2.4.2 Διευθύνσεις Ελέγχου πρόσβασης στο Μέσο (MAC) - Δομή πλαισίου Ethernet - Πλαίσια Ethernet μεγάλου μεγέθους (Jumbo frames) 1 / 37
Φυσική διεύθυνση Κάθε κόμβος σε ένα δίκτυο Ethernet έχει μια φυσική διεύθυνση ή διεύθυνση υλικού, όπως αλλιώς χαρακτηρίζεται (Hardware Address) ώστε να αναγνωρίζεται μοναδικά σε όλο το δίκτυο. 2 / 37
3 / 37 MAC Address Αναφέρεται και ως διεύθυνση ελέγχου προσπέλασης στο μέσο (MAC Address, Media Access Control).
74:ea:3a:cd:06:40 Είναι ένας δυαδικός αριθμός των 48 bit (MAC-48, EUI-48) ή έξι οκτάδων και γράφεται στο δεκαεξαδικό αριθμητικό σύστημα ως έξι διψήφιοι δεκαεξαδικοί αριθμοί χωρισμένοι με παύλες (στα windows) ή με άνω-κάτω τελείες (στο unix/linux). 4 / 37
Σε υπολογιστή εξοπλισμένο με προσαρμογέα/κάρτα δικτύου, η διεύθυνση MAC είναι χαρακτηριστικό της κάρτας δικτύου και πολλές φορές αναγράφεται πάνω σε αυτήν από τον κατασκευαστή της. 5 / 37
Μπορεί να αναγνωσθεί ηλεκτρονικά με την κατάλληλη εντολή του λειτουργικού συστήματος. ipconfig/all (Windows), ifconfig (Linux). 6 / 37
Frames Οι κόμβοι ενός δικτύου Ethernet ανταλλάσσουν δεδομένα-πληροφορίες τις οποίες ενθυλακώνουν σε πακέτα τα οποία ονομάζονται πλαίσια. 7 / 37
Στην επικεφαλίδα του πλαισίου τοποθετούνται διαχειριστικές πληροφορίες από τις οποίες οι σημαντικότερες είναι οι διευθύνσεις αποστολέα (προέλευσης) και παραλήπτη (προορισμού). 8 / 37
Οι διευθύνσεις MAC απαρτίζονται από δυο μέρη των 24ων δυαδικών ψηφίων. Ταυτότητα του Οργανισμού (OUI - Organizational Unique Identifier), Το δεύτερο μέρος το προσδιορίζει ο κατασκευαστής υλικού. 9 / 37
OUI - Organizational Unique Identifier Το πρώτο μέρος το οποίο ονομάζεται (μοναδική) Ταυτότητα του Οργανισμού (OUI - Organizational Unique Identifier), χορηγείται από το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών και διατίθεται αποκλειστικά στον κατασκευαστή υλικού. 10 / 37
Το δεύτερο μέρος το προσδιορίζει ο κατασκευαστής υλικού με δική του ευθύνη. Είναι δηλαδή κάτι σαν σειριακός αριθμός (Serial Number). 11 / 37
Από το πρώτο μέρος τα δυο ψηφία έχουν ειδική σημασία. 12 / 37
Στο Ethernet αποστέλλεται το πιο σημαντικό byte (MSB) πρώτα αλλά για κάθε byte, πρώτα το λιγότερο σημαντικό bit (LSB). Ο τρόπος αποστολής, αυτός, χαρακτηρίζεται Little Endian σε επίπεδο byte. 13 / 37
Έτσι κατά την εκπομπή των ψηφίων μιας διεύθυνσης Ethernet θα αποσταλούν, σε επίπεδο byte, πρώτα το MSB, για το παράδειγμά μας το 74 (0111 0100) αλλά με την αντίστροφη σειρά (0010 1110), πρώτα το b0, μετά το b1 κ.ο.κ. 14 / 37
Τα δύο πρώτα bit, τα οποία είναι ουσιαστικά το b0 και b1 του MSB της διεύθυνσης έχουν ειδική σημασία. 15 / 37
Το πρώτο bit (b0) Το πρώτο bit (b0) είναι το M bit ή I/G (Individual/Group). Όταν είναι 1 σημαίνει ότι η διεύθυνση αφορά πολλούς αποδέκτες, είναι πολυδιανομής (Multicast), αλλιώς αφορά συγκεκριμένο αποδέκτη. 16 / 37
Το δεύτερο bit (b1) Το δεύτερο bit (b1) είναι το X bit ή U/L (Universal/Local). Όταν είναι 1 σημαίνει ότι η διεύθυνση είναι τοπικά διαχειριζόμενη αλλιώς είναι καθολικά μοναδική. 17 / 37
Ειδική περίπτωση Ειδική περίπτωση είναι η διεύθυνση με όλα τα ψηφία 1, η ff-ff-ff-ff-ff-ff η οποία είναι διεύθυνση εκπομπής. Πλαίσιο με διεύθυνση προορισμού την ff-ff-ff-ff-ff-ff αφορά όλους τους κόμβους και παραλαμβάνεται από όλους όσους μοιράζονται το κοινά διαμοιραζόμενο μέσο, ανήκουν δηλαδή στο ίδιο τοπικό δίκτυο. 18 / 37
Στην περίπτωση μεταγωγέα με συνδέσεις σημείο προς σημείο, αυτός προωθεί το πλαίσιο σε όλες τις θύρες του. 19 / 37
Δομή πλαισίου Ethernet 20 / 37
Έναρξη Για να διευκολυνθεί ο δέκτης ώστε να συγχρονιστεί με τον πομπό, ξεκινά με ένα προοίμιο (preamble) επτά οκτάδων (byte) εναλλασσόμενων άσων και μηδενικών (0x55) και μια οκτάδα 0xD5 η οποία σηματοδοτεί την έναρξη του πλαισίου (SFD - Start Frame Delimiter). 21 / 37
Ακολουθούν οι διευθύνσεις των έξι οκτάδων η καθεμιά, πρώτα προορισμού ώστε να ενεργοποιηθεί έγκαιρα ο παραλήπτης και κατόπιν του αποστολέα (προέλευσης). 22 / 37
Στη συνέχεια το πεδίο δυο οκτάδων Τύπος/Μήκος δεδομένων προσδιορίζει το είδος των δεδομένων που μεταφέρει το πλαίσιο ή πιο πρωτόκολλο ανωτέρου επιπέδου αφορούν. 23 / 37
Αν έχει τιμή μικρότερη του 1500 (0x5DC) τότε δηλώνει το μήκος των δεδομένων που μεταφέρει. 24 / 37
Στο τέλος περιλαμβάνει σε τέσσερις οκτάδες την ακολουθία ελέγχου πλαισίου (FCS - Frame Check Sequence) σύμφωνα με τον αλγόριθμο CRC-32 ώστε να είναι εφικτό να αναγνωριστεί από τον παραλήπτη οποιοδήποτε σφάλμα συμβεί κατά τη μετάδοση. 25 / 37
InterPacketGap (IPG) Μετά το τέλος του πλαισίου ακολουθεί μια παύση διάρκειας 96bit ώστε να επιτραπεί στα κυκλώματα του δέκτη να επεξεργαστούν το ληφθέν πλαίσιο και να είναι αυτός έτοιμος για τη λήψη επόμενου πλαισίου. 26 / 37
Μέγιστη μονάδα εκπομπής MTU Το μήκος των δεδομένων του ωφέλιμου φορτίου του πλαισίου μπορεί να φτάσει από 46 μέχρι 1500 οκτάδες και ονομάζεται Μέγιστη μονάδα εκπομπής MTU (Maximum Transmission Unit). 27 / 37
Είναι απαίτηση του προτύπου το συνολικό μέγεθος του πλαισίου να μην είναι μικρότερο των 64 οκτάδων (18 επικεφαλίδα και 46 φορτίο). Αν συμβαίνει να είναι μικρότερο τότε συμπληρώνεται συνήθως με μηδενικά (padding) για να φτάσει στο ελάχιστο μήκος. 28 / 37
Jumbo frames Με την αύξηση των ταχυτήτων στο Ethernet, θεωρήθηκε ότι η δυνατότητα μεταφοράς ωφέλιμου φορτίου μήκους 1500 bytes (MTU=1500) αποτελεί περιοριστικό παράγοντα ειδικά στις εφαρμογές οι οποίες περιλαμβάνουν μαζική μεταφορά μεγάλου όγκου δεδομένων όπως η ανάγνωση και εγγραφή αρχείων σε δικτυακά αποθηκευτικά μέσα. 29 / 37
Υπήρξαν αρκετές περιπτώσεις για τις οποίες απαιτήθηκε επέκταση, σε μέγεθος, του πλαισίου Ethernet, όπως για την προσθήκη του VLAN tag. Έτσι έφτασε το IEEE802.3as να αναγνωρίσει μέγιστο μέγεθος πλαισίου τα 2000 bytes αλλά το MTU να παραμείνει στα 1500 bytes. 30 / 37
Διάφοροι κατασκευαστές δικτυακού εξοπλισμού Ethernet άρχισαν να υποστηρίζουν πλαίσια μεγέθους μεγαλύτερου από τα 1500 bytes του προτύπου. Σε ορισμένες περιπτώσεις φτάνουν μέχρι και τα 9000 bytes. 31 / 37
Jumbo frames Jumbo frames χαρακτηρίζονται όλα τα πλαίσια Ethernet τα οποία έχουν MTU μεγαλύτερη από την τιμή των 1500 bytes που καθορίζει το πρότυπο ως μέγιστο ωφέλιμο φορτίο. 32 / 37
Δεν υπάρχει βιομηχανικό πρότυπο το οποίο να καθορίζει το μέγεθος ενός jumbo frame. Επιπλέον το ΙΕΕΕ δεν διατίθεται να υποστηρίξει τα jumbo frames εξαιτίας ενστάσεων σχετικά με την διαλειτουργικότητα μεταξύ εξοπλισμού διαφορετικών κατασκευαστών. Παρόλα αυτά διάφοροι κατασκευαστές τα υποστηρίζουν. 33 / 37
Τα πλεονεκτήματα Τα πλεονεκτήματα χρήσης Jumbo frames προέρχονται από το γεγονός ότι μεγαλύτερες MTU κάνουν την επικοινωνία πιο αποδοτική καθώς οι σταθερές επικεφαλίδες των πρωτοκόλλων ποσοστιαία είναι μικρότερες επί ενός μεγαλύτερου συνόλου απ' ό,τι σε ένα μικρότερο. 34 / 37
Η χρήση jumbo frames αποτελεί πλεονέκτημα σε εφαρμογές όπως: Συστοιχίες διακομιστών (server clustering) Αντίγραφα ασφαλείας σε διακομιστές (πιο γρήγορη λήψη αντιγράφων) Δικτυακά συστήματα αρχείων (NFS) Δικτυακά συστήματα αποθήκευσης NAS (Network Attached Storage) και SAN (Storage Area Network) π.χ. iscsi 35 / 37
Μειονεκτήματα Αντιθέτως, μεγαλύτερα πλαίσια σημαίνει μεγαλύτερος χρόνος απασχόλησης του μέσου ή της ζεύξης και συνεπώς μεγαλύτερη υστέρηση ανταπόκρισης και καθυστέρηση για αυτούς που περιμένουν να χρησιμοποιήσουν το μέσο. 36 / 37
Αυτό αποτελεί μειονέκτημα σε εφαρμογές όπως: Εφαρμογές πραγματικού χρόνου Μεταφορά video ή ήχου όπως τηλεφωνία VoIP Επικοινωνία διεργασιών (Inter-Process Communication - IPC) 37 / 37