Capitolul 1. IEEE 802.3. Ethernet

1.1 Prezentare generală

Standardul IEEE 802.3 a fost publicat pentru prima oară în anul 1985. Încă de la publicarea

inițială, multe proiecte au adăugat funcționalități sau au furnizat actualizări ale specificațiilor

incluse în acest standard. Fiecare amendament adus standardului IEEE 802.3 este identificat cu

un sufix (exemplu: IEEE Std 802. 3ba™-2010).

Protocolul MAC (Media Access Control – controlul accesului la mediul de comunicație) specificat

în standardul IEEE 802.3 este ”Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection” -

CSMA/CD. Acest protocol MAC a fost inclus în experimentul Ethernet dezvoltat la Centrul de

Cercetare Xerox Palo Alto. În timp ce varianta experimentală Ethernet a avut o rată de transfer

de 2.94 Mb/s, standardul IEEE 802.3-1985 a specificat o funcționare bazată pe o rată de

transfer de 10 MB/s. Din 1985, noi opțiuni de medii de comunicație, noi viteze de funcționare și

noi capabilități au fost adăugate standardului IEEE 802.3.

Începând cu anul 1970, la Centrul de Cercetare Xerox Palo Alto, Dr. Robert M. Metcalf a

dezvoltat un standard de rețea care a permis utilizarea în comun a imprimantelor de către

stațiile de lucru personale. Acest sistem original, denumit “Alto Aloha Network” – Rețeaua Alto

Aloha (în 1973 redenumită Ethernet), era capabilă să transmită date cu o rată de transfer de 3

Mb/s între toate calculatoarele și imprimantele conectate. Mai târziu, în anul 1980, un

consorțiu multi-vendor constând din DEC, Intel, și Xerox a lansat standardul DIX pentru

Ethernet. Prin intermediul acestuia Ethernet a fost devenit un standard deschis pentru operarea

în rețea.

În același timp, Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE a creat un grup desemnat

ca fiind ”802 Working group” ( grupul de lucru 802) pentru a standardiza tehnologiile de rețea.

Acest grup a creat standarde pe care mai târziu le-au numerotat 802.x, unde x era subcomitetul

care dezvolta un standard particular. Subcomitetul care a dezvoltat standardul pentru

CSMA/CD, funcționând asemănător cu sistemul DIX Ethernet, a fost 802.3. Mai târziu, în 1985,

standardele oficiale au fost lansate de IEEE 802.3. Standardele au fost pentru ”Carrier Sense

Multiple Access with Collision Detection”.

Este important în acest punct să facem diferența între Ethernet-ul DIX original și ceea ce azi se

numește Ethernet. Ethernet-ul din ziua de azi se referă la standardele IEEE 802.3. Deși

funcționalitatea este asemănătoare, există mici diferențe între cele 2 standarde. Principala

diferență se bazează pe structura pachetului, care va fi discutată mai tarziu, și rata de transfer a

datelor. În prezent termenul ”Ethernet” se referă la standardele IEEE 802.3.

1.1.1 Scopul

Acest standard definește rețelele locale Ethernet, accesul și rețelele metropolitane. Ethernet-ul

specifică vitezele de funcționare și folosește specificațiile comune ale controlului accesului la

mediul de comunicație (MAC) și ”management information base” (MIB). Protocolul MAC

CSMA/CD specifică operarea atât în modul half-duplex, precum și full-duplex. Viteza specifică

interfețelor independente de mediul de comunicație (Media Independent Interfaces – MIIs)

oferă o interfață arhitecturală și, opțional, implementează o interfață pentru a selecta entitățile

de la nivelul fizic (PHY). Nivelul fizic codifică cadre pentru transmisie și decodifică totodată

cadrele recepționate, cu modularea specificată pentru viteza de operare, mediul de transmisie

și lungimea conexiunii. Alte capabilități specifice incluse: protocoale de control și management

și furnizarea alimentării cu energie electrică prin intermediul cablurilor cu fire torsadate ce

reprezintă unul dintre mediile de comunicație folosite de rețelele Ethernet.

1.1.2 Concepte de bază

Rețelele Ethernet se bazează pe standardul CSMA/CD. CSMA/CD presupune că toate

calculatoarele au acces la un mediu de comunicație și o singură mașină poate transmite date

prin mediul de comunicație la un anumit moment de timp. Avantajul Ethernet-ului este acela că

are capacitatea de a sesiza coliziuni în rețea. O coliziune se produce atunci când două sau mai

multe mașini (noduri) încearcă să trimită date în același timp. Există niște tehnici sofisticate

pentru a evita apariția cu regularitate a acestui inconvenient. Aceste tehnici vor fi discutate mai

târziu.

Când un nod dintr-o rețea Ethernet vrea să trimită informații unui alt nod, mai întâi ascultă

rețeaua (mediul de comunicație) pentru a vedea dacă exista trafic în rețea. Daca nu se

detectează trafic în rețea se va începe procesul de transmitere al cadrelor de date. Aceste cadre

vor fi transmise în întreaga rețea și toate nodurile din segmentul Ethernet le vor primi. Cu toate

acestea, doar nodul căruia i-a fost adresat cadrul îl va accepta și îi va interpreta conținutul.

Aceasta procedură se realizează cu ajutorul unei tehnici ce va fi descrisă mai târziu. Dacă din ce

în ce mai multe noduri devin active în rețea, probabilitatea ca mai multe noduri să încerce să

transmită informație în același timp crește. Dacă două noduri trimit date în același timp va avea

loc o coliziune. Când se întamplă acest lucru, stația emițătoare va trimite un mesaj de alertă

către celelalte noduri din rețea pentru a informa asupra apariției coliziunii iar datele

recepționate de alte noduri din rețea vor fi ignorate. Mai apoi, nodurile emițătoare sunt

obligate să aștepte o perioadă de timp de durată aleatorie pentru a retransmite datele astfel

încât să se evite situația în care ambele noduri ar încerca în același moment să retransmită

datele. Un algormitm matematic numit “Truncated Binary Exponential Backoff” determină

perioada de timp aleatorie în care nodurile trebuie să aștepte (nu au voie să încerce

retransmiterea datelor).

Standardul CSMA/CD poate fi defalcat în părțile sale componente: Carrier Sense (CS) este

abilitatea calculatoarelor de a asculta rețeaua și de a stabili dacă este sau nu activitate în rețea.

Multiple Access (MA) se referă la faptul că toate nodurile din rețea sunt conectate permanent

la mediul de comunicație iar procesul de detectare a coliziunilor (Collision Detection - CD ) a

fost explicat mai sus.

Acest standard oferă două moduri distincte de operare: half duplex și full duplex. Termenul

“CSMA/CD MAC” este folosit în acest standard ca sinonim cu “802.3 MAC” și poate reprezenta

o instanță fie a unui terminal de date (DTE) half duplex fie a unuia full duplex, cu toate că

terminalele de date full duplex nu implementează algoritmii tradiționali CSMA/CD folosiți

pentru a gestiona accesul la rețele LAN ce partajează un mediu de comunicație.

1.2 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)

În acest paragraf se prezintă în detaliu modul în care funcționează standardul CSMA/CD și

modul în care acesta asigură transmiterea de date în rețea în mod eficient și cu foarte puține

erori.

Așa cum a fost explicat anterior, CSMA/CD permite nodurilor din rețea să transmită și să

recepționeze date ori de câte ori rețeaua este disponibilă. Această metodă permite, într-un

mod mai eficient, utilizarea resurselor rețelei și a mediului de comunicație. În primul rând, este

necesar să se explice modul în care rețeaua Ethernet este configurată.

O rețea poate fi alcătuită din două sau mai multe mașini conectate împreună printr-un mediu

de comunicație. Aceste noduri ce sunt interconectate formează un segment Ethernet sau un

domeniu de coliziune. Se numește domeniu de coliziune deoarece toate nodurile vor primi date

de la toate celelalte noduri. Acesta fiind cazul, mediul de comunicație este cu adevărat comun,

prin urmare este predispus la coliziune. Mașinile pot fi în aceeași rețea, dar nu în același

domeniu de coliziune. Acest lucru se poate realiza prin utilizarea echipamentelor de

interconectare a segmentelor de rețea, numite bridge-uri și switch-uri. Fiecare segment de

rețea reprezintă un domeniu de coliziune.

Fiecare mașină sau nod dintr-o rețea locală are o adresă MAC (Medium Access Control) unică în

cadrul acelei rețele. Această adresă MAC este configurată în interfața de rețea NIC (Network

Interface Card). Adresa MAC trebuie să fie unică într-o rețea locala. Aceasta este adresa care

identifică în mod unic un nod de calcul în cadrul unei rețele locale.

1.2.1 Transmisia de date

În orice domeniu de coliziune al unei rețele Ethernet, orice informație care este trimisă în rețea

se propagă în ambele direcții prin mediul de comunicație cu scopul de a ajunge la toate

nodurile. Toate nodurile primesc fiecare cadru care se trimite prin rețea, indiferent dacă

informația este destinată pentru acel nod sau nu. Dacă acel cadru se adresează unui anumit

nod, doar nodul respectiv îl va accepta.

Când un nod din rețea este gata să transmită informații, nodul respectiv trece printr-o serie de

pași și anume:

1. Nodul ascultă rețeaua cu scopul de a afla dacă vreun alt nod sau mașină transmite

date prin rețea în acel moment. Dacă există activitate, nodul continuă să aștepte și

să asculte rețeaua.

2. Dacă nu este detectat niciun semnal, nodul își începe transmisia cadrului.

3. Cât timp nodul transmite, el ascultă rețeaua. El compară biții citiți din rețea cu biții

ce au fost emiși. Dacă ei coincid, nodul continuă să transfere, cu o pauză de 9.6 μs

între cadre.

4. Dacă ceea ce a fost citit din rețea nu coincide cu ceea ce a fost emis, nodul

presupune că a avut loc o coliziune și transferul se oprește.

5. Nodul transmite o alertă (cadru numit ”jam”) care informează celelalte noduri că a

avut loc o coliziune și trebuie să ignore ultimul fragment de cadru recepționat.

6. Nodul așteaptă o perioadă aleatorie de timp și își reia emisia.

Acesta este procesul de bază prin care fiecare nod trece atunci când transmite un pachet.

Figura 1.1 ilustrează acest proces în detaliu. Deși pare foarte simplu, adevărul este că există

multe alte procese care stau în spatele celor șase pași prezentați mai sus.

Nodul “ascultă” mediul de comunicație prin intermediul unui circuit receptor. Acest receptor

monitorizează fluxul de curent de-a lungul cablului. Când stația recepționează un flux de curent,

care se traduce printr-un flux de biți (aproximativ 18-20 mA), se spune că mediul de

comunicație este ocupat și nu stația nu are voie să transmită date. Dacă stația nu sesizează

nicio activitate în rețea, de exemplu nu există un flux de curent prin mediul de comunicație, se

poate începe transmisia de date.

Figura 1.1 IEEE 802.3 Algoritmul de transmisie

1.2.2 Coliziuni

În timp ce nodul transmite, el continuă să “asculte” rețeaua, monitorizând toate datele care

sunt trimise în rețea. În momentul în care se detectează o coliziune se oprește transmisia.

Nodul de calcul este capabil de a detecta o coliziune utilizând același circuit de emisie -

recepție. Atunci când nodul aflat în emisie detectează exces de curent pe linie, oprește

transmiterea de date și emite o secvență de 32 de biți numită ”jam”. Această secvență este

emisă cu scopul ca oricare nod ce a recepționat cadrul eronat, afectat de coliziune, să aibă

posibilitatea de a ignora acest cadru. Nodul aflat în recepție detectează eroarea prin faptul că

secvența ”jam” pe 32 de biți este proiectată pentru ține locul celor 32 de biți reprezentând

suma de control CRC (Cyclic Redundancy Check) de verificare a erorilor cadrului de date. Când

nodul receptor primește secvența ”jam”, o compară cu suma de control CRC calculată la

recepție pe baza biților recepționați și determină că este o eroare. Apoi nodul receptor ignoră

cadrul recepționat eronat. După detectarea unei coliziuni, nodul emițător va aștepta o perioadă

aleatorie de timp înainte de retransmiterea cadrului. Acest proces este cunoscut sub numele de

"Truncated Binary Exponential Backoff".

În cazul apariției unei coliziuni, după ce secvența ”jam” a fost emisă, respectiv recepționată,

fiecare nod implicat în coliziune poate retransmite fie imediat (după perioada 9.6 μs), fie după o

perioadă de timp de așteptare generată aleatoriu. O perioadă este definită ca timpul necesar

unui cadru să se propage dus – întors de-a lungul rețelei. Perioada standard are un timp de 51.2

μs. Are această valoare deoarece un cadru standard are cel puțin o lungime de 512 biți. Întrucât

viteza de transmisie este 10 Mb (10.000.000 biți)/secundă, unui nod îi va lua 51.2 μs pentru a

trimite un singur cadru.

După coliziune, nodul va selecta un multiplu de timp al perioadei de bază (51.2 μs) pentru a

aștepta înainte de a retrimite informație. Acest multiplu provine de la un set de numere

generate de nodul care încearcă să retransmită informația. De exemplu, daca nodul întâlnește o

coliziune acesta va retransmite fie imediat, fie va aștepta o perioadă (51.2 μs). Dacă se

întâlnește o altă coliziune va selecta un multiplu al perioadei din setul de (0, 1, 2 sau 3).

Existând 4 opțiuni rezultă o probabilitate de 25% ca ambele noduri să aleagă același perioadă

de așteptare înainte de a încerca retransmiterea. Setul de multipli crește după fiecare încercare

eșuată.

Formula pentru setul de numere este simplă, 2K, unde K este numărul de încercări de

retransmitere. Astfel, prima încercare va fi 21 pentru un set de (0 sau 1) ori a valorii perioadei.

Dacă a fost a doua încercare, va fi 22 pentru un set de (0, 1, 2 sau 3) ori a valorii perioadei și așa

mai departe. Aceste încercări vor continua până se va atinge pragul de 15 retransmiteri. În

momentul în care se atinge acest prag, nodul va înceta să mai trimită și va interoga un nivel OSI

superior pentru a decide ce să facă în continuare.

Întâmplător, totalul de 15 încercări corespunde unui set de ferestre (perioade) de la 0 la 1023,

ceea ce corespunde în mod direct cu cele 1024 noduri maxime admise în orice domeniu de

coliziune.

1.2.3 Operarea in modul half-duplex

În modul half-duplex, metoda CSMA / CD de acces la mediul de comunicație este mijlocul prin

care două sau mai multe stații (noduri) partajează același mediu de comunicație. Pentru a

emite, un nod ”ascultă” o scurtă perioadă de timp mediul de comunicație pentru a detecta dacă

o altă stație transmite date. In cazul în care mediul de comunicație este liber (ceea ce înseamnă

că nicio altă stație nu transmite) stația începe transmiterea mesajului prin serializarea biților.

Dacă după începerea transmisiei, stația care emite ”ascultă” semnalul de pe linia de

comunicație și îl compară cu cel emis. In cazul în care acestea diferă, însemnă că mesajul emis

se suprapune cu cel al unei alte stații care a început să emită cam în același moment. Această

situație se numște coliziune și, la apariția ei, fiecare stație aflată în emisie transmite un pachet

cu o configurație specială, numit ”jam”, pentru a anunța toate stațiile din rețea că a avut loc o

coliziune și trebuie să ignore ultimul fragment de pachet recepționat. In continuare stațiile ce

au generat colizunea nu au voie să mai emită pentru o perioadă aleatorie de timp. După

expirarea acestei perioade de timp procesul de emisie se reia prin ”ascultarea” mediului de

comunicație. Operarea half duplex poate fi folosită cu câteva tipuri de medii de comunicație și

configurații așa cum sunt definite de acest standard.

1.2.4 Operarea full duplex

Operarea full duplex permite comunicarea simultană între două stații folosind un mediu de

comunicație punct–la–punct (canal dedicat). Operarea full duplex nu impune ca stațiile

emițătoarele să monitorizeze mediul de comunicație, așa încât nu există nicio dispută pentru

ocuparea mediului de comunicație în acest mod. Modul full duplex poate fi folosit când toate

afirmațiile următoare sunt adevărate:

a) Mediul fizic este capabil să suporte transmisii simultane și să recepționeze fără

interferențe.

b) Sunt două stații interconectate cu o conexiune full duplex punct-la-punct. Deoarece nu

există nici o dispută de utilizare a unui mediu de comunicație comun, algoritmii de acces

multiplu (de exemplu, CSMA/CD) sunt inutili. Apariția coliziunii nu este posibilă.

c) Ambele stații din rețeaua LAN sunt capabile și sunt configurate să opereze în modul full

duplex.

Cea mai comună configurație prevăzută pentru o operație full duplex constă dintr-un port

central (cunoscut sub numele de switch) cu conexiuni dedicate ce interconectează fiecare port

al switch-lui la un dispozitiv. Repetoarele așa cum sunt ele definite în acest standard sunt în

afara scopului de funcționare full duplex.

1.3 Perspective arhitecturale

Există două moduri importante de abordare a proiectării unei rețele și anume:

a) Arhitectura: evidențiază diviziunea logică a sistemului și modul cum acestea se

coordonează.

b) Implementarea: evidențiază componentele reale, pachetele și interconectarea acestora.

Acest standard este organizat pe baza elementelor arhitecturale, cu accent pe separarea

sistemului în două părți: Media Access Control (MAC) (subnivel al Data Link Layer-ului) și nivelul

fizic (Physical Layer). Aceste nivele sunt concepute să corespundă nivelurilor inferioare ale

modelului ISO/IEC pentru Interconectarea Sistemelor Deschise - Model for Open Systems

Interconnection (vezi Figura 1.2). Subnivelul Logical Link Control (LLC) și subnivelul MAC

înglobează împreună funcțiile nivelului Data Link astfel cum sunt definite în modelul OSI.

Figura 1.2 – corespondența între standardul IEEE 802.3 și modelul de referință ISO/OSI

AUI = Attachment Unit Interface PCS = Physical Coding Sublayer

MAU = Medium Attachment Unit PHY = Physical Layer Device

MDI = Medium Dependent Interface PLS = Physical Layer Signaling

MII = Media Independent Interface PMA = Physical Medium Attachment

PMD = Physical Medium Dependent

Nota – În figura de mai sus, xMII este folosit ca un termen generic pentru Media Independent

Interfaces for Implementations ( Interfețele Independente de Mediul de comunicație) pentru

implementări de la 100 Mbps și mai mult. De exemplu: pentru o implementare de 100 Mbps

această interfață se numește MII; pentru o implementare de 1Gbps această interfață se

numește GMII; pentru o implementare de 10 Gb/s – XGMII etc.

1.3.1 Justificarea arhitecturală

O organizare arhitecturală a unui standard are două mari avantaje:

a) Claritate. O separare de ansamblu a proiectării în funcție de elementele arhitecturale

face ca un standard să fie mai clar.

b) Flexibilitatea. Segregarea aspectelor dependente de mediul de comunicație în cadrul

nivelul fizic permite subnivelurilor LLC și MAC să se aplice la o familie de medii de

comunicație. Partiționarea subnivelului Data Link permite metode diferite de acces la

mediu în cadrul familiei de standarde de rețele locale.

Modelul arhitectural se bazează pe un set de interfețe care pot fi diferite de cele evidențiate în

implementări. Un aspect critic al proiectării interfețelor îl reprezintă compatibilitate.

1.3.2 Compatibilitatea interfețelor

În cadrul nivelului fizic sunt definite următoarele interfețe importante:

a) Interfețe dependente de mediu (Medium Dependent Interfaces – MDI). Pentru a

comunica într-un mod compatibil, toate stațiile aderă strict la specificarea exactă a

semnalelor prin mediul fizic definite în clauzele corespunzătoare din prezentul standard,

precum și la procedurile care definesc comportamentul corect al unui nod. Aspectele

independente de mediu ale subnivelelor LLC și MAC nu ar trebui să fie neglijate;

comunicarea într-o rețea locală Ethernet necesită compatibilitate completă la nivelul

interfața de acces la mediul fizic (interfața conectată la cablul fizic).

b) Interfața unității de conectare (Attachment Unit Interface – AUI). Unele echipamente

terminale de date (DTE) sunt localizate la o anumită distanță față de conexiunea lor la

cablul fizic. O parte mică din interfață va exista în Unitatea de Conectare la Mediu

(MAU), care este direct conectată la cablu fizic, în timp ce cea mai mare parte a

hardware-ului și tot software-ul va fi plasat în DTE. AUI – ul este definită ca o a doua

interfață ce trebuie să asigure compatibilitatea. Chiar dacă nu este strict necesară

conformitatea cu această interfață pentru a asigura comunicația, ea este totuși

recomandată deoarece permite o flexibilitate maximă în interconectarea MAU-urilor și

DTE-urilor. AUI-ul poate fi opțional sau nu se specificat pentru unele implementări din

cadrul acestui standard, care presupun o conectare directă la mediu și deci nu folosește

un MAU separat sau un cablu de interconectare AUI. PLS și PMA sunt parți ale unei

singure unități și nu este necesară o explicitare a implementării AUI.

c) Interfața Independentă de Mediu (Media Independent Interface – MII). Se anticipează

că unele DTE-uri vor fi conectate la un echipament PHY aflat la distanță și/sau la alte

echipamente PHY dependente de mediul de comunicație. MII este definit ca o a treia

interfață ce trebuie să asigure compatibilitatea. Chiar dacă nu este strict necesară

conformitatea cu implementarea a acestei interfețe pentru a asigura comunicarea, ea se

recomandă deoarece permite o flexibilitate maximă în interconectarea PHY-urilor și a

DTE-urilor. MII este opțională.

d) Interfața Gigabit Indepenenta de Mediu ( Gigabit Media Independent Interface – GMII).

GMII este proiectată pentru a conecta un MAC de 1 Gbps sau un repetor de 1 Gbps la un

PHY. Chiar dacă, pentru a asigura comunicația, nu este strict necesară conformitatea cu

implementarea acestei interfețe, ea este totuși recomandă deoarece permite o

flexibilitate maximă în interconectarea PHY-urilor si DTE-urilor la viteză de 1GB/s. GMII

este destinat utilizării ca o interfață chip-to-chip. Nu este specificat niciun conector

mecanic pentru utilizarea cu GMII. GMII este opțională.

e) Interfața Ten-bit (Ten-bit Interface – TBI). TBI este furnizată de subnivelul 1000BASE-X

PMA ca implementare fizică a interfeței serviciului PMA. TBI este recomandată pentru

sistemele 1000BASE-X, deoarece oferă o partajare convenabilă între funcțiile asociate cu

subnivelul PMA și funcțiile logice asociate cu subnivelurile PCS și MAC. TBI este destinată

utilizării ca o interfață chip-to-chip. Nu este specificat un conector mecanic pentru

utilizarea cu TBI. TBI este opțională.

f) Interfața Independentă Mediu 10 Gigabit (10 Gigabit Media Independent Interface -

XGMII). XGMII este concepută pentru a conecta unMAC capabil de 10 Gb / s la un PHY

10 Gb / s. În timp ce conformitatea cu punerea în aplicare a acestei interfețe nu este

strict necesară pentru a asigura o comunicare, ea se recomandă, deoarece permite o

flexibilitate maximă în interconectarea PHY-urilor si DTE-urilor la viteză de 10GB/s.

XGMII este destinat utilizării ca o interfață chip-to-chip. Nu este specificat niciun

conector mecanic pentru utilizarea cu XGMII. XGMII este opțională.

g) Interfața 10 Gigabit AUI (10 Gigabit Attachment Unit Interface – XAUI). XAUII este

conceput pentru a extinde conexiunea dintre un MAC capabil de 10 Gb / s la un PHY 10

Gb / s. În timp ce conformitatea cu punerea în aplicare a acestei interfețe nu este strict

necesară pentru a asigura o comunicare, ea se recomandă, deoarece permite o

flexibilitate maximă în interconectarea PHY-urilor si DTE-urilor la viteză de 10GB/s. .

XAUI este destinat utilizării ca o interfață chip-to-chip. Nu este specificat niciun conector

mecanic pentru utilizarea cu XAUII. XAUI este opțională.

h) 10 Gigabit Sixteen – Bit Interface – XSBI. XSBI este furnizat ca o instanțierea fizică a

interfeței serviciului PMA pentru 10GBASE-R și 10GBASE-W PHY. În timp ce

conformitatea cu punerea în aplicare a acestei interfețe nu este necesară pentru a

asigura o comunicare, aceasta oferă o partiție convenabil între circuitele de înaltă

frecvență asociate cu subnivelul PMA și funcțiile logice asociate cu subnivelurile PCS-

urilor și MAC-ului. Nu este specificat niciun conector mecanic pentru utilizarea cu XSBI.

XSBI este opțională.

i) 40 Gigabit Media Independent Interface - XLGMII. ). XLGMII este conceput pentru a

conecta un MAC capabil de 40 Gb/s la un PHY 40 Gb/s. În timp ce conformitatea cu

punerea în aplicare a acestei interfețe nu este necesară pentru a asigura o comunicare,

permite o flexibilitate în interconectarea PHY și DTE la o viteză de 40 Gb/s. XLGMII

reprezintă o interconectare logică destinată utilizării ca o interfață intra-cip. Nu este

specificat un conector mecanic pentru utilizarea cu XLGMII. XLGMII este opțională.

j) 40 Gigabit Attachment Unit Interface – XLAUI. XLAUI este o instanțiere fizică a interfeței

serviciului PMA pentru a extinde o conexiune între PMA-uri capabile de 40 Gb/s. În timp

ce conformitatea cu punerea în aplicare a acestei interfețe nu este necesară pentru a

asigura o comunicare, însă se recomandă, deoarece permite o flexibilitate maximă de

interconectare a PHY-urilor și DTE-urilor la viteze de 40 Gb/s. XLAUI este destinat

utilizării ca un chip-to-chip sau ca o interfață cip-to-modul. Nu este specificat un

conector mecanic pentru utilizarea cu XLAUI. XLAUI este opțională.

k) 40 Gigabit Parallel Physical Interface – XLPPI. XLPPI este furnizată ca o implementare

fizică a interfeței serviciului PMD pentru 40GBASE-SR4 și 40GBASE-LR4. XLPPI are patru

benzi. În timp ce conformitatea cu punerea în aplicare a acestei interfețe nu este

necesară pentru a asigura o comunicare, permite o flexibilitate în conectarea PMD-urilor

40GBASE-SR4 sau 40GBASE-LR4. XLPPI este destinată pentru utilizare ca o interfață chip-

to-module. Nu este specificat un conector mecanic pentru utilizarea cu XLPPI. XLPPI este

opțională.

l) 100 Gigabit Media Independent Interface – CGMII. CGMII este concepută pentru a

conecta un MAC capabil de 100 Gb/s la un PHY de 100 Gb/s. În timp ce conformitatea

cu punerea în aplicare a acestei interfețe nu este necesară pentru a asigura o

comunicare, permite o flexibilitate în interconectarea PHY-urilor și DTE-urilor la viteze

de 100 Gb/s. CGMII este o interconectare logică destinată utilizării ca o interfață intra-

chip. Nu este specificat un conector mecanic pentru utilizarea cu CGMII.CGMII este

opțională.

m) 100 Gigabit Attachment Unit Interface – CAUI. CAUI este o implementare fizică a unei

interfețe a serviciului PMA pentru a extinde conexiunea între PMA-urile capabile de 100

Gb / s. În timp ce conformitatea cu punerea în aplicare a acestei interfețe nu este

necesară pentru a asigura o comunicare, ea se recomandă, deoarece permite o

flexibilitate maximă în interconectarea PHY-urilor și a DTE-urilor la viteze de 100 Gb / s.

CAUI este destinat utilizării ca o interfață chip-to-chip sau o interfață chip-to-module. Nu

este specificat un conector mecanic pentru utilizarea cu CAUI. CAUI este opțională.

n) 100 Gigabit Parallel Physical Interface – CPPI. CPPI este furnizat ca o implementare fizică

a interfeței serviciului PMD pentru 100GBASE-SR10. CPPI are zece benzi. În timp ce

conformitatea cu punerea în aplicare a acestei interfețe nu este necesară pentru a

asigura o comunicare, permite o flexibilitate în conectarea PMD-urilor 100GBASE-SR10.

CPPI este destinat utilizării ca o interfață chip-to-module. Nu este specificat un conector

mecanic pentru utilizarea cu CPPI. CPPI este opțională.

1.4 Media Access Control (MAC)

Această secțiune specifică serviciile oferite de subnivelul Media Access Control (MAC) al

clientului de MAC (vezi Figura 1.2). Clientii MAC pot include subnivelul Logic Link Control (LLC),

Bridge Relay Entity, sau alți utilizatori de servicii ISO / IEC LAN International Standard MAC (vezi

Figura 1.3). Serviciile sunt descrise într-un mod abstract și nu implică nici o implementare

particulară sau orice altă interfață expusă. Alte clauze din prezentul standard pot adăuga

subnivele opționale de protocol direct deasupra MAC-ului care păstrează interfața de servicii a

clientului MAC.

.

Figura 1.3 – Relațiile primitive ale specificațiilor serviciului

1.5 Pachetul Media Access Control (MAC) și specificațiile acestuia

1.5.1 Prezentare generală

În aceast paragraf este definită corespondența dintre primitivele interfețelor oferite de serviciul MAC și pachetele Ethernet, inclusiv sintaxa și semantica diferitelor câmpuri ale cadrelor MAC și a câmpurilor folosite pentru a introduce respectivele cadre MAC în pachete.

De-a lungul dezvoltării Ethernet au fost introduse noi aptitudini care sa permită încapsularea protocolului nivelului legăturii de date (data link layer - nivelul 2) în câmpul MAC Client Data. De aceea, în momentul de față exista mai multe tipuri de cadre MAC:

Formatul cadrelor include următoarele trei tipuri de cadre MAC: a) un cadru de bază b) un cadru Q-tagged c) un cadru plic (envelope)

Toate aceste tipuri de cadre folosesc același format al cadrului Ethernet.

1.5.2 Formatul pachetului În figura 1.4 sunt prezentate câmpurile unui pachet: Antetul (Preambul), Delimitatorul de început de bloc (Start Frame Delimiter - SFD), adresele MAC ale destinației și sursei, lungimea sau tipul de câmp care indică lungimea sau tipul de protocol al următorului câmp ce conține informațiile MAC client, un câmp ce conține zona de completare atunci când acest lucru este necesar, și secvența de control a blocului (Frame Check Sequence - FCS) ce conține o sumă de control pentru a detecta erorile dintr-un pachet MAC recepționat.

Figura 1.4—Formatul pachetului Extensia câmpului este adăugată doar dacă acest lucru este solicitat (doar pentru operații pe 1000 Mb/s half duplex). Toate câmpurile au dimensiune fixă, cu excepția câmpurilor MAC Client Data, Pad și Extensie, care pot conține un număr întreg de octeți, aflat între o valoare minimă și una maximă determinate de implementarea speficifică MAC. Limita minimă respectiv maximă a dimensiunii blocului MAC se referă la porțiunea de pachet de la câmpul Adresa Destinație până la câmpul Secvența de control, inclusiv (blocul MAC). În Figura 1.4, octeții pachetului sunt transmiși de sus în jos, iar biții fiecărui octet sunt transmiși de la stânga la dreapta.

Blocul de date IEEE 802.3 este alcătuit din 7 câmpuri diferite. Aceste câmpuri sunt alăturate pentru a forma un singur bloc de date. În Figura 1.4 sunt ilustrate următoarele 7 câmpuri: Antetul (Preambul), Delimitatorul de început de bloc (Start Frame Delimiter - SFD), Adresa Destinație, Adresa Sursă, Lungimea, Data, și Secvenţa de control a blocului. Antetul (Preambulul) Antetul este un câmp care informează nodul receptor că un bloc de date este transmis. Acest câmp este un pattern cu lungimea de 56 biți (7 octeți) format dintr-o secvenţă alternantă de 1 şi 0. Delimitatorul de început de bloc (SFD) Delimitatorul de început de bloc (Start Frame Delimiter - SFD) este folosit împreună cu preambulul pentru a sincroniza tactul de recepție cu tactul de transimise cu ajutorul Buclei de Sincronizare Digitală a Fazei (Digital Phase Lock Loop - DPLL). Circuitul DPLL este folosit pentru a asigura sincronizarea între emițător și receptor. Împreuna cu patternul de biți din preambul, circuitul DPLL este capabil să sincronizeze semnalul de tact la recepție cu semnalul de tact la emisie. Adresa Destinație Adresa destinație este adresa MAC care specifica stația căreia ii este destinat blocul. Așa cum a fost explicat anterior, fiecare NIC (Network Interface Card - Interfață de Rețea) are o adresă MAC unică. Aceasta adresă face parte din câmpul adresei destinație, ce are o dimensiune de 6 octeți (48 biți). Exista trei tipuri de adresă destinație: unicast, multicast, sau broadcast. O adresa unicast specifică un singur nod din rețea. Aceasta este adresa MAC a stației. Adresa multicast se folosește atunci când un singur bloc trebuie trimis unui număr de noduri dintr-un grup particular. Acest lucru este posibil prin faptul că fiecare nod este capabil să accepte pachete transmise către o adresă multicast specifică. Dacă una dintre aceste adrese se află în adresa destinație, orice nod care este setat să primească respectiva adresă va accesa acea informație. Cel de-al treilea tip de adresă destinație este adresa broadcast. Atunci când câmpul de adresă destinație conține o adresă de tip broadcast, toate nodurile rețelei trebuie să accepte pachetul respectiv. Adresa broadcast standard este un număr pe 6 octeți (48 biți) format numai din biți 1 (FF FF FF FF FF FF). Schema de adresare permite rețelei să fie foarte flexibilă în ceea ce privește transmiterea datelor. Adresa Sursă La fel ca adresa destinație, adresa sursă este un câmp pe 48 de biți. Cu toate astea, această valoare reprezintă întotdeauna o adresă unicast și întotdeauna reprezintă adresa MAC a nodului emițător. Lungimea

Câmpul ”Lungime” are 16 biți și conține numărul total de biți de informație conținută în următorul câmp de date. Data Câmpul de date conține informațiile ce urmează a fi procesate de protocoalele nivelului superior al nodului receptor. Dimensiuna informației trebuie să fie între 46 și 1500 octeți. Cei minim 46 octeți asigură faptul că lungimea întreagă a informației este de cel puțin 64 octeți. 64 octeți înseamnă 512 biți. Aceasta este dimensiunea minimă pe care data trebuie să o aibă pentru ca la oricare capăt al rețelei să poată fi detectate coliziunile. Acest lucru se aplică la transmiterea unui bloc de informații într-o rețea de 10 Mb/s. În cazul unei rețele de viteză mai mare, dimensiunea câmpului de date trebuie sa fie mai mare, pentru a permite detectarea coliziunilor. Suma de control a blocului Suma de control a blocului este un câmp pe 4 octeți și conține o valoare pentru controlul erorilor reprezentată pe 32 de biţi (Cyclic Redundancy Check - CRC). Această valoare este calculată la emisie și adăugată în bloc. La recepție, nodul receptor calculează de asemenea această valoare pe baza biților recepționați și o compară cu suma de control calculată la emisie. Dacă cele două valori nu sunt egale înseamnă ca a apărut o eroare de transfer și blocul este înlăturat. Controlul ciclic redundant (Cyclic Redundancy Check) Principala metodă de control a erorilor pentru blocuri transferate prin rețele CSMA/CD este controlul ciclic redundant (Cyclic Redundancy Check). Aceasta este o valoare pe 32 biți adăugată la sfârșitul blocului de informații. CRC-ul este calculat o dată de către nodul emițător și apoi de către nodul receptor. Dacă cele două valori nu sunt egale, atunci se consideră că a avut loc o eroare de transmisie, iar blocul este înlăturat. 1.6 Caracteristicile semnalului 1.6.1 Codificarea semnalului Există două tipuri de mecanisme de codificare a semnalului ce pot fi folosite de către AUI: codificarea datelor și codificarea controlului. 1.6.1.1 Codificarea datelor Codificarea este procesul prin care sunt adăugate tranziții la semnalul corespunzător datelor ce urmează a fi transmise prin rețea. Primul pas este stabilirea ratei de transfer ce va fi folosită. După ce aceasta a fost fixată, timpul mid-bit poate fi calculat ca jumătate din perioada ratei de transfer. Codificarea Manchester este folosită pentru transmiterea informațiilor de-a lungul AUI. Codificarea Manchester este un mecanism de semnalizare binară care combină data și tactul în

așa numitele simboluri de biți (“bit-symbols”). Fiecare simbol de biți este împarțit în 2, iar cea de-a doua jumătate conține inversul binar al primei jumătăți. O tranziție are loc în mijlocul fiecărui simbol de bit. În timpul primei jumătăți a simbolului de biți, semnalul codificat este complementul logic al valorii bitului codificat. În timpul celei de-a doua jumătăți de simbol de biți, semnalul codificat este valoarea necomplementată a bitului codificat. Astfel, un bit 0 este codifcat ca un simbol de bit în care prima jumătate este HI, iar cea de-a doua este LOW. Un bit 1 este codifcat ca un simbol de bit în care prima jumătate este LOW, iar cea de-a doua este HI. Un exemplu de formă de undă Manchester este ilustrat în figura 1.5. Condiția de linie liberă (IDL) este de asemenea folosită ca un semnal codificat. Un IDL începe întotdeauna cu un nivel de semnal HI. Din moment ce IDL începe mereu cu un semnal HI, o tranziție adițională va fi adăugată la stream-ul de date dacă ultimul bit trimis a fost zero. Această tranziție nu poate fi confundată cu o informație de tact (CD0 or CD1) din moment ce tranziția are loc la începutul unei celule bit. Nu va exista nicio tranziție în mijlocul unei celule bit. Condiția IDL, așa cum a fost trimisă de driver, va fi păstrată pentru o perioadă de minim 2 biți. Condiția IDL va fi detectată în mai puțin de 1.6 * perioada unui bit la recepție.

a) Variația caracteristicilor semnalului sistemului fac ca detectarea IDL (etd, end transmission delimiter) mai devreme de 1.3 * perioada unui bit să fie ineficace. Implementarea specifică a buclei de sincronizare a fazei (phase-locked loop) sau echivalentul mecanismului de reconstituire a semnalului de tact determină limita inferioară a perioadei de detectare IDL. O margine adecvată între limita inferioară și 1.6 * perioada unui bit ar trebui să fie luată în considerare.

b) Reconstituirea sincronizării din dată este simplu realizată în partea de recepționare a interfeței datorită numeroaselor tranziții binare ce sunt garantate ca fiind codificate în forma de undă, independent de secvența de date. O buclă de sincronizare a fazei (phase-locked loop) sau mecanisme echivalente păstrează continuu sincronizarea repeptorului cu emițătorul.

Figure 1.5. Exemplu de semnal codifcat Manhester

1.6.1.2 Codificarea controlului Un mecanism de codificare mai simplu este folosit pentru semnalizarea controlului. Simbolurile de codificare folosite în acest tip de mecanism sunt CS0, CS1 și IDL. Semnalul CS0 este un stream de semnale a căror frecvență este egală cu rata de emisie a biților (Bit Rate - BR). Semnalul CS1 este un stream de semnale a căror frecvență este egală cu jumătatea BR (BR/2). Semnalul IDL folosit în circuitele de control este același cu semnalul IDL definit pentru circuitele de date. 1.7 Ethernet Media Proiectarea și instalarea unei rețele Ethernet are în vedere utilizarea unui mediu de comunicație adecvat. Ca rezultat al evoluției Ethernet de-a lungul timpului și a flexibilității Ethernet, astăzi este disponibilă o mare varietate de cabluri. Cele 3 mari tipuri de medii de comunicație folosite astăzi sunt:

• Cablu coaxial - cabluri groase 10Base-5 - cabluri subțiri 10Base-2

• Cablu torsadat - 10Base-T - 100Base-T (cablu torsadat și fibră optică) - 1000Base-T

• Fibră optică - 10Base-F - 1000Base-X

Primele sisteme Ethernet foloseau cabluri coaxiale 10Base-5. Denumirea reprezintă diferitele funcții și limitări ale cablării:

• 10—Mb/s rata de transmisie • Base—modul de comunicație baseband • 5—500 metri reprezintă cea mai mare distanță pe care un segment de cablu poate

transmite semnalul Cablurile groase și scumpe au fost curând înlocuite cu unele mai puțin scumpe, dar și mai puțin eficiente, cablurile subțiri 10Base-2. Lungimea maximă a unui segment din cablu coaxial subțire este de 185 metri (rontujit la 200 pentru denumirea cablului) Cel mai popular cablu Ethernet este cablul UTP care se găsește într-o mare varietate de categorii, niveluri de perfomanță și prețuri. Cablul UTP este asemănător cu cel telefonic, cu excepția faptului că are 8 fire care fie sunt directe (straight-through), fie sunt încrucișate. Conexiunile directe (straight-through) sunt folosite în majoritatea rețelelor Ethernet pentru a putea conecta calculatoarele la un switch, în timp ce cablurile încrucișate pot conecta două calculatoare direct între ele fără ajutorul unui switch sau hub. Categoriile 3 până la 5 de cabluri UTP sunt folosite pentru semnaele electrice 10Base-T și 100Base-T. Categoriele peste 5 sunt folosite pentru 1000Base-T. Fibra optică câștigă din ce în ce mai multă popularitate. Deși este mai scumpă decât cablurile electrice, acest tip de mediu de comunicație nu este afectat de multe condiții de mediu care pot fi problematice pentru cablurile coaxiale sau cele UTP. În plus, cablurile optice SMF oferă practic o lățime de bandă care se poate extinde infinit și abilitatea de a transmite semnale Ethernet pe o distanță considerabil mai mare. Noua configurație de rețea este 1000Base-X sau Gigabit Ethernet, cu 10 Gig Ethernet întrezărindu-se la orizont. (IEEE 802.3ae a fost publicat în iunie 2002). Lungimea de undă scurtă (1000Base-SX) și lungimea de undă lungă (1000Base-LX) se bazează pe o schemă bloc de codificare 8B/10B. Notă: 8B/10B reprezintă 8 biți de date transimiși într-o secvență de 10 biți, unde ultimii doi biți adiționali sunt folosiți pentru semnalul și controlul funcțiilor. Răspândirea media nu doar exemplifică creșterea și flexibiltatea Ethernet, dar reprezintă de asemenea un exemplu de complexitate Ethernet. 1.8 FastEthernet: 100BaseT Idea de FastEthernet a aparut prima data în 1992. În august 1993, un grup de furnizori s-au asociat pentru a forma Alianța Fast Ethernet (Fast Ethernet Alliance - FEA). Scopul Fea era accelerarea Fast Ethernet prin corpul Institutului de Inginerie Eletrică și Electronică (Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE) 802.3, comitetul care controlează standardele

Ethernet. Fast Ethernet și FEA au avut succes, și în iunie 1995, tehnologia a trecut de un review complet și i-a fost asignat formal numele 802.3u. Numele dat de IEEE pentru Fast Ethernet este 100BaseT, iar motivul pentru care a fost asignat acest nume este simplu: 100BaseT este o extensie a standardului 10BaseT, proiectat să crească capacitatea transmisiei de date a 10BaseT de la 10Mbiți/sec la 100Mbiți/sec. O strategie importantă adoptată de 100BaseT este utilizarea protocolului Carrier Sense Multiple Access cu Detectarea Coliziunilor (Collision Detection) (CSMA/CD), care este același protocol folosit de 10BaseT, datorită abilității sale de a lucra cu diferite tipuri de cablu, inclusiv cablurile torsadate. Aceste caracteristici joacă un rol important în domeniul business și fac o migrare ușoară pentru rețelele bazate pe 10BaseT. Argumentul principal pentru 100BaseT constă în faptul că Fast Ethernet este o tehnologie moștenită. Datorită faptului că folosește același protocol de transmisie ca versiunile mai vechi Ethernet și este compatibil cu aceleași tipuri de cabluri, pentru a converti o rețea bazată pe Ethernet la Fast Ethernet, va fi necesar mai puțin capital investit decât la alte forme de rețea de înaltă viteză. De asemenea, deoarece 100BaseT este o continuare a vechiului standard Ethernet, multe din unelete de analiză a rețelei, proceduri și aplicații care rulează pe vechea rețea Ethernet, lucrează bine și cu 100BaseT. Ca urmare, managerii cu experiență în rularea unei rețele Ethernet ar trebui să considere mediul 100BaseT familiar, ceea ce înseamnă mai puțini bani cheltuiți pe training-ul din companii. 1.8.1 Menținerea Protocolului Probabil cea mai eficientă strategie adoptată odată cu Fast Ethernet a fost decizia de a lăsa protocolul de transmisie intact. Protocolul de transmisie, în acest caz CSMA/CD, este metoda folosită de o rețea pentru a transmite date de la un nod la altul, prin intermediul cablului. În modelul OSI, CSMA/CD face parte din nivelul Media Access Control (MAC). Nivelul MAC precizează cum informația este formatată pentru transmisie și metoda prin care un dispozitiv de rețea obține acces sau control asupra unei rețele pentru transmisie. 1.8.2 Tipuri de FastEthernet Un alt aspect important, pe lângă adoptarea protocolului CSMA/CD, a fost decizia de a proiecta 100BaseT astfel încat sa folosească mai multe forme de cablaj folosite de versiuni mai vechi de Ethernet și forme mai noi de cablaj, de asemenea. Pentru a ajust diferitele tipuri de cablaj, Fast Ethernet se găsește în trei forme: 100BaseTX, 100BaseT4, și 100BaseFX. Atât 100BaseTX cât și 100BaseT4 lucrează cu standarde de cablaj torsadat, în timp ce 100BaseFX a fost creat să lucreze cu fibră optică. Standardul 100BaseTX necesită două perechi de fire UTP sau STP. O pereche este desemnată pentru recepție și cealaltă pentru emisie. Cele două standarde de cablaj de bază care îndeplinesc această cerință sunt EIA/TIA-568 Categoria 5 UTP și IBM's Type 1 STP. Ceea ce face

100BaseTX atractiv este abilitatea sa de a oferi performanță full-duplex cu serverele de rețea și faptul că folosește doar două din patru perechi de fire, lăsând două perechi libere pentru o viitoare dezvoltare a rețelei. Cu toate astea, dacă se dorește folosirea cablului Categoria pentru 100BaseTX, trebuie luat în considerare și dezavantajele aduse de această categorie. Cablul este mult mai scump decât alte tipuri de cablaj în patru perechi, cum ar fi Categoria 3, și necesită instalarea unor prize, conectori și patch-pannel-uri, toate adecvate pentru Categoria 5. Standardul 100BaseT4 necesită un cablaj mai puțin sofisticat decât Categoria 5. Motivul este că 100BaseT4 folosește 4 perechi de fire: una pentru transmisie, una pentru recepție, și două care pot fie să trimită, fie sa recepționeze date. De aceea, 100BaseT4 folosește trei perechi de fire pentru a transmite sau a recepționa date. Prin divizarea semnalului celor 100Mbit/sec de date prin cele trei perechi de fire, 100BaseT4 reduce frecvența medie a semnalelor prin cabluri, permițând cablurilor de o calitate inferioară să trateze semnalul cu succes. Categoriile 3 și 4 de cablaj UTP, precum și Categoria 5 UTP și tipul 1 STP, pot toate să funcționeze în implementările 100BaseT4. Avantajul 100BaseT4 constă în flexibilitatea cerințelor cablajului. Categoriile 3 și 4 de cablaj au fost mai predominante în rețelele existente, și daca nu sunt deja folosite în rețeaua ta, ele costă mai puțin decat Categoria 5 de cabla. Dezavantajul este că 100BaseT4 folosește toate cele 4 perechi de fire și nu suportă operații full-duplex. Fast Ethernet oferă de asemenea un standard pentru operații pe fibră multinod cu un nucleu de a 62.5 micron și o armătură de 125 microni. Standardul 100BaseFX este proiectat în special pentru utilizarea backbone, conectând repertorii dispersați în cladire. Beneficiile tradiționale ale fibrei optice rămân valide și la 100BaseFX: protecție la zgomotul electromagnetic, securitate crescută și distanțe mai mari între dispozitivele de rețea. 1.8.3 Lungimea segmentului Deși Fast Ethernet este o continuare a standardului Ethernet, migrarea de la o rețea 10BaseT la o rețea 100BaseT nu este liniară, conversia unu-la-unu a componentelor hardware și anumite schimbari la topologia rețelei fiind necesare. Teoretic, Fast Ethernet limitează diametrul rețelei end-to-end sau diametrul segmentului de rețea la 250 metri, doar 10% din cei teoretic maxim 2,500 metri de Ethernet. Restricția Fast Ethernet se bazează pe viteza de 100Mb/s la transmisie și natura protocolului CSMA/CD. O rețea 100BaseT nu poate avea mai mult de 250 metri. Pentru ca Ethernet-ul să funcționeze, o stație de transmisie a datelor trebuie să fie suficient de atentă încât să se asigure că informația a ajuns la destinație în siguranță. Într-o rețea de a 10Mb/s Ethernet, cum este 10Base5, lungimea timpului în care stația așteaptă o coliziune este

echivalentă cu distanța pe care călătorește un bloc de 512 biți înainte ca stația să îl termine de procesat. Într-o rețea Ethernet de 10Mb/s, această distanță este de 2,500 metri. Cu toate astea, un bloc de 512 biți (standardul 802.3u precizează dimensiunea blocului, 512) transmis de către o stație într-o rețea Ethernet mai rapidă de 100Mb/s călătorește doar aproximativ 250 metri până ca stația să îl termine de procesat. Dacă stația receptoare se află mai departe de 250 metri de stația de transmisie, blocul se poate intersecta cu un alt bloc aflat pe drum, astfel că stația de transmisie, care a terminat de procesat transmisia, nu va putea detecta coliziunea. Din acest motiv, diametrul maxim al unei rețele pentru o rețea 100BaseT este de 250 metri. Pentru a profita de avantajul celor 250 metri, este necesară instalarea a doi repertori pentru a conecta toate nodurile, iar un nod nu se poate afla mai departe de 100 de metri față de un repertor. Fast Ethernet a adoptat regula 10BaseT care determină ca 100 de metri să fie cea mai mare distanță permisa între o stație și un hub. Din cauza latenței introduse de conectarea dispozitivelor precum repertorii, distanța reală operațională dintre noduri va fi probabil mai mică decat cea stabilită. De aceea este recomandat să fie masurate distanțele pe calea cea scurtă. Pentru a incorpora funcționalități într-o rețea, trebuie investit în cablajul bazat pe fibră. De exemplu, poate fi folosit 100BaseFX în modul half-duplex pentru a conecta un comutator fie la un alt comutator, fie la sfârșitul unei stații localizate la 450 metri depărtare. O instalare 100BaseFX full-duplex va permite ca două dispozitive de rețea aflate la până la 2 kilometri distanță să comunice. 1.9 Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet permite transferuri de rețea de până la 1.000 Mbps folosind cablajul standard Cat 5 UTP (cabluri torsadate neprotejate). Mai jos este explicat cum poate fi efectuat acest lucru atât timp cât cablurile din Cat 5 functionează doar până la 100 Mbps. Cablurile Ethernet din Cat 5 au 8 fire (4 perechi), dar la standardele 10BaseT și 100BaseT (10 Mbps și respectiv 100 Mbps) doar patru (două perechi) dintre aceste fire sunt de fapt folosite. O pereche este folosită pentru transimiterea datelor și cealaltă pentu recepționarea datelor. Standardele Ethernet folosesc o tehnica împotriva zgomotului electromagnetic numit anulare. Atunci când într-un fir este generat curent electric, acesta generează un câmp electromagnetic în jurul firului. Dacă acest câmp este suficient de puternic, poate crea interferențe electrice firelor de lângă el, corupând astfel datele care erau transmise pe firele respective. Aceasta problema se numește crosstalk. Anularea transmite același semnal de două ori, cel de-al doilea semnal fiind "în oglinda" (polaritate inversată) față de primul. De aceea, cănd doua semnale sunt recepționate, dispozitivuk de recepție poate compara cele două semnale, care trebuie să fie egale, dar "în

oglindă". Diferența dintre aceste semnale este zgomotul, ceea ce facilitează dispozitivul receptor să recunoască zgomotul și să îl anuleze. Firele standard sunt numite "+TD" de la "Transmitting Data" și "+RD" de la "Receiving Data". "-TD" și "-RD" sunt versiuni "în oglindă" ale aceluiași senal transmis pe "+TD" și, respectiv "+RD". La standardul 10BaseT fiecare bit pe care calculatorul vrea să îl transmită este codat fizic într-un singur bit de transmisie, adică pentru un grup de 8 biți transmiși, 8 semnale vor fi generate prin fir. Viteza sa de transfer de 10 Mbps înseamna că tactul este de 10 MHz, dar doar pentru că la fiecare semnal de tact este transmis un singur bit. La celelalte standarde acest lucru este diferit. 100BaseT folosește o schema de codificare numită 8B/10B, unde fiecare grup de 8 biți este codificat într-un semnal pe 10 biți. Față de 10BaseT, fiecare bit nu reprezintă direct un semnal al firului. Dacă calculăm, cu o rată de transfer a datelor de 100 Mbps, rata tactului la 100BaseT este de 125 MHz (10/8 x 100). De aceea, cablurile din Cat 5 au o viteză de transmisie de până la 125 MHz. Ceea ce Gigabit Ethernet face, este să schimbe codificarea. În loc ca fiecare bit să fie codificat într-un singur semnal ca la 10BaseT, sau ca fiecare grup de 8 biți sa reprezinte un semnal pe 10 biți, acesta codifică 2 biți pe semnal. Astfel, un semnal dintr-un cablu Gigabit Ethernet reprezintă 2 biți, în loc de unul singur. Cu alte cuvinte, în loc sa folosească două tensiuni pentru un semnal ce reprezintă “0” sau “1”, acesta folosește patru tensiuni diferite, ce reprezintă “00”, “01”, “10” și “11”. De asemenea, în loc să folosească doar 4 fire la cablaj, Gigabit Ethernet folosește toate firele. În plus, toate perechile sunt folosite într-o manieră bi-direcțională. Atât 10BaseT cât și 100BaseT folosesc diferite perechi pentru transmisie și recepție. La 1000BaseT, cum mai este numit cablajul Gigabit Ethernet, aceleași perechi sunt folosite și pentru transimisie, și pentru recepție. Frumusețea Gigabit Ethernet constă în faptul că încă folosește rata de semnal de tact a 100BaseT/Cat 5 de 125 MHz, dar din moment ce datele sunt transmise în timp, rata de transfer crește. Astfel: 125 MHz x 2 bits pe semnal (pe perechea de fire) x 4 semnale pe perioada = 1.000 Mb/s. Această tehnică de modulare se numește 4D-PAM5 și folosește în realitate 5 nivele de tensiune (cea de-a 5a este folosită pentru mecanismul de corectare a erorii). De aceea este greșit să spunem că Gigabit Ethernet funcționează la 1.000 MHz. Acesta funcționează la 125 MHz la fel ca și Fast Ethernet (100BaseT), dar atinge o viteză de 1.000 Mbps pentru că transmite 2 biți pe perioadă și folosește patru perechi de fire.

Gigabit Ethernet funcționează similar Ethernet-ului de 10 Mb/s și 100 Mb/s, doar că mai repede. Folosește același format de bloc IEEE 802.3, full duplex, și metode de control al fluxului. În plus, are avantajele CSMA/CD atunci când funcționează în mod half duplex și suportă protocolul de management SNMP. Gigabit Ethernet profită de blocurile jumbo pentru a reduce rata cadrelor la minim. Dimensiunile blocurilor standardului Ethernet sunt între 64 și 1518 octeți. Blocurile jumbo au între 64 și 9215 octeți. Deoarece blocuri mai mari sunt transmise la rate mai mici, folosirea blocurilor jumbo pe legături Gigabit Ethernet reduce vizibil numărul de pachete (de la peste 80000 la mai puțin de 15000 pe secundă) care sunt recepționate și procesate. Gigabit Ethernet poate fi transmis prin cabluri de Cat 5 și fibră optică astfel:

• 1000Base-CX—Transport pe distanță scurtă (copper) • 1000Base-SX—850 nm lungime de undă (fibră optică) • 1000Base-LX—1300 nm lungime de undă (fibră optică)

10 Gigabit Ethernet Operațiile a 10 Gigabit Ethernet sunt similare cu excepția faptului că reduc viteza Ethernet. Acesta menține dimensiunea și formatul blocului IEEE 802.3 Ethernet care păstrează nivelul 3 și protocoale de pe nivele superioare. Cu toate acestea, 10 Gigabit Ethernet operează doar la legături point-to-point în modul full duplex. În plus, folosește doar fibră optică multimode și singlemode pentru transportul blocurilor Ethernet. Notă: Operarea în mod full duplex elimin[ nevoia de CSMA/CD. Standardul 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) definește două aplicații răspândite la nivelul fizic al rețelei:

• Local area network (LAN) PHY • Wide area network (WAN) PHY

Capitolul 2. IP, ARP, ICMP

2.1 Prezentare

Cel mai bun mod de a privi TCP/IP este probabil chiar prin numele sau. TCP/IP consta defapt in zeci de

protocoale diferite, dar numai cateva care sunt principale definesc operatia principala a setului. Dintre

aceste protocoale cheie, doua sunt considerate cele mai importante. IP(Internet Protocol) este

principalul nivelul legătură sau de retea OSI (nivelul legătură sau trei) protocol ce prevede adresarea

datagramelor de rutare si alte functii intr-un internetwork. Protocolul de control al transmisiei(PCT) este

principalul nivelul legătură sau de transport (nivelul patru)al protocolului, si este responsabil pentru

stabilirea conexiunii, gestionarea si transportul de date fiabile intre procesele de software de pe

dispozitive. Protocolul de datagrama al utilizatorului (UDP-User Datagram Protocol)este de asemenea

situate la startul de transport (Transport Layer) ,fiind unul dintre membrii de baza ai suitei Internet

Protocol(setul de protocoale de retea utilizate pentru internet) Cu UDP, aplicatiile computerului pot

trimite mesaje, in acest caz ,mentionat ca datagrame, la alte gazde de pe o retea de Internet

Protocol(IP), fara comunicatii inainte de a crea canale special de transport sau cai de date. UDP este

potrivit pentru scopurile in care verificarea erorilor si corectarea nu este necesara sau efectuata la

cerere, evitand astfel depasirea de procesare la nivelul interfetei de retea.

Principalul obiectiv de proiectare TCP/IP a fost de a construi o interconectare a retelelor, mentionata

ca o Internetwork sau internet , care a furnizat servicii de comunicatii universale prin intermediul

retelelor fizice eterogene. Beneficiul clar al unei astfel de Internetwork este oferirea de posibilitati de

comunicare intre gazde pe diferite retele, probabil separate printr-o zona geografica mare.

Cuvintele internetwork si internet sunt pur si simplu o contractie a expresiei retele interconectate . Cu

toate acestea ,candy se scrie cu “I” mare , Internetul se refera la setul la nivel mondial de retele

interconectate .Prin urmare Internetul este un internet ce nu se aplica insa si invers. Internetul este

uneori numit conectat la internet(connected Internet)

Internetul este format din urmatoarele grupe de retele:

Magistralele (Backbones): retele mari ce exista in primul rand pentru a interconecta alte

retele. De asemenea cunoscut si sub forma de puncte de acces la retea(NAP-network

acces points) sau puncte de schimb pe internet(IXPs- Internet Exchange Points). In

prezent retelele mari constau in entitati comerciale.

Retele regionale de legatura :de exemplu, universitati si colegii.

Retele comerciale: ofera acces la magistralele abonatilor si retelele detinute de

organizatiile comerciale pentru uz intern care de asemenea au conexiunii la Internet.

Retele locale: cum ar fi retelele universitare la nivel de campus

In majoritatea cazurilor ,retelele au o marime limitata de numarul de utilizatori care pot apartine

retelei,de distanta geografica maxima pe care reteaua se poate intinde sau prin aplicabilitatea

retelei pentru anumite medii.De exemplu o retea Ethernet este in mod inerent limitata in ceea ce

priveste dimensiuna geografica . Prin urmare, capacitatea de a interconecta un numar mare de

retele ,in unele maniera ierarhica si organizarea permite comunicarea oricaror doua gazde care

apartin acestei Intenetwork.

Un alt aspect important al Internetwork TCP/IP este crearea unei abstractizari standardizate a

mecanismelor de comunicare oferite de fiecare tip de retea .Fiecare retea fizica are propria

interfata de comunicare dependent de tehnologie, sub forma unei interfete de programe , care

ofera functii de comunicare de baza(primitive). TCP/IP furnizeaza servicii de comunicatii care se

executa intre interfata de programare a unei retele fizice si aplicatia de utilizator.Aceasta permite o

interfata comuna pentru aceste aplicatii, independent de reteaua fizica de baza. Prin urmare ,

arhitectura retelei fizice este ascunsa de utilizator si de dezvoltatorul aplicatiei. Aplicatia necesita

numai codul la abstractizarea de comunicare standardizata pentru a putea functiona in orice tip de

retea fizica si platforma de operare.

Dupa cum se vede in Figura 2.1, pentru a putea interconecta doua retele , avem nevoie de un

computer care este atasat la ambele retele si pot transmite pachete de date de la o retea la alta; o

astfel de masina este numita un router. Termenul router –ul IP este de asemenea folosit deoarece

functia de rutare este o parte a portiunii de Internet Protocol din suita de protocoale TCP/IP.

Figura 2.1 Retele interconectate de un router

2.2 TCP / IP Arhitectura modelului cu patru nivele

Arhitectura TCP / IP nu urmeaza exact modelul OSI. Din păcate, nu există nici un acord universal în

ceea ce privește modul în care să descrie TCP / IP cu un model stratificat. Este general acceptat

faptul că TCP / IP are mai puține niveluri (de la trei la cinci niveluri) decât cele șapte niveluri ale

modelului OSI. Prin urmare este prezentat un model cu patru niveluri pentru arhitectura TCP / IP.

Arhitectura TCP / IP omite unele caracteristici găsite pe baza modelului OSI, combină caracteristicile

unor niveluri OSI adiacente si imparte alte niveluri în afară. Structura de 4 niveluri a TCP/IP este

contruita ca informatie si este transmisa in jos de la aplicatii la nivelul de retea fizica. Atunci când

datele sunt trimise, fiecare nivel tratează toate informațiile pe care le primește de la nivelul superior

ca date, adaugă informații de control (antet) la partea din față a acestor date și apoi le trece la

nivelul inferior. Când se recepționează date, procedura opusă are loc pentru procesul fiecarui nivel

și elimină antetul înainte de a trece datele la nivelul superior. Modelul TCP/ IP cu 4 niveluri și

funcțiile cheie ale fiecărui nivel sunt descrise mai jos (fig. 2.2).

Fig. 2.2. TCP / IP Arhitectura modelului cu patru niveluri

Nivelul aplicație

Nivelul aplicație in TCP/IP, grupeaza funcțiile aplicației OSI, prezentarea nivelurilor si sesiunea . Prin

urmare, orice proces de deasupra nivelului transport se numește o aplicație în arhitectura TCP/IP. În

TCP/IP soclu și portul sunt folosite pentru a descrie traseul peste care comunica aplicații.

Majoritatea aplicatiilor la nivel de protocoale sunt asociate cu unul sau mai multe numere de

porturi. Nivelul aplicație este furnizat de programul care utilizează TCP / IP pentru comunicare. O

aplicație este un proces utilizator cooperant cu un alt proces, de obicei, într-o altă gazdă (există, de

asemenea, un avantaj pentru comunicare în cadrul unei singure cereri de gazdă). Exemple de

aplicații includ Telnet, File Transfer Protocol (FTP), e-mail (SMTP), World Wide Web (http) și sistemul

numelui de domeniu (Sistemul Domain Name). Interfața dintre nivelurile aplicație și transport este

definită de numere de port și prize.

Nivelul transport

Nivelul transport asigură transferul de date de la un capat la altul prin livrarea de date de la o

aplicație la perechea sa aflata la distanta. Multiple aplicatii pot fi susținute simultan. Cel mai folosit

nivel de transport al protocolului este Transmission Control Protocol (TCP),care asigura livrarea

orientata pe conexiune de date fiabile, suprimarea datelor duplicat, controlul congestiei, și de

control al fluxului. Un alt protocol de nivel de transport este User Datagram Protocol. Acesta oferă

servicii de conexiune,nesigure, cel mai bun efort. Ca rezultat, aplicațiile care folosesc UDP ca

protocol de transport trebuie să asigure integritatea lor de la un capat la altul, controlul fluxului și

controlul congestiei, dacă se dorește. De obicei, UDP este utilizat de aplicații care au nevoie de un

mecanism de transport rapid si poate tolera pierderea unor date.

Nivelul retea

Nivelul rețea, numit, de asemenea, nivelul Internetwork sau nivelul Internet, furnizează "rețeaua

virtuală" imaginea unui internet (acest nivel protejeaza nivelurile mai ridicate de arhitectura de rețea

fizică de desubt). Protocolul de Internet (IP) este cel mai important protocol din acest nivel. Este un

protocol de conexiune care nu asuma siguranta nivelurilor inferioare. IP nu oferă siguranta, control al

fluxului, sau eroare de recuperare. Aceste funcții trebuie să fie furnizate la un nivel superior. IP oferă o

funcție de rutare care încearcă să transmită mesaje transmise la destinația lor. O unitate de mesaj într-o

rețea IP este numit datagrama IP. Aceasta este unitatea de bază a informațiilor transmise prin rețele

TCP/IP. Alte protocoale Internetwork-layers sunt IP, ICMP, IGMP, ARP și RARP.

Nivelul interfata de retea

Nivelul interfață de rețea, de asemenea, numit nivelul legatura de date (data-link), este interfața pentru

hardware-ul real de rețea. Această interfață poate sau nu poate furniza siguranta de livrare și poate fi

sub formă de pachete sau fluxuri orientate. De fapt, TCP / IP nu specifică nici un protocol aici, dar se

poate folosi aproape orice interfață de rețea disponibil ă, care ilustrează flexibilitatea nivelului IP.

Exemple : Ethernet, Token Ring, IEEE 802.2, X.25 (care este de încredere în sine), HSSI, ATM, FDDI, și

chiar SNA.

2.3 Internet Protocol (IP)

IP este protocolul care ascunde rețeaua fizică de bază, prin crearea unei rețele virtuale vizualizare. Este

un protocol nesigure, cel mai bun efort, și de livrare de pachete de conexiune. Rețineți că cel mai bun

efort înseamnă că pachetele trimise de IP poate fi pierdut, sosesc defecte, sau chiar duplicate. IP

presupune protocoale de nivel superior ce vor aborda aceste anomalii.

Unul dintre motivele pentru utilizarea unui protocol de rețea a fost de a minimiza conexiune

dependența de centre de calcul specifice care utilizează rețelele orientate pe conexiune ierarhice.

Departamentul de Apărare al Statelor Unite intenționează să implementeze o rețea care ar fi în

continuare operaționala în cazul în care părți ale țării au fost distruse. Acest lucru a fost dovedit a fi

adevărată pentru Internet.

IP a fost în jur de mai mult de trei decenii. Poate că cel mai simplu și cel mai bun mod de a începe este

cu RFC 791, intitulat "Internet Protocol DARPA Internet Protocol Specification." Acest RFC a fost scrisă în

1981 și se bazează pe șase ediții anterioare ale ARPA Internet Protocol Specification. Acest document

timpuriu descrie, de asemenea IP-ul ca protocolul care "prevede transmiterea de blocuri de date

numite datagrame de la surse la destinații." Astăzi, folosim termenii de pachete si datagrame

interschimbabile, dar scopul este același. De fiecare dată când un nod conectat la o rețea încearcă să

comunice cu un alt nod, transmisia este intrerupta în aceste datagrame sau pachete. De exemplu,

solicitarea de a vedea o pagină web și livrarea conținutului web returnat pe desktop se realizează prin

intermediul pachetelor IP. Mărimea și numărul pachetelor depinde de cantitatea de informații.

Dispozitivul responsabil pentru livrarea acestor pachete la destinația corectă este un router. Acest lucru

înseamnă, de asemenea, că fiecare pachet IP trebuie să aibă toate informațiile necesare pentru a fi

rutate independent de toate celelalte pachete.

Internet Protocol versiunea 6 (IPv6) este noua generație a protocolului de bază al Internetului. IP este

limbajul comun al Internetului, fiecare dispozitiv conectat la Internet trebuie să-l susțină. Versiunea

curentă de IP (IP versiunea 4) prezintă o serie de deficiențe care complică și, în unele cazuri, prezintă o

barieră în calea dezvoltarii internetului. Venirea revoluție IPv6 ar trebui să elimine aceste bariere și să

ofere un mediu bogat pentru viitorul retelei(networking) la nivel mondial.

2.3.1 IP versiunea 4

2.3.1.1 Adresarea IP

Prezentul paragraf se referă la structura adreselor de rețea utilizate în Internet, de asemenea, cunoscut

sub numele de adrese IP. Acesta prezinta modul în care sunt alocate și atribuite dispozitivelor pe

Internet adrese, modul în care ierarhia de alocare a adresei ajuta rutarea scalabilitati, precum și

utilizarea adreselor cu destinație specială, inclusiv de difuzare, multicast și adresele de orice distributie.

De asemenea, este prezentat modul în care structura și utilizarea adreselor IPv4 și IPv6 sunt diferite.

Fiecare dispozitiv conectat la Internet are cel puțin o adresă IP. Dispozitivele utilizate în rețele private

bazate pe protocoalele TCP / IP necesită, de asemenea, adrese IP. În ambele cazuri, procedurile puse în

aplicare de către routerele IP folosesc adrese IP pentru a identifica unde merge traficul. Adresele IP

indică, de asemenea de unde a venit traficul. Adresele IP sunt similare în unele moduri cu numerele de

telefon, dar, în timp ce numerele de telefon sunt adesea cunoscute și utilizate în mod direct de către

utilizatorii finali, adresele IP sunt adesea protejate de vederea unui utilizator prin DNS Internetului, care

permite majoritatea utilizatorilor să folosească numele în loc de numere.

Utilizatorii ce se confruntă cu manipularea adreselor IP, atunci când acestea sunt necesare pentru a

stabili rețele ele însele sau atunci când DNS a eșuat pentru un motiv oarecare. Pentru a înțelege modul

în care Internet identifică gazde și routere și oferă trafic între ele, trebuie să înțelegem rolul de adrese

IP. Prin urmare, suntem interesați în administrația lor, structură și utilizare.

Atunci când dispozitivele sunt atașate la Internet la nivel mondial, acestora le sunt atribuite adrese care

trebuie să fie coordonate astfel încât să nu se suprapună alte adrese utilizate în rețea. Pentru rețelele

private, adresele IP utilizate trebuie să fie coordonate pentru a evita suprapunerile în cadrul rețelelor

private. Grupuri de adrese IP sunt alocate utilizatorilor și organizațiilor. Destinatarii adresele alocate

atribuie adrese dispozitivelor, de obicei, în funcție de o anumită rețea "plan de numerotare." Pentru

adrese de Internet la nivel mondial, un sistem ierarhic de entități administrative ajută la alocarea

adreselor utilizatorilor și furnizorilor de servicii.

Utilizatorii individuali primesc în mod obișnuit alocări de adrese de la furnizorii de servicii Internet (ISP),

care asigură atât adresele și promisiunea de rutare a traficului în schimbul unei taxe.

2.3.1.2 Exprimarea Adreselor IP

Adresele IPv4 sunt reprezentate printr-o valoare binară fără semn pe 32 de biți. Marea majoritate a

utilizatorilor de Internet care sunt familiarizați cu adrese IP inteleg cel mai popular tip: adrese IPv4.

Astfel de adrese sunt reprezentate adesea în așa-numitele dotted-quad sau notatie puncte-zecimale, de

exemplu, 165.195.130.107. Notația dotted-quad este format din patru numere zecimale separate de

perioade. Fiecare astfel de număr este un număr întreg nenegativ în intervalul [0, 255] și reprezintă un

sfert din întreaga adresă IP. Notația dotted-quad este pur și simplu o modalitate de a scrie întreaga IPv4

adresa de un întreg pe 32 de biți nenegativ utilizat de-a lungul sistemului de Internet utilizand numere

zecimale convenabile. În multe situații, vom fi preocupați de structura binară a adresei. Un număr de

site-uri de Internet conțin acum calculatoare pentru conversia între formatele de adrese IP și a

informațiilor conexe. Tabelul 2-1 oferă câteva exemple de adrese IPv4, cât și reprezentările lor binare

corespunzătoare, pentru a începe.

Dotted-Decimal Representation Binary Representation

0.0.0.0 00000000 00000000 00000000 00000000

10.0.0.255 00001010 00000000 00000000 11111111

193.226.37.1 11000001 11100010 00100101 00000001

255.255.255.240 11111111 11111111 11111111 11110000

Tabel 2-1. Exemplu adresa Ipv4

2.3.1.3. Adresa de baza a structuri IP-ului

IPv4 are mai mult de 4 x 109 adrese posibile în spațiul sau de adrese. Din cauza numărului mare de

adrese, este convenabil să se împartă spațiul de adrese în bucăți. Adresele IP sunt grupate în funcție de

tipul și dimensiunea. Cele mai multe dintre bucățile de adrese IPv4 sunt în cele din urmă subdivizate la o

singură adresă și utilizată pentru a identifica o singură interfață de rețea a unui calculator atașat la

Internet sau la intranet-ul privat. Aceste adrese sunt numite adrese unicast

Cea mai mare parte a spațiului de adrese IPv4 este spațiul de adrese unicast. Cea mai mare parte a

spațiului de adrese IPv6 nu este utilizat în prezent. Dincolo de adrese unicast, alte tipuri de adrese includ

difuzate, multicast și anycast, care poate face referire la mai mult de o interfață, plus unele adrese cu

destinație specială, vor fi discutate mai târziu. Înainte de a începe cu detaliile structurii adresei curente,

este util să înțelegem evoluția istorică a adreselor IP.

2.3.1.4 Adrese IP bazate pe clasă

Când structura adresei Internet a fost definita inițial, fiecare adresă IP unicast avea o porțiune de rețea,

pentru a identifica rețeaua pe care interfața, folosind adresa IP a fost găsita, iar o porțiune gazdă,

utilizată pentru a identifica gazda special în rețeaua data în porțiunea de rețea. Astfel, unele numere de

biți învecinați în adresa au devenit cunoscute ca numere net și numărul de biți rămași erau cunoscuți ca

număr gazdă. La acel moment, cele mai multe gazde au avut doar o singură interfață de rețea, astfel

încât adresa termenilor de interfață și adresa gazdă au fost utilizate oarecum interschimbabil.

Odată cu realizarea faptului că diferite rețele ar putea avea numere diferite de gazde, și că fiecare gazdă

necesită o adresă IP unică, o partiționare a fost conceputa, în care unitățile de alocare diferite de

dimensiunile spațiului de adrese IP pot fi oferite la diferite site-uri, pe baza lor curenta și numărul

proiectat de gazde. Compartimentarea spatiului de adrese implica cinci clase. Fiecare clasă reprezinta

un alt compromis în numărul de biți ai unei adrese IPv4 pe 32 de biți dedicat numărul de rețea față de

numărul de biți dedicate numărului gazdă.

Figura 2.3 prezintă ideea de bază.

Fig.2.3. Clasele asignate ale adreselor IP

Aici vedem că cele cinci clase sunt denumite A, B, C, D și E. Clasele A, B și C au fost folosite pentru

adresele unicast. Dacă ne uităm mai atent la această structură, putem vedea modul în care dimensiunile

relative ale diferitelor clase și intervalele lor de lucru sunt într-adevăr corespunzătoare adresei. Tabelul

2-3 oferă această structură de clasă (uneori numită structură de adresare a claselor).

Class Address range

High-

order

bits

Use Fraction

of total

Number of

networks

Number of

hosts

A 0.0.0.0-127.255.255.255 0 Unicast/specia

l

1/2 27 224

B 128.0.0.0-

191.255.255.255

10 Unicast/specia

l

1/4 214 216

C 192.0.0.0-

223.255.255.255

110 Unicast/specia

l

1/8 221 28

D 224.0.0.0- 1110 Multicast 1/16 N/A N/A

239.255.255.255

E 240.0.0.0-

255.255.255.255

1111 Reserved 1/16 N/A N/A

Tabelul 2.2. Partiționarea spațiului de adrese a IPv4 original

Tabelul indică modul în care a fost utilizată structura de adresare de clasă, pentru a avea o modalitate de

a aloca blocuri de adrese unicast de diferite dimensiuni pentru utilizatori. Compartimentarea în clase

induce un compromis între numărul de numere de rețea disponibile de o anumită dimensiune și

numărul de gazde, care pot fi atribuite rețelei date. De exemplu, un site alocat clasei A cu un număr de

rețea 18.0.0.0 (MIT) are 224 adrese posibile pentru a fi asociate ca adrese gazdă (de exemplu, folosind

adrese IPv4 în intervalul 18.0.0.0-18.255.255.255), dar există doar 128 de clase A de rețele disponibile

pentru întregul Internet. Un site a alocat un număr de rețea de clasă C, să zicem, 193.226.37.0, s-ar

putea atribui numai 256 de gazde (de exemplu, cele din intervalul 193.226.37.0-193.226.37.255), dar

există mai mult de două milioane de numere de rețea de clasă C disponibil.

Notă:

Aceste numere nu sunt exacte. Mai multe tipuri de adrese nu sunt în general disponibile pentru a fi

utilizate ca adrese unicast (adrese gazdă). În special, prima și ultima, adrese ale gamei nu sunt

disponibile în general: prima (cea mai mică) adresa intervalului este utilizată ca "adresă de rețea", în

timp ce ultima (cea mai mare) adresa în interval este utilizat ca "adresă de difuzare". În exemplul nostru,

site-ul alocat intervalului de adrese 18.0.0.0 ar fi într-adevăr în măsură să atribuie cât mai multe 224 - 2

= 16,777,214 adrese IP unicast.

Abordarea bazată pe clasă a adresabilitati Internetului a fost intacta in cea mai mare parte a primului

deceniu de creștere a Internetului (aproximativ pana la începutul anilor 1980). După aceea, a început să

arate primele semne de mari problemelor-devenise prea incomod pentru a coordona la nivel central

alocarea unei noi clase A, B, C sau numărul de rețea de fiecare dată când un nou segment de rețea a fost

adăugat la Internet. In plus, atribuirea numerelor de rețea claselor A și B au avut tendința de a se pierde

in favoare a prea multor numere de gazdă, în timp ce numerele de rețea de clasă C nu a putut oferi

suficiente numere de gazdă pentru multe site-uri noi.

2.3.1.5 Abordarea subrețelelor

Una dintre cele mai vechi dificultățile întâmpinate cand Internetul a început să crească era

inconvenientul de a fi nevoie să se aloce un nou număr de rețea pentru orice segment de rețea nouă,

care urma să fie atașat la Internet. Acest lucru a devenit deosebit de dificil,odata cu dezvoltarea și

utilizarea tot mai mare a rețelelor locale (LAN) la începutul anilor 1980. Pentru a rezolva această

problemă, era firesc să se ia în considerare un mod prin care unui site atașat la Internet i-ar putea fi

alocat un număr de rețea la nivel central, care ar putea fi apoi subdivizată local de către administratorii

site-ului. Dar acest lucru s-ar fi realizat, de preferință, fără a modifica restul infrastructurii de rutare de

bază a internetului.

Punerea în aplicare a acestei idei ar avea nevoie de capacitatea de a modifica linia dintre porțiunea de

rețea a unei adrese IP și porțiunea de gazdă, dar numai în scopuri locale la un site; restul Internetului ar

"vedea" doar tradiționale de clasă A si B, si partițiile lui C. Abordarea adoptată pentru a sprijini această

capacitate se numește subrețea de adresare. Cu ajutorul subrețelei de adresare, unui site ii este alocat

un număr de rețea de clasă A, B sau C, lăsând la o parte numărul de biți gazdă rămasi care urmează să fie

alocati și atribuiti într-un site suplimentar. Site-ul poate diviza în continuare porțiunea gazdă a alocării

de adrese de bază într-un număr de subretea (subrețea) și un număr de gazdă. În esență, adresarea de

subrețea adaugă un câmp suplimentar la structura adresei IP, dar fără a adăuga biți la lungimea sa. Ca

rezultat, un administrator de site este capabil sa tranzactioneze pe numărul de subrețele iar numărul de

gazde de așteptat să fie pe fiecare subretea, fără a fi nevoie să se coordoneze cu alte site-uri.

În schimbul flexibilității suplimentare furnizate de subrețeaua de adresare, se impune un nou cost.

Deoarece definiția câmpurilor de subrețea și gazdă este acum site-specific (nu dictată de clasa numărului

de rețea), toate routerele si gazdele de la un site necesită un nou mod de a determina unde câmpul de

Subrețea al adresei și câmpul gazdă al adresei se află în interiorul adresei. Înainte de subrețele, aceste

informații puteau fi obținute în mod direct si ști dacă un număr de rețea a fost de la clasa A, B sau C (așa

cum este indicat de către primii câțiva biți ai adresei). Ca de exemplu, folosind subrețeaua de adresare, o

adresă IPv4 poate avea forma prezentată în figura 2.4.

Fig. 2.4. Exemplu de adresă de clasă B subnetată

Figura 2.4 este un exemplu de modul în care o adresă de clasă B ar putea fi "subnetată." Să presupunem

că unor site-uri ale Internet-ului i-au fost alocate niste numere de rețea de clasă B. Primii 16 biți ai

fiecarei adrese folosite a site-ului sunt fixate la un anumit număr, deoarece acești biți au fost alocati de

către o autoritate centrală. Ultimii 16 biți (care ar fi fost folosite doar pentru a crea numere gazdă în

rețeaua de clasă B fără subrețele) pot fi acum împărțit de către administratorul de rețea dupa cum

dicteaza nevoia. În acest exemplu, de 8 biți au fost alesi pentru numărul de subrețea, lăsând 8 biți

pentru numerele gazdă. Această configurație specială permite site-ului sa sprijine 256 subrețele, iar

fiecare subretea poate conține până la 254 de gazde (acum prima adresa a fiecărei subrețele este

utilizata ca "adresa subrețeaua" și ultimele adrese pentru fiecare subretea este folosit ca "difuzare"

adresa pentru subrețele specifice), spre deosebire de a pierde doar prima și ultima adresa ale întregii

game alocate). Să ne amintim că structura subretea este cunoscută doar de către gazdele și routerele în

care Subnetting are loc. Restul Internetului tratează în continuare orice adresă asociată cu site-ul la fel

cum a făcut-o înainte de apariția de subrețea de adresare.

Figura 2.5 prezintă modul în care funcționează acest lucru.

Această figură prezintă un site ipotetic atașat la Internet cu un singur router de frontieră (adică, punctul

de atașare la un singur Internet) și două rețele interne locale. Valoarea lui x poate fi oricare în intervalul

[0, 255]. Fiecare dintre rețelele Ethernet este o subretea IPv4 a numărului de rețea globală 128.32 , o

alocare de adrese de clasă B. Pentru alte site-uri de pe Internet pentru a ajunge la acest site, tot traficul

cu adrese de destinație, începând cu 128.32 este direcționat de către sistemul de Internet de rutare la

routerul de frontieră (în mod specific, interfața sa cu adresa IPv4 de 137.164.23.30). La acest moment,

router-ul de frontieră trebuie să facă distincția între diferitele subrețele în cadrul rețelei 128.32. În

special, acesta trebuie să fie capabil să distingă traficul destinat adreselor formularului 128.32.1.x de

cele destinate adreselor de forma 128.32.2.x. Acestea reprezintă numerele de subrețea 1 și 2, respectiv,

a numărului de rețea de clasă B 128.32. Pentru a face acest lucru, router-ul trebuie să fie conștient de

unde ID-ul de subrețea este găsit în adrese.

2.3.1.6 Masca de subrețea

Masca de subrețea este o atribuire de biți utilizați de către o gazdă sau un router pentru a determina

modul în care informațiile de rețea și subrețele sunt partiționate din informațiile gazdă într-o adresă IP

corespunzătoare. Măștile de subrețea pentru IP sunt de aceeași lungime ca și adresele IP

corespunzătoare (32 de biți pentru IPv4, cât și 128 de biți pentru IPv6). Ele sunt de obicei configurate

într-o gazdă sau un router în același mod ca și adresele IP statice (tipic pentru rutere) sau folosind un

anumit sistem dinamic, cum ar fi Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). Pentru IPv4, măștile de

subrețea pot fi scrise în același mod ca o adresă IPv4 (adică, dotted-decimal). Deși nu este necesar inițial

să fie aranjate în acest mod, măștile de subrețea astăzi sunt structurate ca un numar de 1 bit urmat de

un numar de 0 biți. Datorită acestui aranjament, este posibil să se utilizeze un format de prescurtare

pentru a exprima măștile care pur și simplu dau numărul de contigue de 1 bit în masca (începând din

stânga). Acest format este acum cel mai comun format și este uneori numit prefix.

Tabelul 2.3 prezintă câteva exemple pentru IPv4.

Dotted-Decimal

Representation