فرمت های فریم اترنت فرمت های فریم اترنت ساخت شبکه ها با استفاده از فناوری اترنت 1000base t

در یک شبکه، چندین کامپیوتر باید یک رسانه انتقال را به اشتراک بگذارند. با این حال، اگر دو کامپیوتر سعی کنند داده ها را به طور همزمان ارسال کنند، یک برخورد رخ می دهد و داده ها از بین می روند.

همه کامپیوترهای تحت شبکه باید از یک روش دسترسی استفاده کنند وگرنه شبکه از کار می افتد. رایانه های فردی که روش های آنها غالب خواهد بود، از انتقال بقیه جلوگیری می کند. روش‌های دسترسی برای جلوگیری از دسترسی همزمان چندین رایانه به کابل، ساده‌سازی انتقال و دریافت داده‌ها از طریق شبکه و اطمینان از اینکه تنها یک رایانه می‌تواند در یک زمان ارسال کند، عمل می‌کند.

در Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (به اختصار CSMA/CD)، همه رایانه‌های موجود در شبکه - هم کلاینت‌ها و هم سرورها - از طریق کابل «گوش می‌کنند» و به دنبال تشخیص داده‌ها (یعنی ترافیک) در حال انتقال هستند.

1) کامپیوتر "می فهمد" که کابل رایگان است (یعنی ترافیک وجود ندارد).

2) کامپیوتر می تواند شروع به انتقال داده کند.

3) تا زمانی که کابل آزاد نشود (در حین انتقال داده)، هیچ یک از رایانه های شبکه قادر به انتقال نیستند.

اگر بیش از یک دستگاه شبکه سعی کنند به طور همزمان به رسانه انتقال دسترسی پیدا کنند، یک برخورد رخ می دهد. رایانه‌ها وقوع یک برخورد را ثبت می‌کنند، خط انتقال را برای بازه‌های زمانی مشخص شده (در محدوده‌های تعریف‌شده توسط استاندارد) رها می‌کنند و پس از آن تلاش انتقال تکرار می‌شود. کامپیوتری که برای اولین بار خط انتقال را گرفت شروع به انتقال داده می کند.

CSMA/CD به عنوان یک روش خصمانه شناخته می‌شود زیرا رایانه‌های تحت شبکه برای حق انتقال داده‌ها با یکدیگر «رقابت» می‌کنند.

توانایی تشخیص برخورد دلیلی است که دامنه خود CSMA/CD را محدود می کند. به دلیل سرعت محدود انتشار سیگنال در سیم ها در فواصل بیش از 2500 متر (1.5 مایل)، مکانیسم تشخیص برخورد موثر نیست. اگر فاصله تا کامپیوتر فرستنده از این حد بیشتر شود، برخی از کامپیوترها زمان کافی برای شناسایی بار کابل و شروع به انتقال داده را ندارند که منجر به برخورد و از بین رفتن بسته های داده می شود.

نمونه هایی از پروتکل های CDSMA/CD عبارتند از Ethernet نسخه 2 DEC و IEEE 802.3.

مشخصات رسانه فیزیکی اترنت

برای فناوری اترنت، انواع مختلفی از لایه فیزیکی ایجاد شده است، که نه تنها در نوع کابل و پارامترهای الکتریکی پالس ها، همانطور که در فناوری اترنت 10 مگابیت بر ثانیه انجام می شود، متفاوت است، بلکه در روش کد گذاری سیگنال و تعداد هادی های استفاده شده در کابل بنابراین، لایه فیزیکی اترنت ساختار پیچیده تری نسبت به اترنت کلاسیک دارد.

مشخصات فناوری اترنت امروزه شامل رسانه های انتقال زیر است.

• 10Base-2- کابل کواکسیال با قطر 0.25 اینچ که کواکس نازک نامیده می شود. امپدانس موج 50 اهم دارد. حداکثر طول قطعه 185 متر (بدون تکرار کننده) است.
• 10 پایه-5- یک کابل کواکسیال با قطر 0.5 اینچ که کواکس "ضخیم" نامیده می شود. امپدانس موج 50 اهم دارد. حداکثر طول قطعه بدون تکرار کننده 500 متر است.
• 10Base-T- کابل مبتنی بر جفت پیچ خورده بدون محافظ (UTP). توپولوژی ستاره ای مبتنی بر هاب را تشکیل می دهد. فاصله بین هاب و گره انتهایی بیش از 100 متر نیست.
• 10Base-F- کابل فیبر نوری. توپولوژی مشابه با استاندارد 10Base-T است. انواع مختلفی از این مشخصات وجود دارد - FOIRL (فاصله تا 1000 متر)، 10Base-FL (فاصله تا 2000 متر).

فرمت های فریم اترنت

همانطور که در تولید، فریم ها در شبکه اترنت همه چیز هستند. آنها به عنوان یک ظرف برای همه بسته های سطح بالا عمل می کنند، بنابراین، برای درک یکدیگر، فرستنده و گیرنده باید از یک نوع فریم اترنت استفاده کنند. استاندارد فناوری اترنت که در سند IEEE802.3 تعریف شده است، یک قالب قاب لایه MAC را توصیف می‌کند. فریم‌ها می‌توانند تنها در چهار فرمت مختلف باشند و همچنین تفاوت زیادی با یکدیگر ندارند. علاوه بر این، تنها دو قالب اصلی قاب وجود دارد (در اصطلاح انگلیسی به آنها "فرمت های خام" می گویند) - Ethernet_II و Ethernet_802.3، و آنها فقط در هدف یک زمینه متفاوت هستند.

• قاب Ethernet DIX (Ethernet II). در نتیجه کار کنسرسیومی متشکل از سه شرکت دیجیتال، اینتل و زیراکس در سال 1980 ظاهر شد که نسخه اختصاصی استاندارد اترنت خود را به عنوان پیش نویس استاندارد بین المللی به کمیته 802.3 ارائه کرد.
• 802.3/LLC، 802.3/802.2یا رمان 802.2. توسط کمیته 802.3 استانداردی اتخاذ شد که در برخی جزئیات با اترنت DIX متفاوت است.
• فریم خام 802.3، یا رمان 802.3- در نتیجه تلاش های ناول برای تسریع عملکرد پشته پروتکل خود در شبکه های اترنت ظاهر شد.

هر فریم با یک مقدمه (Preamble) به طول 7 بایت شروع می شود که با الگوی 0b10101010 پر شده است (برای همگام سازی مبدا و مقصد). پس از مقدمه، بایت جداکننده فریم اولیه (Start of Frame Delimiter، SFD) می آید که شامل دنباله 0b10101011 است و شروع فریم خود را نشان می دهد. سپس فیلدهای آدرس مقصد (DA) و منبع (آدرس منبع، SA) می آیند. اترنت از آدرس های لایه IEEE MAC 48 بیتی استفاده می کند.

فیلد زیر با توجه به نوع قاب دارای معنای متفاوت و طول متفاوت است.

در انتهای فریم یک فیلد جمع کنترلی 32 بیتی (Frame Check Sequence, FCS) قرار دارد. چک‌سوم با استفاده از الگوریتم CRC-32 محاسبه می‌شود. اندازه فریم اترنت از 64 تا 1518 بایت (به استثنای مقدمه، اما شامل فیلد جمع بررسی)

نوع فریم Ethernet DIX

یک فریم Ethernet DIX، که فریم Ethernet II نیز نامیده می‌شود، شبیه به فریم Raw 802.3 است که از هدرهای زیرلایه LLC نیز استفاده نمی‌کند، اما از این جهت متفاوت است که یک فیلد نوع پروتکل (فیلد نوع) را به جای طول تعریف می‌کند. رشته. این فیلد همان هدفی را انجام می دهد که فیلدهای DSAP و SSAP یک فریم LLC - برای نشان دادن نوع پروتکل لایه بالایی که بسته خود را در فیلد داده این قاب محصور کرده است. کدگذاری نوع پروتکل از مقادیر بیشتر از حداکثر طول میدان داده 1500 استفاده می کند، بنابراین فریم های Ethernet II و 802.3 به راحتی قابل تشخیص هستند.

نوع فریم خام 802.3.

به دنبال آدرس منبع، حاوی یک فیلد طولی 16 بیتی (L) است که تعداد بایت های پس از فیلد طول (به استثنای فیلد جمع کنترل) را مشخص می کند. یک بسته پروتکل IPX همیشه در این نوع فریم تعبیه شده است. دو بایت اول هدر پروتکل IPX شامل جمع کنترلی دیتاگرام IPX است. اما این فیلد به صورت پیش فرض استفاده نمی شود و مقدار آن 0xFFFF است.

نوع قاب 802.3.LLC

پس از فیلد آدرس منبع، یک فیلد 16 بیتی به طول می‌انجامد که تعداد بایت‌هایی را که از این فیلد پیروی می‌کند (به استثنای فیلد جمع‌بندی) مشخص می‌کند. هدر فریم 802.3/LLC حاصل ترکیب فیلدهای هدر فریم تعریف شده در استانداردهای 802.3 و 802.2 است.

استاندارد 802.3 هشت فیلد هدر را تعریف می کند:

زمینه مقدمهاز هفت بایت داده همگام سازی تشکیل شده است. هر بایت حاوی همان دنباله بیت است - 10101010. با رمزگذاری منچستر، این ترکیب در محیط فیزیکی با یک سیگنال موج تناوبی نشان داده می شود. مقدمه برای اجازه دادن زمان و فرصت به مدارهای فرستنده گیرنده برای همگام سازی ثابت با سیگنال های ساعت دریافتی استفاده می شود.

جداکننده اولیهفریم از یک بایت با مجموعه بیت 10101011 تشکیل شده است. وقوع این الگو نشان دهنده این است که فریم در شرف دریافت است.

آدرس گیرنده- می تواند 2 یا 6 بایت باشد (آدرس MAC مقصد). بیت اول آدرس گیرنده نشانه فردی یا گروهی بودن آدرس است: اگر 0 باشد، آدرس به یک ایستگاه خاص اشاره می کند، اگر 1 باشد، این آدرس گروهی چندین (احتمالاً همه) ایستگاه های شبکه است. در آدرس دهی پخش، همه بیت های فیلد آدرس روی 1 تنظیم می شوند. استفاده از آدرس های 6 بایتی معمول است.

آدرس فرستنده- فیلد 2 یا 6 بایتی حاوی آدرس ایستگاه فرستنده. بیت اول همیشه 0 است.

دو بایت فیلد طولیطول فیلد داده در قاب را مشخص می کند.

فیلد دادهممکن است از 0 تا 1500 بایت باشد. اما اگر طول فیلد کمتر از 46 بایت باشد، از فیلد بعدی استفاده می شود - فیلد padding، تا کادر را به حداقل طول مجاز اضافه کنید.

فیلد را پر کنیدشامل تعدادی بایت بالشتک است که حداقل طول میدان داده مشخصی (46 بایت) را فراهم می کند. این تضمین می کند که مکانیسم تشخیص برخورد به درستی کار می کند. اگر طول فیلد داده کافی باشد، فیلد padding در کادر ظاهر نمی شود.

فیلد چک جمع- 4 بایت حاوی مقداری که طبق یک الگوریتم مشخص (چند جمله ای CRC-32) محاسبه می شود. به محض دریافت یک فریم، ایستگاه کاری محاسبه جمع کنترلی خود را برای آن فریم انجام می‌دهد، مقدار دریافتی را با مقدار فیلد چک‌سوم مقایسه می‌کند، و بنابراین تعیین می‌کند که آیا فریم دریافتی خراب است یا خیر.

یک فریم 802.3 یک فریم زیر لایه MAC است، مطابق با استاندارد 802.2، یک فریم زیر لایه LLC با حذف پرچم های شروع و پایان فریم در قسمت داده آن تعبیه شده است.

فریم 802.3/LLC حاصل در زیر نشان داده شده است. از آنجایی که قاب LLC دارای هدر 3 بایتی است، حداکثر اندازه فیلد داده به 1497 بایت کاهش می یابد.

قاب اترنت نوع SNAP

فریم اترنت اسنپ (SNAP - پروتکل دسترسی زیرشبکه) توسعه فریم 802.3/ LLC با معرفی هدر پروتکل SNAP اضافی است. هدر شامل یک فیلد شناسه سازمانی 3 بایتی (OUI) و یک فیلد نوع 2 بایتی (Type, Ethertype) است. نوع پروتکل سطح بالا را مشخص می کند و فیلد OUI هویت سازمانی را مشخص می کند که تخصیص کدهای نوع پروتکل را کنترل می کند. کدهای پروتکل استانداردهای IEEE 802 توسط IEEE کنترل می شوند که دارای کد OUI 0x000000 است. برای این کد OUI، فیلد نوع برای Ethernet SNAP با مقدار نوع Ethernet DIX یکسان است.

جدول خلاصه در مورد استفاده از انواع فریم های مختلف توسط پروتکل های لایه بالاتر.

اترنت سریع

تفاوت بین فناوری Fast Ethernet و Ethernet

تمام تفاوت‌های بین فناوری‌های اترنت و اترنت سریع در سطح فیزیکی متمرکز است. هدف فناوری Fast Ethernet به دست آوردن سرعت قابل توجه، مرتبه‌ای بالاتر، در مقایسه با اترنت 10 پایه T - IEEE 802.3 است، در حالی که در همان زمان، روش دسترسی، قالب فریم و سیستم ضبط یکسان را حفظ می‌کند. MAC و LLC. سطوح در Fast Ethernet کاملاً یکسان باقی مانده است.

سازماندهی لایه فیزیکی فناوری Fast Ethernet پیچیده تر است، زیرا از سه نوع سیستم کابلی استفاده می کند:

• کابل چند حالته فیبر نوری (دو فیبر)
• جفت پیچ خورده دسته 5 (دو جفت)
• جفت پیچ خورده دسته 3 (چهار جفت)

کابل کواکسیال در اترنت سریع استفاده نمی شود. شبکه‌های اترنت سریع در یک رسانه مشترک، مانند شبکه‌های 10Base-T/10Base-F، ساختار درختی سلسله مراتبی دارند که بر روی هاب‌ها ساخته شده‌اند. تفاوت اصلی در پیکربندی شبکه های اترنت سریع کاهش قطر به 200 متر است که با کاهش 10 برابری زمان انتقال حداقل طول فریم نسبت به شبکه اترنت 10 مگابایتی توضیح داده می شود.

اما هنگام استفاده از سوئیچ‌ها، پروتکل اترنت سریع می‌تواند در حالت دوطرفه کامل عمل کند، که در آن هیچ محدودیتی در طول کل شبکه وجود ندارد، بلکه فقط در بخش‌های فیزیکی منفرد وجود دارد.

مشخصات محیط فیزیکیشبکه محلی کابلی

• 100BASE-T- یک اصطلاح عمومی برای یکی از سه استاندارد اترنت 100 مگابیت بر ثانیه که از جفت پیچ خورده به عنوان رسانه انتقال استفاده می کند. طول قطعه تا 200-250 متر. شامل 100BASE-TX، 100BASE-T4 و 100BASE-T2 است.
• 100BASE-TX, IEEE 802.3u- توسعه فناوری 10BASE-T از توپولوژی ستاره استفاده می شود، از کابل جفت پیچ خورده دسته 5 استفاده می شود که در واقع از 2 جفت هادی استفاده می کند، حداکثر سرعت انتقال اطلاعات 100 مگابیت بر ثانیه است.
• 100BASE-T4- اترنت 100 مگابیت بر ثانیه از طریق کابل رده 3. هر 4 جفت استفاده شده است. در حال حاضر عملا استفاده نمی شود. انتقال داده ها در حالت نیمه دوبلکس است.
• 100BASE-T2- استفاده نشده. اترنت 100 مگابیت بر ثانیه از طریق کابل رده 3. فقط 2 جفت استفاده شده است. حالت انتقال کامل دوطرفه پشتیبانی می شود، زمانی که سیگنال ها در جهت مخالف در هر جفت منتشر می شوند. سرعت انتقال در یک جهت - 50 مگابیت در ثانیه.
• 100BASE-FX- اترنت 100 مگابیت بر ثانیه از طریق کابل فیبر نوری. حداکثر طول سگمنت در حالت نیمه دوبلکس 400 متر (برای تشخیص تصادف تضمینی) یا 2 کیلومتر در حالت دورو کامل در فیبر نوری چند حالته و تا 32 کیلومتر در حالت تک است.

اترنت گیگابیت

• 1000BASE-T، IEEE 802.3ab- اترنت استاندارد 1 گیگابیت بر ثانیه. جفت پیچ خورده رده 5e یا رده 6 استفاده می شود که هر 4 جفت در انتقال داده نقش دارند. سرعت انتقال داده - 250 مگابیت بر ثانیه بیش از یک جفت.
• 1000BASE-TX، - استاندارد اترنت 1 گیگابیت در ثانیه فقط با استفاده از جفت پیچ خورده رده 6. استفاده نشده.
• 1000Base-X- یک اصطلاح کلی برای فناوری اترنت گیگابیت با استفاده از کابل فیبر نوری به عنوان رسانه انتقال داده، شامل 1000BASE-SX، 1000BASE-LX و 1000BASE-CX است.
• 1000BASE-SX، IEEE 802.3z- فناوری اترنت 1 گیگابیت بر ثانیه، از فیبر چند حالته استفاده می کند، فاصله انتقال سیگنال بدون تکرار کننده تا 550 متر است.
• 1000BASE-LX، IEEE 802.3z- فناوری اترنت 1 گیگابیت بر ثانیه، از فیبر چند حالته استفاده می کند، فاصله انتقال سیگنال بدون تکرار کننده تا 550 متر است. بهینه شده برای مسافت های طولانی با استفاده از فیبر تک حالته (تا 10 کیلومتر).
• 1000BASE-CX- فناوری اترنت گیگابیت برای فواصل کوتاه (تا 25 متر)، با استفاده از کابل مسی مخصوص (Shielded Twisted Pair (STP)) با امپدانس مشخصه 150 اهم. با 1000BASE-T و اکنون جایگزین شده است استفاده نشده.
• 1000BASE-LH (مدت طولانی)- فناوری اترنت 1 گیگابیت بر ثانیه، با استفاده از کابل نوری تک حالته، فاصله انتقال سیگنال بدون تکرار کننده تا 100 کیلومتر.

مشکلات اترنت گیگابیت

• اطمینان از قطر شبکه قابل قبول برای عملکرد در یک محیط مشترک. با توجه به محدودیت‌های طول کابل CSMA/CD، یک نسخه اشتراکی اترنت گیگابیتی تنها به طول بخش 25 متر اجازه می‌دهد. حل این مشکل ضروری بود.
• دستیابی به نرخ بیت 1000 مگابیت بر ثانیه در کابل نوری. فناوری کانال فیبر، که لایه فیزیکی آن به عنوان مبنای نسخه فیبر نوری گیگابیت اترنت در نظر گرفته شده است، سرعت انتقال داده را تا 800 مگابیت بر ثانیه فراهم می کند.
• به عنوان یک کابل جفت پیچ خورده استفاده کنید.

برای حل این مشکلات، نه تنها در لایه فیزیکی، بلکه در لایه MAC نیز تغییراتی لازم بود.

ابزاری برای ارائه قطر شبکه 200 متر بر روی یک رسانه مشترک

برای گسترش حداکثر قطر شبکه اترنت گیگابیتی در حالت نیمه دوبلکس تا 200 متر، توسعه دهندگان فناوری اقدامات کاملاً طبیعی را بر اساس نسبت شناخته شده حداقل زمان ارسال طول فریم و زمان رفت و برگشت دوگانه انجام داده اند.

حداقل اندازه فریم (به استثنای مقدمه) از 64 به 512 بایت یا 4096 bt افزایش یافته است. بر این اساس، اکنون می توان زمان رفت و برگشت را نیز به 4095 bt افزایش داد و قطر شبکه حدود 200 متر را با استفاده از یک تکرار کننده قابل قبول کرد. با تأخیر سیگنال مضاعف 10 bt/m، کابل‌های فیبر نوری 100 متر در طول چرخش دوگانه 1000 bt کمک می‌کنند، و اگر تکرارکننده و آداپتورهای شبکه همان تأخیرهایی را ایجاد کنند که در فناوری‌های اترنت سریع (اطلاعات مربوط به آن‌ها در قبلی ارائه شد). بخش)، سپس یک تاخیر تکرار کننده 1000 بیتی و یک جفت کارت شبکه 1000 بیتی به زمان رفت و برگشت 4000 bt اضافه می شود که شرایط تشخیص برخورد را برآورده می کند. برای افزایش طول فریم به مقدار مورد نیاز در فناوری جدید، آداپتور شبکه باید فیلد داده را به طول 448 بایت با پسوند (پسوند) تکمیل کند، که فیلدی پر از کاراکترهای کد ممنوع 8 ولت / 10 ولت است. که نمی توان آن را با کدهای داده اشتباه گرفت.

برای کاهش هزینه های اضافی هنگام استفاده از فریم های خیلی طولانی برای ارسال رسیدهای کوتاه، توسعه دهندگان استاندارد به گره های انتهایی اجازه دادند تا چندین فریم را پشت سر هم بدون انتقال رسانه به ایستگاه های دیگر ارسال کنند. این حالت Burst Mode نامیده می شود - حالت انفجاری انحصاری. یک ایستگاه می تواند چندین فریم را پشت سر هم با طول کل بیش از 65536 بیت یا 8192 بایت ارسال کند. اگر ایستگاه نیاز به ارسال چندین فریم کوچک داشته باشد، ممکن است آنها را تا اندازه 512 بایت ارسال نکند، اما به صورت متوالی ارسال کند تا زمانی که محدودیت 8192 بایت تمام شود (این محدودیت شامل تمام بایت های فریم از جمله بایت می شود. مقدمه، سرصفحه، داده و جمع کنترلی). حد 8192 بایت BurstLength نامیده می شود. اگر ایستگاه شروع به ارسال یک فریم کرد و حد BurstLength در وسط قاب رسید، آنگاه فریم مجاز است تا انتها ارسال شود.

افزایش فریم ترکیبی به 8192 بایت تا حدودی دسترسی به محیط مشترک سایر ایستگاه ها را به تاخیر می اندازد، اما با سرعت 1000 مگابیت بر ثانیه، این تاخیر چندان قابل توجه نیست.

ادبیات

1. V.G.Olifer، N.A.Olifer شبکه های کامپیوتری

استاندارد اترنت IEEE 802.3

امروزه پرکاربردترین استاندارد فناوری شبکه است.

ویژگی ها:

• با کابل کواکسیال، جفت پیچ خورده، کابل های نوری کار می کند.
• توپولوژی - اتوبوس، ستاره؛
• روش دسترسی - CSMA/CD.

معماری فناوری شبکه اترنت در واقع مجموعه کاملی از استانداردها را با هم ترکیب می کند که هم ویژگی های مشترک و هم تفاوت هایی دارند.

فناوری اترنت همراه با بسیاری از اولین پروژه های Xerox PARC Corporation توسعه یافت. به طور کلی پذیرفته شده است که اترنت در 22 می 1973 اختراع شد، زمانی که رابرت متکالف یادداشتی به رئیس PARC در مورد پتانسیل فناوری اترنت نوشت. اما متکالف چند سال بعد حق قانونی این فناوری را به دست آورد. در سال 1976 او و دستیارش دیوید بوگز جزوه ای به نام اترنت: سوئیچینگ بسته توزیع شده برای شبکه های کامپیوتری محلی منتشر کردند. متکالف در سال 1979 زیراکس را ترک کرد و 3Com را برای ترویج رایانه ها و شبکه های محلی تأسیس کرد. او موفق شد DEC، اینتل و زیراکس را متقاعد کند که با هم همکاری کنند و استاندارد اترنت (DIX) را توسعه دهند. این استاندارد برای اولین بار منتشر شد 30 سپتامبر 1980.

توسعه بیشتر فناوری اترنت:

• 1982-1993 توسعه اترنت 10 مگابیت بر ثانیه.
• 1995-1998 توسعه Fast EtherNet.
• 1998-2002 توسعه GigaBit EtherNet.
• 2003-2007 توسعه اترنت 10 گیگا بیتی.
• 2007-2010 توسعه اترنت 40 و 100 گیگا بیتی.
• 2010 تا ارائه توسعه اترنت ترابیت.

در سطح MAC، که دسترسی به رسانه و انتقال فریم را فراهم می کند، آدرس های منحصر به فرد 6 بایتی تنظیم شده توسط استاندارد، به نام آدرس MAC، برای شناسایی رابط های شبکه گره های شبکه استفاده می شود. به طور معمول، یک آدرس MAC به صورت شش جفت رقم هگزادسیمال نوشته می شود که با خط تیره یا دو نقطه از هم جدا شده اند، مانند 00-29-5E-3C-5B-88. هر آداپتور شبکه یک آدرس MAC دارد.

ساختار آدرس مک اترنت:

• بیت اول آدرس مک مقصد، بیت I/G (فردی/گروهی یا پخش) نامیده می شود. در آدرس منبع، این نشانگر مسیر منبع نامیده می شود.
• بیت دوم نحوه تخصیص آدرس را تعیین می کند.
• سه بایت بالای آدرس را Burned In Address (BIA) یا Organizationally UniqueIdentifier (OUI) می نامند.
• سازنده مسئول منحصر به فرد بودن سه بایت پایین آدرس است.

برخی از برنامه های شبکه، به ویژه wireshark، می توانند بلافاصله به جای کد سازنده - نام سازنده کارت شبکه داده شده، نمایش داده شوند.

فرمت فریم فناوری اترنت

4 نوع فریم (فریم) در شبکه های اترنت وجود دارد:

• قاب 802.3/LLC (یا فریم Novell802.2)،
• قاب خام 802.3 (یا فریم Novell 802.3)،
• فریم Ethernet DIX (یا فریم Ethernet II)،
• فریم اترنت اسنپ.

در عمل، تنها یک فرمت فریم در تجهیزات اترنت استفاده می شود، یعنی فریم EtherNet DIX که گاهی با شماره آخرین استاندارد DIX به آن فریم نیز گفته می شود.

• دو فیلد هدر اول برای آدرس ها رزرو شده است:
• DA (آدرس مقصد) – آدرس MAC میزبان مقصد؛
• SA (آدرس منبع) - آدرس MAC گره منبع. برای ارائه یک فریم، یک آدرس کافی است - آدرس مقصد، آدرس منبع در قاب قرار می گیرد تا گره ای که فریم را دریافت کرده است بداند فریم از چه کسی آمده است و چه کسی باید به آن پاسخ دهد.
• فیلد T (Type) حاوی کد قراردادی پروتکل لایه بالایی است که داده های آن در فیلد داده فریم است، به عنوان مثال، مقدار هگزادسیمال 08-00 مربوط به پروتکل IP است. این فیلد برای پشتیبانی از عملکردهای واسط چندپلکسی فریم و دی مالتیپلکسی هنگام تعامل با پروتکل های لایه بالایی لازم است.
• فیلد داده اگر طول داده های کاربر کمتر از 46 بایت باشد، این قسمت به حداقل اندازه با بایت های padding اضافه می شود.
• فیلد Frame Check Sequence (FCS) از 4 بایت از جمع کنترلی تشکیل شده است. این مقدار با استفاده از الگوریتم CRC-32 محاسبه می شود.

فریم EtherNet DIX (II) جدایی لایه پیوند اترنت را به لایه MAC و لایه LLC منعکس نمی کند: فیلدهای آن از عملکردهای هر دو لایه پشتیبانی می کنند، به عنوان مثال، توابع رابط فیلد T متعلق به توابع هستند. لایه LLC، در حالی که تمام فیلدهای دیگر از عملکردهای لایه MAC پشتیبانی می کنند.

فرمت فریم EtherNet II را با استفاده از مثال یک بسته ضبط شده با استفاده از تحلیلگر شبکه Wireshark در نظر بگیرید.

لطفاً توجه داشته باشید که از آنجایی که آدرس MAC از یک کد سازنده و یک شماره رابط تشکیل شده است، تحلیلگر شبکه بلافاصله کد سازنده را به نام سازنده تبدیل می کند.

بنابراین، در فناوری اترنت، آدرس‌های MAC به عنوان آدرس مقصد و مقصد عمل می‌کنند.

استانداردهای فناوری اترنت

مشخصات فیزیکی فناوری اترنت شامل رسانه های انتقال زیر است.

• l0Base-5 - یک کابل کواکسیال با قطر 0.5 اینچ (1dm = 2.54cm)، به نام کابل کواکسیال "ضخیم"، با امپدانس مشخصه 50 اهم.
• l0Base-2 یک کابل کواکسیال 0.25 اینچی است که کواکسی نازک نامیده می شود و دارای امپدانس مشخصه 50 اهم است.
• l0Base-T - کابل مبتنی بر جفت پیچ خورده بدون محافظ (Unshielded Twisted Pair، UTP)، دسته 3،4،5.
• l0Base-F - کابل فیبر نوری.

عدد 10 بیانگر نرخ بیت اسمی استاندارد یعنی 10 مگابیت بر ثانیه است و کلمه "Base" روش انتقال در یک فرکانس پایه است. آخرین کاراکتر نشان دهنده نوع کابل است.

کابل به عنوان یک کانال برای همه ایستگاه ها استفاده می شود، حداکثر طول قطعه 500 متر است. ایستگاه از طریق یک گیرنده - فرستنده گیرنده به کابل متصل می شود. فرستنده و گیرنده با یک کابل رابط AUI به آداپتور شبکه کانکتور DB-15 متصل می شود. ترمیناتورها در هر انتها برای جذب سیگنال های منتشر شده از طریق کابل مورد نیاز هستند.

قوانین "5-4-3" برای شبکه های کواکسیال:

استاندارد شبکه های روی کابل کواکسیال امکان استفاده از شبکه ای با بیش از 4 تکرار کننده و بر این اساس، بیش از 5 بخش کابل را نمی دهد. با حداکثر طول قطعه کابل 500 متر، این حداکثر طول شبکه 500 * 5 = 2500 متر را می دهد. فقط 3 قطعه از 5 قطعه را می توان بارگذاری کرد، یعنی آنهایی که گره های انتهایی به آنها متصل هستند. بین بخش های بارگذاری شده باید بخش های خالی وجود داشته باشد.

l0Base-2

کابل به عنوان یک کانال مونو برای همه ایستگاه ها استفاده می شود، حداکثر طول سگمنت 185 متر است، برای اتصال کابل به کارت شبکه، به یک کانکتور T نیاز دارید و کابل باید دارای کانکتور BNC باشد.

از قانون 5-4-3 نیز استفاده می شود.

l0Base-T

توپولوژی ستاره ای را بر اساس هاب تشکیل می دهد، هاب به عنوان یک تکرار کننده عمل می کند و یک تک کانال را تشکیل می دهد، حداکثر طول قطعه 100 متر است. گره های انتهایی با استفاده از دو جفت پیچ خورده به هم متصل می شوند. یک جفت برای انتقال داده از گره به هاب Tx و دیگری برای انتقال داده از هاب به گره Rx است.
قوانین "4 هاب" برای شبکه های مبتنی بر جفت پیچ خورده:
استاندارد شبکه های جفت تابیده حداکثر تعداد هاب را بین هر دو ایستگاه شبکه، یعنی 4 تعریف می کند. این قانون "قاعده 4 هاب" نامیده می شود. بدیهی است که اگر بین هر دو گره شبکه نباید بیش از 4 تکرار کننده وجود داشته باشد، حداکثر قطر یک شبکه جفت تابیده 500 = 5 * 100 متر است (حداکثر طول قطعه 100 متر است).

10Base-F

از نظر عملکردی، یک شبکه اترنت روی یک کابل نوری از همان عناصر شبکه 10Base-T تشکیل شده است.

استاندارد FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) اولین استاندارد کمیته 802.3 برای استفاده از فیبر بر روی شبکه های اترنت بود. حداکثر طول بخش 1000 متر، حداکثر تعداد هاب 4، با طول کل شبکه بیش از 2500 متر نیست.

استاندارد 10Base-FL یک پیشرفت جزئی در استاندارد FOIRL است. حداکثر طول بخش 2000 متر است. حداکثر تعداد هاب ها 4 و حداکثر طول شبکه 2500 متر است.

استاندارد 10Base-FB فقط برای اتصال تکرار کننده ها است. گره های پایانی نمی توانند از این استاندارد برای اتصال به پورت هاب استفاده کنند. حداکثر تعداد هاب 5، حداکثر طول یک قطعه 2000 متر و حداکثر طول شبکه 2740 متر.

جدول. پارامترهای مشخصات لایه فیزیکی برای استاندارد اترنت

هنگام در نظر گرفتن قانون "5-4-3" یا "4-hubs"، در صورتی که سیگنال خیالی یک دستگاه "سوئیچ" در مسیر انتشار از طریق کابل ها ظاهر شود، محاسبه محدودیت های توپولوژیکی از صفر شروع می شود.

پهنای باند اترنت

توان عملیاتی بر حسب تعداد فریم ها یا تعداد بایت های داده ارسال شده از طریق شبکه در واحد زمان اندازه گیری می شود. اگر هیچ برخوردی در شبکه وجود نداشته باشد، حداکثر نرخ فریم حداقل اندازه (64 بایت) 14881 فریم در ثانیه است. در عین حال، پهنای باند مفید برای فریم های Ethernet II 5.48 مگابیت بر ثانیه است.

حداکثر نرخ فریم حداکثر اندازه (1500 بایت) 813 فریم در ثانیه است. سپس پهنای باند مفید 9.76 مگابیت در ثانیه خواهد بود.

تکنولوژی اترنت

اترنت امروزه پرکاربردترین استاندارد شبکه محلی است.

وقتی می گویند اترنت، معمولاً به معنای هر یک از انواع این فناوری است. در معنای محدودتر، اترنت یک استاندارد شبکه مبتنی بر شبکه آزمایشی اترنت است که زیراکس در سال 1975 توسعه و پیاده سازی کرد. روش دسترسی حتی زودتر آزمایش شد: در نیمه دوم دهه 60، شبکه رادیویی دانشگاه هاوایی از گزینه های مختلفی برای دسترسی تصادفی به یک محیط رادیویی مشترک، که در مجموع Aloha نامیده می شود، استفاده کرد. در سال 1980، DEC، Intel و زیراکس به طور مشترک استاندارد Ethernet Revision II را برای شبکه کابل کواکسیال توسعه و منتشر کردند که به آخرین نسخه استاندارد اختصاصی اترنت تبدیل شد. بنابراین نسخه اختصاصی استاندارد اترنت استاندارد Ethernet DIX یا Ethernet P نامیده می شود.

بر اساس استاندارد Ethernet DIX، استاندارد IEEE 802.3 توسعه یافت که تا حد زیادی مشابه نسخه قبلی خود است، اما هنوز تفاوت هایی وجود دارد. در حالی که استاندارد IEEE 802.3 بین لایه‌های MAC و LLC تمایز قائل می‌شود، اترنت اصلی هر دوی این لایه‌ها را در یک لایه پیوند واحد ترکیب کرد. Ethernet DIX یک پروتکل تست پیکربندی اترنت را تعریف می کند که در IEEE 802.3 وجود ندارد. فرمت فریم تا حدودی متفاوت است، اگرچه حداقل و حداکثر اندازه فریم در این استانداردها یکسان است. اغلب، به منظور تمایز بین اترنت تعریف شده توسط استاندارد IEEE و Ethernet DIX اختصاصی، اولی به عنوان فناوری 802.3 نامیده می شود و نام اترنت اختصاصی بدون نامگذاری اضافی باقی می ماند.

بسته به نوع محیط فیزیکی، استاندارد IEEE 802.3 دارای تغییرات مختلفی است - 10Base-5، 10Base-2، 10Base-T، 10Base-FL، 10Base-FB.

در سال 1995 استاندارد Fast Ethernet به تصویب رسید که از بسیاری جهات استاندارد مستقلی نیست، همانطور که با این واقعیت مشهود است که شرح آن صرفاً یک بخش اضافی برای استاندارد اصلی 802.3 - بخش 802.3u است. به طور مشابه، استاندارد اترنت گیگابیتی 1998 در بخش 802.3z سند اصلی توضیح داده شده است.

کد منچستر برای انتقال اطلاعات باینری از طریق کابل برای همه انواع لایه فیزیکی فناوری اترنت که توان عملیاتی 10 مگابیت بر ثانیه را ارائه می‌کنند استفاده می‌شود.

انواع استانداردهای اترنت (از جمله اترنت سریع و اترنت گیگابیت) از روش جداسازی رسانه یکسان، روش CSMA/CD استفاده می کنند.

آدرس دهی در شبکه های اترنت

برای شناسایی گیرنده اطلاعات در فناوری های اترنت، از آدرس های MAC 6 بایتی استفاده می شود.

فرمت آدرس MAC امکان استفاده از حالت های آدرس دهی چندپخشی خاص را در شبکه اترنت فراهم می کند و در عین حال امکان ظاهر شدن دو ایستگاه در یک شبکه محلی مشابه را که آدرس یکسانی دارند را حذف می کند.

آدرس فیزیکی یک شبکه اترنت از دو بخش تشکیل شده است:

• شناسه سازنده تجهیزات (کدهای فروشنده)
• شناسه دستگاه فردی

یک سازمان ویژه در داخل IEEE به درخواست سازندگان تجهیزات شبکه درگیر توزیع کدهای مجاز این زمینه است. برای نوشتن آدرس MAC می توان از فرم های مختلفی استفاده کرد. رایج ترین شکل مورد استفاده هگزادسیمال است که در آن جفت بایت ها با کاراکترهای "-" از یکدیگر جدا می شوند:

E0-14-00-00-00

شبکه های اترنت و IEEE 802.3 از سه حالت اصلی تولید آدرس مقصد استفاده می کنند:

• Unicast - آدرس فردی؛
• چندپخشی - آدرس چندپخشی;
• آدرس پخش - پخش.

اولین حالت آدرس دهی (Unicast) زمانی استفاده می شود که ایستگاه منبع بسته ارسالی را فقط به یک گیرنده داده آدرس دهی کند.

نشانه استفاده از حالت آدرس دهی Multicast وجود 1 در کمترین بیت بایت بالای شناسه سازنده تجهیزات است.

C-CC-CC-CC

فریمی که محتوای آن در فیلد DA متعلق به نوع Multicast است، توسط تمام ایستگاه هایی که دارای مقدار متناظر در قسمت Vendor Code هستند، دریافت و پردازش می شود - در این مورد، این دستگاه های شبکه سیسکو هستند. آدرس Multicast داده شده توسط دستگاه های شبکه این شرکت برای تعامل مطابق با قوانین سیسکو Discovery Protocol (CDP) استفاده می شود.

یک ایستگاه اترنت و IEEE 802.3 نیز می تواند از حالت آدرس دهی Broadcast استفاده کند. آدرس ایستگاه مقصد از نوع Broadcast با مقدار خاصی کدگذاری می شود:

FF-FF-FF-FF-FF-FF

هنگام استفاده از این آدرس، بسته ارسالی توسط تمام ایستگاه هایی که در این شبکه هستند دریافت می شود.

روش دسترسی CSMA/CD

شبکه‌های اترنت از یک روش دسترسی به رسانه به نام دسترسی چندگانه حامل حس حامل با تشخیص برخورد (CSMA/CD) استفاده می‌کنند.

پروتکل CSMA/CD ماهیت تعامل ایستگاه های کاری را در یک شبکه با یک رسانه انتقال داده واحد مشترک برای همه دستگاه ها تعیین می کند. همه ایستگاه ها شرایط یکسانی برای انتقال داده دارند. هیچ توالی خاصی وجود ندارد که در آن ایستگاه ها بتوانند به رسانه برای ارسال دسترسی داشته باشند. از این نظر است که به محیط به صورت تصادفی دسترسی پیدا می کند. به نظر می رسد اجرای الگوریتم های دسترسی تصادفی بسیار ساده تر از پیاده سازی الگوریتم های دسترسی قطعی باشد. از آنجا که در مورد دوم، یا یک پروتکل خاص مورد نیاز است که عملکرد تمام دستگاه های شبکه را کنترل کند (به عنوان مثال، پروتکل گردش توکن ذاتی در شبکه های Token Ring و FDDI)، یا یک دستگاه اختصاصی ویژه - یک مرکز اصلی، که در یک توالی خاصی به تمام ایستگاه های دیگر امکان انتقال را می دهد (شبکه های Arcnet، 100VG AnyLAN).

با این حال، یک شبکه دسترسی تصادفی، شاید یکی از اشکالات اصلی را دارد - عملکرد کاملاً پایدار شبکه تحت بار سنگین نیست، زمانی که زمان کافی طولانی می‌تواند بگذرد تا ایستگاه مشخصی بتواند داده‌ها را منتقل کند. این به دلیل برخوردهایی است که بین ایستگاه هایی ایجاد می شود که همزمان یا تقریباً همزمان انتقال را آغاز کرده اند. هنگامی که یک برخورد رخ می دهد، داده های ارسال شده به گیرندگان نمی رسد، و ایستگاه های فرستنده باید دوباره ارسال کنند - روش های کدگذاری مورد استفاده در اترنت اجازه نمی دهد سیگنال های هر ایستگاه از سیگنال عمومی متمایز شوند. (Z توجه داشته باشید که این واقعیت در مؤلفه "Base(band)" موجود در نام تمام پروتکل های فیزیکی فناوری اترنت (به عنوان مثال، 10Base-2، 10Base-T و غیره) منعکس شده است. شبکه بیس باند به معنای شبکه باند پایه است که در آن پیام ها به صورت دیجیتالی از یک کانال و بدون تقسیم فرکانس ارسال می شوند.)

برخورد یک وضعیت عادی در شبکه های اترنت است. برای وقوع یک برخورد، لازم نیست چندین ایستگاه دقیقاً همزمان شروع به ارسال کنند، چنین وضعیتی بعید است. به احتمال زیاد برخورد به دلیل این واقعیت است که یک گره قبل از دیگری شروع به ارسال می کند، اما سیگنال های گره به سادگی زمان رسیدن به گره دوم را تا زمانی که گره دوم تصمیم به شروع ارسال فریم خود می گیرد، ندارند. . یعنی برخوردها نتیجه ماهیت توزیع شده شبکه است.

مجموعه ای از تمام ایستگاه های شبکه که انتقال همزمان هر جفتی از آنها منجر به برخورد می شود، Collision Domain (Collision domain) یا Collision domain نامیده می شود.

برخوردها می توانند باعث تأخیرهای غیرقابل پیش بینی در انتشار فریم ها در شبکه شوند، به خصوص زمانی که شبکه به شدت شلوغ است (بسیاری از ایستگاه ها سعی می کنند همزمان در حوزه برخورد، > 20-25) و با قطر دامنه برخورد بزرگ (> 2 کیلومتر) ارسال کنند. . بنابراین، هنگام ساخت شبکه ها، مطلوب است که از چنین حالت های عملیاتی شدید اجتناب شود.

مشکل ساخت پروتکلی که بتواند برخوردها را به بهترین شکل حل کند و عملکرد شبکه را در بارهای بالا بهینه کند، یکی از موارد کلیدی در مرحله تشکیل استاندارد بود. در ابتدا، سه رویکرد اصلی به عنوان کاندیدای اجرای الگوریتم دسترسی تصادفی به محیط در نظر گرفته شد: غیر ثابت، 1-ثابت و p-ثابت (شکل 11.2).

شکل 11.2. الگوریتم‌های دسترسی تصادفی چندگانه (CSMA) و تصادم عقب‌نشینی می‌کنند

الگوریتم غیر مداوم (غیر مداوم).در این الگوریتم، ایستگاهی که مایل به ارسال است با قوانین زیر هدایت می شود.

1. به رسانه گوش می دهد، و اگر رسانه آزاد است (یعنی اگر هیچ انتقال دیگری وجود ندارد یا سیگنال برخورد وجود ندارد) ارسال می کند، در غیر این صورت - رسانه مشغول است - به مرحله 2 بروید.

2. اگر محیط شلوغ است، یک زمان تصادفی (با توجه به منحنی توزیع احتمال معین) صبر کنید و به مرحله 1 برگردید.

استفاده از مقدار انتظار تصادفی در زمانی که محیط مشغول است، احتمال برخورد را کاهش می دهد. در واقع، در غیر این صورت فرض کنید که دو ایستگاه تقریباً به طور همزمان ارسال می کنند، در حالی که ایستگاه سوم در حال ارسال است. اگر دو نفر اول قبل از شروع انتقال زمان انتظار تصادفی نداشتند (در صورتی که رسانه شلوغ بود)، بلکه فقط به رسانه گوش می‌دادند و منتظر می‌ماندند تا آزاد شود، پس از پایان انتقال، ایستگاه سوم توسط ایستگاه سوم، دو ایستگاه اول به طور همزمان شروع به ارسال می کنند که به ناچار منجر به برخورد می شود. بنابراین انتظار تصادفی احتمال چنین برخوردهایی را از بین می برد. با این حال، ناراحتی این روش در استفاده ناکارآمد از پهنای باند کانال آشکار می شود. زیرا ممکن است تا زمانی که رسانه آزاد می شود، ایستگاهی که می خواهد ارسال کند همچنان قبل از تصمیم گیری برای گوش دادن به رسانه، مدتی به طور تصادفی منتظر بماند، زیرا قبلاً به رسانه گوش داده بود، که معلوم شد. مشغول. در نتیجه، کانال برای مدتی بیکار خواهد ماند، حتی اگر فقط یک ایستگاه منتظر ارسال باشد.

1-الگوریتم پایدار. یک الگوریتم 1 ثابت می تواند برای کاهش زمان بیکار بودن محیط استفاده شود. در این الگوریتم، ایستگاهی که مایل به ارسال است با قوانین زیر هدایت می شود.

1. به رسانه گوش می دهد، و اگر رسانه مشغول نیست، انتقال می دهد، در غیر این صورت به مرحله 2 می رود.

2. اگر رسانه مشغول است، به گوش دادن به رسانه ادامه دهید تا رسانه آزاد شود و به محض آزاد شدن رسانه، بلافاصله شروع به ارسال می کند.

با مقایسه الگوریتم‌های ناپایدار و 1 پایدار، می‌توان گفت که در الگوریتم 1 پایدار، ایستگاهی که مایل به ارسال است، رفتار «خودخواهانه‌تری» دارد. بنابراین، اگر دو یا چند ایستگاه در انتظار ارسال باشند (صبر کنید تا رسانه آزاد شود)، می توان گفت که برخورد تضمین شده است. پس از برخورد، ایستگاه ها شروع به فکر کردن در مورد آنچه که باید انجام دهند، می شوند.

الگوریتم P-Persistent (p-persistent).قوانین این الگوریتم به شرح زیر است:

1. اگر محیط آزاد است، ایستگاه با احتمال پ انتقال بلافاصله یا با احتمال شروع می شود (1- پ ) برای یک بازه زمانی ثابت T منتظر می ماند. بازه T معمولاً برابر با حداکثر زمان انتشار سیگنال از انتهای به انتها در نظر گرفته می شود.

2. اگر رسانه مشغول است، ایستگاه به گوش دادن ادامه می دهد تا رسانه آزاد شود، سپس به مرحله 1 می رود.

3. اگر انتقال با یک بازه T به تاخیر بیفتد، ایستگاه به مرحله 1 باز می گردد.

و در اینجا این سوال مطرح می شود که موثرترین مقدار پارامتر را انتخاب کنید پ . مشکل اصلی نحوه جلوگیری از ناپایداری در بارهای زیاد است. موقعیتی را در نظر بگیرید که در آن n ایستگاه ها قصد دارند فریم ها را ارسال کنند، در حالی که انتقال از قبل در حال انجام است. در پایان یک انتقال، تعداد مورد انتظار ایستگاه هایی که قصد ارسال دارند برابر است با حاصل ضرب تعداد ایستگاه هایی که مایل به ارسال هستند و احتمال انتقال، یعنی. np . اگر np > 1، سپس به طور متوسط ​​چندین ایستگاه در یک زمان سعی در ارسال دارند که باعث برخورد می شود. علاوه بر این، به محض تشخیص برخورد، تمام ایستگاه ها به مرحله 1 برمی گردند که باعث برخورد دوم می شود. در بدترین حالت، ایستگاه های جدیدی که مایل به خیانت هستند ممکن است به آن اضافه شود n ، که باعث تشدید بیشتر وضعیت می شود و در نهایت منجر به برخورد مداوم و توان صفر می شود. برای جلوگیری از چنین فاجعه ای، np باید کمتر از یک باشد اگر شبکه در معرض شرایطی باشد که بسیاری از ایستگاه‌ها می‌خواهند همزمان ارسال کنند، لازم است کاهش یابد. پ . از سوی دیگر، زمانی که پ خیلی کوچک می شود، حتی یک ایستگاه به طور متوسط ​​می تواند منتظر بماند (1- پ )/پ فواصل T قبل از ارسال بنابراین اگر p=0.1 باشد، میانگین خرابی قبل از انتقال 9T خواهد بود.

پروتکل دسترسی تصادفی چندگانه به رسانه با وضوح تصادم CSMA/CD ایده های الگوریتم های فوق را مجسم کرد و یک عنصر مهم را اضافه کرد - وضوح برخورد. از آنجایی که یک برخورد تمام فریم‌های ارسال شده در زمان شکل‌گیری را از بین می‌برد، به محض اینکه (ایستگاه‌ها) برخوردها را تشخیص دادند، هیچ فایده‌ای برای ادامه ارسال فریم‌های خود برای ایستگاه‌ها وجود ندارد. در غیر این صورت، هنگام ارسال فریم های طولانی، زمان قابل توجهی از دست می رود. بنابراین، به منظور تشخیص به موقع برخورد، ایستگاه در سراسر انتقال خود به محیط گوش می دهد. در اینجا قوانین اساسی الگوریتم CSMA / CD برای ایستگاه فرستنده آمده است (شکل 11.3):

1. ایستگاه در حال انتقال به رسانه گوش می دهد. و در صورت آزاد بودن رسانه ارسال می کند. در غیر این صورت (به عنوان مثال، اگر رسانه مشغول باشد)، به مرحله 2 می رود. هنگام ارسال چندین فریم پشت سر هم، ایستگاه یک مکث معینی را بین ارسال فریم ها حفظ می کند - فاصله بین فریم ها، و بعد از هر مکث، قبل از ارسال فریم بعدی. ، ایستگاه دوباره به رسانه گوش می دهد (به مرحله اول بازگردید).

2. اگر رسانه مشغول است، ایستگاه همچنان به گوش دادن به رسانه ادامه می دهد تا رسانه آزاد شود و سپس بلافاصله ارسال را آغاز می کند.

3. هر ایستگاه فرستنده به محیط گوش می دهد و اگر برخوردی تشخیص داده شود، فوراً ارسال را متوقف نمی کند، بلکه ابتدا یک سیگنال برخورد ویژه - یک سیگنال جم، ارسال می کند و ایستگاه های دیگر را از برخورد مطلع می کند و ارسال را متوقف می کند.

4. پس از ارسال سیگنال جم، ایستگاه خاموش می شود و برای مدتی دلخواه مطابق با قانون تاخیر نمایی باینری منتظر می ماند و سپس به مرحله 1 باز می گردد.

برای اینکه بتوان یک فریم را ارسال کرد، یک ایستگاه باید اطمینان حاصل کند که رسانه مشترک آزاد است. این با گوش دادن به هارمونیک اصلی سیگنال که فرکانس حامل (حس حامل، CS) نیز نامیده می شود، به دست می آید. نشانه محیط خالی نبودن فرکانس حامل بر روی آن است که با روش کدگذاری منچستر 5-10 مگاهرتز بسته به دنباله یک ها و صفرهای ارسال شده در لحظه است.

پس از پایان انتقال فریم، تمام گره های شبکه باید مکث تکنولوژیکی (Inter Packet Gap) 9.6 میکرو ثانیه (96 bt) را حفظ کنند. این مکث که فاصله میان فریم نیز نامیده می شود، برای رساندن آداپتورهای شبکه به حالت اولیه و همچنین جلوگیری از ضبط انحصاری رسانه توسط یک ایستگاه مورد نیاز است.

شکل 11.3. بلوک دیاگرام الگوریتم CSMA / CD (لایه MAC): هنگام انتقال فریم توسط یک ایستگاه

جم-سیگنال (جمع کردن - به معنای واقعی کلمه پارازیت). انتقال جم تضمین می کند که هیچ فریمی از بین نمی رود، زیرا تمام گره هایی که قبل از برخورد فریم را ارسال می کردند، پس از دریافت سیگنال جم، انتقال خود را قطع می کنند و در انتظار تلاش جدیدی برای انتقال فریم ها خاموش می شوند. سیگنال جم باید به اندازه کافی طولانی باشد تا به دورترین ایستگاه های حوزه برخورد برسد، با در نظر گرفتن تاخیر اضافی SF (حاشیه ایمنی) در تکرار کننده های احتمالی. محتوای سیگنال جم مهم نیست، به جز اینکه نباید با مقدار میدان CRC فریم نیمه ارسال شده (802.3) مطابقت داشته باشد، و 62 بیت اول باید تناوب "1" و "0" را با شروع نشان دهند. بیت از "1".

شکل 11.4. روش دسترسی تصادفی CSMA/CD

شکل 11.5 فرآیند تشخیص برخورد اعمال شده در توپولوژی باس (بر اساس کابل کواکسیال نازک یا ضخیم (به ترتیب استانداردهای 10Base5 و 10Base2) را نشان می دهد.

در آن زمان گره آ(DTE آ) انتقال را شروع می کند و به طور طبیعی به سیگنال ارسالی خود گوش می دهد. در نقطه ای از زمان که فریم تقریباً به گره رسیده است ب(DTE ب)، این گره، بدون اطلاع از اینکه انتقال قبلاً در حال انجام است، شروع به انتقال خود می کند. در نقطه زمانی، گره ببرخورد را تشخیص می دهد (جزء ثابت سیگنال الکتریکی در خط شنود افزایش می یابد). بعد از آن گره بیک سیگنال جم می فرستد و ارسال را متوقف می کند. در نقطه زمانی، سیگنال برخورد به گره می رسد آ، سپس آهمچنین سیگنال جم را ارسال می کند و ارسال را متوقف می کند.

شکل 11.5. تشخیص برخورد با استفاده از طرح CSMA/CD

طبق استاندارد IEEE 802.3، یک گره نمی تواند فریم های بسیار کوتاه ارسال کند یا به عبارت دیگر، ارسال های بسیار کوتاهی انجام دهد. حتی اگر فیلد داده تا انتها پر نشده باشد، یک فیلد اضافی خاص ظاهر می شود که طول فریم را به حداقل 64 بایت، به استثنای مقدمه، گسترش می دهد. زمان کانال ST (زمان اسلات) حداقل زمانی است که در طی آن گره نیاز به ارسال دارد و کانال را اشغال می کند. این زمان مربوط به انتقال یک فریم با حداقل اندازه مجاز پذیرفته شده توسط استاندارد است. زمان کانال مربوط به حداکثر فاصله مجاز بین گره های شبکه - قطر دامنه برخورد است. فرض کنید که بدترین حالت در مثال بالا این است که ایستگاه ها آو ببا حداکثر فاصله از یکدیگر جدا می شوند. زمان، انتشار سیگنال از آقبل از بنشان داده شده با . گره آدر زمان صفر شروع به ارسال می کند. گره بدر یک زمان شروع به ارسال می کند و یک بازه زمانی پس از شروع ارسال، برخورد را تشخیص می دهد. گره آبرخورد را در زمان تشخیص می دهد. به قاب منتشر شده است آ، گم نشده است، لازم است که گره آدر این لحظه انتقال متوقف نشد، از آن زمان، با شناسایی یک برخورد، گره آمی‌داند که فریمش نرسیده است و دوباره سعی می‌کند آن را منتقل کند. در غیر این صورت، قاب از بین می رود. حداکثر زمانی که پس از آن، از لحظه شروع انتقال، گره آهنوز هم می تواند برخورد برابر را تشخیص دهد - این زمان نامیده می شود زمان چرخش دوگانه PDV (مقدار تاخیر مسیر، PDV). به طور کلی تر، PDV کل تأخیر مرتبط با تأخیر ناشی از طول محدود قطعات و تأخیر را که هنگام پردازش فریم ها در لایه فیزیکی تکرار کننده های میانی و گره های انتهایی شبکه رخ می دهد، تعریف می کند. برای بررسی بیشتر، استفاده از واحد دیگر اندازه گیری زمان نیز راحت است: زمان کمی bt (زمان بیت). زمان 1 bt مربوط به زمان مورد نیاز برای ارسال یک بیت است، یعنی. 0.1 میکروثانیه در 10 مگابیت بر ثانیه.

تشخیص دقیق برخورد توسط تمام ایستگاه های شبکه، پیش نیاز عملکرد صحیح شبکه اترنت است. اگر هر ایستگاه فرستنده برخورد را تشخیص ندهد و تصمیم بگیرد که فریم داده را به درستی ارسال کرده است، این قاب داده از بین خواهد رفت. به دلیل همپوشانی سیگنال ها در هنگام برخورد، اطلاعات فریم تحریف می شود و توسط ایستگاه دریافت کننده رد می شود (احتمالاً به دلیل عدم تطابق جمع کنترلی). به احتمال زیاد، اطلاعات خراب توسط برخی از پروتکل های لایه بالایی مانند یک پروتکل برنامه کاربردی مبتنی بر حمل و نقل یا اتصال مجدد ارسال می شود. اما ارسال مجدد پیام توسط پروتکل های لایه بالایی در مقایسه با فواصل میکروثانیه ای که پروتکل اترنت بر روی آنها کار می کند، پس از فاصله زمانی بسیار طولانی تری (گاهی حتی پس از چند ثانیه) رخ می دهد. بنابراین، اگر برخوردها به طور قابل اعتماد توسط گره های شبکه اترنت شناسایی نشود، این امر منجر به کاهش محسوس در توان عملیاتی مفید این شبکه خواهد شد.

برای تشخیص برخورد مطمئن، رابطه زیر باید رعایت شود:

Tmin >=PVD,

که در آن Tmin زمان ارسال یک فریم با حداقل طول است و PDV زمانی است که در طی آن سیگنال برخورد زمان دارد تا به دورترین گره شبکه منتشر شود. از آنجایی که در بدترین حالت، سیگنال باید دو بار بین دورترین ایستگاه های شبکه عبور کند (سیگنال بدون اعوجاج در یک جهت عبور می کند و سیگنالی که قبلاً در اثر برخورد تحریف شده است در راه بازگشت منتشر می شود)، به همین دلیل است که این زمان تماس گرفت زمان چرخش دو برابر (مقدار تاخیر مسیر، PDV).

هنگامی که این شرط برقرار است، ایستگاه فرستنده باید زمان داشته باشد تا برخورد ناشی از قاب ارسالی خود را تشخیص دهد، حتی قبل از اینکه ارسال این فریم را کامل کند.

بدیهی است که تحقق این شرط از یک سو به طول حداقل فریم و پهنای باند شبکه و از سوی دیگر به طول سیستم کابل شبکه و سرعت انتشار سیگنال در کابل بستگی دارد. (برای انواع کابل، این سرعت کمی متفاوت است).

تمام پارامترهای پروتکل اترنت به گونه ای انتخاب می شوند که در حین عملکرد عادی گره های شبکه، برخوردها همیشه به وضوح تشخیص داده می شوند. هنگام انتخاب پارامترها، البته نسبت فوق نیز در نظر گرفته شد که به حداقل طول فریم و حداکثر فاصله بین ایستگاه ها در بخش شبکه مربوط می شود.

در استاندارد اترنت، پذیرفته شده است که حداقل طول یک فیلد داده فریم 46 بایت باشد (که همراه با فیلدهای سرویس، حداقل طول فریم 64 بایت و همراه با مقدمه - 72 بایت یا 576 بیت را ارائه می دهد). .

هنگام ارسال فریم های بزرگ، به عنوان مثال 1500 بایت، یک برخورد، اگر اصلاً اتفاق بیفتد، تقریباً در همان ابتدای انتقال، حداکثر تا 64 بایت اول ارسال شده تشخیص داده می شود (اگر برخوردی در این زمان رخ نداده باشد، پس بعداً اتفاق نمی افتد، زیرا همه ایستگاه ها در حال گوش دادن به خط هستند و با "شنیدن" انتقال، ساکت خواهند بود). از آنجایی که سیگنال جم بسیار کوتاهتر از اندازه فول فریم است، هنگام استفاده از الگوریتم CSMA / CD، مقدار ظرفیت کانال بیکار استفاده شده به زمان لازم برای تشخیص برخورد کاهش می یابد. تشخیص زودهنگام برخورد منجر به استفاده کارآمدتر از کانال می شود. تشخیص دیرهنگام برخوردها، ذاتی شبکه های طولانی تر، زمانی که قطر حوزه برخورد چندین کیلومتر است، که کارایی شبکه را کاهش می دهد. بر اساس یک مدل نظری ساده شده از رفتار یک شبکه پرمشغله (با فرض تعداد زیادی ایستگاه ارسال کننده همزمان و حداقل طول ثابت فریم های ارسالی برای همه ایستگاه ها)، عملکرد شبکه U را می توان از طریق نسبت PDV/ST بیان کرد:

جایی که پایه لگاریتم طبیعی است. عملکرد شبکه تحت تأثیر اندازه فریم های پخش و قطر شبکه است. عملکرد بدترین حالت (زمانی که PDV=ST) حدود 37% است و بهترین حالت (زمانی که PDV بسیار کوچکتر از ST است) به 1 متمایل است. اگرچه این فرمول در حد تعداد زیادی از ایستگاه ها که سعی در ارسال همزمان دارند مشتق شده است. ، ویژگی‌های الگوریتم تأخیر نمایی باینری کوتاه شده مورد بحث در زیر را در نظر نمی‌گیرد و برای شبکه‌ای که به‌شدت بیش از حد بارگذاری شده با برخوردها معتبر نیست، به عنوان مثال، زمانی که بیش از 15 ایستگاه مایل به ارسال هستند.

تاخیر نمایی باینری کوتاه شده(قطع عقب نشینی باینری نمایی). الگوریتم CSMA/CD پذیرفته شده در استاندارد IEEE 802.3 نزدیکترین الگوریتم به الگوریتم 1 ثابت است، اما در یک عنصر اضافی - تاخیر نمایی باینری کوتاه شده - متفاوت است. هنگامی که یک برخورد رخ می دهد، ایستگاه شمارش می کند که چند بار متوالی یک برخورد هنگام ارسال یک بسته رخ می دهد. از آنجایی که برخوردهای مکرر نشان دهنده تراکم زیاد در محیط است، گره MAC تلاش می کند تا تاخیر بین تلاش های مجدد فریم را افزایش دهد. روش مربوطه برای افزایش فواصل زمانی از قانون پیروی می کند تاخیر نمایی باینری کوتاه شده.

مکث تصادفی طبق الگوریتم زیر انتخاب می شود:

مکث \u003d Lx (فاصله تاخیر)،

که در آن (فاصله عقب نشینی) = فواصل 512 بیتی (51.2 میکرو ثانیه)؛

L یک عدد صحیح است که با احتمال مساوی از محدوده انتخاب شده است، که در آن N عدد تلاش مجدد فریم داده شده است: 1،2،...، 10.

پس از تلاش 10، فاصله ای که از آن مکث انتخاب می شود افزایش نمی یابد. بنابراین، یک مکث تصادفی می تواند مقادیری از 0 تا 52.4 میلی ثانیه داشته باشد.

اگر 16 تلاش متوالی برای ارسال یک فریم باعث برخورد شود، فرستنده باید تلاش را متوقف کند و فریم را دور بیندازد.

الگوریتم CSMA/CD با استفاده از تاخیر نمایی باینری کوتاه شده به عنوان بهترین الگوریتم در میان بسیاری از الگوریتم‌های دسترسی تصادفی شناخته می‌شود و عملکرد کارآمد شبکه را هم در بارهای کم و هم در بارهای متوسط ​​تضمین می‌کند. با دانلودهای زیاد، باید به دو نقطه ضعف اشاره کرد. اولاً، با تعداد زیادی برخورد، ایستگاه 1 که برای اولین بار در شرف ارسال فریم است (قبلاً اقدام به ارسال فریم نکرده است) نسبت به ایستگاه 2 که قبلاً سعی در ارسال فریم ناموفق داشته است برتری دارد. چندین بار، برخورد به برخورد. زیرا ایستگاه 2 قبل از تلاش های بعدی مطابق با قانون تاخیر نمایی باینری مدت زمان قابل توجهی منتظر می ماند. بنابراین، بی نظمی فریم را می توان مشاهده کرد، که برای برنامه های وابسته به زمان نامطلوب است. ثانیاً با یک بار سنگین، بازده شبکه به طور کلی کاهش می یابد. برآوردها نشان می دهد که با انتقال همزمان 25 ایستگاه، پهنای باند کل حدود 2 برابر کاهش می یابد. اما تعداد ایستگاه ها در حوزه برخورد می تواند بیشتر باشد، زیرا همه آنها به طور همزمان به رسانه دسترسی ندارند.

دریافت قاب (شکل 11.6)

شکل 11.6. بلوک دیاگرام الگوریتم CSMA / CD (لایه MAC): هنگامی که یک فریم توسط ایستگاه دریافت می شود

ایستگاه گیرنده یا سایر دستگاه های شبکه، مانند هاب یا سوئیچ، ابتدا در مقدمه همگام می شود و سپس کد منچستر را به شکل باینری (در لایه فیزیکی) تبدیل می کند. در مرحله بعد، جریان باینری پردازش می شود.

در لایه MAC، بیت های باقی مانده از مقدمه پاک می شوند و ایستگاه آدرس مقصد را می خواند و آن را با آدرس خود مقایسه می کند. اگر آدرس ها مطابقت داشته باشند، فیلدهای فریم به جز مقدمه، SDF و FCS بافر می شوند و جمع کنترلی محاسبه می شود که با فیلد توالی بررسی فریم FCS (با استفاده از روش جمع بندی چرخه ای CRC-32) مقایسه می شود. اگر برابر باشند، محتویات بافر به پروتکل سطح بالاتر منتقل می شود. در غیر این صورت، قاب دور ریخته می شود. وقوع یک برخورد هنگام دریافت یک فریم یا با تغییر پتانسیل الکتریکی، در صورت استفاده از یک قطعه کواکسیال، یا با دریافت یک قاب معیوب، یک جمع‌بندی نادرست، در صورت استفاده از یک جفت پیچ خورده یا فیبر نوری تشخیص داده می‌شود. . در هر دو مورد، اطلاعات دریافتی دور ریخته می شود.

از توضیحات روش دسترسی می توان دریافت که ماهیت احتمالی دارد و احتمال موفقیت در دستیابی به یک محیط مشترک در اختیار بستگی به بار شبکه، یعنی به شدت نیاز به انتقال فریم دارد. در ایستگاه ها هنگامی که این روش در اواخر دهه 70 توسعه یافت، فرض بر این بود که سرعت انتقال داده 10 مگابیت بر ثانیه در مقایسه با نیازهای رایانه‌ها در تبادل اطلاعات متقابل بسیار بالا است، بنابراین بار شبکه همیشه کم خواهد بود. این فرض گاهی اوقات تا به امروز صادق است، با این حال، برنامه های چند رسانه ای بلادرنگ قبلاً ظاهر شده اند که در بخش های اترنت بسیار شلوغ هستند. در این مورد، برخورد بسیار بیشتر اتفاق می افتد. هنگامی که نرخ برخورد بالا باشد، توان عملیاتی مفید شبکه اترنت به شدت کاهش می‌یابد، زیرا شبکه تقریباً دائماً مشغول تلاش مجدد فریم‌ها است. برای کاهش شدت برخورد، باید یا ترافیک را کاهش دهید، مثلاً با کاهش تعداد گره‌ها در بخش یا جایگزینی برنامه‌ها، یا سرعت پروتکل را افزایش دهید، مثلاً به Fast Ethernet تغییر دهید.

لازم به ذکر است که روش دسترسی CSMA/CD به طور کلی تضمین نمی کند که ایستگاهی بتواند به رسانه دسترسی داشته باشد. البته با یک بار شبکه کوچک، احتمال وقوع چنین رویدادی کم است، اما با نزدیک شدن ضریب استفاده از شبکه به 1، چنین رویدادی بسیار محتمل می شود. این نقص در روش دسترسی تصادفی به دلیل سادگی بسیار زیاد آن است که اترنت را به ارزان‌ترین فناوری تبدیل کرده است. سایر روش‌های دسترسی - دسترسی توکن شبکه‌های Token Ring و FDDI، روش اولویت تقاضای شبکه‌های 100VG-AnyLAN - عاری از این نقص است.

در نتیجه در نظر گرفتن همه عوامل، نسبت بین حداقل طول فریم و حداکثر فاصله ممکن بین ایستگاه های شبکه با دقت انتخاب شد که تشخیص برخورد قابل اعتماد را تضمین می کند. به این فاصله حداکثر قطر شبکه نیز می گویند.

همانطور که در استانداردهای جدید مبتنی بر همان روش دسترسی CSMA/CD مانند Fast Ethernet، نرخ فریم افزایش می‌یابد، حداکثر فاصله بین ایستگاه‌های شبکه متناسب با افزایش نرخ انتقال کاهش می‌یابد. در استاندارد Fast Ethernet حدود 210 متر و در استاندارد Gigabit Ethernet اگر توسعه دهندگان استاندارد اقداماتی برای افزایش حداقل اندازه بسته انجام نمی دادند به 25 متر محدود می شد.

روی میز. 11.1 مقادیر پارامترهای اصلی روش انتقال فریم 802.3 را نشان می دهد که به اجرای رسانه فیزیکی بستگی ندارد. توجه به این نکته مهم است که هر نسخه از محیط فیزیکی فناوری اترنت محدودیت‌های خاص خود را اضافه می‌کند که اغلب سخت‌گیرانه‌تر هستند، که باید رعایت شوند و در زیر مورد بحث قرار خواهند گرفت.

جدول 11.1.پارامترهای لایه MAC اترنت

فرمت های فریم اترنت

استاندارد فناوری اترنت که در سند IEEE 802.3 توضیح داده شده است، یک قالب قاب لایه MAC را توصیف می کند. از آنجایی که قاب لایه MAC باید قاب لایه LLC شرح داده شده در سند IEEE 802.2 را در خود جای دهد، طبق استانداردهای IEEE، تنها یک نوع قاب لایه پیوند تکی را می توان در شبکه اترنت استفاده کرد که هدر آن ترکیبی از هدرهای MAC و LLC است. از زیر لایه ها

با این حال، در عمل، شبکه های اترنت از فریم هایی با 4 فرمت (نوع) مختلف در لایه پیوند داده استفاده می کنند. این به دلیل سابقه طولانی توسعه فناوری اترنت است که به دوره وجود قبل از پذیرش استانداردهای IEEE 802 باز می گردد، زمانی که لایه فرعی LLC از پروتکل عمومی جدا نشده بود و بر این اساس، هدر LLC نیز وجود نداشت. استفاده شده.

کنسرسیومی متشکل از سه شرکت دیجیتال، اینتل و زیراکس در سال 1980 نسخه اختصاصی استاندارد اترنت خود را (که در آن فرمت فریم خاصی توصیف شده بود) به عنوان پیش نویس استاندارد بین المللی به کمیته 802.3 ارائه کردند، اما کمیته 802.3 استانداردی را اتخاذ کرد که متفاوت بود. در برخی جزئیات از پیشنهادات DIX. این تفاوت ها همچنین به فرمت فریم مربوط می شود که منجر به وجود دو نوع مختلف فریم در شبکه های اترنت شد.

یکی دیگر از قالب‌های فریم نتیجه تلاش‌های Novell برای افزایش سرعت پشته پروتکل‌های خود در شبکه‌های اترنت است.

و در نهایت، فرمت فریم چهارم نتیجه تلاش‌های کمیته ۸۰۲:۲ برای رساندن فرمت‌های فریم قبلی به استانداردهای رایج بود.

تفاوت در قالب‌های فریم می‌تواند منجر به ناسازگاری بین سخت‌افزار و نرم‌افزار شبکه شود که برای کار با تنها یک استاندارد فریم اترنت طراحی شده‌اند. با این حال، امروزه تقریباً تمام آداپتورهای شبکه، درایورهای آداپتور شبکه، پل‌ها/سوئیچ‌ها و روترها می‌توانند همه فرمت‌های فریم اترنت را که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، با تشخیص نوع قاب به صورت خودکار کنترل کنند.

در زیر هر چهار نوع فریم اترنت توضیح داده شده است (در اینجا، فریم به معنای کل مجموعه فیلدهایی است که به لایه پیوند مربوط می شود، یعنی فیلدهای سطوح MAC و LLC). یک نوع فریم می تواند نام های مختلفی داشته باشد، بنابراین در زیر برخی از رایج ترین نام ها برای هر نوع فریم آورده شده است:

• قاب 802.3/LLC (فریم 802.3/802.2 یا قاب Novell 802.2)؛
• قاب خام 802.3 (یا فریم Novell 802.3)؛
• فریم Ethernet DIX (یا فریم Ethernet II)؛
• فریم اترنت اسنپ.

فرمت های هر چهار نوع فریم اترنت در شکل 1 نشان داده شده است. 11.7.

قاب 802.3/LLC

هدر فریم 802.3/LLC نتیجه ترکیب فیلدهای هدر فریم تعریف شده در استانداردهای IEEE 802.3 و 802.2 است.

استاندارد 802.3 هشت فیلد هدر را تعریف می کند (شکل 11.7؛ فیلد مقدمه و جداکننده قاب شروع در شکل نشان داده نشده است).

• فیلد مقدمه (مقدمه)از هفت بایت همگام سازی 10101010 تشکیل شده است. با رمزگذاری منچستر، این ترکیب در محیط فیزیکی با یک سیگنال موج تناوبی با فرکانس 5 مگاهرتز نشان داده می شود.
• تعیین کننده شروع فریم (SFD)از یک بایت 10101011 تشکیل شده است. وقوع این ترکیب بیت نشان می دهد که بایت بعدی اولین بایت هدر فریم است.
• آدرس مقصد (DA)می تواند 2 یا 6 بایت باشد. در عمل همیشه از آدرس های 6 بایتی استفاده می شود. بیت اول بایت بالای آدرس مقصد نشان می دهد که آدرس فردی است یا گروهی. اگر 0 باشد، آدرس آن است فردی (یونیکاست)، a if 1، پس این آدرس گروه (چندپست).اگر آدرس متشکل از همه باشد، یعنی نمایش هگزادسیمال آن 0xFFFFFFFFFFFFFF باشد، آنگاه برای تمام گره های شبکه در نظر گرفته شده است و نامیده می شود. آدرس پخش (پخش).

در استانداردهای اترنت IEEE، کمترین بیت بایت در سمت چپ ترین مکان و بیشترین بیت در سمت راست ترین قسمت نمایش داده می شود. این روش غیر استاندارد نمایش ترتیب بیت ها در یک بایت، مطابق با ترتیبی است که بیت ها در خط ارتباطی توسط فرستنده اترنت ارسال می شوند. استانداردهای سازمان‌های دیگر، مانند RFC IETF، ITU-T، ISO، از نمایش سنتی یک بایت استفاده می‌کنند، زمانی که بیت کم‌اهمیت، سمت راست‌ترین بیت بایت در نظر گرفته می‌شود و مهم‌ترین بیت، سمت چپ‌ترین بیت در نظر گرفته می‌شود. در این مورد، ترتیب بایت ها سنتی باقی می ماند. بنابراین، هنگام خواندن استانداردهای منتشر شده توسط این سازمان ها، یا خواندن داده های نمایش داده شده روی صفحه توسط یک سیستم عامل یا آنالایزر پروتکل، باید مقادیر هر بایت از یک فریم اترنت منعکس شود تا نمایش درستی از معنای بر اساس اسناد IEEE، بیت های این بایت. به عنوان مثال، یک آدرس چندپخشی در نماد IEEE به شکل 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 یا در نماد هگزادسیمال 80-00-A7-FO- به احتمال زیاد با پروتکل 80-00-A7-FO- نمایش داده می شود. فرم سنتی به عنوان 01-00-5E-0F-00-00.

• آدرس منبع (SA) -این یک فیلد 2 یا 6 بایتی است که حاوی آدرس میزبانی است که فریم را ارسال کرده است. بیت اول آدرس همیشه 0 است.
• طول (طول، L) -یک فیلد 2 بایتی که طول فیلد داده در قاب را مشخص می کند.
• فیلد داده (داده)ممکن است از 0 تا 1500 بایت باشد. اما اگر طول فیلد کمتر از 46 بایت باشد، فیلد بعدی - فیلد padding - برای اضافه کردن کادر به حداقل مقدار مجاز 46 بایت استفاده می شود.
• زمینه بالشتکشامل تعدادی بایت بالشتک است که حداقل طول میدان داده 46 بایت را فراهم می کند. این تضمین می کند که مکانیسم تشخیص برخورد به درستی کار می کند. اگر طول فیلد داده کافی باشد، فیلد padding در کادر ظاهر نمی شود.
• فیلد Checksum (توالی بررسی فریم، PCS)شامل 4 بایت است که شامل چک‌سام است. این مقدار با استفاده از الگوریتم CRC-32 محاسبه می شود. به محض دریافت یک فریم، ایستگاه کاری محاسبه جمع کنترلی خود را برای آن فریم انجام می‌دهد، مقدار دریافتی را با مقدار فیلد چک‌سوم مقایسه می‌کند، و بنابراین تعیین می‌کند که آیا فریم دریافتی خراب است یا خیر.

فریم 802.3 یک فریم زیر لایه MAC است، بنابراین، مطابق با استاندارد 802.2، یک فریم زیر لایه LLC با حذف شروع و انتهای پرچم های فریم در فیلد داده آن تعبیه شده است. قالب قاب LLC در بالا توضیح داده شده است. از آنجایی که یک فریم LLC دارای هدر 3 (در حالت LLC1) یا 4 بایت (در حالت LLC2) است، حداکثر اندازه فیلد داده به 1497 یا 1496 بایت کاهش می یابد.

شکل 11.7. فرمت های فریم اترنت

اطلاعات مشابه

داده های ارسال شده از طریق شبکه اترنت به فریم ها تقسیم می شوند. به یاد بیاورید که تقریباً هر فناوری شبکه (صرف نظر از سطح آن) با یک واحد انتقال داده مطابقت دارد: اترنت - فریم ، ATM - سلول ، IP - دیتاگرام و غیره. داده ها به شکل خالص از طریق شبکه منتقل نمی شوند. به عنوان یک قاعده، یک هدر به واحد داده "ضمیمه" می شود. در برخی از فناوری های شبکه، یک پایان نیز اضافه می شود. عنوان و پایان اطلاعات سرویس را حمل می کنند و از فیلدهای خاصی تشکیل شده است.

از آنجایی که چندین نوع فریم وجود دارد، فرستنده و گیرنده باید از یک نوع فریم استفاده کنند تا یکدیگر را درک کنند. فریم ها می توانند در چهار فرمت مختلف باشند که کمی متفاوت از یکدیگر هستند. فقط دو فرمت فریم اصلی (فرمت های خام) وجود دارد - Ethernet II و Ethernet 802.3. این فرمت ها تنها در هدف یک فیلد متفاوت هستند.

برای تحویل موفقیت‌آمیز اطلاعات به گیرنده، هر فریم باید علاوه بر داده‌ها، اطلاعات سرویس نیز داشته باشد: طول فیلد داده، آدرس‌های فیزیکی فرستنده و گیرنده، نوع پروتکل شبکه و غیره.

برای اینکه ایستگاه های کاری بتوانند با یک سرور در همان بخش شبکه تعامل داشته باشند، باید از یک فرمت فریم واحد پشتیبانی کنند. چهار نوع اصلی فریم اترنت وجود دارد:

• اترنت نوع II
• اترنت 802.3
• اترنت 802.2
• اترنت اسنپ (پروتکل دسترسی زیرشبکه).

فیلدهای مشترک برای هر چهار نوع قاب را در نظر بگیرید (شکل 1).

برنج. 1. فرمت فریم اترنت رایج

فیلدهای قاب دارای معانی زیر هستند:

• فیلدهای "Preamble" و "Frame start flag" برای همگام سازی فرستنده و گیرنده در نظر گرفته شده اند. مقدمه یک دنباله 7 بایتی از یک و صفر است. اندازه فیلد پرچم شروع فریم 1 بایت است. این فیلدها در محاسبه طول فریم در نظر گرفته نمی شوند.
• فیلد «آدرس مقصد» شامل 6 بایت است و حاوی آدرس فیزیکی دستگاه در شبکه ای است که این فریم به آن آدرس داده می شود. مقادیر این و قسمت بعدی منحصر به فرد است. به هر سازنده آداپتور اترنت سه بایت اول آدرس اختصاص داده می شود، در حالی که سه بایت باقی مانده مستقیماً توسط سازنده تعیین می شود. به عنوان مثال، برای آداپتورهای 3Com، آدرس‌های فیزیکی با 0020AF شروع می‌شوند. بیت اول آدرس مقصد معنای خاصی دارد. اگر 0 باشد، این آدرس یک دستگاه خاص است (فقط در این مورد، سه بایت اول برای شناسایی سازنده کارت شبکه خدمت می کنند)، و اگر 1 - پخش می شود. به طور معمول، در آدرس پخش، تمام بیت های باقی مانده نیز روی یک تنظیم می شوند (FF FF FF FF FF FF FF).
• فیلد «آدرس فرستنده» شامل 6 بایت است و حاوی آدرس فیزیکی دستگاه در شبکه ای است که این فریم را ارسال کرده است. بیت اول آدرس فرستنده همیشه صفر است.
• فیلد Length/Type بسته به فریم اترنت مورد استفاده ممکن است شامل طول یا نوع قاب باشد. اگر فیلد طولی را مشخص کند، در دو بایت مشخص می شود. اگر نوع - آنگاه محتوای فیلد نشان دهنده نوع پروتکل لایه بالایی است که این فریم به آن تعلق دارد. به عنوان مثال، هنگام استفاده از پروتکل IPX، مقدار فیلد 8137 و برای پروتکل IP، 0800 است.
• فیلد "داده" حاوی داده های فریم است. اغلب، این اطلاعات مورد نیاز پروتکل های سطح بالا است. این فیلد طول ثابتی ندارد.
• فیلد «Checkssum» شامل نتیجه محاسبه چک‌سوم تمام فیلدها به جز پرامبل، علامت ابتدای کادر و خود چک‌جمع است. محاسبه توسط فرستنده انجام می شود و به فریم اضافه می شود. یک روش محاسبه مشابه در دستگاه گیرنده انجام می شود. اگر نتیجه محاسبه با مقدار این فیلد مطابقت نداشته باشد، فرض می شود که در حین ارسال خطایی رخ داده است. در این حالت فریم خراب و نادیده گرفته می شود.

لازم به ذکر است که حداقل طول مجاز برای هر چهار نوع فریم اترنت 64 بایت و حداکثر آن 1518 بایت است. از آنجایی که 18 بایت برای اطلاعات سرویس در یک فریم اختصاص داده می شود، فیلد "داده" می تواند 46 تا 1500 بایت طول داشته باشد. اگر داده های ارسال شده از طریق شبکه کمتر از حداقل طول مجاز باشد، فریم به طور خودکار به 46 بایت اضافه می شود. چنین محدودیت های سختگیرانه ای در حداقل طول قاب برای اطمینان از عملکرد طبیعی مکانیسم تشخیص برخورد معرفی شده است.

1000Base-X

مشخصات 1000BASE-X نیاز به استفاده از یک محیط فیبر نوری دارد. این استاندارد مبتنی بر فناوری مبتنی بر استاندارد کانال فیبر ANSI (ANSI X3T11) است.

فناوری 1000BASE-X امکان سه رسانه انتقال مختلف را فراهم می کند، از این رو سه نوع: 1000BASE-SX، 1000BASE-LX و 1000BASE-CX.

1000Base-SX

متداول ترین و ارزان ترین فناوری مبتنی بر فیبر چند حالته استاندارد. حداکثر فاصله برای 1000BASE-SX 220 متر است. طول موج مورد استفاده 850 نانومتر است، S مخفف Short Wavelength است.

بدیهی است که این مقدار فقط با انتقال داده دوطرفه کامل قابل دستیابی است، زیرا زمان چرخش دوگانه سیگنال در دو بخش 220 متری 4400 bt است که حتی بدون در نظر گرفتن تکرار کننده و آداپتورهای شبکه از حد 4095 bt فراتر می رود. . برای انتقال نیمه دوبلکس، حداکثر طول قطعات کابل فیبر نوری همیشه باید کمتر از 100 متر باشد.

1000Base-LX

فناوری 1000BASE-LX معمولاً با فیبرهای تک حالته استفاده می شود، در اینجا فاصله مجاز 5 کیلومتر است. مشخصات 1000Base-LX می تواند روی کابل چند حالته نیز کار کند. در این مورد، حداکثر فاصله کوچک است - 550 متر.

برای مشخصات 1000Base-LX، یک لیزر نیمه هادی با طول موج 1300 نانومتر همیشه به عنوان منبع تابش استفاده می شود.

1000Base-CX

فناوری 1000BASE-CX از متمایزترین سه رسانه استفاده می کند. این یک راه‌حل مبتنی بر کاربرد است که از کابل‌های شیلددار جفت پیچ‌خورده از پیش فشرده شده استفاده می‌کند.

کانکتور RJ-45 ساده ای نیست که معمولاً در 10/100/1000Base-T استفاده می شود. در عوض، DB-9 یا HSSDS برای پایان دادن به دو جفت سیم استفاده می شود. فناوری 1000BASE-CX در فواصل تا 25 متر عمل می کند که استفاده از آن را در مناطق کوچک محدود می کند.

1000Base-T

مشخصات 1000Base-T روی جفت پیچ خورده رده 5 عمل می کند.

هر جفت کابل رده 5 دارای پهنای باند تا 100 مگاهرتز است. برای انتقال داده ها از طریق چنین کابلی با سرعت 1000 مگابیت بر ثانیه، تصمیم گرفته شد که انتقال موازی به طور همزمان در طول هر 4 جفت کابل سازماندهی شود.

این بلافاصله سرعت انتقال داده را برای هر جفت به 250 مگابیت بر ثانیه کاهش داد.

برای رمزگذاری داده ها از کد PAM5 با استفاده از 5 سطح پتانسیل 2-، -1، 0، +1، +2 استفاده شد. بنابراین، در یک چرخه ساعت، 2.322 بیت اطلاعات از طریق یک جفت منتقل می شود. بنابراین می توان فرکانس کلاک را به جای 250 مگاهرتز به 125 مگاهرتز کاهش داد. در عین حال، اگر از همه کدها استفاده نشود، اما 8 بیت در هر ساعت (در 4 جفت) ارسال شود، سرعت انتقال مورد نیاز 1000 مگابیت در ثانیه حفظ می شود و همچنان ذخیره ای از کدهای استفاده نشده وجود دارد، زیرا کد RAM5 شامل 5 4 = 625 ترکیب، و اگر 8 بیت داده در یک چرخه بر روی هر چهار جفت منتقل شود، آنگاه این تنها به 2 8 = 256 ترکیب نیاز دارد. ترکیبات باقیمانده می توانند توسط گیرنده برای کنترل اطلاعات دریافتی و برجسته کردن ترکیبات صحیح در پس زمینه نویز استفاده شوند. کد PAM5 در 125 مگاهرتز در پهنای باند 100 مگاهرتز کابل رده 5 قرار دارد.

برای تشخیص برخوردها و سازماندهی یک حالت دوطرفه کامل، مشخصات از تکنیکی استفاده می کند که در آن هر دو فرستنده روی هر یک از 4 جفت در محدوده فرکانسی یکسان به سمت یکدیگر کار می کنند، زیرا از کد PAM5 بالقوه یکسانی استفاده می کنند (شکل 12). طرح جداسازی هیبریدی H به گیرنده و فرستنده گره یکسان اجازه می دهد تا از کابل جفت پیچ خورده برای ارسال و دریافت همزمان استفاده کنند.

شکل 12. انتقال دو طرفه روی 4 جفت UTP cat5 در گیگابیت

برای جدا کردن سیگنال دریافتی از سیگنال خود، گیرنده سیگنال شناخته شده خود را از سیگنال حاصل کم می کند. این یک عملیات ساده نیست و از پردازنده های سیگنال دیجیتال ویژه - DSP (پردازنده سیگنال دیجیتال) برای انجام آن استفاده می شود.