Структура кадров Ethernet. MAC-адресация.

Вторым по важности компонентом технологии Ethernet уровня МАС является структура кадров канального уровня, представленная на рис. 7.3. В настоящее время существует три типа форматов кадров Ethernet: DIX, IEEE 802.3 и IEEE 802.3x.

DIX frame (1970):

bytes 8 6 6 2 46 up to 1500 4

Data Link Encapsulation

Physical Layer Encapsulation

IEEE 802.3 frame (1983):

Data Link Encapsulation

IEEE 802.3x (1997):

Bytes 7 1 6 6 2 46 up to 1500 4 up to 448

Min. 64 bytes / Max. 1518 bytes

Preamble:synchronization pattern

SDF:Start Frame Delimiter (10101011)

DA:Destination Address

SA:Source Address

Type:Indicates the nature of the client protocol IP, IPX, Apple Talk, etc

Length:Number of bytes of the LLC data

LLC data:Information supplied by LLC data

Pad:Bytes added to ensure a minimum frame size of 46 bytes

Extension:Only for Gigabit, ensures a minimum frame size (depending on version)

FCS:Frame Check Sequence CRC code based on all the fields except Preamble and SDF

Рис. 7.3. Три варианта структуры кадров технологии Ethernet.

Исторически первым форматом кадра Ethernet была структура DIX. В нее были включены основные поля, которые затем были использованы следующими поколениями стандартов Ethernet. Появление стандарта IEEE 802.3 было связано с добавлением в состав структуры кадра поля SFD (Start Frame De limiter), которое играет важную роль в технологии Ethernet. Вторым изменением в формате кадра стало поле длины кадра (Length) вместо поля Type в формате DIX. Это поле позволяет реализовать функции регулирования размера кадра за счет служебного поля PAD в поле нагрузки. Последняя версия стандарта IEEE 802.3x, принятая в

1997 г., определила возможность использования полей Type и Length в комбинированной интерпретации, т. е. в том смысле, в котором использовалось поле Type в стандарте DIX и поле Length в IEEE 802.3 (1983).

Рассмотрим теперь состав основных полей Ethernet и их назначение. В формате IEEE 802.3 используются следующие поля:

· Преамбула (Preamble) представляет собой фиксированную последовательность из 7 байтов, которая заполняется последовательностью «10101010». Преамбула используется для синхронизации приемника по принимаемой последовательности.

· Поле ограничителя (SDF, Start Delimiter) представляет собой однобайтовое поле с заполнением (1010…), также как и в преамбуле, за исключением двух последних битов, которые устанавливаются равными 1. Это показывает, что за полем SDF следует важное информационное поле, которое должно загружаться в буфер сетевого устройства для последующего анализа.

· Поле адресации MAC (DA, SA – MAC-адреса) Destination (приемника) и Source (передатчика. В стандарте установлено три типа адресов: a) уникальные, поле в 48 бит, присваиваемые каждому порту сетевого элемента на этапе производства из перечня доступных свободных номеров, которые имеются у производителя оборудования; b) широковещательные, поле заполняется последовательностью 1, что означает, что все приемники должны анализировать такие кадры; c) адреса групповой рассылки (multicast), поле, в котором первый бит равен 1, а далее содержится информация о группе терминалов-приемников. В формате кадров Ethernet используется составное адресное поле, которое состоит из двух частей: поле уникального идентификатора OUI (Organizationally Unique Identifier) и поле идентификатора производителя (Vendor).

· Поле типа кадра (Type) впервые было использовано в стандарте DIX и идентифицирует тип клиентского протокола верхнего уровня (IP, IPX, Apple Talk и др.).

· Поле длины кадра (Length) показывает размер поля значимых данных без служебного поля PAD. В соответствии со стандартом Ethernet размер кадра не может быть больше 1518 байтов (без учета преамбулы и SDF).

· Поле LLC (Logical Link Control) представляет собой полезную нагрузку кадра Ethernet. По своему названию оно содержит служебные поля более высоких, чем МАС, уровней протоколов. В соответствии со стандартом Ethernet размер этого поля составляет от 48 до 1500 байтов.

· PAD представляет собой служебное поле, которое отвечает за выполнение процедуры регулирования размера кадров уровня МАС по параметру MFS. В случае, если данные пользователя меньше 64 байтов, после поля LLC вставляется служебное поле PAD, так что общий размер кадра

оказывается соответствующим требованиям по MFS. Разделение полей LLC и PAD выполняется на основании данных поля Length.

· Контрольная сумма CRC (Cyclic Redundancy Check) используется для контроля ошибок в кадре Ethernet. Обычно при обнаружении ошибок в кадре весь кадр считается поврежденным и не восстанавливается.

Из перечисленных полей в кадре Ethernet уровня МАС особенное значение имеют поля адресации. МАС-адреса присваиваются отдельно портам передатчиков и приемников сетевых элементов. Передача данных Ethernet канального уровня выполняется между МАС-адресами передатчика и приемника, для чего в составе кадров Ethernet должны быть указаны соответствующие поля. Наличие МАС-адресов существенно сказывается на принципах организации измерений в сетях Ethernet.

Самое главное отличие заключается в том, что в технологии Ethernet чрезвычайно затруднено формирование шлейфа в то время, как шлейфовые измерения весьма популярны в системах связи. Формирование виртуального шлейфа здесь оказывается проблематичным именно из-за наличия МАС-адресации, которая требует, чтобы порт передатчика и порт приемника не совпадали друг с другом. Из-за этого оператор должен прописывать маршрут следования потока тестовых кадров Ethernetпо всей сети с использование дополнительных портов или внешнего интеллектуального шлейфообразователя, что само по себе неудобно. Таким образом, специфические особенности технологии Ethernet существенно влияют на методику организации измерений параметров качества.