Warstwa dostępu do sieci – standard Ethernet 1. Historia

Warstwa dostępu do sieci – standard Ethernet
1. Historia
Technologia Ethernet została opracowana w 1970 roku, oparta została o ideę działania sieci
bezprzewodowej ALOHANET powstałej w 1970 roku na Hawajach.
2. Działanie protokołu
a) Metody transmisji danych
Protokół stosowany w sieciach Ethernet powstał przez ewolucję kolejnych metod transmisji danych.
ALOHA
Nadawca rozpoczyna nadawanie w dowolnym momencie, po wysłaniu całej ramki oczekuje na
potwierdzenie dotarcia informacji przez odbiorcę. W przypadku braku potwierdzenia nadawca odczekuje
pewien czas i przesyła ramkę jeszcze raz. Wadą tej metody są kolizje, czyli równoczesne nadawanie
sygnałów przez różne stacje, co powoduje zniekształcenie sygnału.
CSMA
Metoda polega na ciągłym nasłuchu stanu łącza. Jeśli łącze jest wolne, nadawca rozpoczyna nadawanie.
W trakcie nadawania nadawca cały czas nasłuchuje stan łącza. Gdy pojawią się zakłócenia nadawca
przesyła ponownie dane. Nie ma potrzeby przesyłania potwierdzeń przez odbiorcę. Kolizja wystąpi tylko
wtedy, gdy dwie stacje zaczną nadawać jednocześnie.
CSMA/CD
Metoda jest rozszerzeniem poprzedniej metody, gdy nadawca wykryje kolizje powtarza nadawanie ale
dopiero po pewnym czasie od kolizji. Po wykryciu kolizji nie przerywa transmisji i nadaje przez jakiś
czas aby zwiększyć prawdopodobieństwo wykrycia kolizji przez innych użytkowników.
b) Norma IEEE 802.3
Założenia dla sieci 10Mb/s:
(i) Stacje prowadzą ciągły nasłuch łącza i sprawdzają, czy łącze jest zajęte, wolne lub trwa odstęp
międzyramkowy IFG (strefa buforowa).
IFG to odcinek czasu po zakończeniu czasu zajętości łącza. Dla sieci 10Mb trwa 9,6ms. Wynika on z
maksymalnej odległości między stacjami i czasu rozchodzenia się sygnału w medium. Jest to czas
potrzebny na dotarcie sygnału do wszystkich stacji aby wykryły one że trwa nadawanie.
(ii) Komputery mogą nadawać tylko wtedy, gdy łącze jest wolne (nadawanie tylko po IFG)
(iii) Jeśli podczas nadawania stacja wykryje kolizję, nadaje jeszcze przez czas wymuszenia kolizji (dla
sieci 10Mb równy 3,2 milisekundy = czas nadania 32 bitów). Jeśli kolizja nastąpi przy nadawaniu
preambuły, to stacja kontynuuje jej nadawanie, a następnie nadaje jeszcze 32 bity. Po wykryciu kolizji
stacja dobiera odcinek czasu w trakcie którego nie będzie podejmowała prób nadawania.
(iv) Stacja nadawcza podejmuje maksymalnie 16 prób nadania sygnału. Długość odcinka czasu
wyczekiwania na ponowienie sygnału wyrażona jest wzorem
Ti  Ri  S
gdzie:
S-szerokość szczeliny czasowej (czas transmisji 512 bajtów dla sieci 10Mb i 100Mb oraz 4096 bitów dla
sieci 1Gb; składają się na nią:
 czas potrzebny na dotarcie sygnału na koniec sieci i powrót sygnału
 maksymalny czas wykrycia kolizji i wysłania sygnału przez czas wymuszenia kolizji
 bity bufora
Ri - liczba losowa z przedziału <0,2n-1> (generowana za pomocą adresu karty sieciowej), n=min(i,10)
Czas Ti wzrasta wraz z ilością podejmowanych prób.
Losowość jest wymagana aby w przypadku kolizji stacje nie podejmowały nadawania w tym samym
momencie (backoff). Stacje nie mogą zakończyć transmisji ramki, zanim kolizja nie zostanie
zidentyfikowana przez wszystkie stacje w sieci. Po transmisji 512 bitów ramki i nie wykryciu kolizji
stacja uznaje, że kanał transmisji jest wolny.
(v) Zadania szczeliny czasowej
 wyznacza najmniejszy możliwy rozmiar ramki na 512 bitów (64B); wszystkie ramki o mniejszym
rozmiarze są uznane za fragmenty kolizji lub słabą ramkę i odrzucane przez stacje odbiorcze
 ustala maksymalną rozpiętość sieci
 ogranicza zjawisko późnej ramki, której następstwem są opóźnienia
(vi) Dane techniczne dla szybkości 10Mb/s w standardzie IEEE 802.3
IFG
Szerokość szczeliny czasowej (b)
Szerokość szczeliny czasowej (ms)
Czas wymuszenia kolizji
Maksymalna długość ramki
Minimalna długość ramki
9,6 ms
512 b
51,2 ms
3,2 ms
1518 B
64 B
3. Budowa ramki Ethernet
a) Format ramki DIX (Dell-Intel-Xerox) – Ethernet II
8B
6B
6B
2B
46-1500B
4B
Preambuła
Adres
docelowy
Adres
źródłowy
Typ
Dane
FCS
b) Format ramki IEEE 802.3
7B
1B
6B
6B
2B
46-1500B
4B
Preambuła
SFD
Adres
docelowy
Adres
źródłowy
Długość
Nagłówek IEEE
802.2+Dane
FCS






Preambuła – naprzemienny ciąg 0 i 1 informujący o nadchodzącej ramce (z reguły nie wliczany
do długości ramki)
SFD – bajt kończący preambułę w postaci 10101011
Adresy – numery MAC nadawcy i odbiorcy. Adres źródłowy może być adresem pojedynczym,
grupowym lub rozgłoszeniowym (FF:FF:FF:FF:FF:FF). Adresy źródłowe nie będące
rozgłoszeniowymi zaczynają się na 0.
Długość/Typ - oznacza długość pola danych ramki liczoną w oktetach. W przypadku ramki
Ethernet II znaczenie pola zmieniono, aby przenoszona w nim była informacja o typie protokołu
warstwy sieciowej, który powinien otrzymać wartość pola „Dane”
Dane - jest to pole przenoszące dane użytkownika. Jeśli ilość danych nie przekracza 46 oktetów,
to pole jest uzupełnione jedynkami tak, aby ramka nie była krótsza od 512 bitów. W przypadku
ramki 802.3 w polu danych przenoszona jest także 8 bitowa informacja 802.2, który protokół
warstwy 3 ma kontynuować obróbkę otrzymanych informacji.
FCS – zawiera 4 bajty kontrolne (CRC) służące do wykrywania ewentualnych błędów w
transmisji ramki (wygenerowane przez nadawcę i sprawdzane przez odbiorcę). CRC polega na
dołączeniu do ramki reszty z dzielenia pól ramki bez preambuły przez wielomian
G ( x )  x 32  x 26  x 23  x 22  x16  x12  x11  x10  x 8  x 7  x 5  x 4  x 2  x  1