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 Ethernet 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.

Рис. 2. Формат кадра Eternet SNAP   

 Нужно отметить, что сетевой протокол IPX может  использовать любой из рассмотренных  выше четырёх типов кадров, чего нельзя сказать об остальных протоколах. В таблице 1 приводятся протоколы, которые могут быть использованы с тем или иным типом кадра.

Таблица 1. Совместимость  кадров Ethernet с протоколами  верхних уровней

Дальнейшее  развитие технологии Ethernet

 

    В настоящее  время самой распространённой  сетевой технологией является  именно Ethernet. По данным IDC, в 1997 году более 80% всех сетей были построены на базе Ethernet. Все популярные операционные системы и стеки протоколов ( TCP/IP, IPX, DECNet и многие другие ) поддерживают Ethernet. Причинами такого господства Ethernet в сетевом мире являются высокая надёжность, доступность инструментов управления, масштабируемость, гибкость, низкая стоимость и лёгкость внедрения.   

 Технология Ethernet достаточно бурно эволюционировала  с момента своего зарождения. В таблице 2 показана шкала  эволюционного развития, представленная в форме nBASE-X ( n - номинальная скорость передачи информации в Мбит/с, а Х - среда передачи ). В этой таблице приведена также максимально допустимая длина кабеля. 
 
 
 
 
 

Таблица 2. Технологии и соответствующие  скорости передачи

 

Изначально технология Ethernet была ограничена тем, что пользователи конкурировали за право пользования одной полосой пропускания в 10 Мбит/с. Однако со временем были найдены интересные решения, частично снимающие эту проблему. В их основе лежит использование коммутаторов, которые, в отличии от традиционных мостов, имеют большое количество портов и обеспечивают передачу кадров между несколькими портами одновременно. Это позволяет эффективно применять коммутаторы и для таких сетей, в которых трафик между сегментами практически не отличается от трафика, циркулирующего в самих сегментах. Технология Ethernet после появления коммутаторов перестала казаться совершенно бесперспективной, так как появилась возможность соединить низкую стоимость устройств Ethernet с с высокой производительностью сетей, построенных на основе коммутаторов. Используя технологию коммутируемого Ethernet, каждое устройство получает выделенный канал между собой и портом коммутатора. Технология коммутации прижилась в сетях очень быстро. Обеспечивая передачу данных со скоростью канала связи между различными сегментами локальной сети ( иными словами, между портами коммутатора ), коммутация позволяет создавать крупные сети с эффективной системой управления. Кроме того, эта технология стала толчком к созданию концепции виртуальных локальных вычислительных сетей ( ВЛВС ).   

 Однако, необходимость  организации магистрали сети, к  которой подключаются отдельные  коммутаторы, не отпала. Если множество  сегментов сети работает со  скоростью 10Мбит/с, то магистраль  должна иметь скорость значительно большую. В начале 90-х годов начала ощущаться недостаточная пропускная способность Ethernet. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA ( 8 Мбайт/с ) или EISA ( 32 Мбайт/с ) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 часть канала "память - диск" и хорошо согласовывалась с соотношением между объёмами локальных и внешних данных, циркулирующих в компьютере. Теперь же у мощных клиентских станций с процессорами Pentium или Pentium Pro и шиной PSI ( 133 Мбайт/с ) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно. Поэтому многие сегменты Ethernet на 10 Мбит/с стали перегруженными, время реакции серверов и частота возникновения коллизий в таких сегментах значительно возросли, ещё более уменьшая реальную пропускную способность. В ответ на эти требования была разработана технология Fast Ethernet, являющаяся 100-мегабитной версией Ethernet.     

 Следует отметить, что увеличение скорости в  10 раз приводит к уменьшению  максимального расстояния между  узлами. Сначала было предложено простое решение задачи построения магистрали - несколько коммутаторов Ethernet связывались вместе по витой паре или волоконно-оптическому кабелю - так называемая коллапсированная магистраль.Но возникла проблема, когда потребовалось связать коммутаторы, находящиеся на больших расстояниях. Она была решена с помощью организации выделенного, свободного от коллизий оптоволоконного канала связи. в этом случае коммутаторы могли связываться напрямую на расстоянии до 2 километров. Как видно, технология Fast Ethernet обеспечила достаточно всеобъемлющее решение для построения сетей масштаба одного или нескольких зданий. Одобрение стандарта на технологию Fast Ethernet в 1995 году стало важным событием для сообщества производителей сетевого оборудования, так как появилась гибкая, быстрая и масштабируемая технология передачи данных.