«Локальные информационные сети»




Название«Локальные информационные сети»
страница6/12
Дата публикации05.03.2013
Размер1.37 Mb.
ТипКонспект
uchebilka.ru > Информатика > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

^ 4.2.2 Формат кадра подуровня МАС

Стандарт технологии Ethernet, описанный в документе IEЕЕ 802.3, дает описание единственного формата кадра подуровня MAC. Так как в кадр подуровня МАС должен вкладываться кадр подуровня LLC, описанный в документе IEEE 802.2, то по стандартам IEEE в ceти Еthernet может использоваться только единственный вариант кадра канального уровня, заголовок которого является комбинацией заголовков MAC- и LLC- подуровней.

Тем не менее на практике в сетях Ethernet на канальном уровне используются кадры 4 различных форматов (типов):

- кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 или кадр Novell 802.2);

- кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3);

- кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II);

- кадр Ethernet SNAP.

Это связано с длительной историей развития технологии Ethernet, насчитывающей период существования до принятия стандартов IEEE 802, когда подуровень LLC не выделялся из общего протокола и соответственно заголовок LLC не применялся.

Различия в форматах кадров могут приводить к несовместимости в работе аппаратуры и сетевого программного обеспечения, рассчитанного на работу только с одним стандартом кадра Ethernet. Однако сегодня практически все сетевые адаптеры, драйверы сетевых адаптеров, мосты/коммутаторы и маршрутизаторы умеют работать со всеми используемыми на практике форматами кадров технологии Ethernet, причем распознавание типа кадра выполняется автоматически [4].

Заголовок кадра 802.3/LLC является результатом объединения полей заголовков кадров, определенных в стандартах IEEE 802.3 и 802.2 (рис. 4.9).


Рисунок 4.9 - Формат кадра 802.3/LLC
Поле преамбулы (Preamble) состоит из семи синхронизирующих байтов 10101010. При манчестерском кодировании эта комбинация представляется в физической среде периодическим волновым сигналом с частотой 5 МГц.

^ Начальный ограничитель кадра (Start-of-frame-delimiter, SFD) состоит из одного байта 10101011. Появление этой комбинации битов является указанием на то, что следующий байт — это первый байт заголовка кадра.

Адрес назначения (Destination Address, DA) может быть длиной 2 или 6 байтов. На практике всегда используются адреса из 6 байтов. Первый бит старшего байта адреса назначения является признаком того, является адрес индивидуальным или групповым. Если он равен 0, то адрес является индивидуальным (unicast), a если 1, то это групповой адрес (multicast). Групповой адрес может предназначаться всем узлам сети или же определенной группе узлов сети. Если адрес состоит из всех единиц, то есть имеет шестнадцатеричное представление 0xFFFFFFFFFFFF, то он предназначается всем узлам сети и называется широковещательным адре­сом (broadcast). В остальных случаях групповой адрес связан только с теми узлами, которые сконфигурированы (например, вручную) как члены группы, номер которой указан в групповом адресе.

Второй бит старшего байта адреса определяет способ назначения адреса - централизованный или локальный. Если этот бит равен 0 (что бывает почти всегда в стандартной аппаратуре Ethernet, то адрес назначен централизованно, с помощью комитета IEEE).

Комитет IEEE распределяет между производителями оборудования так называемые организационно-уникальные идентификаторы (Organizationally Unique Identifier, OUI). Этот идентификатор помещается в 3 старших байтах адреса (например, идентификатор 000081 определяет компанию Bay Networks). За уникальность младших 3 байтов адреса отвечает производитель оборудования. Двадцать четыре бита, отводимые производителю для адресации интерфейсов его продукции, позволяют выпустить 16 миллионов интерфейсов под одним идентификатором организации. Уникальность централизованно распределяемых адресов распространяется на все основные технологии локальных сетей — Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д.

В стандартах IEEE Ethernet младший бит байта изображается в самой левой позиции поля, а старший бит – в самой правой. Этот нестандартный способ отображения порядка битов в байте соответствует порядку передачи битов в линию связи передатчиком Ethernet. В стандартах других организаций, например ISO, используется традиционное представление байта, когда младший бит считается самым правым битом байта, а старший – самым левым. При этом порядок следования байтов остается традиционным. Поэтому при чтении стандартов, опубликованных этими организациями, а также чтении данных, отображаемых на экране операционной системой или анализатором протоколов, значения каждого байта кадра Ethernet нужно зеркально отобразить, чтобы получить правильное представление о значении разрядов этого байта в соответствии с документами IEEE. Например, групповой адрес, имеющийся в нотации IEEE, вид 1000 0000 0000 0000 1010 0111 1111 0000 0000 0000 0000 0000, или в шестнадцатеричной записи 80-00-А7-F0-00-00, будет, скорее всего, отображен анализатором протокола в традиционном виде как 01-00-Е5-0F-00-00.

Адрес источника (Source Address, SA) — может быть длиной 2 или 6 байтов и содержит адрес узла-отправителя кадра. Первый бит адреса всегда имеет значение 0.

^ Длина (Length, L) — 2-байтовое поле, которое определяет длину поля данных в кадре.

Поле данных для МАС-кадра, состоящее из пакета сетевого уровня и заголовка LLC, может содержать до 1500 байтов. Соответственно поле Data может иметь размер от 46 до 1497 (1496) байтов. Но если его длина меньше 46 байтов, то используется следующее поле (поле заполнения), чтобы дополнить кадр до минимально допустимого значения в 46 байтов.

Поле заполнения (Padding) состоит из такого количества байтов заполнителей, которое обеспечивает минимальную длину поля данных в 46 байтов. Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Если длина поля данных достаточна, то поле заполнения в кадре не появляется.

^ Поле контрольной суммы (Frame Check Sequence. FCS) состоит из 4 байтов, содержащих контрольную сумму. Это значение вычисляется по алгоритму CRC-32. После получения кадра рабочая станция выполняет собственное вычисление контрольной суммы для этого кадра, сравнивает полученное значение со значением поля контрольной суммы и, таким образом, определяет, не искажен ли полученный кадр.

Кадр 802.3 является кадром МАС-подуровня, поэтому в соответствии со стандартом 802.2 в его поле данных вкладывается кадр подуровня LLC с удаленными флагами начала и конца кадра. Формат кадра LLC был описан выше. Так как кадр LLC имеет заголовок длиной 3 (в режиме LLC1) или 4 байта (в режиме LLC2), то максимальный размер поля данных уменьшается до 1497 или 1496 байтов.

Автоматическое распознание типов кадров Ethernet выполняется достаточно несложно. Для кодирования типа протокола в поле EtherType указываются значения, превышающие значение максимальной длины поля данных, равное 1500, поэтому кадры Ethernet II легко отличить от других типов кадров по значению поля L/T. Дальнейшее распознавание типа кадра проводится по наличию или отсутствию полей LLC. Поля LLC могут отсутствовать только в том случае, если за полем длины идет начало пакета IPX, а именно 2-байтовое поле контрольной суммы пакета, которое всегда заполняется единицами, что дает значение в 255 байтов. Ситуация, когда поля DSAP и SSAP одновременно содержат такие значения, возникнуть не может, поэтому наличие двух байтов со значением в 255 говорит о том, что это кадр Raw 802.3. В остальных случаях дальнейший анализ проводится в зависимости от значений полей DSAP и SSAP. Если они равны 0хАА, то это кадр Ethernet SNAP, а если нет, то 802.3/LLC.

^ 4.3 Обнаружение и коррекция ошибок

Разработчики сетей создали две основные стратегии для борьбы с ошибками [2]. Каждый метод основывается на добавлении к передаваемым данным некоторой избыточной информации. В одном случае этой информации должно быть достаточно, чтобы выявить, какие данные должны были прийти. В другом случае избыточной информации должно быть достаточно только для того, чтобы получатель понял, что произошла ошибка (без указания ее типа) и запросил повторную передачу. Первая стратегия использует коды, называющиеся корректирующими, или кодами с исправлением ошибок; вторая – коды с обнаружением ошибок. Использование кода с обнаружением ошибок часто называют прямым исправлением ошибок.

Каждая стратегия занимает свою нишу. В высоконадежных каналах, таких, как оптоволокно, дешевле использовать код с обнаружением ошибок и просто заново передавать случайные поврежденные блоки. Однако беспроводные соединения, в которых может возникать множество ошибок, чаще используют корректирующие коды с избыточностью, достаточной для того, чтобы приемник мог определить, какие данные должны прийти. Это надежнее, чем полагаться на повторную передачу, которая тоже, возможно, не сможет пройти без ошибок.

Канальный уровень может обнаруживать ошибки передачи данных, связанные с искажением битов в принятом кадре данных или с потерей кадра, и по возможности их корректировать [4].

Большая часть протоколов канального уровня выполняет только первую задачу — обнаружение ошибок, считая, что корректировать ошибки, то есть повторно передавать искаженную информацию, должны протоколы верхних уровней. Так работают популярные протоколы таких локальных сетей, как Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. Однако существуют протоколы канального уровня, например, LLC2 или LAP-B, которые самостоятельно решают задачу восстановления искаженных или потерянных кадров.

Очевидно, что протоколы должны работать наиболее эффективно в характерных условиях работы сети. Поэтому для сетей, в которых искажения и потери кадров являются очень редкими событиями, разрабатываются протоколы типа Ethernet, в которых не предусматриваются процедуры устранения ошибок. Действительно, наличие процедур восстановления данных потребовало бы от конечных узлов дополнительных вычислительных затрат, которые в условиях надежной работы сети являлись бы избыточными.

Если в сети искажения и потери случаются часто, то желательно уже на канальном уровне использовать протокол с коррекцией ошибок, а не оставлять эту работу протоколам верхних уровней. Протоколы верхних уровней, например, транспортного или прикладного, работая с большими тайм-аутами, восстановят потерянные данные с большой задержкой. В глобальных сетях первых поколений, например, в сетях Х.25, которые работали через ненадежные каналы связи, протоколы канального уровня всегда выполняли процедуры восстановления потерянных и искаженных кадров.

Поэтому нельзя считать, что один протокол лучше другого потому, что он восстанавливает ошибочные кадры, а другой протокол — нет. Каждый протокол должен работать в тех условиях, для которых он разработан.

^ 4.3.1 Методы обнаружения ошибок

Все методы обнаружения ошибок основаны на передаче в составе кадра данных служебной избыточной информации, по которой можно судить с некоторой степенью вероятности о достоверности принятых данных. Эту служебную информацию принято называть контрольной суммой (или последовательностью контроля кадра — Frame Check Sequence, FCS). Контрольная сумма вычисляется как функция от основной информации, причем необязательно только путем суммирования. Принимающая сторона повторно вычисляет контрольную сумму кадра по известному алгоритму и в случае ее совпадения с контрольной суммой, вычисленной передающей стороной, делает вывод о том, что данные были переданы через сеть корректно. Существует несколько распространенных алгоритмов вычисления контрольной суммы, отличающихся вычислительной сложностью и способностью обнаруживать ошибки в данных.

^ Контроль по паритету представляет собой наиболее простой метод контроля данных. В то же время это наименее мощный алгоритм контроля, так как с его помощью можно обнаружить только одиночные ошибки в проверяемых данных. Метод заключается в суммировании по модулю 2 всех битов контролируемой информации. Например, для данных 100101011 результатом контрольного суммирования будет значение 1. Результат суммирования также представляет собой один бит данных, который пересылается вместе с контролируемой информацией. При искажении при пересылке любого одного бита исходных данных (или контрольного разряда) результат суммирования будет отличаться от принятого контрольного разряда, что говорит об ошибке. Однако двойная ошибка, например, 110101010, будет неверно принята за корректные данные. Поэтому контроль по паритету применяется к небольшим порциям данных, как правило, к каждому байту, что дает коэффициент избыточности для этого метода 1/8. Метод редко применяется в вычислительных сетях из-за его большой избыточности и невысоких диагностических способностей.

^ Вертикальный и горизонтальный контроль по паритету представляет собой модификацию описанного выше метода. Его отличие состоит в том, что исходные данные рассматриваются в виде матрицы, строки которой составляют байты данных. Контрольный разряд подсчитывается отдельно для каждой строки и для каждого столбца матрицы. Этот метод обнаруживает большую часть двойных ошибок, однако обладает еще большей избыточностью. На практике сейчас также почти не применяется.

^ Циклический избыточный контроль (Cyclic Redundancy Check, CRC) является в настоящее время наиболее популярным методом контроля в вычислительных сетях (и не только в сетях, например, этот метод широко применяется при записи данных на диски и дискеты). Метод основан на рассмотрении исходных данных в виде одного многоразрядного двоичного числа. Например, кадр стандарта Ethernet, состоящий из 1024 байтов, будет рассматриваться как одно число, состоящее из 8192 битов. В качестве контрольной информации рассматривается остаток от деления этого числа на известный делитель P(x). Обычно в качестве делителя выбирается семнадцати- или тридцатитрехразрядное число Р(1,0), чтобы остаток от деления R (1,0) имел длину 16 разрядов (2 байта) или 32 разряда (4 байта). При получении кадра данных снова вычисляется остаток от деления на тот же делитель Р (х), но при этом к данным кадра добавляется и содержащаяся в нем контрольная сумма. Если остаток от деления на Р(х) равен нулю, то делается вывод об отсутствии ошибок в полученном кадре, в противном случае кадр считается искаженным.

В 32-разрядном стандарте CRC-32, принятом в ряде IEEE-протоколов канального уровня, в качестве делителя используется образующий многочлен [1, 2]:
Р(х) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x1 + 1,
или, в виде тридцатитрехразрядной двоичной комбинации
Р(1,0) = 100000100110000010001110110110111.
Этот метод обладает более высокой вычислительной сложностью, но его диагностические возможности гораздо выше, чем у методов контроля по паритету. Метод CRC обнаруживает все одиночные ошибки, двойные ошибки и ошибки в нечетном числе битов. Метод обладает также невысокой степенью избыточности. Например, для кадра Ethernet размером в 1024 байта контрольная информация длиной в 4 байта составляет только 0,4 %.

^ 4.3.2 Методы восстановления искаженных и потерянных кадров

Методы коррекции ошибок в ЛС основаны на повторной передаче кадра данных в том случае, если кадр теряется и не доходит до адресата или приемник обнаружил в нем искажение информации [4]. Чтобы убедиться в необходимости повторной передачи данных, отправитель нумерует отправляемые кадры и для каждого кадра ожидает от приемника так называемой положительной квитанции — служебного кадра, извещающего о том, что исходный кадр был получен и данные в нем оказались корректными. Время этого ожидания ограничено — при отправке каждого кадра передатчик запускает таймер, и, если по его истечении положительная квитанция не получена, кадр считается утерянным. Приемник в случае получения кадра с искаженными данными может отправить отрицательную квитанцию — явное указание на то, что данный кадр нужно передать повторно.

Существуют два подхода к организации процесса обмена квитанциями: с простоями и с организацией «окна».

^ Метод с простоями требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял искаженный). Если же квитанция не приходит в течение тайм-аута, то кадр (или квитанция) считается утерянным и его передача повторяется. На рис. 4.10а видно, что в этом случае производительность обмена данными существенно снижается, хотя передатчик и мог бы послать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода квитанции. Снижение производительности этого метода коррекции особенно заметно на низкоскоростных каналах связи.

Рисунок 4.10 - Методы восстановления искаженных и потерянных кадров
Второй метод называется методом «скользящего окна». В этом методе для повышения коэффициента использования линии источнику разрешается передать некоторое количество кадров в непрерывном режиме, то есть в максимально возможном для источника темпе, без получения на эти кадры положительных ответных квитанций (далее - просто «квитанций»). Количество кадров, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Рисунок 4.10б иллюстрирует данный метод для окна размером в W кадров.

В начальный момент, когда еще не послано ни одного кадра, окно определяет диапазон кадров с номерами от 1 до W включительно. Источник начинает передавать кадры и получать в ответ квитанции. Для простоты предположим, что квитанции поступают в той же последовательности, что и кадры, которым они соответствуют. В момент t1 при получении первой квитанции К1 окно сдвигается на одну позицию, определяя новый диапазон от 2 до (W+1).

Процессы отправки кадров и получения квитанций идут достаточно независимо друг от друга. Рассмотрим произвольный момент времени tn, когда источник получил квитанцию на кадр с номером n. Окно сдвинулось вправо и определило диапазон разрешенных к передаче кадров от (n +1) до (W+n). Все множество кадров, выходящих из источника, можно разделить на перечисленные ниже группы (рис. 4.10 б).

^ Кадры с номерами от 1 до n уже были отправлены и квитанции на них получены, то есть они находятся за пределами окна слева.

Кадры, начиная с номера (п+1) и заканчивая номером (W+n), находятся в пределах окна и потому могут быть отправлены не дожидаясь прихода какой-либо квитанции. Этот диапазон может быть разделен еще на два поддиапазона:

- кадры с номерами от (n+1) до m, которые уже отправлены, но квитанции на них еще не получены;

- кадры с номерами от m до (W+n), которые пока не отправлены, хотя запрета на это нет.

^ Все кадры с номерами, большими или равными (W+n+1), находятся за пределами окна справа и поэтому пока не могут быть отправлены.

Перемещение окна вдоль последовательности номеров кадров показано на рис. 4.10 в. Здесь t0 — исходный момент; t1 и tn — моменты прихода квитанций на первый и n-й кадр соответственно. Каждый раз, когда приходит квитанция, окно сдвигается вправо, но его размер при этом не меняется и остается равным W. Заметим, что хотя в данном примере размер окна в процессе передачи остается постоянным, в реальных протоколах (например, TCP) можно встретить варианты данного алгоритма с изменяющимся размером окна.

Итак, при отправке кадра с номером n источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр n, так что в сеть последним уйдет кадр с номером (W+n-1). Если же за это время квитанция на кадр n так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечении некоторого тайм-аута кадр n (или квитанция на него) считается утерянным, и он передается снова.

Если же поток квитанций поступает более-менее регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола.

Метод скользящего окна более сложен в реализации, чем метод с простоями, так как передатчик должен хранить в буфере все кадры, на которые пока не получены положительные квитанции. Кроме того, требуется отслеживать несколько параметров алгоритма: размер окна W, номер кадра, на который получена квитанция, номер кадра, который еще можно передать до получения новой квитанции.

Приемник может не посылать квитанции на каждый принятый корректный кадр. Если несколько кадров пришло почти одновременно, то приемник может послать квитанцию только на последний кадр. При этом подразумевается, что все предыдущие кадры также дошли благополучно.

Некоторые методы используют отрицательные квитанции. Отрицательные квитанции бывают двух типов — групповые и избирательные. Групповая квитанция содержит номер кадра, начиная с которого нужно повторить передачу всех кадров, отправленных передатчиком в сеть. Избирательная отрицательная квитанция требует повторной передачи только одного кадра.

Метод скользящего окна реализован во многих протоколах: LLC2, LAP-B, X.25, TCP, Novell NCP Burst Mode. Метод с простоями является частным случаем метода скользящего окна, когда размер окна равен единице.

Метод скользящего окна имеет два параметра, которые могут заметно влиять на эффективность передачи данных между передатчиком и приемником, — размер окна и величина тайм-аута ожидания квитанции. В надежных сетях, когда кадры искажаются и теряются редко, для повышения скорости обмена данными размер окна нужно увеличивать, так как при этом передатчик будет посылать кадры с меньшими паузами. В ненадежных сетях размер окна следует уменьшать, так как при частых потерях и искажениях кадров резко возрастает объем вторично передаваемых через сеть кадров, а, значит, пропускная способность сети будет расходоваться во многом вхолостую — полезная пропускная способность сети будет падать.

Выбор тайм-аута зависит не от надежности сети, а от задержек передачи кадров сетью. Во многих реализациях метода скользящего окна величина окна и тайм-аут выбираются адаптивно, в зависимости от текущего состояния сети.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

«Локальные информационные сети» iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине...
Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803...

«Локальные информационные сети» iconМетодические указания по обеспечению практических занятий, самостоятельной...
«Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803 «Электронные системы» дневной формы обучения / О. В. Бережная,...

«Локальные информационные сети» iconУкраина, г. Киев, почтовый индекс: 02105
Ищу постоянную работу в сфере телекоммуникаций. Возможные направления: мобильная связь, коммутация и маршрутизация потоков, мониторинг...

«Локальные информационные сети» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном...

«Локальные информационные сети» iconПравовые информационные ресурсы украины
Все правовые информационные ресурсы представленные в сети Интернет можно классифицировать следующим образом

«Локальные информационные сети» iconФакультет экономики и менеджмента
Интернет – это мировая компьютерная сеть электронной связи, объединяющая региональные, национальные, локальные и др сети

«Локальные информационные сети» iconОбзор технологий 7
Интернет – это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая сотни...

«Локальные информационные сети» iconПрограмма курса amp act 1 1-й день: Презентация. Введение в кабельную...
Разъяснение различий между применением специальных и универсальных кабельных систем

«Локальные информационные сети» iconКафедра кибернетики и вычислительной техники
«Компьютерные системы и сети». Работает также аспирантура, в которой готовятся кандидаты технических наук по новейшим специальностям,...

«Локальные информационные сети» iconПеречень условных обозначений, сокращений, терминов
Лвс (Локальные Вычислительные Сети) представляют собой несколько компьютеров, имеющих общую среду передачи данных, и физически расположенных...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<