Кадры Ethernet

Кадр Ethernet может включать в себя до восьми полей, лишь одно из которых (хотя и самое большое) содержит передаваемую информацию. Первыми двумя полями являются преамбула и разделитель начала кадра (Start of Frame Delimiter — SFD). Преамбула состоит из поочередных единиц и нулей, а разделитель SFD представляет собой постоянный код 11010101. Эти два поля служат для синхронизации приемника и указания на начало кадра.

Поле адреса приемника имеет длину, равную 6 байт. Оно содержит MAC-адрес, обычно записываемый в шестнадцатеричной системе и используемый при маршрутизации кадров между сетевыми устройствами. Некоторые MAC-адреса выполняют специальные функции. Например, FF:FF:FF:FF:FF:FF — это широковещательный адрес, и кадры с таким адресом будут поступать на все станции без исключения.

Длина поля адреса источника тоже равняется 6 байт. Это поле содержит MAC-адрес станции, отправляющей данные, который также обычно представляется в шестнадцатеричной системе счисления. В большинстве случаев первые 3 байт этого адреса идентифицируют производителя, а три последних являются уникальными для конкретного оборудования (МАС-адрес обычно встраивается изготовителем в оборудование). Однако есть устройства (например, тестовое оборудование), адрес которых может изменяться.

Поле тега VLAN (Virtual LAN, или виртуальная ЛВС) имеет длину, равную 4 байт, и является факультативным. Наличие такого поля в кадре позволяет разделять данные по различным виртуальным ЛВС независимо от MAC-адреса устройства. Кроме того, это поле содержит биты приоритета, позволяющие реализовывать функции гарантированного качества обслуживания — QoS.

Двухбайтовое поле “длина/тип” содержит информацию о длине кадра или о типе передаваемых данных. Если значение поля “длина/тип” меньше шестнадцатеричного числа 05DC, то оно содержит длину поля данных. Если же это значение больше 0600, оно указывает тип протокола, данные которого содержатся в поле данных. Так, когда в поле “длина/тип” занесено число 0800, это означает, что кадр используется протоколом IP, а когда — 809B, он применяется для передачи данных протокола AppleTalk.

Длина поля данных может составлять от 46 до 1500 байт. Это поле обычно содержит подлежащие передаче данные таких протоколов более высокого уровня, как IP или AppleTalk.

Длина поля контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence — FCS) составляет 4 байт. Контрольный код FCS для всего кадра рассчитывается передающим устройством. Приемное устройство пересчитывает контрольный код и следит за тем, чтобы он соответствовал коду, помещенному в кадр передатчиком. Большая часть устройств Ethernet сбрасывает кадры с некорректным или пропущенным полем FCS.

Минимальный размер нормального кадра, включая размер поля FCS, но без учета преамбулы, составляет 64 байт. Кадры меньшей длины называются “коротышками” (runts) и сбрасываются большинством устройств Ethernet.

Максимальный стандартный размер кадра составляет 1522 байт, если используется маркировка виртуальных ЛВС, и 1518 байт, если такая маркировка отсутствует. Оборудование некоторых производителей может поддерживать кадры большего размера (вплоть до 65 Кбайт), часто называемые сверхдлинными (jumbo). Формат таких кадров аналогичен формату стандартных кадров, но содержит более длинное поле данных, что обеспечивает лучшее соотношение между числом служебных байтов и числом байтов данных и соответственно более эффективную передачу информации. Сверхдлинные кадры являются нестандартными, поэтому при их использовании невозможно гарантировать совместимость оборудования разных производителей.

Кадры передаются слева направо, начиная с младшего бита. Кадры отделяются один от другого межкадровыми интервалами (Inter-Packet Gap — IPG) длиной 12 байт. Межкадровый интервал необходим для освобождения среды передачи до начала передачи следующего кадра при полудуплексной работе. При дуплексной передаче межкадровый интервал необязателен и используется лишь в целях единообразия работы в разных режимах передачи данных.

Большинство устройств Ethernet поддерживают функцию автосогласования (autonegotiation): при первом соединении они обмениваются информацией о своих возможностях в части передачи данных, а затем автоматически настраиваются на максимальные общие значения параметров передачи. К числу обговариваемых возможностей относятся скорость передачи данных, режим работы (дуплексный или полудуплексный), использование алгоритмов управления потоками.