plik


ÿþModuB 6. Podstawy dziaBania sieci Ethernet Ethernet jest obecnie najpopularniejsz technologi LAN. Ethernet nie stanowi jednej technologii, lecz stanowi zbiór technologii LAN, i mo|e by najlepiej obja[niony z wykorzystaniem modelu odniesienia OSI. Wszystkie sieci LAN musz rozwiza podstawowy problem dotyczcy nazewnictwa pojedynczych stacji (wzBów), sie Ethernet nie jest tu wyjtkiem. Specyfikacje sieci Ethernet obejmuj ró|ne media, szeroko[ci pasma oraz inne elementy warstw 1 i 2. Niemniej jednak, podstawowy format ramki oraz schemat adresowania s takie same dla wszystkich odmian standardu Ethernet. W celu zapewnienia równoczesnego dostpu wielu stacji do fizycznego medium i innych urzdzeD sieciowych opracowano ró|ne strategie dostpu do medium. Zapoznanie si ze sposobem, w jaki urzdzenia sieciowe uzyskuj dostp do medium sieciowego, jest niezbdne do zrozumienia mechanizmów dziaBania caBej sieci i rozwizywania problemów z ni zwizanych. 6.1 Podstawy dziaBania sieci Ethernet 6.1.1Wprowadzenie do technologii Ethernet Wikszo[ ruchu w Internecie jest zarówno generowana, jak i trafia do hostów pracujcych w sieci Ethernet. Poczynajc od lat siedemdziesitych, technologia Ethernet rozwijaBa si, starajc si sprosta rosncym wymaganiom dotyczcym du|ej szybko[ci dziaBania sieci LAN. Po pojawieniu si nowego medium, którym byB [wiatBowód, technologia Ethernet zostaBa przystosowana do wykorzystania oferowanej przez niego wikszej szeroko[ci pasma i niskiego wspóBczynnika bBdów. Ten sam protokóB, który w roku 1973 transmitowaB dane z szybko[ci 3 Mb/s, obecnie przesyBa informacje z szybko[ci 10 Gb/s. Sukces technologii Ethernet jest zwizany z nastpujcymi czynnikami: - prostota i Batwo[ obsBugi, - mo|liwo[ dostosowywania si do nowych technologii, - niezawodno[, - niski koszt instalacji i rozbudowy. Wraz z wprowadzeniem gigabitowego Ethernetu standard, który pocztkowo byB technologi przeznaczon dla sieci LAN, teraz rozciga si na odlegBo[ci czynice Ethernet standardem dla sieci miejskich (MAN) oraz sieci rozlegBych (WAN). Pierwotny zamysB technologii Ethernet wyrósB z potrzeby rozwizania nastpujcego problemu: jak pozwoli dwóm lub wicej hostom na wykorzystywanie tego samego medium i zapobiec zderzeniom sygnaBów? Problem dostpu wielu u|ytkowników do wspóBdzielonego medium byB na pocztku lat siedemdziesitych przedmiotem studiów na Uniwersytecie Hawajskim. System nazwany Alohanet zostaB zaprojektowany po to, aby pozwoli ró|nym stacjom na Wyspach Hawajskich na ustrukturalizowany dostp do dzielonego pasma czstotliwo[ci radiowych w eterze. Badania te staBy si pózniej podstaw metody dostpu w technologii Ethernet znanej jako CSMA/CD. Pierwsza na [wiecie sie LAN byBa oparta na pierwotnej wersji technologii Ethernet. ZaprojektowaB j ponad trzydzie[ci lat temu Robert Metcalfe wraz ze swoimi wspóBpracownikami z firmy Xerox. Pierwszy standard Ethernet zostaB opublikowany w 1980 r. przez konsorcjum, w skBad którego wchodziBy firmy Digital Equipment Company, Intel oraz Xerox (DIX). Pragnieniem Roberta Metcalfe'a byBo, aby technologia Ethernet staBa si rozwizaniem, z którego ka|dy mógBby korzysta, tak wic zostaB on zaprezentowany jako ogólnodostpny standard otwarty. Pierwsze produkty zaprojektowane na podstawie standardu Ethernet zaczBy by sprzedawane we wczesnych latach osiemdziesitych. Transmisja w technologii Ethernet osigaBa szybko[ do 10 Mb/s i byBa realizowana przez gruby kabel koncentryczny na odlegBo[ciach do 2 kilometrów (km). Ten typ kabla koncentrycznego byB okre[lany jako Thicknet (ang. thick  gruby) i miaB mniej wicej grubo[ maBego palca. W roku 1985 standardy dotyczce sieci LAN zostaBy opublikowane przez komitet ds. standardów dla sieci lokalnych i miejskich instytutu Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Numery tych standardów rozpoczynaj si od liczby 802. Technologii Ethernet przyznano numer 802.3. Specjali[ci z instytutu IEEE chcieli zachowania zgodno[ci z modelem ISO (ang. International Standards Organization)/OSI. Aby to osign, standard IEEE 802.3 musiaB sprosta wymogom okre[lonym w definicji warstwy 1 oraz dolnej cz[ci warstwy 2 modelu OSI. W rezultacie w standardzie 802.3 wprowadzono niewielkie modyfikacje w stosunku do pocztkowej wersji standardu Ethernet. Ró|nica pomidzy tymi dwoma standardami jest tak niewielka, |e ka|da karta sieciowa Ethernet mo|e nadawa i odbiera zarówno ramki Ethernet, jak i 802.3. Zasadniczo Ethernet oraz IEEE 802.3 s tymi samymi standardami. Szeroko[ pasma w sieci Ethernet rzdu 10 Mb/s znaczco przewy|szaBa wymagania powolnych komputerów osobistych (PC) lat osiemdziesitych. Do pocztku lat dziewidziesitych komputery klasy PC staBy si znacznie szybsze, wzrosBy rozmiary plików i zaczB si pojawia problem wskiego gardBa w przepBywie danych. W wikszo[ci wypadków problem ten byB spowodowany nisk dostpno[ci pasma. W roku 1995 instytut IEEE zaprezentowaB standard dla technologii Ethernet 100 Mb/s. Nastpnie, w latach 1998 i 1999 zostaBy opublikowane standardy dla technologii Ethernet o przepustowo[ci jednego gigabita na sekund (1 Gb/s, miliard bitów na sekund). Wszystkie te standardy s zasadniczo zgodne z pierwotnym standardem Ethernet. Ramka Ethernet mo|e zosta przez komputer PC wyposa|ony w starsz, opart na kablu koncentrycznym 10 Mb/s kart sieciow, zosta przesBana przez Bcze [wiatBowodowe Ethernet o przepustowo[ci 10 Gb/s, a na koDcu trafi do karty sieciowej 100 Mb/s. Dopóki pakiet pozostaje w sieci Ethernet, nie ulega on modyfikacjom. Z tego powodu technologia Ethernet jest uwa|ana za wysoce skalowaln. Szeroko[ pasma w sieci mo|e by wielokrotnie zwikszana bez zmiany stosowanej technologii Ethernet. Pierwotny standard technologii Ethernet byB wielokrotnie poprawiany w celu dostosowania go do potrzeb nowych mediów transmisyjnych i wy|szych prdko[ci transmisji. Poprawki te stanowi zródBo standardów dla nowych technologii i utrzymuj zgodno[ pomidzy wariantami sieci Ethernet. 6.1.2 Zasady nazewnictwa w standardzie IEEE Ethernet Technologia Ethernet nie stanowi jednej technologii, lecz caB rodzin technologii sieciowych obejmujc tradycyjny Ethernet, Fast Ethernet oraz Gigabit Ethernet. Szybko[ci technologii Ethernet mog wynosi 10, 100, 1000 lub 10 000 Mb/s. Podstawowy format ramki oraz mechanizm dziaBania podwarstw IEEE w ramach warstw 1 i 2 modelu OSI pozostaj spójne we wszystkich formach technologii Ethernet. Kiedy zachodzi potrzeba rozszerzenia technologii Ethernet przez dodanie nowego medium lub nowej funkcjonalno[ci, instytut IEEE wydaje nowe uzupeBnienie standardu 802.3. Takie nowe uzupeBnienia otrzymuj jedno- lub dwuliterowe oznaczenie, np. 802.3u. Do uzupeBnienia jest tak|e przypisany skrócony opis (zwany identyfikatorem). Skrócony opis skBada si z: *liczby okre[lajcej szybko[ transmisji w Mb/s; *sBowa  base", wskazujcego, |e jest u|ywana sygnalizacja pasma podstawowego; *jednej lub wicej liter alfabetu, okre[lajcych rodzaj wykorzystywanego medium (F = kabel [wiatBowodowy, T = miedziana skrtka nieekranowana). Ethernet jest oparty na sygnalizacji pasma podstawowego, która wykorzystuje caB szeroko[ pasma medium transmisyjnego. SygnaB danych jest przesyBany bezpo[rednio przez medium transmisyjne. W sygnalizacji szerokopasmowej, sygnaB danych nigdy nie jest bezpo[rednio umieszczany w medium transmisyjnym. Ethernet u|ywaB sygnalizacji szerokopasmowej w standardzie 10BROAD36. ByB to standard IEEE dla sieci Ethernet 802.3, u|ywajcej sygnalizacji szerokopasmowej po grubym kablu koncentrycznym, dziaBajcym z prdko[ci 10 Mbps. Dzi[ standard ten uwa|a si za nieaktualny. SygnaB danych moduluje sygnaB analogowy (sygnaB no[nej) i tak zmodulowany sygnaB no[nej podlega transmisji. Sygnalizacja szerokopasmowa jest wykorzystywana w emisji radiowej i w telewizji kablowej. Instytut IEEE nie mo|e zmusi producentów sprztu sieciowego do bezwzgldnego stosowania si do wszystkich szczegóBowych rozwizaD w ramach ka|dego ze standardów. IEEE ma nadziej osign nastpujce cele: * dostarczanie fachowych informacji niezbdnych do budowy urzdzeD zgodnych ze standardami Ethernet, * promowanie innowacji wprowadzanych przez producentów. 6.3.1 Technologia Ethernet i model OSI Technologia Ethernet funkcjonuje w dwóch obszarach modelu OSI: w dolnej poBowie warstwy Bcza danych, znanej jako podwarstwa MAC, oraz w warstwie fizycznej. Przy przesyBaniu danych pomidzy dwiema stacjami sieci Ethernet informacje czsto przechodz przez wtórnik. Ruch przechodzcy przez wtórnik jest widoczny dla wszystkich innych stacji z tej samej domeny kolizyjnej. Domena kolizyjna jest wic zasobem wspóBdzielonym. Problemy powstajce w jednej cz[ci domeny kolizyjnej zwykle maj wpByw na caB domen kolizyjn. Wtórnik jest odpowiedzialny za przesyBanie caBego ruchu do wszystkich pozostaBych portów. Ruch odbierany przez wtórnik nigdy nie jest wysyBany na port, z którego pochodzi. Ka|dy wykryty przez wtórnik sygnaB zostanie przesBany. Je[li sygnaB jest osBabiony przez tBumienie lub szum, wtórnik spróbuje go odtworzy i zregenerowa. Standardy gwarantuj minimaln szeroko[ pasma i mo|liwo[ dziaBania poprzez okre[lenie maksymalnej liczby stacji w segmencie, maksymalnej dBugo[ci segmentu, maksymalnej liczby wtórników pomidzy stacjami itd. Stacje oddzielone wtórnikami pozostaj w tej samej domenie kolizyjnej. Stacje oddzielone mostami lub routerami znajduj si w ró|nych domenach kolizyjnych. Rysunek pokazuje odwzorowanie ró|nych technologii Ethernet na ni|sz poBow warstwy 2 modelu OSI i caB warstw 1. Ethernet w warstwie 1 dotyczy poBczenia z mediami oraz sygnaBów, strumieni bitów transmitowanych przez media, elementów, które umieszczaj sygnaBy w mediach i ró|nych topologii sieciowych. Warstwa 1 technologii Ethernet odgrywa zasadnicz rol w komunikacji, która zachodzi pomidzy urzdzeniami, lecz ka|da z jej funkcji ma ograniczenia, którymi zajmuje si warstwa 2. Podwarstwy warstwy Bcza danych realizuj zadania dotyczce zgodno[ci technologicznej i komunikacji midzy komputerami. Zadaniem podwarstwy MAC jest wspóBpraca z elementami fizycznymi, które bd sBu|y do przekazywania informacji. Podwarstwa LLC (ang. Logical Link Control) pozostaje stosunkowo niezale|na od fizycznego sprztu, który zostanie u|yty w procesie komunikacji. Rysunek pokazuje odwzorowanie ró|nych technologii Ethernet na ni|sz poBow warstwy 2 oraz caB warstw 1 modelu OSI. Istnieje tak|e wiele innych rodzajów sieci Ethernet, na rysunku przedstawiono te najpopularniejsze. 6.1.4 Nazewnictwo Aby umo|liwi lokalne dostarczanie ramek w technologii Ethernet, musi istnie system adresowania, tj. sposób unikalnej identyfikacji komputerów i interfejsów. Technologia Ethernet wykorzystuje adresy fizyczne MAC, które maj dBugo[ 48 bitów i w systemie szesnastkowym s zapisywane w postaci dwunastu cyfr. Warto[ pierwszych sze[ciu cyfr jest zarzdzana przez instytut IEEE i identyfikuje producenta lub dostawc. Ta cz[ adresu MAC jest znana jako unikalny identyfikator OUI (ang. Organizational Unique Identifier). PozostaBe sze[ cyfr w zapisie szesnastkowym reprezentuje numer seryjny interfejsu lub inn warto[ okre[lan przez producenta danego sprztu. Adresy MAC s czasami oznaczane jako adresy wbudowane (BIA), poniewa| s one wbudowane w pami ROM i kopiowane do pamici RAM w momencie inicjowania karty sieciowej. W warstwie Bcza danych nagBówki i stopki MAC s dodawane do danych wy|szej warstwy. NagBówek i stopka zawieraj informacj kontroln przeznaczon dla warstwy Bcza danych w systemie odbiorcy. Dane z wy|szych warstw s enkapsulowane w ramk warstwy Bcza danych, pomidzy nagBówek a stopk, a nastpnie wysBane do sieci. Karta sieciowa wykorzystuje adresy MAC do oceny, czy komunikat powinien by przekazany do wy|szych warstw modelu OSI. Karta sieciowa przeprowadza t ocen, nie zajmujc czasu procesora, co umo|liwia szybsz komunikacj w sieci Ethernet. Urzdzenie w sieci Ethernet, rozpoczynajc transmisj danych, mo|e kierowa dane do drugiego urzdzenia za pomoc jego adresu MAC jako adresu docelowego. Urzdzenie zródBowe doBcza nagBówek z adresem MAC |danego adresata i wysyBa dane do sieci. Podczas przesyBania danych w mediach sieciowych karta sieciowa ka|dego urzdzenia w sieci sprawdza, czy jej adres MAC odpowiada adresowi fizycznemu odbiorcy zawartemu w ramce danych. Je[li adresy nie s zgodne, ramka zostaje odrzucona przez kart sieciow. Gdy dane osign wzeB docelowy, karta sieciowa wykona ich kopi i prze[le ramk do wy|szych warstw modelu OSI. W sieci Ethernet nagBówek MAC musi by analizowany przez wszystkie wzBy, nawet je[li komunikujce si wzBy ssiaduj ze sob. Wszystkie urzdzenia, które s podBczone do sieci LAN bazujcej na technologii Ethernet, m.in. stacje robocze, drukarki, routery i przeBczniki, maj interfejsy rozpoznawane za pomoc adresu MAC. 6.1.5 Proces podziaBu na ramki w warstwie 2 Zakodowane strumienie bitów (danych) w mediach fizycznych stanowi olbrzymie osignicie technologiczne, lecz one same nie s w stanie sprawi, by zostaBa nawizana komunikacja. PodziaB na ramki pomaga uzyska niezbdne informacje, które nie mogByby by pobrane z samych tylko zakodowanych strumieni bitów. Oto przykBady takich informacji: * Które komputery komunikuj si ze sob. * Kiedy zaczyna si i koDczy komunikacja pomidzy poszczególnymi komputerami. * Informacje pomocne w wykrywaniu bBdów, które wystpiBy podczas komunikacji. * Czyja kolej na  mówienie" podczas  rozmowy" komputerów. PodziaB na ramki jest procesem enkapsulacji warstwy 2. Ramka jest jednostk danych protokoBu warstwy 2. Do wizualizacji bitów mo|e sBu|y wykres napicia w funkcji czasu. Jednak|e, kiedy mamy do czynienia z wikszymi jednostkami danych, adresowaniem i informacjami kontrolnymi, wykres napicia w funkcji czasu mo|e sta si zawiBy i mylcy. Innym typem diagramu, który mo|e by wykorzystany, jest diagram formatu ramki oparty na wykresie napicia w funkcji czasu. Diagramy formatu ramki s czytane od strony lewej do prawej, tak jak wykres na oscyloskopie. Diagramy formatu ramki pokazuj ró|ne grupy bitów (pola) peBnice inne funkcje. Jest wiele ró|nych typów ramek opisywanych przez ró|ne standardy. Pojedyncza, ogólna ramka zawiera sekcje, zwane polami, a ka|de pole skBada si z bajtów. Nazwy tych pól s nastpujce: * pole pocztku ramki, * pole adresu, * pole typu/dBugo[ci, * pole danych, * pole kodu kontrolnego ramki. Gdy komputery s podBczone do medium fizycznego, musi istnie sposób, w jaki mog zwróci na siebie uwag innych komputerów, by nada wiadomo[:  Nadchodzi ramka". W ró|nych technologiach istniej ró|ne sposoby realizacji tego procesu, lecz wszystkie ramki, niezale|nie od technologii, zawieraj na pocztku sygnalizacyjn sekwencj bajtów. Wszystkie ramki zawieraj informacje dotyczce nazw, takie jak nazwa wzBa zródBowego (adres MAC) i nazwa wzBa docelowego (adres MAC). W wikszo[ci ramek wystpuj pewne wyspecjalizowane pola. W niektórych technologiach pole dBugo[ci okre[la dokBadn dBugo[ ramki w bajtach. W niektórych ramkach wystpuje pole typu, które okre[la protokóB warstwy 3 odpowiedzialny za wysBanie |dania. Urzdzenie w sieci Ethernet, rozpoczynajc transmisj danych, mo|e kierowa dane do drugiego urzdzenia przy u|yciu jego adresu MAC jako adresu docelowego. Paczka danych zawiera w sobie wiadomo[, któr trzeba przesBa lub dane aplikacji u|ytkownika. Mo|e zaj[ potrzeba dodania bajtów wypeBniajcych, aby ramka osignBa minimaln wymagan dBugo[. W skBad pola danych ramek zgodnych ze standardami IEEE wchodz równie| bajty LLC (ang. logical link control). Podwarstwa LLC pobiera dane protokoBu sieciowego, pakiet IP, a nastpnie dodaje informacje kontrolne pomocne w dostarczeniu danego pakietu IP do wzBa docelowego. Warstwa 2 komunikuje si z wy|szymi warstwami poprzez podwarstw LLC. Wszystkie ramki oraz zawarte w nich bity, bajty i pola s podatne na bBdy pochodzce z ró|nych zródeB. Pole kodu kontrolnego ramki (FCS) zawiera liczb, która jest obliczana przez wzeB zródBowy na podstawie danych w ramce. Pole FCS jest nastpnie dodawane na koDcu wysyBanej ramki. Kiedy ramka jest odbierana przez wzeB docelowy, liczba FCS jest ponownie przeliczana i porównywana z liczb FCS zawart w ramce. Je[li s one ró|ne, zakBada si, |e wystpiB bBd i ramka jest odrzucana. Poniewa| zródBo nie mo|e wykry czy ramka zostaBa faktycznie odrzucona, protokoBy zorientowane poBczeniowo wy|szych warstw musz zainicjowa ewentualn retransmisj. Poniewa| te protokoBy, jak np. TCP, |daj potwierdzenia otrzymania danych (ACK) przez stron odbiorcz, w odpowiednim czasie, zwykle dochodzi do takiej wBa[nie retransmisji. S trzy podstawowe sposoby obliczania kodu kontrolnego ramki FCS: Cykliczna kontrola nadmiarowa (CRC): wykonuje obliczenia na danych. Parzysto[ dwuwymiarowa: ka|dy kolejny bajt jest wstawiany do dwuwymiarowej tablicy, nastpnie wykonywana jest kontrola nadmiarowo[ci w ka|dej kolumnie i wierszu, tworzc tym samym dziewity bajt wskazujcy nieparzyst lub parzyst liczb jedynek binarnych. Internetowa suma kontrolna: dodawane s warto[ci wszystkich bitów danych, wynik jest sum kontroln. WzeB transmitujcy dane musi pozyska uwag innych urzdzeD, aby zacz i zakoDczy przesyBanie ramki. Pole dBugo[ci wyznacza koniec, a ramka jest uwa|ana za zakoDczon po wystpieniu kodu FCS. Czasami wystpuje formalna sekwencja bajtów nazywana znacznikiem koDca ramki. 6.1.6 Struktura ramki w technologii Ethernet Na poziomie warstwy Bcza danych struktura ramki jest prawie identyczna dla wszystkich szybko[ci technologii Ethernet, od 10 Mb/s do 10 000 Mb/s. Na poziomie warstwy fizycznej prawie wszystkie wersje technologii Ethernet ró|ni si znacznie, gdy| dla ka|dej szybko[ci transmisji przyjte zostaBy inne zaBo|enia architektoniczne. W wersji technologii Ethernet, rozwijanej przez firm DIX przed przyjciem wersji Ethernet IEEE 802.3, preambuBa i znacznik pocztku ramki (SFD) byBy poBczone w jedno pole, mimo i| sekwencja bitów byBa identyczna. Pole dBugo[/typ oznaczaBo jedynie dBugo[ ramki we wczesnych wersjach IEEE, za[ w wersji DIX wyBcznie typ ramki. Te dwa sposoby wykorzystania pola zostaBy oficjalnie poBczone w pózniejszej wersji standardu IEEE, poniewa| oba byBy powszechne u|ywane. Pole typu w technologii Ethernet II zostaBo wBczone do obecnej definicji ramki 802.3. WzeB odbierajcy musi ustali protokóB warstwy wy|szej, którego dane s obecne w przychodzcej ramce, poprzez analiz pola typ/dBugo[. Je|eli warto[ dwóch oktetów jest równa lub wiksza ni| 0x0600 szesnastkowo, czyli 1536 dziesitnie, to zawarto[ pola danych jest dekodowana stosownie do wskazanego typu protokoBu. Ethernet II jest formatem ramki u|ywanym zwykle w sieciach TCP/IP. 6.1.7 Pola ramek w technologii Ethernet Oto niektóre z dozwolonych lub wymaganych pól ramki Ethernet 802.3: preambuBa, znacznik pocztku ramki, adres odbiorcy, adres nadawcy, dBugo[/typ, dane i wypeBnienie, FCS, rozszerzenie. PreambuBa jest naprzemiennym wzorcem jedynek i zer u|ywanym do synchronizacji taktowania w asynchronicznych implementacjach technologii Ethernet o szybko[ci 10 Mb/s i wolniejszych. Szybsze wersje technologii Ethernet s synchroniczne i takie informacje taktujce s nadmiarowe, zostaBy jednak zachowane dla utrzymania zgodno[ci. Znacznik pocztku ramki (SFD) skBada si z pola o dBugo[ci jednego oktetu oznaczajcego koniec informacji taktujcych i zawierajcego sekwencj bitów 10101011. Pole adresu odbiorcy zawiera adres MAC odbiorcy. Adres odbiorcy mo|e by adresem pojedynczego hosta, adresem grupowym lub rozgBoszeniowym. Pole adresu nadawcy zawiera adres MAC nadawcy. Adres nadawcy jest, ogólnie biorc, adresem pojedynczego hosta nadajcego wzBa sieci Ethernet. Ro[nie jednak liczba stosowanych protokoBów wirtualnych, które wykorzystuj i czasem wspóBdziel dany adres MAC nadawcy w celu zidentyfikowania wirtualnej jednostki. Pole dBugo[ci/typu ma dwa ró|ne przeznaczenia. Je[li jego warto[ jest mniejsza ni| 1536 dziesitnie (0x600 szesnastkowo), to warto[ ta okre[la dBugo[. Interpretacja tego pola jako  dBugo[" jest stosowana wówczas, gdy warstwa LLC zapewnia identyfikacj protokoBu. Warto[ typu okre[la protokóB wy|szej warstwy, który ma by u|yty do odebrania danych po zakoDczeniu przetwarzania w sieci Ethernet. DBugo[ wskazuje liczb bajtów danych, które nastpuj po tym polu. Pole danych i ewentualne wypeBnienie mog mie ka|d dBugo[, która nie spowoduje, |e zostanie przekroczony maksymalny rozmiar ramki. Maksymalna jednostka transmisyjna (MTU) dla sieci Ethernet wynosi 1500 oktetów, tak wic dane nie powinny przekroczy tego rozmiaru. Zawarto[ tego pola nie jest okre[lona. Gdy dane u|ytkownika nie s wystarczajco dBugie, aby ramka osignBa minimaln dBugo[, bezpo[rednio po nich zostaje umieszczone wypeBnienie o nieokre[lonej tre[ci. Zgodnie z wymaganiami standardu Ethernet ramka nie powinna by krótsza ni| 64 oktety i dBu|sza ni| 1518 oktetów. Pole FCS zawiera czterobajtow warto[ CRC tworzon przez urzdzenie wysyBajce i ponownie przeliczan przez urzdzenie odbierajce w celu sprawdzenia, czy ramka nie zostaBa uszkodzona. Nie ma potrzeby obejmowania warto[ci sumy kontrolnej jej samej, gdy| je[li zdarzy si przekBamanie sumy, nie bdzie ona odpowiada zawarto[ci ramki. Nie jest mo|liwe rozró|nienie pomidzy uszkodzeniem pola FCS i uszkodzeniem dowolnego poprzedniego pola u|ytego do obliczeD. 6.2 Funkcjonowanie sieci Ethernet 6.2.1 Kontrola dostpu do medium (MAC) Kontrola dostpu do medium (MAC) odnosi si do protokoBów okre[lajcych, który komputer lub która domena kolizyjna mo|e wysyBa dane. Podwarstwy MAC i LLC wspólnie stanowi wersj IEEE warstwy 2 modelu OSI. MAC i LLC s podwarstwami warstwy 2. Mechanizmy dostpu do medium (MAC) mog by podzielone na dwie ogólne kategorie: deterministyczn (zgodnie z kolejno[ci) i niedeterministyczn (pierwszy przychodzi, pierwszy obsBu|ony). PrzykBadami protokoBów deterministycznych s protokoBy Token Ring i FDDI. W sieci opartej na protokole Token Ring pojedyncze hosty s zorganizowane w pier[cieD, a specjalny token danych jest przekazywany dookoBa tego pier[cienia do ka|dego hosta po kolei. Gdy host chce nadawa, przechwytuje token, wysyBa dane przez ograniczony czas, a nastpnie przekazuje token do nastpnego hosta w pier[cieniu. ProtokóB Token Ring jest [rodowiskiem bezkolizyjnym, poniewa| w okre[lonym czasie mo|e nadawa tylko jeden host. Niedeterministyczne protokoBy MAC opieraj si na podej[ciu typu  pierwszy przychodzi, pierwszy obsBu|ony" (ang. first come, first served). Takim prostym systemem jest CSMA/CD (Carrier Sense Multple Access / Collision Detection - Wielodostp do medium z wykrywaniem no[nej). Karta sieciowa nasBuchuje, czekajc na brak sygnaBu w medium, i zaczyna nadawanie. Je[li dwa wzBy nadaj jednocze[nie, wystpuje kolizja i |aden z wzBów nie mo|e transmitowa danych. Token Ring, FDDI oraz Ethernet stanowi trzy popularne technologie warstwy 2. Wszystkie trzy podejmuj kwestie adresowania w warstwie 2, podziaBu na ramki, podwarstw LLC i MAC jak równie| kwestie sygnalizacji i mediów transmisyjnych. Oto konkretne technologie dla ka|dej z nich: Ethernet: topologia magistrali logicznej (przepByw informacji jest realizowany w liniowej magistrali) oraz fizyczna gwiazda lub rozszerzona gwiazda (okablowanie w formie gwiazdy). Token Ring: topologia pier[cienia logicznego (innymi sBowy, przepByw informacji jest kontrolowany w pier[cieniu) oraz topologia fizycznej gwiazdy (innymi sBowy, okablowanie przyjmuje form gwiazdy). FDDI: topologia pier[cienia logicznego (przepByw informacji jest kontrolowany w pier[cieniu) oraz topologia podwójnego pier[cienia fizycznego (okablowanie w formie podwójnego pier[cienia). 6.2.2 ReguBy MAC i wykrywanie kolizji/odczekiwanie Ethernet jest technologi polegajc na rozgBaszaniu informacji w dzielonym (wspólnym) medium. Wykorzystywana w technologii Ethernet metoda dostpu CSMA/CD speBnia trzy funkcje: * wysyBanie i odbieranie ramek z danymi, * dekodowanie ramek i sprawdzanie poprawno[ci zawartych w nich adresów przed przekazaniem ich do wy|szych warstw modelu OSI, * wykrywanie bBdów wewntrz ramek lub w sieci. W metodzie dostpu CSMA/CD urzdzenia sieciowe z danymi do transmisji pracuj w trybie nasBuchu przed nadawaniem. Oznacza to, |e je[li wzeB ma wysBa dane, musi najpierw sprawdzi, czy medium sieciowe nie jest zajte. Je[li wzeB wykryje, |e sie jest zajta, bdzie oczekiwaB przez losowo wybrany czas przed ponowieniem próby. Je[li wzeB wykryje, |e medium nie jest zajte, rozpocznie nadawanie i nasBuchiwanie. Celem nasBuchiwania przez wzeB jest upewnienie si, |e |adna inna stacja nie nadaje w tym samym czasie. Po zakoDczeniu transmisji danych urzdzenie powróci do trybu nasBuchiwania. Wystpienie kolizji jest wykrywane przez urzdzenia sieciowe na podstawie wzrostu amplitudy sygnaBu w medium sieciowym. Je[li wystpi kolizja, transmisja bdzie kontynuowana przez krótki czas przez ka|dy z nadajcych wzBów, aby upewni si, |e wszystkie pozostaBe wzBy wykryBy kolizj. Gdy kolizja zostanie wykryta przez wszystkie wzBy, rozpoczyna si wykonywanie algorytmu odczekiwania i transmisja zostaje zatrzymana. WzBy zatrzymuj nadawanie na losowo wybrany czas, okre[lony przez algorytm odczekiwania. Po wyga[niciu okresu opóznienia ka|dy wzeB w sieci mo|e podj prób uzyskania dostpu do medium sieciowego. Urzdzeniom zaanga|owanym w kolizj nie przysBuguje pierwszeDstwo wysyBania danych. 6.2.3 Taktowanie w sieci Ethernet Podstawowe zasady i specyfikacje prawidBowego funkcjonowania sieci Ethernet nie s szczególnie zBo|one, cho niektóre z szybszych implementacji warstwy fizycznej takimi si staj. Mimo podstawowej prostoty dziaBania sieci Ethernet, je[li pojawi si w niej problem, wyizolowanie jego zródBa czsto nastrcza trudno[ci. Z powodu powszechnie stosowanej w technologii Ethernet architektury magistrali, opisywanej równie| jako rozproszony pojedynczy punkt awarii, problem zasigiem swym obejmuje zwykle wszystkie urzdzenia wewntrz domeny kolizyjnej. W sytuacjach, gdy wykorzystywane s wtórniki, zasig ten mo|e rozszerza si na urzdzenia umieszczone w odlegBo[ci do czterech segmentów. Ka|da majca nada wiadomo[ stacja w sieci Ethernet najpierw  nasBuchuje", aby upewni si, |e |adna inna stacja nie nadaje w tym momencie. Je[li w kablu jest cisza, stacja taka natychmiast zaczyna nadawa. PrzesyBanie sygnaBu elektrycznego po kablu zabiera pewien czas (zwany opóznieniem), a ka|dy kolejny wtórnik wprowadza dodatkowe, niewielkie opóznienie przy przekazywaniu ramki z jednego portu do kolejnego. W wyniku tych opóznieD mo|e si zdarzy, |e wicej ni| jedna stacja zacznie nadawanie niemal w tym samym czasie. Rezultatem tego jest kolizja. Je[li podBczona stacja pracuje w trybie peBnego dupleksu, to mo|e ona równocze[nie wysyBa i odbiera, a kolizje nie powinny si pojawia. Praca w trybie peBnego dupleksu zmienia równie| uwarunkowania dotyczce taktowania i eliminuje pojcie szczeliny czasowej. Praca w trybie peBnego dupleksu pozwala na budow wikszych sieci, poniewa| usunito ograniczenia czasowe naBo|one w celu wykrycia kolizji. W trybie póBdupleksu, przy zaBo|eniu, |e nie wystpuje kolizja, stacja nadawcza transmituje 64 bity informacji synchronizacyjnej znane jako preambuBa. Stacja nadawcza wysyBa wtedy nastpujce informacje: * informacje o adresowaniu MAC nadawcy i odbiorcy; * pewne inne informacje nagBówka; * wBa[ciw, zasadnicz tre[ danych; * sum kontroln (FCS) u|ywan do upewnienia si, czy wiadomo[ nie zostaBa po drodze uszkodzona. Stacje odbierajce ramk przeliczaj sum FCS, aby ustali, czy przychodzca wiadomo[ jest poprawna, a nastpnie przekazuj poprawn wiadomo[ do nastpnej, wy|szej warstwy w stosie protokoBów. Wersje technologii Ethernet pracujce z szybko[ci 10 Mb/s i wolniejsze s asynchroniczne. Asynchroniczno[ oznacza, |e ka|da stacja odbierajca wykorzystuje osiem oktetów informacji taktowania do zsynchronizowania obwodu odbiorczego dla nadchodzcych danych, po czym odrzuca je. Implementacje technologii Ethernet pracujce z szybko[ci 100 Mb/s i szybsze s synchroniczne. Synchroniczno[ oznacza, |e informacja taktowania nie jest wymagana, lecz dla utrzymania zgodno[ci pole preambuBy i znacznik pocztku ramki (SFD) s obecne. We wszystkich odmianach technologii Ethernet o szybko[ci transmisji nieprzekraczajcej 1000 Mb/s standard wyznacza minimalny czas pojedynczej transmisji nie krótszy ni| szczelina czasowa. Szczelina czasowa dla technologii Ethernet 10 i 100 Mb/s jest równa czasowi transmisji 512 bitów (czyli 64 oktetów). Szczelina czasowa dla technologii Ethernet 1000 Mb/s jest równa czasowi transmisji 4096 bitów (czyli 512 oktetów). Szczelina czasowa jest obliczana przy zaBo|eniu maksymalnych dBugo[ci kabli w najwikszej dopuszczalnej architekturze sieciowej. Wszystkie czasy opóznieD propagacji sprztowej s na poziomie dopuszczalnego maksimum, a gdy zostanie wykryta kolizja, u|ywana jest 32-bitowa sekwencja zakBócajca. Rzeczywista obliczona szczelina czasowa jest nieco dBu|sza ni| teoretyczna ilo[ czasu wymagana do przebycia drogi pomidzy najdalszymi punktami domeny kolizyjnej, zderzenia si z inn transmisj w ostatnim mo|liwym momencie, powrotu fragmentów kolizyjnych do stacji wysyBajcej i ich wykrycia. Aby system dziaBaB, pierwsza stacja musi dowiedzie si o kolizji zanim zakoDczy wysyBanie ramki o najmniejszym dopuszczalnym rozmiarze. Aby umo|liwi dziaBanie sieci Ethernet 1000 Mb/s w trybie póBdupleksu, przy wysyBaniu krótkich ramek dodano pole rozszerzenia sBu|ce jedynie do utrzymania urzdzenia transmitujcego w stanie zajto[ci na tyle dBugo, by mogBy wróci fragmenty kolizyjne. Pole to jest obecne tylko przy szybko[ci 1000 Mb/s w przypadku Bczy pracujcych w trybie póBdupleksu, po to, aby ramki o minimalnym rozmiarze byBy wystarczajco dBugie, by móc sprosta wymaganiom szczeliny czasowej. Bity rozszerzenia s odrzucane przez stacj odbierajc. W technologii Ethernet 10 Mb/s transmisja jednego bitu w warstwie MAC trwa 100 nanosekund (ns). Przy szybko[ci 100 Mb/s transmisja tego samego bitu trwa 10 ns, a przy szybko[ci 1000 Mb/s trwa ona tylko 1 ns. W przybli|onych szacunkach czsto wykorzystywana jest warto[ 20,3 cm (8 cali) na nanosekund do obliczania opóznienia propagacji w kablu UTP. Oznacza to, |e w 100 metrach kabla UTP przesBanie sygnaBu 10BASE-T na caBej dBugo[ci przewodu trwa krócej ni| czas transmisji piciu bitów. Dla funkcjonowania metody CSMA/CD stosowanej w sieciach Ethernet konieczne jest, aby stacja wysyBajca wiedziaBa o wystpieniu kolizji zanim zostanie zakoDczona transmisja ramki o minimalnym rozmiarze. Przy szybko[ci 100 Mb/s taktowanie systemu jest ledwie w stanie obsBu|y sieci o dBugo[ci kabla równej 100 metrów. Przy szybko[ci 1000 Mb/s wymagane s specjalne korekty, gdy| prawie caBa ramka o minimalnym rozmiarze zostaBaby wysBana, zanim pierwszy bit pokonaBby pierwsze 100 metrów kabla UTP. Z tego powodu tryb póBdupleksu nie jest dozwolony w technologii 10 Gigabit Ethernet. 6.2.4 Przerwy midzyramkowe i odczekiwanie Minimalny odstp pomidzy dwiema niekolidujcymi ramkami jest zwany przerw midzyramkow. Jest on mierzony od ostatniego bitu pola FCS pierwszej ramki do pierwszego bitu preambuBy ramki drugiej. Po wysBaniu ramki wszystkie stacje w sieci Ethernet 10 Mb/s musz oczekiwa co najmniej przez czas transmisji 96 bitów (9,6 mikrosekundy), zanim nastpna ramka mo|e zosta poprawnie wysBana przez którkolwiek stacj. W szybszych wersjach sieci Ethernet odstp pozostaje taki sam (czas transmisji 96 bitów), lecz czas, który musi upByn, jest odpowiednio krótszy. Czas ten po angielsku okre[la si mianem  interframe spacing" albo  interframe gap"  najczstsze polskie okre[lenie to  przerwa midzyramkowa". Przerwa ta ma na celu zapewnienie wolniejszym stacjom czasu na przetworzenie poprzedniej ramki i przygotowanie si do odbioru nastpnej ramki. Zadaniem wtórnika jest regeneracja peBnych 64 bitów informacji taktujcych, tj. preambuBy i pola SFD, na pocztku ka|dej ramki. Dzieje si tak mimo mo|liwo[ci utraty cz[ci bitów pocztku preambuBy z powodu powolnej synchronizacji. Ze wzgldu na konieczno[ dokonania taktowania bitów ramki na nowo maBa redukcja przerwy midzyramkowej jest nie tylko mo|liwa, lecz równie| oczekiwana. Niektóre chipsety w sieciach Ethernet s wra|liwe na skrócenie przerwy midzyramkowej, przez co po jej zmniejszeniu mog wystpi problemy z wykrywaniem ramek. Wraz ze wzrostem mocy przetwarzania komputerów stacjonarnych mog one Batwo nasyci ruchem segment sieci Ethernet i rozpocz ponowne nadawanie przed upBywem czasu opóznienia zwizanego z przerw midzyramkow. Po wystpieniu kolizji i gdy w kablu nie ma sygnaBu z |adnej ze stacji (ka|da oczekuje przez czas peBnej przerwy midzyramkowej), stacje biorce udziaB w kolizji musz odczeka dodatkowy czas (który mo|e rosn wykBadniczo) przed przystpieniem do próby ponownego nadania ramki, przy nadawaniu której wystpiBa kolizja. Okres oczekiwania jest celowo zaprojektowany jako losowy, po to, by dwie stacje nie generowaBy takiego samego opóznienia przed ponowieniem transmisji, gdy| powodowaBoby to wystpienie kolejnych kolizji. Cz[ciowo zostaBo to osignite przez zwikszanie najkrótszego interwaBu, na podstawie którego jest okre[lany losowy czas ponowienia transmisji przy ka|dej nastpnej próbie. Okres oczekiwania jest mierzony w przyrostach jednostki  szczelina czasowa". Je[li warstwie MAC nie uda si wysBanie ramki w cigu 16 prób, rezygnuje i zwraca bBd do warstwy sieci. Taki zdarzenie jest dosy rzadkie i zachodzi jedynie przy niezmiernie du|ych obci|eniach sieci lub gdy w sieci istnieje jaki[ problem natury fizycznej. 6.2.5 ObsBuga bBdów Najczstszymi bBdami w sieciach Ethernet s kolizje. Kolizje s mechanizmem sBu|cym do rozwizywania problemu rywalizacji o dostp do sieci. Niewielka liczba kolizji umo|liwia pBynne, nieskomplikowane i zwizane z niewielkim narzutem rozstrzyganie rywalizacji wzBów o dostp do zasobów sieciowych. Gdy rywalizacja o dostp do sieci staje si zbyt du|a, kolizje mog sta si znaczc przeszkod w sprawnym funkcjonowaniu sieci. Rezultatem kolizji jest utrata pasma sieci równa czasowi pocztkowej transmisji i sygnaBu sekwencji zakBócajcej. Jest to opóznienie konsumpcyjne, które obejmuje wszystkie wzBy sieciowe i z du|ym prawdopodobieDstwem powoduje znaczce obni|enie przepustowo[ci sieci. Znaczna wikszo[ kolizji wystpuje w czasie transmisji samego pocztku ramki, zwykle przed polem SFD. Kolizje wystpujce przed polem SFD zazwyczaj nie s zgBaszane do wy|szych warstw, tak jakby wcale nie wystpiBy. Gdy tylko kolizja zostaje wykryta, stacje wysyBajce nadaj 32-bitowy sygnaB zakBócajcy, który wymusza wykrycie kolizji. Jest to realizowane tak, aby wszystkie przesyBane dane zostaBy caBkowicie uszkodzone, co umo|liwi wszystkim stacjom wykrycie kolizji. Na rysunku dwie stacje nasBuchuj w celu upewnienia si, |e w kablu nie ma sygnaBu, po czym nadaj. Stacja 1 mogBa nada znaczc cz[ ramki, zanim sygnaB osignB ostatni segment kabla. Stacja 2 nie odebraBa pierwszego bitu transmisji przed rozpoczciem swej wBasnej transmisji i zdoBaBa wysBa jedynie kilka bitów, zanim karta sieciowa wykryBa kolizj. Stacja 2 natychmiast przerwaBa bie|c transmisj, zastpujc j 32-bitowym sygnaBem zakBócajcym, i wstrzymaBa wszystkie dalsze transmisje. Podczas trwania kolizji i zakBóceD wykrytych przez stacj 2 fragmenty kolizyjne wracaBy do stacji 1 przez domen kolizyjn poBczon wtórnikiem. Stacja 2 zakoDczyBa transmisj 32-bitowego sygnaBu zakBócajcego i ucichBa, zanim kolizja dotarBa z powrotem do stacji 1, dla której kolizja pozostawaBa nadal niewidoczna i która kontynuowaBa nadawanie. Kiedy w koDcu fragmenty kolizyjne dotarBy do stacji 1, ona równie| przerwaBa bie|c transmisj, wstawiajc 32-bitowy sygnaB zakBócajcy zamiast pozostaBej cz[ci ramki. Po wysBaniu 32-bitowego sygnaBu zakBócajcego stacja 1 wstrzymaBa wszystkie transmisje. SygnaB zakBócajcy mo|e by zBo|ony z jakichkolwiek danych binarnych, o ile nie tworz one sumy kontrolnej wBa[ciwej dla ju| nadanej cz[ci ramki. Najcz[ciej wystpujcym wzorcem dla sygnaBu zakBócajcego jest po prostu powtarzajcy si cig zer i jedynek, taki sam jak dla preambuBy. Wzorzec ten przegldany przez analizator protokoBowy przyjmuje posta sekwencji powtarzajcych si cyfr szesnastkowych: 5 lub A. Uszkodzona, cz[ciowo nadana wiadomo[ jest zwykle nazywana fragmentami kolizyjnymi lub runtami. ZwykBe kolizje maj mniej ni| 64 oktety dBugo[ci i dlatego s wykrywane zarówno przez test minimalnej dBugo[ci, jak i przez test sumy kontrolnej FCS. 6.2.6 Rodzaje kolizji Kolizja ma zazwyczaj miejsce, gdy dwie lub wicej stacji sieci Ethernet nadaje równocze[nie wewntrz jednej domeny kolizyjnej. Kolizja pojedyncza to taka, która zostaBa wykryta w trakcie próby wysBania ramki, a podczas nastpnej próby ramka zostaBa pomy[lnie wysBana. Kolizja wielokrotna wskazuje, |e ta sama ramka wielokrotnie braBa udziaB w kolizji, zanim nastpiBo jej pomy[lne wysBanie. Powstajce w wyniku kolizji fragmenty kolizyjne to cz[ciowe lub uszkodzone ramki, które s krótsze ni| 64 oktety i maj bBdn sum FCS. Istniej trzy rodzaje kolizji: lokalne, zdalne, spóznione. Kolizja lokalna w kablu koncentrycznym (10BASE2 i 10BASE5) wystpuje, gdy sygnaB podró|ujcy wzdBu| kabla napotka sygnaB z innej stacji. Przebiegi falowe ulegaj wówczas naBo|eniu, powodujc wzajemne znoszenie niektórych cz[ci sygnaBu oraz wzmocnienie lub podwojenie innych jego cz[ci. Podwojenie sygnaBu powoduje podniesienie poziomu napicia sygnaBu powy|ej dozwolonego maksimum. WBa[nie to przekroczenie napicia jest wykrywane przez wszystkie stacje podBczone do lokalnego segmentu kabla jako kolizja. Na pocztku przebiegu pokazanego na rysunku znajduj si zwykBe dane zakodowane w standardzie Manchester. Kilka cykli dalej amplituda fali w próbce podwaja si. Jest to pocztek kolizji, w której dwie fale ulegaj naBo|eniu. Krótko przed koDcem próbki amplituda wraca do stanu normalnego. Dzieje si tak, gdy pierwsza stacja przestaje nadawa po wykryciu kolizji, a sygnaB zakBócajcy pochodzcy z drugiej kolidujcej stacji jest cigle widoczny. W kablu UTP, takim jak 10BASE-T, 100BASE-TX lub 1000BASE-T, kolizja jest wykrywana w segmencie lokalnym tylko wtedy, gdy stacja wykryje sygnaB w parze RX, prowadzc w tym samym momencie nadawanie w parze TX. Poniewa| oba sygnaBy s przesyBane w ró|nych parach przewodów, nie ma |adnych charakterystycznych zmian w sygnale. Kolizje w kablu UTP s rozpoznawane tylko wtedy, gdy stacja pracuje w trybie póBdupleksu. Jedyn funkcjonaln ró|nic pomidzy prac w trybie póBdupleksu i peBnego dupleksu w tym kontek[cie stanowi to, czy pary transmitujca i wysyBajca mog by u|ywane równocze[nie. Je[li stacja nie jest zajta nadawaniem, nie mo|e wykry kolizji lokalnej. Z drugiej strony, wada kabla, taka jak nadmierny przesBuch, mo|e spowodowa, |e stacja bdzie odbiera wBasn transmisj jako kolizj lokaln. Zdalna kolizja jest rozpoznawana po wielko[ci ramki, która jest mniejsza od minimalnego rozmiaru i ma bBdn sum kontroln FCS, nie za[ po symptomach lokalnej kolizji, takich jak nadmiarowe napicie czy równoczesna aktywno[ na liniach RX/TX. Ten rodzaj kolizji jest zwykle wynikiem wystpienia kolizji po drugiej stronie poBczenia z u|yciem wtórnika. Wtórnik nie przeka|e dalej stanu nadmiernego napicia i nie mo|e spowodowa jednoczesnej aktywno[ci obu par (TX i RX) w tym samym czasie. Aby spowodowa wystpienie aktywno[ci w obu parach przewodów, stacja musiaBby nadawa, a to z kolei wywoBaBoby kolizj lokaln. W sieciach opartych na kablu UTP jest to najcz[ciej obserwowany rodzaj kolizji. Nie ma mo|liwo[ci wystpienia normalnej (dozwolonej) kolizji po wysBaniu przez stacje nadajce pierwszych 64 oktetów danych. Kolizje pojawiajce si po pierwszych 64 oktetach s nazywane  kolizjami spóznionymi". Najbardziej znaczc ró|nic pomidzy kolizjami spóznionymi a kolizjami wystpujcymi przed wysBaniem pierwszych 64 oktetów jest fakt, |e karta sieciowa Ethernet automatycznie ponowi transmisj ramki, która ulegBa normalnej kolizji, lecz ponowienie takie nie nastpi w wypadku kolizji spóznionej. Z punktu widzenia kart sieciowych transmisja przebiegBa pomy[lnie, a fakt utraty ramki musz wykry wy|sze warstwy stosu protokoBów. Inaczej ni| w wypadku retransmisji, stacja wykrywajca kolizj spóznion obsBuguje j w dokBadnie ten sam sposób jak kolizj normaln. 6.2.7 BBdy w sieci Ethernet Wiedza dotyczca typowych bBdów jest nie do przecenienia zarówno, je[li chodzi o zrozumienie funkcjonowania sieci Ethernet, jak i rozwizywanie dotyczcych jej problemów. Poni|ej wymienione zostaBy zródBa bBdów w sieci Ethernet: Kolizja lub runt: równoczesna transmisja wystpujca przed upBywem szczeliny czasowej. Kolizja spózniona: równoczesna transmisja wystpujca po upBywie szczeliny czasowej. Jabber, dBuga ramka i bBdy zakresu: nadmiernie lub niedopuszczalnie dBuga transmisja. Krótka ramka, fragment kolizyjny lub runt: niedopuszczalnie krótka transmisja. BBd FCS: uszkodzona transmisja. BBd wyrównania: niewystarczajca lub nadmierna liczba wysyBanych bitów (nie przekraczajca 8 bitów). BBd zakresu: niezgodno[ rzeczywistej i zgBoszonej liczby oktetów w ramce. Ghost lub jabber: nadzwyczaj dBuga preambuBa lub zdarzenie zakBócania. Podczas gdy kolizje lokalne i zdalne s uwa|ane za cz[ normalnej pracy sieci Ethernet, kolizje spóznione s uwa|ane za bBdy. Obecno[ bBdów w sieci zawsze wskazuje na konieczno[ dalszej analizy. Waga problemu decyduje o tym, jak szybko nale|y podj dziaBania zmierzajce do jego rozwizania w zale|no[ci od wykrytych bBdów. Niewielka ilo[ bBdów wykrywanych przez wiele minut lub godzin bdzie miaBa niski priorytet. Tysice bBdów wykrytych w czasie kilku minut wskazuj, |e konieczna jest pilna analiza problemu. Angielski termin  jabber" definiuje si w pewnych fragmentach standardu 802.3 jako transmisj o czasie trwania odpowiadajcym przesBaniu od 20 000 do 50 000 bitów. Jednak|e wikszo[ narzdzi diagnostycznych zgBasza bBd jabber za ka|dym razem, gdy wykryta transmisja przekracza maksymalny dozwolony rozmiar ramki, który jest znacznie mniejszy ni| czas transmisji 20 000 do 50 000 bitów. Wikszo[ odwoBaD do terminu  jabber" odnosi si wic do bardziej poprawnego pojcia dBugich ramek. DBuga ramka to ramka, której rozmiar przekracza dozwolone maksimum, biorc pod uwag fakt znakowania ramki. Nie ma znaczenia, czy ramka zawiera poprawn sum kontroln FCS. BBd ten zwykle oznacza, |e w sieci wykryto jabber. Krótka ramka to ramka o dBugo[ci mniejszej ni| minimalna dopuszczalna dBugo[ (64 oktetów) z prawidBowym kodem kontrolnym ramki (FCS). Niektóre analizatory protokoBowe i monitory sieciowe nazywaj takie ramki  runtami". Ogólnie, obecno[ krótkich ramek nie musi oznacza zBego funkcjonowania sieci. Angielski termin  runt" jest, ogólnie rzecz biorc, nieprecyzyjnym, potocznym pojciem oznaczajcym elementy o wielko[ci mniejszej ni| dozwolony rozmiar ramki. Mo|e si on odnosi do krótkich ramek z poprawn sum kontroln FCS, mimo |e z reguBy odnosi si do fragmentów kolizyjnych. 6.2.8 Suma kontrolna FCS i nie tylko Odebrana ramka, która ma nieprawidBow sekwencj kontroln ramki, nazywan równie| bBdem sumy kontrolnej lub bBdem CRC, ró|ni si od pierwotnie wysBanej co najmniej jednym bitem. Je[li chodzi o ramk z bBdem sumy FCS, informacje nagBówka s prawdopodobnie poprawne, lecz suma kontrolna obliczona przez stacj odbierajc nie zgadza z sum kontroln doBczon na koDcu ramki przez stacj wysyBajc. W takim wypadku ramka zostaje odrzucona. Wysoka liczba bBdów FCS pochodzcych z jednej stacji zwykle wskazuje na wadliw kart sieciow i/lub wadliwy albo uszkodzony sterownik programowy bdz wadliwy kabel Bczcy t stacj z sieci. Je[li bBdy FCS pochodz z wielu stacji, zwykle [wiadczy to o zBym okablowaniu, wadliwej wersji sterownika karty sieciowej, wadliwym porcie koncentratora lub szumie indukowanym w systemie okablowania. Wiadomo[, która nie koDczy si na granicy oktetu, jest znana pod nazw bBdu wyrównania. Zamiast prawidBowej liczby bitów tworzcych grupy peBnych oktetów, wystpuj bity dodatkowe (mniej ni| osiem). Taka ramka jest przycinana do granicy najbli|szego oktetu i, je[li suma kontrolna FCS jest bBdna, zgBaszany jest bBd wyrównania. BBd ten czsto jest spowodowany zBym sterownikiem lub kolizj oraz zazwyczaj towarzyszy mu bBdna suma kontrolna FCS. Odebrana ramka zawierajca poprawn warto[ pola dBugo[ci, lecz niezgodn rzeczywist liczb oktetów liczonych w jej polu danych, jest znana pod nazw bBdu zakresu. BBd ten wystpuje równie|, gdy warto[ pola dBugo[ci jest mniejsza ni| minimalny dozwolony rozmiar pola danych nieuwzgldniajcy wypeBnienia. Podobny bBd okre[lany terminem  poza zakresem" (ang. Out of Range) jest zgBaszany, gdy warto[ pola dBugo[ci wskazuje rozmiar danych wikszy od dozwolonego. Firma Fluke Networks wprowadziBa termin  zjawa" (ang. ghost) na oznaczenie energii (szumu) wykrywanej w kablu, która wydaje si ramk, ale brak jej poprawnego pola SFD. Aby ramka zostaBa zaklasyfikowana jako zjawa, jej dBugo[, Bcznie z preambuB, musi wynosi co najmniej 72 oktety. W przeciwnym razie przypadek taki jest klasyfikowany jako zdalna kolizja. Ze wzgldu na szczególn natur zjaw wa|ne jest zaznaczenie, |e wyniki testów s w du|ym stopniu zale|ne od tego, w którym miejscu segmentu dokonano pomiaru. Przyczyn tych bBdów s zazwyczaj ptle zerujce i inne problemy z okablowaniem. Wikszo[ narzdzi monitorujcych sie nie rozpoznaje istnienia zjaw z tego samego powodu, z którego nie rozpoznaj kolizji preambuB. Narzdzia te polegaj caBkowicie na danych, które przekazuje im chipset. BBdy takie nie s zgBaszane przez programowe analizatory protokoBowe, wiele bazujcych na sprzcie analizatorów protokoBowych, podrczne narzdzia diagnostyczne, jak równie| przez wikszo[ próbników zdalnego monitorowania (RMON, ang. remote monitoring). 6.2.9 Autonegocjacja w sieci Ethernet W miar jak Ethernet rozwijaB si od szybko[ci 10 Mb/s do 100 Mb/s i 1000 Mb/s jednym z wymagaD byBo zapewnienie wspóBdziaBania midzy ka|d z tych technologii, nawet w tak du|ym stopniu, |e interfejsy technologii 10, 100 i 1000 Mb/s mogByby by bezpo[rednio poBczone. ZostaB zaprojektowany proces zwany procesem autonegocjacji szybko[ci w trybie póBdupleksu lub peBnego dupleksu. W konkretnym przypadku, w czasie wprowadzania technologii Fast Ethernet standard uwzgldniaB metod automatycznej konfiguracji danego interfejsu w celu dopasowania go do szybko[ci i mo|liwo[ci partnera poBczeniowego. Proces ten definiuje sposób, w jaki dwie stacje na wspólnym Bczu mog autonegocjowa konfiguracj oferujc najlepszy wspólny poziom wydajno[ci. Zapewnia on t dodatkow korzy[, |e anga|uje tylko najni|sze cz[ci warstwy fizycznej. Technologia 10BASE-T wymagaBa, |eby ka|da stacja wysyBaBa sygnaB Link Pulse co okoBo 16 milisekund, je[li nie byBa zajta nadawaniem wiadomo[ci. Metoda autonegocjacji zaadoptowaBa ten sygnaB i przemianowaBa go na sygnaB Normal Link Pulse (NLP). Gdy seria sygnaBów NLP jest przesyBana w grupie w celu autonegocjacji, grupa ta jest nazywana seri Fast Link Pulse (FLP). Ka|da seria FLP jest przesyBana w tym samym interwale czasowym co sygnaB NLP, jej przeznaczeniem jest umo|liwienie normalnej pracy urzdzeniom opartym na starszej technologii 10BASE-T w wypadku, gdy powinny otrzyma seri FLP. Autonegocjacja jest realizowane przez wysyBanie serii sygnaBów Link Pulse standardu 10BASE-T przez ka|dego z partnerów poBczeniowych. Seria przekazuje mo|liwo[ci stacji nadajcej do jej partnera poBczeniowego. Kiedy obie stacje zinterpretuj ofert partnera, przeBczaj si na konfiguracj o najwy|szej wspólnej wydajno[ci i ustanawiaj poBczenie z odpowiadajc jej szybko[ci transmisji. Je[li komunikacja zostanie przerwana z dowolnego powodu i nastpi utrata poBczenia, obaj partnerzy poBczeniowi w pierwszej kolejno[ci próbuj poBczy si ponownie z ostatnio wynegocjowan szybko[ci. Je[li to si nie powiedzie lub je[li upBynBo zbyt du|o czasu od utraty poBczenia, proces autonegocjacji zaczyna si od pocztku. PoBczenie mo|e zosta utracone na skutek czynników zewntrznych, takich jak awaria kabla, lub na skutek zresetowania jednego z partnerów. 6.2.10 Ustalanie poBczenia oraz tryby peBnego dupleksu i póBdupleksu Partnerzy poBczeniowi mog pomin prezentacj konfiguracji odpowiadajcej ich mo|liwo[ciom. Pozwala to administratorom sieciowym wymusi wybran szybko[ i tryb dupleksu portów bez wyBczania funkcji autonegocjacji. Autonegocjacja jest funkcj opcjonaln w wikszo[ci implementacji technologii Ethernet. Jego implementacji wymaga technologia Gigabit Ethernet, mimo |e u|ytkownik mo|e t funkcj wyBczy. Autonegocjacja byBa pierwotnie zdefiniowana dla implementacji technologii Ethernet opartych na okablowaniu UTP, a nastpnie zostaBa rozszerzona, tak by funkcjonowaBa z implementacjami [wiatBowodowymi. Gdy stacja biorca udziaB w autonegocjacji próbuje po raz pierwszy nawiza poBczenie, powinna wBczy sygnalizacj 100BASE-TX w celu podjcia próby natychmiastowego ustanowienia poBczenia. Je[li sygnalizacja 100BASE-TX jest obecna, a stacja obsBuguje standard 100BASE-TX, podjta zostanie próba ustalenia poBczenia bez negocjacji. Je[li sygnalizacja spowoduje nawizanie poBczenia lub zostanie odebrana seria FLP, stacja bdzie kontynuowaBa komunikacj z wykorzystaniem tej technologii. Je[li partner poBczeniowy zamiast serii FLP nadaje sygnaB NLP, automatycznie zakBada si, |e urzdzenie to jest stacj opart na technologii 10BASE-T. Podczas tego pocztkowego interwaBu testowania obecno[ci innych technologii [cie|ka transmisyjna wysyBa serie FLP. Standard nie zezwala na równolegBe wykrycie jakiejkolwiek innej technologii. Je[li poBczenie zostaBo ustanowione za po[rednictwem wykrywania równolegBego, to poBczenie musi by realizowane w trybie póBdupleksu. Istniej tylko dwie metody, za pomoc których mo|na nawiza poBczenie w trybie peBnego dupleksu. Jedna z nich obejmuje peBen cykl autonegocjacji, za[ druga to administracyjne wymuszenie pracy obu partnerów poBczeniowych w trybie peBnego dupleksu. Je[li jeden z partnerów poBczeniowych dziaBa w wymuszonym trybie peBnego dupleksu, a drugi partner próbuje autonegocjacji, to pewne jest wystpienie niedopasowania dupleksu. Spowoduje to kolizje i bBdy na tym Bczu. Co wicej, je[li tryb peBnego dupleksu zostaB wymuszony po jednej stronie, musi by on wymuszony równie| po drugiej stronie. Wyjtkiem od tej reguBy jest technologia 10 Gigabit Ethernet, która nie obsBuguje trybu póBdupleksowego. Implementacje sprztowe wielu producentów realizuj funkcje cyklicznego przechodzenia przez ró|ne mo|liwe stany. Przez chwil s wysyBane serie FLP w celu autonegocjacji, pózniej sprzt zostaje skonfigurowany w trybie Fast Ethernet, nastpnie przez pewien czas podejmowana jest próba poBczenia, po czym urzdzenie jedynie nasBuchuje. Niektórzy producenci nie uwzgldniaj |adnych aktywnych prób poBczenia do czasu odebrania przez interfejs serii FLP lub innego schematu sygnalizacji. Istniej dwa tryby dupleksu: póBdupleks i peBny dupleks. Dla mediów wspóBdzielonych tryb póBdupleksu jest obowizkowy. Wszystkie implementacje oparte na kablu koncentrycznym s póBdupleksowe z natury i nie mog pracowa w trybie peBnego dupleksu. Implementacje oparte na skrtce UTP i [wiatBowodzie mog pracowa w trybie póBdupleksu. Implementacje technologii 10 Gb/s zostaBy okre[lone z uwzgldnieniem jedynie trybu peBnego dupleksu. W trybie póBdupleksu w danym momencie mo|e nadawa tylko jedna stacja. W implementacjach na kablach koncentrycznych druga nadajca stacja spowoduje naBo|enie si sygnaBów i ich znieksztaBcenie. Poniewa| w wypadku kabla UTP i [wiatBowodu nadawanie odbywa si przede wszystkim za pomoc osobnych par przewodów, sygnaBy nie maj mo|liwo[ci nakBadania si i znieksztaBcania. Technologia Ethernet zawiera reguBy arbitra|u sBu|ce do rozwizywania konfliktów powstajcych w sytuacjach, gdy wicej ni| jedna stacja próbuje nadawa w tym samym czasie. Je[li chodzi o poBczenia punkt-punkt w trybie peBnego dupleksu, ka|da ze stacji mo|e nadawa w dowolnym czasie bez wzgldu na to, czy druga stacja prowadzi w danym momencie transmisj. Autonegocjacja pozwala na uniknicie wikszo[ci sytuacji, w których jedna stacja w poBczeniu punkt-punkt nadaje zgodnie z reguBami póBdupleksu, a druga nadaje w trybie peBnego dupleksu.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
M02 Podstawy działania sieci (3)
Podstawy dzialania routerow i routingu
Odmiany sieci Ethernet i ich cechy
4 Podstawy architektury sieci logicznej
3 Warstwa dostepu do sieci Ethernet
07 Analizowanie podstawowych działań w produkcji

więcej podobnych podstron