Канальный уровень в ЛВС

Особенности локальных сетей
ЛВС - комплекс: кабельная система, активное сетевое оборудование, компьютеры (WS), серверы, ПО.
Классические LAN
Типовая топология
(Шина, кольцо, звезда)
Разделяемая среда (Shared Media)
Полудуплексный режим
Достоинства: Простота и дешевизна. (<100 ЭВМ)
Ограничения: Диаметр, Надежность ↓ Производительность ↓
Тенденции (Современные LAN)
Индивидуальные ЛС (мосты, коммутаторы)
Полнодуплексный режим (и полудуплексный)
Преемственность

Структура стандартов IEEE 802.x
Стандарты ISO 8802.1…5 LAN: 2 уровня (Phy, DLL), DLL: 2 подуровня (LLC, MAC)
802.1Q - VLAN
Независимость уровней и подуровней
1 протокол MAC – несколько вариантов Phy

Подкомитеты 802
802.1 – Internetworking;
802.2 - Logical Link Control;
802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;
802.4 - Token Bus LAN;
802.5 - Token Ring LAN ;
802.6 - Metropolitan Area Network, MAN;
802.7 - Broadband Technical Advisory Group;
802.8 - Fiber Optic Technical Advisory Group;
802.9 - Integrated Voice and data Networks ;
802.10 - Network Security;
802.11 - Wireless Networks;
802.12 - Demand Priority Access LAN.

Протоколы “Технологии LAN”
2 уровня (Phy, DLL)
Но: Узлы LAN поддерживают протоколы всех уровней

LAN : DLL - 2 подуровня (LLC, MAC)
IEEE 802.2: Logical Link Control
Специфика LAN – Medium Access Control (MAC)
LLC и MAC - независимы

Процедуры уровня LLC
LLC1 – без установления соединения и подтверждений;
LLC2 – c установлением соединения и подтверждением. Скользящее окно;
LLC3 – без установления соединения но с подтверждением.
В стеке TCP/IP обычно LLC1

Типы кадров LLC
Информационные (LLC2)
Управляющие (запрос на ретрансмиссию)
Ненумерованные (без установки соединения)
LLC1 - только ненумерованные кадры

LLC: выводы
Три типа процедур (требуемое качество)
LLC2 – дуплексный логический канал
LLC2 – алгоритм скользящего окна
TCP/IP - LLC1

Medium Access Control
Sublayer
Доступ к разделяемой среде
Случайный доступ (Ethernet)
Детерминированный доступ (Token Ring, FDDI)

МАС - адреса
Физический адрес сетевого адаптера - 6 байт
Старшие 3 байта - ID производителя
Адрес: индивидуальный, групповой, широковещательный

Технология Ethernet (802.3)
Ethernet DIX ? 802.3
802.3 : 10Base-2, 10Base-5, 10Base-T,
10Base-FL, 10Base-FB
Fast Ethernet ? 802.3u
Gigabit Ethernet ? 802.3z
10Mbit Ethernet – Манчестерский код
Ethernet – CSMA/CD

Ethernet MAC Sublayer Protocol
Frame formats. (a) DIX Ethernet, (b) IEEE 802.3.

Форматы кадров Ethernet
Преамбула не показана

CSMA/CD
Carrier-Sense-Multiple-Access / Collision Detection
Логическая общая шина (коллективный доступ)
1 Прослушивание ‘несущей’ (5-10МГц - Ethernet)
2 “Несущая” отсутствует – разрешена передача
3 “Несущая” присутствует – ожидание
4 После окончания кадра – 9.6 мкс Inter Packet Gap
Коллизия – одновременная передача 2х узлов
Коллизия – останов передачи – jam-последовательность 32бит – пауза
Пауза = L х (интервал отсрочки - 512бит), L= (0-2N )

Ethernet MAC Sublayer Protocol (2)

Collision Detection
Tmin = ≥ PDV (Path Delay Value) - RTT
Tmin = f(длина кадра, скорость передачи)
PDV=f(длина сегмента, скорость распространения)
Ethernet: длина кадра – 46B+18B+8 =72B
Coax – коллизионный домен - 2500м
Fast Ethernet – 210м
Gigabit Ethernet – 25м ? - увеличение мин. длины
Домен коллизий – часть сети, все узлы которой конкурируют за доступ к среде

Производительность Ethernet
Кадры/сек ? Бит/сек ?
Кадры минимальной длины
tмин = 72B = 576 бит = 57,6 мкс
IPG = 9,6 мкс
Тмин = 67,2 мкс N мин = 14880 кадр/сек
Тмакс = 1526 мкс N макс = 813 кадр/сек
С мин = 5,48 Мбит/c
C макс = 9,76 Мбит/c

Fast Ethernet
Все отличия от Ethernet - на физическом уровне
MAC и LLC – те же стандарты 802.3 и 802.2
3 типа кабелей (3 спецификации)
100Base-TX – 2 пары UTPcat5 или STPтype1
100Base-T4 – 4 пары UTPcat3, 4 или 5
100Base-FX - 2 волокна ВОК MM
Формат кадра тот же
IPG=0,96 мкс Бит-интервал – 10 нс
Признак свободной среды – спецсимвол Idle
Диаметр сети ~ 200 м, Full-duplex – нет ограничений
Все карты – 100/10 мбит/c

Автопереговоры (Auto-negotiation)
Все карты – 100/10 мбит/c: 5 режимов работы
по приоритету:
10Base-T – 2 пары UTPcat3
10Base-T – 2 пары UTPcat3 full-duplex
100Base-TX – 2 пары UTPcat5 (или STPтype1)
100Base-T4 – 4 пары UTPcat3
100Base-TX full-duplex 2 пары UTPcat5
Устройство А – Fast Link Pulse (FLP) – код режима
Устройство В – FLP (код поддерживаемого режима)
или импульсы кода М-II (каждые 16 мс)

Gigabit Ethernet (802.3z - 1 Гбит/с)
1000BASE-T - IEEE 802.3ab — кабель UTP кат.5. (250 Мбит/с по одной паре. Код PAM5.
1000BASE-TX - кабель 6 категории.
1000BASE-SX - многомодовый ВОК (L = 550 м)
1000BASE-LX – многомодовый или одномодовый ВОК (L = 80 км).