MINISTERUL EDUCAIEI

AL REPUBLICII MOLDOVA

UNIVERSITATEA TEHNIC A MOLDOVEI

FACULTATEA INGINERIE SI MENAGEMENT IN ELECTRONICA SI TELECOMUNICATIICATEDRA TELECOMUNICAII

Lucrarea de laborator Nr.2La disciplina Retele de Calculatoare

Tema: Retelele Ethernet standartul IEEE 802.3Elaborat de studentul:

Lungu M.grupei TLC-113

A verificatIvanenco I.lect.univ.sup.Chiinu 2013Standardul IEEE 802.3 i ETHERNET

Primul standard Ethernet a fost publicat n anul 1980 de ctre un consoriu al Digital Equipment Company, Intel, i Xerox (DIX). n 1985, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) a publicat standardele pentru LAN-uri numind 802.3 standardul Ethernet. Pentru ca standardul s fie compatibil cu modelul International Standards Organization (ISO)/OSI, standardul 802.3 adreseaz necesitile Nivelului 1 i a poriunii inferioare a Nivelului 2 ale modelului OSI. Ca urmare standardul 802.3 este puin modificat fa de standardul Ethernet ns cele dou standarde sunt aproape identice. Reelele Ethernet ruleaz la diferite viteze: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps i 10Gbps. Toate standardele sunt in esen compatibile cu standardul Ethernet original. Metoda de acces la mediu folosit n reelele Ethernet este CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).Metoda de acces la mediu CSMA/CD opereaz, n trei etape:

sesizarea purttoarei (carrier sense) - staia care dorete s transmit, trebuie s asculte nti magistrala, pentru a determina dac este ocupat;

accesul multiplu (multiple access) - o staie care a ascultat magistrala i a detectat c este liber, poate iniia o transmisie, iniierea simultan putnd genera coliziune;

detectarea coliziunii (collision detection) - este realizat de ctre fiecare staie care este n transmisie, deoarece fiecare staie ascult linia n timpul transmisiei (listen while talking).

Prima staie care detecteaz o coliziune va suspenda transmisia i va transmite n linie un semnal special, care anun interferena (jamming), semnal care va permite ca toate staiile care sunt conectate la mediu s ia cunotin despre coliziune, suspendndu-i activitatea. Durata de ateptare pn la reluarea transmisiei este variabil, dat de un algoritm de revenire. Domeniul de manifestare al coliziunii este reeaua local nsi, n sensul c staiile separate de huburi sau repetoare vor face parte din domeniul de aciune al coliziunii, pe cnd staiile separate prin switchuri sau bridge-uri, fac parte din domenii de coliziune diferite, pentru c acestea nu propag semnalul de coliziune.

Pentru corecta funcionare a algoritmului, este necesar asigurarea condiiei ca staia transmitoare sa ia cunostin de o eventual coliziune, nainte de a termina transmisia. Cazul critic n cazul retelei Ethernet care ruleaz la viteza de 10Mbps este constituit de urmtoarea situaie: staiile A i B aflate la extremitile reelei sunt separate prin repetoare;

cele doua statii sunt separate de 4 repetoare (maximum posibil admis);

reteaua este cablat cu cablu coaxial gros;

cand cadrul este foarte aproape de staia B, aceasta iniiaz i ea o transmisie;

are loc o coliziune n imediata vecinatate a statiei B, semnalul de coliziune se propag spre staia A;

staia A detecteaz coliziunea i oprete transmisia n curs.

ntrzierea de propagare a coliziunii (calculat prin adunarea timpului necesar ca semnalul de date sa parcurg traseul de la staia A la staia B, cu timpul necesar semnalului de coliziune sa strbat traseul de la staia B la staia A), are valoarea de 49,9(s. Un pachet cu lungimea minim de 512 bii (64 octeti), pentru o vitez de transmisie de 10Mbps necesit pentru transmisie un timp de 51,2(s, care este mai mare dect ntrzierea de propagare a coliziunii.Operaiile necesare implementrii metodei de acces la mediu sunt:

transmiterea de pachete, operaie care presupune c subnivelul MAC s accepte un pachet de la nivelul superior i s formeze pe baza lui fluxul de bii transmis ctre mediul fizic;

receptarea de pachete, operaie prin care subnivelul MAC recepioneaz fluxul de bii de la nivelul fizic i formeaz pachetul pe care-l nainteaz nivelului superior, prin punctele de acces la serviciile corespunztoare;

ateptarea pentru iniierea transmisiei, pn la eliberarea canalului;

generarea i interpretarea la recepie, a cmpului de control al erorii FCS;

spaierea temporal corespunztoare a cadrelor transmise (inter-frame spacing);

planificarea retransmisiei dup detectarea unei coliziuni. emiterea unui semnal special de anunare a detectrii coliziunii (jamming); generarea, la emisia fiecarui cadru, a unui cmp preambul, respectiv eliminarea sa n procesul recepiei cadrului.Cadrul Ethernet are o lungime variabil, cuprins ntre 64 si 1518 octei. Valoarea minim este calculat din considerente de detectare a coliziunii, iar cea maxim din considerente de timp de ocupare a mediului. Figura 5.1 definete formatul unui cadru Ethernet, semnificaia cmpurilor fiind descris n cele ce urmeaz.

Octeti7166264-15184

PreambulSFDDASATipInfoFCS

Figura 5.1 Structura cadrului EthernetCmpul Preambul, cu o lungime de 7 octeti, necesar staiilor care primesc pachetul pentru a se sincroniza cu ceasul statiei transmitatoare. Cmpul SFD (Start Frame Delimiter), marcheaz nceputul cadrului. Cmpurile DA (Destination Address) i SA (Source Address) conin adresele staiei destinaie i respectiv surs. Cmpul Tip, conine un cod al protocolului de nivel supe rior care este generatorul sau destinatarul unitii de date coninute n cmpul de informaie Info. Cteva coduri ale protocoalelor cele mai semnificative sunt date de tabelul urmtor:Tabelul 5.1 Codurile protocoalelorValoare camp (hexa)Tip protocol

0000-05DCCamp Lungime pentru IEEE 802.3

0600

0800DoD IP

0805X.25 Level 3

0806ARP

Cmpul FCS (Frame Control Sequence) reprezint valoarea sumei de control CRC, calculat pentru cmpurile anterioare.Se remarc faptul ca pachetul nu prevede un cmp de sfrit de cadru, asemntor cu cmpul nceputului de cadru SFD, acest rol fiind jucat de spaierea ntre cadre, ce prevede un interval minim temporal ntre dou cadre consecutive de 9,6 (s (valoarea standard pentru parametrul IPG Inter Packet Gap).Octeti716620-15000-464

PreambulSFDDASALungime/TipInfoPADFCS

Figura 5.2 Structura cadrului MAC 802.3Cadrul de date MAC 802.3 prezentat n figura 5.2 are o lungime variabil, cuprins ntre 64 i 1518 octeti. Semnificaia cmpurilor este descris n cele ce urmeaz.Primul cmp al su este campul Preambul, format din 7 octei, pe baza cruia are loc sincronizarea staiei receptoare cu ceasul staiei transmitatoare a respectivului cadru.Cmpul SFD (Start Frame Delimiter), marcheaz nceputul cadrului. Cmpurile DA (Destination Address) i SA (Source Address) conin adresele staiei destinaie i respectiv surs.

n cazul n care cmpul Lungime/Tip (Length/Type) are o valoare mai mica decat 0x600 acest camp indic lungimea cmpului urmtor, de date (campul Info). n cazul n care cmpul Lungime/Tip are o valoare mai mare sau egal cu 0x600 acest cmp indic tipul care reprezint protocolul de nivel superior (spre exemplu 0x800 reprezint IPv4 sau 0x806 reprezint ARP).De regul campul Info conine pachetul reprezentnd unitatea de date a protocolului de nivel superior (LLC-PDU).

Dac lungimea cmpului de date nu depaete 46 de octei, este necesar inserarea unui cmp suplimentar, numit PAD, continnd caractere pad, care s contribuie prin octeii si la asigurarea lungimii minime de 64 de octei pentru un cadru MAC 802.3.

Cmpul FCS (Frame Control Sequence) conine valoarea sumei de control pe baza polinomului CRC, calculat pentru cmpurile precedente.

Cadrul MAC 802.3 nu conine un cmp marcator (delimitator) al sfritului de cadru.

Exista 3 tipuri de reele Ethernet rulnd la viteza de 10Mbps: 10BASE5, 10BASE2 i 10BASE-T. Aceste tipuri mpart cteva caracteristici comune: parametri de timp, formatul cadrului, procesul de transmisie i regula de proiectare de baz. Toate reelele Ethernet de 10Mbps folosesc codificarea Manchester. Codificarea Manchester presupune o tranzitie la mijlocul bitului a carei directie determin valoarea binar a bitului. Dac tranziia este de la 1 la 0 bitul are valoarea 0, iar dac tranziia este de la 0 la 1 bitul are valoarea 1. Retelele 10BASE5 folosesc cablu coaxial gros pentru care lungimea maxim permis fr folosirea repetoarelor este de 500m. Retelele 10BASE2 folosesc cablu coaxial subtire pentru care lungimea maxima permis fr folosirea repetoarelor este de 185m. Ambele tipuri de retele folosesc transmisia half-duplex. Topologia acestor retele este de tip magistral aa cum se vede n figura.

Figura 5.3 Topologia reelei 10BASE2Reelele 10BASE-T folosesc cablu UTP pentru care sunt standardizate urmtoarele distane maxime: 90m pentru cablarea orizontal, 3m patch cord de la calculator la priz si 6m patch cord de la patch panel la hub sau switch. Aadar lugimea maxim permis este 99m ns se obinuiete s se rotunjeasc la 100m. Acest tip de reea folosete att transmisia half-duplex ct i cea full-duplex. Topologia acestor reele este stea sau stea extins aa cum se vede in figura.

Figura 5.4 Topologia reelei 10BASE-T

In cazul retelelor Ethernet de 10Mbps se folosete pentru proiectare regula 5-4-3 care permite maxim 5 segmente separate de maxim 4 repetoare i maxim 3 segmente populate ntre oricare dou staii.

Exista 2 tipuri de reele Ethernet rulnd la viteza de 100Mbps: 100BASE-TX i 100BASE-FX. Aceste tipuri mpart cteva caracteristici commune: parametri de timp, formatul cadrului i pri din procesul de transmisie. Reelele Ethernet de 100Mbps numite i Fast Ethernet folosesc acelai format de cadru ca i reelele Ethernet de 10Mbps. Reelele Fast Ethernet folosesc dou codificari. Prima codificare este 4B/5B iar a doua este specific mediului de transmisie care este cupru sau fibr optic.

Retelele 100BASE-TX folosesc cablu UTP Cat 5. Prima codificare este 4B/5B iar a doua este multi-level-transmit-3 sau MLT-3. Codificarea MLT-3 foloseste 3 nivele de tensiune i presupune prezenta sau absenta tranziiei la mijlocul bitului indicnd valoarea binar 1 respectiv 0. Acest tip de reea folosete att transmisia half-duplex ct i cea full-duplex. Topologia acestor reele este stea sau stea extins.

Retelele 100BASE-FX folosesc fibra optic. Prima codificare este 4B/5B iar a doua este NRZI. Codificarea NRZI presupune presupune prezena sau absena tranzitiei la mijlocul bitului indicnd valoarea binara 1 respectiv 0. Acest tip de reea folosete transmisia full-duplex avnd dou ci separate pentru transmisie i receptie. Cel mai adesea aceste retele se folosesc pentru cablarea vertical.

n cazul proiectrii reelelor Fast Ethernet se poate folosi maxim 1 repetor de clasa I sau 2 repetoare de clasa II intre oricare dou staii. n cazul n care se folosesc dou repetoare de clasa II acestea vor fi conectate printr-o legatur de maxim 5m. Un repetor de clasa I poate introduce o laten de pn la 140 timpi de bit iar un repetor de clasa II poate introduce o laten de pn la 92 timpi de bit.

Exist 3 tipuri de reele Ethernet rulnd la viteza de 1000Mbps: 1000BASE-TX, 1000BASE-SX i 1000BASE-LX. Aceste tipuri prezint parametri de timp identici. Reelele Ethernet de 1000Mbps numite i Gigabit Ethernet folosesc acelasi format de cadru ca i reelele Ethernet de 10 si 100Mbps. Retelele Gigabit Ethernet folosesc doua codificari.

Reelele 1000BASE-TX folosesc cablu UTP Cat 5e i transmit full-duplex pe toate 4 perechile de fire torsadate. Codificarea folosit este 4D-PAM5. Acest tip de reea foloseste att transmisia half-duplex ct i cea full-duplex. Topologia acestor reele este stea sau stea extins.

Reelele 1000BASE-SX i 1000BASE-LX folosesc fibra optic. Reelele 1000BASE-SX folosesc transmitoare LED sau laser de 850nm i fibra optica multimod de 62,5 sau 50 microni. Retelele 1000BASE-LX folosesc transmitatoare laser de 1310nm si fibra optica monomod de 10 microni sau multimod de 50 sau 62,5 microni. Prima codificare este 8B/10B iar a doua este NRZ. Metoda MAC trateaz legatura ca i punct-la-punct. Acest tip de reea folosete transmisia full-duplex avnd dou ci separate pentru transmisie i receptie. Gigabit Ethernet permite doar un singur repetor ntre dou staii. Topologia acestor reele este stea sau stea extins.

Exista 7 tipuri de retele Ethernet rulnd la viteza de 10Gbps: 10GBASE-SR, 10GBASE-LX4, 10GBASE-LR, 10GBASE-ER, 10GBASE-SW, 10GBASE-LW i 10GBASE-EW. Avnd formatul cadrului i alte specificatii de Nivel 2 Ethernet compatibile cu standardele anterioare, similaritile dintre retelele 10GbE si versiunile anterioare sunt remarcabile i permit interoperabilitate ntre toate standardele Ethernet. Suportul pentru distante foarte mari ajungnd pana la 40km i compatibilitatea cu reelele SONET i SDH fac din reelele 10GbE.

Staie

Staie

Staie

Staie

Staie

Staie

Cablu coaxial subire sau gros

Repetor

Staie

Staie

Staie

Hub sau Switch

Staie

Staie

Staie

Hub sau Switch

Hub sau Switch

Staie

Staie

Staie

Hub sau Switch

Staie