Канальный уровень. Стандарты формирования кадров Ethernet.

 

Канальный уровень обеспечивает связь между сетевым программным обеспечением и собственно сетевым оборудованием.

Одна из основных обязанностей канального уровня — добавление заголовков к пакетам и вставка разделителей между ними. Заголовки содержат информацию об адресах канального уровня и контрольные суммы, а разделители позволяют принимающей стороне определить, где заканчивается один пакет и начинается другой. Процесс добавления вспомогательных битов называется формированием кадров.

В десятимегабитных сетях Ethernet существует дна различных стандарта кадровой разбивки: DIX Ethernet II и IEEE 802.2 LLC SNAP. На серверах UNIX и в маршрутизаторах Cisco применяется первый стандарт, в сетях IPX и системах Novell — второй. Стандарты различаются несколькими полями в заголовке кадра, но они не конфликтуют друг с другом, поэтому принимаю­щее устройство может однозначно определить формат каждого пакета и соответствующим образом декодировать заголовок.

Выбор стандарта кадровой разбивки диктуется имеющейся сетевой платой и ее драйвером. На персональных компьютерах, работающих под управлением Windows, выбор можно делать самостоятельно, а в UNIX — обычно нет. С точки зрения UNIX оба стандарта прекрасно взаимодействуют. А вот в среде Windows компьютеры, расположенные в одной сети, но придерживаю­щиеся различных стандартов, не могут общаться друг с другом. Системному администратору обычно не приходится заниматься вопросами формирования кадров, если только не выполняется низкоуровневая отладка в смешанной сети.

Беспроводные сети

В спецификациях IEEE 802.11 (a, b, g, n, k) – Беспроводные локальные сети на основе радиосвязи (WLAN – Wireless LAN) – делается попытка описать стандарты кадровой разбивки и передачи сигналов для беспроводных сетей. К сожале­нию, спецификация является весьма нечеткой и включает ряд параметров, которые не были полностью определены. При взаимодействии разнородных сетей приходилось учитывать такие аспекты, как трансляция и инкапсуляция.

В случае трансляции пакет преобразуется из одной формы в другую, а при инкапсуляции он упаковывается в структуру требуемого формата. В среде Windows применяется инкапсуляция, а в UNIX — трансляция, поэтому базовые беспроводные станции должны конфигурироваться явным образом. Когда развертывается беспроводная сеть, нужно убедиться, что базовая станция и связанные с ней рабочие станции функционируют в одинаковом режиме.

Пользователи портативных компьютеров сталкиваются с другой пробле­мой, вызванной неоднозначностью спецификации 802.11. Беспроводные платы PCMCIA имеют энергосберегающий режим, несовместимый с некото­рыми базовыми станциями. По умолчанию он, естественно, включен.

22. 3. Максималь­ные единицы передачи.

 

Размер пакетов ограничивается как характеристиками аппаратных средств, так и требованиями протоколов. Например, объем полезного содержимого Ethernet-пакета не может превышать 1500 байтов.

Предельный размер пакета устанавливается на канальном уровне и называется максималь­ной единицей передачи (Maximum Transfer Unit, MTU). Типичные значения параметра MTU приведены в табл. 2.

 

Таблица 2. Максимальные размеры передаваемых блоков в сетях различных типов.

Тип сетевого соединения	Максимальный размер блока
Ethernet	1500 байтов
FDDI	4500 байтов
PPP	настраиваемый, обычно 512 или 576 байтов
ATM	54 байта
Спутниковые каналы	настраиваемый, обычно 1500 или 4500 байтов

 

Для ATM параметр MTU не вполне применим, так как сеть ATM расположена где-то на границе между физическим и канальным уровнями. Ячейка ATM обычно имеет размер 53 байта с 48-байтовым блоком данных, но в спецификации AAL/5 пакет может иметь размер до 216 байтов. Как правило, в обычном режиме параметр MTU равен 9180 байтов, а в режиме LANE (Local Area Network Emulation — эмуляция локальной сети) — 1500 байтов.

В TCP/IP протокол IP отвечает за разбивку пакета на фрагменты, чтобы их размер соответствовал требованиям конкретного сетевого соединения. Если пакет проходит через несколько сетей, в одной из них параметр MTU может оказаться меньшим, чем в исходной сети. В этом случае маршрутизатор подвергнет пакет дальнейшей фрагментации. Подобный процесс нежелателен, когда маршрутизатор сильно загружен.

Протокол TCP способен определить наименьшее значение MTU вдоль всего пути следования пакета и с самого начала разбить пакет в соответствии с этим значением.

Протокол UDP не выполняет данных функций и перекладывает всю ответственность на протокол IP.

В стандарте IPv6 промежуточные маршрутизаторы больше не могут выполнять фрагментацию пакетов: режим предварительного определения максимального размера блока является обязательным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, передача данных по компьютерным сетям осуществляется в форме пакетов, имеющих максимальный размер, определяемый ограничениями канального уровня. Размер пакетов ограничивается как характеристиками аппаратных средств, так и требованиями протоколов. Поскольку передача данных осуществляется по гетерогенным сетям с различными типами сетевых соединений, необходима предварительная фрагментация пакетов, чтобы размер соответствовал требованиям конкретного сетевого соединения.

Иногда проблема фрагментации оказывается достаточно коварной. На­пример, в виртуальной частной сети с туннельной архитектурой необходимо проверять размер пакетов, проходящий через туннель. Обычно их начальный размер — 1500 байтов, но когда к ним добавляется туннельный заголовок, размер пакетов становится равным примерно 1540 байтов, и уже требуется фрагментация. Уменьшение размера блока позволяет избежать фрагментации и повысить производительность сети.

В последнее время широкое распространение приобрели мультимедиа трансляции и видеоконференцсвязь. При использовании традиционной технологии пропускной способности существующих каналов хватает лишь для установления связи с очень ограниченным числом получателей. Групповая адресация снимает это ограничение и получателей может быть любое количество.

Графически данная схема маршрутизации представлена на рис.3.

 

Рис. 3. Схема маршрутизации Multicast.

 

Схема маршрутизации Unicast – однонаправленная (односторонняя) передача данных – подразумевает под собой передачу пакетов единственному (конкретному) адресату. Данная схема является прямым противопоставлением широковещательной схеме маршрутизации и является преимущественной схемой пакетной маршрутизации данных.

Графически данная схема маршрутизации представлена на рис.4.

Рис. 4. Схема маршрутизации Unicast.

 

Схема маршрутизации Geocast – маршрутизация в зависимости от географического положения – позволяет рассылать сообщения во все узлы в определенной географической области, используя географическую информацию вместо логических адресов узла.

Географический адрес выражен тремя способами: точка, круг (с точкой в центре и радиусом), и многоугольник (список точек, например, T (1),T (2), …, (1) T n −, () T n, (1) T). Точка представлена географическими координатами (широта и долгота). Когда сообщение будет направлено по адресу – многоугольник или круг, каждый узел в пределах географической области многоугольника/круга получит сообщение.

Географический маршрутизатор (GeoRouter) вычисляет свою зону действия (определенная географическая область). Эта зона действия ограничена единственным закрытым многоугольником. Географические маршрутизаторы обмениваются информацией между прилегающими зонами многоугольников для построения таблиц маршрутизации. Этот подход позволяет построить иерархическую структуру состоящую из маршрутизаторов GeoRouters. Конечные пользователи могут свободно передвигаться в сети.

Графически данная схема маршрутизации представлена на рис.5.

Рис. 5. Схема маршрутизации Geocast.