Sieci lokalne: ISO OSI L2

Transkrypt

1 1 Sieci lokalne: ISO OSI L2 sieci lokalne (LAN) Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet FDDI Token Ring sieci rozległe (WAN) SLIP PPP ATM Frame Relay SMDS standard sieci lokalnych IEEE definiuje warstwę kontroli łącza logicznego (LLC) definiuje technikę dostępu do medium CSMA/CD i jednocześnie standard Ethernet standard sieci z topologią magistrali i metodą dostępu do sieci na zasadzie przekazywania tokenu (Token Bus) standard sieci Token Ring

2 2 warstwy architektury Ethernet warstwa 1 OSI PLS: Physical Layer Signaling, kodowanie danych w warstwie fizycznej warstwa 2 OSI MAC: Media Access Control, interfejs pomiędzy LLC i PLS LLC: Logical Link Control o LLC-1: LLC Type 1, usługa datagramowa (brak gwarancji dostarczenia ramki), zgodna z każdym standardem warstwy fizycznej o LLC-2: LLC Type 2, usługa z potwierdzaniem ramek (wirtualne łącze) MAC: Media Access Control steruje dostępem do fizycznego medium transmisyjnego odpowiada za tworzenie ramek, adresy fizyczne, sprawdzanie integralności danych (błędy transmisji), wykrywanie kolizji nagłówki i stopki MAC są dodawane do danych warstw wyższych (nagłówek i stopka zawierają informacje kontrolne przeznaczone dla warstwy łącza danych w hoście docelowym) LLC: Logical Link Control sterowanie łączem logicznym odseparowuje protokoły warstwy wyższej od metody dostępu do nośnika (którą określa się w podwarstwie MAC) - dzięki temu specyfikacje IEEE 802 dają możliwość współdziałania różnym technologiom sieciowym pobiera dane protokołu sieciowego, (pakiet IP), a następnie dodaje informacje kontrolne pomocne w dostarczeniu danego pakietu IP do węzła docelowego opcjonalnie: kontrola przepływu, wykrywanie i retransmisja odrzuconych pakietów

3 3 Ethernet najpopularniejsza rodzina technologii sieci lokalnych: Ethernet (10 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (1000 Mbps), 10 Gigabit Ethernet (10 Gbps) wynalazca: Bob Metcalfe, 1973 technologia rozgłoszeniowa współdzielonego medium (dostęp do medium za pomocą protokołu CSMA/CD: Carrier Cense Multiple Access with Collision Detection) medium jest skrętka nieekranowana UTP (technologie-t) lub światłowód (technologie-f) co składa się na sukces Ethernetu prostota i łatwość utrzymania zdolność wdrażania nowych technologii niezawodność małe koszty instalacji i utrzymania możliwości wyjścia poza LAN - Gigabit Ethernet stał się standardem sieci miejskich (Metro Ethernet), albo Carrier Ethernet) warstwa fizyczna: kodowanie transmisyjne bitów Ethernet kod Manchester Fast Ethernet kod 4B5B: 4 bity danych indeksują 5 bitów transmisyjnych (prędkość w warstwie fizycznej 100BaseTX, 100BaseFX wynosi 125 Mbps) o własności: ograniczenie liczby zer w ciągu do trzech, zmiany poziomu sygnału wg. schematu rotacyjnego (+1, 0,-1, 0, +1, 0,-1, 0...) kod 8B6T: 100BaseT4 PAM5x5: 100BaseT2 Gigabit Ethernet 8B10B warstwa łącza danych: ramkowanie podział na ramki jest procesem enkapsulacji warstwy 2 OSI jest wiele różnych typów ramek opisywanych przez różne standardy Ethernet patrz dokument Ethernet_frames w warstwie łącza danych struktura ramki danego standardu jest identyczna dla wszystkich szybkości technologii Ethernet od 10 Mbps do 10 Gbps w warstwie fizycznej prawie wszystkie wersje technologii Ethernet różnią się znacznie, gdyż dla każdej szybkości transmisji przyjęte zostały inne założenia architektoniczne

4 4 adresacja MAC adres MAC jest nazywany adresem BIA (Burned-In Address) ponieważ jest wypalony w pamięci stałej (ROM) i kopiowany do pamięci operacyjnej (RAM), gdzie inicjalizowany jest proces karty sieciowej I/G: adres indywidualny/grupowy 0 = unicast 1 = multicast U/L: adres uniwersalny/lokalny 0 = globalnie unikalny 1 = przyznany lokalnie OUI: Organizationally Unique Identifier unikalny kod wytwórcy NIC Network Interface Controller numer seryjny urządzenia jak używany jest adres MAC host wysyłający wpisuje w nagłówek ramki adres MAC hosta docelowego i wysyła dane do sieci o aby host wysyłający poznał adres MAC hosta docelowego musi skorzystać z usług protokołu ARP Ethernet jest technologią polegającą na rozgłaszaniu informacji we współdzielonym medium: w trakcie propagacji ramki w medium, każde urządzenie sieciowe sprawdza, czy własny adres MAC jest adresem docelowym zapisanym w ramce - jeśli nie ramka jest odrzucana (nagłówek MAC muszą sprawdzić wszystkie węzły sieci nawet, jeśli komunikujące się węzły znajdują się obok siebie) kiedy dane docierają do punktu przeznaczenia karta sieciowa przekazuje ramkę do wyższych warstw modelu OSI

5 5 Ethernet - dostęp do medium operacje w karcie sieciowej (NIC, Network Interface Card) konieczne do wysłania danych weryfikacja, że dane do wysłania spełniają warunek minimalnej długości ramki obliczanie kodu CRC i wpisanie go do stopki ramki procedura CSMA/CD CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, wielodostęp do nośnika z badaniem stanu oraz wykrywaniem kolizji urządzenia sieciowe z danymi do transmisji pracują w trybie nasłuchu przed nadawaniem tzn. jeśli węzeł ma wysłać dane, musi najpierw sprawdzić, czy medium sieciowe nie jest zajęte jeśli węzeł wykryje, że sieć jest zajęta, będzie odczekiwał (backoff) przez losowo wybrany czas przed ponowieniem próby jeśli węzeł wykryje, że medium nie jest zajęte, rozpocznie nadawanie i nasłuchiwanie - celem nasłuchiwania jest upewnienie się, że żadna inna stacja nie nadaje w tym samym czasie dane wysyłane w porcjach zwanych ramkami jeśli wystąpi kolizja, transmisja będzie kontynuowana przez krótki czas przez każdy z nadających węzłów, aby upewnić się, że wszystkie pozostałe węzły wykryły kolizję następnie każdy węzeł przechodzi do trybu odczekiwania przez losowy czas, a po jego wygaśnięciu może podjąć próbę uzyskania dostępu do medium sieciowego urządzeniom zaangażowanym w kolizję nie przysługuje pierwszeństwo wysyłania danych po zakończeniu transmisji danych urządzenie powróci do trybu nasłuchiwania

6 6 1 2 Tak Nie Tak 9 Nie Nie 11 Nie 13 Tak Tak PROCES CSMA/CD 1. HOST ZAMIERZA NADAWAĆ 2. CZY WYKRYTO NOŚNĄ? 3. ZŁOŻENIE RAMKI 4. POCZĄTEK TRANSMISJI 5. CZY WYKRYTO KOLIZJĘ? 6. KONTYNUACJA TRANSMISJI 7. CZY TRANSMISJA DOBIEGŁA KOŃCA? 8. TRANSMISJA ZAKOŃCZONA 9. ROZGŁASZANIE SYGNAŁU ZAKŁÓCAJĄCEGO 10. PRÓBY = PRÓBY ZBYT WIELE PRÓB? 12. ZBYT WIELE KOLIZJI PRZERWANIE TRANSMISJI 13. ALGORITM OBLICZA CZAS ODCZEKIWANIA 14. ODCZEKIWANIE PRZEZ t s choć w standardzie Ethernet rozgłoszeniowa zasada dostępu do medium jest w mocy dla wszystkich topologii fizycznych i wszystkich technologii, to jednak ma ona znaczenie ograniczające (występowanie kolizji) jedynie dla medium współdzielonego jakim jest magistrala lub gwiazda pracująca w trybie HDX w sieciach przełączanych pracujących w trybie FDX mamy do czynienia z domenami kolizyjnymi, które są dwu punktowe - w takiej topologii kolizje nie występują

7 7 Kolizje w medium współdzielonym kolizje normalne o lokalne o zdalne spóźnione kolizja normalna kolizja wykryta podczas transmisji pierwszych 64 bajtów ramki po takiej kolizji karta sieciowa musi odczekać losowy przedział czasu przed następnym aktem transmisji (protokół CSMA/CD) retransmisja ramki zostanie dokonana automatycznie na poziomie Ethernet kolizja spóźniona kolizja występująca po emisji pierwszych 64 bajtów ramki (równoczesna transmisja występująca po upływie szczeliny czasowej) w normalnej kolizji karta sieciowa Ethernet automatycznie ponowi transmisję ramki - w wypadku kolizji spóźnionej ponowienie transmisji nie nastąpi, ponieważ karta traktuje taką transmisję jako pomyślną fakt utraty ramki z powodu kolizji spóźnionej muszą wykryć warstwy wyższe może powodować znaczne opóźnienia zwłaszcza w warstwie aplikacyjnej jest uważana za błąd (kolizja normalna jest natomiast zwykłym stanem w sieci) może wskazywać na problem sieci, np. sieć jest tak rozległa, że sygnał zakłócający nie może przebyć całej długości w czasie emisji sygnału zakłócającego, który wynosi 32 bity, lub problem hardwarowy

8 8 kolizja lokalna kolizja w medium typu magistrala (kabel koncentryczny, 10BASE2 i 10BASE5) jeśli inna stacja transmituje w tym samym czasie karta sieciowa wykrywa wzrost napięcia wykrycie kolizji przez stację skutkuje akcją o transmitowana jest cała preambuła do końca o transmitowane są 32 bity sygnału zakłócającego by wymusić wykrycie kolizji przez inne stacje segmentu sieciowego o następnie stacja transmitująca odczekuje losowy przedział czasu (by dwie stacje nie generowały takiego samego opóźnienia przed ponowieniem transmisji, gdyż powodowałoby to wystąpienie kolejnych kolizji) - zgodny z algorytmem wykładniczego odczekiwania (backoff) o podejmowane jest do 16 prób retransmisji - następuje przyrost czasu mierzony w przyrostach jednostki szczelina czasowa" (jeśli warstwie MAC nie uda się wysłanie ramki w ciągu 16 prób, rezygnuje i zwraca błąd do warstwy sieci - takie zdarzenie jest dosyć rzadkie i występuje tylko przy bardzo dużych obciążeniach lub problemach natury fizycznej) o przerwanie retransmisji sygnał zakłócający o sygnał zakłócający (długi na 32 bity) powoduje całkowite uszkodzenie danych o sygnał zakłócający jest najczęściej powtarzającym się ciągiem zer i jedynek, takim samym jak dla preambuły (szesnastkowo sekwencja 5 i A)

9 9 kolizja w medium typu gwiazda (kabel UTP, 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T) kabel UTP tworzy środowisko punkt-punkt: występuje oddzielna para nadawcza (TX) i odbiorcza (RX) kolizja występuje wtedy, gdy w trybie HDX podczas nadawania w parze TX stacja wykryje sygnał przychodzący w parze RX - w trybie HDX para transmitująca i wysyłająca nie mogą być używane równocześnie (w trybie FDX wystąpienie takiej kolizji nie jest możliwe) kolizje w kablu UTP są rozpoznawane tylko wtedy, gdy stacja pracuje w trybie półdupleksowym (tzn. gdy para transmitująca i wysyłająca nie mogą być używane równocześnie) ponieważ oba sygnały są przesyłane w różnych parach przewodów, nie ma żadnych charakterystycznych zmian fizycznych w sygnale wada kabla np. nadmierny przesłuch, może spowodować, że stacja będzie odbierać własną transmisję jako kolizję lokalną kolizja zdalna jest zwykle wynikiem wystąpienia kolizji po drugiej stronie połączenia z użyciem wtórnika (w sąsiednim segmencie) - wtórnik nie przekazuje dalej stanu nadmiernego napięcia (magistrala, kabel koncentryczny) i nie może spowodować jednoczesnej aktywności obu par (TX i RX) w tym samym czasie (gwiazda, kabel UTP) jest rozpoznawana po wielkości ramki, która jest mniejsza od minimalnego rozmiaru i ma błędną sumę kontrolną FCS, nie zaś po symptomach lokalnej kolizji, takich jak nadmiarowe napięcie czy równoczesna aktywność na liniach RX/TX w sieciach opartych na kablu UTP jest to najczęściej obserwowany rodzaj kolizji domena kolizyjna obszar propagacji kolizji na koncepcji domeny kolizyjnej oparta jest specyfikacja czasowa standardu Ethernet o czas przejścia tam-i-z-powrotem (round-trip time, musi brać pod uwagę długości kabli, opóźnienia wtórników, opóźnienia propagacji dla najbardziej niekorzystnego scenariusza) i musi być mniejszy od czasu transmisji ramki o minimalnej długości, aby karta sieciowa była w stanie wykryć kolizję o urządzenie transmitujące musi usłyszeć kolizję jeszcze w trakcie transmisji (to ogranicza technologię przestrzennie) o większość kolizji występuje w czasie transmisji preambuły - kolizje występujące przed polem SFD zazwyczaj nie są zgłaszane do wyższych warstw (jakby wcale nie wystąpiły) negatywny wpływ kolizji utrata pasma sieci równa czasowi początkowej transmisji i sygnału sekwencji zakłócającej - opóźnienie to obejmuje wszystkie węzły sieciowe na współdzielonym medium

10 10 Właściwości czasowe standardu Ethernet przerwa międzyramkowa, IFG: Inter Frame Gap, IPG: Inter-Packet Gap to minimalna przerwa pomiędzy transmisją dwóch ramek Ethernet cel o zapewnienie wolniejszym stacjom czasu na przetworzenie poprzedniej ramki i przygotowanie się do odbioru następnej ramki o karta sieciowa musi mieć wolne medium przed transmisją ramki przynajmniej o czas przerwy międzyramkowej o zadaniem wtórnika jest regeneracja pełnych 64 bitów informacji taktujących, (preambuły i pola SFD) nawet pomimo potencjalnej utraty części bitów początku preambuły z powodu powolnej synchronizacji dokonanie taktowania bitów ramki na nowo jest możliwe dzięki przerwie międzyramkowej (sama przerwa ulega wtedy zmniejszeniu) wynosi długość trwania 96 bitów o 10 Mbit/s Ethernet: 9.6 µs o 100 Mbit/s Fast Ethernet: 0.96 µs o 1 Gbit/s Gigabit Ethernet: 96ns o 10 Gbit/s 10G Ethernet: 9.6 ns przy odbiorze niektóre przerwy międzyramkowe mogą być krótsze ze względu na zmienne opóźnienia w sieci, tolerancje zegarów, wpływ urządzeń sieciowych szczelina czasowa (slot time) dla funkcjonowania metody CSMA/CD stosowanej w sieciach Ethernet konieczne jest, aby stacja wysyłająca wiedziała o wystąpieniu kolizji zanim zostanie zakończona transmisja ramki o minimalnym rozmiarze szczelina czasowa to ilość czasu potrzebna do przebycia drogi pomiędzy najdalszymi punktami domeny kolizyjnej, zderzenia się z inną transmisją w ostatnim możliwym momencie, powrotu fragmentów kolizyjnych do stacji wysyłającej i ich wykrycia (maximum round-trip delay) teoretyczna szczelina czasowa jest obliczana przy założeniu maksymalnych długości kabli w największej dopuszczalnej architekturze sieciowej, przy maksymalnych dopuszczalnych czasach opóźnień propagacji sprzętowej o propagacja w kablu UTP ~0.5μs/100m (1ns/20cm) (w 100 metrach kabla UTP przesłanie sygnału 10BASE-T na całej długości przewodu trwa krócej niż czas transmisji pięciu bitów) o opóźnienie wtórnika ~2μs o opóźnienie karty sieciowej ~1μs rzeczywista przyjmowana szczelina czasowa jest nieco dłuższa niż teoretyczna (zostawia pewien bezpieczny margines czasowy)

11 11 szczelina czasowa dla technologii Ethernet 10 i 100 Mb/s jest równa czasowi transmisji 512 bitów (64 oktetów), co daje 10BASE-T: 512*100ns=51μs, 100BASE-TX: 512*10ns=5.1μs szczelina czasowa dla technologii Ethernet 1000 Mb/s jest równa czasowi transmisji 4096 bitów (512 oktetów), co daje 1000BASE-TX: 4096*1ns=4μs aby umożliwić działanie sieci Ethernet 1000 Mb/s w trybie półdupleksu, przy wysyłaniu krótkich ramek dodano pole rozszerzenia służące jedynie do utrzymania urządzenia transmitującego w stanie zajętości na tyle długo, by mogły wrócić fragmenty kolizyjne (patrz dalej) w technologii 10 Gigabit Ethernet tryb półdupleksu nie jest dozwolony, gdyż przy tej szybkości prawie cała ramka o minimalnym rozmiarze zostałaby wysłana, zanim pierwszy bit pokonałby pierwsze 100 metrów kabla UTP (nie zdefiniowano odpowiednio długiego rozszerzenia ramki) 10 Mbps 100 Mbps 1 Gbps 10 Gbps czas transmisji bitu (bit time) 100ns 10ns 1ns 0.1ns czas trwania szczeliny (slot time) 512 bitów 512 bitów 4096 bitów * przerwa międzyramkowa (interframe spacing) 96 bitów ** 96 bitów 96 bitów ** 96 bitów ** limit prób po kolizji (collision attempt limit) * limit zwiększania prób oczekiwania po kolizji (collision backoff limit) * rozmiar sekwencji zakłócającej (collision jam size) 32 bity 32 bity 32 bity * maksymalny rozmiar ramki bez znacznika VLAN (maximum untagged frame size) 1518 B 1518 B 1518 B 1518 B minimalny rozmiar ramki (minimum frame size) 64 B 64 B 64 B 64 B limit przesyłania w trybie wiązkowym (burst limit) bity * stopień rozszerzenia przerw międzyramkowych (interframe spacing stretch ratio) bity *** * 10-Gbps Ethernet nie pozwala na tryb półdupleksowy więc parametry odnoszące się do czasu trwania szczeliny nie mają zastosowania ** oficjalny odstęp międzyramkowy (różni producenci czasami modyfikują tą wartość) *** odnosi się do 10GBASE-W

12 12 Ethernet 10BASE5, 10BASE2 Porównanie różnych standardów Ethernet architektura magistrali nazywana jest rozproszonym pojedynczym punktem awarii gdyż problem obejmuje swym zasięgiem zwykle wszystkie urządzenia wewnątrz domeny kolizyjnej tryb półdupleksowy (HDX) stacja nie może równocześnie wysyłać i odbierać danych, więc mogą występować kolizje rola szczeliny czasowej sieć musi spełniać regułę ze względu na ograniczenia czasowe nałożone w celu wykrycia kolizji reguła : nie więcej niż pięć segmentów oddzielonych czterema wtórnikami z nie więcej niż trzema segmentami z hostami pomiędzy dwiema odległymi stacjami będącymi w jednej dużej domenie kolizyjnej synchronizacja wersje technologii Ethernet pracujące z szybkością 10 Mb/s są asynchroniczne - każda stacja odbierająca wykorzystuje osiem oktetów informacji taktowania do zsynchronizowania obwodu odbiorczego dla nadchodzących danych, po czym odrzuca je Fast Ethernet zmiany w warstwie fizycznej nowe podwarstwy o podwarstwa uzgodnienia o MII: Media Independent Interface wiele kart sieciowych zapewnia różne szybkości transmisji przy łączeniu interfejsów o różnych szybkościach możliwa jest autonegocjacja parametrów tryb pełnodupleksowy (FDX) stacja może równocześnie wysyłać i odbierać dane, więc nie ma kolizji niepotrzebne pojęcie szczeliny czasowej, ponieważ nie ma ograniczeń czasowych nałożonych w celu wykrycia kolizji pozwala na budowę większych sieci synchronizacja wersje technologii Ethernet pracujące z szybkością 100 Mb/s i szybsze są synchroniczne - informacja taktowania nie jest wymagana, lecz dla utrzymania zgodności pole preambuły i znacznik początku ramki (SFD) są obecne

13 13 Gigabit Ethernet format ramki IEEE wstecznie kompatybilny ze standardami 10 Mbps i 100 Mbps zachowuje minimalną i maksymalną długość ramki jak we wcześniejszych standardach działa w trybie FDX i HDX topologia gwiazdy wykorzystuje metodę dostępu do medium CSMA/CD wspiera media (ISO/IEC 11801): ANSI Fiber Channel FC-1, FC-0 i skrętka UTP długość segmentu o przynajmniej 500 m na światłowodzie MM o przynajmniej 25 m na kablu miedzianym (nominalnie 100 m) o przynajmniej 3 km na światłowodzie SM kontrola przepływu GMII: Gigabit Ethernet Media Independent Interface rozszerzenie ramki (nośnej) w standardzie Gigabit Ethernet cel: wsteczna zgodność z mechanizmami standardu Ethernet do minimalnej długości ramki (64 B) dodano rozszerzenie (512 B) emitowane po emisji samej ramki takie rozszerzenie czasu trwania ramki zapewnia wystarczający czas, aby wykryć kolizję bity rozszerzenia są odrzucane przez stację odbierającą wada: strata pasma tym większa im mniejsze są ramki z danymi rozszerzenie nie musi być używane, jeśli urządzenie emituje dodatkowe ramki w trybie wiązki (do 64 Kbit) wydłużony minimalny rozmiar ramki umożliwia budowę segmentu o średnicy 320 m rozszerzenie ramki w technologii Gigabit Ethernet (ramka IEEE z LLC)

14 14 tryb wiązkowy (frame bursting) polega na wysyłaniu wielu zbuforowanych ramek na raz (jedna po drugiej) limit wysyłania: czas 64 Kbit mechanizm: gdy pierwsza ramka opuszcza port karta zaczyna transmitować symbole rozszerzenia nośnika wypełniając przerwę międzyramkową - następnie wysyła drugą ramkę itd. transmisję pierwszej ramki poprzedza badanie nośnika jak w zwykłej sytuacji w przypadku kolizji karta w standardowy sposób podejmuje odczekanie podczas wysyłania wiązki ramek nie powinno dochodzić do kolizji w medium współdzielonym, ponieważ inne stacje powinny słyszeć tę transmisję i czekać tryb wiązkowy nie jest używany w FDX - wtedy stacje kontrolują medium w każdym kierunku i mają do dyspozycji całe pasmo

15 15 Błędy w sieci Ethernet runt uszkodzona, częściowo nadana wiadomość będąca fragmentem kolizyjnym ramka krótsza od 64 bajtów z niewłaściwym FCS jabber (ciągła) emisja ramek z losowymi danymi- nadzwyczaj długa preambuła, ale brak poprawnego pola SFD zazwyczaj przekracza 1518 B nie ma znaczenia, czy ramka zawiera poprawną sumę kontrolną FCS analizator może wykazywać błąd CRC przyczyny o awaria adaptera sieciowego o długie utrzymywanie przez węzeł sygnału zakłócającego (JAM) jako odpowiedź na utrzymujące się kolizje o w segmencie o małym poziomie ruchu karta sieciowa może nie słyszeć sygnału sieci i dlatego myśli, że kolizja zakończyła się - wtedy kontunuuje zakłócanie giant/jumbo dowolna ramka większa od 1518 B ghost długość, łącznie z preambułą, musi wynosić co najmniej 72 oktety - w przeciwnym razie przypadek taki jest klasyfikowany jako zdalna kolizja przyczyną zjaw są problemy z okablowaniem błędy takie nie są zgłaszane przez programowe i większość sprzętowych analizatorów protokołowych, podręczne narzędzia diagnostyczne, jak również przez większość próbników zdalnego monitorowania (RMON, Remote Monitoring) błąd FCS uszkodzone dane wysoka liczba błędów FCS pochodzących z jednej stacji zwykle wskazuje na wadliwą kartę sieciową i/lub wadliwy albo uszkodzony sterownik albo wadliwy kabel jeśli błędy FCS pochodzą z wielu stacji, zwykle świadczy to o złym okablowaniu, wadliwej wersji sterownika karty sieciowej, wadliwym porcie koncentratora lub szumie indukowanym w systemie okablowania

16 16 błąd wyrównania zamiast prawidłowej liczby bitów tworzących grupy pełnych oktetów, występują bity dodatkowe (mniej niż osiem) zazwyczaj błędna suma kontrolna FCS błąd ten często jest spowodowany złym sterownikiem lub kolizją błąd zakresu odebrana ramka zawierająca poprawną wartość pola długości, lecz niezgodną rzeczywistą liczbę oktetów liczonych w jej polu danych błąd ten występuje również, gdy wartość pola długości jest mniejsza (większa) niż minimalny (maksymalny) dozwolony rozmiar pola danych nieuwzględniający wypełnienia postępowanie obecność błędów w sieci wskazuje na konieczność dalszej analizy niewielka ilość błędów wykrywanych przez wiele minut lub godzin będzie miała niski priorytet - tysiące błędów wykrytych w czasie kilku minut wskazują, że konieczna jest pilna analiza problemu

17 17 Auto-negocjacja założeniem standardu Ethernet jest, że interfejsy/porty 10, 100 i 1000 Mb/s można dopasować do szybkości i możliwości partnera połączeniowego - ustawienie: o ręczna konfiguracja (jedyna możliwa dla łącz światłowodowych) o autonegocjacja sygnalizacja procesu angażuje warstwę fizyczną i polega na wysyłaniu odpowiednich impulsów (port nie wpierający ignoruje je) obejmuje każdy port oddzielnie (na przełączniku każdy port może mieć różną prędkość) wybór wspólnych parametrów transmisyjnych obejmuje o prędkość (pasmo) o tryb (FDX, HDX) o typ portu: pojedynczy, multiport o (Gigabit Ethernet): parametry master-slave (tryb konfiguracji np. manualny, rola -master/slave, master-slave seed bit) połączone urządzenia najpierw wymieniają się informacją o wspieranych parametrach, a następnie wybierają najbardziej wydajne obsługiwane przez oba standard: klauzula 28 do IEEE standard opcjonalny dla100base-tx; wsteczna kompatybilność do 10BASE-T; standard obowiązkowy dla 1000BASE-T sygnały 10BASE-T aktywność karty sieciowej Ethernet 10Mbps impulsy LP ramki danych impuls LP: Link Pulse lub LIT: Link Integrity Pulse to impuls używany do detekcji obecności połączenia z innym urządzeniem jest używany tylko gdy akurat karta nie przesyła/odbiera ramek detekcja awarii linku: brak ramki i dwóch impulsów LP w czasie ms autonegocjacja jest realizowana przez wysyłanie serii sygnałów Link Pulse standardu 10BASE-T przez każdego z partnerów połączeniowych sygnał unipolarny dodatni, nominalny czas trwania: 100 ns (maksymalna szerokość: 200 ns), generowany co 16 ms (8 ms)

18 18 100BASE-TX aktywność karty sieciowej Fast/Gigabit Ethernet 100Mbps/1000Mbps impulsy wykorzystywane do auto-negocjacji: NLP, FLP ramki danych impuls NLP: Normal Link Pulse sygnał zaadoptowany dla mechanizmu autonegocjacji w Fast Ethernet z sygnału LP w technologii Ethernet 10 Mbps jest używany tylko gdy akurat karta nie przesyła/odbiera ramek własności elektryczne: jak sygnał LP impuls FLP: Fast Link Pulse seria impulsów FLP jest przesyłana z tym samym interwałem czasowym, co sygnał NLP, czyli 16 ms (8 ms) każda seria składa się z impulsów NLP, każdy w odległości 125 µs (14 µs) od następnego urządzenia oparte o technologię Ethernet 10Mbps nie widzą sygnałów FLP pomiędzy każdą parą impulsów NLP w serii (czyli 62.5 µs po pierwszym z pary) może (=1) lub nie (=0) znajdować się dodatkowy impuls łącznie w FLP jest 16 bitów do kodowania danych: dane te nazywają się LCW: Link Code Word, albo page LCW 3 serie FLP numeracja bitów: 0 (pierwszy impuls) - 15 (ostatni impuls) pierwsze (podstawowe) LCW: inaczej base page, znaczenie bitów: o 0-4: selektor, wskazuje który standard jest używany (IEEE IEEE 802.9) o 5-12: pole możliwości technicznych: koduje tryb (pomiędzy 100BASE-T i 10BASE-T) o 13: błąd: =1 jeśli urządzenie wykryje awarię o 14: potwierdzenie: =1 potwierdza poprawny odbiór podstawowego LCW (jeśli doszły przynajmniej trzy identyczne podstawowe LCW) - takich potwierdzeń wysyła się 6-8 razy o 15: next page: =1 oznacza chęć wysłania kolejnego LCW (budowa kolejnych jest taka sama jak podstawowego LCW) pole możliwości technicznych (5-12) dla IEEE 802.3: o bit 0: urządzenie wspiera 10BASE-T

19 19 o bit 1: urządzenie wspiera 10BASE-T, FDX o bit 2: urządzenie wspiera 100BASE-TX o bit 3: urządzenie wspiera 100BASE-TX, FDX o bit 4: urządzenie wspiera 100BASE-T4 o bit 5: przerwa o bit 6: przerwa asymetryczna dla trybu FDX o bit 7: zarezerwowane kodowanie LCW (16 bitów) w serii FLP 1000BASE-TX podstawowe LCW wystarcza tylko dla autonegocjacji dla: 10BASE-T, 100BASE-TX, 100BASE-T4 Gigabit Ethernet: oprócz podstawowego LCW konieczne są jeszcze dwa rodzaje dodatkowych stron o strony wiadomości (message pages), zawierają możliwość HDX informacja single/multi-port informcja: sposób konfiguracji master/slave (ręcznie, inaczej) informacja: stan master lub slave o strony niesformatowane (unformatted pages), zawiera wartość parametru master-slave seed (10 bitów) ostatni bit strony wskazuje, czy następna strona jest po niej informacja master/slave używana w 1000BASE-T do wyboru które urządzenie jest master, a które slave wysyłana jest jako pojedyncza wiadomość na stronie, a po niej wysyłana jest pojedyncza strona niesformatowana priorytet priorytet pasmo dostęp do łącza BASE-T FDX BASE-T HDX 3 100BASE-T2 FDX BASE-TX 100BASE-T2 100BASE-T4 100BASE-TX FDX HDX HDX 9 10BASE-T FDX 10 10BASE-T HDX

20 20 działanie jeśli partner połączeniowy zamiast serii FLP nadaje sygnał NLP, automatycznie zakłada się, że urządzenie to jest stacją opartą na technologii 10BASE-T (podczas tego początkowego interwału testowania obecności innych technologii ścieżka transmisyjna wysyła serie FLP) implementacje sprzętowe wielu producentów realizują funkcje cyklicznego przechodzenia przez różne możliwe stany - przez chwilę są wysyłane serie FLP w celu autonegocjacji, później sprzęt zostaje skonfigurowany w trybie Fast Ethernet, następnie przez pewien czas podejmowana jest próba połączenia, po czym urządzenie jedynie nasłuchuje utrata połączenia jeśli komunikacja zostanie przerwana z dowolnego powodu i nastąpi utrata połączenia, obaj partnerzy połączeniowi w pierwszej kolejności próbują połączyć się ponownie z ostatnio wynegocjowaną szybkością - jeśli to się nie powiedzie lub jeśli upłynęło zbyt dużo czasu od utraty połączenia, proces auto-negocjacji zaczyna się od początku partnerzy połączeniowi mogą pominąć prezentację konfiguracji odpowiadającej ich możliwościom - pozwala to administratorom sieciowym wymusić wybraną szybkość i tryb dupleksu portów bez wyłączania funkcji autonegocjacji jeśli sygnalizacja 100BASE-TX jest obecna, a stacja obsługuje standard 100BASE-TX, podjęta zostanie próba ustalenia połączenia bez negocjacji FDX istnieją tylko dwie metody, za pomocą których można nawiązać połączenie w trybie pełnego dupleksu o pełen cykl autonegocjacji o administracyjne wymuszenie pracy obu partnerów połączeniowych w trybie pełnego dupleksu jeśli jeden z partnerów połączeniowych działa w wymuszonym trybie pełnego dupleksu, a drugi partner próbuje autonegocjacji, to pewne jest wystąpienie niedopasowania dupleksu, co powoduje to kolizje i błędy na tym łączu jeśli tryb pełnego dupleksu został wymuszony po jednej stronie, musi być on wymuszony również po drugiej stronie - wyjątkiem od tej reguły jest technologia 10 Gigabit Ethernet, która nie obsługuje trybu półdupleksowego procedura detekcji równoległej (parallel detection) ma miejsce przy połączeniu urządzenia z autodetekcją z urządzeniem bez urządzenie z autodetekcją może określić i określić i ustawić prędkość transmisji w takim trybie połączenie musi być realizowane w trybie półdupleksu

21 21 Kontrola przepływu HDX (half duplex) kontrola przepływu jest łatwa w implementacji jeśli serwer wysyła szybciej, niż klient może przyjąć, przełącznik buforuje dane aż do wyczerpania miejsca wtedy przełącznik wysyła do serwera ramkę powodując wystąpienie kolizji - to powoduje realizację algorytmu odczekiwania (backoff) i przerwę w nadawaniu FDX (full duplex) w przypadku gdy przełącznik lub stacja końcowa nie może buforować ruchu, wysyła do serwera ramkę pause o wywołuje określony czas odczekania o używa adresu multicastowego, który nie jest dalej przekazywany przez przełączniki (standard mostowania, IEEE 802.1d) o nie generuje dodatkowego ruchu i nie wpływa na kontrolę ruchu w inych częściach sieci inny mechanizm kontroli przeciążenia: back pressure o przeciążony przełącznik wysyła preambułę (0,1,0,1,0,1, ) bez końcowego poal SFD o opcja konfiguracyjna