Мой сайт

Кадр Ethernet SNAP

 

Для устранения разнобоя в кодировках типов протоколов, сообщения которых вложены в поле данных кадров Ethernet, комитетом 802.2 была проведена работа по дальнейшей стандартизации кадров Ethernet. В результате появился кадр Ethernet SNAP (SNAP - SubNetwork Access Protocol, протокол доступа к подсетям). Кадр Ethernet SNAP (см. рис. 4.5) представляет собой расширение кадра 802.3/LLC за счет введения дополнительного заголовка протокола SNAP, состоящего из двух полей: OUI и Туре. Поле Туре состоит из 2-х байт и повторяет по формату и назначению поле Туре кадра Ethernet II (то есть в нем используются те же значения кодов протоколов). Поле OUI (Organizationally Unique Identifier) определяет идентификатор организации, которая контролирует коды протоколов в поле Туре (T). С помощью заголовка SNAP достигнута совместимость с кодами протоколов в кадрах Ethernet II, а также создана универсальная схема кодирования протоколов. Коды протоколов для технологий 802 контролирует IEEE, которая имеет OUI, равный 000000. Если в будущем потребуются другие коды протоколов для какой-либо новой технологии, для этого достаточно указать другой идентификатор организации, назначающей эти коды, а старые значения кодов останутся в силе (в сочетании с другим идентификатором OUI).

Так как SNAP представляет собой протокол, вложенный в протокол LLC, то в полях DSAP и SSAP записывается код ОхАА, 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 протоколов 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.

При передаче пакетов IP через сети Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet протокол IP использует кадры Ethernet DIX.

Как сказано ранее в сетях Ethernet используются случайный метод  доступа с контролем несущей.  Этот метод применяется  в сетях с  общей шиной (к которым относятся и радиосети). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может, быть использована для передачи данных между лю­быми двумя пользователями сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров на­чал передавать на общую шину.

Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием _ основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой f=5-10 мГц

В классической сети Ethernet на коаксиальном кабеле сигналы передатчика узла L распространяются  в обе стороны, так что все узлы сети их получают. Кадр данных всегда сопровожда­ется преамбулой (preamble), которая состоит из 7 байт, состоящих из зна­чений 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передат­чиком.

Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт переда­чи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатыва­ет полученные данные, передает их вверх по своему стеку, а затем посы­лает по кабелю кадр-ответ.

После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также межкадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адапте­ров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного за­хвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы уз­лы имеют право начать передачу своего кадра, так как среда свободна. Из-за задержек распространения сигнала по кабелю не все узлы строго одно­временно фиксируют факт окончания передачи кадра узлом 1 .

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно ре­шают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры

Конфликт – это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet.

Чтобы корректно обработать конфликт, все станции одновременно на­блюдают за возникающими сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение конфликта. Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения конфликта всеми станциями сети станция, которая обнаружила  конфликт, прерывает передачу своего кадра  и усиливает ситуацию  посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит.

После этого обнаружившая конфликт передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного ин­тервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Случайная пауза выбирается по следующему ал­горитму:

 

Пауза =

 

где - интервал отсрочки равен 512 битовым интервалом (0,1 мкс)

 - целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона , где  N - номер повторной попытки передачи данно­го кадра: 1,2,..., 10.

После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не уве­личивается. Таким образом, случайная пауза может принимать значения от 0 до 52,4 мс.

Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают конфликт, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.

Для надежного распознавания коллизии должно выполняться следую­щее соотношение:

 

 

где - время передачи кадра минимальной длины, a  - время, за которое сигнал  успевает распространиться до самого дальне­го узла сети. Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды ме­жду наиболее удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный сигнал), то это время называется временем двойного оборотa.

При выполнении этого условия передающая станция должна успевать обнаружить конфликт, которой вызвал переданный ее кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра.

Выполнение этого условия зависит, с одной стороны, от длины минимального кадра и пропускной способности сети.

Оценим эффективность метода доступа в сети Ethernet. Предположим, что доступ в сеть будет после  интервалов попытки. Интервал доступа равен .

Среднее число интервалов доступа равно

 

,

 

где - вероятность обнаружения конфликта, равная .

Для определения  проделаем следующие преобразования

 

Следовательно, среднее время доступа будет равно

 

  при .

 

Эффективность канала доступа будет равна

 

.

 

Если передаваемый кадр содержит  разрядов, а скорость передачи равна , то

 

, а .

 

Поскольку , где - длина линии передачи; - скорость распространения сигнала, получим

 

.

 

Из этого выражения видно, что увеличение скорости передачи  и длины линии  уменьшается эффективность при заданном размере кадра. Обычно стремятся к увеличению . В этом случае технология Ethernet не является лучшей.

В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина поля данных кадра составляет 46 байт (что вместе со служебными полями дает мини­мальную длину кадра 64 байт, а вместе с преамбулой — 72 байт или 576 бит). Отсюда может быть определено ограничение на расстояние между станциями.

В 10-мегабитном Ethernet время передачи кадра минимальной длины равно 576 битовых интервалов, следовательно, время двойного оборота должно быть меньше 57,6 мкс. Расстояние, которое сигнал может пройти за это время,  равно примерно 13 280 м. Учитывая, что за это время сигнал дол­жен пройти по линии связи дважды, расстояние между двумя узлами не должно быть больше 6 635 м.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, напри­мер Fast Ethernet, максимальное расстояние между станциями сети уменьшается пропор­ционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet оно составляет около 210 м, а в стандарте Gigabit Ethernet оно было бы огра­ничено 25 метрами, если бы разработчики стандарта не предприняли не­которых мер по увеличению минимального размера пакета.

В табл. 4.1 приведены значения основных параметров процедуры пе­редачи кадра стандарта 802.3, которые не зависят от реализации физиче­ской среды. Каждый вариант физической среды тех­нологии Ethernet добавляет к этим ограничениям свои, часто более стро­гие ограничения.

 

Таблица 4.1 Параметры уровня МАС Ethernet

Параметры	Значения
Битовая скорость	10 Мбит/с
Интервал отсрочки	512 битовых интервала
Межкадровый интервал (IPG)	9,6 мкс
Максимальное число попыток передачи	16
Максимальное число возрастания диапазона паузы	10
Длина jam-последовательности	32 бита
Максимальная длина кадра (без преамбулы)	1518 байт
Минимальная длина кадра (без преамбулы)	64 байт (512 бит)
Длина преамбулы	64 бит
Максимальная длина случайной паузы после коллизии	524 000 битовых интервала
Максимальное расстояние между станциями сети	2500 м
Максимальное число станций в сети	1024

 

Важной характеристикой сети является ее пропускная способность, определяемая максимальным числом кадров передаваемых в 1 с.

Для расчета максимального числа кадров минимальной длительности, передаваемых в 1 с, отметим, что его длина 72 бита или 576 бит. На его передачу расходуем 57,6 мкс. С учетом межкадрового интервала 9,6 мкс получим период следования кадров 672 мкс. Следовательно, производительность сети будет равна 14880 кадр/с. Кадры максимальной длительности вместе с преамбулой имеют длину 1526 байт или 12200 бит.

Следовательно, производительность с использованием кадров максимальной длины будет равна 813 кадр/с.