Кадр Ethernet.docx

Кадр Ethernet

Кадр Ethernet — это последовательность бит, которая начинает и заканчивает каждый пакет Ethernet, передаваемый по сети. Кадр состоит из заголовка и постинформации, которые окружают и инкапсулируют данные, генерируемые протоколами вышележащих уровней модели OSI. Информация в заголовке и постинформации указывает адрес системы, пославшей пакет, и системы, которая должна получить его, а также выполняет несколько других функций, важных для доставки к месту назначения.

Кадр IEEE 802.3

Основной формат кадра Ethernet, определенный стандартом IEEE 802.3, I выглядит, как показано на рис. 7.2. Функции отдельных полей рассматриваются ниже.

7.1.1   Преамбула и начальный разделитель

Преамбула состоит из 7 байтов с перемежающимися значениями 0 и 1, которые системы используют для синхронизации генераторов тактовых импульсов, а затем отбрасывают. Применение в Ethernet манчестерской системы кодирования требует, чтобы генераторы тактовых импульсов, взаимодействующих систем были синхронизированы, т.е. заключили соглашение о длительности времени, прохождения бита.

Большинство производимых сегодня сетевых адаптеров разработаны для синхронизации в течение временного интервала, достигающего времени прохождения 11 бит, но это не абсолютное значение. Для того чтобы указать начало действительной передачи пакета, отправитель передает 1-байтовый начальный разделитель, который продолжает последовательность из перемежающихся 0 и 1, за исключением двух последних бит, которые оба содержат 1. Это — сигнал получателю, что любые последующие за ним данные являются частью пакета и должны быть считаны в буфер памяти сетевого адаптера для последующей обработки

Системы в холостом режиме (т.е. не осуществляющее в данный момент передачу или процесс исправления коллизии) не способны принимать какие-либо данные, пока они обрабатывают сигналы последовательности бит преамбулы в ходе подготовки к последующей передачи данных.

Во время передачи преамбулы принимающая                     система

синхронизирует  генератор тактовых                             импульсов            с генератором отправителя, но при этом получатель не знает о том, как много бит из 7 байт преамбулы прошли, прежде чем он включился в синхронизацию.

Рис.7.2 Кадр Ethernet окружает информацию, передаваемую от сетевого уровня вниз по стеку протоколов, и подготавливает её

д                                                                             для передачи.

.

7.1.2 Адрес назначения и исходный адрес

Адресация является наиболее важной функцией кадра Ethernet. Так как кадр можно представить как "конверт" для данных Сетевого уровня, переносимых внутри него, то ему требуется наличие адресов отправителя и получателя. Адреса протокола Ethernet, использующиеся для идентификации систем сети, имеют длину 6

байт и "зашиты" в платы сетевых адаптеров машины. Эти адреса называются аппаратными адресами или МАС-адресами. Аппаратный адрес каждого адаптера Ethernet уникален. IEEE присваивает 3-байтовый префикс производителям плат сетевых адаптеров. Он называется уникальным идентификатором изготовителя (OUI, organizationally unique identifier). Остальные 3 байта аппаратного адреса производители назначают сами.

Поле адреса назначения идентифицирует систему, которой был отправлен пакет. Адрес может указывать на конечную систему, которой предназначен пакет, если эта система находится в локальной сети, либо адрес может принадлежать устройству, предоставляющему доступ в другую сеть, например, маршрутизатору. Адреса Канального уровня всегда указывают на следующую точку остановки пакета в локальной сети. Контроль за прохождением по всему маршруту между конечными точками осуществляет Сетевой уровень, который и предоставляет адрес места назначения пакета.

Каждый узел в сети Ethernet считывает целевой адрес из заголовка пакета, передаваемого по сети, для того, чтобы определить, не содержит ли заголовок адрес этого узла. Система, считавшая заголовок кадра и знавшая свой собственный адрес, считывает пакет целиком в буфер памяти и обрабатывает его. Адрес назначения, полностью состоящий, из двоичных единиц означает, что пакет широковещательный, т. е. предназначен для всех систем сети. Определенные адреса могут быть групповыми. Они идентифицируют группу систем в сети, которые все должны принять посланное сообщение.

Поле исходного адреса содержит 6-байтовый МАС-адрес системы, отправившей пакет.

Значения полей адреса назначения, и адреса источника формирует драйвер сетевого адаптера системы, передающей пакет.

7.1.3 Длина

Поле длины кадра IEEE 802.3 составляет 2 байта и указывает на количество данных (в байтах), переносимых кадром в качестве полезной нагрузки. Его значение включает только действительные содержащиеся в пакете данные вышележащих уровней. Оно не включает размеры полей заголовка, постинформации, а также любой нагрузки, которая могла быть добавлена к данным для того, чтобы обеспечить минимальный размер для пакета Ethernet (64байта). Максимальный размер для пакета Ethernet, включая кадр, составляет 1518 байт. Поскольку кадр состоит из 18 байт, то наибольшее значение поля длины равно 1500.

7.1.4 Данные и дополнение

Рассматриваемое поле содержит полезные данные пакета, т. е. внутреннее содержимое оболочки. Передаваемые вниз протоколом Сетевого уровня данные включают первоначальное сообщение, созданное приложением или процессом верхнего уровня, и информацию заголовка, добавляемую протоколами промежуточных уровней. Помимо этого пакет, соответствующий стандарту 802.3, содержит 3-байтовый заголовок уровня управления логической связью (LLC), также размещенный в поле данных.

Например, пакет, содержащий имя хоста Интернета, которое должно быть преобразовано DNS-сервером в IP-адрес, состоит из первоначального сообщения DNS, заголовка, добавленного на Транспортном уровне протоколом UDP, заголовка, добавленного на Сетевом уровне протоколом IP, и заголовка LLC. Хотя эти три дополнительных заголовка не являются частью первоначального сообщения, для протокола Ethernet они представляют просто полезные данные, которые переносятся в поле данных, равно как и любая информация. Также как и почтовые работники, которые не подозревают о содержимом передаваемого ими письма, протокол Ethernet не имеет знаний о содержимом внутри оболочки.

Чтобы механизм выявления коллизий мог функционировать, готовый пакет Ethernet (исключая преамбулу и начальный разделитель) должен быть длиной минимум 64 байта. Таким образом, за вычетом 18 байт кадра, поле данных должно иметь размер не менее 46 байт. Если "полезная нагрузка" полученная от протокола Сетевого уровня, слишком короткая, то адаптер добавляет строку ничего не значащих битов для того, чтобы дополнить поле данных до необходимого размера.

Наибольшая длина для пакета Ethernet составляет 1518 байт, соответственно, поле данных не может быть больше, чем 1500 байт (включая заголовок LLC).

7.1.5 Контрольная последовательность кадра

Последние 4 байта кадра, следующие за полем данных (и дополнением, если оно есть), содержат значение контрольной суммы, которое принимающий узел задействует для определения целостности пакета. Непосредственно перед передачей сетевой адаптер узла, отправляющего сообщение, вычисляет избыточный циклический код (CRC) для всех остальных полей пакета (за исключением преамбулы и начального разделителя), используя полиноминальный алгоритм AUTODIN II. Значение CRC уникально для данных, используемых для его вычисления.

Когда пакет достигает своего места назначения, сетевой адаптер принимающей системы считывает содержимое кадра и выполняет

вычисления по тому же алгоритму. Сравнивая свежеполученное значение с тем, что содержится в поле контрольной последовательности кадра (FCS, frame check sequence), система с высокой вероятностью может убедиться в том, что один из битов пакета не был изменен. Если значения совпадают, система принимает пакет и помещает его в буферы памяти для дальнейшей обработки. Если значения не совпадают, система объявляет ошибку сверки (alignment error) и отбрасывает кадр. Система также отвергает кадр, если количество бит в пакете не кратно 8. Если кадр отброшен, то протоколы вышележащих уровней выявляют его отсутствие и организуют повторную передачу.

Сети Ethernet используют различные варианты кабелей и топологий, основанные на спецификации IEEE.