Ethernet стандарта IEEE 802.3

 

Стандарт IEEE 802.3 прошел длительный путь эволюционного развития от техно­логии доступа с контролем коллизий на витой паре, «тонком» или «толстом» коак­сиальном кабеле, до одномодовых световодов с дуплексной раздельной передачей и построением пассивной оптической сети. При этом скоростной режим возрос от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с и уже в ближайшее время достигнет 100 Гбит/с [11, 58].

В процессе эволюции Ethernet меняется не только скоростной режим, но и фор­маты кадров передачи, в которых учитываются возможности дуплексной передачи и хронометраж передачи. Пример двух различных форматов кадров приведен на рис. 3.113.

 

Поля кадров Ethernet имеют следующее назначение:

- преамбула состоит из семи байтов 10101010;

- SFD, Start-of-Frame-Delimiter — начальный ограничитель кадра, состоит из одного байта 10101011, появление которого указывает на то, что следующий байт относится к заголовку;

- DA, Destination Address — адрес назначения длиной от 2 до 6 байтов;

- SA, Source Address — адрес источника от 2 до 6 байтов, содержит адрес узла- отправителя данных;

- L/T, Length/Type — длина или тип кадра, указывает в двух байтах на длину или тип кадра, последний может быть задействован для обозначения разно­типных кадров;

- поле данных — может содержать до 1500 байт;

- поле PAD (Padding), заполняет недостающее пространство данных длиной до 46 байтов;

- FCS, Frame Check Sequence — поле контрольной суммы кадра (CRC-32);

- SOP, Start of Packet — поле указывает на начало кадра пассивной оптической сети стандарта IEEE P802.3ah;

- резервное поле длиной 4 байта;

- LLID, Logical Link Identificator — логический идентификатор линии PON дли­ной два байта; первый бит LLID указывает на вид соединения: «точка-точка» или «точка-многоточка», а остальные 15 бит содержат собственно индивидуаль­ный адрес узла EPON;

- CRC, Circle Redundancy Check — циклический избыточный код (контрольная сумма по преамбуле).

Протокольная организация Ethernet предусматривает контроль коллизий, т.е. одновременную передачу по общей линии сообщений более чем одной станцией. Для этого в различных версиях Ethernet предусмотрены такие механизмы, как CSMA/CD или МРСР. Метод доступа CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Col­lision Detection) называется методом множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий и применяется исключительно в сетях с логической об­щей шиной, к которой подключаются рабочие станции. Протокол доступа МРСР (Multi-Point Control Protocol) — протокол управления множеством узлов, который поддерживает порядок передачи данных и устраняет коллизии.

Совместно с формированием логических кадров передачи данных протоколы доступа являются частью логической структуры интерфейсов Ethernet, соответст­вующих физическому и канальному уровням модели взаимодействия открытых систем OSI (рис. 3.114).

Протокол управления логическим каналом LLC (Logical Link Control) может поддерживать одну из следующих процедур передачи:

- передача без установления соединений и без подтверждений (дейтаграммы);

- передача с установлением соединения (образованием логического канала) и подтверждением;

- передача без установления соединения, но с подтверждением.

 

Протоколы управления доступом к среде MAC (Media Access Control) это уже рассмотренные примеры CSMA/CD и МРСР.

Адресное пространство кадра Ethernet фиксируется в МАС-адресе полем дли­ной 48 битов (рис. 3.115). Таким образом максимальный адрес составляет 2⁴⁸. Ад­ресное пространство поделено в шестнадцатеричной системе согласно IEEE 802.ID и 802.1Q для кадров управления:

- для всех мостов — 01-80-02-00-00-10;

- резервные адреса — от 01-80-С2-00-00-00 до OI-8O-C2-OO-OO-OF;

- GARP (Generic Attribute Registration Protocol) — протокол, используемый для регистрации некоторых абстрактных свойств или атрибутов в рамках сети, прикладные адреса — от 01-80-С2-00-00-20 до 01-80-C2-00-00-2F.

 

На рис. 3.115 приняты следующие обозначения:

Индексы шестнадцатеричного счисления, присвоенные байтам адресного про­странства, — HEX существуют в виде сочетаний ab-cd-ef-gh-ij-kl. I/G указывает на адресные биты: 0 — индивидуальный адрес; 1 — групповой (широковещательный) адрес. U/L указывает на адресные биты: 0 — универсальная администрируемая ад­ресация; 1 — локально администрируемая адресация. Обозначения: а, Ь, с, d, е, f, g, h, i, j, k, 1 могут принимать значения от 0 до F (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D, Е, F) в шестнадцатеричной системе счисления.

Остальное адресное пространство разделено для широковещательных и отдель­ных услуг по передаче данных.

Физическое кодирование PCS (Physical Coding Sublayer — подуровень физиче­ского кодирования) зависит от вида среды передачи, например, используется кодиро­вание 4В5В в формате NRZ для передачи по волоконно-оптической линии. Подроб­ную информацию по кодированию в физической среде можно получить в [11, 58].

 

 

Ethernet стандарта ЕоТ

 

Кадры Ethernet ЕоТ содержат сообщения о типе нагрузки, протокольные метки досту­па в подсеть SNAP (Subnetwork Access Protocol), данные контроля логического канала LLC (Logical Link Control) с адаптированными пользовательскими сигналами, метками длины поля пользовательской нагрузки в кадре и типом кадра Ethernet. Транспортиров­ка кадров Ethernet ЕоТ может осуществляться с наблюдением транспортного тракта «из конца в конец» (ETHP, Ethernet end-to-end Path) и сегментным мониторингом ETHS (Ethernet Segment monitoring). Все известные виды транспортных решений для Ethernet представлены на рис. 3.116. Большинство вариантов транспортировки кадров Ethernet уже стандартизированы в интерфейсах PDH, SDH, ОТН, ATM и имеют соответствую­щие обозначения: ЕоР, EoS, ЕоО, ЕоА. Однако, порядок транспортировки кадров Ethernet через сети с протоколами MPLS (ЕоМ) и RPR (EoR) еще находится в стадии разработки стандартов. Для переноса кадров Ethernet без промежуточных технологи­ческих преобразований разработаны интерфейсы физического уровня ETY в стандарте IEEE 802.3, примеры которых приведены ниже в табл. 6.5. Возможное множество ва­риантов реализации интерфейсов ETY обозначается ETYn (см. далее рис. 3.122, 3.123).

 

Ниже рассмотрены общие и конкретные варианты размещений данных Ethernet в транспортных структурах и варианты мультиплексирования Ethernet.

Линейный кадр Ethernet (рис. 3.117) содержит поля: преамбула РА, метка кана­ла кадра SFD, поле данных пользователя, контрольное поле FCS. Общий принцип размещения кадра Ethernet в поле кадра GFP-F рассмотрен в разделе 3.5. На рис. 3.118 представлен пример упаковки кадра Ethernet в кадр GFP-F.

 

Линейное кодирование для транспортных сетей определено стандартом IEEE 802.3ah, что предусматривает дополнительные поля S, Т и свободное поле продле­ния (рис. 3.119). Информационное поле представлено блоками по 66 битов, полу­чаемыми блочным кодированием из 64 битов исходных данных (кадра MAC).

 

Формирование линейного кадра LAPS (Link Access Procedure SDH) предусмот­рено для эффективного использования ресурсов транспортировки сети SDH (или PDH) при транспортировке данных сети Ethernet. Это определено Рекомендацией МСЭ-Т Х.86 (рис. 3.120).

 

На рис. 3.121 представлен один из примеров упаковки кадра Ethernet для транс­портировки в сети ATM с адаптацией на уровне AAL-5.