Стандарты сетевого интерфейса

Эта бензоколонка Ovation2 iX работает под управлением Windows Embedded CE. Она соединена сетью с сервером служебного офиса для обработки транзакций кредитных карт и предоставления удаленной информации для диагностики и обслуживания. Дисплей может также воспроизводить видео рекламу и принимать заказы на еду во время заправки. Фотография с разрешения Dresser Wayne.

Стандарты сетевых интерфейсов

Работа в сети является важным свойством многих современных встроенных устройств. Первая работающая сеть Ethernet была разработана в 1973 г. Бобом Меткалфе в Исследовательском центре Пало Альто компании Xerox. Сеть использовала восьмибитные поля адреса и работала на скорости только 3 Мбит/сек, но общую конструкцию современных систем уже можно увидеть в исходной разработке Меткалфе. Что начиналось как средство для соединения компьютера с принтером вскоре превратилось в самый популярный метод организации компьютеров в сеть.

В конце 1980 г. компании DEC, Intel, и Xerox объединили свои усилия по поддержке соединений Ethernet, когда решили продвигать стандарт Ethernet. Стандарт стал известен как стандарт "DIX", что расшифровывается как "DEC/Intel/Xerox". Стандарт DIX задавал адреса источника и места назначения как 48-битные значения, и передавал данные на скорости 10 Мбит/сек. Стандарт DIX задал базовое основание для всех будущих стандартов Ethernet.

Начиная с 1980 г. стандарт Ethernet постоянно совершенствовался, включая новые технологии и увеличивая скорости сетей (100 Мбит/сек, 1 Гбит/сек). Текущим стандартом соединений Ethernet является IEEE 802.3-2005.

Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) разработал свой исходный стандарт IEEE 802.3 в 1983 г. Стандарт 802.3 пересматривался каждые несколько лет с основными переработками в базовом стандарте, выполненными в 1998, 2002, и 2005 гг. Микросхемы контроллеров Ethernet широко применяются во встроенных устройствах. В устройстве Ebox 2300 микросхема контроллера Ethernet соединена непосредственно с шиной PCI.

Терминология Ethernet

Чтобы лучше понимать соединения Ethernet, существует несколько важных терминов, которые должны быть определены и поняты.

Среда – Среда соединяет устройства Ethernet общим каналом связи и передает сигналы устройств. Среда является обычно витой парой проводов или волоконно-оптическим кабелем.

Сегмент – Сегмент указывает на отдельную общую среду.

Узел – Устройства, которые соединены с сегментом, являются станциями или узлами. Узлы в любой данный момент времени являются либо передающими, либо принимающими.

Кадр – Кадры являются фрагментами информации переменного размера, обмен которыми происходит между узлами. Кадр является минимальным объемом информации, который может передаваться.

Протокол – Протокол Ethernet является множеством правил, которые управляют созданием и интерпретацией кадров.

Ethernet используется прежде всего для соединений локальных вычислительных сетей (LAN). Сети Ethernet ограничены в основном одним зданием или небольшой областью. Ограничения на протяженность линий Ethernet для большинства соединений определены в несколько сотен метров, но недавние усовершенствования позволили соединениям Ethernet достигнуть в длину нескольких километров. Все устройства Ethernet в определенной сети должны следовать одному протоколу, чтобы успешно осуществлять коммуникацию. Протокол определяет минимальную и максимальную длину кадров, и задает, какая информация обязательно должна появиться в кадре. Например, типичные кадры включают как адрес источника, так и адрес места назначения, вместе с пересылаемыми данными. Каждое соединенное с сетью устройство должно иметь свой собственный адрес, чтобы обеспечить его уникальную идентификацию для других устройств.

Типы кадров

Имеется несколько типов кадров Ethernet. Следующие четыре являются наиболее распространенными типами кадров:

1. Кадр DIX (Ethernet Ver. 2 или Ethernet II) – самый распространенный, используемый непосредственно в I/li
2. Кадр Novell 802.3 ("raw 802.3") – IEEE 802.3 без IEEE 802.2 LLC
3. Кадр IEEE 802.2 Logical Link Control (LLC)
4. Кадр IEEE 802.2 LLC/Subnetwork Access Protocol(LLC/SNAP)

Различные типы кадров имеют различные форматы и значения максимальной единицы передачи (MTU), но могут сосуществовать в одной физической среде. Для коммуникации требуется только, чтобы узлы источника и места назначения могли понимать один и тот же протокол.

Кадры делятся на определенные области. Каждый тип кадра имеет правила, определяющие, какими могут быть порядок и размер областей. Эти области для кадра DIX показаны на рисунке 4.1.

Рис. 4.1. Кадр Ethernet с разбиением на подполя

Области определяются следующим образом:

1. Преамбула - 56-битная стартовая область, обозначающая начало кадра Ethernet
2. SFD - Ограничитель начала кадра, 8-битное значение, отмечающее конец преамбулы
3. Адрес MAC места назначения – 48-битный адрес, указывающий, куда направляются данные
4. Адрес MAC источника – 48-битный адрес, указывающий, откуда направляются данные
5. Длина/Тип протокола единицы данных - 16-битное поле метки суб-протокола для длины или типа протокола (длина в байтах только если меньше 1518)
6. Полезная нагрузка – Посылаемые данные
7. CRC (или контрольная последовательность кадра), значение CRC вычисляется на всем кадре. Используется для обнаружения ошибок битов, возникающих во время передачи.

Для кадра IEEE 802.2 LLC используется такой же формат, но в качестве поля длины используется Ethertype, за которым следует заголовок LLC. Заголовок LLC сообщает программному обеспечению, будет ли это кадр DIX или кадр IEEE 802.3.

Все кадры 802.3 должны иметь заголовок LLC. Проверяя этот заголовок, можно определить, следует ли за заголовком LLC заголовок SNAP. Заголовок LLC состоит из двух дополнительных восьми-битных адресных полей, называемых точками служебного доступа (SAP). Когда оба значения SAP источника и места назначения заданы как 0xAA, запрашивается служба SNAP. Заголовок SNAP позволяет использовать значения EtherType со всеми протоколами IEEE 802, а также поддерживать пространства ID протокола конфиденциального обмена. В IEEE 802.3x-1997 стандарт IEEE Ethernet был изменен, чтобы позволить явно использовать 16-битное поле после адресов MAC в качестве поля длины или поля типа.