Протоколы канального уровня ЛВС
Канальный уровень (Data Link Layer) определяет методы форматирования данных для передачи и методы контроля доступа в сеть. Комитет IEEE 802 предложил разделить этот уровень на два подуровня – управление доступом к среде (MAC или medium access control) и управление логическим каналом (LLC или logical link control).
В этом разделе рассмотрены следующие протоколы канального уровня:
- Ethernet;
- Token Ring;
- FDDI;
- LLC;
- SNAP;
- CIF;
- GARP (Generic Attribute Registration Protocol) – базовый протокол регистрации ресурсов);
- GMRP (GARP Multicast Registration Protocol);
- GVRP (GARP VLAN Registration Protocol);
- VLAN.
FDDI, Token Ring и Ethernet могут рассматриваться как физические интерфейсы или логические протоколы, инкапсулированные в протоколы WAN или ATM.
На приведенном ниже рисунке показано представление протоколов ЛВС в модели OSI.
Протоколы ЛВС в модели OSI
Ethernet
Широко используемый для построения компьютерных сетей стандарт Ethernet был разработан компаниями DEC, Intel и Xerox. В сетях Ethernet используется шинная топология с контролем доступа к среде по методу CMSA/CD. Термины Ethernet и стандарт IEEE 802.3 часто используются как синонимы.
Структура заголовка Ethernet показана на рисунке.
Структура заголовка Ethernet
Адрес получателя
Поле адреса получателя имеет следующую структуру:
Структура адреса получателя
I/G Персональный (I) или групповой (G) адрес:
0 персональный адрес DSAP;
U/L Универсальный (U) или локальный (L) адрес:
0 универсальный адрес DSAP;
Адрес отправителя
Поле адреса отправителя имеет следующую структуру:
Структура адреса отправителя
0 Первый бит адреса отправителя всегда имеет нулевое значение.
U/L Универсальный (U) или локальный (L) адрес:
0 универсальный адрес SSAP;
Длина/тип
Для протокола Ethernet это поле содержит идентификатор типа Ethernet (используемый отправителем протокол сетевого уровня – значение, превышающее 0x0600).
Для протокола 802.3 значение этого поля (46 – 1500) показывает длину поля данных, представляющего собой инкапсуляцию протокола LLC (заголовок LLC показывает тип вложенного протокола).
Данные + биты заполнения
FCS
Token Ring
Token Ring представляет собой протокол ЛВС, в которых все станции соединены в (логическое) кольцо и каждая станция может принимать данные только от своего ближайшего соседа. Разрешение на передачу определяется специальным маркером (token), передаваемым по кольцу.
Структура заголовка Token Ring показана на рисунке.
Структура заголовка Token Ring
SDEL / EDEL
Начальный (SDEL) или конечный (EDEL) указатель. Оба типа полей используют преднамеренные нарушения манчестерского кодирования, которые позволяют отличить поля SDEL и EDEL в потоке другой информации.
Управление доступом
Поле управления доступом имеет следующий формат:
Структура поля управления доступом
1 изменено для активного монитора.
000 резервирование низшего приоритета;
111 резервирование высшего приоритета;
Управление кадром
Формат поля управления кадром показан на рисунке:
Структура поля управления
Поле, обозначающее тип кадра может принимать следующие значения:
10 тип кадра не определен;
Следующие два бита всегда имеют нулевые значения.
Индикатор показывает кадры, для которых адаптер использует специальные средства буферизации и обработки:
0010 предостережение (beacon);
0011 маркер претензий (claim token);
0101 присутствует активный монитор;
0110 присутствует неактивный (standby) монитор.
Адрес получателя
Поле адреса получателя имеет следующую структуру:
Структура адреса получателя
I/G Персональный (I) или групповой (G) адрес:
0 персональный адрес DSAP;
U/L Универсальный (U) или локальный (L) адрес:
0 универсальный адрес DSAP;
Адрес отправителя
Поле адреса отправителя имеет следующую структуру:
Структура адреса получателя
RII Индикатор маршрутной информации:
0 маршрутная информация отсутствует;
1 маршрутная информация присутствует.
I/G Персональный (I) или групповой (G) адрес:
0 персональный адрес SSAP;
Сведения о маршрутизации
Поле маршрутной информации имеет следующую структуру:
Размер задается полем LTH
Структура поля маршрутной информации
RC Управление маршрутизацией.
Данные
Информационное поле (данные) может содержать данные уровня LLC или MAC. Структура поля показана на рисунке:
Структура информационного поля
VL
Длина основного вектора в октетах (байтах).
VI
Идентификатор основного вектора. Поле VI имеет следующий формат:
Идентификатор основного вектора
Класс отправителя и получателя
Поля класса отправителя и получателя обеспечивают корректную маршрутизацию в станции кольца:
4 сервер конфигурационных отчетов;
5 сервер параметров кольца;
6 монитор ошибок в кольце.
Код основного вектора
Код основного вектора определяет тип этого вектора:
0x02 предостережение (beacon);
0x03 заявка маркера (claim token);
0x05 присутствует активный монитор;
0x06 присутствует неактивный (standby) монитор;
0x07 проверка дублирования адресов;
0x08 проверка среды ответвления (lobe media test);
0x0B удаление станции кольца;
0x0C изменение параметров;
0x0D инициализация станции кольца;
0x0E запрос адреса станции;
0x0F запрос состояния станции;
0x10 запрос присоединения станции;
0x20 запрос инициализации;
0x22 отчет с адресом станции;
0x23 отчет о состоянии станции;
0x24 отчет о подключении станции;
0x25 отчет о новом активном мониторе;
0x26 отчет об изменении SUA;
0x27 отчет о незавершенном уведомлении соседа;
0x28 отчет об ошибке активного монитора;
SVL
Длина субвектора в октетах (байтах).
SVI
Код субвектора определяет тип этого вектора:
0x00 тип предостережения (beacon);
0x02 NAUN (Next Address. Upstream Neighbor) – адрес соседней станции, от которой приходят кадры;
0x03 локальный номер кольца;
0x04 присвоение физического номера (местоположение);
0x05 значение таймера ошибок;
0x06 разрешенный приоритет доступа;
0x07 разрешенный приоритет доступа;
0x0A SA последнего AMP или SMP;
0x0B физическое местоположение (physical drop number);
0x22 идентификатор экземпляра;
0x23 номер версии станции кольца;
0x28 идентификатор станции;
0x29 состояние станции кольца;
0x2A код состояния передачи;
0x2B групповой адрес (адреса);
0x2C функциональный адрес (адреса);
0x2D счетчик изолированных ошибок;
0x2E счетчик неизолированных ошибок;
0x2F идентификатор запроса функции;
SVV
Значение субвектора (информационное поле переменной длины).
FCS
Состояние кадра
Это поле содержит биты, которые могут быть установлены получателем кадра для того, чтобы сообщить о распознавании адреса и успешном копировании кадра.
Декодирование Token Ring
FDDI
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) представляет собой технологию передачи данных со скоростью 100 Мбит/с по двойному кольцу (из деревьев). Стандарт FDDI предложен Американским институтом стандартизации (ANSI).
Структура заголовка FDDI показана на рисунке.
Структура заголовка FDDI.
Управление кадром
Поле управления кадром имеет следующую структуру:
Структура поля управления кадром FDDI.
0 16 битов (не используется никогда);
1 48 битов (используется всегда).
Ниже приведены различные варианты битов управления (CLFF ZZZZ – ZZZZ):
0x00 0000 пустой (void) кадр;
1000 0000 стандартный маркер (Non-restricted token);
1100 0000 служебный маркер (Restricted token);
0L00 0001 – 1111 кадр управления станцией;
1L00 1111 SMT-кадр адресации следующей станции;
1L00 0010 MAC beacon frame.
0L01 rPPP информационный кадр LLC (асинхронный, PPP = приоритет кадра);
0L01 rrrr информационный кадр LLC (синхронный, r = зарезервировано);
CL10 r000 – r111 зарезервировано для производителей;
CL11 rrrr зарезервировано для будущих стандартов.
Адрес получателя
Поле адреса получателя имеет следующую структуру:
Структура адреса получателя
I/G Персональный (I) или групповой (G) адрес:
0 персональный адрес DSAP;
U/L Универсальный (U) или локальный (L) адрес:
0 универсальный адрес DSAP;
Адрес отправителя
Поле адреса отправителя имеет следующую структуру:
Структура адреса получателя
I/G Персональный (I) или групповой (G) адрес:
0 персональный адрес SSAP;
RII Индикатор маршрутной информации:
0 маршрутная информация отсутствует;
1 маршрутная информация присутствует.
Маршрутная информация
Структура поля маршрутной информации показана на рисунке.
Размер задается полем LTH
Структура поля маршрутной информации
RC Управление маршрутизацией (16 битов).
Данные (информация)
Информационное поле может содержать протокол LLC, MAC или SMT.
FCS
Протокол IEEE 802.2 LLC (управление логическим каналом) обеспечивает канальный механизм для протоколов вышележащих уровней. Сервис LLC типа I обеспечивает поддержку каналов передачи данных без организации соединений (connectionless mode), а сервис типа II обеспечивает на канальном уровне сервис на основе организации соединений (connection-oriented).
Структура заголовка LLC показана на рисунке.
Структура заголовка LLC
DSAP
Структура поля DSAP (destination service access point – точка доступа к сервису у получателя) показана на рисунке.
Структура поля LLC DSAP
I/G Персональный или групповой адрес:
0 персональный адрес DSAP;
SSAP
Структура поля SSAP (source service access point – точка доступа к сервису у отправителя) показана на рисунке.
Структура поля LLC SSAP
C/R Команда (C) или отклик (R):
Управление
Поле управления показывает тип запрашиваемого сервиса LLC. Структура поля управления показана на рисунке.
Структура поля управления LLC
N (S) Порядковый номер при передаче.
N (R) Порядковый номер при приеме.
P/F Биты опроса (P) / завершения (F). Передача команды / отклика LLC PDU.
S Биты функций управления:
00 RR (готовность к приему);
10 RNR (отсутствие готовности к приему).
X Зарезервировано и должно иметь нулевое значение.
M Биты модификатора функций
Информация LLC
Данные уровня LLC или вышележащие протоколы.
SNAP
Протокол SNAP (SubNetwork Access Protokol – протокол доступа к подсети) используется для инкапсуляции дейтаграмм IP и запросов ARP в сетях IEEE 802. Дейтаграммы IP передаются в сетях IEEE 802 инкапсулированными в 802.2 LLC и канальный уровень SNAP, а также в физические уровни 802.3, 802.4 и 802.5. Заголовок SNAP следует после заголовка LLC и содержит код организации, показывающий, что следующие 16 битов содержат код EtherType (тип Ethernet).
Структура заголовка SNAP показана на рисунках.
Структура заголовка LLC
Структура заголовка SNAP
В присутствии SNAP поля DSAP и SSAP заголовка LLC содержат значения 170 (десятичное число), а поле «Управление» содержит значение 3 (unnumbered information – дополнительная информация).
Код организации
Это поле имеет нулевое значение.
EtherType
Обозначает протокол, инкапсулированный в кадры IEEE 802 (IP = 2048, ARP = 2054 и т. д.).
ATM Forum Cells in Frames. Version 1.0 21.10.10.1996 1.0
Протокол CIF (Cells In Frames – ячейки в кадрах) описывает механизм передачи ячеек ATM через сегменты сетевых сред и интерфейсные платы, соответствующие спецификациям Ethernet версии 2, IEEE 802.5 Token Ring или IEEE 802.3. Ячейки ATM можно передавать через различные среды, включая оптические кабели и радиочастотные каналы. Технология ATM не связана напрямую с каким-либо физическим уровнем. Протокол CIF определяет новый псевдофизический уровень, который может использоваться для передачи трафика ATM. Этот протокол не является просто механизмом трансляции ячеек в кадры (и обратно) или простой инкапсуляцией. CIF обеспечивает передачу ячеек ATM в кадрах традиционных ЛВС. Протокол CIF определяет взаимодействие между оконечными программами и устройствами с CIF-подключеним (CIF-AD), обеспечивающее возможность поддержки сервиса ATM (включая множество классов обслуживания) с использованием сетевых адаптеров ЛВС (LAN NIC) так же, как это осуществляется при использовании адаптеров ATM (ATM NIC). CIF описывает работу протоколов уровня ATM в существующих ЛВС на основе кадров с обеспечением прозрачности для приложений, использующих ATM API. При передаче по сети Ethernet кадры CIF используют стандартные заголовки и трейлеры Ethernet. Кадры CIF инкапсулируются в Token Ring и LLC за счет использования заголовков SNAP.
Формат заголовка показан на рисунке.