Канальный уровень.

Второй уровень базовой OSI модели — Канальный уровень. Он подразделяется на подуровень управления доступом к среде MAC и на подуровень управления логическим каналом LLC. Подуровень MAC составляет неотъемлемую часть стандарта FDDI. Стандартом MAC для FDDI определяются следующие службы:

— связи между станциями посредством передачи маркеров и кадров;
— равноправного управления доступом к среде через использование временного протокола обращения маркера TTRP (timed token rotation protocol);
— создания маркеров и кадров;
— передачи, получения, повторения, удаления кадров и маркеров из кольца;
— механизмов обнаружения ошибок;
— инициализации кольца;
— изоляции неисправных станций и участков кольца и др.

Маркеры и кадры

Между станциями, объединенными в сеть FDDI, устанавливается логическое кольцо связи, по которому циркулируют маркер и кадры. Главный принцип кольца состоит в том, чтобы станции повторяли кадры, идущие от вышестоящих соседей к нижестоящим. Главная функция станции — определить, какая станция в данный момент имеет контроль доступа к среде. MAC занимается планированием по предоставлению возможности станциям передавать данные.

На рис. 6.20 а показан формат кадра FDDI. Назначения полей следующие:

— Преамбула РА. Любой кадр должен предваряться преамбулой, состоящей, как минимум, из 16 символов idle (I). Эта последовательность предназначена для вхождения в синхронизм генератора RCRCLK, обеспечивающего прием последующих символов кадра.
— Начальный ограничитель 3D. Состоит из пары символов JK, которые позволяют однозначно определить границы для остальных символов кадра.
— Поле управления FC. Идентифицирует тип кадра и детали работы с ним. Имеет 8-битовый формат и передается с помощью двух символов. Состоит из подполей, обозначаемых как CLFFZZZZ, которые имеют следующее назначение:

• — С — тип графика кадра — синхронный (значение 1) или асинхронный (значение 0);
• — L — длина адреса кадра (2 или б байт);
• — FF — тип кадра, может иметь значение 01 для обозначения кадра LLC (пользовательские данные) или 00 для обозначения служебного кадра МАС-уровня. Служебными кадрами МАС-уровня являются кадры трех типов — кадры процедуры инициализации кольца Claim Frame, кадры процедуры сигнализации о логической неисправности Beacon Frame и кадры процедуры управления кольцом SMT Frame;

— ZZZZ — детализирует тип кадра.
— Адрес назначения DA — идентифицирует станцию (уникальный адрес) или группу станций (групповой адрес), которой(ым) предназначен кадр. Может состоять из 2-х или 6-ти байт.
— Адрес источника SA — идентифицирует станцию, сгенерировавшую данный кадр. Поле должно быть той же длины, что и поле адреса назначения.
— Информация INFO — относится к операции, указанной в поле управления. Поле может иметь длину от 0 до 4478 байт (от 0 до 8956 символов). Стандарт FDDI допускает размещение в этом поле маршрутной информации алгоритма Source Routing, определенной в стандарте 802.5. При этом в два старших поля адреса источника SA помещается комбинация 102 — групповой адрес, комбинация, не имеющая смысла для адреса источника, а обозначающая присутствие маршрутной информации в поле данных.
— Контрольная последовательность FCS — 32-битная последовательность, вычисленная по стандартному методу CRC-32, принятому и для других протоколов IEEE 802. Контрольная последовательность охватывает поля FC, DA. SA, INFO и FCS.
— Конечный ограничитель ED — символ Terminate (Т), обозначающий границу кадра. Однако за ним располагаются еще признаки статуса кадра.
— Статус кадра FS. Первые три признака в поле статуса должны быть индикаторами ошибки (error, E), распознавания адреса (address recognized, А) и копирования кадра (frame copied, С). Каждый из этих индикаторов кодируется одним символом, причем нулевое состояние индикатора обозначается символом reset (R), а единичное — set (S). Стандарт позволяет производителям оборудования добавлять свои индикаторы после трех обязательных.

Маркер состоит, по существу, из одного значащего поля — поля управления FC, которое содержит в этом случае 1 в поле С и 0000 в поле ZZZZ, рис. 6.20 б.

Рис. 6.20. Форматы кадра и маркера FDDI

SD — начальный ограничитель (starting delimiter)
FC — поле управления (frame control)
DA — адрес назначения (destination address)
SA — адрес источника (source address)
INFO — информация
FCS — контрольная последовательность (frame check sequence)
ED — конечный ограничитель (ending delimiter)
FS — статус кадра (frame status)

Адресация в сети Ethernet

Каждый узел в сети Ethernet имеет уникальный аппаратный физический адрес сетевой платы. Схема адресации Ethernet определяется изготовителем платы в виде 6-байтового 16-ричного адреса.

Тип аппаратного физического адреса узла определяется значением его первого байта:

00h – уникальный адрес конкретного сетевого адаптера, следующие два байта адреса определяют идентификатор производителя, а остальные три байта – серийный номер адаптера;

01h – групповой адрес, остальные 5 байтов адреса определяют идентификатор группы;

02h – ряд моделей адаптеров позволяют задавать адрес адаптера произвольно. Признаком «ручного» задания адреса является значение первого байта 02h, остальные 5 байтов должны определять уникальный адрес;

FFFFFFFFFFFFh – широковещательный адрес.

Реализация физического и канального уровней в сети Ethernet

Физический уровень в сети Ethernet включает подуровень физического присоединения к среде передачи (Physical Medium Attachment ) и собственно разъем.

Канальный уровень в Ethernet разбивается на два подуровня:

подуровень доступа к среде MAC (Media Access Control – контроль доступа к среде );

подуровень управления логическим звеном LLC (Logical Link Control – контроль логической связи ).

Кодирование сигнала на физическом уровне. Манчестерский код

В технологиях Ethernet и Token Ring применяется метод кодирования электрического сигнала, называемый манчестерским кодом . В этом коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, т.е. фронт импульса (рис.15).

Рис.15. Кодирование сигнала манчестерским кодом

Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта/битового интервала: единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому уровню, а ноль – обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить согласующий служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд.

Т.к. за время такта сигнал изменяется по крайней мере один раз, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. Кроме того, он не имеет постоянной составляющей, так что его можно применять в каналах связи с реактивной нагрузкой, например, в каналах с трансформаторной связью, что важно для обеспечения гальванической развязки.

В локальных сетях, использующих манчестерское кодирование, для служебных целей широко используются также два запрещенных для данного кода сигнала, когда вместо обязательного изменения уровня сигнала в середине тактового интервала уровень сигнала остается неизменным и низким (запрещенный сигнал J) или неизменным и высоким (запрещенный сигнал K).

Подуровень MAC канального уровня

Подуровень управления доступом к среде MAC отвечает за:

формирование кадра Ethernet;

получение доступа к разделяемой среде передачи данных;

отправку кадра с использованием физического уровня получателю.

Разделяемая среда Ethernet, независимо от ее физической реализации (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель с повторителями), в любой момент времени находится в одном из трех состояний: свободна, занята, коллизия.

Подуровень MAC каждого узла сети получает от физического уровня информацию о состоянии разделяемой среды. Если она свободна, и у MAC – подуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не возникла, то кадр считается переданным.

Если же за время передачи кадра была зарегистрирована коллизия, то его передача прекращается. После фиксации коллизии MAC – подуровень делает случайную паузу, а затем вновь пытается передать данный кадр. Случайный характер паузы уменьшает вероятность попытки одновременного захвата разделяемой среды несколькими узлами при следующей передаче. Максимальное число попыток передачи одного кадра равняется 16, после чего MAC – подуровень оставляет данный кадр и начинает передачу следующего кадра, поступившего с LLC – подуровня.

MAC – подуровень приемника, который получает биты кадра от своего физического уровня, проверяет поле адреса получателя в кадре, и если этот адрес совпадает с собственным адресом приемника, то приемник копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не содержит ли кадр специфических ошибок: по контрольной сумме, по максимально и минимально допустимому размеру кадра, по неверно найденным границам байт. Если кадр корректен, то его поле данных передается на LLC – подуровень, если нет, то кадр отбрасывается.

Подуровень LLC канального уровня

Подуровень LLC обеспечивает интерфейс протокола Ethernet с протоколами вышележащих уровней, например, с IPX или IP. Протоколы сетевого уровня передают через межуровневый интерфейс данные для протокола LLC свой пакет, например, пакет IP (стек TCP/IP), IPX (стек Novell) или NetBEUI (стек Microsoft/IBM), адресную информацию об узле назначения, а также требования к качеству транспортных услуг, которое подуровень LLC должен обеспечить. Протокол LLC помещает полученный пакет протокола верхнего уровня в свой кадр, который дополняется необходимыми служебными полями. Далее через другой межуровневый интерфейс протокол LLC передает кадр соответствующему протоколу подуровня MAC, который, в свою очередь, упаковывает кадр LLC в свой кадр, например, Ethernet.

В соответствии со стандартом 802.2 подуровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:

LLC1 – процедура без установления соединения и без подтверждения;

LLC2 – процедура с установлением соединения и с подтверждением;

LLC3 – процедура без установления соединения, но с подтверждением.

Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде, определенных стандартами 802.3-802.5, а также стандартами FDDI и стандартом 802.12 технологии 100VG-AnyLAN.

Процедура LLC 1 дает пользователям средства для передачи данных с минимальными издержками, обеспечивая дейтаграммный режим работы. Обычно этот вид процедуры используется, когда такие функции, как восстановление данных после ошибок и упорядочивание данных, выполняются протоколами вышележащих уровней, поэтому нет необходимости дублировать их на уровне LLC.

Процедура LLC2 дает пользователям возможность установить логическое соединение между отправителем и получателем и, если это требуется, выполнить процедуры восстановления после ошибок и упорядочивание потока кадров в рамках установленного соединения. Протокол LLC2 во многом аналогичен протоколам семейства HDLC (High - level Data Link Control Procedure ), которые применяются в глобальных сетях для обеспечения надежной передачи кадров на зашумленных линиях связи. Протокол LLC2 работает в режиме скользящего окна.

В некоторых случаях, например, при использовании сетей в режиме реального времени, когда временные издержки на установление логического соединения перед отправкой данных неприемлемы, а подтверждение о корректности приема данных необходимо, применяется дополнительная процедура LLC 3 .

Использование этих трех режимов работы подуровня LLC зависит от стратегии разработчиков конкретного стека протоколов. Например, в стеке TCP/IP уровень LLC всегда работает в режиме LLC1, выполняя простую работу по извлечению из кадра и демультиплексированию пакетов различных протоколов – IP, ARP, RARP и др. Аналогично используется подуровень LLC стеком протоколов IPX/SPX. А вот стек Microsoft/IBM, основанный на протоколе NetBIOS/NetBEUI, часто использует режим LLC2. Это происходит в тех случаях, когда сам протокол NetBIOS/NetBEUI должен работать в режиме с восстановлением потерянных и искаженных данных. В этой ситуации соответствующая работа перепоручается уровню LLC2. Если же протокол NetBIOS/NetBEUI работает в дейтаграмном режиме, то протокол LLC работает в режиме LLC1.

Режим LLC2 используется также стеком протоколов SNA в случае, когда на нижнем уровне применяется технология Token Ring.

Все типы кадров подуровня LLC имеют единый формат, представленный на рис.16:

Рис.16. Кадр подуровня LLC сети Ethernet

Кадр LLC обрамляется двумя однобайтовыми полями Флаг , имеющими значение 01111110. Флаги используются на уровне MAC для определения границ кадра LLC. В соответствии с многоуровневой структурой протоколов IEEE 802, кадр LLC вкладывается в кадр подуровня MAC: кадр Ethernet, Token Ring, FDDI и т.д., при этом начальный и конечный флаги LLC отбрасываются.

Кадр LLC содержит собственно поле данных и заголовок, который состоит из трех полей:

Адрес точки входа службы назначения DSAP (Destination Service Access Point);

Адрес точки входа службы источника SSAP (Source Service Access Point);

Управляющее поле (Control).

Поле данных LLC предназначено для передачи по сети пакетов протоколов вышележащих уровней – сетевых протоколов IP, IPX, AppleTalk, DECNet, в редких случаях – прикладных протоколов, когда те вкладывают свои сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и в некоторых ненумерованных кадрах.

Адресные поля DSAP и SSAP занимают по одному байту. Они позволяют указать, какая служба верхнего уровня пересылает данные с помощью этого уровня, и используются для демультиплексирования принятых кадров. Значения адресов SAP приписываются протоколам в соответствии со стандартом IEEE 803.2. Так, для протокола IP значение SAP равно 06h, для протокола IPX – E0h, для протокола NetBIOS – F0h. Например, если в кадре LLC значения DSAP и SSAP содержат код E0h, то обмен кадрами осуществляется между двумя IPX-модулями, выполняющимися в разных узлах.

В некоторых случаях адреса DSAP и SSAP различаются. Это возможно лишь в тех случаях, когда служба имеет несколько адресов SAP, что может быть использовано протоколом узла отправителя в специальных целях, например, для уведомления узла-получателя о переходе протокола отправителя в некоторый специфический режим работы. Этим свойством протокола LLC часто пользуется протокол NetBEUI.

Поле управления (1 или 2 байта) имеет более сложную структуру при работе в режиме LLC2 и достаточно простую структуру при работе в режиме LLC1 (рис.17).

По своему назначению все типы кадров подуровня LLC, называемые в стандарте 803.2 блоками данных PDU (Protocol Data Unit ), подразделяются на три типа – информационные, управляющие и ненумерованные. Тип кадра задается битами 1 и 2 поля Control : 0x – информационный кадр, 10 – управляющий кадр, 11 – ненумерованный кадр.

Рис.17. Структура поля управления кадра подуровня LLC

Информационные кадры (I – кадры ) предназначены для передачи информации в процедурах с установлением логического соединения LLC2 и должны обязательно содержать поле данных. В процессе передачи информационных блоков осуществляется их нумерация в режиме скользящего окна.

Управляющие кадры (S – кадры ) предназначены для передачи команд и ответов в процедурах LLC2, в том числе сигналов подтверждения, запросов на повторную передачу одного или группы I-кадров, запроса на временное прекращение передачи I-кадров из-за невозможности их приема (например, вследствие переполнения буфера приемной станции). Управляющие S-кадры обеспечивают упорядоченную, надежную передачу данных в режиме LLC2 от одной станции сети к другой.

Ненумерованные кадры (U – кадры ) предназначены для передачи ненумерованных команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления логического соединения передачу информации, идентификацию и тестирование LLC-уровня, а в процедурах LLC2 – установление и разъединение логического соединения, а также информирование об ошибках.

В режиме LLC1 используется только один тип кадра – ненумерованный. Именно этот тип процедуры и используется во всех практических реализациях Ethernet.

В режиме LLC2 используются все три типа кадров. В этом режиме кадры делятся на команды и ответы на эти команды. В этом режиме протокол LLC аналогичен протоколу HDLC.

Бит P / F (Poll / Final ) имеет следующее значение: в командах он называется Poll и требует, чтобы на команду был дан ответ, а в ответах он называется Final и помечает последний кадр ответа.

Поле S используется для кодирования контрольных функций в управляющих/супервизорных кадрах. Супервизорные кадры кодируются следующим образом:

Приемник готов RR (Receiver Ready , ss=00);

Приемник не готов RNR (Receiver Not Ready , ss=01);

Отказ REJ (Reject , ss=10);

Выборочный отказ SREJ (Selected Reject , ss=11).

Порядок применения управляющих кадров описан ниже.

Поле M ненумерованных кадров определяет коды команд, передаваемых посредством ненумерованных кадров, например:

Установить расширенный сбалансированный асинхронный режим (SABME ). Эта команда является запросом на установление соединения. Расширенный режим означает использование двухбайтных полей управления для кадров остальных двух типов;

Ненумерованное подтверждение (UA ) - служит для подтверждения установления или разрыва соединения;

Разрыв соединения (DISC ) - запрос на разрыв соединения и др.

Установление соединения начинается посредством передачи в канал команды SAMBE с одновременным включением таймера Ts. Если удаленной станцией эта команда принята без ошибок, и она имеет возможность установить соединение и войти в рабочий режим обмена информацией, то удаленная станция передает ответ UA . При этом на удаленной станции переменные состояния передачи V(S) и приема V(R) обнуляются, и соединение считается установленным. Если же удаленная станция не может войти в рабочий режим обмена информацией, то она передает ответ DM (Disconnect Mode - режим разъединения ), а соединение считается не установленным. При отказе в соединении станция - инициатор может попытаться установить соединение повторно в любой момент времени.

После приема корректного ответа UA инициатор соединения, выключив таймер Ts, переводит свои переменные состояния передачи V(S) и приема V(R) в 0 и также полагает, что соединение установлено. В большинстве случаев для различения ответов DM , которые могут поступить на станцию – инициатор в процессе установления соединения, команда SAMBE передается с битом P=1. В этом случае ответом на нее может быть только кадр с установленным битом F.

Если команда SAMBE и/или ответы UA , DM были приняты с ошибками, то они не учитываются станциями, в результате на станции – инициаторе завершится таймер Ts, что является указанием на необходимость повторной передачи команды SAMBE . Указанная последовательность действий продолжается до тех пор, пока не будет правильно принят ответ UA или DM , или же пока не закончится выделенный на установление соединения лимит попыток. В последнем случае об исчерпании лимита информируется верхний уровень.

Процесс разъединения осуществляется передачей в канал команды DISC (Disconnect – разъединить ) с установленным битом P. Удаленная станция, приняв правильно команду DISC , передает ответ UA и переходит в режим разъединения. Станция- инициатор разъединения, приняв ответ UA , выключает таймер Ts и также переходит в режим разъединения.

Процедура передачи I-кадра от станции - отправителя к станции - получателю состоит в следующем.

В информационных I-кадрах имеется поле N(S) для указания номера передаваемого кадра. При работе протокола LLC2 используется скользящее окно размером в 127 кадров, поэтому для нумерации передаваемых кадров значение поля N(S) циклически изменяется в диапазоне от 0 до 127. Соответственно, поле N(R) в I- и S-кадрах определяет номер запрашиваемого или подтверждаемого кадра (процедура LLC2 поддерживает полудуплексный режим передачи).

Информация, поступающая на подуровень LLC с верхнего уровня в виде пакета, размещается в поле Данные формируемого I-кадра, которому присваивается порядковый номер передачи N(S) = V(S). Сформированный I-кадр затем передается на подуровень MAC для дальнейшей обработки, а значение переменной состояния передачи V(S) увеличивается на 1 (по модулю 128).

Удаленная станция, получившая адресуемый ей I-кадр, определяет, можно ли его выдать получателю (более высокому уровню). Для этой цели на приемной станции производится сравнение номера N(S) принятого I-кадра со значением переменной состояния приема V(R) данной станции, которая хранит значение, на единицу большее номера последнего кадра, принятого от передатчика. В случае совпадения этих номеров и незанятости верхнего уровня содержимое поля данных принятого I-кадра выдается верхнему уровню, а значение переменной состояния приема V(R) увеличивается на 1 (по модулю 128). Если при этом на принимающей станции есть свой I-кадр для передачи отправителю, то в нем посылается номер N(R) = V(R). Если же такой кадр отсутствует, то для подтверждения приема передается S-кадр RR с тем же номером N(R). При этом ответный кадр должен быть послан не позднее, чем истечет таймер Tr, определяющий максимальный промежуток времени, в течение которого станция - получатель должна подтвердить прием I-кадра.

Если при N(S) = V(R) верхний уровень занят, а приемная станция не может поместить поступающий I-кадр в очередь своего буфера (например, из-за недостатка памяти), то станция-получатель должна послать ответ RNR с номером N(R). Станция, пославшая I-кадр, получив такой ответ, приостанавливает передачу новых I-кадров (и повторную передачу неподтвержденных кадров) до тех пор, пока ею не будет принят кадр RR или REJ, либо пока не истечет время, контролируемое таймером Ts станции – отправителя.

Если же приемник принимает кадр с номером N(S), не равным V(R), то этот кадр отбрасывается и посылается отрицательная квитанция Отказ (REJ ) с номером N(R)=V(R). При приеме отрицательной квитанции передатчик обязан повторить передачу кадра с номером V(R), а также все кадры с большими номерами, которые он уже успел послать, пользуясь механизмом окна.

Видим, что команда RR с номером N(R) используется как положительная квитанция, когда поток данных от приемника к передатчику отсутствует, а команда RNR – для замедления потока информационных кадров, поступающих на приемник. Это бывает необходимо, если приемник не успевает обрабатывать поток кадров, присылаемых ему с большой скоростью за счет механизма окна.

Таким образом, с помощью супервизорных кадров RR и RNR осуществляется управление потоком данных, что особенно важно для коммутируемых сетей, в которых нет разделяемой среды, автоматически тормозящей работу передатчика за счет того, что новый кадр нельзя передать, пока приемник не закончил прием предыдущего.

Типы кадров сети Ethernet

Кадр Ethernet отвечает за перемещение по сети данных верхнего уровня. Физический кадр Ethernet имеет заголовок и хвостовик, между которыми заключены фактические данные. Именно в таком виде информация передается из одного узла Ethernet в другой.

В настоящее время в среде Ethernet на канальном уровне используется четыре различных формата кадров, что связано с длительной историей развития технологии Ethernet, включающей период ее развития до принятия стандарта IEEE 802.3, когда подуровень LLC не выделялся из общего протокола и, соответственно, заголовок LLC не применялся. Каждый тип кадра отличается от других типов кадра способом кодирования и декодирования пакетов, курсирующих между сетевыми картами различных узлов в сети Ethernet.

В 1980 г. консорциум фирм DEC, Intel и Xerox (DIX) представил на рассмотрение комитета IEEE 802.3 свою фирменную версию стандарта Ethernet в качестве проекта международного стандарта (содержащей и описание формата кадра), но комитет 802.3 принял стандарт, который в некоторых деталях отличался от предложений DIX. Отличия касались и формата кадра, что породило существование двух различных типов кадров в сетях Ethernet.

Еще один формат кадра появился в результате усилий компании Novell по ускорению работы своего стека протоколов в сети Ethernet.

И, наконец, четвертый формат кадра появился в результате деятельности комитета 802.3 по приведению предыдущих форматов кадров к некоторому общему стандарту.

Один и тот же формат кадра может иметь различные названия, поэтому ниже для каждого из четырех форматов приведено несколько наиболее употребительных названий:

стандартный тип кадра Ethernet II (Ethernet DIX);

Различные типы кадров имеют некоторые общие поля, включая адреса отправителя и получателя пакета, поле данных и контрольное поле.

Формат кадра в оригинальной системе Ethernet

Тип кадра Ethernet II, представляющий собой кадр исходной Ethernet DIX, имеет следующий формат:

Преамбула	Назначение	Источник		Данные	CRC - сумма

Поле Преамбула используется для синхронизации пакета на входе и выходе сетевых плат. Она всегда содержит код 10101010 в ее первых 7 байтах и код 10101011 в последнем байте. Необходимость в преамбуле обусловлена следующими причинами. В сетях Ethernet в отсутствии передач по сети вообще не передаются сигналы. Чтобы в начале передачи очередного кадра все станции сети вошли в битовую синхронизацию, передающая станция предваряет содержимое кадра последовательностью бит преамбулы. Войдя в битовую синхронизацию, приемник исследует входной поток на побитной основе, пока не обнаружит символ начала кадра 10101011, выполняющий в данном случае роль символа STX. Конец кадра в сети Ethernet определяется с помощью поля длины кадра в его заголовке или по моменту исчезновения несущей в кабеле.

Поле Назначение содержит физический адрес узла сети, которому предназначено сообщение.

Поле Источник идентифицирует узел, отправивший пакет.

Поле Тип идентифицирует тип протокола более высокого уровня, используемого для передачи или приема (аналогично полям SAP протокола LLC). Это поле было введено фирмой Xerox для внутреннего употребления и никак не интерпретируется в Ethernet. Данное поле позволяет множеству протоколов более высокого уровня разделять сеть, не интересуясь внутренним содержанием пакетов.

Поле Данные содержит собственно сообщение.

Поле CRC-сумма содержит контрольную сумму, вычисленную с помощью циклического избыточного кода CRC-32.

Если не учитывать преамбулу кадра, то стандартное сообщение Ethernet II имеет длину от 64 до 1518 байт.

Формат кадра Ethernet RAW 802.3

Существенное различие между типами кадра стандартной Ethernet II и Ethernet RAW 802.3 состоит лишь в замене поля типа на поле длины:

Преамбула	Назначение	Источник	Длина	Данные	Набивка	CRC –сумма

Здесь поле Длина содержит информацию о длине данных в пакете. Если длина поля данных меньше 46 байт, то используется поле Набивка для доведения длины пакета до минимальной длины. При нормальной длине поля данных поле набивки отсутствует.

Поскольку стандартные кадры Ethernet II и RAW 802.3 имеют различную структуру, сетевой и верхний уровни обрабатывают эти типы кадров по-разному.

Формат кадра стандарта Ethernet IEEE 802.3/LLC

Между стандартным типом кадра Ethernet IEEE 802.3/LLC и нестандартным типом Ethernet RAW 802.3 существует только одно реальное различие. Нестандартный тип RAW 802.3 характеризуется отсутствием заголовка 802.2 LLC в поле данных (отсюда название RAW – "ободранный", "лишенный заголовка 802.2"). В стандартном типе кадра IEEE 802.3 заголовок 802.2 находится внутри поля данных.

Кадр 802.3 является кадром MAC-подуровня, поэтому в соответствии со стандартом 802.2 в его поле данных вкладывается кадр подуровня LLC с удаленными флагами 0111110 начала и конца кадра LLC. Т.к. заголовок кадра LLC имеет размер 3 (в режиме LLC1) или 4 (в режиме LLC2) байта, то максимальный размер поля данных в кадре 802.3 уменьшается до 1497 или 1496 байт соответственно.

Формат кадра Ethernet SNAP

Для устранения различий в кодировках типов протоколов, сообщения которых вложены в поле данных кадра Ethernet, комитетом 802.2 был разработан формат кадра Ethernet SNAP (SubNetwork Access Protocol ).

Кадр Ethernet SNAP представляет собой расширение кадра Ethernet 802.3/LLC за счет введения дополнительного 5-байтового заголовка протокола SNAP, состоящего из двух полей OUI и Type .

Поле Type состоит из двух байт и повторяет по формату и назначению поле Type кадра Ethernet II. Поле OUI (Originally Unique Identifier ) определяет идентификатор организации, которая контролирует коды протоколов в поле Type . Коды протоколов для технологий 802 контролирует IEEE, которая имеет идентификатор OUI , равный 000000.

Т.к. SNAP представляет собой протокол, вложенный в протокол LLC, то в полях DSAP и SSAP последнего записывается код 0xAA, отведенный для протокола SNAP. Поле Control заголовка LLC устанавливается в 0x03, что соответствует использованию ненумерованных кадров.

Заголовок SNAP является дополнением к заголовку LLC, поэтому он допустим не только в кадрах Ethernet, но и в кадрах других технологий 802. Например, протокол IP всегда использует структуру заголовков LLC/SNAP при инкапсуляции в кадры всех протоколов локальных сетей: FDDI, Token Ring, 100VG-AnyLAN, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Является... компьютерной сети и реализующих сетевые сервисы: разделение информационных...

Канальный уровень (Data Link) обеспечивает обмен данными через общую локальную среду. Он находится между сетевым и физическим уровнями модели OSI. Поэтому Канальный уровень должен предоставлять сервис вышележащему уровню, взаимодействуя с сетевым протоколом и обеспечивая инкапсулированным в кадр пакетам доступ к сетевой среде. В то же время, канальный уровень управляет процессом размещения передаваемых данных в физической среде. Поэтому канальный уровень разделен на 2 подуровня: верхний подуровень логической передачи данных LLC – Logical Link Control, являющийся общим для всех технологий, и нижний подуровень управления доступом к среде MAC – Media Access Control (рис.4.1). Кроме того, на канальном уровне обнаруживают ошибки в передаваемых данных.

Рис. 4.1. Подуровни канального уровня

Взаимодействие узлов локальных сетей происходит на основе протоколов канального уровня. Международным институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE) было разработано семейство стандартов 802.х, которое регламентирует функционирование нижних уровней (канального и физического) семиуровневой модели ISO/OSI. Ряд этих протоколов являются общими для всех технологий, например, стандарт 802.2, другие протоколы (например, 802.3, 802.5) определяют особенности технологий локальных сетей.

На подуровне LLC существует несколько процедур, которые позволяют устанавливать или не устанавливать связь перед передачей кадров, содержащих данные, восстанавливать или не восстанавливать кадры при их потере или обнаружении ошибок. Этот подуровень реализует связь с протоколами сетевого уровня. Связь с сетевым уровнем и определение логических процедур передачи кадров по сети реализует протокол 802.2. Протокол 802.1 дает общие определения локальных вычислительных сетей, связь с моделью ISO/OSI. Существуют также модификации этого протокола, которые будут рассмотрены позже.

Подуровень МАС определяет особенности доступа к физической среде при использовании различных технологий локальных сетей. Протоколы МАС-уровня ориентированы на совместное использование физической среды абонентами. Разделяемая среда (shared media) используется в таких широко распространенных в локальных сетях технологиях как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI. Использование разделяемой между пользователями среды улучшает загрузку канала связи, удешевляет сеть, но ограничивает скорость передачи данных между двумя узлами.

Каждой технологии МАС-уровня соответствует несколько вариантов (спецификаций ) протоколов физического уровня (рис.4.1). Так протоколу 802.3 , описывающему наиболее известную технологию Ethernet , соответствуют спецификации физического уровня: 10 Base - T , 10 Base - FB , 10 Base - FL . Спецификация 10Base-T предусматривает построение локальной сети на основе использования неэкранированной витой пары UTP не ниже 3 категории и концентратора (hub). Спецификации 10Base-FB, 10Base-FL используют волоконно-оптические кабели. В более ранних спецификациях 10Base-5 и 10Base-2 применялся “толстый” и “тонкий” коаксиальные кабели.

Протоколу Fast Ethernet (802.3u) соответствуют следующие спецификации физического уровня:

100Base-T4, где используется четыре витых пары кабеля UTP не ниже 3 категории;

100Base-TX – применяется две пары кабеля UTP не ниже 5 категории;

100Base-FX – используется два волокна многомодового оптического кабеля.

Помимо Ethernet и Fast Ethernet на МАС уровне используется еще ряд технологий: Gigabit Ethernet со скоростью передачи 1000 Мбит/c – стандарты 802.3z и 802.3ab; 10Gigabit Ethernet со скоростью передачи 10000 Мбит/c – стандарт 802.3ае, а также ряд других. Например, протокол 802.5 описывает технологию сетей Token Ring, где в качестве физической среды используется экранированная витая пара STP, с помощью которой все станции сети соединяются в кольцевую структуру. В отличие от технологии Ethernet в сетях с передачей маркера (Token Ring) реализуется не случайный, а детерминированный доступ к среде с помощью кадра специального формата – маркера (token). Сети Token Ring позволяют передавать данные по кольцу со скоростями либо 4 Мбит/c, либо 16 Мбит/c. По сравнению с Ethernet технология Token Ring более сложная и надежная, однако, Token Ring не совместима с новыми технологиями Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10Gigabit Ethernet. Технологии Ethernet и совместимые с ними и рассматриваются в настоящем курсе лекций.

Передаваемый в сеть пакет инкапсулируется в поле данных кадра протокола LLC, формат которого приведен на рис.4.2.

Рис. 4.2. Формат кадра LLC

Флаги определяют границы кадра LLC. В поле данных (Data) размещаются пакеты сетевых протоколов. Поле адреса точки входа службы назначения (DSAP – Destination Service Access Point) и адреса точки входа службы источника (SSAP – Source Service Access Point) длиной по 1 байту адресуют службу верхнего уровня, которая передает и принимает пакет данных. Например, служба IP имеет значение SAP равное 0х6. Обычно это одинаковые адреса. Адреса DSAP и SSAP могут различаться только в том случае, если служба имеет несколько адресов точек входа. Таким образом, адреса DSAP и SSAP не являются адресами узла назначения и узла источника, да и не могут быть таковыми, поскольку поле длиной 1 байт позволяет адресовать только 256 точек, а узлов в сети может быть очень много.

Поле управления (Control) имеет длину 1 или 2 байта в зависимости от того, какой тип кадра передается: информационный (Information), управляющий (Supervisory), ненумерованный (Unnumbered). У первых двух длина поля Control составляет 2 байта, у ненумерованного – 1 байт. Тип кадра определяется процедурой управления логическим каналом LLC. Стандартом 802.2 предусмотрено 3 типа таких процедур:

LLC1 – процедура без установления соединения и подтверждения;

LLC2 – процедура с установлением соединения и подтверждением;

LLC3 – процедура без установления соединения, но с подтверждением.

Процедура LLC 1 используется при дейтаграммном режиме передачи данных. Для передачи данных используются ненумерованные кадры. Восстановление принятых с ошибками данных производят протоколы верхних уровней, например, протокол транспортного уровня. В дейтаграммном режиме функционирует, например, протокол IP.

Процедура LLC 2 перед началом передачи данных устанавливает соединение, послав соответствующий запрос и получив подтверждение, после чего передаются данные. Процедура позволяет восстанавливать потерянные и исправлять ошибочные данные, используя режим скользящего окна. Для этих целей она использует все три типа кадров (информационные, управляющие, ненумерованные). Данная процедура более сложная и менее быстродействующая по сравнению с LLC1, поэтому она используется в локальных сетях значительно реже, чем LLC1, например, протоколом NetBIOS/NetBEUI.

Широкое применение процедура, подобная LLC2, получила в глобальных сетях для надежной передачи данных по ненадежным линиям связи. Например, она используется в протоколе LAP-B сетей Х.25, в протоколе LAP-D сетей ISDN, в протоколе LAP-M сетей с модемами, частично – в протоколе LAP-F сетей Frame Relay.

Процедура LLC3 используется в системах управления технологическими процессами, когда необходимо высокое быстродействие и знание того, дошла ли управляющая информация до объекта.

Таким образом, наиболее широкое распространение в локальных сетях получила процедура LLC1, в которой используются только ненумерованные типы кадров.

На передающей стороне кадр LLC уровня передается на МАС-уровень, где инкапсулируется в кадр соответствующей технологии данного уровня. При этом флаги кадра LLC отбрасываются. Технология Ethernet предусматривает кадры четырех форматов, которые незначительно отличаются друг от друга. На рис.4.3 приведен наиболее распространенный формат кадра 802.3/LLC.

Рис.4.3. Формат кадра Ethernet 802.3/LLC

Преамбула кадра состоит из семи байт 10101010, необходимых для вхождения приемника в режим синхронизации. Начальный ограничитель кадра (Start of Frame Delimiter - SFD) – 10101011 вместе с преамбулой в итоге составляют 8 байт. Далее следуют физические адреса узла назначения (DA – Destination Address) и узла источника (SA – Source Address). В технологиях Ethernet физические адреса получили название МАС-адресов. Они содержат по 48 двоичных разрядов и представляются в шестнадцатеричной системе. В локальных сетях адресация узлов производится на основе МАС-адресов, которые «прошиты» в ПЗУ сетевых карт.

Адрес, состоящий из всех единиц FFFFFFFFFFFF, является широковещательным адресом (broadcast), когда передаваемая в кадре информация предназначена всем узлам локальной сети.

Младшие 24 разряда МАС-адреса (6 шестнадцатеричных разрядов) задают уникальный номер оборудования, например, номер сетевой карты. Следующие 22 разряда, за исключением двух старших, задают идентификатор производителя оборудования. Старший бит равный 0 указывает на то, что адрес является индивидуальным, а равный 1 – адрес является групповым. Второй старший бит равный 0 указывает, что идентификатор задан централизованно комитетом IEEE. В стандартной аппаратуре Ethernet идентификатор всегда задан централизованно. Несмотря на то, что в МАС-адресе выделена старшая и младшая части, МАС-адрес считается плоским (flat).

Поле L (рис.4.3) определяет длину поля данных Data, которое может быть от 46 до 1497 байт (в информационных кадрах процедуры LLC2 – до 1496 байт, поскольку поле Control – 2 байта). Если поле данных меньше 46 байт, то оно дополняется до 46 байт.

Поле контрольной суммы (FCS – Frame Check Sequence) длиной в 4 байта позволяет определить наличие ошибок в полученном кадре, за счет использования алгоритма проверки на основе циклического кода.

Рис. 4.1.

Взаимодействие узлов локальных сетей происходит на основе протоколов канального уровня. Международным институтом инженеров по электро- технике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE ) было разработано семейство стандартов 802.х, которое регламентирует функционирование канального и физического уровней семиуровневой модели ISO / OSI . Ряд этих протоколов являются общими для всех технологий, например, стандарт 802.2, другие протоколы (например, 802.3, 802.3u, 802.5) определяют особенности технологий локальных сетей.

На подуровне LLC существует несколько процедур, которые позволяют устанавливать или не устанавливать связь перед передачей кадров, содержащих данные, восстанавливать или не восстанавливать кадры при их потере или обнаружении ошибок. Этот подуровень реализует связь с протоколами сетевого уровня. Связь с сетевым уровнем и определение логических процедур передачи кадров по сети реализует протокол 802.2. Протокол 802.1 дает общие определения локальных вычислительных сетей, связь с моделью ISO / OSI . Существуют также модификации этого протокола, которые будут рассмотрены позже.

Подуровень МАС определяет особенности доступа к физической среде при использовании различных технологий локальных сетей. Протоколы МАС-уровня ориентированы на совместное использование физической среды абонентами . Разделяемая среда ( shared media ) применяется в таких широко распространенных в локальных сетях технологиях, как Ethernet , Fast Ethernet , Gigabit Ethernet , Token Ring , FDDI . Использование разделяемой между пользователями среды улучшает загрузку канала связи , удешевляет сеть , но ограничивает скорость передачи данных между двумя узлами.

Каждой технологии МАС-уровня соответствует несколько вариантов (спецификаций) протоколов физического уровня ( рис. 4.1). Спецификация технологии МАС-уровня определяет среду физического уровня и основные параметры передачи данных ( скорость передачи , вид среды, узкополосная или широкополосная).

Так, протоколу 802.3 , описывающему наиболее известную технологию Ethernet , соответствуют спецификации физического уровня: 10Base-T, 10Base-FB, 10Base-FL . Число 10 показывает, что скорость передачи данных составляет 10 Мбит/с, Base – система узкополосная. Спецификация 10Base -T предусматривает построение локальной сети на основе использования неэкранированной витой пары UTP не ниже 3-й категории и концентратора . Спецификации 10Base -FB, 10Base-FL используют волоконно-оптические кабели. Более ранние спецификации 10Base -5 и 10Base -2 предусматривали использование "толстого" или "тонкого" коаксиального кабеля .

Протоколу Fast Ethernet (802.3u) соответствуют следующие спецификации физического уровня:

• 100Base-T4 , где используется четыре витых пары кабеля UTP не ниже 3-й категории;
• 100Base-TX – применяется две пары кабеля UTP не ниже 5-й категории;
• 100Base-FX – используется два волокна многомодового оптического кабеля.

Помимо Ethernet и Fast Ethernet на МАС-уровне используется еще ряд технологий: Gigabit Ethernet со скоростью передачи 1000 Мбит/c – стандарты 802.3z и 802.3ab; 10Gigabit Ethernet со скоростью передачи 10 000 Мбит/c – стандарт 802.3ае, а также ряд других. Например, протокол 802.5 описывает технологию сетей Token Ring , где в качестве физической среды используется экранированная витая пара STP , с помощью которой все станции сети соединяются в кольцевую структуру. В отличие от технологии Ethernet , в сетях с передачей маркера ( Token Ring ) реализуется не случайный, а детерминированный доступ к среде с помощью кадра специального формата – маркера ( token ). Сети Token Ring позволяют передавать данные по кольцу со скоростями либо 4 Мбит/c, либо 16 Мбит/c. По сравнению с Ethernet технология Token Ring более сложная и надежная, однако Token Ring несовместима с новыми технологиями Fast Ethernet , Gigabit Ethernet , 10Gigabit Ethernet . Технологии Ethernet и совместимые с ними как раз и рассматриваются в настоящем курсе лекций.

Передаваемый в сеть пакет инкапсулируется в поле данных кадра протокола LLC , формат которого приведен на табл. 4.1 .

Флаги определяют границы кадра LLC . В поле данных ( Data ) размещаются пакеты сетевых протоколов. Поле адреса точки входа службы назначения (DSAP – Destination Service Access Point ) и адреса точки входа службы источника (SSAP – Source Service Access Point ) длиной по 1 байту адресуют службу верхнего уровня, которая передает и принимает пакет данных. Например, служба IP имеет значение SAP , равное 0х6. Обычно это одинаковые адреса. Адреса DSAP и SSAP могут различаться только в том случае, если служба имеет несколько адресов точек входа. Таким образом, адреса DSAP и SSAP не являются адресами узла назначения и узла источника, да и не могут быть таковыми, поскольку поле длиной 1 байт позволяет адресовать только 256 точек, а узлов в сети может быть много.

Поле управления ( Control ) имеет длину 1 или 2 байта в зависимости от того, какой тип кадра передается: информационный ( Information ), управляющий (Supervisory), ненумерованный (Unnumbered). У первых двух длина поля Control составляет 2 байта, у ненумерованного – 1 байт . Тип кадра определяется процедурой управления логическим каналом LLC . Стандартом 802.2 предусмотрено 3 типа таких процедур:

• LLC1 – процедура без установления соединения и подтверждения;
• LLC2 – процедура с установлением соединения и подтверждением;
• LLC3 – процедура без установления соединения, но с подтверждением.

Процедура LLC1 применяется при дейтаграммном режиме передачи данных. Для передачи данных используются ненумерованные кадры. Восстановление принятых с ошибками данных производят протоколы верхних уровней, например, протокол транспортного уровня. В дейтаграммном режиме функционирует, например, протокол IP .

Процедура LLC2 перед началом передачи данных устанавливает соединение, послав соответствующий запрос и получив подтверждение, после чего передаются данные. Процедура позволяет восстанавливать потерянные и исправлять ошибочные данные, используя режим скользящего окна . Для этих целей она использует все три типа кадров (информационные, управляющие , ненумерованные). Данная процедура более сложная и менее быстродействующая по сравнению с LLC1, поэтому она применяется в локальных сетях значительно реже, чем LLC1, например, протоколом NetBIOS / NetBEUI .

Широкое применение процедура, подобная LLC2, получила в глобальных сетях для надежной передачи данных по ненадежным линиям связи. Например, она используется в протоколе LAP -B сетей Х.25, в протоколе LAP -D сетей ISDN , в протоколе LAP -M сетей с модемами, частично – в протоколе LAP -F сетей Frame Relay .

Процедура LLC3 задействуется в системах управления технологическими процессами , когда необходимо высокое быстродействие и знание того, дошла ли управляющая информация до объекта.

Наиболее широкое распространение в локальных сетях получила процедура LLC1, в которой используются только ненумерованные типы кадров.

На передающей стороне кадр LLC -уровня передается на МАС- уровень, где инкапсулируется в кадр соответствующей технологии данного уровня. При этом флаги кадра LLC отбрасываются. Технология Ethernet предусматривает кадры четырех форматов, которые незначительно отличаются друг от друга. На табл. 4.2 приведен наиболее распространенный формат кадра стандарта 802.3/ LLC .

Таблица 4.2. Формат кадра Ethernet 802.3/ LLC

Преамбула	SFD	DA	SA	L	DSAP	SSAP	Control	Data	FCS
7 байт	10101011	6 байт	6 байт	2 байта	1 байт	1 байт	1 байт	46-1497 байт	4 байта

Преамбула кадра состоит из семи байт 10101010, необходимых для вхождения приемника в режим синхронизации. Начальный ограничитель кадра (Start of Frame Delimiter – SFD) – 10101011 вместе с преамбулой в итоге составляют 8 байт . Далее следуют физические адреса узла назначения (DA – Destination Address ) и узла источника ( SA – Source Address ). В технологиях Ethernet физические адреса получили название МАС- адресов. Они содержат 48 двоичных разрядов и представляются в шестнадцатеричной системе. В локальных сетях адресация узлов производится на основе МАС-адресов , которые "прошиты" в ПЗУ сетевых карт.

Адрес , состоящий из всех единиц FFFFFFFFFFFF, является широковещательным адресом ( broadcast ), когда передаваемая в кадре информация предназначена всем узлам локальной сети.

Младшие 24 разряда МАС-адреса (6 шестнадцатеричных разрядов) задают уникальный номер оборудования, например, номер сетевой карты . Следующие 22 разряда задают идентификатор производителя оборудования. Старший бит , равный 0, указывает на то, что адрес является индивидуальным, а равный 1 – на то, что адрес является групповым. Второй старший бит , равный 0, указывает, что идентификатор задан централизованно комитетом IEEE . В стандартной аппаратуре Ethernet идентификатор всегда задан централизованно. Несмотря на то, что в МАС-адресе выделена старшая и младшая части, МАС- адрес считается плоским ( flat ).

Поле L ( рис. 4.3) определяет длину поля данных Data , которое может быть от 46 до 1497 байт (в информационных кадрах процедуры LLC2 – до 1496 байт , поскольку поле Control – 2 байта). Если поле данных меньше 46 байт , то оно дополняется до 46 байт .

Поле контрольной суммы ( FCS – Frame Check Sequence ) длиной в 4 байта позволяет определить наличие ошибок в полученном кадре за счет использования алгоритма проверки на основе циклического кода .

4.2. Локальные сети технологии Ethernet

В сетях технологии Ethernet , построенных на основе логической топологии " общая шина ", разделяемая среда передачи данных является общей для всех пользователей, т. е. реализуется множественный доступ к общей среде. Для передачи данных используется манчестерский код , скорость передачи составляет 10 Мбит/с, т.е. длительность битового интервала равна 0,1 мкс. Между кадрами должен быть интервал длительностью 9,6 мкс. Переданную в сеть информацию может получить любой компьютер , у которого адрес сетевого адаптера совпадает с адресом DA передаваемого кадра, или все компьютеры сети при широковещательной передаче. Однако передавать информацию в любой момент времени может только один узел. Такой способ обмена данными получил название метода множественного доступа к среде с распознаванием несущей и фиксацией коллизий (CSMA/CD – Carrier Sence Multiply Access with Collision Detection ), суть которого объясняется ниже.

При одновременной передаче данных двумя компьютерами возникает так называемая коллизия , когда данные двух передающих узлов накладываются друг на друга и происходит потеря информации . Поэтому прежде чем начать передачу, узел должен убедиться, что общая шина свободна. Для этого он прослушивает среду. Если какой-либо компьютер сети уже передает данные, то в сети обнаруживается несущая частота передаваемых сигналов. Если по окончании передачи сразу два узла попытаются одновременно начать передачу своих данных, то возникнет коллизия , которая фиксируется компьютерами. Узел, первым обнаруживший коллизию , усугубляет ее путем передачи в сеть специальных JAM - сигналов для оповещения всех компьютеров сети. При этом компьютер должен немедленно прекратить передачу данных и выдержать паузу в течение некоторого случайного интервала времени. По окончании этого интервала узел может вновь попытаться передать свои данные.

Длительность паузы составляет

T п =T отс xL,

где T отс – интервал отсрочки, равный 512 битовым интервалам, т. е. при скорости 10 Мбит/с интервал отсрочки T отс = 51,2 мкс;

L – случайное целое число , выбранное из диапазона , где N – номер повторной попытки передачи узлом данного кадра. N изменяется от 1 до 10. Всего повторных попыток передачи может быть 16, но после 10-ой попытки число N не увеличивается. Таким образом, L может принимать значения от 0 до 1024, а пауза T п = 0 - 52,4 мс. После 16-й неудачной попытки, приведшей к коллизии , кадр отбрасывается.

Длительность передачи кадра Т к должна быть больше максимально возможного времени обнаружения

Подуровни РМА и PMD осуществляют связь между подуровнем PSC и интерфейсом MDI, обеспечивая формирование в соответствии с методом физического кодирования: или .

Подуровень автопереговоров (AUTONEG)

Подуровень автопереговоров позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбирать наиболее эффективный режим работы: дуплексный или полудуплексный 10 или 100 Мб/с.

Физический уровень

Стандарт Fast Ethernet определяет три типа среды передачи сигналов Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

• 100Base-TX - две витые пары проводов. Передача осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в витой физической среде, разработанным ANSI (American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов). Витой кабель для передачи данных может быть экранированным, либо неэкранированным. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования MLT-3.
• 100Base-FX - две жилы, волоконно-оптического кабеля. Передача также осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в волоконно-оптической среде, которой разработан ANSI. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования NRZI.

Спецификации 100Base-TX и 100Base-FX известны также как 100Base-X

• 100Base-T4 - это особая спецификация, разработанная комитетом IEEE 802.3u . Согласно этой спецификации, передача данных осуществляется по четырем витым парам телефонного кабеля, который называют кабелем UTP категории 3. Использует алгоритм кодирования данных 8В/6Т и метод физического кодирования NRZI.

Дополнительно стандарт Fast Ethernet включает рекомендации по использованию кабеля экранированной витой пары категории 1, который является стандартным кабелем, традиционно использующимся в сетях Token Ring. Организация поддержки и рекомендации по использованию кабеля STP в сети Fast Ethernet предоставляют способ перехода на Fast Ethernet для покупателей, имеющих кабельную разводку STP.

Спецификация Fast Ethernet включает также механизм автосогласования, позволяющий порту узла автоматически настраиваться на скорость передачи данных - 10 или 100 Мбит/с. Этот механизм основан на обмене рядом пакетов с портом концентратора или переключателя.

Среда 100Base-TX

В качестве среды передачи 100Base-TX применяются две витые пары, причем одна пара используется для передачи данных, а вторая - для их приема. Поскольку спецификация ANSI TP – PMD содержит описания как экранированных, так и неэкранированных витых пар, то спецификация 100Base-TX включает поддержку как неэкранированных, так и экранированных витых пар типа 1 и 7.

Разъем MDI (Medium Dependent Interface)

Интерфейс канала 100Base-TX, зависящий от среды, может быть одного из двух типов. Для кабеля на неэкранированных витых парах в качестве разъема MDI следует использовать восьмиконтактный разъем RJ 45 категории 5. Этот же разъем применяется и в сети 10Base-T, что обеспечивает обратную совместимость с существующими кабельными разводками категории 5. Для экранированных витых пар в качестве разъема MDI необходимо использовать разъем STP IBM типа 1, который является экранированным разъемом DB9. Такой разъем обычно применяется в сетях Token Ring.

Кабель UTP категории 5(e)

В интерфейсе среды UTP 100Base-TX применяются две пары проводов. Для минимизации перекрестных наводок и возможного искажения сигнала оставшиеся четыре провода не должны использоваться с целью передачи каких-либо сигналов. Сигналы передачи и приема для каждой пары являются поляризованными, причем один провод передает положительный (+), а второй - отрицательный (-) сигнал. Цветовая маркировка проводов кабеля и номера контактов разъема для сети 100Base-TX приведены в табл. 1. Хотя уровень PHY 100Base-TX разрабатывался после принятия стандарта ANSI TP-PMD, однако номера контактов разъема RJ 45 были изменены для согласования со схемой разводки, уже использующейся в стандарте 10Base-T. В стандарте ANSI TP-PMD контакты 7 и 9 применяются для приема данных, в то время как в стандартах 100Base-TX и 10Base-T для этого предназначены контакты 3 и 6. Такая разводка обеспечивает возможность использования адаптеров 100Base-TX вместо адаптеров 10 Base – T и их подключения к тем же кабелям категории 5 без изменений разводки. В разъеме RJ 45 используемые пары проводов подключаются к контактам 1, 2 и 3, 6. Для правильного подключения проводов следует руководствоваться их цветовой маркировкой.

Таблица 1. Назначение контактов разъема MDI кабеля UTP 100Base-TX

Кабель STP типа 1

Стандарт 100Base-TX также поддерживает кабель на экранированных витых парах с полным сопротивлением 150 Ом. Этот кабель распространен не так широко, как кабель на неэкранированных витых парах, и обычно имеется в зданиях, оборудованных сетью Token Ring. Кабели на экранированных витых парах прокладывают согласно спецификации ANSI TP-PMD для кабеля на экранированных витых парах и используют для них девятиконтактный разъем типа D. В разъеме DB-9 применяются контакты 1, 2 и 5, 9. Если плата NIC не имеет разъема DB-9, то к концам кабеля STP необходимо подключить штекер RJ 45 категории 5 (табл. 2).

Таблица 2. Назначение контактов разъема MDI кабеля STP 100Base-TX

Номер контакта	Название сигнала	Цвет провода
1	Прием +	Оранжевый
2	Не используется
3	Не используется
4	Не используется
5	Передача +	Красный
6	Прием -	Черный
7	Не используется
8	Не используется
9	Передача -	Зеленый
10	Земля	Оболочка кабеля

Среда 100Base-FX

В сетях стандарта 100Base-FX используется волоконно-оптический, длиной сегмента до 412 метров. Стандарт определяет, что в кабеле имеются две жилы многомодового волокна - одна для передачи, а другая для приема данных. Если NIC рабочей станции функционирует в полнодуплексном режиме, то длина кабеля может составить до 2000 метров. Волоконно-оптические кабели бывают двух категорий: многомодовые и одномодовые.

Многомодовый кабель

В волоконно-оптическом кабеле этого типа используется волокно с сердцевиной диаметром 50, либо 62,5 микрометра и внешней оболочкой толщиной 125 микрометров. Такой кабель называется многомодовым оптическим кабелем с волокнами 50/125 (62,5/125) микрометров. Для передачи светового сигнала по многомодовому кабелю применяется светодиодный приемопередатчик с длиной волны 850 (820) нанометров. Если многомодовый кабель соединяет два порта переключателей, работающих в полнодуплексном режиме, то он может иметь длину до 2000 метров.

Одномодовый кабель

Одномодовый волоконно-оптический кабель имеет меньший, чем у многомодового, диаметр сердцевины – 10 микрометра, и для передачи по одномодовому кабелю используется лазерный приемопередатчик, что в совокупности обеспечивает эффективную передачу на большие дистанции. Длина волны передаваемого светового сигнала близка к диаметру сердцевины, который равен 1300 нанометрам. Это число известно как длина волны нулевой дисперсии. В одномодовом кабеле дисперсия и потери сигнала очень незначительны, что позволяет передавать световые сигналы на большие расстояния, нежели в случае применения многомодового волокна.

Разъем MDI

Для подключения волоконно-оптического кабеля на данный момент созданы разъемы следующих типов:

• MIC (Media Interface) используется в сетях FDDI. Для того чтобы обеспечить правильное подключение кабелей FDDI, разъемы помечаются буквами А, В, М и S. Буква обозначает, куда подключать штекер: к узлу или к определенному порту концентратора FDDI. Если в качестве разъема MDI 100Base-FX используется MlC FDDI, то спецификация IEЕЕ требует, чтобы этот разъем был маркирован буквой М;
• SC – дуплексный разъем, единственный рекомендованный комитетом IEEE для употребления в сети 100Base-FX Fast Ethernet;
• MT-RJ;

Среда 100Base-T4

100Base-T4 является единственным полностью новым стандартом уровня PHY в рамках стандарта 100Base-T, поскольку 100Base-TX и 100Base-FX были разработаны с использованием стандартов ANSI FDDI. Стандарт 100Base-T4 предназначался для организаций, у которых уже проложены кабели UTP категории 3 или 4. Спецификация 100Base-T4 поощряет использование кабелей категории 5 везде, где это возможно. Если в стенах здания проложены кабели UTP категории 3 или 4, то дополнительное использование кабелей категории 5 позволяет улучшить качество сигнала.

Разъем MDI

В сетях 100Base-T4 применяется неэкранированная витая пара категорий 3, 4 или 5. Используются четыре пары проводов, а это означает, что задействованы все восемь контактов разъема RJ45. Одна из четырех пар служит для передачи данных, другая - для приема, а две оставшиеся - для двунаправленной передачи данных. Три из четырех пар используются для одновременной передачи данных, а четвертая - для обнаружения коллизий. Один провод каждой пары передает положительный (+) сигнал, а другой - отрицательный (-) сигнал. Кабель 100Base-T4 не допускает работу в полнодуплексном режиме. Необходимо правильно подключить провода к контактам разъемов и не расплетать пары проводов.

Таблица 3. Назначение контактов разъема МDI кабеля UTP 100Base-T4

Ограничения длины кабеля

В сетях 100Base-TX уровень сигнала не так важен по сравнению со временем распространения сигналов. Механизм CSMA/CD в сети Fast Ethernet работает так же, как в сети Ethernet 10 Мбит/с, и пакеты имеют аналогичный размер, но их скорость распространения через среду передачи в десять раз выше. Из-за того, что механизм детектирования коллизий остался тем же, системы все еще должны выявлять возникновение коллизии прежде, чем истечет время состязания (то есть прежде, чем будут переданы 512 байт данных). Таким образом, поскольку трафик распространяется быстрее, временной зазор уменьшается, и максимальная длина сети также должна быть сокращена, чтобы выявление коллизий происходило безошибочно. По этой причине предельная общая длина сети 100Base-TX примерно составляет 210 м. Это значение необходимо соблюдать намного более жестко, чем максимум в 500 м для сети 10Base-T.

Когда планируется сеть, необходимо учитывать тот факт, что требование стандарта Fast Ethernet к максимальной длине сегмента кабеля в 100 м включает в себя всю длину кабеля, соединяющего компьютер с концентратором. Если кабельная разводка внутренняя и заканчивается на стороне компьютера настенной розеткой, а на стороне концентратора - коммутационной панелью, то в длину сегмента необходимо включить коммутационные кабели, соединяющие компьютер с розеткой и коммутационную панель с концентратором. Спецификация рекомендует брать максимальную длину для сегмента кабеля внутренней разводки, равной 90 м, оставляя 10 м для коммутационных кабелей.

Конфигурации концентраторов

Так как предельно допустимая длина для сегмента 100Base-TX составляет те же 100 м, что и для 10Base-T, ограничения на общую длину сети сказываются на конфигурации ретранслирующих концентраторов, используемых для соединения сегментов. Стандарт Fast Ethernet описывает два типа концентраторов для сетей 100Base-TX: класс I и класс II. Каждый концентратор Fast Ethernet должен иметь римскую цифру I или II, идентифицирующую его класс.

Концентраторы класса I предназначены для поддержки сегментов кабеля с различными типами передачи сигналов. 100Base-TX и 100Base-FX используют один и тот же тип передачи сигналов, в то время как 100Base-T4 - отличный от него (поскольку присутствуют две двунаправленные пары). Концентратор класса I содержит схему, которая переводит входящие сигналы 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4 в общий цифровой формат, а затем снова осуществляет конверсию в сигнал, соответствующий выходному порту концентратора. Указанные преобразования приводят к тому, что концентратор класса 1 вносит сравнительно большую задержку времени, и поэтому на пути между двумя любыми узлами в сети не должно быть больше одного концентратора этого класса.

Концентраторы класса II могут поддерживать сегменты кабеля только с одинаковыми средами передачи сигналов. Так как преобразований не производится, концентратор немедленно передает входящие данные на выходные порты. Из-за того, что временная задержка короче, между двумя любыми узлами в сети может быть установлено до двух концентраторов класса II, но при этом все сегменты должны использовать идентичную среду передачи сигналов. Это означает, что концентратор класса II может поддерживать либо 100Base-TX и 100Base-FX одновременно, либо отдельно 100Base-T4.

Дополнительные ограничения длины сегментов также основываются на сочетании используемых в сети сегментов кабеля и концентраторов. Чем сложнее становится конфигурация сети, тем меньше должен быть максимальный размер области коллизий. Эти ограничения собраны в табл. 4.

Таблица 4. Нормативы для многосегментной конфигурации Fast Ethernet

	Один концентра­тор класса I	Один концентра­тор класса II	Два концентра­тора класса II
Все сегменты медные (100Base-TX или 100Base-T4)	200 метров	200 метров	205 метров
Все сегменты оптоволоконные (100Base-FX)	272 метра	320 метров	228 метров
Один сегмент 100Base-T4 и один сегмент 100Base-FX	231 метр	Не применяется	Не применяется
Один сегмент 100BaseTX и один сегмент 100Base-FX	260,8 метра	308,8 метра	216,2 метра

Следует помнить, что в сетевой конфигурации, содержащей два концентратора класса II, самое длинное соединение между двумя узлами в действительности включает три кабеля: два кабеля для присоединения узлов к соответствующим им концентраторам и один кабель для соединения двух концентраторов между собой. Например, стандарт предполагает, что дополнительные 5 м, учтенные в ограничении длины для всех медных сетей, будут выбраны при соединении двух концентраторов (рис. 8.13). Однако на практике три кабеля могут быть любой длины, но их общая длина не должна превышать 205 м.

Преодоление ограничений топологии

Одним из наиболее часто критикуемых ограничений Fast Ethernet является диаметр сети, который не должен превышать 205 метров. Такое ограничение затрудняет прямую замену некоторых сетей Ethernet на Fast Ethernet. Поставщики других технологий, в частности Token Ring, 100 VG AnyLAN и FDDI, подчеркивают, что их технологии могут поддерживать сети гораздо большего диаметра. Это действительно так и первоначально ограничивало применение Fast Ethernet сетями рабочих групп и подразделений. Тем не менее такое ограничение топологии может быть легко преодолено путем использования переключателей и полнодуплексных волоконно-оптических связей.

Способом преодоления ограничений топологии является разбиение единой области коллизий на несколько при помощи переключателя. Диаметр сети Fast Ethernet, использующей медный кабель и повторитель Класса I, не может превысить 200 метров. Если мы добавим к этой сети единственный переключатель и установим повторители на различные порты, то максимальный диаметр полной переключаемой ЛВС возрастет до 400 метров.

Реальное преимущество сети с переключателями проявляется тогда, когда несколько переключателей соединяются полнодуплексным волоконно-оптическим кабелем, длина которого может достигать 2000 метров (в случае применения многомодового кабеля. При применении одномодового кабеля расстояния достигают десятков километров и зависят от типа используемого оборудования). Этот прием прекрасно подходит для опорной сети.

Взаимодействие узлов сети

Узлы взаимодействуют друг с другом путем обмена кадрами (frames). В Fast Ethernet кадр является базовой единицей обмена по сети - любая информация, передаваемая между узлами, помещается в поле данных одного или нескольких кадров. Пересылка кадров от одного узла к другому возможна лишь при наличии способа однозначной идентификации всех узлов сети. Поэтому каждый узел в ЛВС имеет адрес, который называется его МАС-адресом. Этот адрес уникален: никакие два узла локальной сети не могут иметь один и тот же МАС-адрес. Более того, ни в одной из технологий ЛВС (за исключением ARCNet) никакие два узла в мире не могут иметь одинаковый МАС-адрес. Любой кадр содержит, по крайней мере, три основные порции информации: адрес получателя, адрес отправителя и данные. Некоторые кадры имеют и другие поля, но обязательными являются лишь три перечисленные. На рисунке 4 отражена структура кадра Fast Ethernet.

Рисунок 4. Структура кадра Fast Ethernet

• адрес получателя - указывается адрес узла, получающего данные;
• адрес отправителя - указывается адрес узла, пославшего данные;
• длина/Тип (L/T – Length/Type) - содержится информация о типе передаваемых данных;
• контрольная сумма кадра (PCS - Frame Check Sequence) - предназначена для проверки корректности полученного принимающим узлом кадра.

Минимальный объем кадра составляет 64 октета, или 512 битов (термины октет и байт - синонимы). Максимальный объем кадра равен 1518 октетам, или 12144 битам.

Адресация кадров

Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет уникальный номер, который называется МАС-адресом (MAC address) или адресом узла. Этот номер состоит из 48 битов (6 байтов), присваивается сетевому интерфейсу во время изготовления устройства и программируется в процессе инициализации. Поэтому сетевые интерфейсы всех ЛВС, за исключением ARCNet, которая использует 8-битовые адреса, присваиваемые сетевым администратором, имеют встроенный уникальный МАС-адрес, отличающийся от всех остальных МАС-адресов на Земле и присваиваемый производителем по согласованию с IEEE.

Чтобы облегчить процесс управления сетевыми интерфейсами, IEEE было предложено разделить 48-битовое поле адреса на четыре части, как показано на рисунке 5. Первые два бита адреса (биты 0 и 1) являются флажками типа адреса. Значение флажков определяет способ интерпретации адресной части (биты 2 – 47).

Рисунок 5. Формат МАС-адреса

Бит I/G называется флажком индивидуального/группового адреса и показывает, каким (индивидуальным или групповым) является адрес. Индивидуальный адрес присваивается только одному интерфейсу (или узлу) в сети. Адреса, у которых бит I/G установлен в 0 - это МАС-адреса или адреса узла. Если бит I/O установлен в 1, то адрес относится к групповым и обычно называется многопунктовым адресом (multicast address) или функциональным адресом (functional address). Групповой адрес может быть присвоен одному или нескольким сетевым интерфейсам ЛВС. Кадры, посланные по групповому адресу, получают или копируют все обладающие им сетевые интерфейсы ЛВС. Многопунктовые адреса позволяют послать кадр подмножеству узлов локальной сети. Если бит I/O установлен в 1, то биты от 46 до 0 трактуются как многопунктовый адрес, а не как поля U/ L, OUI и OUA обычного адреса. Бит U/L называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес сетевому интерфейсу. Если оба бита, I/O и U/ L, установлены в 0, то адрес является уникальным 48-битовым идентификатором, описанным ранее.

OUI (organizationally unique identifier - организационно уникальный идентификатор). IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров и интерфейсов. Каждый производитель отвечает за правильность присвоения OUA (organizationally unique address - организационно уникальный адрес), который должно иметь любое созданное им устройство.

При установке бита U/L адрес является локально управляемым. Это означает, что он задается не производителем сетевого интерфейса. Любая организация может создать свой МАС-адрес сетевого интерфейса путем установки бита U/ L в 1, а битов со 2-го по 47-й в какое-нибудь выбранное значение. Сетевой интерфейс, получив кадр, первым делом декодирует адрес получателя. При установлении в адресе бита I/O уровень MAC получит этот кадр лишь в том случае, если адрес получателя находится в списке, который хранится на узле. Этот прием позволяет одному узлу отправить кадр многим узлам.

Существует специальный многопунктовый адрес, называемый широковещательным адресом. В 48-битовом широковещательном IEEE-адресе все биты установлены в 1. Если кадр передается с широковещательным адресом получателя, то все узлы сети получат и обработают его.

Поле Длина/Тип

Поле L/T (Length/Type - Длина/Тип) применяется в двух различных целях:

• для определения длины поля данных кадра, исключая любое дополнение пробелами;
• для обозначения типа данных в поле данных.

Значение поля L/T, находящееся в интервале между 0 и 1500, является длиной поля данных кадра; более высокое значение указывает на тип протокола.

Вообще поле L/T является историческим осадком стандартизации Ethernet в IEEE, породившим ряд проблем с совместимостью оборудования выпущенного до 1983. Сейчас Ethernet и Fast Ethernet никогда не использует поля L/T. Указанное поле служит лишь для согласования с программным обеспечением, обрабатывающим кадры (то есть с протоколами). Но единственным подлинно стандартным предназначением поля L/T является использование его в качестве поля длины - в спецификации 802.3 даже не упоминается о возможном его применении как поля типа данных. Стандарт гласит: “Кадры со значением поля длины, превышающим определенное в пункте 4.4.2, могут быть проигнорированы, отброшены или использованы частным образом. Использование данных кадров выходит за пределы этого стандарта”.

Подводя итог сказанному, заметим, что поле L/T является первичным механизмом, по которому определяется тип кадра. Кадры Fast Ethernet и Ethernet, в которых значением поля L/T задается длина (значение L/T < 1500), называются кадрами 802.3, кадры, в которых значением этого же поля устанавливается тип данных (значение L/T > 1500), называются кадрами Ethernet - II или DIX .

Поле данных

В поле данных содержится информация, которую один узел пересылает другому. В отличие от других полей, хранящих весьма специфические сведения, поле данных может содержать почти любую информацию, лишь бы ее объем составлял не менее 46 и не более 1500 байтов. Как форматируется и интерпретируется содержимое поля данных, определяют протоколы.

Если необходимо переслать данные длиной менее 46 байтов, уровень LLC добавляет в их конец байты с неизвестным значением, называемые незначащими данными (pad data). В результате длина поля становится равной 46 байтам.

Если кадр имеет тип 802.3, то в поле L/T указывается значение объема действительных данных. Например, если пересылается 12-байтовое сообщение, то поле L/T хранит значение 12, а в поле данных находятся и 34 добавочных незначащих байта. Добавление незначащих байтов инициирует уровень LLC Fast Ethernet, и обычно реализуется аппаратно.

Средства уровня MAC не задают содержимое поля L/T - это делает программное обеспечение. Установка значения этого поля почти всегда производится драйвером сетевого интерфейса.

Контрольная сумма кадра

Контрольная сумма кадра (PCS - Frame Check Sequence) позволяет убедиться в том, что полученные кадры не повреждены. При формировании передаваемого кадра на уровне MAC используется специальная математическая формула CRC (Cyclic Redundancy Check - циклический избыточный код), предназначенная для вычисления 32-разрядного значения. Полученное значение помещается в поле FCS кадра. На вход элемента уровня MAC, вычисляющего CRC, подаются значения всех байтов кадра. Поле FCS является первичным и наиболее важным механизмом обнаружения и исправления ошибок в Fast Ethernet. Начиная с первого байта адреса получателя и заканчивая последним байтом поля данных.

01010101 10101010 170 SNAP 00000111 11100000 208 IPX (Nowell) 01111111 11111110 254 ISO CLNS IS 8473 11111111 11111111 255 Global DSAP

Поле управления

По значениям префиксных битов выделяют три формата поля контроля:

• Информационный формат начинается с бита со значением 0.
• Управляющий формат имеет двухбитовый префикс со значением 1 и 0.
• Ненумерованный формат начинается с двух битов со значением 1.

Остальные биты более конкретно указывают на функции PDU. При более сложном обмене данными, включающем сервис на основе установления соединения, ненумерованные кадры содержат команды, которые позволяют установить соединение с другой системой и разорвать его по окончании передачи данных. Команды, передаваемые в ненумерованных кадрах, имеют нижеприведенные наименования.

• UI (Unnumbered Information, передача данных ). Используется сервисом без установления соединения и подтверждения для отправки кадров данных.
• XID (Exchange Identification, идентификация). Вырабатывается сервисами с установлением соединения и без такового в качестве, как команды, так и ответа.
• TEST (диагностика). Применяется как команда и как ответ при выполнении теста методом петлевого контроля (loopback test) LLC.
• FRMR (Frame Reject, отклонение кадра). Выдается как ответ в случае возникновения сбоев в работе протокола.
• SABME (Set Asynchronous Balanced Mode Extended, запрос на соединение ). Посылается как запрос на установление соединения.
• UA (Unnumbered Acknowledgment, подтверждение). Является положительным ответом на сообщение SABME.
• DM (Disconnect Mode, задержка соединения и разъединения). Возвращается как отрицательный ответ на сообщение SABME.
• DISC (Disconnect, разъединение). Передается как запрос на завершение соединения. В качестве ответа ожидается либо UA, либо DM.

Информационные кадры содержат действительные данные, передаваемые как во время сеансов с установлением соединения, так и сессий без установления соединения с подтверждениями, а также сообщения подтверждения приема, возвращаемые принимающей системой. Только два типа сообщений передаются в информационных кадрах: N(S) и N(R) для отправленных и полученных сообщений соответственно. Обе системы отслеживают последовательность номеров пакетов, которыми они обмениваются. Сообщение N(S) информирует получателя о том, какое количество пакетов из последовательности было уже отправлено, а сообщение N(R) позволяет отправителю иметь информацию о том, какой из пакетов ожидается для приема.

Управляющие кадры используются только сервисами с установлением соединения. Они обеспечивают обслуживание соединения, выраженное в форме сервисов управления потоком данных и коррекции ошибок. Соответствующие управляющие сообщения имеют ниже перечисленные типы.

• RR (Receiver Ready, готовность приемника). Используется для информирования отправителя о том, что соединение действующее, и получатель готов к приему следующего кадра.
• RNR (Receiver Not Ready, приемник не готов ). Требует от отправителя не передавать пакеты до тех пор, пока получатель не отправит сообщение RR. 1
• REJ (Frame Reject, данные отброшены). Сообщает передающей системе об ошибке и требует повторной передачи всех кадров, отправленных noj еле определенного момента.

Алгоритм 4B/5B

Выполняет предобразование 4 Bit-to-5 Bit. Полученная избыточность кода позволяет использовать специальные комбинации для управления потоком и проверки подлинности принятой комбинации. Однако применение такого кода увеличивает частоту передаваемого сигнала до 125 МГц.

Таблица комбинации управления потоком

Таблица кодировки символов

Линейный код	Символ
11110	0
01001	1
10100	2
10101	3
01010	4
01011	5
01110	6
01111	7
10010	8
10011	9
10110	A
10111	B
11010	C
11011	D
11100	E
11101	F

Принятые комбинации несоответствующие вышеописанным считаются ошибочными.

Алгоритм 8B/6T

Алгоритм кодирования 8В6Т преобразует восьмибитовый октет данных (8B) в шестибитовый тернарный символ (6T). Кодовые группы 6Т предназначены для передачи параллельно по трем витым парам кабеля, поэтому эффективная скорость передачи данных по каждой витой паре составляет одну треть от 100 Мбит/с, то есть 33,33 Мбит/с. Скорость передачи тернарных символов по каждой витой паре составляет 6/8 от 33,3 Мбит/с, что соответствует тактовой частоте 25 МГц. Именно с такой частотой работает таймер интерфейса МП. В отличие от бинарных сигналов, которые имеют два уровня, тернарные сигналы, передаваемые по каждой паре, могут иметь три уровня.

Таблица кодировки символов

Линейный код	Символ
-+00-+	0
0-+-+0	1
0-+0-+	2
0-++0-	3
-+0+0-	4
+0–+0	5
+0-0-+	6
+0-+0-	7
-+00+-	8
0-++-0	9
0-+0+-	A
0-+-0+	B
-+0-0+	C
+0-+-0	D
+0-0+-	E
+0 — 0+	F

Метод кодирования NRZI

NRZI – Non Return to Zero Invertive (инверсное кодирование без возврата к нулю) Этот метод является модифицированным методом Non Return to Zero (NRZ), где для представления 1 и 0 используются потенциалы двух уровней. В коде NRZ I также используется 2 потенциала, но его текущее значение зависит от предыдущего. Если текущее значение бита “1”, то полученный потенциал должен быть инверсией от предыдущего, если значение бита “0” – такой же.

Поскольку код незащищен от долгих последовательностей “нулей” или “единиц”, то это может привести к проблемам синхронизации. Поэтому перед передачей, заданную последовательность битов рекомендуется предварительно закодировать кодом предусматривающим скремблирование (скремблер предназначен для придания свойств случайности передаваемой последовательности данных с целью облегчения выделения тактовой частоты приемником).

Метод кодирования MLT-3

MLT-3 Multi Level Transmission – 3 (многоуровневая передача) – немного схож с кодом NRZ, но в отличии от последнего имеет три уровня сигнала.

Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на другой, причем изменение уровня сигнала происходит последовательно с учетом предыдущего перехода. При передаче “нуля” сигнал не меняется.

Этот код, так же как и NRZ нуждается в предварительном кодировании.

Составлено по материалам:

1. Лаем Куин, Ричард Рассел “Fast Ethernet”;
2. К. Заклер “Компьютерные сети”;
3. В.Г. и Н.А. Олифер “Компьютерные сети”;