Ethernet - пример стандартного решения сетевых проблем

Рассмотрим, каким образом описанные выше общие подходы к решению наиболее важных проблем построения сетей воплощены в наиболее популярной сетевой технологии - Ethernet.

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети.

 

Каждая сетевая карта имеет уникальный MAC-адрес, записанный в ПЗУ карты. 6 байт в шестнадцатеричном виде, разделенных многоточием. Первые 3 байта – производитель.

 

Принцип передачи CSMA/CD. Основной принцип, положенный в основу Ethernet, - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны.

Суть случайного метода доступа состоит в следующем.

Процесс отправки пакет:

- Контроль состояния шины (прослушка)

- Свободна – начать передачу.

- Занята – ждать освобождения.

- После начала отправки пакета контролировать коллизии.

 

При коллизии

- Немедленно прекратить передачу

- Выждать случайный промежуток времени и повторить передачу

 

Заголовок: MAC отправителя и получателя, длина, протокол…

Кадр видят все. Все принимают, сверяя мак со своим. Если нет – отбрасывается, да – принимается. Ироковещательный: FF:FF:FF:FF:FF:FF

Проверки

- длина сравн. с минимальной. Если меньше – осколов от столкновения.

- пересчет контрольной суммы. Если не совпадает – выбрасывается.

Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра.

Кадр - это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя.

Формат кадра:

Преамбула(56бит), признак начала кадра (8 бит), заголовок кадра, данные, CRC (сумма)

Преамбула – последовательность бит 1010

Макс длина кадра – 1516 байт (1500 данные). Значения заведомо больше 1600 нумеруют протокол.

 

Аппаратура Ethernet.

1) Средства передачи данных на основе коаксиального кабеля

2) Кабель «витая пара»

3) Оптоволокно

4) Радиосреда

В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными, в частности МАС-адреса), IP-адреса и символьные доменные имена.

IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями.

Классы IP-адресов IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например, 128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса, а 10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.

Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая - к номеру узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками того, к какому классу относится тот или иной IP-адрес.

Рис. 5.9. Структура IP-адреса

Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) Сетей класса А немного, зато количество узлов в них может достигать 2²⁴, то есть 16 777 216 узлов.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит, то есть по 2 байта. Таким образом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 2¹⁶, что составляет 65 536 узлов.

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер сети отводится 24 бита, а под номер узла - 8 бит. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в них ограничено 28, то есть 256 узлами.

Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е, Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.

В табл. 5.4 приведены диапазоны номеров сетей и максимальное число узлов, соответствующих каждому классу сетей.

Таблица 5.4. Характеристики адресов разного класса

Большие сети получают адреса класса А, средние - класса В, а маленькие класса С.

Маска сети - битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая - к адресу самого узла в этой сети. Например, узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.0.0 находится в сети 12.34.0.0. Чтобы получить адрес сети, зная IP-адрес и маску подсети, необходимо применить к ним операцию поразрядной конъюнкции (логическое И). Например, в случае более сложной маски:

IP-адрес: 00001100 00100010 00111000 01001110 (12.34.56.78)

Маска подсети: 11111111 11111111 11100000 00000000 (255.255.224.0)

Адрес сети: 00001100 00100010 00100000 00000000 (12.34.32.0)

Маску подсети часто записывают вместе с IP-адресом нотации CIDR (в формате «IP-адрес/количество единичных бит в маске»).

Разбиение одной большой сети на несколько маленьких подсетей позволяет упростить маршрутизацию.

Маски подсети являются основой метода бесклассовой маршрутизации.

Иногда встречается запись IP-адресов вида 10.96.0.0/11. Данный вид записи заменяет собой указание диапазона IP-адресов. Число после слэша означает количество единичных разрядов в маске подсети.