Сейчас в Петрозаводске
текущая температура

СЕТИ И ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ

4. Сетевые архитектуры. Ethernet. CSMA/CD, коллизии. Кодирование.    Кадры Novell 802.3 (или Raw 802.3), стандарта 802.3 (или Novell 802.2), Ethernet DIX (или Ethernet II), Ethernet SNAP. Три типа процедур обмена данными LLC 1 - 3.    Ethernet и FastEthernet. 100Base-TX, 100Base-T4, 100Base-FX. Уровень согласования (reconciliation sublayer); независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface), устройство физического уровня (Physical layer device).    Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно. NRZI, 4b/5b.    Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара. Auto-negotiation - автопереговоры по принятию режима работы порта. Полнодуплексный режим работы.    Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара. 

Сетевые архитектуры. Ethernet. CSMA/CD, коллизии. Кодирование.

Сетевые архитектуры. Ethernet.
Ethernet - широковещательная система, станция может начать передачу в любой момент, конкуренция. Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD. CS - постоянная проверка среды передачи (idle, busy). MA - любая станция, если среда свободна может начать передачу. Коллизии - CD.
Манчестерский код (униполярный сигнал), повышение среднего напряжения в линии (отлавливается аппаратурой).
Алгоритм CSMA/CD:
Передача пакета - формирование пакета, среда свободна?, начало передачи, есть конфликт?, счетчик попыток (среда заблокирована), расчет времени задержки.
Прием - начало приема, прием начался?, есть конфликт?, адрес распознан?, верное CRC? Нет-лишние биты (ошибка: длинный пакет, ошибка CRC) / Да-правильная длина? (ошибка длины/прием успешный).
Коллизия - станция выдает JAM-последовательность (32 бита). Далее прекращение передачи всеми станциями на опред. время Delay => while attempts<16; k:=Min(attempts, 10); r:=Random(0,2k); delay:=r*Slot_time (время для определения коллизии, в два раза больше времени распространения).


Кадры Novell 802.3 (или Raw 802.3), стандарта 802.3 (или Novell 802.2), Ethernet DIX (или Ethernet II), Ethernet SNAP. Три типа процедур обмена данными LLC 1 - 3.

Кадр стандарта Novell 802.3
(8 полей) - кадр MAC уровня.
  • Поле преамбулы состоит из семи байтов 10101010 - дать время и возможность схемам приемопередатчиков (transceiver) синхронизоваться.
  • Начальный ограничитель кадра (Start of frame delimiter) 10101011 - указанием на предстоящий прием кадра.
  • Адрес получателя (DA) - 6 байт (MAC-адрес получателя). Первый бит адреса получателя - 0, то адрес указывает на определенную станцию, если 1, то это групповой адрес нескольких (возможно всех) станций сети. При широковещательной адресации все биты поля адреса устанавливаются в 1.
  • Адрес отправителя (SA) - 6-ти байтовое поле, содержащее адрес станции отправителя. Первый бит всегда 0.
  • Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данных в кадре.
  • Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт. Если длина поля меньше 46 байт, то используется:
  • Поле заполнения до 64байт в кадре. Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Если длина поля данных достаточна, то поле заполнения в кадре не появляется.
  • Поле контрольной суммы (FCS) - 4 байта.
Pre
SFD
DA
SA
Len
Data
FCS

Novell использовала только IPX, потом одумалась и зарегистрировала Novell 802.2:
Кадр стандарта 802.3
+заголовок LLC уровня из трех байт в поле данных. Само поле данных 43-1497. точка входа в сервис назначения (Destination Service Access Point, DSAP), точка входа в сервис источника (Source Service Access Point, SSAP) и поле управления (тип кадра). Первые два для характеризации протоколов верхнего уровня, данные которых представлены в поле данных кадра LLC. Для IPX DSAP и SSAP равны Е0.
Три типа процедур обмена данными:
LLC 1 определяет обмен данными без предварительного установления соединения и без повторной передачи кадров в случае обнаружения ошибочной ситуации, то есть является процедурой дейтаграммного типа. Этот тип процедуры и используется во всех практических реализациях Ethernet. Поле управления для этого типа процедур имеет значение 03, что определяет все кадры как ненумерованные.
LLC 2 определяет режим обмена с установлением соединений, нумерацией кадров, управлением потоком кадров и повторной передачей ошибочных кадров. В локальных сетях Ethernet этот режим используется редко.
LLC 3 определяет режим передачи данных без установления соединения, но с получением подтверждения о доставке информационного кадра адресату. Только после этого может быть отправлен следующий информационный кадр.
Кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II)
Вместо поля длина - поле Type (значение больше1518). Всегда 1500байт.
Кадр Ethernet SNAP
(SubNetwork Access Protocol, для ограничения доступа к сети компьютеров других организаций) - в поля DSAP и SSAP записывается значение AA, тип кадра 03, а для обозначения типа протокола, вложенного в поле данных, используются следующие 4 байта, байты идентификатора организации (OUI, 3байта) всегда равны 00 (за исключением протокола AppleTalk), а последний байт (TYPE) содержит идентификатор типа протокола (например, 08 для IP).

DSAP
SSAP
Control
OUI
OUI
OUI
Type

Различия в форматах кадров технологии Ethernet могут иногда приводить к несовместимости аппаратуры, рассчитанной на работу только с одним стандартом. Производится автоматическое детектирование типов кадров по характерным значениям некоторых полей. Этого не бывает в Token Ring и FDDI: там всегда используются кадры стандартного формата.      

Ethernet и FastEthernet. 100Base-TX, 100Base-T4, 100Base-FX. Уровень согласования (reconciliation sublayer); независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface), устройство физического уровня (Physical layer device).

Сравнение стеков физического уровня для 10 и 100Мбитного Ethernet Ethernet и FastEthernet.
В мае 1995 года комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u. Отличия FE от E обусловлены не только использованием разл. вариантами кабельных систем и электрическими параметрами импульсов, как это сделано в технологии 10 Мб/с Ethernet: 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5, или экранированной витой паре STP Type 1; 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3, 4 или 5; 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, но и способом кодирования сигналов и количеством используемых в кабеле проводников.

Физ. уровень состоит из трех подуровней:

  • Физический уровень для 100BaseFX,TX,T4уровень согласования (reconciliation sublayer);
  • независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII, внутренний и внешний (40 Pin, 1м, 5v)) - поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY. Похож на AUI, только AUI между PHY (там всегда одинаковое кодирование) и PMA.
  • устройство физического уровня (Physical layer device, PHY) - обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием и декодирование данных в узле-приемнике.
Наличие MII интерфейса в репитереMedia Independent Interface, MII.
Интерфейс MII может использоваться не только для связи PHY с MAC, но и для соединения устройств PHY с микросхемой повторения сигналов в многопортовом повторителе-концентраторе.
4х-битные шины данных от PHY к MAC и наоборот, двухпроводная шина упр-я для передачи информации по запросу о статусе порта и линии. Данные о конфигурации, а также о состоянии порта и линии хранятся соответственно в двух регистрах: регистре управления (Control Register, для установки скорости работы порта, для указания, будет ли порт принимать участие в процессе автопереговоров о скорости линии (наиб. высокоскоростной режим), для задания режима работы порта - полудуплексный или полнодуплексный, и т.п.) и регистре статуса (Status Register, информацию о действительном текущем режиме работы порта).
Регистр статуса может содержать данные об одном из следующих режимов:
- 10Mb/s half-duplex
- 10Mb/s full-duplex
- 100Base-T4
- 100Base-TX half-duplex
- 100Base-TX full-duplex
- Ошибка на дальнем конце линии.

Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно. NRZI, 4b/5b.

Физический уровень 100Base-FX.
Многомодовое оптоволокно. Прием данных в параллельной форме от MAC-подуровня, трансляцию их в один (TX или FX) или три последовательных потока бит с возможностью побитной синхронизации и передачу их через разъем на кабель и наоборот на приемной стороне.
PHY FX == PCS (4b/5b), PMA, PMD.
Состояние Idle в сети на FX/TXRx - приемник, Tx - передатчик. PHY FX и TX похожи. Результирующий код передается со скоростью 125МГц, 8нс - межбитовое расстояние. Из 32 комбинаций 5бит используется 16, остальные - под служебные. Схема непрерывного обмена инфой. В отличие от 10BaseT, незанятая сеть наполнена символами Idle (11111) - поддерживается синхронизм и проверяется целостность сети. Есть запрещенные комбинации, сл. повышается устойчивость сети за счет отбрасывания таких символов.
Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов JK), а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ T - ограничитель конца потока значащих символов.

Idle
JK
Pre+SFD
DA
SA
L
Data
CRC
T
Idle
Физическое кодирование NRZI
NRZI - дифференциальный (1 - смена состояния). Нельзя много нулей подряд - спасение 4b/5b.

Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара. Auto-negotiation - автопереговоры по принятию режима работы порта. Полнодуплексный режим работы.

Физический уровень 100Base-TХ.
Двухпарная витая пара (5 кат. или STP 150 Ом).
PHY FX == PCS (4b/5b), PMA, TP-PMD + Auto-negotiation.
Отличия от FX - использование метода MLT-3 для передачи 5-битовых порций и договор о скорости работы порта. Перед передачей в MLT-3 форме (двуполярный, доход до нуля) сигнал шифруется и затем приемной стороной дешифруется для уменьшения его ЭМ излучение (размазывание по спектру).
Auto-negotiation - автопереговоры по принятию режима работы порта (PHY TX и PHY T4).
5 разл. режимов работы, которые могут поддерживать устройства PHY TX или PHY T4 по возрастанию:
- 10Base-T (2 пары категории 3)
- 10Base-T full-duplex (2 пары категории 3)
- 100Base-TX (2 пары категории 5 (или Type 1A STP)
- 100Base-TX full-duplex (2 пары категории 5 (или Type 1A STP)
- 100Base-T4 (4 пары категории 3).
Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован и в любой момент модулем управления.
Для организации переговорного процесса используются служебные сигналы проверки целостности линии технологии 10Base-T - link test pulses, если узел-партнер поддерживает только стандарт 10Base-T. Внутрь них инкапсулируется информация переговорного процесса Auto-negotiation - Fast Link Pulse burst (FLP).
Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку импульсов FLP, в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом. Если узел не понимает автодоговора, то он шлет в сеть каждые 16мс link test pulses.
Полнодуплексный режим работы.
Для PHY FX и PHY TX возможен могут работать в full-duplex mode. Здесь нет CSMA/CD и нет коллизий: узел одновременно передает и принимает кадры данных по каналам Tx и Rx - только при соединении при соединения сетевого адаптера с коммутатором или же при непосредственном соединении двух машин.
Плохизм: нужны процедуры управления потоком кадров, иначе буферы коммутатора переполнятся и он начнет терять кадры Ethernet, что нежелательно, т.к. восстановление - медл. верхними протоколами.

Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара.

Физический уровень 100Base-T4.
Четырехпарная витая пара PHY T4 для старых сетей на категории 3.
PHY T4 == PCS (8B/6T), PMA + Auto-negotiation.
Каждые 8 бит информации MAC-уровня кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния, 40 наносекунд. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно. Четвертая пара - для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. 3*25Мгц=3*33.3 Мб/c.
Соединение RJ-45 карты с портом репитера по спецификации PHY T4:

Соединения контактов в кабеля адаптер-концентратор для T4 с разъемами RJ-45

 
||
AlexMou@, 1999.