Какой вид имеет формат кадра

Какой вид имеет формат кадра

Описание технологии Ethernet

Форматы кадров Ethernet

Данные, передаваемые в сети Ethernet, разбиты на кадры. Напомним, что практически каждой сетевой технологии (независимо от её уровня) соответствует единица передачи данных : Ethernet — кадр, АТМ — ячейка, IP — дейтаграмма и т.д. Данные по сети в чистом виде не передаются. Как правило, к единице данных «пристраевается» заголовок. В некоторых сетевых технологиях добавляется также окончание. Заголовок и окончание несут служебную информацию и состоят из определённых полей.

Так как существует несколько типов кадров,то для того, чтобы понять друг друга, отправитель и получатель должны использовать один и тот же тип кадров. Кадры могут быть четырёх разных форматов, несколько отличающихся друг от друга. Базовых форматов кадров (raw formats) существует всего два — Ethernet II и Ethernet 802.3. Эти форматы отличаются назначением всего одного поля.

Для успешной доставки информации получателю каждый кадр должен кроме данных содержать служебную информацию : длину поля данных, физические адреса отправителя и получателя, тип сетевого протокола и т.д.

Большинство сетевых администраторов не уделяет должного внимания типам кадров Ethernet, а это может явиться источником проблем. Например, если клиентское сетевое программное обеспечение настроено на неверный тип кадра, то пользователь не сможет взаимодействовать с сервером. За типом кадра приходится особенно внимательно следить в сетях Nowell NetWare, так как в новых версиях этой операционной системы тип кадра по умолчанию был изменён с 802.3 на 802.2. Кроме того, в корпоративных сетях применяются устройства от нескольких поставщиков, базирующихся на разных протоколах взаимодействия и использующих различные типы кадров.

Для того, чтобы рабочие станции имели возможность взаимодействовать с сервером в одном сегменте сети, они должны поддерживать единый формат кадра. Существует четыре основных разновидности кадров Ethernet :

• Ethernet Type II
• Ethernet 802.3
• Ethernet 802.2
• Ethernet SNAP (SubNetwork Access Protocol).

Рассмотрим поля, общие для всех четырёх типов кадров (рис. 1).

Рис. 1. Общий формат кадров Ethernet

Поля в кадре имеют следующие значения :

• Поля «Преамбула» и «Признак начала кадра» предназначены для синхронизации отправителя и получателя. Преамбула представляет собой 7 — байтовую последовательность единиц и нулей. Поле признака начала кадра имеет размер 1 байт. Эти поля не принимаются в расчёт при вычислении длины кадра.
• Поле «Адрес получателя» состоит из 6 байт и содержит физический адрес устройства в сети, которому адресован данный кадр. Значения этого и следующего поля являются уникальными. Каждому производителю адаптеров Ethernet назначаются первые три байта адреса, а оставшиеся три байта определяются непосредственно самим производителем. Например, для адаптеров фирмы 3Com физические адреса будут начинаться с 0020AF. Первый бит адреса получателя имеет специальное значение. Если он равен 0, то это адрес конкретного устройства (только в этом случае первые три байта служат для идентификации производителя сетевой платы), а если 1 — широковещательный. Обычно в широковещательном адресе все оставшиеся биты тоже устанавливаются равными единице (FF FF FF FF FF FF).
• Поле «Адрес отправителя» состоит из 6 байт и содержит физический адрес устройства в сети, которое отправило данный кадр. Первый бит адреса отправителя всегда равен нулю.
• Поле «Длина/тип» может содержать длину или тип кадра в зависимости от используемого кадра Ethernet. Если поле задаёт длину, она указывается в двух байтах. Если тип — то содержимое поля указывает на тип протокола верхнего уровня, которому принадлежит данный кадр. Например, при использовании протокола IPX поле имеет значение 8137, а для протокола IP — 0800.
• Поле «Данные» содержит данные кадра. Чаще всего — это информация, нужная протоколам верхнего уровня. Данное поле не имеет фиксированной длины.
• Поле «Контрольная сумма» содержит результат вычисления котрольной суммы всех полей, за исключением перамбулы, признака начала кадра и самой контрольной суммы. Вычисление выполняется отправителем и добавляется в кадр. Аналогичная процедура вычисления выполняется и на устройстве получателя. В случае, если результат вычисления не совпадает со значением данного поля, предполагается, что произошла ошибка при передаче. В этом случае кадр считается испорченным и игнорируется.

Следует отметить, что минимальная допустимая длина всех четырёх типов кадров Ethernet составляет 64 байта, а максимальная — 1518 байт. Так как на служебную информацию в кадре отводится 18 байт, то поле «Данных» может иметь длину от 46 до 1500 байт. Если передаваемые по сети данные меньше допустимой минимальной длины, кадр будет автоматически дополняться до 46 байт. Столь жёсткие ограничения на минимальную длину кадра ввдены для обеспечения нормальной работы механизма обнаружения коллизий.

Рассмотрим более подробно форматы кадров разных типов. Тип кадра Ethernet II используется многими протоколами верхнего уровня, такими как IPX, TCP/IP и Apple Talk. Данный тип кадра был разработан фирмами DEC, Intel и Xerox. Необходимо учитывать, что хотя данный тип кадра является наиболее широко используемым, он не одобрен организациями ISO и IEEE. Формат данного типа кадра отличается от рассмотренного выше только тем, что в поле «Длина/тип» всегда указывается тип протокола.

Сетевые операционные системы Nowell NetWare 2.x и 3.x (за исключением 3.12) по умолчанию используют кадры Ethernet 802.3. Хотя в названии этого кадра есть упоминание комитета IEEE, последний не имел никакого отношения к его разработке.

Данный тип кадра не содержит никакой информации о протоколе. Поле «Длина/тип» всегда указывает длину кадра. В результате нет стандартных методов идентификации сетевого протокола, которому принадлежит данный кадр. Однако, только в соответствии с концепцией фирмы Nowell, только протокол IPX может использоваться с данным типом кадров. Разработана специальная последовательность действий для определения того, что именно протокол IPX был инкапсулирован в кадр данного типа :

1. Проверяется поле «Длина/тип». Если оно содержит значение от 0 до 1518 (05ЕЕ), то данное поле определяет длину кадра, а не тип протокола (то есть это кадр 802.3, в противном случае — кадр Ethernet II).
2. Проверяются два байта, следующие за полем «Длина/тип». Если они содержат FFFF, это означает, что кадр принадлежит протоколу IPX, так как заголовок этого протокола всегда начинается с FFFF.

В результате стандартизации сетей Ethernet подкомитетом IEEE 802.3 появился кадр Ethernet 802.2. Этот кадр является базовым для операционных систем Nowell NetWare версий 3.12 и 4.х. В данном типе кадра сразу за адресом отправителя следует поле длины, имеющее такое же назначение. Кроме того, этот тип кадра содержит несколько дополнительных полей, рекомендованных подкомитетом IEEE 802.3. Эти поля распологаются за полем «Длина/тип» и имеют следующее назначение :

• Поле «DSAP» указывает на используемый получателем протокол сетевого уровня. Размер поля составляет 1 байт (один бит в нём зарезервирован). Для протокола IPX значение поля равно Е0, для протоколов IP — 06, для NetBIOS — F0.
• Поле «SSAP» указывает на используемый отправителем протокол сетевого уровня. Размер данного поля составляет 1 байт (один бит зарезервирован). Обычно значение данного поля совпадает со значением поля DSAP.
• Поле «Контроль» указывает на тип сервиса, требуемый для сетевого протокола. Размер данного поля составляет 1 байт. Сетевая операционная система Nowell NetWare устанавливает значение данного поля в 03.

Формат кадра Ethernet 802.2 имеет некоторые недостатки, в частности, он содержит нечётное число байтов служебной информации. Это не совсем удобно для работы большинства сетевых устройств. Кроме того, для идентификации протокола сетевого уровня отводится 7 бит,что позволяет поддерживать «всего» 128 различных протоколов. Кадр Ethernet SNAP, являющийся дальнейшим развитием Ether n et 802.2, содержит следующие дополнительные поля (рис. 2) :

• Поле «Код организации» имеет длину 3 байта и указывает на код конкретной организации (фирмы), которая присвоила значение поля «Идентификатор протокола». Если значение поля равно 000000 (а это так практически всегда, за исключением сетей Apple Talk), то поле «Идентификатор протокола» содержит значение, которое обычно помещается в поле «Длина/тип», то есть идентификатор протокола верхнего уровня.
• Поле «Идентификатор протокола» имеет длину два байта и идентифицирует протокол верхнего уровня, инкапсулированный в поле «Данные» кадра. При использовании протокола IPX это поле содержит значение 8137.

В совокупности эти два поля составляют дополнительное пятибайтовое поле для идентификации протокола.Это было сделано для увеличения числа поддерживаемых протоколов.

Формат кадра

Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

• Первоначальный Version I (больше не применяется).
• Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет.

Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II

• Novell—внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
• Кадр IEEE 802.2 LLC.
• Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
• Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packardиспользовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту100VG-AnyLAN.

В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Qдля идентификацииVLAN, к которой он адресован, иIEEE 802.1pдля указания приоритетности. Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU. Билет 5.

5. Поясните смысл сегментации локальной сети. Проиллюстрируйте механизм самообучения коммутатора и процесс прохождения кадра через коммутатор.

Ограничения сети, построенной на общей разделяемой среде При построении небольших сетей, состоящих из 10-30 узлов, использование стандартных технологий на разделяемых средах передачи данных приводит к экономичным и эффективным решениям. Во всяком случае, это утверждение справедливо для очень большого числа сегодняшних сетей, даже тех, в которых передаются большие объемы мультимедийной информации, — появление высокоскоростных технологий со скоростями обмена 100 и 1000 Мбит/с решает проблему качества транспортного обслуживания таких сетей. Эффективность разделяемой среды для небольшой сети проявляется в первую очередь в следующих свойствах:

• простой топологии сети, допускающей легкое наращивание числа узлов (в небольших пределах);
• отсутствии потерь кадров из-за переполнения буферов коммуникационных устройств, так как новый кадр не передается в сеть, пока не принят предыдущий — сама логика разделения среды регулирует поток кадров и приостанавливает станции, слишком часто генерирующие кадры, заставляя их ждать доступа;
• простоте протоколов, обеспечившей низкую стоимость сетевых адаптеров, повторителей и концентраторов.

Однако справедливым является и другое утверждение — крупные сети, насчитывающие сотни и тысячи узлов, не могут быть построены на основе одной разделяемой среды даже такой скоростной технологии, как Gigabit Ethernet. И не только потому, что практически все технологии ограничивают количество узлов в разделяемой среде; все виды семейства Ethernet — 1024 узлами, Token Ring — 260 узлами, a FDDI — 500 узлами. Даже сеть средних размеров, состоящая из 50-100 компьютеров и укладывающаяся в разрешенный максимум количества узлов, чаще всего будет плохо работать на одной разделяемой среде. Основные недостатки сети на одной разделяемой среде начинают проявляться при превышении некоторого порога количества узлов, подключенных к разделяемой среде, и состоят в следующем. Даже та доля пропускной способности разделяемого сегмента, которая должна в среднем доставаться одному узлу (то есть, например, 10/N Мбит/с для сегмента Ethernet с N компьютерами), очень часто узлу не достается. Причина заключается в случайном характере метода доступа к среде, используемом во всех технологиях локальных сетей. Наиболее тяжелые условия для узлов сети создает метод доступа CSMA/CD технологии Ethernet, но и в других технологиях, таких как Token Ring или FDDI, где метод доступа носит менее случайный характер и даже часто называется детерминированным, случайный фактор доступа к среде все равно присутствует и оказывает свое негативное влияние на пропускную способность, достающуюся отдельному узлу. На рис. 4.14 показана зависимость задержек доступа к среде передачи данных в сетях Ethernet, Token Ring и FDDI от коэффициента использования сети р, который также часто называют коэффициентом нагрузки сети. Напомним, что коэффициент использования сети равен отношению трафика, который должна передать сеть, к ее максимальной пропускной способности. Для сети Ethernet максимальная пропускная способность равна 10 Мбит/с, а трафик, который она должна передать, равен сумме интенсивностей трафика, генерируемого каждым узлом сети. Коэффициент использования обычно измеряют в относительных единицах или процентах. Как видно из рисунка, всем технологиям присущ экспоненциальный рост величины задержек доступа при увеличении коэффициента использования сети, отличается только порог, при котором наступает резкий перелом в поведении сети, когда почти прямолинейная зависимость переходит в крутую экспоненту. Для всего семейства технологий Ethernet это 40-50 %, для технологии Token Ring — 60 %, а технологии FDDI— 70%. Рис. 4.14. Задержки доступа к среде передачи данных для технологий Ethernet, Token Ring и FDDI Количество узлов, при которых коэффициент использования сети начинает приближаться к опасной границе, зависит от типа функционирующих в узлах приложений. Если раньше для сетей Ethernet считалось, что 30 узлов — это вполне приемлемое число для одного разделяемого сегмента, то сегодня для мультимедийных приложений, перекачивающих большие файлы данных, эту цифру нужно уточнять с помощью натурных или имитационных экспериментов. Влияние задержек и коллизий на полезную пропускную способность сети Ethernet хорошо отражает график, представленный на рис. 4.15. Рис. 4.15. Зависимость полезной пропускной способности сети Ethernet от коэффициента использования При загрузке сети до 50 % технология Ethernet на разделяемом сегменте хорошо справляется с передачей трафика, генерируемого конечными узлами. Однако при повышении интенсивности генерируемого узлами трафика сеть все больше времени начинает проводить неэффективно, повторно передавая кадры, которые вызвали коллизию. При возрастании интенсивности генерируемого трафика до такой величины, когда коэффициент использования сети приближается к 1, вероятность столкновения кадров настолько увеличивается, что практически любой кадр, который какая-либо станция пытается передать, сталкивается с другими кадрами, вызывая коллизию. Сеть перестает передавать полезную пользовательскую информацию и работает «на себя», обрабатывая коллизии. Этот эффект хорошо известен на практике и исследован путем имитационного моделирования, поэтому сегменты Ethernet не рекомендуется загружать так, чтобы среднее значение коэффициента использования превосходило 30 %. Именно поэтому-во многих системах управления сетями пороговая граница для индикатора коэффициента загрузки сети Ethernet по умолчанию устанавливается на величину 30 %. Технология Ethernet наиболее чувствительна к перегрузкам разделяемого сегмента, но и другие технологии также весьма страдают от этого эффекта, поэтому ограничения, связанные с возникающими коллизиями и большим временем ожидания доступа при значительной загрузке разделяемого сегмента, чаще всего оказываются более серьезными, чем ограничение на максимальное количество узлов, определенное в стандарте из соображений устойчивой передачи электрических сигналов в кабелях. В результате даже сеть средних размеров трудно построить на одном разделяемом сегменте так, чтобы она работала эффективно при изменении интенсивности генерируемого станциями трафика. Кроме того, при использовании разделяемой среды проектировщик сети сталкивается с жесткими ограничениями максимальной длины сети, которые для всех технологий лежат в пределах нескольких километров, и только технология FDDI позволяет строить локальные сети, длина которых измеряется десятками километров. Преимущества логической структуризации сети Ограничения, возникающие из-за использования общей разделяемой среды, можно преодолеть, разделив сеть на несколько разделяемых сред и соединив отдельные сегменты сети такими устройствами, как мосты, коммутаторы или маршрутизаторы (рис. 4.16). Перечисленные устройства передают кадры с одного своего порта на другой, анализируя адрес назначения, помещенный в этих кадрах. (В отличие от концентраторов, которые повторяют кадры на всех своих портах, передавая их во все подсоединенные к ним сегменты, независимо от того, в каком из них находится станция назначения.) Мосты и коммутаторы выполняют операцию передачи кадров на основе плоских адресов канального уровня, то есть МАС-адресов, а маршрутизаторы — на основе номера сети. При этом единая разделяемая среда, созданная концентраторами (или в предельном случае — одним сегментом кабеля), делится на несколько частей, каждая из которых присоединена к порту моста, коммутатора или маршрутизатора. Говорят, что при этом сеть делится на логические сегменты или сеть подвергается логической структуризации. Логический сегмент представляет собой единую разделяемую среду. Деление сети на логические сегменты приводит к тому, что нагрузка, приходящаяся на каждый из вновь образованных сегментов, почти всегда оказывается меньше, чем нагрузка, которую испытывала исходная сеть. Следовательно, уменьшаются вредные эффекты от разделения среды: снижается время ожидания доступа, а в сетях Ethernet — и интенсивность коллизий. Некоторые производители применяют в своих коммутаторах приемы управления потоком кадров, отсутствующие в стандартах протоколов локальных сетей, для предотвращения потерь кадров при перегрузках. Рис. 4.13. Чередование передач кадров при обмене данными через коммутатор На рисунке 4.13 приведен пример обмена кадрами между коммутатором и портом сетевого адаптера компьютера в режиме пиковой загрузки коммутатора. Коммутатор не успевает передавать кадры из буфера передатчика T_x, так как при нормальном полудуплексном режиме работы передатчик должен часть времени простаивать, ожидая, пока приемник не примет очередной кадр от компьютера. Так как потери, даже небольшой доли кадров, обычно намного снижают полезную производительность сети, то при перегрузке коммутатора рационально было бы замедлить интенсивность поступления кадров от конечных узлов в приемники коммутатора, чтобы дать возможность передатчикам разгрузить свои буфера с более высокой скоростью. Алгоритм чередования передаваемых и принимаемых кадров (frame interleave) должен быть гибким и позволять компьютеру в критических ситуациях на каждый принимаемый кадр передавать несколько своих, причем не обязательно снижая при этом интенсивность приема до нуля, а просто уменьшая ее до необходимого уровня. Для реализации такого алгоритма в распоряжении коммутатора должен быть механизм снижения интенсивности трафика подключенных к его портам узлов. У некоторых протоколов локальных сетей, таких как FDDI, Token Ring или 100VG-AnyLAN имеется возможность изменять приоритет порта и тем самым давать порту коммутатора преимущество перед портом компьютера. У протоколов Ethernet и Fast Ethernet такой возможности нет, поэтому производители коммутаторов для этих очень популярных технологий используют два приема воздействия на конечные узлы. Эти приемы основаны на том, что конечные узлы строго соблюдают все параметры алгоритма доступа к среде, а порты коммутатора — нет. Первый способ «торможения» конечного узла основан на так называемом агрессивном поведении порта коммутатора при захвате среды после окончания передачи очередного пакета или после коллизии. Эти два случая иллюстрируются рисунком 4.14. Рис. 4.14. Агрессивное поведение коммутатора при перегрузках буферов В первом случае коммутатор окончил передачу очередного кадра и вместо технологической паузы в 9.6 мкс сделал паузу в 9.1 мкс и начал передачу нового кадра. Компьютер не смог захватить среду, так как он выдержал стандартную паузу в 9.6 мкс и обнаружил после этого, что среда уже занята. Во втором случае кадры коммутатора и компьютера столкнулись и была зафиксирована коллизия. Так как компьютер сделал паузу после коллизии в 51.2 мкс, как это положено по стандарту (интервал отсрочки равен 512 битовых интервалов), а коммутатор — 50 мкс, то и в этом случае компьютеру не удалось передать свой кадр. Коммутатор может пользоваться этим механизмом адаптивно, увеличивая степень своей агрессивности по мере необходимости. Второй прием, которым пользуются разработчики коммутаторов — это передача фиктивных кадров компьютеру в том случае, когда у коммутатора нет в буфере кадров для передачи по данному порту. В этом случае коммутатор может и не нарушать параметры алгоритма доступа, честно соревнуясь с конечным узлом за право передать свой кадр. Так как среда при этом равновероятно будет доставаться в распоряжение то коммутатору, то конечному узлу, то интенсивность передачи кадров в коммутатор в среднем уменьшится вдвое. Такой метод называется методом обратного давления (backpressure). Он может комбинироваться с методом агрессивного захвата среды для большего подавления активности конечного узла. Метод обратного давления используется не для того, чтобы разгрузить буфер процессора порта, непосредственно связанного с подавляемым узлом, а разгрузить либо общий буфер коммутатора (если используется архитектура с разделяемой общей памятью), либо разгрузить буфер процессора другого порта, в который передает свои кадры данный порт. Кроме того, метод обратного давления может применяться в тех случаях, когда процессор порта не рассчитан на поддержку максимально возможного для протокола трафика. Один из первых примеров применения метода обратного давления как раз связан с таким случаем — метод был применен компанией LANNET в модулях LSE-1 и LSE-2, рассчитанных на коммутацию трафика Ethernet с максимальной интенсивностью соответственно 1 Мб/с и 2 Мб/с. Билет 6. Проиллюстрируйте проблемы петлевой топологии устройствL2 уровня и объясните назначение и работу протокола распределенного связующего дерева (STP).Проблемы петлевой конфигурации. Петли, а значит, и парал- лельные пути в локальных Ethernet-сетях (LANs), являются причи-ной бесконечного движения по кругу: – кадров с неизвестным мосту МАС-адресом назначения; – широковещательных кадров; – Unicast-кадров в фазе наводнения (Flooding). Параллельные пути в более сложной топологии приводят к широковещательному штурму, переполнению всех буферных ресурсов и стагнатации LANs. Причины возникновения физических петель: – намеренная попытка повысить надежность сети за счет из-быточных соединений; – ошибка администратора сети. L2-петли доставляют намного больше проблем, чем L3-петли маршрутизации, так как IP-пакет уничтожается роутером при дос-тижении времени жизни пакета TTL = 0, а Ethernet-кадр циркули-рует в сети до тех пор, пока принудительно не будет отключено питание моста или не возникнут неисправности канала. Назначение STP. Протокол связующего дерева STP (Spanning Tree Protocol, IEEE 802.3D) позволяет мостам общаться между со-бой протокольными блоками данных BPDU (Bridge Protocol Data Units) с групповым МАС-адресом назначения для приведения LANs с множественными связями к древовидной топологии, ис-ключающей циклы движения кадров. Происходит это путем авто-матического логического блокирования избыточных в данный мо-мент портов на каждом мосте. Основное преимущество STP – можно построить LANs, в ко-торой существует несколько параллельных путей, однако при этом гарантировать, что: – резервные пути прохождения трафика при нормальном функционировании основного пути заблокированы; – один из резервных путей автоматически активизируется при нарушении основного пути. Главный недостаток STP – избыточные линии или избыточные сетевые компоненты не могут использоваться для балансирования загрузки. Сервис STP согласно IEEE 802.3D: – Конфигурирует произвольную топологию Bridge LAN в единственное распределенное связующее дерево. При наличии более одного пути для кадров между любыми двумя оконечными станциями все избыточные пути отключаются, таким образом устраняются циклы кадров. – Предусматривает автоматическую отказоустойчивость посредством реконфигурации топологии распределенного связующего дерева в результате неисправности моста или неисправности в канале связи в пределах границ LAN без формирования циклов текущих данных. – Распределенное связующее дерево образуется в LAN любой размерности с высокой вероятностью и за известный ограниченный интервал времени сходимости (конвергенции) протокола STP. В течение этого времени могут быть недоступны связи между любой парой оконечных станций. – Активная топология предсказуема и воспроизводима. Активная топология может быть выбрана посредством управления параметрами алгоритма STP. – Используемая STP-протоколом полоса пропускания каналов при установлении и поддержании распределенного связующего дерева использует малый процент от полной располагаемой полосы пропускания. Пример работы STP Этап 1. Выбор корневого моста. Представлен на рис. 1.5. Рис. 1.5. Выбор корневого моста

… Фрагмент BPDU-сообщения
Root ID – BID корневого моста		→ Какой мост имеет статус корневого
моста?
Root path cost – корневая стои-		→ Каково	расстояние	до	корневого
мость	моста?
Sender ID – BID моста отправи-		→ Каков	BID моста	отправителя
теля	BPDU?
Port Identifier –	идентификатор	→ С какого порта было				отправлено
порта	BPDU?

Процесс корневой борьбы: – BPDU-сообщения стандартно отправляются каждые 2 с; – сначала мосты в поля Root ID и Sender ID подставляют соб-ственные значения BID; каждый мост в поле Root ID сохраняет лучшее из BPDU, полученных на каждый порт. Каждый приходящий BPDU сравни-вается с ранее сохраненным. Если полученный BPDU более при-емлем, то новое сообщение заменяет ранее записанное; – мосты определяют, что наименьший BID у моста Cat-A, по-этому Cat-A становится корневым. Этап. 2. Выбор корневых портов. Представлен на рис. 1.6. Рис. 1.6. Выбор корневых портов Процесс выбора корневых портов: – Cat-А (корневой мост) отправляет сообщения BPDU c корневой стоимостью, равной 0, через все порты; – RPC Cat-A = 0. – получив такое BPDU, мост Cat-В добавляет к значению корневой стоимости значение стоимости порта 1/1, равное для FE числу 19: RPC Cat-B = RPC Cat-А + Path COST Cat-B = 0 + 19 = 19; Cat-B отправляет BPDU с RPC Cat-B = 19 через другие порты. – BPDU от моста Cat-B получает мост Cat-C на порту 1/2

• рассчитывает:

RPC Cat-С (1/2) = RPC Cat-B + Path COST Cat-C (1/2) = 19 +19 = 38; – с другой стороны на порт 1/1 Cat-C от корневого моста при-ходят сообщения со значением стоимости, равным 0, и затем мост Cat-C увеличивает ее на 19: RPC Cat-С (1/1) = RPC Cat-A + Path COST Cat-C (1/1) = 0 +

• 19 =19;

– мост Cat-C выберет порт 1/1 в качестве корневого со значе- нием RPC = 19; – мост Cat-C отправляет BPDU с RPC Cat-С = 19 через другие порты. Мост Cat-B выполняет аналогичные вычисления: стоимость пу-ти от корневого моста до порта 1/1 устройства Cat-B равняется 19, в то время как стоимость пути от порта 1/2 моста Cat-B равняется 38, поэтому порт 1/1 становится корневым для коммутатора Cat-B. Этап 3. Выбор назначенных портов. Представлен на рис. 1.7. Рис. 1.7. Выбор назначенных портов Процесс выбора назначенных портов – Сегмент 1 имеет подключения по двум портам:

1. порт 1/1 Cat-A и порт 1/1 Cat-B;

1. порт 1/1 Cat-A имеет меньшую корневую стоимость, по-этому становится назначенным.

– Сегмент 2 имеет подключения также по двум портам:

1. порт 1/2 Cat-A и порт 1/1 Cat-С;

1. порт 1/2 Cat-A имеет меньшую корневую стоимость и он становится назначенным;

– Сегмент 3 подключен к двум коммутаторам, имеющим оди-наковое значение корневой стоимости, равное 19. В такой ситуа-ции срабатывает «Алгоритм принятия решения» протокола STP: по наименьшему идентификатору корневого моста (Root BID); по наименьшей стоимости маршрута к корневому мосту (RPC); по наименьшему идентификатору моста-отправителя (BID); по наименьшему идентификатору порта (Port ID). Выбор назначенного порта в сегменте 3: – Cat-B и Cat-C не корневые, поэтому переходим к 2. – Cat-B и Cat-C имеют одинаковые значения стоимости, рав-ные 19, поэтому переходим к 3. Идентификатор коммутатора Cat-B (32768.ВВ-ВВ-ВВ-ВВ-ВВ-ВВ) меньше, чем идентификатор коммутатора Cat-C (32768.CC-CC-CC-CC-CC-CC), поэтому: – порт 1/2 коммутатора Cat-B становится назначенным для сегмента 3; – порт 1/2 коммутатора Cat-C получает статус блокированно-го (неназначенного) порта. Билет 9. Классовая модельIP-адресации. Назначение специальныхIPадресов. Кто распределяетIP-адресное пространство в Интернет? IP-адрес – идентификатор Интернета, информирующий о том, как достигнуть сетевой локализации через маршрутизирующую систему Интернета (СПД). IPv4: 32-битовое число (4 байта). Байты пишутся в десятич-ной форме, разделяются точками. Пример: 172.16.58.7. В IPv4 мо-гут быть 4 миллиарда различных хост-адресов (2 32 ). IPv6: 128-битовое число (16 байт). Пишется в шестнадцате-рично-десятичной нотации. Пример : 2001:0503:0C27:0000:0000: 0000:0000:0000. В IPv6 могут быть 16 миллиардов различных сете-вых адресов (2 128 ). Назначение IP-адреса: – необходим для маршрутизации в Интернете; – является конечным «Общественным ресурсом»; не находя-щийся в собственности пользователя адрес. Не свойство. Не может быть куплен, продан, передан. Предоставляется на непостоянной основе для использования. Возвращается, когда больше не требу-ется; Иерархическая организация IP-адресов. IP-адрес позволяет рассматривать группы адресов (сеть/под-сеть) как единое целое до тех пор, пока не потребуется определить адрес индивидуального узла (порт хоста). Иллюстрация IPv4 (рис. 3.2): – Адрес сети – 172.16.0.0/16, где «/xx» – количество старших бит, используемых для нумерации сети и называемых префиксом сети. – Адрес подсети – 172.16.14.0/24 в сети 172.16.0.0/16. – Адрес хоста/порта – 172.16.14.15 в сети 172.16.0.0/16 (и подсети 172.16.14.0/24). Пример работы IP-адресаРис. 3.2. Маршрутизация в Интернете Кто распределяет IP-адреса Региональные интернет-регистратуры (Regional Internet Registry – RIR) – организации, занимающиеся вопросами адреса-ции и маршрутизации в Интернете. На 2006 год существуют пять RIR (рис. 3.3):

1. American Registry for Internet Numbers (ARIN) для Северной Америки.
2. RIPE Network Coordination Centre (RIPE NCC) для Европы,

Ближнего Востока и Центральной Азии.

1. Asia-Pacific Network Information Centre (APNIC) для Азии и Тихоокеанского региона.
2. Latin American and Caribbean Internet Addresses Registry (LACNIC) для Латинской Америки и Карибского региона.

1. African Network Information Centre (AfriNIC) для Африки.

IP-адрес состоит из двух логических частей – номера сети и номера узла в сети. Значения первых битов адреса определяют границу логических частей и класс IP-адреса. На рис. 3.5 показана структура IP-адреса разных классов. Рис. 3.5. Структура IP-адреса Несколько адресов во всех классах зарезервированы для спе-циальных целей. Распределение специальных IP-адресов:

Диапазон адресов	Назначение
0.0.0.0	Неизвестная сеть ( сеть по умолчанию)
10.0.0.0–10.255.255.255	Зарезервировано для частных сетей
	(RFC1918)
127.0.0.1–127.255.255.255		Зарезервировано для локальных адресов
типа «петля»
172.16.0.0–172.31.255.255	Зарезервировано для частных сетей
	(RFC1918)
192.168.0.0–192.168.255.255		Зарезервировано для частных сетей
	(RFC1918)
255.255.255.255		Широковещательный адрес

Поскольку адрес 0.0.0.0 класса А не является нормальным, то реально в сетях класса А доступно 127 = (2 7 – 1) адресов. Рассмотрим пример сети класса B:

Номер сети	Номер узла	Комментарий
172.17	0.0	IP-адрес сети
172.17	0.1	Первый IP-адрес хоста в этой сети
172.17	0.2	Второй IP-адрес хоста в этой сети

1. 255.254 Последний IP-адрес хоста в этой сети

172.17	255.255	Направленный широковещательный IP-адрес
для этой сети

Поэтому максимально возможное значение числа IP-адресов для назначения их хостам уменьшено на 2. Билет 10. Бесклассовая адресация (англ. Classless Inter-Domain Routing, англ. CIDR) — метод IP-адресации, позволяющий гибко управлять пространствомIP-адресов, не используя жёсткие рамкиклассовой адресации. Использование этого метода позволяет экономно использовать ограниченный ресурс IP-адресов, поскольку возможно применение различных масок подсетей к различным подсетям. Диапазоны адресов IP-адрес является массивом бит. Принцип IP-адресации — выделение множества (диапазона, блока, подсети) IP-адресов, в котором некоторые битовые разряды имеют фиксированные значения, а остальные разряды пробегают все возможные значения. Блок адресов задаётся указанием начального адреса и маски подсети. Бесклассовая адресация основывается на переменной длине маски подсети (англ.variablelengthsubnetmask, VLSM), в то время, как в классовой (традиционной) адресации длина маски строго фиксирована 0, 1, 2 или 3 установленными октетами. Пример подсети 192.0.2.32/27 в бесклассовой записи:

Октеты IP-адреса	192									0									2									32
Биты IP-адреса	1	1	0	0	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	1	0	0		0	1	0	0	0	0	0
Биты маски подсети	1	1	1	1	1	1	1	1	1		1	1	1	1	1	1	1	1		1	1	1	1	1	1	1	1		1	1	0	0	0	0	0
Октеты маски подсети	255									255									255									224

В данном примере видно, что в маске подсети 27 бит слева выставлены в единицу. В таком случае говорят о длине префикса подсети в 27 бит и указывают через косую черту (знак /) после базового адреса. Пример записи IP-адреса 172.16.0.1/12 с применением бесклассовой адресации:

Октеты IP-адреса	172									16									0									1
Биты IP-адреса	1	0	1	0	1	1	0	0	0		0	0	1	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	1
Биты маски подсети	1	1	1	1	1	1	1	1	1		1	1	1	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0	0		0	0	0	0	0	0	0
Октеты маски подсети	255									240									0									0

Множество всех адресов соответствует нулевой маске подсети и обозначается /0, а конкретный адрес IPv4— маске подсети с длиной префикса в 32 бита, обозначаемой /32. Для упрощения таблиц маршрутизации можно объединять блоки адресов, указывая один большой блок вместо ряда мелких. Например, 4 смежные сети класса C (4 × 255 адресов, маска 255.255.255.0 или /24) могут быть объединены, с точки зрения далёких от них маршрутизаторов, в одну сеть /22. И напротив, сети можно разбивать на более мелкие подсети, и так далее. Стандартом принята маска в виде непрерывной последовательности единиц и непрерывной последовательности нулей. Только для таких масок получающиеся множества IP-адресов будут смежными. Однако, также широко распространены обратные маски (invers mask, wildcard mask), которые не обязаны содержать подряд идущие единицы или нули. Обратная маска используется для формирования правил ACL. Variable-Length Subnet Masking используется для объединение подсетей в более крупную сеть (например, 192.168.1.0/24 и 192.168.2.0/24 можно объединить в 1 подсеть 192.168.0.0/16) нельзя рассматривать без понятия бесклассовая маршрутизация. VLSM дает более эффективное использование адресного пространства Изначально необходимо решить, хотите ли вы, чтобы протокол маршрутизации использовал деление сетей на классы (classful) или на подсети произвольных размеров (classless). Протоколы маршрутизации типа classful (например, RIP-1 и IGRP) не включают в рассылаемые обновления информацию о подсетях, что приводит к неэффективному использованию адресного пространства. Понятно, что они не поддерживают и технологию VLSM, которая позволяет интерфейсам маршрутизатора, находящимся в одной сети, иметь различные маски подсетей. Если вам нужна технология VLSM, то ориентируйтесь на протоколы типа classless: EIGRP, IS-IS и OSPF. Если у вас имеется небольшая корпоративная сеть без VLSM и в ней нет маршрутизаторов Cisco, то протокол RIP-1 является наилучшим выбором. Его легко реализовать на устройствах уровня 3, а простая команда запустит его в работу на всех интерфейсах. К тому же это самый дешевый вариант: протокол RIP-1 встроен в любую операционную систему BSD. Все, что вам нужно будет сделать, — установить эту систему на любой компьютер, добавить вторую сетевую карту — и вот вам RIP-маршрутизатор готов. В протоколе RIP-2 добавлена аутентификация служебных сообщений; поддерживается два режима: простой, когда незашифрованный ключ для аутентификации посылается вместе с сообщением, и с использованием алгоритма MD5. В остальном RIP-2 поддерживает все те же функции, что и RIP-1. Также, нельзя не вспомнить, что, к примеру, сети 192.168.1.0/24 192.168.2.0/24 192.168.3.0/24 192.168.4.0/24 192.168.5.0/24 намного проще хранить, передавать и обрабатывать в виде 192.168.0.0/16, что правильно спроектированной сети (когда сети, объединенные в примере /16 маской обслуживаются 1 маршрутизатором, а не разбросаны по территории вперемешку с 172.16.х. х и 10.х. х. х ) экономит ресурсы и память маршрутизатора. Таблица маршрушизации протокола может достигать 50MB, но, какой она бы была БЕЗ использования суммирования маршрутов с помощью VLSM? VLSM — Variable-Length Subnet Masking — маскирование подсети маской переменной длины. схема организации подсети IP, позволяющая разбивать подсети на более мелкие подподсети ЕЩЁ Для более эффективного использования адресного пространства была разработана технология маски подсети переменной длины — variable length subnet masking (VLSM). Данная технология подробно описана в RFC 1219. Маски подсети переменной длины обеспечивают возможность создания более одной маски подсети в переделах одной сети, возможность разбивать на подсети уже разбитые на подсети группы IP адресов. Применение масок подсети переменной длины предоставляет следующие преимущества: — Эффективным распределением адресных блоков. Иерархическое распределение адресных блоков позволяет использовать все доступные адреса, не создавая конфликтов и не оставляя части адресных блоков неиспользованными. — Возможность использования суммированных маршрутов. Технология VLSM позволяет задавать больше иерархических уровней в рамках одного адресного плана. Это позволяет производить оптимальное суммирование в таблицах маршрутизации. Например, подсеть 172.16.12.0/22 суммирует все адреса, которые входят в нее, включая подсети 172.16.13.0/24, 172.16.14.0/24 и 172.16.15.0/24. — Небольшое число записей в таблицах маршрутизации. В Интернет и интранет маршрутизаторах применяется механизм иерархического суммирования маршрутов. Благодаря применению данного механизма одна запись в таблице маршрутизации представляет иерархическую совокупность IP адресов. Данный механизм обеспечивает следующие преимущества: — Более эффективная маршрутизация; — Использование значительно меньших вычислительных возможностей маршрутизатора; — Быстрая сходимость сети при изменениях в ее структуре; — Упрощенный поиск и устранение ошибок. На рисунке 1.16 показано двоичное представление сетей с 172.16.11.0 по 172.16.16.0. Видно, что сети с 172.16.12.0 по 172.16.15.255 имеют 22 одинаковых бит в начале адреса. Сети 172.16.11.0 и 172.16.16.0 не имеют в начале адреса все 22 одинаковых бит. Поэтому эти сети не входят в блок 172.16.12.0/22. Билет 12. Маршрутизация (англ.Routing) — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи. Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты), либо вычисляться с помощьюалгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помощьюпротоколов маршрутизации(динамические маршруты). Статическими маршрутами могут быть:

• маршруты, не изменяющиеся во времени;
• маршруты, изменяющиеся по расписанию;

Маршрутизация в компьютерных сетях выполняется специальными программно-аппаратными средствами — маршрутизаторами; в простых конфигурациях может выполняться и компьютерами общего назначения, соответственно настроенными. Протокол маршрутизации — сетевой протокол, используемыймаршрутизаторамидля определения возможных маршрутов следования данных в составнойкомпьютерной сети. Применение протокола маршрутизации позволяет избежать ручного ввода всех допустимых маршрутов, что, в свою очередь, снижает количество ошибок, обеспечивает согласованность действий всех маршрутизаторов в сети и облегчает трудадминистраторов. Протоколы маршрутизации делятся на два вида, зависящие от типов алгоритмов, на которых они основаны:

• Дистанционно-векторные протоколы, основаны на Distance Vector Algorithm (DVA);
• Протоколы состояния каналов связи, основаны на Link State Algorithm (LSA).

Также протоколы маршрутизации делятся на два вида в зависимости от сферы применения:

• Междоменной маршрутизации;
• Внутридоменной маршрутизации.

Дистанционно-векторные протоколы: RIP— Routing Information Protocol; IGRP— Interior Gateway Routing Protocol (лицензированный протокол Cisco Systems); BGP— Border GateWay Protocol; EIGRP— Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (на самом деле он гибридный — объединяет свойства дистанционно-векторных протоколов и протоколов по состоянию канала; лицензированный протоколCisco Systems); AODV Протоколы состояния каналов связи: IS-IS— Intermediate System to Intermediate System (стек OSI); OSPF— Open Shortest Path First; NLSP— NetWare Link-Services Protocol (стек Novell); HSRPиCARP— протоколы резервирования шлюза в Ethernet-сетях. OLSR TBRPF Протоколы междоменной маршрутизации: EGP; BGP; IDRP; IS-IS level 3; Протоколы внутридоменной маршрутизации: RIP; IS-IS level 1-2; OSPF; IGRP; EIGRP.

Какой вид имеет формат кадра

§ Кадр данных (data frame) — передаёт данные;

§ Кадр запроса передачи (remote frame) — служит для запроса на передачу кадра данных с тем же идентификатором;

§ Кадр перегрузки (overload frame) — обеспечивает промежуток между кадрами данных или запроса;

§ Кадр ошибки (error frame) — передаётся узлом, обнаружившим в сети ошибку.

Кадры данных и запроса отделяются от предыдущих кадров межкадровым промежутком.

Формат кадра

Формат кадра запроса

Совпадает с кадрами данных стандартного или расширенного формата за двумя исключениями:

§ В поле RTR рецессив вместо доминанты.

§ Отсутствует поле данных.

Арбитраж доступа

При свободной шине любой узел может начинать передачу в любой момент. В случае одновременной передачи кадров двумя и более узлами проходит арбитраж доступа: передавая идентификатор, узел одновременно проверяет состояние шины. Если при передаче рецессивного бита принимается доминантный — считается, что другой узел передаёт сообщение с большим приоритетом и передача откладывается до освобождения шины. Таким образом, в отличиe, например, от Ethernet в CAN не происходит непроизводительной потери пропускной способности канала при коллизиях. Цена этого решения — вероятность того, что сообщения с низким приоритетом никогда не будут переданы.

Контроль ошибок

CAN имеет несколько механизмов контроля и предотвращения ошибок:

§ Контроль передачи: при передаче битовые уровни в сети сравниваются с передаваемыми битами.

§ Дополняющие биты (bit stuffing): после передачи пяти одинаковых битов подряд автоматически передаётся бит противоположного значения. Таким образом кодируются все поля кадров данных или запроса, кроме разграничителя контрольной суммы, промежутка подтверждения и EOF.

§ Контрольная сумма: передатчик вычисляет её и добавляет в передаваемый кадр, приёмник считает контрольную сумму принимаемого кадра в реальном времени (одновременно с передатчиком), сравнивает с суммой в самом кадре и в случае совпадения передаёт доминантный бит в промежутке подтверждения.

§ Контроль значений полей при приёме.

Разработчики оценивают вероятность невыявления ошибки передачи как 4,7Ч10-11.

Диапазон скоростей

Все узлы в сети должны работать с одной скоростью. Стандарт CAN не определяет скоростей работы, но большинство как отдельных, так и встроенных в микроконтроллеры адаптеров позволяют плавно менять скорость в диапазоне по крайней мере от 20 килобит в секунду до 1 мегабита в секунду. Существуют решения, выходящие далеко за рамки данного диапазона.

Предельная длина сети

Приведённые выше методы контроля ошибок требуют, чтобы изменение бита при передаче успело распространиться по всей сети к моменту замера значения. Это ставит максимальную длину сети в обратную зависимость от скорости передачи: чем больше скорость, тем меньше длина. Например, для сети стандарта ISO 11898 предельные длины составляют приблизительно:

Что такое формат кадра и его виды

Форматом кадра называют соотношение ширины и высоты фотоснимка. На этот параметр влияет размер матрицы фотокамеры или пленки. Так, обычные цифровые фотоаппараты имеют формат кадра 4:3, а зеркальные камеры с неполнокадровой и полнокадровой матрицей – 3:2, среднеформатные фотокамеры – 6:6 и 6:9

Почти все фотоаппараты применяют один или два формата. 3:2, как правило, используют цифровые фотокамеры 35 мм, а 4:3 применяют микрокамеры и небольшие фотоаппараты.

Поклонники пленочных фотоаппаратов обладают более широким выбором из-за наличия среднеформатных, крупноформатных и панорамных фотокамер.

Далее представлена краткая характеристика применяемых в настоящее время форматов.

Горизонтальный формат кадра

Наилучшим образом для восприятия человеческих глаз подходит такой формат, в котором мы видим окружающий мир:от одного направления к другому.Такой формат нам привычен, он позволяет нам расслабится.Его нередко применяют для пейзажей или предметов, заключенных в большие пространства, где главный предмет располагается в определенном времени и месте.

Эти параметры применяются для панорамных фотоснимков и презентаций с помощью цифровых устройств, потому что экраны, как правило, имеют горизонтальную форму. Горизонтальный формат 16:9 позволяет внести в снимок динамику. Если объект фотоснимка запечатлен с помощью горизонтального формата, то для человеческого зрительного восприятия будет привычнее, когда он будет находиться немного дальше от середины, ближе к одному из краев кадра.

Вертикальный формат кадра

Он более резкий и безапелляционный.Природное человеческое зрение блокируется перпендикулярным предметом и требует изучить снимок сверху вниз, что вынуждает проявить к нему особый интерес.

Эти параметры применяются для портретной съемки, разрешая нам изучить все особенности внешности, кроме того, их применяют, чтобы акцентировать внимание на каком-то конкретном предмете, выделить его из окружающей обстановки. Так, на снимке водопада в вертикальном формате можно дать оценку величине падения воды на фоне неподвижной стены.

Квадратный формат

Только некоторые фотоаппараты дают действительно квадратный формат, однако всегда можно подрезать фотоснимок в процессе обработки.Для данных параметров снимка характерны нереальные, весьма индивидуальные свойства, которые углубляют язык фотохудожника, они делают фотографию более статичной и сбалансированной.

Данный формат дает возможность делать симметричные композиции, абстрактные мотивы легче, чем остальные параметры. Строения, портреты, цветочные композиции и натюрморты, абстрактные объекты, а также отдельные ландшафтные композиции могут неплохо смотреться в квадратном формате. Большая часть предметов, которые удачно смотрятся в квадратном формате отлично выглядят на черно-белых снимках.

Все изображения в статье использованы в информационных и учебных целях, а также в целях раскрытия творческого замысла.