Računalne mreže - Ethernet

[The MasteR]

Ethernet predstavlja skup mrežnih računalnih tehnologija primjenjenih unutar lokalnih mreža (LAN – Local Area Network). Na fizičkom sloju Ethernet definira raspored ožičenja, te vrste i razine signala za prijenos podataka. Na drugom sloju Ethernet definira način pristupa mediju za prijenos podataka (MAC – Media Access Control) i definira zajednički adresni format. Ethernet je standardiziran kroz IEEE 802.3 standard.

Ethernet je razvijen sredinom 70-tih unutar tvrtke Xerox. U početku je imao brzinu prijenosa od 3Mbps i koristio je 8-bitno adresiranje. Današnji standardi propisuju brzine od 1Gbps i 48 bitno adresiranje (MAC adresa). U početku je kao standardni medij za prijenos podataka korišten koaksijalni kabel, dok se danas standardno koristi neki od oblika UTP (unshielded twisted pair) kabela. Pored navedenih, kao mediji u ethernetu se još koriste optička vlakna.

Ethernet mediji – coax

Ethernet mediji – UTP

Ethernet mediji – optičko vlakno

U početku razvoja, Ethernet je koristio CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection) protokol za utvrđivanje redoslijeda pristupa dijeljenom mediju. Taj protokol omogućuje pristup mediju za slanje podataka ako je medij dostupan (nitko drugi ne šalje). Ako dvije stanice šalju istovremeno, dogodi se kolizija i nakon nekog vremena čekanja podaci se ponovo šalju (kad nitko drugi ne šalje).

Kad računalo želi poslati podatke, to se odvija kroz slijedeći algoritam:

• okvir je spreman za slanje
• provjerava se da li je medij za slanje u mirovanju; ako nije, čeka se dok ne bude u mirovanju. Na vrijeme čekanja se još doda vrijeme koliko traje razmak između dva ethernet okvira (960ns za 100 Mbit/s Ethernet)
• ako je medij u mirovanju, okvir se šalje
• provjera da li se dogodila kolizija; ako jest, ide se na proceduru detekcije kolizije
• poništavaju se brojači ponovnog slanja i završava se prijenos okvira.

Ukoliko na jednom mediju istovremeno postoje dva signala, onda se dogodila kolizija. Procedura detekcije kolizije:

• oba uređaja koji šalju istovremeno nastavljaju slanje okvira dok se ne dostigne minimalno vrijeme paketa. Na taj način nastaje tzv. jam signal (signal za ometanje) koji omogućuje da svi uređaji na tom mediju detektiraju koliziju
• zatim se poveća brojač za ponovno slanje
• provjerava se da li je dosegnut maksimalan broj pokušaja slanja okvira; ako jest, prekida se pokušaj slanja
• na osnovu broja kolizija i nekog slučajnog broja računa se i čeka neko vrijeme
• ponovo se pristupa glavnoj proceduri za slanje počevši od 1. koraka

Kroz CSMA/CD komunikacija je bila moguća samo kao half-duplex prijenos podataka, što znači da je samo jedna stanica mogla slati u jedinici vremena. Takve, prvotne mrežne topologije su bile izgrađene oko centralnog vodiča (bus) ili oko centralnog uređaja - huba - na kojeg su bili spojeni ostali mrežni uređaji tvoreći fizički oblik zvijezde. Odatle i naziv – star topologija.

Hub je uređaj koji pojačava signal i povećava domet, ali ujedno proslijeđuje kolizije. Veliki broj uređaja na jednom mrežnom segmentu je dovodio do velikog broja kolizija i time smanjivao pozitivne karakteristike mreže.

Daljnjim razvojem tehnologije, pojavili su se, prvo bridge, a kasnije i switch. To su uređaji koji izoliraju kolizijske domene (područja kolizija). Switch je u osnovi bridge sa više portova (spojnih mjesta). Kao i hub switch ima više portova za spajanje mrežnih uređaja (računala). Razlika između huba i switcha je da se komunikacija dva uređaja preko huba čuje na svim portovima huba i time onemogućuje istovremena komunikacija neka druga dva uređaja preko tog huba, dok je ista komunikacija preko switcha izolirana samo na portove na kojima su spojeni uređaju koji trenutno komuniciraju. Istovremeno je moguća komunikacija neka druga dva uređaja preko druga dva porta istog switcha.

Switchevi omogućuju full-duplex način komunikacije. Kod full-duplex načina rada oba uređaja koji komuniciraju mogu slati i primati podatke istovremeno, a da se ne dogodi kolizija.

Podaci koji šalju ethernetom su pakirani u okvire. Format okvira je za naveći broj ethernet tehnologija isti, tako da je moguća komunikacija između etherneta različitih brzina i tehnologija.

Ethernet okvir:

• Ethernet okvir počinje sa preambleom, nizom od 7 byteova koji se sastoje od naizmjeničnog ponavljanja 1 i 0 (101010101.....), što služi za sinkronizaciju kod prijenosa okvira.
• Start of frame delimetar označava početak okvira. Sastoji se od jednog bytea, koji je sličan prethodnim, ali završava sa dvije jedinice (10101011).
• Zatim idu polja rezervirana za odredišnu i izvorišnu MAC adresu. Media Access Control adresa je hardwareska adresa kodirana u ROM (Read Only Memory) svakog mrežnog uređaja (mrežna kartica). Svaka MAC adresa se satoji od 48 bitova i jedinstvena je za svaki uređaj. Odredišna MAC adresa je od uređaja kojem se promet šalje, a izvorišna od uređaja koji šalje.
• Ether Type/Length polje sadrži informacije o tipu okvira koji se šalje ili podatke o dužini polja podataka (data) unutar okvira.
• FCS (Frame Check Sequence) služi za provjeru ispravnosti pristiglog okvira. Sastoji se od 4 bytea i nalazi se na kraju okvira.

Ethernet je danas postao de facto standard u primjeni u lokalnim mrežama. Jednostavan je za primjenu i održavanje, te uz današnje cijene opreme, dosta jeftin. Velika mu je prednost mogućnost jednostavnog proširenja mreže zamjenom postojećih ili dodavanjem novih switcheva. Od velike je pogodnosti što veliki broj proizvođača matičnih ploča ugrađuju mrežne kartice u ploče bez potrebe njihovog naknadnog dodavanja.

Više informacija na:
Wiki Ethernet

[Hrvoje Kusulja]

Sto bi tocnije bio EtherType te kada se koristi...
 - prvo sto mi pada na pamet je kada se radi o VLAN-ovima, tj. Trunk linijama..., medjutim sto je s osnovnom komunikacijom ?

[The MasteR]

Sto bi tocnije bio EtherType te kada se koristi...
 - prvo sto mi pada na pamet je kada se radi o VLAN-ovima, tj. Trunk linijama..., medjutim sto je s osnovnom komunikacijom ?

Kao sto vjerojatno znas postoje vrste mreza koje su se prije koristile. TokenRing i FDDI i sl. one su koristile drugaciji nacin, imale su drugi frame i drugacije su se hostovi dogovarali oko razmjene paketa.

Osnovna je komunikacija je ubrzanost rada mreze, vece brzine kao sto znamo 1 Gbps i sl.

Kada se salje paket racunalo ako nije za njega samo dropa, a kod TokenRinga je bilo da racunalo ima token i paket kada dode u to racunalo mora provjeriti jel odgovaraju token primatelja i posiljatelja.

U ethernetu je bolje rijesena kolizija paketa kao sto je, kada se pojavi, svi hostovi prestaju slati i okida se nasumicni timer kada mogu ponovno slati.

[Hrvoje Kusulja]

ma da, ali token ring, frame relay i ostalo, - to nije ethernet, te nema CSMA/CD.., ok neke vrste mozda imaju nesto slicno, ali svakako - to nije ethernet

mene zanima, konkretno u ethernetu, cemu sluzi ethertype.. i gdje je tu prostor za napisati koji je VLAN_ID....

[The MasteR]

Sorry nisam stigao prije odgovoriti, imao sam neke obaveze. Nadam se da je to na sto si mislio.

Ovako se tagira VLAN u ethernet framu.

Shema u nastavku nam pokazuje 802.3ac standard tagiranja VLAN-a dodavanjem 4 okteta nakon MAC adrese u ethernet frame. Njegova prisutnost se prikazuje specifičnom vrijednošču u EtherType polju (zvanom TPID) koja je postavljena jednakosti 0x8100. Kada EtherType ima vrijednost jednaku 0x8100 onda taj frame nosi oznaku IEEE 802.1Q/802.1p. Oznaka je pohranjena u sljedeca dva okteta i sadrži tri bita od korisničke važnosti.

Oznaka se sastoji od:

1 bit je Canonical Format Identifier (CFI) i 12 bita od VLAN ID (VID).

3 bita koristena za korisničku važnost su iskorištena na 802.1p standard, a CFI se koristi zbog kompatibilnosti između Ethernet-Type mreža i Token Ring-Type mreža.

VID je identifikacijski broj VLAN-a koji se u osnovi koristi kao 802.1Q standard, baziran na 12 bitova koji dozvoljavaju identifikaciju do 4096 VLAN-ova.

Dodavanje oznake za preračunavanje redosljeda frame kontrole. 802.1p i 802.1Q standardi dijele istu oznaku.

Ostali detalji na stranicama:
IEEE 802.1p
IEEE 802.1Q

[Hrvoje Kusulja]

ok to je rjeseno sto se tice VLAN-a, no i dalje stoji pitanje, sto se tice ethertypea..., sta to je i cemu sluzi.. primjeri vrijednosti..

[The MasteR]

Evo kolega to je samo tip paketa koji se koristi, neka vrsta standarda. A ovo su vrijednosti koje moze sadrzavati.

Ovo su sljedece vrijesnosti koje EtherType moze poprimiti:

Ethertype (Hexadecimal)    Protocol
0x0000 - 0x05DC    IEEE 802.3 length
0x0101 C 0x01FF    Experimental
0x0600    XEROX NS IDP
0x0660 0x0661    DLOG
0x0800    IP, Internet Protocol
0x0801    X.75 Internet
0x0802    NBS Internet
0x0803    ECMA Internet
0x0804    Chaosnet
0x0805    X.25 Level 3
0x0806    ARP, Address Resolution Protocol.
0x0808    Frame Relay ARP [RFC1701]
0x6559    Raw Frame Relay [RFC1701]
0x8035    DRARP, Dynamic RARP. RARP, Reverse Address Resolution Protocol.
0x8037    Novell Netware IPX
0x809B    EtherTalk (AppleTalk over Ethernet)
0x80D5    IBM SNA Services over Ethernet
0x 80F 3    AARP, AppleTalk Address Resolution Protocol.
0x8100    EAPS, Ethernet Automatic Protection Switching.
0x8137    IPX, Internet Packet Exchange.
0x 814C    SNMP, Simple Network Management Protocol.
0x86DD    IPv6, Internet Protocol version 6.
0x880B    PPP, Point-to-Point Protocol.
0x 880C    GSMP, General Switch Management Protocol.
0x8847    MPLS, Multi-Protocol Label Switching (unicast).
0x8848    MPLS, Multi-Protocol Label Switching (multicast).
0x8863    PPPoE, PPP Over Ethernet (Discovery Stage).
0x8864    PPPoE, PPP Over Ethernet (PPP Session Stage).
0x88BB    LWAPP, Light Weight Access Point Protocol.
0x88CC    LLDP, Link Layer Discovery Protocol.
0x8E88    EAPOL, EAP over LAN.
0x9000    Loopback (Configuration Test Protocol)
0x9100    VLAN Tag Protocol Identifier
0x9200    VLAN Tag Protocol Identifier
0xFFFF    reserved.

Nadam se da je to to sto te zanimalo.

[Hrvoje Kusulja]

da, a zasto bi na ethernet nivou bilo bitno reci da se radi o IP paketu.. i da li je to nuzno reci.., isto i za SNMP, koji radi samo na IP i iznad nivoima.., za ARP, jos ajde..