Технология Fast Ethernet, её особенности, физический уровень, правила построения. Описание технологии Fast Ethernet Контрольная сумма кадра

В тестовой лаборатории «КомпьютерПресс» было проведено тестирование предназначенных для использования в рабочих станциях 10/100 Mбит/с сетевых карт стандарта Fast Ethernet для шины PCI. Были выбраны наиболее распространенные в настоящее время карты с пропускной способностью 10/100 Mбит/с, так как, во-первых, они могут использоваться в сетях Ethernet, Fast Ethernet и в смешанных сетях, и, во-вторых, перспективная технология Gigabit Ethernet (пропускная способность до 1000 Мбит/с) пока применяется чаще всего для подключения мощных серверов к сетевому оборудованию ядра сети. Чрезвычайно важно то, какого качества пассивное сетевое оборудование (кабели, розетки и т.п.) используется в сети. Хорошо известно, что если для сетей Ethernet достаточно кабеля на витой паре категории 3, то уже для Fast Ethernet необходима 5 категория. Рассеивание сигнала, плохая защищенность от шумов могут существенно понизить пропускную способность сети.

Целью тестирования являлось определение в первую очередь индекса эффективной производительности (Performance/Efficiency Index Ratio - в дальнейшем P/E-индекс), и только затем - абсолютного значения пропускной способности. P/E-индекс вычисляется как отношение пропускной способности сетевой карты в Мбит/c к степени загруженности центрального процессора в процентах. Этот индекс является отраслевым стандартом определения производительности сетевых адаптеров. Он был введен для того, чтобы учесть использование сетевыми картами ресурсов центрального процессора. Дело в том, что некоторые производители сетевых адаптеров стараются добиться максимальной производительности путем использования для выполнения сетевых операций большего числа циклов процессора компьютера. Минимальная загрузка процессора и относительно высокая пропускная способность имеют большое значение для выполнения критически важных бизнес- и мультимедиа-приложений, а также задач реального времени.

Были протестированы карты, которые в настоящее время чаще других используются для рабочих станций в корпоративных и локальных сетях:

1. D-Link DFE-538TX
2. SMC EtherPower II 10/100 9432TX/MP
3. 3Com Fast EtherLink XL 3C905B-TX-NM
4. Compex RL 100ATX
5. Intel EtherExpress PRO/100+ Management
6. CNet PRO-120
7. NetGear FA 310TX
8. Allied Telesyn AT 2500TX
9. Surecom EP-320X-R

Основные характеристики тестируемых сетевых адаптеров приведены в табл. 1 . Поясним некоторые термины, которые использованы в таблице. Автоматическое определение скорости соединения означает, что адаптер сам определяет максимально возможную скорость функционирования. Кроме того, в случае поддержки автоопределения скорости никакой дополнительной настройки при переходе от Ethernet к Fast Ethernet и обратно производить не нужно. То есть от системного администратора не требуется реконфигурировать адаптер и перегружать драйверы.

Поддержка режима Bus Master позволяет передавать данные непосредственно между сетевой картой и памятью компьютера. Тем самым центральный процессор высвобождается для выполнения других операций. Это свойство стало стандартом де-факто. Недаром все известные сетевые карты поддерживают режим Bus Master.

Дистанционное включение (Wake on LAN) позволяет производить включение ПК по сети. То есть возникает возможность обслуживать ПК в нерабочее время. Для этой цели используются трехконтактные разъемы на системной плате и сетевом адаптере, которые соединяются специальным кабелем (входит в комплект поставки). Кроме того, необходимо специальное управляющее ПО. Технология Wake on LAN разработана альянсом Intel-IBM.

Полнодуплексный режим позволяет передавать данные одновременно в обоих направлениях, полудуплексный - только в одном. Таким образом, максимально возможная пропускная способность в полнодуплексном режиме составляет 200 Мбит/с.

Интерфейс DMI (Desktop Management Interface) дает возможность получать информацию о конфигурации и ресурсах ПК с помощью ПО сетевого управления.

Поддержка спецификации WfM (Wired for Management) обеспечивает взаимодействие сетевого адаптера с программными средствами сетевого управления и администрирования.

Для удаленной загрузки ОС компьютера по сети сетевые адаптеры снабжаются специальной памятью BootROM. Это позволяет эффективно использовать в сети бездисковые рабочие станции. В большинстве тестируемых карт присутствовало только гнездо для установки BootROM; сама микросхема BootROM обычно является отдельно заказываемой опцией.

Поддержка ACPI (Advanced Configuration Power Interface) позволяет снизить энергопотребление. ACPI - это новая технология, обеспечивающая работу системы управления питанием. Она базируется на использовании как аппаратных, так и программных средств. В принципе, Wake on LAN является составной частью ACPI.

Фирменные средства повышения производительности позволяют увеличить эффективность работы сетевой карты. Наиболее известные из них - Parallel Tasking II компании 3Com и Adaptive Technology компании Intel. Эти средства обычно бывают запатентованы.

Поддержка основных операционных систем обеспечивается практически всеми адаптерами. К основным ОС относятся: Windows, Windows NT, NetWare, Linux, SCO UNIX, LAN Manager и другие.

Уровень сервисной поддержки оценивается наличием документации, дискеты с драйверами и возможностью скачать последние версии драйверов с сайта компании. Не последнюю роль играет и упаковка. С этой точки зрения, лучшими, на наш взгляд, являются сетевые адаптеры D-Link, Allied Telesyn и Surecom. Но в целом уровень поддержки оказался для всех карт удовлетворительным.

Обычно гарантия распространяется на все время эксплуатации сетевого адаптера (пожизненная гарантия). Иногда она ограничивается 1-3 годами.

Методика тестирования

Во всех тестах использовались самые последние версии драйверов сетевых карт, которые загружались с Internet-серверов соответствующих производителей. В случае когда драйвер сетевой карты допускал какие-либо настройки и оптимизацию, использовались установки по умолчанию (кроме сетевого адаптера Intel). Отметим, что наиболее богатыми дополнительными возможностями и функциями обладают карты и соответствующие драйверы компаний 3Com и Intel.

Измерение производительности производилось при помощи утилиты Perform3 компании Novell. Принцип действия утилиты заключается в том, что файл небольшого размера переписывается с рабочей станции на разделяемый сетевой диск сервера, после чего он остается в файловом кэше сервера и в течение заданного промежутка времени многократно оттуда считывается. Это позволяет достичь взаимодействия типа память-сеть-память и устранить влияние задержек, связанных с дисковыми операциями. В число параметров утилиты входят начальный размер файла, конечный размер файла, шаг изменения размера и время тестирования. Утилита Novell Perform3 выводит значения производительности с файлами разного размера, среднюю и максимальную производительность (в Кбайт/c). Для настройки утилиты использовались следующие параметры:

• Начальный размер файла - 4095 байт
• Конечный размер файла - 65 535 байт
• Шаг приращения файла - 8192 байт

Время тестирования с каждым файлом было установлено равным двадцати секундам.

В каждом эксперименте использовалась пара одинаковых сетевых карт, одна из которых работала на сервере, а другая - на рабочей станции. Кажется, что это не соответствует распространенной практике, поскольку в серверах обычно используются специализированные сетевые адаптеры, снабженные рядом дополнительных функций. Но именно таким образом - одни и те же сетевые карты устанавливаются и на сервере и на рабочих станциях - проводится тестирование всеми известными тестовыми лабораториями мира (KeyLabs, Tolly Group и т.д.). Результаты получаются несколько ниже, но эксперимент оказывается чистым, поскольку на всех компьютерах работают только анализируемые сетевые карты.

Конфигурация клиента Compaq DeskPro EN:

• процессор Pentium II 450 MГц
• кэш 512 Kбайт
• оперативная память 128 Mбайт
• винчестер 10 Гбайт
• операционная система Microsoft Windows NT Server 4.0 c 6 a SP
• протокол TCP/IP.

Конфигурация сервера Compaq DeskPro EP:

• процессор Celeron 400 MГц
• оперативная память 64 Mбайт
• винчестер 4,3 Гбайт
• операционная система Microsoft Windows NT Workstation 4.0 c c 6 a SP
• протокол TCP/IP.

Тестирование было проведено в условиях, когда компьютеры соединялись напрямую кроссоверным кабелем UTP Category 5. Во время этих тестов карты работали в режиме 100Base-TX Full Duplex. В этом режиме пропускная способность оказывается несколько выше за счет того, что часть служебной информации (например, подтверждение приема) передается одновременно с полезной информацией, объем которой оценивается. В этих условиях удалось зафиксировать довольно высокие значения пропускной способности; например, для адаптера 3Com Fast EtherLink XL 3C905B-TX-NM в среднем 79,23 Mбит/с.

Загруженность процессора измерялась на сервере при помощи утилиты Windows NT Performance Monitor; данные записывались в log-файл. Утилита Perform3 запускалась на клиенте, чтобы не влиять на загруженность процессора сервера. В качестве процессора компьютера-сервера использовался Intel Celeron, производительность которого существенно ниже производительности процессоров Pentium II и III. Intel Celeron использовался умышленно: дело в том, что, поскольку загрузка процессора определяется с достаточно большой абсолютной погрешностью, в случае больших абсолютных значений относительная погрешность оказывается меньше.

После каждого теста утилита Perform3 помещает результаты своей работы в текстовый файл в виде набора данных следующего вида:

65535 bytes. 10491.49 KBps. 10491.49 Aggregate KBps. 57343 bytes. 10844.03 KBps. 10844.03 Aggregate KBps. 49151 bytes. 10737.95 KBps. 10737.95 Aggregate KBps. 40959 bytes. 10603.04 KBps. 10603.04 Aggregate KBps. 32767 bytes. 10497.73 KBps. 10497.73 Aggregate KBps. 24575 bytes. 10220.29 KBps. 10220.29 Aggregate KBps. 16383 bytes. 9573.00 KBps. 9573.00 Aggregate KBps. 8191 bytes. 8195.50 KBps. 8195.50 Aggregate KBps. 10844.03 Maximum KBps. 10145.38 Average KBp.

Выводится размер файла, соответствующая пропускная способность для выбранного клиента и для всех клиентов (в данном случае клиент всего один), а также максимальная и средняя пропускная способность по всему тесту. Полученные средние значения по каждому тесту переводились из Кбайт/c в Мбит/c по формуле:
(Кбайт x 8)/1024,
и значение индекса P/E вычислялось как отношение пропускной способности к загруженности процессора в процентах. В дальнейшем среднее значение индекса P/E вычислялось по результатам трех измерений.

С использованием утилиты Perform3 на Windows NT Workstation возникла следующая проблема: кроме записи на сетевой диск, файл записывался также в локальный файловый кэш, откуда впоследствии очень быстро считывался. Результаты были впечатляющими, но нереальными, поскольку передачи данных как таковой по сети не производилось. Для того чтобы приложения могли воспринимать разделяемые сетевые диски как обычные локальные диски, в операционной системе используется специальный сетевой компонент - редиректор, перенаправляющий запросы ввода-вывода по сети. В обычных условиях работы при выполнении процедуры записи файла на разделяемый сетевой диск редиректор использует алгоритм кэширования Windows NT. Именно поэтому при записи на сервер происходит также запись в локальный файловый кэш клиентской машины. А для проведения тестирования необходимо, чтобы кэширование проводилось только на сервере. Для того чтобы на компьютере-клиенте кэширования не было, в реестре Windows NT были изменены значения параметров, что позволило отключить кэширование, производимое редиректором. Вот как это было сделано:

1. Путь в Registry:

   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Rdr\Parameters

   Имя параметра:

   UseWriteBehind разрешает оптимизацию write-behind для записываемых файлов

   Тип: REG_DWORD

   Значение: 0 (по умолчанию: 1)

2. Путь в Registry:

   HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Lanmanworkstation\parameters

   Имя параметра:

   UtilizeNTCaching указывает, будет ли редиректор использовать кэш-менеджер Windows NT для кэширования содержимого файлов.

   Тип: REG_DWORD Значение: 0 (по умолчанию: 1)

Сетевой адаптер Intel EtherExpress PRO/100+Management

Пропускная способность этой карты и уровень использования процессора оказались практически такими же, как и у 3Com. Ниже показаны окна настройки параметров этой карты.

Новый контроллер Intel 82559, установленный на этой карте, обеспечивает очень высокую производительность, особенно в сетях Fast Ethernet.

Технология, которую использует Intel в своей карте Intel EtherExpress PRO/100+, названа Adaptive Technology. Сущность метода заключается в автоматическом изменении временных промежутков между пакетами Ethernet в зависимости от загруженности сети. При увеличении загруженности сети расстояние между отдельными пакетами Ethernet динамически увеличивается, что позволяет уменьшить количество коллизий и повысить пропускную способность. При небольшой сетевой загрузке, когда вероятность коллизий мала, временные промежутки между пакетами снижаются, что также ведет к увеличению производительности. В наибольшей степени преимущества этого метода должны проявляться в больших коллизионных сегментах Ethernet, то есть в тех случаях, когда в топологии сети преобладают концентраторы, а не коммутаторы.

Новая технология Intel, названная Priority Packet, позволяет регулировать трафик, проходящий через сетевую карту, в соответствии с приоритетами отдельных пакетов. Это дает возможность повышать скорость передачи данных для критически важных приложений.

Обеспечивается поддержка виртуальных локальных сетей VLAN (стандарт IEEE 802.1Q).

На плате всего два индикатора - работа/соединение, скорость 100.

www.intel.com

Сетевой адаптер SMC EtherPower II 10/100 SMC9432TX/MP

В архитектуре этой карты использованы две перспективные технологии SMC SimulTasking и Programmable InterPacket Gap. Первая технология похожа на технологию 3Com Parallel Tasking. Сопоставив результаты тестирования для карт этих двух производителей, можно сделать вывод о степени эффективности реализации этих технологий. Отметим также, что данная сетевая карта показала третий результат и по производительности и по индексу P/E, опередив все карты, кроме 3Com и Intel.

На карте четыре светодиодных индикатора: скорость 100, передача, соединение, дуплекс.

Адрес основного Web-узла компании: www.smc.com

Ethernet, не смотря
на весь его успех, никогда не был элегантным.
Сетевые платы имеют только рудиментарные
понятие об интеллекте. Они действительно
сначала посылают пакет, а только затем
смотрят, передавал ли данные кто-либо еще
одновременно с ними. Кто-то сравнил Ethernet с
обществом, в котором люди могут общаться
друг с другом, только когда все кричат
одновременно.

Как и его
предшественник, Fast Ethernet использует метод
передачи данных CSMACD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection - Множественный доступ к среде с
контролем несущей и обнаружением коллизий).
За этим длинным и непонятным акронимом
скрывается очень простая технология. Когда
плата Ethernet должна послать сообщение, то
сначала она ждет наступления тишины, затем
отправляет пакет и одновременно слушает, не
послал ли кто-нибудь сообщение
одновременно с ним. Если это произошло, то
оба пакета не доходят до адресата. Если
коллизии не было, а плата должна продолжать
передавать данные, она все равно ждет
несколько микросекунд, прежде чем снова
попытается послать новую порцию. Это
сделано для того, чтобы другие платы также
могли работать и никто не смог захватить
канал монопольно. В случае коллизии, оба
устройства замолкают на небольшой
промежуток времени, сгенерированный
случайным образом, а затем предпринимают
новую попытку передать данные.

Из-за коллизий ни
Ethernet, ни Fast Ethernet никогда не смогут достичь
своей максимальной производительности 10
или 100 Мбит/с. Как только начинает
увеличиваться трафик сети, временные
задержки между посылками отдельных пакетов
сокращаются, а количество коллизий
увеличивается. Реальная
производительность Ethernet не может превышать
70% его потенциальной пропускной
способности, и может еще ниже, если линия
серьезно перегружена.

Ethernet использует
размер пакета 1516 байт, который прекрасно
подходил, когда он только создавался.
Сегодня это считается недостатком, когда
Ethernet используется для взаимодействия
серверов, поскольку серверы и линии связи
имеют обыкновение обмениваться большим
количеством маленьких пакетов, что
перегружает сеть. Кроме того, Fast Ethernet
налагает ограничение на расстояние между
подключаемыми устройствами – не более 100
метров и это заставляет проявлять
дополнительную осторожность при
проектировании таких сетей.

Сначала Ethernet был
спроектирован на основе шинной топологии,
когда все устройства подключались к общему
кабелю, тонкому или толстому. Применение
витой пары лишь частично изменило протокол.
При использовании коаксиального кабеля
коллизия определялась сразу всеми
станциями. В случае с витой парой
используется "jam" сигнал, как только
станция определяет коллизию, то она
посылает сигнал концентратору, последний в
свою очередь рассылает "jam" всем
подключенным к нему устройствам.

Для того чтобы
снизить перегрузку, сети стандарта Ethernet
разбиваются на сегменты, которые
объединяются с помощью мостов и
маршрутизаторов. Это позволяет передавать
между сегментами лишь необходимый трафик.
Сообщение, передаваемое между двумя
станциями в одном сегменте, не будет
передано в другой и не сможет вызвать в нем
перегрузки.

Сегодня при
построении центральной магистрали,
объединяющей серверы используют
коммутируемый Ethernet. Ethernet-коммутаторы можно
рассматривать как высокоскоростные
многопортовые мосты, которые в состоянии
самостоятельно определить, в какой из его
портов адресован пакет. Коммутатор
просматривает заголовки пакетов и таким
образом составляет таблицу, определяющую,
где находится тот или иной абонент с таким
физическим адресом. Это позволяет
ограничить область распространения пакета
и снизить вероятность переполнения,
посылая его только в нужный порт. Только
широковещательные пакеты рассылаются по
всем портам.

100BaseT
- старший брат 10BaseT

Идея технологии
Fast Ethernet родилась в 1992 году. В августе
следующего года группа производителей
объединилась в Союз Fast Ethernet (Fast Ethernet Alliance, FEA).
Целью FEA было как можно скорее получить
формальное одобрение Fast Ethernet от комитета
802.3 Института инженеров по электротехнике и
радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic
Engineers, IEEE), так как именно этот комитет
занимается стандартами для Ethernet. Удача
сопутствовала новой технологии и
поддерживающему ее альянсу: в июне 1995 года
все формальные процедуры были завершены, и
технологии Fast Ethernet присвоили наименование
802.3u.

С легкой руки IEEE
Fast Ethernet именуется 100BaseT. Объясняется это
просто: 100BaseT является расширением
стандарта 10BaseT с пропускной способностью от
10 М бит/с до 100 Мбит/с. Стандарт 100BaseT включает
в себя протокол обработки множественного
доступа с опознаванием несущей и
обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection), который используется и в
10BaseT. Кроме того, Fast Ethernet может работать на
кабелях нескольких типов, в том числе и на
витой паре. Оба эти свойства нового
стандарта весьма важны для потенциальных
покупателей, и именно благодаря им 100BaseT
оказывается удачным путем миграции сетей
на базе 10BaseT.

Главным
коммерческим аргументом в пользу 100BaseT
является то, что Fast Ethernet базируется на
наследуемой технологии. Так как в Fast Ethernet
используется тот же протокол передачи
сообщений, что и в старых версиях Ethernet, а
кабельные системы этих стандартов
совместимы, для перехода к 100BaseT от 10BaseT
требуются

меньшие
капитальные вложения, чем для установки
других видов высокоскоростных сетей. Кроме
того, поскольку 100BaseT представляет собой
продолжение старого стандарта Ethernet, все
инструментальные средства и процедуры
анализа работы сети, а также все
программное обеспечение, работающее на
старых сетях Ethernet должны в данном стандарте
сохранить работоспособность.
Следовательно, среда 100BaseT будет знакома
администраторам сетей, имеющим опыт работы
с Ethernet. А значит, обучение персонала займет
меньше времени и обойдется существенно
дешевле.

СОХРАНЕНИЕ
ПРОТОКОЛА

Пожалуй,
наибольшую практическую пользу новой
технологии принесло решение оставить
протокол передачи сообщений без изменения.
Протокол передачи сообщений, в нашем случае
CSMA/CD, определяет способ, каким данные
передаются по сети от одного узла к другому
через кабельную систему. В модели ISO/OSI
протокол CSMA/CD является частью уровня
управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).
На этом уровне определяется формат, в
котором информация передается по сети, и
способ, каким сетевое устройство получает
доступ к сети (или управление сетью) для
передачи данных.

Название CSMA/CD
можно разбить на две части: Carrier Sense Multiple Access
и Collision Detection. Из первой части имени можно
заключить, каким образом узел с сетевым
адаптером определяет момент, когда ему
следует послать сообщение. В соответствии с
протоколом CSMA, сетевой узел вначале "слушает"
сеть, чтобы определить, не передается ли в
данный момент какое-либо другое сообщение.
Если прослушивается несущий сигнал (carrier tone),
значит в данный момент сеть занята другим
сообщением - сетевой узел переходит в режим
ожидания и пребывает в нем, пока сеть не
освободится. Когда в сети наступает
молчание, узел начинает передачу.
Фактически данные посылаются всем узлам
сети или сегмента, но принимаются лишь тем
узлом, которому они адресованы.

Collision Detection -
вторая часть имени - служит для разрешения
ситуаций, когда два или более узла пытаются
передавать сообщения одновременно.
Согласно протоколу CSMA, каждый готовый к
передаче узел должен вначале слушать сеть,
чтобы определить, свободна ли она. Однако,
если два узла слушают в одно и тоже время,
оба они решат, что сеть свободна, и начнут
передавать свои пакеты одновременно. В этой
ситуации передаваемые данные
накладываются друг на друга (сетевые
инженеры называют это конфликтом), и ни одно
из сообщений не доходит до пункта
назначения. Collision Detection требует, чтобы узел
прослушал сеть также и после передачи
пакета. Если обнаруживается конфликт, то
узел повторяет передачу через случайным
образом выбранный промежуток времени и
вновь проверяет, не произошел ли конфликт.

ТРИ ВИДА FAST ETHERNET

Наряду с
сохранением протокола CSMA/CD, другим важным
решением было спроектировать 100BaseT таким
образом, чтобы в нем можно было применять
кабели разных типов - как те, что
используются в старых версиях Ethernet, так и
более новые модели. Стандарт определяет три
модификации для обеспечения работы с
разными видами кабелей Fast Ethernet: 100BaseTX, 100BaseT4
и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4 рассчитаны
на витую пару, а 100BaseFX был разработан для
оптического кабеля.

Стандарт 100BaseTX
требует применения двух пар UTP или STP. Одна
пара служит для передачи, другая – для
приема. Этим требованиям отвечают два
основных кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP
Категории 5 и STP Типа 1 компании IBM. В 100BaseTX
привлекательно обеспечение
полнодуплексного режима при работе с
сетевыми серверами, а также использование
всего двух из четырех пар восьмижильного
кабеля - две другие пары остаются
свободными и могут быть использованы в
дальнейшем для расширения возможностей
сети.

Впрочем, если вы
собираетесь работать с 100BaseTX, используя для
этого проводку Категории 5, то вам следует
знать и об его недостатках. Этот кабель
дороже других восьмижильных кабелей (например
Категории 3). Кроме того, для работы с ним
требуется использование пробойных блоков (punchdown
blocks), разъемов и коммутационных панелей,
удовлетворяющих требованиям Категории 5.
Нужно добавить, что для поддержки
полнодуплексного режима следует
установить полнодуплексные коммутаторы.

Стандарт 100BaseT4
отличается более мягкими требованиями к
используемому кабелю. Причиной тому то
обстоятельство, что в 100BaseT4 используются
все четыре пары восьмижильного кабеля: одна
для передачи, другая для приема, а
оставшиеся две работают как на передачу,
так и на прием. Таким образом, в 100BaseT4 и прием,
и передача данных могут осуществляться по
трем парам. Раскладывая 100 Мбит/с на три пары,
100BaseT4 уменьшает частоту сигнала, поэтому
для его передачи довольно и менее
высококачественного кабеля. Для реализации
сетей 100BaseT4 подойдут кабели UTP Категорий 3 и
5, равно как и UTP Категории 5 и STP Типа 1.

Преимущество
100BaseT4 заключается в менее жестких
требованиях к проводке. Кабели Категорий 3 и
4 более распространены, и, кроме того, они
существенно дешевле, нежели кабели
Категории 5, о чем не следует забывать до
начала монтажных работ. Недостатки же
состоят в том, что для 100BaseT4 нужны все четыре
пары и что полнодуплексный режим этим
протоколом не поддерживается.

Fast Ethernet включает
также стандарт для работы с многомодовым
оптоволокном с 62.5-микронным ядром и 125-микронной
оболочкой. Стандарт 100BaseFX ориентирован в
основном на магистрали - на соединение
повторителей Fast Ethernet в пределах одного
здания. Традиционные преимущества
оптического кабеля присущи и стандарту
100BaseFX: устойчивость к электромагнитным
шумам, улучшенная защита данных и большие
расстояния между сетевыми устройствами.

БЕГУН
НА КОРОТКИЕ ДИСТАНЦИИ

Хотя Fast Ethernet и
является продолжением стандарта Ethernet,
переход от сети 10BaseT к 100BaseT нельзя
рассматривать как механическую замену
оборудования - для этого могут
потребоваться изменения в топологии сети.

Теоретический
предел диаметра сегмента сети Fast Ethernet
составляет 250 метров; это всего лишь 10
процентов теоретического предела размера
сети Ethernet (2500 метров). Данное ограничение
проистекает из характера протокола CSMA/CD и
скорости передачи 100Мбит/с.

Как уже
отмечалось ранее, передающая данные
рабочая станция должна прослушивать сеть в
течение времени, позволяющего убедиться в
том, что данные достигли станции назначения.
В сети Ethernet с пропускной способностью 10
Мбит/с (например 10Base5) промежуток времени,
необходимый рабочей станции для
прослушивания сети на предмет конфликта,
определяется расстоянием, которое 512-битный
кадр (размер кадра задан в стандарте Ethernet)
пройдет за время обработки этого кадра на
рабочей станции. Для сети Ethernet с пропускной
способностью 10 Мбит/с это расстояние равно
2500 метров.

С другой стороны,
тот же самый 512-битный кадр (стандарт 802.3u
задает кадр того же размера, что и 802.3, то
есть в 512 бит), передаваемый рабочей
станцией в сети Fast Ethernet, пройдет всего 250 м,
прежде чем рабочая станция завершит его
обработку. Если бы принимающая станция была
удалена от передающей станции на
расстояние свыше 250 м, то кадр мог бы
вступить в конфликт с другим кадром на
линии где-нибудь дальше, а передающая
станция, завершив передачу, уже не
восприняла бы этот конфликт. Поэтому
максимальный диаметр сети 100BaseT составляет
250 метров.

Чтобы
использовать допустимую дистанцию,
потребуется два повторителя для соединения
всех узлов. Согласно стандарту,
максимальное расстояние между узлом и
повторителем составляет 100 метров; в Fast Ethernet,
как и в 10BaseT, расстояние между
концентратором и рабочей станцией не
должно превышать 100метров. Поскольку
соединительные устройства (повторители)
вносят дополнительные задержки, реальное
рабочее расстояние между узлами может
оказаться еще меньше. Поэтому
представляется разумным брать все
расстояния с некоторым запасом.

Для работы на
больших расстояниях придется приобрести
оптический кабель. Например, оборудование
100BaseFX в полудуплексном режиме позволяет
соединить коммутатор с другим коммутатором
или конечной станцией, находящимися на
расстоянии до 450 метров друг от друга.
Установив полнодуплексный 100BaseFX, можно
соединить два сетевых устройства на
расстоянии до двух километров.

КАК
УСТАНОВИТЬ 100BASET

Кроме кабелей,
которые мы уже обсудили, для установки Fast
Ethernet потребуются сетевые адаптеры для
рабочих станций и серверов, концентраторы
100BaseT и, возможно, некоторое количество
коммутаторов 100BaseT.

Адаптеры,
необходимые для организации сети 100BaseT,
носят название адаптеров Ethernet 10/100 Мбит/с.
Данные адаптеры способны (это требование
стандарта 100BaseT) самостоятельно отличать 10
Мбит/с от 100 Мбит/с. Чтобы обслуживать группу
серверов и рабочих станций, переведенных на
100BaseT, потребуется также концентратор 100BaseT.

При включении
сервера или персонального компьютера с
адаптером 10/100 последний выдает сигнал,
оповещающий о том, что он может обеспечить
пропускную способность 100Мбит/с. Если
принимающая станция (скорее всего, это
будет концентратор) тоже рассчитана на
работу с 100BaseT, она в ответ выдаст сигнал, по
которому и концентратор, и ПК или сервер
автоматически переходят в режим 100BaseT. Если
концентратор работает только с 10BaseT, он не
подает ответный сигнал, и ПК или сервер
автоматически перейдут в режим 10BaseT.

В случае
мелкомасштабных конфигураций 100BaseT можно
применить мост или коммутатор 10/100, которые
обеспечат связь части сети, работающей с
100BaseT, с уже существующей сетью
10BaseT.

ОБМАНЧИВАЯ
БЫСТРОТА

Подытоживая все
вышесказанное, заметим, что, как нам кажется,
Fast Ethernet наиболее хорош для решения проблем
высоких пиковых нагрузок. Например, если
кто-то из пользователей работает с САПР или
программами обработки изображений и
нуждается в повышении пропускной
способности, то Fast Ethernet может оказаться
хорошим выходом из положения. Однако если
проблемы вызваны избыточным числом
пользователей в сети, то 100BaseT начинает
тормозить обмен информацией при примерно 50-процентной
загрузке сети - иными словами, на том же
уровне, что и 10BaseT. Но в конце концов, это
ведь не более чем расширение.

Адаптеры Ethernet и Fast Ethernet

Характеристики адаптеров

Сетевые адаптеры(NIC, Network Interface Card) Ethernet и Fast Ethernet могут сопрягаться с компьютером через один из стандартных интерфейсов:

• шина ISA ( Industry Standard Architecture);
• шина PCI ( Peripheral Component Interconnect);
• шина PC Card (она же PCMCIA );

Адаптеры , рассчитанные на системную шину (магистраль) ISA, еще не так давно были основным типом адаптеров . Количество компаний, выпускавших такие адаптеры , было велико, именно поэтому устройства данного типа были самыми дешевыми. Адаптеры для ISA выпускаются 8- и 16-разрядными. 8-разрядные адаптеры дешевле, а 16-разрядные – быстрее. Правда, обмен информацией по шине ISA не может быть слишком быстрым (в пределе – 16 Мбайт/с, реально – не более 8 Мбайт/с, а для 8-разрядных адаптеров – до 2 Мбайт/с). Поэтому адаптеры Fast Ethernet, требующие для эффективной работы больших скоростей обмена, для этой системной шины практически не выпускаются. Шина ISA уходит в прошлое.

Шина PCI сейчас практически вытеснила шину ISA и становится основной шиной расширения для компьютеров. Она обеспечивает обмен 32- и 64-разрядными данными и отличается высокой пропускной способностью (теоретически до 264 Мбайт/с), что вполне удовлетворяет требованиям не только Fast Ethernet, но и более быстрой Gigabit Ethernet. Важно еще и то, что шина PCI применяется не только в компьютерах IBM PC, но и в компьютерах PowerMac. Кроме того, она поддерживает режим автоматического конфигурирования оборудования Plug-and-Play. Видимо, в ближайшем будущем на шину PCI будет ориентировано большинство сетевых адаптеров . Недостаток PCI по сравнению с шиной ISA в том, что количество ее слотов расширения в компьютере, как правило, невелико (обычно 3 слота). Но именно сетевые адаптеры подключаются к PCI в первую очередь.

Шина PC Card (старое название PCMCIA ) применяется пока только в портативных компьютерах класса Notebook . В этих компьютерах внутренняя шина PCI обычно не выводится наружу. Интерфейс PC Card предусматривает простое подключение к компьютеру миниатюрных плат расширения, причем скорость обмена с этими платами достаточно высока. Однако все больше портативных компьютеров оснащается встроенными сетевыми адаптерами , так как возможность доступа к сети становится неотъемлемой частью стандартного набора функций. Эти встроенные адаптеры опять же подключены к внутренней шине PCI компьютера.

При выборе сетевого адаптера , ориентированного на ту или иную шину, необходимо, прежде всего, убедиться, что свободные слоты расширения данной шины есть в компьютере, включаемом в сеть. Следует также оценить трудоемкость установки приобретаемого адаптера и перспективы выпуска плат данного типа. Последнее может понадобиться в случае выхода адаптера из строя.

Наконец, встречаются еще сетевые адаптеры , подключающиеся к компьютеру через параллельный (принтерный) порт LPT . Главное достоинство такого подхода состоит в том, что для подключения адаптеров не нужно вскрывать корпус компьютера. Кроме того, в данном случае адаптеры не занимают системных ресурсов компьютера, таких как каналы прерываний и ПДП , а также адреса памяти и устройств ввода/вывода. Однако скорость обмена информацией между ними и компьютером в этом случае значительно ниже, чем при использовании системной шины. К тому же они требуют больше процессорного времени на обмен с сетью, замедляя тем самым работу компьютера.

В последнее время все больше встречается компьютеров, в которых сетевые адаптеры встроены в системную плату. Достоинства такого подхода очевидны: пользователь не должен покупать сетевой адаптер и устанавливать его в компьютер. Достаточно только подключить сетевой кабель к внешнему разъему компьютера. Однако недостаток состоит в том, что пользователь не может выбрать адаптер с лучшими характеристиками.

К другим важнейшим характеристикам сетевых адаптеров можно отнести:

• способ конфигурирования адаптера ;
• размер установленной на плате буферной памяти и режимы обмена с ней;
• возможность установки на плату микросхемы постоянной памяти для удаленной загрузки ( BootROM ).
• возможность подключения адаптера к разным типам среды передачи (витая пара, тонкий и толстый коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель );
• используемая адаптером скорость передачи по сети и наличие функции ее переключения;
• возможность применения адаптером полнодуплексного режима обмена;
• совместимость адаптера (точнее, драйвера адаптера ) с используемыми сетевыми программными средствами.

Конфигурирование адаптера пользователем применялось в основном для адаптеров , рассчитанных на шину ISA . Конфигурирование подразумевает настройку на использование системных ресурсов компьютера (адресов ввода/вывода, каналов прерываний и прямого доступа к памяти, адресов буферной памяти и памяти удаленной загрузки). Конфигурирование может осуществляться путем установки в нужное положение переключателей (джамперов) или с помощью прилагаемой к адаптеру DOS-программы конфигурирования ( Jumperless , Software configuration). При запуске такой программы пользователю предлагается установить конфигурацию аппаратуры при помощи простого меню: выбрать параметры адаптера . Эта же программа позволяет произвести самотестирование адаптера . Выбранные параметры хранятся в энергонезависимой памяти адаптера . В любом случае при выборе параметров необходимо избегать конфликтов с системными устройствами компьютера и с другими платами расширения.

Конфигурирование адаптера может выполняться и автоматически в режиме Plug-and-Play при включении питания компьютера. Современные адаптеры обычно поддерживают именно этот режим, поэтому их легко может установить пользователь.

В простейших адаптерах обмен с внутренней буферной памятью адаптера (Adapter RAM) осуществляется через адресное пространство устройств ввода/вывода. В этом случае никакого дополнительного конфигурирования адресов памяти не требуется. Базовый адрес буферной памяти, работающей в режиме разделяемой памяти, необходимо задавать. Он приписывается к области верхней памяти компьютера (

Fast Ethernet

Fast Ethernet - спецификация IEЕЕ 802.3 u официально принятая 26 октября 1995 года определяет стандарт протокола канального уровня для сетей работающих при использовании как медного, так и волоконно-оптического кабеля со скоростью 100Мб/с. Новая спецификация является наследницей стандарта Ethernet IEЕЕ 802.3, используя такой же формат кадра, механизм доступа к среде CSMA/CD и топологию звезда. Эволюция коснулась нескольких элементов конфигурации средств физического уровня, что позволило увеличить пропускную способность, включая типы применяемого кабеля, длину сегментов и количество концентраторов.

Структура Fast Ethernet

Чтобы лучше понять работу и разобраться во взаимодействии элементов Fast Ethernet обратимся к рисунку 1.

Рисунок 1. Система Fast Ethernet

Подуровень управления логической связью (LLC)

В спецификации IEEE 802.3 u функции канального уровня разбиты на два подуровня: управления логической связью (LLC) и уровня доступа к среде (MAC), который будет рассмотрен ниже. LLC, функции которого определены стандартом IEEE 802.2, фактически обеспечивает взаимосвязь с протоколами более высокого уровня, (например, с IP или IPX), предоставляя различные коммуникационные услуги:

• Сервис без установления соединения и подтверждений приема. Простой сервис, который не обеспечивает управления потоком данных или контроля ошибок, а также не гарантирует правильную доставку данных.
• Сервис с установлением соединения. Абсолютно надежный сервис, который гарантирует правильную доставку данных за счет установления соединения с системой-приемником до начала передачи данных и использования механизмов контроля ошибок и управления потоком данных.
• Сервис без установления соединения с подтверждениями приема. Средний по сложности сервис, который использует сообщения подтверждения приема для обеспечения гарантированной доставки, но не устанавливает соединения до передачи данных.

На передающей системе данные, переданные вниз от протокола Сетевого уровня, вначале инкапсулируются подуровнем LLC. Стандарт называет их Protocol Data Unit (PDU, протокольный блок данных). Когда PDU передается вниз подуровню MAC, где снова обрамляется заголовком и постинформацией, с этого момента технически его можно назвать кадром. Для пакета Ethernet это означает, что кадр 802.3 помимо данных Сетевого уровня содержит трехбайтовый заголовок LLC. Таким образом, максимально допустимая длина данных в каждом пакете уменьшается с 1500 до 1497 байтов.

Заголовок LLC состоит из трех полей:

В некоторых случаях кадры LLC играют незначительную роль в процессе сетевого обмена данными. Например, в сети, использующей TCP/IP наряду с другими протоколами, единственная функция LLC может заключаться в предоставлении возможности кадрам 802.3 содержать заголовок SNAP, подобно Ethertype указывающий протокол Сетевого уровня, которому должен быть передан кадр. В этом случае все PDU LLC задействуют ненумерованный информационный формат. Однако другие высокоуровневые протоколы требуют от LLC более расширенного сервиса. Например, сессии NetBIOS и несколько протоколов NetWare используют сервисы LLC с установлением соединения более широко.

Заголовок SNAP

Принимающей системе необходимо определить, какой из протоколов Сетевого уровня должен получить входящие данные. В пакетах 802.3 в рамках PDU LLC применяется еще один протокол, называемый Sub - Network Access Protocol (SNAP, протокол доступа к подсетям).

Заголовок SNAP имеет длину 5 байт и располагается непосредственно после заголовка LLC в поле данных кадра 802.3, как показано на рисунке. Заголовок содержит два поля.

Код организации. Идентификатор организации или производителя - это 3-байтовое поле, которое принимает такое же значение, как первые 3 байта МАС-адреса отправителя в заголовке 802.3.

Локальный код. Локальный код - это поле длиной 2 байта, которое функционально эквивалентно полю Ethertype в заголовке Ethernet II.

Подуровень согласования

Как было сказано ранее Fast Ethernet это эволюционировавший стандарт. MAC рассчитанный на интерфейс AUI, необходимо преобразовать для интерфейса MII, используемого в Fast Ethernet, для чего и предназначен этот подуровень.

Управление доступом к среде ( MAC)

Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет контроллер доступа к среде (Media Access Controller - MAC). MAC имеет ключевое значение в Fast Ethernet и имеет три назначения:

Самым важным из трех назначений MAC является первое. Для любой сетевой технологии, которая использует общую среду, правила доступа к среде, определяющие, когда узел может передавать, являются ее основной характеристикой. Разработкой правил доступа к среде занимаются несколько комитетов IЕЕЕ. Комитет 802.3, часто именуемый комитетом Ethernet, определяет стандарты на ЛВС, в которых используются правила под названием CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов).

CSMS/ CD являются правилами доступа к среде как для Ethernet, так и для Fast Ethernet. Именно в этой области две технологии полностью совпадают.

Поскольку все узлы в Fast Ethernet совместно используют одну и ту же среду, передавать они могут лишь тогда, когда наступает их очередь. Определяют эту очередь правила CSMA/ CD.

CSMA/ CD

Контроллер MAC Fast Ethernet, прежде чем приступить к передаче, прослушивает несущую. Несущая существует лишь тогда, когда другой узел ведет передачу. Уровень PHY определяет наличие несущей и генерирует сообщение для MAC. Наличие несущей говорит о том, что среда занята и слушающий узел (или узлы) должны уступить передающему.

MAC, имеющий кадр для передачи, прежде чем передать его, должен подождать некоторый минимальный промежуток времени после окончания предыдущего кадра. Это время называется межпакетной щелью (IPG, interpacket gap) и продолжается 0,96 микросекунды, то есть десятую часть от времени передачи пакета обычной Ethernet со скоростью 10 Мбит/с (IPG - единственный интервал времени, всегда определяемый в микросекундах, а не во времени бита) рисунок 2.

Рисунок 2. Межпакетная щель

После окончания пакета 1 все узлы ЛВС обязаны подождать в течение времени IPG, прежде чем смогут передавать. Временной интервал между пакетами 1 и 2, 2 и 3 на рис. 2 - это время IPG. После завершения передачи пакета 3 ни один узел не имел материала для обработки, поэтому временной интервал между пакетами 3 и 4 длиннее, чем IPG.

Все узлы сети должны соблюдать эти правила. Даже если на узле имеется много кадров для передачи и данный узел является единственным передающим, то после пересылки каждого пакета он должен выждать в течение, по крайней мере, времени IPG.

Именно в этом заключается часть CSMA правил доступа к среде Fast Ethernet. Короче говоря, многие узлы имеют доступ к среде и используют несущую для контроля ее занятости.

В ранних экспериментальных сетях применялись именно эти правила, и такие сети работали очень хорошо. Тем не менее, использование лишь CSMA привело к возникновению проблемы. Часто два узла, имея пакет для передачи и прождав время IPG, начинали передавать одновременно, что приводило к искажению данных с обеих сторон. Такая ситуация называется коллизией (collision) или конфликтом.

Для преодоления этого препятствия ранние протоколы использовали достаточно простой механизм. Пакеты делились на две категории: команды и реакции. Каждая команда, переданная узлом, требовала реакции. Если в течение некоторого времени (называемого периодом тайм-аута) после передачи команды реакция на нее не была получена, то исходная команда подавалась вновь. Это могло происходить по нескольку раз (предельное количество тайм-аутов), прежде чем передающий узел фиксировал ошибку.

Эта схема могла прекрасно работать, но лишь до определенного момента. Возникновение конфликтов приводило к резкому снижению производительности (измеряемой обычно в байтах в секунду), потому что узлы часто простаивали в ожидании ответов на команды, никогда не достигающие пункта назначения. Перегрузка сети, увеличение количества узлов напрямую связаны с ростом числа конфликтов и, следовательно, со снижением производительности сети.

Проектировщики ранних сетей быстро нашли решение этой проблемы: каждый узел должен устанавливать факт потери переданного пакета путем обнаружения конфликта (а не ожидать реакции, которая никогда не последует). Это означает, что потерянные в связи с конфликтом пакеты должны быть немедленно переданы вновь до окончания времени тайм-аута. Если узел передал последний бит пакета без возникновения конфликта, значит, пакет передан успешно.

Метод контроля несущей хорошо сочетать с функцией обнаружения коллизий. Коллизии все еще продолжают происходить, но на производительности сети это не отражается, так как узлы быстро избавляются от них. Группа DIX, разработав правила доступа к среде CSMA/CD для Ethernet, оформила их в виде простого алгоритма - рисунок 3.

Рисунок 3. Алгоритм работы CSMA/CD

Устройство физического уровня ( PHY)

Поскольку Fast Ethernet может использовать различный тип кабеля, то для каждой среды требуется уникальное предварительное преобразование сигнала. Преобразование также требуется для эффективной передачи данных: сделать передаваемый код устойчивым к помехам, возможным потерям, либо искажениям отдельных его элементов (бодов), для обеспечения эффективной синхронизации тактовых генераторов на передающей или приемной стороне.

Подуровень кодирования ( PCS)

Кодирует/декодирует данные поступающие от/к уровня MAC с использованием алгоритмов или .

Подуровни физического присоединения и зависимости от физической среды ( PMА и PMD)

Подуровни РМА и PMD осуществляют связь между подуровнем PSC и интерфейсом MDI, обеспечивая формирование в соответствии с методом физического кодирования: или .

Подуровень автопереговоров (AUTONEG)

Подуровень автопереговоров позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбирать наиболее эффективный режим работы: дуплексный или полудуплексный 10 или 100 Мб/с. Физический уровень

Стандарт Fast Ethernet определяет три типа среды передачи сигналов Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

• 100Base-TX - две витые пары проводов. Передача осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в витой физической среде, разработанным ANSI (American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов). Витой кабель для передачи данных может быть экранированным, либо неэкранированным. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования MLT-3.
• 100Base-FX - две жилы, волоконно-оптического кабеля. Передача также осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в волоконно-оптической среде, которой разработан ANSI. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования NRZI.

Спецификации 100Base-TX и 100Base-FX известны также как 100Base-X

• 100Base-T4 - это особая спецификация, разработанная комитетом IEEE 802.3u . Согласно этой спецификации, передача данных осуществляется по четырем витым парам телефонного кабеля, который называют кабелем UTP категории 3. Использует алгоритм кодирования данных 8В/6Т и метод физического кодирования NRZI.

Дополнительно стандарт Fast Ethernet включает рекомендации по использованию кабеля экранированной витой пары категории 1, который является стандартным кабелем, традиционно использующимся в сетях Token Ring. Организация поддержки и рекомендации по использованию кабеля STP в сети Fast Ethernet предоставляют способ перехода на Fast Ethernet для покупателей, имеющих кабельную разводку STP.

Спецификация Fast Ethernet включает также механизм автосогласования, позволяющий порту узла автоматически настраиваться на скорость передачи данных - 10 или 100 Мбит/с. Этот механизм основан на обмене рядом пакетов с портом концентратора или переключателя.

Среда 100Base-TX

В качестве среды передачи 100Base-TX применяются две витые пары, причем одна пара используется для передачи данных, а вторая - для их приема. Поскольку спецификация ANSI TP - PMD содержит описания как экранированных, так и неэкранированных витых пар, то спецификация 100Base-TX включает поддержку как неэкранированных, так и экранированных витых пар типа 1 и 7.

Разъем MDI (Medium Dependent Interface)

Интерфейс канала 100Base-TX, зависящий от среды, может быть одного из двух типов. Для кабеля на неэкранированных витых парах в качестве разъема MDI следует использовать восьмиконтактный разъем RJ 45 категории 5. Этот же разъем применяется и в сети 10Base-T, что обеспечивает обратную совместимость с существующими кабельными разводками категории 5. Для экранированных витых пар в качестве разъема MDI необходимо использовать разъем STP IBM типа 1, который является экранированным разъемом DB9. Такой разъем обычно применяется в сетях Token Ring.

Кабель UTP категории 5(e)

В интерфейсе среды UTP 100Base-TX применяются две пары проводов. Для минимизации перекрестных наводок и возможного искажения сигнала оставшиеся четыре провода не должны использоваться с целью передачи каких-либо сигналов. Сигналы передачи и приема для каждой пары являются поляризованными, причем один провод передает положительный (+), а второй - отрицательный (-) сигнал. Цветовая маркировка проводов кабеля и номера контактов разъема для сети 100Base-TX приведены в табл. 1. Хотя уровень PHY 100Base-TX разрабатывался после принятия стандарта ANSI TP-PMD, однако номера контактов разъема RJ 45 были изменены для согласования со схемой разводки, уже использующейся в стандарте 10Base-T. В стандарте ANSI TP-PMD контакты 7 и 9 применяются для приема данных, в то время как в стандартах 100Base-TX и 10Base-T для этого предназначены контакты 3 и 6. Такая разводка обеспечивает возможность использования адаптеров 100Base-TX вместо адаптеров 10 Base - T и их подключения к тем же кабелям категории 5 без изменений разводки. В разъеме RJ 45 используемые пары проводов подключаются к контактам 1, 2 и 3, 6. Для правильного подключения проводов следует руководствоваться их цветовой маркировкой.

Таблица 1. Назначение контактов разъема MDI кабеля UTP 100Base-TX

Узлы взаимодействуют друг с другом путем обмена кадрами (frames). В Fast Ethernet кадр является базовой единицей обмена по сети - любая информация, передаваемая между узлами, помещается в поле данных одного или нескольких кадров. Пересылка кадров от одного узла к другому возможна лишь при наличии способа однозначной идентификации всех узлов сети. Поэтому каждый узел в ЛВС имеет адрес, который называется его МАС-адресом. Этот адрес уникален: никакие два узла локальной сети не могут иметь один и тот же МАС-адрес. Более того, ни в одной из технологий ЛВС (за исключением ARCNet) никакие два узла в мире не могут иметь одинаковый МАС-адрес. Любой кадр содержит, по крайней мере, три основные порции информации: адрес получателя, адрес отправителя и данные. Некоторые кадры имеют и другие поля, но обязательными являются лишь три перечисленные. На рисунке 4 отражена структура кадра Fast Ethernet.

Рисунок 4. Структура кадра Fast Ethernet

• адрес получателя - указывается адрес узла, получающего данные;
• адрес отправителя - указывается адрес узла, пославшего данные;
• длина/Тип (L/T - Length/Type) - содержится информация о типе передаваемых данных;
• контрольная сумма кадра (PCS - Frame Check Sequence) - предназначена для проверки корректности полученного принимающим узлом кадра.

Минимальный объем кадра составляет 64 октета, или 512 битов (термины октет и байт - синонимы). Максимальный объем кадра равен 1518 октетам, или 12144 битам.

Адресация кадров

Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет уникальный номер, который называется МАС-адресом (MAC address) или адресом узла. Этот номер состоит из 48 битов (6 байтов), присваивается сетевому интерфейсу во время изготовления устройства и программируется в процессе инициализации. Поэтому сетевые интерфейсы всех ЛВС, за исключением ARCNet, которая использует 8-битовые адреса, присваиваемые сетевым администратором, имеют встроенный уникальный МАС-адрес, отличающийся от всех остальных МАС-адресов на Земле и присваиваемый производителем по согласованию с IEEE.

Чтобы облегчить процесс управления сетевыми интерфейсами, IEEE было предложено разделить 48-битовое поле адреса на четыре части, как показано на рисунке 5. Первые два бита адреса (биты 0 и 1) являются флажками типа адреса. Значение флажков определяет способ интерпретации адресной части (биты 2 - 47).

Рисунок 5. Формат МАС-адреса

Бит I/G называется флажком индивидуального/группового адреса и показывает, каким (индивидуальным или групповым) является адрес. Индивидуальный адрес присваивается только одному интерфейсу (или узлу) в сети. Адреса, у которых бит I/G установлен в 0 - это МАС-адреса или адреса узла. Если бит I/O установлен в 1, то адрес относится к групповым и обычно называется многопунктовым адресом (multicast address) или функциональным адресом (functional address). Групповой адрес может быть присвоен одному или нескольким сетевым интерфейсам ЛВС. Кадры, посланные по групповому адресу, получают или копируют все обладающие им сетевые интерфейсы ЛВС. Многопунктовые адреса позволяют послать кадр подмножеству узлов локальной сети. Если бит I/O установлен в 1, то биты от 46 до 0 трактуются как многопунктовый адрес, а не как поля U/ L, OUI и OUA обычного адреса. Бит U/L называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес сетевому интерфейсу. Если оба бита, I/O и U/ L, установлены в 0, то адрес является уникальным 48-битовым идентификатором, описанным ранее.

OUI (organizationally unique identifier - организационно уникальный идентификатор). IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров и интерфейсов. Каждый производитель отвечает за правильность присвоения OUA (organizationally unique address - организационно уникальный адрес), который должно иметь любое созданное им устройство.

При установке бита U/L адрес является локально управляемым. Это означает, что он задается не производителем сетевого интерфейса. Любая организация может создать свой МАС-адрес сетевого интерфейса путем установки бита U/ L в 1, а битов со 2-го по 47-й в какое-нибудь выбранное значение. Сетевой интерфейс, получив кадр, первым делом декодирует адрес получателя. При установлении в адресе бита I/O уровень MAC получит этот кадр лишь в том случае, если адрес получателя находится в списке, который хранится на узле. Этот прием позволяет одному узлу отправить кадр многим узлам.

Существует специальный многопунктовый адрес, называемый широковещательным адресом. В 48-битовом широковещательном IEEE-адресе все биты установлены в 1. Если кадр передается с широковещательным адресом получателя, то все узлы сети получат и обработают его.

Поле Длина/Тип

Поле L/T (Length/Type - Длина/Тип) применяется в двух различных целях:

• для определения длины поля данных кадра, исключая любое дополнение пробелами;
• для обозначения типа данных в поле данных.

Значение поля L/T, находящееся в интервале между 0 и 1500, является длиной поля данных кадра; более высокое значение указывает на тип протокола.

Вообще поле L/T является историческим осадком стандартизации Ethernet в IEEE, породившим ряд проблем с совместимостью оборудования выпущенного до 1983. Сейчас Ethernet и Fast Ethernet никогда не использует поля L/T. Указанное поле служит лишь для согласования с программным обеспечением, обрабатывающим кадры (то есть с протоколами). Но единственным подлинно стандартным предназначением поля L/T является использование его в качестве поля длины - в спецификации 802.3 даже не упоминается о возможном его применении как поля типа данных. Стандарт гласит: "Кадры со значением поля длины, превышающим определенное в пункте 4.4.2, могут быть проигнорированы, отброшены или использованы частным образом. Использование данных кадров выходит за пределы этого стандарта".

Подводя итог сказанному, заметим, что поле L/T является первичным механизмом, по которому определяется тип кадра. Кадры Fast Ethernet и Ethernet, в которых значением поля L/T задается длина (значение L/T 802.3, кадры, в которых значением этого же поля устанавливается тип данных (значение L/T > 1500), называются кадрами Ethernet - II или DIX .

Поле данных

В поле данных содержится информация, которую один узел пересылает другому. В отличие от других полей, хранящих весьма специфические сведения, поле данных может содержать почти любую информацию, лишь бы ее объем составлял не менее 46 и не более 1500 байтов. Как форматируется и интерпретируется содержимое поля данных, определяют протоколы.

Если необходимо переслать данные длиной менее 46 байтов, уровень LLC добавляет в их конец байты с неизвестным значением, называемые незначащими данными (pad data). В результате длина поля становится равной 46 байтам.

Если кадр имеет тип 802.3, то в поле L/T указывается значение объема действительных данных. Например, если пересылается 12-байтовое сообщение, то поле L/T хранит значение 12, а в поле данных находятся и 34 добавочных незначащих байта. Добавление незначащих байтов инициирует уровень LLC Fast Ethernet, и обычно реализуется аппаратно.

Средства уровня MAC не задают содержимое поля L/T - это делает программное обеспечение. Установка значения этого поля почти всегда производится драйвером сетевого интерфейса.

Контрольная сумма кадра

Контрольная сумма кадра (PCS - Frame Check Sequence) позволяет убедиться в том, что полученные кадры не повреждены. При формировании передаваемого кадра на уровне MAC используется специальная математическая формула CRC (Cyclic Redundancy Check - циклический избыточный код), предназначенная для вычисления 32-разрядного значения. Полученное значение помещается в поле FCS кадра. На вход элемента уровня MAC, вычисляющего CRC, подаются значения всех байтов кадра. Поле FCS является первичным и наиболее важным механизмом обнаружения и исправления ошибок в Fast Ethernet. Начиная с первого байта адреса получателя и заканчивая последним байтом поля данных.

Значения полей DSAP и SSAP