Рис. 7.1. Формат кадра в Ethernet.
Сетевая архитектура – это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети. В соответствии со стандартными протоколами физического уровня проводных сред передачи данных выделяют три основные сетевые архитектуры:
Это самая популярная в настоящее время сетевая архитектура. Она использует:
Среда передачи является пассивной, т. е. получает питание от рабочих станций. Сеть прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора. Передает информацию кадрами, формат которых представлен на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Формат кадра в Ethernet.
Поле «Тип протокола» используется для идентификации протокола сетевого уровня (IPX и IP) – маршрутизируемый или нет. Спецификация Ethernet выполняет функции физического и канального уровня модели OSI. Различают несколько стандартов сетевых архитектур Ethernet:
Физическая топология представляет собой «звезду» на основе витой пары, соединяющей все узлы сети с концентратором, используя две пары проводов: одну для передачи, другую – для приема (рис. 7.2).
Логически (т.е. по системе передачи сигналов) данная архитектура представляет собой «шину» как и все архитектуры Ethernet. Концентратор выступает как многопортовый репитер. Длина сегмента от 2,5 до 100 м. ЛВС стандарта 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров
Рис. 7.2. Сеть стандарта 10BaseT.
Достоинством является возможность использования распределительных стоек и панелей коммутации, что позволяет легко перекоммутировать сеть или добавить новый узел без остановки работы сети. Новейшие концентраторы позволяют расширять топологию сети, соединив отдельные концентраторы между собой магистралью на основе коаксиального или оптоволоконного кабеля и получить топологию «звезда – шина».
Сеть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 185 м и возможностью подключения к одному сегменту до 30 ЭВМ (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Архитектура сети стандарта 10Base2.
Эта сетевая архитектура физически и логически представляет собой «шину». С использованием репитеров может быть увеличена общая протяженность сети введением дополнительных сегментов. Однако при этом необходимо учитывать правило 5-4-3. Сеть на тонком коаксиале может состоять максимум из 5 сегментов кабеля, соединенных 4 репитерами. При этом только к 3 сегментам можно подключать рабочие станции. Два из пяти сегментов являются межрепитерными связями и служат только для увеличения длины сети (рис. 7.4). Максимальное число компьютеров до 1024, а общая длина сети до 925м.
Рис. 7.4. Правило 5-4-3 для сети стандарта 10Base2.
Сетевая архитектура на толстом Ethernet логически и физически представляет собой «шину» (рис. 7.5). Магистральный сегмент (т. е. главный кабель, к которому подключаются трансиверы для связи с РС) имеет длину до 500 м и возможность подключения до 100 компьютеров. С использованием репитеров, которые также подключаются к магистральному сегменту через трансиверы, общая длина сети может составить 2500 м.
Рис. 7.5. Сеть стандарта 10Base5.
При расширении сети справедливо правило 5–4–3 и возможно комбинирование тонкого и толстого кабеля. В этом случае в качестве магистрали, способной передавать данные не большие расстояния, используется толстый кабель, а в качестве ответвляющих сегментов используют тонкий.
Данная архитектура строится на оптоволоконном кабеле, доступ к которому со стороны компьютеров и репитеров осуществляется с помощью трансиверов (рис. 7.6). На сегодняшний день в основном используются внешние трансиверы.
Рис. 7.6. Сеть стандарта 10BaseFL.
Особенность этих трансиверов в том, что их передатчики преобразуют электрические сигналы от ЭВМ в световые импульсы, а приемники – световые в электрические. Популярность использования 10BaseFL обусловлена:
На рынке предлагаются ответвители типа коаксиал-волокно и ответвители типа волокно-коаксиал.
Cтандарт Fast Ethernet явился расширением сетевой архитектуры Ethernet и соответствует протоколу физического уровня IEEE 802.30. Его особенность в том, что он сохранил стандартный для Ethernet метод доступа CSMA/CD, от которого отходили разработчики других технологий повышенной скорости передачи в сети. Сохранение метода доступа означало, что имеющиеся в наличие драйверы для Ethernet будут работать без изменений.
Преимуществом этой технологии, появившейся в конце 1993 года, было то, что степень ее совместимости с Ethernet–сетями, позволило интегрировать ее в ЛВС с помощью двухскоростных сетевых адаптеров или мостов. Данная сетевая архитектура, подобно 10BaseT, использовала физическую топологию «звезда» или «звезда – шина», при которой все кабели подключались к концентратору. Различают три спецификации среды:
100BaseTX — наиболее популярная версия Fast Ethernet, использующая только две витые пары категории 5. По использованию разъемов полностью соответствует 10BaseT . Возможна работа в полудуплексном и полнодуплексном режимах. Логическое кодирование производится по схеме 4В/5В — 4 бита исходной информации преобразуются в 5-битный символ. Избыточность используется для повышения достоверности и служебных целей. В паузе между кадрами в линию посылается последовательность символов Idle (11111), которая постоянно циркулирует между передатчиком и приемником для обозначения незанятого состояния среды.
100BaseT4 — версия, которая использует все четыре витых пары, но категории кабеля, начиная с 3. Кроме однонаправленных пар, используемых в 100BaseTX и 10BaseT, здесь две дополнительные пары являются двунаправленными и служат для распараллеливания передачи данных. Кадр передается по трем линиям параллельно, что позволяет снизить пропускную способность каждой пары до 33,3 Мбит/с. Каждые 8 бит, передаваемые по конкретной паре, кодируются шестью троичными цифрами (кодирование 8В/6Т). В результате при битовой скорости 33,3 Мбит/с скорость изменения сигналов в линии составляет 25 Мбод (33,3x6/8=25). Эти меры позволяют сузить необходимую полосу пропускания кабеля до требований категории 3, а именно 16 МГц. Четвертая пара при передаче используется для прослушивания сигнала от противоположного передатчика — по его появлению определяется факт коллизии.
Для реализации технологий 100BaseTX и 100BaseFX необходимо две пары проводов или двужильный оптокабель, чтобы организовать дуплексную передачу сигналов по традиционной CSMA/CD, используя одну пару для передачи, а другую – для приема (рис. 7.7).
Рис. 7.7. Сеть стандарта 100BaseX Ethernet.
Первоначальный стандарт Gigabit Ethernet был опубликован IEEE еще в июне 1998 г., как стандарт IEEE 802.3z, который предполагал использование только оптоволоконного кабеля. Но начиная с 1999 г., Gigabit Ethernet начал постепенно вытеснять Fast Ethernet благодаря значительно более высокой (1 000 000 000 бит/с) скорости передачи данных. Кроме того, необходимые кабели и оборудование мало отличаются от используемых в предыдущих стандартах, общедоступны и обладают низкой стоимостью. Однако, если в первых редакциях стандарта IEEE 802.3ab (1999г.) еще описывались полудуплексные гигабитные соединения с использованием сетевых концентраторов, то на текущий момент эта спецификация больше не обновляется, и сейчас используется исключительно полнодуплексный режим с соединением через коммутаторы.
1000BaseT — электрический интерфейс на четырех витых парах категории 5е (и даже 5) при ограничении на длину линии в 100 м. Сигнал передается одновременно по четырем парам проводов, причем для полного дуплекса передача ведется по каждой паре сразу в обоих направлениях (рис. 7.8). Оконечные цепи выделяют из смеси сигнал противоположного передатчика. Решение этой задачи на сверхвысоких частотах стало возможным благодаря применению современных сигнальных процессоров.
Рис. 7.8. Двунаправленная передача по 4-м проводам в стандарте IEEE 802.3ab.
Для удовлетворения требованиям к среде передачи рекомендуется применение в кабельной системе компонентов категории 5е (розетки, шнуры, 4-парные кабели стационарной проводки). Количество соединений в канале должно быть минимальным. В телекоммуникационных помещениях рекомендуется схема непосредственного подключения, без кросс-панели. В горизонтальной кабельной системе исключается соединение двух кусков кабелей в одной линии в точке перехода (ТР) или консолидации (СР).
К числу новых, но уже стандартизированных, скоростных технологий Ethernet следует отнести:
Что касается использования кабеля на основе витых пар, то в этих документах предусматрены: стандарт IEEE 802.3an (10GBASE-T), поддерживающий передачу со скоростью 10 Гб/c на растояние до 100 м по UTP/STP cat 6, 6a, 7, и стандарт IEEE 802.3ba (40GBase-T), обеспечивающий скорость передачи в 40 Гб/c на растояние до 30 м по UTP cat 8.
Мы уже рассматривали задачу построения сети из нескольких сегментов. В частности, если не хватает длины одного сегмента для соединения всех пользователей сети, то можно через репитер подключить еще один сегмент. Но иногда возникает и другая задача. Пусть имеем сегмент сети с очень интенсивным трафиком, который снижает производительность всей сети. Повысить ее производительность можно, если разделить перегруженный сегмент на два и соединить их с помощью моста или маршрутизатора (рис. 7.9).
Рис. 7.9. Сегментация сети.
Тогда трафик в каждом сегменте уменьшится, т.к. меньшее число компьютеров в каждом из сегментов попытается осуществить передачу, и время доступа к кабелю сокращается. Сегментация может помочь и при ограничении доступа к конфиденциальной информации.
Power over Ethernet (PoE) — это технология, которая позволяет передавать удалённому устройству электрическую энергию вместе с данными, через стандартную витую пару в сети Ethernet. Данная технология предназначается для IP-телефонии, точек доступа беспроводных сетей, IP-камер, сетевых концентраторов и других устройств, к которым нежелательно или невозможно проводить отдельный электрический кабель (рис. 7.10).
Рис. 7.10. Организация сегмента сети с использованием PoE.
Из приведенного списка устройств становится понятно с какой целью изобреталась данная технология. Кому охота тащить питающий кабель до веб-камеры или VoIP девайса, тем самым и так увеличивая кабельное хозяйство офиса или дома. Правда кидаться внедрять PoE везде и всюду надо внимательно, т.к. это внедрение требует пересмотра вопросов электропитания и охлаждения. Естественно, если речь идет о промышленном внедрении
Если не принять в расчет возросшие потребности в мощности энергоснабжения и охлаждения, то следует быть готовым к непредвиденным отключениям и нарушениям в работе оборудования. Поскольку PoE обычно применяется в системах связи и контроля доступа, негативный эффект от таких отключений особенно заметен.
Технология PoE описана стандартами IEEE 802.3af-2003 и IEEE 802.3at-2009. Существует несколько вариантов этой технологии, предшествующих первому стандарту, но они мало распространены.
Рис. 7.11. Соединение устройств при передаче питания по сигнальным парам.
Помимо использования двух свободных пар в сети 10/100Base-T, стандарт предусматривает и использование фантомного питания для передачи электропитания. В этом случае используются высокочастотные трансформаторы на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток. Подача питающего напряжения осуществляется как разность потенциалов между парами проводников, а более современные устройства поддерживают передачу электричества и по сигнальным проводам (рис. 7.11).
Этот вариант существенно снижает затраты на кабеле и монтажных работах. Такая технология PoE часто встречается в сфере IP-видеонаблюдения и точках доступа. Стандарт определяет пары проводников для подачи питания и его полярность. Эта технология работает с существующей кабельной системой, включая кабели категории 5 без необходимости внесения каких-либо модификаций в существующую СКС.
Это простая, гибкая и недорогая сетевая архитектура, поддерживающая протокол физического уровня IEEE 802.4. Объединяет достоинства IEEE 802.3 с гарантированным временем передачи кадра. Стандарт IEEE 802.4 описывает механизм организации сетей под названием «маркерная шина» (англ. Token bus). Сеть организуется таким образом, как будто компьютеры связаны в кольцо:
Компьютеры могут быть коаксиальным кабелем связаны в шину или в иных случаях подключены к концентраторам, которые могут быть: пассивными; активными; интеллектуальными. Пассивные концентраторы просто осуществляют коммутацию кабельных соединений сети. Активные – восстанавливают и ретранслируют сигнал. Интеллектуальные - обнаруживают изменения в сети и удаленно управляют работой сетевых устройств.
Рис. 7.12. Упрощенная архитектура ArcNet.
Особенность маркерного доступа ArcNet (рис.7.9) состоит в том, что:
Формат пакета ArcNet Plus имеет вид, представленный на рис. 7.13.
Рис. 7.13. Формат пакета данных ArcNet.
Общее количество узлов: 255 – ArcNet; 2047 – Arc Net Plus. ArcNet – это одна из самых старых сетевых архитектур, реализованная недавно фирмой DataPoint в более современную ArcNet Plus. Однако на смену этим архитектурам приходят более современные и производительные. Одной из таких архитектур является FDDI, которая будет рассмотрена ниже. А сейчас познакомимся с давно используемой и хорошо зарекомендовавшей себя архитектурой.
Данная сетевая архитектура, получившая название маркерное кольцо, была разработана и внедрена фирмой IBM еще в 1984 г. как часть предложенного ею способа объединить в сеть весь ряд выпускаемых IBM компьютеров: персональные компьютеры; средние ЭВМ и мейнфреймы. Разрабатывая эту технологию, IBM ставила задачу обеспечить простоту монтажа кабеля – витой пары – соединяющего компьютер с сетью через розетку. Token Ring является реализацией протокола физического уровня IEEE 802.5:
Рис. 7.14. Формат кадра, используемый в сетях Token Ring.
Логическое кольцо в этой сетевой архитектуре организуется концентратором, который называется модулем множественного доступа (MSAU – MultyStation Access Unit) или интеллектуальным модулем множественного доступа (SMAU – Smart Multystation Access Unit). Кабели (витые пары) соединяют клиентов и серверов с MSAU, который работает по принципу других концентраторов. При соединении компьютеров он включается в кольцо (рис. 7.15).
Рис. 7.15. Логическое кольцо на IBM MSAU.
Например, IBM MSAU имеет 10 портов соединения. К нему можно подключить до 8 компьютеров. Каждое кольцо может содержать до 33 концентраторов. Общее число компьютеров – 72 при использовании UTP и 260 при использовании STP. Другие производители выпускают MSAU большей емкости (в зависимости от модели). Расширение логического кольца на базе концентраторов позволяет увеличить общее количество узлов в сети (рис. 7.16).
Рис. 7.16. Расширение логического кольца.
При этом расстояние между концентраторами до 45м (152м), а каждая РС соединяется с MSAU: при UTP - сегментом до 45м; при STP - сегментом до 100м. Расстояние между MSAU можно увеличить до 365 метров, установив репитер. Известны две модели сетевых плат на 4 и 16 Мбит/с. Платы на 16Мбит/с могут обеспечить передачу более длинных кадров, что сокращает количество передач для одного и того же объема данных.
Компьютер, который первым начал работу, наделяется системой Token Ring особыми функциями. Этот компьютер:
После появления в сети нового компьютера система инициирует его, чтобы он стал частью кольца. Это включает в себя: проверку уникальности адреса; уведомление всех узлов сети о появлении нового узла.
В «теоретической» кольцевой топологии вышедший из строя компьютер останавливает движение маркера, что в свою очередь останавливает работу всей сети. В реальных сетевых архитектурах Token Ring используются интеллектуальные концентраторы, которые в состоянии обнаружить отказавшую сетевую плату (РС) и во время отключить ее. Эта процедура позволяет “обойти” отказавший компьютер, поэтому маркер продолжает свое движение. Таким образом, отказавший компьютер не влияет на работу сети.
Одной из современных сетевых архитектур является архитектура FDDI (Fiber Distributed Data Interface - распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных), которая определяет:
Эта архитектура обеспечивает совместимость с Token Ring, поскольку у них одинаковые форматы кадров. Однако есть и различия. В сети FDDI компьютер:
Поскольку компьютер, завершив передачу, сразу освобождает маркер, могут остаться несколько кадров, одновременно циркулирующих по кольцу. Этим объясняется более высокая производительность FDDI, чем Token Ring, которая позволяет циркулировать в кольце только одному кадру.
FDDI основана на технологии совместного использования сети. Это означает, что передавать данные одновременно могут несколько компьютеров. Хотя FDDI работает со скоростью 100 Мбит/с, технология совместного использования может стать причиной ее перегрузки. Так, если 10 компьютеров начнут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с каждый, общий поток будет равен 100 Мбит/с. А при передачи видеоинформации или данных мультимедиа среда передачи окажется потенциально узким местом системы.
FDDI использует передачу маркера в двойном кольце. Трафик сети состоит из двух похожих потоков, движущихся в противоположных направлениях по двум кольцам: основному и дополнительному (рис. 7.17). Обычно данные передаются по основному кольцу. Если в основном происходит сбой, сеть автоматически реконфигурируется, и данные начинают передаваться по второму кольцу в другом направлении. Одно из достоинств FDDI – избыточность: одно кольцо является резервным.
Рис. 7.17. Базовая топология FDDI.
При отказе кольца или разрыве кабеля сеть автоматически переконфигурируется и передача продолжится. Существуют ограничения:
Так как второе кольцо предназначено для защиты от сбоев, то для высоконадежной передачи эти показатели надо делить на два (500 компьютеров при длине каждого кольца в 100 км). Компьютеры могут подключаться к одному или обоим кольцам (рис. 7.18): станции класса А подключены к обоим кольцам; станции класса В только к основному. Если происходит сбой сети, станции класса А участвуют в переконфигурации, а станции класса В – не участвуют.
Рис. 7.18. Подключение рабочих станций к кольцам в FDDI.
Физически FDDI имеет топологию «звезда». При этом отдельные компьютеры могут иметь соединение «точка-точка» с концентратором. Такое решение позволяет использовать интеллектуальные концентраторы для сетевого управления и поиска неисправностей.
Все компьютеры в среде FDDI отвечают за мониторинг передачи маркера. Чтобы изолировать серьезные сбои в кольце, используется метод, который называется «испускание маяка» («beaconing») (рис. 7.16). Суть метода заключается в следующем:
Рассмотрим пример функционирования FDDI при сбое в работе одного из компьютеров сети (рис. 7.19). Предположим, что произошел сбой в работе компьютера номер 1.
Рис. 7.19. Мониторинг передачи маркера в FDDI.
FDDI — это стандарт передачи данных в локальной сети, протянутой на расстоянии до 200 километров и основан на протоколе Token Ring. Кроме большой территории, сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей. Стандарт определяет физический уровень и часть канального уровня, которая отвечает за доступ к среде: поэтому его взаимоотношения с эталонной моделью OSI примерно аналогичны тем, которые характеризуют IEEE 802.3 и IEEEE 802.5
Беспроводные технологии — подкласс информационных технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение. В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения. Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.
Рис. 7.20. Классификация по дальности и скорости передачи.
Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние (рис. 7.20).
Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи
| Технология | Стандарт | Использование | Пропускная способность | Радиус действия | Частоты |
| Wi-Fi | 802.11a | WLAN | до 54 Мбит/с | до 300 метров | 5,0 ГГц |
| Wi-Fi | 802.11b | WLAN | до 11 Мбит/с | до 300 метров | 2,4 ГГц |
| Wi-Fi | 802.11g | WLAN | до 54 Мбит/с | до 300 метров | 2,4 ГГц |
| Wi-Fi | 802.11n | WLAN | до 300 Мбит/с в перспективе до 600 Мбит/с | до 300 метров | 2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц |
| WiMax | 802.16d | WMAN | до 75 Мбит/с | 25-80 км | 1,5-11 ГГц |
| WiMax | 802.16e | Mobile WMAN | до 40 Мбит/с | 1-5 км | 2,3-13,6 ГГц |
| WiMax 2 | 802.16m | WMAN, Mobile WMAN | до 1 Гбит/с (WMAN), до 100 Мбит/с (Mobile WMAN) | 120-150 км (стандарт в разработке) | До 11 ГГц |
| Bluetooth v.1.1 | 802.15.1 | WPAN | до 1 Мбит/с | до 10 метров | 2,4 ГГц |
| Bluetooth v.2.0 | 802.15.3 | WPAN | до 2,1 Мбит/с | до 100 метров | 2,4 ГГц |
| Bluetooth v.3.0 | 802.11 | WPAN | от 3 Мбит/с до 24 Мбит/с | до 100 метров | 2,4 ГГц |
| UWB | 802.15.3a | WPAN | 110-480 Мбит/с | до 10 метров | 7,5 ГГц |
| ZigBee | 802.15.4 | WPAN | от 20 до 250 кбит/с | 1-100 м | 2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов), 868 МГц (один канал) |
| Инфракрасная линия связи | IrDa | WPAN | до 16 Мбит/с | от 5 до 50 см, одност. связь — до 10 метров | Инфракрасное излучение |
Технологии WiMAX и Wi-Fi используют беспроводное соединение, но направлены на решение совершенно различных задач. WiMAX — это система дальнего действия, которая обычно использует лицензированные спектры частот для предоставления соединения с Интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного до фиксированного, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к его местоположению (альтернатива проводному доступу).
Wi-Fi — это система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется для доступа к ЛВС, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.
WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.
UWB (англ. Ultra-Wide Band, сверхширокая полоса) — это беспроводная технология связи на малых расстояниях при низких затратах энергии, использующая в качестве несущей сверхширокополосные сигналы с крайне низкой спектральной плотностью мощности.
Основными областями применения технологии ZigBee являются беспроводные сенсорные сети, автоматизация жилья («Умный дом» и «Интеллектуальное здание»), медицинское оборудование, системы промышленного мониторинга и управления, а также бытовая электроника и «периферия» персональных компьютеров.
Способность к самоорганизации и самовосстановлению, ячеистая (mesh-) топология, защищённость, высокая помехоустойчивость, низкое энергопотребление и отсутствие необходимости получения частотного разрешения делают ZigBee-сеть подходящей основой для беспроводной инфраструктуры систем позиционирования в режиме реального времени. Примеры ссылок на использования ZigBee-сетей: Автоматизация зданий и промышленных объектов, а также ZigBee-датчики
Как уже отмечалось ранее, в сетевых технологиях, различают такие понятия как фрейм (frame) и пакет (packet). Новички сетевых технологий, часто делают ошибки в использовании этих терминов и считают что эти термины являются синонимами, но это не так. Давайте определимся, что же называют фреймами, а что называют пакетами.
Фреймами называют некоторое число байт, которые содержат в себе заголовок Layer 2 OSI и концевик, вместе с инкапсулированными данными. В инкапсулированных данных обычно содержатся так же и заголовки других уровней. Пакетами же обычно называют заголовок Layer 3 вместе с данными, но уже без заголовка Layer 2 и концевика (trailer).
Говоря об аппаратных компонентах, следует отметить, что hub это устройство первого уровня. Оно ничего не знает ни о Layer 2 заголовках, а тем более уж о Layer 3. В то же время, Switch - это обычно это Layer 2 устройство. Оно понимает заголовок Layer 2, и на его основе может выполнять ряд действий. Например, выделять MAC адрес получателя, искать к какому порту этот MAC-адрес привязан и отправлять фрейм только туда и никуда больше. Так же существуют и Layer 3 устройства, которые получили название маршрутизаторы.
Но об этом более подробно в следующих разделах, а сейчас спецификация Ethernet. Первым основателем Ethernet спецификации стал консорциум DIX, на самом деле это группа компаний: Digital Equipment Corp, Intel и Xerox. В начале 1980х годах, IEEE стандартизировала технологию Ethernet, которая разделялась на две части: 802.3 Media Access Control (MAC) и 802.2 Logical Link Control (LLC). Существует несколько версий Ethernet фрейма:
Рис. 1.1. Формат фрейма Ethernet DIX and Revised (1997) IEEE 802.3.
Рис. 1.2. Формат фрейма Original IEEE Ethernet (802.3).
Рис. 1.3. Формат фрейма IEEE 802.3 with SNAP Header.
Разберем более поподробнее поля фрейма:
Вообще, что такое преамбула вообще? Это некая совокупность 0 и 1, которая используется для синхронизации. То есть говорит ресиверу, что будет принят ethernet кадр. В DIX преамбула была 8 байт, семь первых байтов содержало последовательность 10101010 и так семь раз (7 байт), последний 8-ой байт выглядел так: 10101011. В 802.3 преамбула стала 7 байт, которые так содержало последовательность 10101010 (7 раз, 7 байт) и было добавлено еще одно поле, которое назвали SD (Start of Frame Delimiter ), что означает — начало ethernet кадра. Собственно тоже самое что и в DIX реализации, только выделено дополнительное поле. Вместо одного, как в DIX’е.
Эти поля относятся к первой части 802.3 Ethernet — подуровню MAC. Вместе с этим в структуре фрейма присутствует и вторая часть 802.3 Ethernet — подуровень LLC. Рассмотрим его поля в структуре фрейма:
Заголовок SNAP — занимает 5 байт. Он состоит из двух полей — OUI и TYPE. При приеме данных, приемник должен знать, какой из сетевых протоколов должен получить входящие данные. Таким протоколом может быть, например, IP. Для такой идентификации и предназначен набор полей SNAP — Sub Network Access Protocol (протокол доступа к подсетям):
Как же может устройство определить, какой тип ethernet кадра принимается? Ведь существует DIX формат (Ethernet II), 802.3 и 802_3 с SNAP ? Все очень просто. Давайте рассмотрим алгоритм определения.
Такой алгоритм работает при определении какого типа формат кадра передается на приемник. А сейчас несколько слов об адресации на канальном уровне, которую обычно называют MAC-адресацией.
На канальном уровне, адресация проходит по MAC адресам. Эти адреса имеют 48 битный формат и записываются в 16-ом виде. MAC-адрес состоит из 48 бит, таким образом, адресное пространство насчитывает 248 (или 281 474 976 710 656) адресов. Согласно подсчётам IEEE, этого запаса адресов хватит, по меньшей мере, до 2100 года. Обычно MAC-адрес записывают в виде шести пар шестнадцатеричных цифр, разделённых тире или двоеточиями. Например,
10:A1:17:3D:56:AF или ( MAC-адреса адаптеров Вашего компьютера )
Mac адрес состоит как бы из двух частей. Первые три байта прикреплены к той или иной компании, которая производит сетевые устройства, то есть все устройства, например, Cisco имеет одинаковые и определнные первые 3 байта. Некоторые компании имеют не один такой адрес, а целый пул адресов. При этом вторые 3 байта, это непосредственно уникальный адрес конкретного сетевого устройства.
Уникальный MAC-адрес “зашивается” в сетевой адаптер при его изготовлении. Он не может совпадать ни с каким другим MAC-адресом в мире и не может меняться во время эксплуатации устройства. Распределением MAC-адресов между производителями оборудования занимается международная некоммерческая организация IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers — Институт инженеров электротехники и электроники).
Cтоит отметить еще один факт, что на канальном уровне существуют два типа посылок — это юникастовые рассылки (грубо говоря точка-точка) и множественные рассылки (от одного к нескольким). Это определяется по первому биту MAC адреса. Если этот бит равен «1», то это значит что осуществляется множественная рассылка (например широковещательная рассылка, такой адрес имеет все единицы), если первый бит равен «0», юникастовая рассылка.