Локальные сети: технология Ethernet

Содержание лекции
Эволюция Ethernet
Основы технологии Ethernet
Общая шина и CSMA/CD
Адресация и формат кадра
Коммутация в локальных сетях
Структуризация сети мостами и коммутаторами
Алгоритм прозрачного моста
Алгоритм покрывающего дерева *
Виртуальные локальные сети *
Краткий обзор стандартов Ethernet

Появление и эволюция Ethernet
1983 г.
IEEE 802.3a
Конец 1970-х
DIX
1995 г.
IEEE 802.3u
1998 г.
IEEE 802.3z
2002 г.
IEEE 802.3ae
2010 г.
IEEE 802.3ba

Ethernet и модель OSI
Стандарты IEEE 802 определяют реализацию функций двух нижних уровней модели OSI
Для уровня звена данных вводят два подуровня:
Управление логическим соединением (Logical Link Control, LLC)
Управление доступом к среде (Media Access Control, MAC)
Сеcсия
Физический
Прикладной
Представи
тельский
Транспортный
Сетевой
Звено данных
Среда передачи
Среда передачи
Физический
Подуровень MAC
Подуровень LLC
Общие вопросы ЛВС
IEEE 802.1
IEEE 802.3
IEEE 802.2

Три фазы развития Ethernet
Традиционный
Узлы соединены коаксиальным кабелем
Один домен коллизий
Метод доступа CSMA/CD
На концентраторах
Узлы подключены к концентратору (hub) витой парой
Один домен коллизий
Метод доступа CSMA/CD
Проще в сопровождении
Коммутируемый (switched)
CSMA/CD не нужен
Домен коллизий ограничен связью SW-WS или SW-SW
Простота сопровождения и высокая масштабируемость

Концентратор и коммутатор
Концентратор (Hub)
Коммутатор (Switch)

Общая шина и доступ к среде
Если несколько станций попытаются одновременно передать данные, то произойдёт коллизия
Доступ к среде - CSMA/CD
Станции разделяют среду передачи (Multiple Access)
Узлы «слушают» линию и начинают передачу только если линия свободна (Carrier Sense)
Во время передачи все станции следят не произойдёт ли коллизия (Collision Detect)

Формат кадра Ethernet (IEEE)
Preamble, SFD, FCS обрабатываются физическим уровнем
6-байтовые адреса узлов назначения и источника
2 байта типа или длины
PAD – заполнитель до минимального размера поля данных – 46 байт
Максимальный размер поля данных – 1504 байта

Адресация в Ethernet
Плоская организация адресного пространства
Длина адреса 6 байт (48 бит)
3 старшие байта – уникальный идентификатор организации (OUI)
3 младшие байта – на усмотрение организации
Групповые адреса (G/I = 1)
broadcast = FF:FF:FF:FF:FF:FF
multicast – остальные
Для удобства адреса принято записывать в hex, например BD:75:CF:5F:45:7A или bd75.cf5f.457a

Разновидности кадров Ethernet
4
Ethernet DIX (Ethernet II)
6
6
2
46-1500
802.3/LLC
Ethernet SNAP
4
6
6
2
46-1497
1
1
1
Заголовок LLC
4
6
6
2
46-1492
1
1
1
3
2
Заголовок LLC
Заголовок SNAP
0xAA
0xAA
0x03
000000

Коммутируемые сети Ethernet
Предпосылки:
Недостатки «общей шины»:
Дефицит пропускной способности
Плохая масштабируемость
Проблема добавления новых узлов
Малый диаметр сети (необходимо детектировать коллизию)
Решение:
Разбить большую сеть на сегменты (независимые домены коллизий)
Средства:
Мосты, коммутаторы

Мост
Мост сегментирует сеть, дробя домен коллизий
Передачи внутри одного сегмента не влияют на передачи внутри другого
Межсегментная передача осуществляется мостом
Домен коллизий
Домен коллизий 1
Домен коллизий 2

Прозрачный мост
Стандарт IEEE 802.1d
Принципы функционирования
Захватывает кадры сегмента в неразборчивом режиме
Пересылает кадры одного сегмента в другой по принципу «store and forward»
Обучается: запоминает в каком сегменте находится узел с указанным адресом
Реализует алгоритм покрывающего дерева и устранения петель

Обучение прозрачного моста
Port 2
Port 1
A
B
C
D
E
F
Address
A
B
C
D
E
F
| Port
| 1
| 1
| 1
| 2
| 2
| 2

Проблема петель
Эффекты от возникновения петли:
«Размножение» кадра
Бесконечная циркуляция кадра
Постоянная перестройка таблиц коммутации

Алгоритм покрывающего дерева
(Spanning Tree Algorithm)
Выбрать корень дерева (Root Bridge)
Рассчитать стоимость пути от каждого сегмента сети до корня
Для каждого сегмента выбрать мост, ответственный за продвижение трафика к корню (Designated Bridge) по критерию минимальной стоимости пути от него до корня
На Designated Bridge выбрать порт (root port), через который стоимость передачи к корню будет минимальной
Включить для пересылки root-порт и порты в сегменты, где данный мосты выбран как Designated Bridge