Компьютерные сети NET 101 Локальные сети технология Ethernet

Компьютерные сети (NET 101) Локальные сети: технология Ethernet

Содержание лекции Эволюция Ethernet Основы технологии Ethernet Коммутация в локальных сетях Общая шина и CSMA/CD Адресация и формат кадра Структуризация сети мостами и коммутаторами Алгоритм прозрачного моста Алгоритм покрывающего дерева * Виртуальные локальные сети * Краткий обзор стандартов Ethernet

Появление и эволюция Ethernet 2002 г. IEEE 802. 3 ae 2010 г. IEEE 802. 3 ba 1998 г. IEEE 802. 3 z 1995 г. IEEE 802. 3 u 1983 г. IEEE 802. 3 a Конец 1970 -х DIX Ethernet • 10 Мбит/с Gigabit Ethernet Fast Ethernet • 100 Мбит/с • 1000 Мбит/с 10 G Ethernet • 10 Гбит/с 40 G/100 G Ethernet • 40 Гбит/с • 100 Гбит/с

Ethernet и модель OSI Прикладной Стандарты IEEE 802 определяют реализацию функций двух нижних уровней модели OSI Представи тельский Для уровня звена данных вводят два подуровня: Управление логическим соединением (Logical Link Control, LLC) Управление доступом к среде (Media Access Control, MAC) Сеcсия Транспортный Сетевой Подуровень LLC Звено данных Подуровень MAC Физический Среда передачи IEEE 802. 2 IEEE 802. 3 Общие вопросы ЛВС IEEE 802. 1

Три фазы развития Ethernet Традиционный Один домен коллизий Узлы соединены коаксиальным кабелем Метод доступа CSMA/CD На концентраторах Один домен коллизий Метод доступа CSMA/CD Узлы подключены к концентратору (hub) витой парой Проще в сопровождении Коммутируемый (switched) CSMA/CD не нужен Домен коллизий ограничен связью SW-WS или SW-SW Простота сопровождения и высокая масштабируемость

Концентратор и коммутатор Концентратор (Hub) Прикладной Интерфейсное взаимодействие Коммутатор (Switch) Прикладной Представи тельский П Сеcсия С 7 Транспортный 6 Протокольное взаимодействие Сетевой T С Звено данных Repeater ЗД Физический Ф Ф 5 4 3 2 1 Прикладной Интерфейсное взаимодействие Прикладной Представи тельский П Сеcсия С 7 Транспортный 6 Протокольное взаимодействие T Сетевой Bridge С Звено данных ЗД ЗД Физический Ф Ф 5 4 3 2 1

Общая шина и доступ к среде Если несколько станций попытаются одновременно передать данные, то произойдёт коллизия Доступ к среде - CSMA/CD Станции разделяют среду передачи (Multiple Access) Узлы «слушают» линию и начинают передачу только если линия свободна (Carrier Sense) Во время передачи все станции следят не произойдёт ли коллизия (Collision Detect)

Формат кадра Ethernet (IEEE) Preamble, SFD, FCS обрабатываются физическим уровнем 6 -байтовые адреса узлов назначения и источника 2 байта типа или длины PAD – заполнитель до минимального размера поля данных – 46 байт Максимальный размер поля данных – 1504 байта

Адресация в Ethernet Плоская организация адресного пространства Длина адреса 6 байт (48 бит) Групповые адреса (G/I = 1) 3 старшие байта – уникальный идентификатор организации (OUI) 3 младшие байта – на усмотрение организации broadcast = FF: FF: FF: FF multicast – остальные Для удобства адреса принято записывать в hex, например BD: 75: CF: 5 F: 45: 7 A или bd 75. cf 5 f. 457 a OUI 1 й байт 10111101 2 й 01110101 11001111 G/I (group/individual) bit G/L (global/local) bit 3 й 4 й 01011111 5 й 01000101 6 й 01111010

Разновидности кадров Ethernet DIX (Ethernet II) 6 802. 3/LLC 6 6 2 46 -1500 1 1 46 -1497 4 Заголовок LLC Ethernet SNAP 6 6 2 1 1 0 x. AA 1 0 x 03 Заголовок LLC 3 2 000000 Заголовок SNAP 46 -1492 4

Коммутация в сетях

Коммутируемые сети Ethernet Предпосылки: Недостатки «общей шины» : Дефицит пропускной способности Плохая масштабируемость Решение: Проблема добавления новых узлов Малый диаметр сети (необходимо детектировать коллизию) Разбить большую сеть на сегменты (независимые домены коллизий) Средства: Мосты, коммутаторы

Мост (SWITCH, коммутатор) Домен коллизий 1 Домен коллизий 2 Мост сегментирует сеть, дробя домен коллизий Передачи внутри одного сегмента не влияют на передачи внутри другого Межсегментная передача осуществляется мостом

Прозрачный мост Стандарт IEEE 802. 1 d Принципы функционирования Захватывает кадры сегмента в неразборчивом режиме Пересылает кадры одного сегмента в другой по принципу «store and forward» Обучается: запоминает в каком сегменте находится узел с указанным адресом Реализует алгоритм покрывающего дерева и устранения петель

Обучение прозрачного моста Port 1 A B Port 2 C D Address A B C D E F | Port | 1 | 1 | 2 | 2 E F

Проблема петель Эффекты от возникновения петли: «Размножение» кадра Бесконечная циркуляция кадра Постоянная перестройка таблиц коммутации

Потоки трафика

Коммутация и сегментация сети

Таблица MAC-адресов

Домены широковещательной рассылки и коллизионные

Микросегментация

Типы коммутации Пересылка с буферизацией ü Коммутация без буферизации ü

Сквозная коммутация быстрая пересылка ü коммутация с исключением фрагментов ü

Резервирование в коммутируемой сети

Проблемы ü петли коммутации ü «шторм» широковещательных пакетов множественная передача кадров нестабильность базы данных MC-адресов ü ü