Формирование кадра сообщения

Формат кадров Ethernet определяет положение MAC-адресов получателя и источника и дополнительную информацию, в том числе:

преамбулу для последовательности и синхронизации;

разделитель начала кадра;

длину и тип кадра;

контрольную последовательность кадра (для обнаружения ошибок передачи).

Максимальный размер кадров Ethernet, начиная с поля MAC-адреса назначения и заканчивая проверочной последовательностью кадра, обычно оставляет 1518 байт, минимальный — 64 байта. Преамбула и начальный разделитель кадра обозначают начало кадра. Они не используются в расчете размера кадра. Не входящие в этот диапазон кадры принимающие хосты не обрабатывают. Помимо форматов, размеров и синхронизации кадра стандарты Ethernet определяют кодирование бит кадра при передаче по каналу. По медному кабелю биты передаются в виде электрических импульсов, по волоконно-оптическому кабелю — в виде световых импульсов.

Иерархическая, уровневая конструкция повышает эффективность, оптимизирует систему и увеличивает скорость. Она позволяет масштабировать сеть по мере необходимости, позволяя добавлять локальные сети, не снижая эффективности существующих.

Иерархическая структура включает три основных уровня:

· уровень доступа — соединяет хосты в локальной сети Ethernet;

· уровень распределения — соединяет небольшие локальные сети;

· уровень ядра — обеспечивает высокоскоростное соединение между устройствами уровня распределения.

В иерархической архитектуре необходима схема логической адресации, которая позволяет определить местоположение хоста. Наиболее распространенная схема адресации для Интернета — протокол IPv4. IPv6 — это протокол сетевого уровня, который в настоящее время реализуется в качестве замены IPv4. В обозримом будущем IPv4 и IPv6 будут сосуществовать. С этого момента в данном курсе термин IP будет использоваться для обозначения как IPv4, так и IPv6.

Физические и логические адреса

MAC-адрес хоста не меняется, физически присвоен сетевому адаптеру и известен как физический адрес. Он остается неизменным, независимо от расположения хоста в сети.

IP-адрес похож на адрес места жительства человека. Он называется логическим адресом, поскольку присваивается логически, в зависимости от местонахождения хоста. IP-адрес, или сетевой адрес, присваивает хосту сетевой администратор на основе характеристик локальной сети.

IP-адреса состоят из двух частей. Одна из них является идентификатором локальной сети. Сетевая часть IP-адреса общая у всех хостов в одной локальной сети. Вторая часть IP-адреса является идентификатором конкретного хоста. Относящаяся к хосту часть IP-адреса в одной локальной сети не повторяется.

Физический MAC-адрес и логический IP-адрес необходимы компьютеру для обмена данными в иерархической сети точно так же, как для отправки письма необходимы имя и адрес человека.

Уровни доступа, распределения, ядра

Уровень доступа

Уровень доступа соединяет устройства конечных пользователей с сетью и позволяет нескольким хостам подключаться к другим хостам через сетевое устройство, обычно коммутатор или точку доступа. Как правило, раздел сети в IP-адресе всех устройств одного и того же уровня доступа совпадает.

Если сообщение предназначено локальному хосту, оно остается на локальном уровне (это зависит от сетевой части IP-адреса). Если сообщение предназначено для другой сети, оно передается на уровень распределения. Коммутаторы обеспечивают связь с устройствами уровня распределения, обычно с маршрутизатором.

Уровень распределения

Уровень распределения соединяет разные сети и контролирует потоки информации между ними. Обычно коммутаторы этого уровня мощнее, чем на уровне доступа, а для маршрутизации данных между сетями используются маршрутизаторы. Устройства уровня распределения контролируют тип и объем трафика, передающегося с уровня доступа на уровень ядра.

Уровень ядра

Уровнем ядра называется высокоскоростной магистральный уровень с дублирующими (резервными) соединениями. На этом уровне большие объемы данных передаются между несколькими сетями. Обычно на уровне ядра находятся очень мощные, высокоскоростные коммутаторы и маршрутизаторы. Основная задача уровня ядра — быстрая передача данных.

Коммутаторы

Коммутатор Ethernet используется на уровне доступа. Когда хост отправляет сообщение другому хосту, подключенному к той же коммутируемой сети, коммутатор принимает и декодирует кадры, считывая физический (MAC) адрес сообщения.

В таблице коммутатора, которая называется таблицей MAC-адресов, находится список активных портов и MAC-адресов подключенных к ним хостов. Когда хосты обмениваются сообщениями, коммутатор проверяет, есть ли в таблице MAC-адрес. Если да, коммутатор устанавливает между портом источника и назначения временное соединение, которое называется канал.

Таблицы MAC -адресов

Если MAC-адреса назначения нет в таблице, коммутатор не может создать отдельный канал, поскольку не имеет соответствующей информации. Если коммутатор не может определить, где расположен конечный хост, он передает сообщение всем подключенным хостам, кроме хоста-отправителя. Для этого используется процесс, который называется лавинной рассылкой. Каждый хост сравнивает MAC-адрес назначения сообщения со своим MAC-адресом, но только тот хост, которому оно адресовано, обрабатывает сообщение и отвечает на него.

Как MAC-адрес нового хоста попадает в таблицу? Коммутатор строит таблицу MAC-адресов, проверяя MAC-адрес источника в каждом кадре, который проходит между хостами. Когда новый хост отправляет сообщение или отвечает на сообщение из массовой рассылки, коммутатор немедленно выясняет его адрес и порт, к которому он подключен. Таблица динамически обновляется каждый раз, как коммутатор считывает новый MAC-адрес источника. Таким образом он быстро узнает адреса всех подключенных хостов.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: