Protocolul Ethernet

Principalele caracteristici ale unei retele locale Ethernet sunt urmatoarele:

Rata de transfer: 10/100/1000 Mbiti/sec.;

Distanta maxima intre doua statii: 2,5 Km;

Numarul maxim de statii: (100)1024;

Mediu de transmisie: cablu coaxial ecranat, transmisie in banda de baza;

Topologie: arbore fara radacina.

Procedura de control a legaturii: CSMA/CD, complet distribuit cu rezolvarea statistica a concurentei;

Protocol mesaje: cadre de lungime variabila, furnizare mesaje dupa metoda 'best effort'.

Scopurile propuse avute in vedere de proiectantii protocolului sunt:

compatibilitatea: toate implementarile de retele locale Ethernet trebuie sa poata schimba date intre ele (deci nu exista facilitati optionale sau versiuni);

flexibilitate in adresare: mecanismul de adresare permite adresarea destinatiei in mod individual, in grup sau in totalitate;

toate nodurile au acces in mod egal la mediul de comunicatie;

garantarea accesului: nici o statie, care respecta cerintele protocolului, nu poate frustra alte statii de accesul la mediul de comunicatie;

reteaua opereaza eficient la 10/100/1000 Mbps;

reteaua trebuie sa fie stabila in orice conditii de incarcare, in sensul ca traficul oferit va fi o functie monoton descrescatoare de traficul cerut.

Retelele Ethernet au urmatoarele limitari:

duplex: in orice moment o retea locala Ethernet permite transmiterea de la o sursa la una sau mai multe destinatii. Comunicarea bidirectionala este asigurata prin transmisia rapida a pachetelor, prin multiplexarea in timp a suportului de transmisie.

transmisie semiduplex: la un moment dat o singura statie poate transmite prin mediu .

controlul erorilor la nivelul legaturii de date este limitat la detectarea erorilor la nivel de bit in canalul fizic si la detectarea si inlaturarea coliziunilor. Tratarea erorilor in mod exhaustiv se face la nivelurile superioare.

la nivelul legaturii de date nu se face criptarea datelor pentru securitate. Aceste operatii se pot face la nivelurile superioare;

viteza este fixa, de 10 Mbps;

nivelul legaturii de date nu ofera nici o schema de operare pe nivele de prioritati;

nu exista un mecanism de protectie impotriva utilizatorilor rau intentionati.

Modelul functional al unei retele Ethernet.

O retea locala de tip Ethernet poate fi privita din doua puncte de vedere:

cel al structurii logice (elementele componente si modul in care acestea sunt integrate in sistem);

cel al implementarii (functionarea si modul de realizare al elementelor componente precum si interactiunea dintre ele).

Din punct de vedere functional, standardul 802.3 poate fi privit ca avand patru parti:

specificarea serviciilor MAC;

protocolul MAC;

specificatii fizice independente de mediul de transmisie;

specificatii fizice dependente de mediul de transmisie.

Prin specificarea serviciilor MAC se defineste, din punct de vedere functional, serviciul furnizat de IEEE 802.3 oricarui utilizator sau oricarui alt nivel mai ridicat. Acest serviciu include facilitati de transmisie / receptie de date si de furnizare a informatiilor de stare, pentru procedurile de tratare a erorilor de pe nivelele superioare. MAC presupune ca utilizatorul de pe nivelul superior este LLC, dar acest lucru nu este obligatoriu, conform principiului organizarii pe niveluri prevazut de standardul 802.

Protocolul MAC este nucleul standardului 802.3, denumit si standardul CSMA/CD. Specificatiile protocolului MAC definesc structura cadrelor si interactiunile dintre entitatile MAC.

Arhitectura IEEE 802.3 poate fi prezentata ca in Figura 1, in care AUI este Unitate de cuplare la interfata (Attachment Unit Interface), MAU este Unitatea de cuplare la mediu (Medium Attachment Unit) si MDI este Interfata dependenta de mediu (Medium Dependent Interface).

Nivelul fizic este impartit in doua. Partea independenta de mediu specifica interfata dintre MAC si nivelul fizic inferior incluzand facilitati de transmisie a doua siruri seriale de biti intre cele doua nivele si functii de temporizare necesare algoritmului MAC. Se considera ca statiile sunt situate la distanta mica de mediul fizic, astfel incat doar o mica parte a circuitelor necesare vor fi situate in MAU, majoritatea hardware‑ului si tot software‑ul fiind plasate in statie. Standardul specifica AUI intre statie si MAU incluzand mediul de transmisie (cablul), semnalele si tehnica de transmisie pe acest mediu.

Partea dependenta de mediu specifica interfata cu mediul de transmisie a retelei si semnalele care se transmit pe mediu.

Protocolul MAC Ethernet

Descriere CSMA/CD

Protocolul CSMA/CD include un algoritm care specifica ce trebuie sa faca o statie pentru a primi accesul la mediul de comunicatie.

Intr-un astfel de algoritm o statie care doreste sa transmita asculta mediul si respecta urmatoarele reguli:

Daca mediul este liber, 

Atunci: transmite frame-ul si "asculta" mediul, in contiunuare, pentru detectarea eventualelor coliziuni .

Altfel: continua sa "asculte" mediul pana cand acesta se elibereaza;

Daca se detecteaza o coliziune, se transmite un bruiaj pentru a anunta toate statiile din subreteaua respectiva de existenta coliziunii, se asteapta o perioada aleatoare de timp, bazata pe un algoritm exponential trunchiat, dupa care se asculta mediul in vederea obtinerii aceesului de transmisie.

Formatul unui cadru MAC

Formatul unui cadru specificat de standardul IEEE 802.3 are structura generala din Figura 2.

Semnificatia campurilor din cadru este urmatoarea:

Preambul- O secventa formata din 7 octeti, utilizata pentru a stabili sincronizarea bitilor. Este o secventa de biti 1 si 0, terminata obligatoriu cu 0. Pentru codificarea Manchester apare ca un tren de impulsuri cu factorul de umplere 1/2 pe mediul de transmisie, ceea ce permite ceasului de la receptie sa se sincronizeze cu ceasul de transmisie.

Delimitare inceput de cadru (SFD = Start Frame Delimiter)-: Este un camp ce contine secventa 10101011. Aceasta indica inceputul secventei si permite receptorului sa localizeze primul bit dupa preambulul cadrului si sa alinieze octetii. Pana in acest moment se primeau biti, nu octeti.

Adresa destinatiei (DA = Destination Address)- Specifica statia (statiile) careia ii este adresat cadrul. Poate fi adresa fizica unica (o statie), adresa de grup (multicast-group address pentru un grup de statii) sau adresa globala (toate statiile retelei locale). Alegerea unei adrese pe 16 biti sau pe 48 de biti constituie o decizie de implementare si trebuie sa fie aceeasi pentru toate statiile dintr-o anumita retea. In transmisia in banda de baza de 10 Mbps se utilizeaza numai adrese de 6 octeti.

Adresa sursei (SA = Source Address)- Specifica statia care a trimis cadrul. Dimensiunea campului SA trebuie sa fie aceeasi cu dimensiunea campului DA.

Umplutura (PAD) Un numar de octeti adaugati pentru a asigura lungimea minima a unui cadru Ethernet, si anume 64 de octeti.

Secventa de control al cadrului (FCS - Frame Control Sequence) este un cod corector care protejeaza cadrul Ethernet impotriva modificarilor suferite pe parcursul transmisiei.