Ethernet

Plan wykładu

• Ethernet
• Fast Ethernet
• Gigabit Ethernet
• 10Gigabit Ethernet
• Inne zastosowania Ethernet
• VLAN
• Protokół ARP
• Podsumowanie

Plan wykładu

• Ethernet

• Fast Ethernet
• Gigabit Ethernet
• 10Gigabit Ethernet
• Inne zastosowania Ethernet
• VLAN
• Protokół ARP
• Podsumowanie

Historia Ethernetu (1)

• Robert Metcalfe i David Boggs rozpoczęli w 1972

roku prace nad nową technologią sieciowej w
firmie Xerox

• Technologia została nazwana Ethernet (ether po

łacinie to środowisko w którym rozchodzą się fale
elektromagnetyczne)

Historia Ethernetu (2)

• Technologia Ethernet jako metodę dostępu

stosuje CSMA/CD ang. Carrier Sense Multiple
Access Collision Detection)

protokół opracowany

na podstawie protokołu ALOHA

• W 1975 Metcalfe wraz z trzema kolegami zgłosił

patent dotyczący metody CSMA/CD

• W 1979 Xerox zdecydował przekształcić

technologię Ethernet w standard przemysłowy
co ułatwiło rozwój tej technologii

Historia Ethernetu (3)

• W 1979 powstaje firma 3Com (jedynym z

założycieli jest Metcalfe), która rozpoczyna
produkcję urządzeń Ethernet

• W 1981 roku IEEE powołuje podkomisję 802.3,

aby opracować standard Ethernet

• W 1983 roku powstaje standard IEEE 10BASE5,

który stosował kabel koncentryczny i umożliwiał
transmisję z prędkością 10 Mb/s

• W 1989 roku organizacja ISO przejmuje standard

88023 dotyczący Ethernetu

Dostęp do łącza – analogia

(1)

• Przyjmijmy, że uczestnicy

seminarium chcą
porozmawiać

• Jeżeli każdy coś mówi nikt

nikogo nie zrozumie

• Jeżeli ktoś będzie mówił

głośniej, to wszyscy zaczną
mówić głośniej i ponownie nikt
nikogo nie zrozumie

Dostęp do łącza – analogia

(2)

• Każdy dostaje określony czas na swoją wypowiedź

(TDMA)

• Każda grupa rozmawia w innym języku (CDMA)
• Każda grupa rozmawia się w innym pokoju

(SDMA)

• Osoba zaczyna rozmowę kiedy nikt inny nie mówi

(CSMA)

• Ktoś prowadzi dyskusję (scentralizowana)

CSMA/CD (1)

• W metodzie CSMA/CD (ang. CSMA Collision

Detection) stacje potrafią wykryć kolizję w łączu
poprzez jednoczesne nadawanie i nasłuchiwanie

• Następnie poprzez wymuszenie kolizji (ang.

jam) informują inne stacje o kolizji

• Po losowym czasie ponawiają transmisję
• Metoda stosowana w technologii Ethernet IEEE

802.3

CSMA/CD (2)

• Wykrywanie kolizji (ang. Collision Detection)

Łącze wolne

Łącze wolne

Łącze wolne

Łącze zajęte

Kolizja

Łącze wolne

Kolizja

Łącze zajęte

Łącze zajęte

Łącze wolne

Łącze wolne

CSMA/CD (3)

S ta c ja

B

S ta c ja

A

t

t

o d le g ło ś ć

S ta c ja

C

C n a d a je

A n a d a je

B s tw ie r d z a

z a ję to ś ć łą c z a

B s tw ie r d z a

k o liz ję

C s tw ie r d z a

k o liz ję

A w y k r y w a

k o liz ję

A p r z e r y w a

n a d a w a n ie

J

C p r z e r y w a

n a d a w a n ie

J

A s tw ie r d z a c is z ę

n a łą c z u

C s tw ie r d z a c is z ę

n a łą c z u

B s tw ie r d z a c is z ę

n a łą c z u

CSMA/CD dla IEEE 802.3 (1)

s ta c j a j e s t

g o to w a d o

n a d a w a n i a

s p r a w d ź

ł ą c z e ( 1 )

c z e k a j z g o d n i e

z e s tr a t e g i ą ( 5 )

w y m u s z a n i e

k o l i z j i ( 4 )

t r a n s m i t u j

d a n e i s p r a w d z a j

ł ą c z e ( 4 )

n o w a p r ó b a

ł ą c z e

z a j ę t e ( 3 )

ł ą c z e

w o l n e ( 2 )

w y k r y t a k o l i z j a

CSMA/CD dla IEEE 802.3 (2)

1. Każda aktywna stacja nasłuchuje łącze i

rejestruje kiedy łącze jest zajęte, trwa strefa

buforowa lub łącze jest wolne

2. Stacja może nadawać tylko wtedy gdy łącze jest

wolne przez określony czas IFG (ang.

interframe gap)

3. Jeżeli kanał jest zajęty, stacja czeka na

szczelinę IFG

4. W sytuacji gdy spełniony jest warunek 2, ale po

rozpoczęciu i-tej próby transmisji nastąpiła

kolizja, po wymuszeniu sygnału kolizji (ang.

jam) stacja zawiesza swą aktywność na czas t

i

CSMA/CD dla IEEE 802.3 (3)

5. Stacja nadawcza oprócz pierwszej próby

podejmuje co najwyżej 15 dodatkowych prób
transmisji. Jeśli żadna z tych prób się nie uda,
to stacja przerywa działanie i powiadamia o
tym wyższe warstwy

6. Czas t

i

zawieszenia aktywności stacji po i-tej

próbie liczony jest według t

i

= r

i

S, gdzie r

i

to

liczba losową z przedziału <0,2

k-1

>,

k=min{i,10}, a S jest wartością szczeliny
czasowej. Szczelina czasowa określa minimalną
długość ramki

CSMA/CD dla IEEE 802.3 (5)

Podstawowe parametry:
• strefa buforowa - 9,6 s
• szerokość szczeliny czasowej - 51,2 s
• czas wymuszenia kolizji - 3,2 s
• maksymalna długość ramki - 1518 bajtów
• minimalna długość ramki - 64 bajtów
• liczba prób retransmisji- 16
• liczba prób retransmisji z powiększeniem czasu -

10

• rozmiar adresu - 48 bitów

Zalety CSMA/CD dla IEEE 802.3



Wszystkie stacje są całkowicie równoprawne



Protokół jest bardzo prosty i nie wymaga między
stacjami wymiany ramek o charakterze
organizacyjnym



Protokół traktuje kolizje jako normalne zdarzenia



Niektóre zakłócenia mogą być rozpoznane jako
kolizje



Żądanie nadawania zgłoszone przy wolnym łączu
jest natychmiast realizowane



Wszystkie parametry protokołu są jednoznacznie
zdefiniowane

Wady CSMA/CD dla IEEE 802.3



Niedeterministyczny czas dostępu do łącza



Możliwość odrzucenia zgłoszenia po 16 kolizjach



Wraz ze wzrostem obciążenia sieci rośnie liczba
kolizji



Dla obciążenia powyżej 50-60 % rośnie liczba
prób retransmisji



Część pasma jest tracona na kolizje

Domena kolizyjna

• Wszystkie urządzenia, które wspólnie rywalizują o

dostęp do medium tworzą jedną domenę

kolizyjną

• Urządzenia w jednej domenie kolizyjnej

współdzielą pasmo przepustowości

• Średnica sieci to maksymalny rozmiar domeny

kolizyjnej, która umożliwia wykrycie kolizji

• Za duża średnica sieci prowadzi do późnych (nie

wykrytych) kolizji (ang. late collision)

Struktura ramki Ethernet

Preambuła

Preambuła (7 bajtów) zawieraja na zmianę jedynkę
i zero (1010…), służy do synchronizacji odbiorcy

SFD (ang. start frame delimiter) (1 bajt) to znacznik
początkowy ramki w postaci 10101011

Adres docelowy

SFD

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Adres docelowy MAC (6 bajtów)

Adres nadawcy

Adres nadawcy MAC (6 bajtów)

Typ

Typ (2 bajty), jeżeli wartość mniejsza niż 1500, to
oznacza długość ramki, jeżeli większa to typ pakietu

Dane

CRC

Dane (46 - 1500 bajtów), jeżeli liczba przesyłanych
danych jest mniejsza niż 46 bajtów, to uzupełniane
są zerami

CRC (4 bajty) suma kontrolna

Plan wykładu

• Ethernet

• Fast Ethernet

• Gigabit Ethernet
• 10Gigabit Ethernet
• Inne zastosowania Ethernet
• VLAN
• Protokół ARP
• Podsumowanie

Fast Ethernet

• IEEE zatwierdził standard Fast Ethernet w 1995

roku jako IEEE 802.3u

• Fast Ethernet to następca Ethernetu, który

pokonał standard 100VG-AnyLAN

• Fast Ethernet zwiększa prędkość transmisji do

100 Mb/s

• Zachowana została metoda dostępu do łącza

CSMA/CD oraz format ramki

• Największych zmian dokonano w warstwie

fizycznej

Topologia Fast Ethernet

…

…

Internet

Inne sieci

Warstwy fizyczne Fast

Ethernet

100BASE-TX

100BASE-FX

100BASE-T4

Medium

dwie pary kabla

UTP lub STP 5

kategorii

dwa włókna

światłowodu

wielomodowego

cztery pary

kabla UTP

kategorii 3 lub

wyższej

Liczba par

2

2

4

Liczba par

nadających

1

1

3

Pełen dupleks

TAK

TAK

NIE

Złącze

RJ45

SC, MIC, ST

RJ45

Częstotliwość

sygnału

125 MHz

125 MHz

25 MHz

Topologia

gwiazda

gwiazda

gwiazda

Autonegocjacja (1)

• Urządzenia Fast Ethernetu mogą współpracować

z urządzeniami Ethernet

• Wprowadzono mechanizm Autonegocjacji (ang.

Autonegotiation) umożliwiający rozpoznawanie
trybu pracy urządzeń i wybranie trybu o
najwyższym, akceptowanym przez oba urządzenia

• Mechanizm Autonegocjacji używa serii szybkich

impulsów łącza FLP (ang. Fast Link Pulse), które
jest zmodyfikowaną wersją sygnału NLP (ang.
Normal Link Pulse) używanego w sieciach 10BASE-
T

Autonegocjacja (2)

A

utonegocjacja wybiera tryb o najwyższym,

akceptowanym przez oba urządzenia priorytecie
według następującej kolejności:

• 100BASE-TX Full Duplex
• 100BASE-T4
• 100BASE-TX
• 10BASE-T Full Duplex
• 10BASE-T

Half duplex vs. Full duplex

(1)

1

2

3

4

Łącze half duplex

Łącze full duplex

Half duplex vs. Full duplex

(2)

Half duplex:
• Współdzielony Ethernet
• Łącze współdzielone dla transmisji w obie

strony

• Metoda dostępu do łącza to CSMA/CD
Full duplex:
• Przełączany Ethernet
• W każdą stronę dostępna pełna przepustowość
• Nie ma potrzeby stosowania CSMA/CD, czyli

znikają ograniczenia związane z CSMA/CD

Ewolucja technologii

Ethernet

• Ethernet oparty na współdzielonym kablu

koncentrycznym z występowaniem kolizji

• Ethernet oparty na skrętce UTP z występowaniem

kolizji i zastosowaniem koncentratora

• Ethernet oparty na skrętce UTP bez kolizji, pełen

dupleks z zastosowaniem przełącznika

Działanie koncentratora –

przykład

• Kolizja

Koncentrator

Działanie koncentratora -

przykład

• Współdzielenie

pasma

Koncentrator

Przełącznik

Przełącznik

Plan wykładu

• Ethernet
• Fast Ethernet

• Gigabit Ethernet

• 10Gigabit Ethernet
• Inne zastosowania Ethernet
• VLAN
• Protokół ARP
• Podsumowanie

Gigabit Ethernet

• Gigabit Ethernet to dalsze rozwinięcie

technologii, zwiększając prędkość transmisji do 1
Gb/s

• Został zaakceptowany w 1998 roku jako standard

IEEE 802.3z

• Zachowana została metoda zarządzania łączem

CSMA/CD, co przy 10-krotnym zwiększeniu
szybkości transmisji spowodowało dalsze
ograniczenie dopuszczalnej rozpiętości sieci

• Gigabitowy Ethernet umożliwia pracę

pełnodupleksową

• Rozszerzono nechanizm autonegocjacji

uwzględniając technolgię Gigabit Ethernet

Autonegocjacja

Autonegocjacja wybiera tryb o najwyższym,

akceptowanym przez oba urządzenia priorytecie

według następującej kolejności:

• 1000BASE-T full duplex
• 1000BASE-T half duplex
• 100BASE-T2 full duplex
• 100BASE-TX full duplex
• 100BASE-T2 half duplex
• 100BASE-T4
• 100BASE-TX half duplex
• 10BASE-T full duplex
• 10BASE-T half duplex

Warstwa łącza danych Gigabit

Ethernet

• Gigabit Ethernet korzysta z formatu ramki 802.3
• Podobnie jak wolniejsze wersje Gigabit Ethernet może

działać w trybie pół- oraz pełnego dupleksu

• Minimalna długość ramki została zwiększona z 64 do

512 bajtów, w celu zwiększenie średnicy sieci dla
metody CSMA/CD

• Dla krótkich ramek Gigabit Ethernet staje się

nieefektywny, dlatego wprowadzona tryb transmisji
typu burst. W tym trybie stacja może transmitować
małe ramki aż do osiągnięcia ich sumy równej 8192
bajty. Przerwy między ramkami będą wypełnione
transmisją, czyli medium będzie zajęte przez cały czas

Warstwy fizyczne Gigabit

Ethernet

1000BASE-

T

1000BASE

-SX

1000BASE-

LX

1000BASE-

CX

Medium

kabel kat 5e

lub lepszej

kategorii

50 lub

62,5m.

MMF

50 lub

62,5m. MMF

oraz

8-10m. SMF

150 Om

Twinax

Liczba par

4

2 włókna

2 włókna

2

Pełen

dupleks

TAK

TAK

TAK

NIE

Złącze

RJ45

SC

SC

HSSC, DB-9

Długość

kabla

100 m

220-550 m

5000 m

(SMF) 550 m

(MMF)

25 m

Kodowanie

4D-PAM5

8B/10B

8B/10B

8B/10B

Pełen

dupleks

TAK

TAK

TAK

NIE

Plan wykładu

• Ethernet
• Fast Ethernet
• Gigabit Ethernet

• 10Gigabit Ethernet

• Inne zastosowania Ethernet
• VLAN
• Protokół ARP
• Podsumowanie

10 Gigabit Ethernet

• 10 Gigabit Ethernet to kontynuacja technologii

Ethernet, zwiększająca prędkość transmisji do
10 Gb/s

• Podobnie jak Fast oraz Gigabit Ethernet pracuje

na pełnym dupleksie

• Nie jest stosowana metoda dostępu CSMA/CD, w

związku z tym ograniczenie dotyczące rozmiaru
sieci nie jest już tak restrykcyjne

• Zachowano format ramki według standardu

IEEE 802.3

Obszary zastosowań 10 Gigabit

Ethernet

• Sieci LAN: połączenia międzyserwerowe,

połączenia przełącznik-przełącznik, połączenia
serwer-przełącznik

• Sieci MAN: połączenia między przełącznikami

rdzeniowymi do 80 km z wykorzystaniem
światłowodu jednomodowego

• Sieci WAN: dzięki unifikacji standardu Ethernet

10 Gigabit ze standardami OC192c (SONET) oraz
VC64c (SDH), możliwe będzie budowa sieci WAN
heterogenicznych używających technologii
Ethernet 10 Gb/s, SONET lub SDH

10 Gigabit Ethernet end-to-

end

• Stosowania technologii 10 Gigabit Ethernet we

wszystkich rodzajach sieci, pozwala na budowę
dużych sieci stosujących wyłącznie Ethernet jako
środka transportu end-to-end

• Redukuje to potrzebę konwersji i stosowania

technik intersieciowych, które powodują
zwiększenie opóźnienia w sieciach
komputerowych

Porównanie 10 Gigabit z

poprzednimi wersjami Ethernet

• 10 Gigabit Ethernet pracuje tylko w trybie pełnego

dupleksu, czyli nie obsługuje transmisji
półdupleks i metody CSMA/CD

• Minimalna długość ramki wynosi 64 bajty (jak dla

Fast Ethernet i Ethernet), nie ma potrzeby
wydłużania ramki do 512 bitów jak dla Gigabit
Ethernet

• Sieci 10 Gigabit Ethernet będą dysponować

różnymi interfejsami PMD

• Interfejs WAN PHY umożliwiający stosowanie 10

Gigabit Ethernet w sieciach WAN

• Jako medium transmisyjne stosowany jest głównie

światłowód

Warstwy fizyczne dla

światłowodu

Interfejs

Opis

Typ

światłowodu

Maksymalna

odległość

10GBASE-SR

850 nm (szeregowy

interfejs LAN)

wielomodow

y

300 m

10GBASE-

LX4

1310 nm (równoległy

interfejs LAN typu

WDM)

wielomodow

y

300 m

10GBASE-LR

1310 nm (szeregowy

interfejs LAN)

jednomodow

y

10 km

10GBASE-ER

1550 nm (szeregowy

interfejs LAN)

jednomodow

y

40 km

10GBASE-SW

850 nm (szeregowy

interfejs WAN)

jednomodow

y

65 m

10GBASE-LW

1310 nm (szeregowy

interfejs WAN)

jednomodow

y

10 km

10GBASE-EW

1550 nm (szeregowy

interfejs WAN)

jednomodow

y

40 km

10 Gigabit Ethernet

w kablu miedzianym

• Grupa robocza 802.3ak przyjęła w 2004 standard

10GBASE-CX4 okablowania Twinax, które pozwala
budować połączenia o długości do 15 metrów

• Grupa robocza 802.3an przyjęła w 2006 standard

10GBASE-T

• Połączenia 10GBASE-T powinny być budowane

wykorzystując okablowanie kat. 6a i 7 przy
ograniczeniu długości połączenia do 100 metrów

• Można też korzystać z usług starszych kabli kat. 6,

jednak długość połączenia nie powinna przekraczać
55 metrów

Plan wykładu

• Ethernet
• Fast Ethernet
• Gigabit Ethernet
• 10Gigabit Ethernet

• Inne zastosowania Ethernet

• VLAN
• Protokół ARP
• Podsumowanie

Metro Ethernet

• Klasyczny Ethernet nie zapewnia odpowiedniej

skalowalności, bezpieczeństwa i efektywności
dla zastosowań w dużych sieciach miejskich i
rozległych

• Dlatego powstała koncepcja Metro Ethernet,

zawierająca szereg nowych rozwiązań
umożliwiających stosowanie Ethernetu w sieciach
miejskich i rozległych

• Rozwojem koncepcji Metro Ethernet zajmuje się

Metro Ethernet Forum (metroethernetforum.org)

• Metro Ethernet używa technologii Carrier Ethernet

Carrier Ethernet

• Carrier Ethernet współpracuje z technologiami

transportowymi stosowanymi powszechnie w
sieciach rozległych i miejskich (np. SDH/SONET,
MPLS)

• Technologia Carrier Ethernet jest rozwijana w celu

zapewnienia następujących funkcjonalności:

– Ustandaryzowane usługi
– Skalowalność
– Niezawodność
– Jakość usług
– Zarządzanie usługami

Zasilanie przez okablowanie

Ethernet

• Standard IEEE802.3af (Power over Ethernet)

pozwala zasilać urządzenia sieciowe przez

okablowanie Ethernet

• Standard precyzuje dostarczanie energii ze źródła

zasilania PSE (Power Sourcing Equipment) do

urządzenia odbiorczego PD (Powered Device), za

pośrednictwem tego samego kabla, w którym są

przesyłane dane

• Urządzenie sieciowe jest zasilane przez okablowanie

UTP (kat. 5e) napięciem zmiennym 48 V natężenie

prądu do 400 mA, a ciągła moc dostarczana do

każdego węzła nie może przekraczać 15,4 W

• Standard IEEE 802.3at przeznaczony dla kabli od kat.

5 zapewnia moc 25 W

Zalety zasilanie przez

Ethernet



Ułatwia instalowanie telefonów IP i punktów

dostępu bezprzewodowych sieci LAN



Zmniejsza koszty związane z wdrażaniem tego

typu rozwiązań



Sieć dystrybuująca zasilanie ma taką samą

architekturę, jak sieć LAN, co umożliwia

instalacje w centralnym punkcie sieci LAN jeden

zasilacz UPS, który chroni wszystkie urządzenia

sieciowe



Zapewnia zdalny dostęp i możliwość

zarządzania z wykorzystaniem technologii

SNMP/Web

Plan wykładu

• Ethernet
• Fast Ethernet
• Gigabit Ethernet
• 10Gigabit Ethernet
• Inne zastosowania Ethernet

• VLAN

• Protokół ARP
• Podsumowanie

Domena rozgłoszeniowa

• Wszystkie urządzenia podłączone sieci lokalnej

opartej o urządzenie (przełączniki, mosty,
koncentratory, regeneratory) pracujące w warstwie
2 (podwarstwie MAC) tworzą jedną domenę
rozgłoszeniową (ang. broadcast domain)

• Są to wszystkie urządzenia do których docierają

ramki rozgłoszeniowe (adres MAC FFFFFFFFFFFF)

• W sytuacji, kiedy stacje nadają dużo ramek

rozgłoszeniowych może powstać burza
broadcastowa (ang. broadcast storm) wpływająca
na wzrost obciążenia sieci

• Urządzenie warstwy 3 (router, przełącznik

warstwy 3) rozdziela domenę rozgłoszeniową

Domena rozgłoszeniowa i

przełącznik warstwy 2

Przełącznik

Ramka rozgłoszeniowa

VLAN - definicja

• Sieć wirtualna VLAN (ang. Virtual LAN) to jedna

domena rozgłoszeniowa - ramki broadcastowe są
rozsyłane tylko do członków danej grupy

• Sieć wirtualna VLAN to zbiór stacji stanowiących

pewną logiczną grupę pomimo fizycznego
rozmieszczenia w różnych segmentach sieci LAN

• Sieci wirtualne VLAN nie muszą współdzielić

jednego fizycznego medium

• Stacje należące do jednej sieci wirtualnej mogą się

komunikować ze sobą jakby należały do jednego
segmentu sieci, pomimo fizycznego
umiejscowienia w różnych segmentach

VLAN - geneza

• Potrzeba ograniczenia ruchu

rozgłoszeniowego i zwiększenia wydajności
sieci

• Umożliwienie logicznej konfiguracji sieci w

oderwaniu od fizycznej lokalizacji i ograniczeń
zgodnie z szybko zmieniającymi się
potrzebami firm i instytucji

• Kwestie bezpieczeństwa – nie ma możliwości

komunikacji między VLANami w warstwie 2

• Pierwsze urządzenie z VLAN pojawiało się w 1994

roku (Bay Networks)

VLAN – przykład (1)

• Tradycyjna sieć bez

VLAN – domeny
rozgłoszeniowe są
tworzone za pomocą
urządzenia warstwy 3
(np. router)

VLAN – przykład (2)

• Sieć LAN z

wykorzystaniem VLAN
– domeny
rozgłoszeniowe
(VLANy) są tworzone
logicznie za pomocą
odpowiednich
urządzeń
(przełączników,
routerów)

Metody tworzenia sieci

VLAN

• Oparte na portach
• Oparte na standardach

• Oparte na adresach MAC
• Oparte na protokołach warstwy 3
• Sieci wirtualne oparte na adresach IP
• Sieci wirtualne oparte na adresie podsieci
• Sieci wirtualne oparte na adresach IP

multicast

VLAN oparty na portach

• Sieci wirtualne oparte na portach są tworzone

poprzez przypisanie portu przełącznika do
konkretnej sieci wirtualnej

• Łatwe w zrozumieniu i implementacji
• Część prostszych przełączników obsługuje tylko

tą metodę

• Wymagana ręczna konfiguracja, co prowadzi do

problemów przy zmianie położenia stacji

• Tworzenie sieci VLAN tylko dla jednego

przełącznika

VLAN oparty na portach -

przykład

Przełącznik

Ramka rozgłoszeniowa

VLAN

VLAN oparty na portach -

ograniczenia

• VLANy za pomocą portów można tworzyć tylko

dla jednego przełącznika – przenoszenie
informacji o VLANach między przełącznikami
wymaga dodatkowych mechanizmów

VLAN oparty na standardach

• Standard IEEE 802.1Q dodaje do ramki Ethernet

za polem adresu źródłowego 4 bajtowe pole
zawierające informacje identyfikatorze sieci VLAN
(VID – VLAN Identifiation Number) oraz priorytecie

• Umożliwia to bezpośrednie określenie

przynależności do sieci VLAN poszczególnych
stacji

• Daje to również możliwość tworzenia VLAN w

sieciach składających się z wielu przełączników

• Proces wstawiania identyfikatora VLAN jest

nazywany znakowaniem ramki

Nagłówek 802.1Q

Ramka w standardzie

802.1Q

Adres nadawcy Typ

Adres nadawcy

Typ

Znacznik 802.1Q

Znacznik 802.1Q

0 1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

TPID

PCP C

VID

TPID (ang. Tag Protocol Identifier) 16 bitowy numer
identyfikujący typ ramki 802.1Q

PCP (ang. Priority Code Point) 3 bitowe pole
zawierające priorytet zgodny ze standardem 802.1p

CFI (ang. Canonical Format Indicator) 1 bitowe
zapewniające kompatybilność między Ethernet i
Token Ring

VID (ang. VLAN Identifier) 12 bitowe pole
zawierające identyfikator VLAN do którego należy
dana ramka

Nagłówek Ethernet

Adres docelowy

Adres docelowy

VLANy IEEE 802.1Q

rozwiązanie homogeniczne

• Jeżeli wszystkie karty sieciowe w komputerach

wspierają standard IEEE 802.1Q to w sieci
przesyłane są wyłącznie ramki opatrzone
znacznikami IEEE 802.1Q

• Łącza między przełącznikami konfigurowane są

jako łącza trunkingowe, które mogą przenosić
ruch z wielu VLANów

• W przypadku odebrania przez komputer bez

standardu IEEE 802.1Q ramki ze znacznikiem
VLAN może nastąpić błędna interpretacja ramki

VLANy IEEE 802.1Q

rozwiązanie homogenicze -

przykład

FF

FF

FF

FF

VLANy IEEE 802.1Q

rozwiązanie hybrydowe

• Jeżeli karty sieciowe w komputerach nie

wspierają standard IEEE 802.1Q to można
zastosować rozwiązanie hybrydowe

• Na przełącznikach końcowych VLANy tworzone

są za pomocą portów

• W transmisji między przełącznikami ramki

oznaczane są znacznikami IEEE 802.1Q – są to
łącza trunkingowe

• Przełączniki sąsiadujące bezpośrednio z

komputerami odpowiadają za dodawanie i
usuwanie znaczników

VLANy IEEE 802.1Q

rozwiązanie hybrydowe -

przykład

FF

FF

FF

FF

Zalety VLAN



Oferują więcej pasma poprzez izolację ruchu
rozgłoszeniowego



Pozwalają na organizację sieci i tworzenie
logicznych grup w oderwaniu od fizycznych
ograniczeń i lokalizacji



Dzielenie ruchu broadcast i multicast



Skalowalność i łatwość zmiany konfiguracji



Łatwe współdzielenie zasobów



Umożliwiają zwiększenie wydajności sieci poprzez
tworzenie mniejszych grup logicznych



Zwiększają bezpieczeństwo sieci uniemożliwiając
podsłuch

Wady VLAN



Wymagają routerów lub przełączników warstwy 3

do routingu między sieciami wirtualnymi



Technologia bardziej skomplikowana niż klasyczny
Ethernet



Zmiana charakteru ruchu w sieciach LAN z 80/20
na 20/80, czyli obecnie 80% ruchu jest wysyłana
na zewnątrz

Rozszerzenia VLAN

• Standard IEEE 802.1ad (Provider Bridges)

umożliwia enkapsulację ramek wewnętrznego
VLAN klienta w ramkach VLAN providera

• Standard IEEE 802.1ah-2008 (Provider Backbone

Bridges PBB) zawiera zestaw rozwiązań
umożliwiających odseparowanie sieci klienta od
sieci providera poprzez enkaspulację całego
nagłówka ramki

• Standard IEEE 802.1Qay-2009 (Provider

Backbone Bridge Traffic Engineering PBB-TE)
rozszerzenia standardu PBB poprzez poprawienie
zarządzania siecią

Podsumowanie VLAN

• VLAN to domena rozgłoszeniowa tworzona

wirtualnie, niezależnie do fizycznej struktury sieci

• VLAN to mechanizm działający w warstwie 2
• VLAN to znaczące rozszerzenie funkcjonalności

klasycznego Ethernetu

• Stosowanie VLAN znacząco podnosi

bezpieczeństwo i efektywność działania sieci

• Stosowanie VLANów ma wpływ na schemat

adresacji IP stosowany w sieci

Plan wykładu

• Ethernet
• Fast Ethernet
• Gigabit Ethernet
• 10Gigabit Ethernet
• Inne zastosowania Ethernet
• VLAN

• Protokół ARP

• Podsumowanie

IP i Ethernet

• Protokół IP jest obecnie najpopularniejszym

protokołem warstwy sieciowej

• Zgodnie z modelem warstwowym TCP/IP,

protokół IP może współpracować z dowolną
metodą pracującą w warstwie dostępu do sieci –
w tym także z technologią Ethernet

• Sposób połączenia oraz konfiguracja urządzeń

Ethernet ma wpływ na schemat adresacji IP

• Protokołem, który umożliwia współpracę

Ethernetu i IP jest ARP (Address Resolution
Protocol)

Protokół ARP

• Protokół ARP zdefiniowany w RFC 826 służy do

tłumaczenia 32 bitowego adresu IP na 48
bitowy adres MAC

• ARP jest protokołem warstwy 2 korzystającym z

ramek Ethernet

• Działanie protokołu ARP jest związane z

modelem warstwowym TCP/IP i zasadą
enkapsulacji

Jednostki danych i ich

przepływ

Warstwa

aplikacji

Warstwa

transportowa

Warstwa Internet

Warstwa

dostępu

do sieci

TCP

UDP

strumie
ń

segme
nt

datagra
m

ramk
a

DANE

DANE

N

DANE

N

N

N

DANE

N

N

wiadomoś
ć

pakiet

datagra
m

ramk
a

DANE

DANE

N

DANE

N

N

N

DANE

N

N

Model warstwowy TCP/IP -

przykład

1

2

3

Działanie protokołu ARP

• Kiedy urządzenie Ethernet chce wysłać pakiet IP

potrzebuje adresu MAC urządzenia
docelowego, dla którego zna adres IP

• Wynika to z modelu warstwowego sieci i

enkapsulacji danych

• W tym celu wysyłana jest na adres

rozgłoszeniowy ramka z zapytaniem ARP
Request

• Urządzenie, które rozpoznaje swój adres IP,

wysyła w odpowiedzi ramkę ARP Response
skierowaną do stacji, która wysłała zapytanie

Działanie protokołu ARP –

przykład

1

1

1

1

2

Działanie protokołu ARP –

przykład 2

Stacja 156.17.43.2 ma do wysłania pakiet IP do stacji

156.17.30.200. Tablice ARP urządzeń są puste.

1

1

2

3

4

5

6

Tablica pamięci ARP

• W celu usprawnienia działania protokołu ARP,

urządzenia przechowują w pamięci tablicy ARP
(ang. ARP Cache) zawierające poznane
skojarzenia adresów MAC i IP

• Wpisy w tablicy pamięci ARP mają określony

czas trwania

• Jeżeli w tym czasie zostanie odebrany przez

urządzenie pakiet potwierdzający wpis w
pamięci, to czas trwania jest wydłużany

• Jeżeli w tablicy pamięci ARP nie ma wpisu

dotyczącego danego adresu IP, to urządzenie
wysyła zapytanie ARP

Gratuitous ARP

• W protokole ARP możliwe jest samorzutne

wysyłanie rozgłoszeniowej odpowiedzi tzw.
Gratuitous ARP

• Może to nastąpić np. po zmianie swojego adresu

IP, po restarcie urządzenia

• Inne systemy, które wcześniej zarejestrowały w

swojej tablicy odwzorowanie adresów IP-MAC,
zmienią je na nowe podane w Gratuitous ARP

• Komunikaty Gratuitous ARP są wykorzystywane

do wykrywania konfliktu adresów IP

• Gratuitous ARP może być wykorzystywany do

ataku ARP spoofing

Podsumowanie ARP

• ARP nie jest częścią protokołu IP, więc nie posiada

nagłówka IP

• Zapytania ARP używają transmisji typu broadcast,

więc nigdy nie opuszczają logicznej podsieci
(domeny rozgłoszeniowej)

• Zapytania i odpowiedzi ARP używają ramek

warstwy łącza danych, więc nie mogą być
rutowane do innych podsieci

• Odpowiedzi ARP używają transmisji typu unicast
• Wpisy w tablicy cache ARP powinny mieć

ograniczony czas trwania

Plan wykładu

• Ethernet
• Fast Ethernet
• Gigabit Ethernet
• 10Gigabit Ethernet
• Inne zastosowania Ethernet
• VLAN
• Protokół ARP

• Podsumowanie

Podsumowanie

• Ethernet to najbardziej popularna technologia

sieci lokalnych

• Początkowo Ethernet używał metody CSMA/CD,

ale obecnie używany jest przełączany Ethernet

w trybie pełnego dupleksu

• W konsekwencji ograniczenia związane z CSMA/CD

są już nieaktualne

• VLAN to ważne rozszerzenie Ethernetu
• Współpracę Ethernet i IP zapewnia protokół ARP
• Obecnie pracuje się nad kolejną wersją 40/100

Gigabit Ethernet

• Największym konkurentem Ethernetu jest WiFi