ključnega pomena v primerih, ko uporabniki uporabljajo več kot en sklad protokolov. SSAP ali izvorna dostopna točka za storitve je podobna DSAP in označuje vir procesa pošiljanja.

Klasična struktura okvirja Ethernet 802.3 SNAP s posebno funkcijo je polje SNAP za opredelitev več kot 256 protokolov. Njihove številke zagotavljajo 2 bajta, poleg tega lahko proizvajalec vključi edinstven identifikator (3 bajte). Za razliko od svojih predhodnikov SNAP zagotavlja tudi združljivost z Ethernetom II.

DSAP, SSAP in nadzor so jasno opredeljeni. Z nedavno dodanim informacijskim prostorom 802.3, SNAP je izjemno vsestranski in omogoča interoperabilnost med različnimi protokoli. Vendar ima nekoliko manjši dejanski podatkovni prostor.

Klasična struktura okvirja Ethernet 802.3 z oznakami. Polje z oznako vsebuje pomembne informacije za integracijo VLAN.

Oznake VLAN lahko nastavite tudi v najbolj priljubljenem sodobnem formatu okvirja IEEE 802.3. V tem okvirju polje Tag uporablja 4 bajte in je izvedeno v skladu s specifikacijo dolžine. Najmanjša velikost okvirja se je povečala s 4 na 68.

Pregled: bloki okvirja Ethernet. Opomba na mizo.

Glava podatkovne povezave

Standardni naslovni standard za prenos - "Offset 0-5: naslov sprejemnika. Prvih šest bajtov velikosti okvirja Ethernet sestavlja ciljni naslov. To označuje, kateremu adapterju se pošilja podatkovni okvir. Namembni naslov označuje oddajno sporočilo, ki ga preberejo sprejemne naprave. Prvi trije bajti namembnega kraja so specifični za prodajalca in specifični za prodajalca. Namembni format je pri vseh izvedbah omrežja Ethernet enak.

Naslednjih šest bajtov sestavlja izvorni naslov, standard je "Offset 6-11: izvorni naslov. Označuje, iz katere kartice je bilo poslano sporočilo. Tako kot pri namembnem kraju prvi trije bajti označujejo ponudnika kartice. Format vira je enak v vseh izvedbah etherneta.

Bajta 13 in 14 vsebujeta dolžino podatkov v okvirju, brez preambule, 32-bitnega CRC, DLC ali samega polja dolžine. Ne more biti krajši od skupne dolžine 64 bajtov. Glava oddajnega kanala sledi glavi za nadzor logičnega kanala, ki je opisana v specifikaciji IEEE 802.2. Namen glave LLC je zagotoviti "luknjo v stropu" plasti podatkovnih povezav. Z navedbo, v kateri pomnilniški predpomnilnik adapter postavi okvir, glavička LLC zgornjim plastem sporoča, kje naj najdejo podatke.

Za SAP "Offset 17: kontrolni bajt" je enobajtno kontrolno polje, ki določa vrsto okvirja LLC. Po glavi 802.2 glavi sledi od 43 do 1497 bajtov, ki jih običajno sestavljajo glave višje ravni, kot sta TCP/IP ali IPX, nato pa dejanski uporabniški podatki.

FCS: Zadnji 4 bajti, ki jih prebere adapter, so zaporedje za preverjanje okvirja ali CRC. Ko se napetost na žici vrne na nič, adapter preveri zadnje 4 prejete bajte glede na kontrolno vsoto, ustvarjeno s kompleksnim polinomom. Če se izračunana kontrolna vsota ne ujema z vrednostjo v okvirju, se okvir zavrže in ne pride v pomnilniške predpomnilnike na postaji.

Primerjava 802.11 proti 802.3

Ena od razlik med brezžičnimi okvirji 802.3 Ethernet in 802.11 je velikost okvirja. 802 okvirji.3 imajo največjo velikost okvirja Ethernet 1518 bajtov s koristnim bremenom 1500 bajtov. Če so okvirji 802.3 označeno z 802.1Q za VLAN in uporabniško prioriteto, največja velikost 802.3 je 1522 bajtov s 1504 bajti podatkovnega bremena.

802.3 imajo v glavi plasti 2 samo izvorni (SA) in ciljni (DA) naslov. 802.11 ima v glavi MAC do štiri polja, uporablja pa le tri polja za naslov MAC (4 v okolju WDS).

Standard 802.11 lahko prenaša format okvirja Fast Ethernet s koristnim bremenom MSDU. Enak je zgornji ravni 2304 bajtov. Naslavljanje MAC, ki ga uporabljajo okvirji 802.11, veliko bolj zapleteno kot okvirji etherneta. Glede na to, ali je promet 802.11 naraščajoče ali padajoče, se definicija vsakega od štirih polj MAC v glavi plasti 2 spremeni.

Struktura okvirja IEEE 802 Ethernet.3 je danes najbolj priljubljen in pogosto uporabljen v omrežju LAN. Vendar pa nekateri protokoli zahtevajo več lokacije za posebnih informacij. Zato obstajajo različice okvirja IEEE 802.11 ki zagotavljajo dodatne podatkovne bloke za posebne informacije, vključno z razširitvijo SNAP in oznako VLAN.