802.3as Frame Format Extension
Standardowa ramka Ethernet
Opracowany w 1978 roku i używany do dziś format ramki w sieci Ethernet prezentuje się
następująco:
Wielkośd tej ramki wynosi 1518 oktetów.
Przenoszone dane to 46 – 1500 oktetów.
Jednym z podstawowych założeo standardu była nieprzekraczalna wielkośd maksymalna ramki
wynosząca 1518 oktetów. Jej wewnętrzna struktura zawierała następujące elementy:
Docelowy adres MAC (6 oktetów)
Źródłowy adres MAC (6 oktetów)
Typ ramki (2 bajty)
Dane (46 – 1500 oktetów)
Sumę kontrolna CRC (4 oktety)
Przez długi czas taki format ramki był wystarczający do realizacji funkcji sieci ethernetowych. W miarę
upływu czasu i rozwoju technologii zaczęły powstawad nowe zastosowania którym sieci te musiały
sprostad, a których nie brali pod uwagę projektanci oryginalnego standardu, jak na przykład obsługę
VLAN’ów czy zwiększenie poziomu bezpieczeostwa.
Nowe zastosowania
Poniżej znajdują się przykładowe zastosowania, które wymagają przenoszenia dodatkowych
informacji nieobsługiwanych w standardowym formacie ramki Ethernet.
802.1Q VLAN Tagging
Standard ten zapewnia obsługę możliwośd rozdziały sieci fizycznej na różne sieci logiczne. Definiuje
również pojęcie wirtualnej sieci lokalnej VLAN.
Poniżej porównanie ramek: standardowej ramki Ethernet oraz 802.1Q:
Od razu widad, że standard ten potrzebuje przenoszenia dodatkowych informacji w ramce.
Tymi informacjami są:
TPID (Tag Protocol Identifier) – pierwsze 16 bitów: pole to znajduje się w miejscu pola
typu/długości ramki, dlatego na jego podstawie rozróżnia się ramkę nietagowaną od
tagowanej; jeśli ramka jest tagowana to w tym miejscu jest wartośd 0x8100
PCP/CFI/VID – następne 16 bitów: określane są tu m.in. priorytety ramki oraz identyfikator
VLAN’u do którego ramka należy (zajmuje on 12 bitów – 4094 możliwe VLAN’y)
802.1ad Provider Bridges
Jest to rozszerzenie standardu 801.1Q. Pozwala na dodawanie dodatkowych nagłówków VLAN
zgodnych z tym standardem. Zwiększa to również ilośd miejsca w ramce, które trzeba wykorzystad na
dane informacyjne:
801.1ah Provider Backbone Bridges
Standard ten pozwala na współdziałanie wielu sieci działających w standardzie ramki 802.1ad bez
utraty informacji o numerze VLAN do którego należy każdy z użytkowników. Standard ten określany
jest jako tunelowanie „MAC-in-MAC”.
802.1ae Mac Security
Standard ten definiuje metody zachowania poufności i integralności danych. Wprowadza następujące
dodatkowe pola w ramce:
Security Tag: jest to rozszerzenie pola EthType
Message Authentication Code (ICV)
Gwarantowana jest bezpieczna komunikacja między zaufanymi podmiotami w sieci.
Standard 802.3as
Jak zostało pokazane wcześniej, wiele nowych standardów wymaga przesyłania większej ilości danych
w ramce ethernetowej. W związku z tym trzeba było utworzyd nowy standard ramki, przewidujący
miejsce na dodatkowe zastosowania pojawiające się dzisiaj i w przewidywalnej przyszłości. Jego
założeniami było powiększenie dostępnej ilości miejsca w ramce jednocześnie mając jak najmniejszy
wpływ na istniejące implementacje.
Wymagania jakie postawiono przed nowym standardem to:
Elastycznośd – standard musiał byd otwarty na istniejące jak i przyszłe rozwiązania
Przyszłościowośd – trzeba było przeznaczyd odpowiednią ilośd miejsca na rozwiązania
pojawiające się w przewidywalnej przyszłości
Trzeba tu wspomnied, że standard 802.3as nie jest standaryzacją ramek typu Jumbo ! Ramki typu
Jumbo są to ramki przenoszące większą ilośd danych (zamiast 1500 nawet aż do 9000 oktetów),
natomiast w standardzie 802.3as przenosi się dokładnie tyle samo danych co w standardowej ramce
Ethernet.
W pracach nad nowym rozwiązaniem postawiono sobie za cel możliwośd jednoczesnego połączenia
IEEE 802.1ad Provider Bridging, IEEE 802.1AE MAC Security i innych specyfikacji wymagających
nagłówków w ramce. Obszar działao obejmował poprawki w warstwie IEEE 802.3 MAC oraz
specyfikację nowego formatu ramki z usankcjonowanymi opcjonalnymi nagłówkami informacyjnymi.
Komitet 802.3 w pracach nad 802.3as rozważał nową wielkośd ramki z przedziału 1650 do 2048
oktetów.
Czemu nowa wielkośd ramki nie mogła byd większa (np. 3333 bajtów) ?
Ponieważ w grę wchodzi wtedy wydajnośd sieci, która mocno spada wraz ze zwiększaniem ilości
danych informacyjnych w stosunku do danych właściwych, zgodnie ze wzorem:
Poza tym komitet 802.1 zlecając prace nad rozszerzeniem ramki Ethernet zalecił właśnie rozmiar
nowej ramki w przedziale od 1650 do 2048 oktetów.
Warstwa MAC 802.3as
Na poniższych obrazkach widad zmiany dokonane w warstwie MAC standardu 802.3as.
Widad tutaj warstwę MAC pośredniczącą w wymianie danych pomiędzy warstwą fizyczną PHY a
warstwami wyższymi. Jej zadaniem jest wyłuskanie z ramki i przekazanie warstwie wyższej
właściwych danych (payload). Odbywa się to poprzez operacje MA_DATA.request i
MA_DATA.indication. Powyższy schemat reprezentuje standardowe działanie (bez wsparcia 802.3as).
Następny schemat pokazuje natomiast sytuację, gdy wspierany jest standard 802.3as. Nad właściwą
warstwą MAC dodana zostaje podwarstwa MAC Control. Jej zadaniem jest rozdzielenie danych
właściwych przesyłanych w ramce (payload) i opcjonalnych danych informacyjnych oraz
przekazywanie ich warstwom wyższym. Widzimy operacje MA_DATA.request i MA_DATA.indication,
które
udostępniają
warstwie
wyższej
dane
(payload)
oraz
MA_CONTROL.request
i
MA_CONTROL.indication, które służą do przekazywania danych informacyjnych znajdujących się w
ramce.
Ramka 802.3as
Z branych pod uwagę wielkości rozszerzonej ramki „wygrała” opcja wielkości 2000 oktetów.
Oznacza to, że ilośd możliwych dodatkowych danych informacyjnych w ramce została ustalona na 482
oktety. Ilośd przenoszonych danych właściwych nie uległa zmianie i wynosi dalej 1500 oktetów.
Porównanie standardowej ramki Ethernet oraz 802.3as:
Standardowa ramka Ethernet
802.3as
Implementacje Ethernet’u powinny wspierad przynajmniej jeden z 3 formatów ramek:
1500 oktetów – Basic Frames
1504 oktety – Q-tagged Frames
1982 oktety – Envelope Frames
Porównanie różnych typów ramek ze względu na ilośd enkapsulowanych danych danych
informacyjnych:
Standardowa ramka Ethernet.
Brak dodatkowych danych
informacyjnych.
Ramka typu 802.1Q. Widzimy
pojedyncze tagowanie
(zaznaczone na żółto).
Enkapsulacja = 4 oktety.
Ramka typu 802.1ad. Widad
podwójne tagowanie:
oznaczenie S-Tag (Service Tag)
oraz C-Tag (Customer Tag).
Enkapsulacja = 8 oktetów.
Ramka typu 802.1ae MACSec.
Dodatkowe dane informacyjne
to Security Tag oraz Message
Authentication Code (ICV).
Enkapsulacja = 64 + 4 = 68
oktetów.