Локальные сети: технология Ethernet

1. Компьютерные сети (NET101)

Локальные сети: технология Ethernet

2. Содержание лекции

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

3. Появление и эволюция Ethernet

2002 г.
IEEE 802.3ae
2010 г.
IEEE 802.3ba
1998 г.
IEEE 802.3z
1995 г.
IEEE 802.3u
1983 г.
IEEE 802.3a
Конец 1970-х
DIX
Ethernet
•10Мбит/с
Gigabit
Ethernet
Fast
Ethernet
• 100Мбит/с
• 1000 Мбит/с
10G
Ethernet
• 10 Гбит/с
40G/100G
Ethernet
• 40 Гбит/с
• 100 Гбит/с

4. Ethernet и модель OSI

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

5. 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

6. Концентратор и коммутатор

Концентратор (Hub)
Прикладной
Интерфейсное взаимодействие
Представи
тельский
Прикладной
7
П
6
Сеcсия
Транспортный
Коммутатор (Switch)
С
Протокольное взаимодействие
Сетевой
T
С
Звено данных
Repeater
Repeater
ЗД
Физический
Физический
Ф
Ф
5
4
3
2
1
Прикладной
Интерфейсное взаимодействие
Представи
тельский
7
П
6
Сеcсия
Транспортный
Прикладной
С
Протокольное взаимодействие
T
Сетевой
Bridge
Bridge
С
Звено данных
Звено данных
ЗД
ЗД
Физический
Физический
Ф
Ф
5
4
3
2
1

7. 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)

8. 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

9. Адресация в Ethernet

Плоская организация адресного пространства
Длина адреса 6 байт (48 бит)
Групповые адреса (G/I = 1)
3 старшие байта – уникальный идентификатор организации (OUI)
3 младшие байта – на усмотрение организации
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
OUI
1й байт
10111101
2й
01110101
11001111
G/I (group/individual) bit
G/L (global/local) bit
3й
4й
01011111
5й
01000101
6й
01111010

10. Разновидности кадров Ethernet

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

11. Коммутируемые сети Ethernet

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

12. Мост

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

13. 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

14. Обучение прозрачного моста

Port 1
A
B
Port 2
C
D
Address
A
B
C
D
E
F
| Port
|
1
|
1
|
1
|
2
|
2
|
2
E
F

15. Проблема петель

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

16. Алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm)

1.
Выбрать корень дерева (Root Bridge)
2.
Рассчитать стоимость пути от каждого сегмента сети до корня
3.
Для каждого сегмента выбрать мост, ответственный за продвижение
трафика к корню (Designated Bridge) по критерию минимальной стоимости
пути от него до корня
4.
На Designated Bridge выбрать порт (root port), через который стоимость
передачи к корню будет минимальной
5.
Включить для пересылки root-порт и порты в сегменты, где данный мосты
выбран как Designated Bridge

17. Физический уровень

Стандарты Ethernet предполагают использование в качестве среды
передачи
Коаксиальный кабель
Для связи многих узлов общей шиной
Витую пару
Для связи многих узлов общей шиной с использованием концентратора
Для связи типа «точка-точка»
PC-PC
PC-SW
SW-SW
Оптоволокно
Для связи типа «точка-точка»
Географически удалённых повторителей
PC-SW
SW-SW