5. Nivelul legaturii de date

Physical Layer-summary

The Physical layer defines all the electrical and physical specifications for devices. This includes the layout of pins, voltages, and cable specifications. Hubs, repeaters, network adapters and Host Bus Adapters (HBAs used in Storage Area Networks) are physical-layer devices. The major functions and services performed by the physical layer are:

Establishment and termination of a connection to a communications medium. Participation in the process whereby the communication resources are

effectively shared among multiple users. For example, contention resolution and flow control.

Modulation , or conversion between the representation of digital data in user equipment and the corresponding signals transmitted over a communications channel. These are signals operating over the physical cabling (such as copper and fiber optic) or over a radio link.

REPETORUL

Chiar daca nici acest simbol nu este standardizat, îl vom folosi pe cel de mai sus. Motivul? CISCO foloseste acelasi simbol în manualele de instruire si în proiectele de retele.Termenul de repetor vine tocmai de la începuturile comunicarii vizuale, cînd, o persoana aflata pe un deal, repeta semnalul pe care tocmai îl primise de la o persoana aflata pe un deal situat in dreapta sa, pentru a-l transmite pe dealul din stînga. Telegrafia, telefonia (mai ales cea mobila) folosesce repetoa re de semnal pentru a asigura transmiterea informatiilor la distante foarte mari.Repetoarele pot fi single port in – single port out, stackable (modulare) sau multi port (cunoscute mai ales sub denumirea de hub-uri). Ele sînt clasificate ca fiind componente de nivel 1 deoarece actioneaza doar la nivel de biti.Nu uitati! Scopul unui hub este de a amplifica si a retransmite semnale, la nivel de bit, catre un numar mai mare de utilizatori: 8,16, sau 24. Procesul prin care se realizeaza aceasta functie se numeste concentrare.Fiecare hub are propriul sau port prin care se conecteaza la retea si mai multe porturi disponibile pentru calculatoare.

Unele hub-uri au un port prin care pot fi legate de o consola, ceea ce înseamna ca sînt hub-uri gestionabile/cu management. Majoritatea însa, sînt dumb hubs (hub-uri proaste) deoarece doar preiau un semnal din retea si îl repeta catre fiecare port în parte.

Rolul nivelului: realizarea comunicatiei intre calculatoare interconectate direct.

PLACA DE RETEA

NIC (Network Interface Card) nu are un simbol standardizat pe care sa îl putem folosi atunci cînd discutam despre retele.Dar chiar si în aceasta situatie, cînd pe o diagrama care prezinta topologia unei retele vedeti un punct, atunci proiectantul a vrut sa descrie o NIC sau o interfata ce actioneaza ca parte a unei NIC.Fizic, cartela de retea este o placa cu circuite imprimate, placa ce se monteaza într-un slot de extensie de pe placa de baza. În cazul lap-top-urilor cartela de retea se numeste PCMCIA card sau mai nou PC card.Cartelele de retea sînt considerate dispozitive de nivel 2, deoarece fiecare din cartelele produse în lume are un cod unic, numit Media Acces Control (MAC) adress. Prin intermediul lor, calculatorul controleaza accesul la mediul fizic de transmisie a datelor.

Uneori, cartelele de retea sînt dotate cu dispozitiv numit transceiver (trasnmiter/receiver), dispozitiv care converteste un anumit tip de semnal electric în alt tip sau chiar în semnal optic. În acest caz, transceiver -ul este considerat un dispozitiv de nivel 1

deoarece menirea sa este de a converti bitii dintr-o forma în alta, neavind nimic de a face cu informatiile necesare celorlalte protocoale.

Realizarea comunicatiei directe intre calculatoate implica asigurarea de functii specifice ca: detectarea si corectarea de erori, separarea blocurilor de date, controlul accesului la mediu realizeaza formatarea cadrelor, adresarea si alte functii necesare asigurarii unei transmisii de acuratete a datelor între sisteme adiacente. Nivelul legaturi de date poate opera în conjunctie cu mai multe metode de acces la nivelul fizic si fixeaza o transmisie a bitilor fara erori în jurul unei linii de transmisie.

Una din sarcinile acestui nivel este de a transforma un mijloc oarecare de transmisie într-o linie care sa fie disponibila nivelului superior (nivelul retea) fara erori de transmisie.

Informatia circula la acest nivel sub forma de cadre. Acesta transmite cadrele de date de la nivelul retea catre nivelul fizic. La capatul receptor, el impacheteaza bitii "bruti" sositi de la nivelul fizic in cadre de date. Un cadru de date este o structura logica, organizata, in care pot fi plasate date. Pe acest strat este rezolvata problema cadrelor deteriorate, pierdute sau duplicate. In general, atunci cand nivelul legaturii de date transmite un cadru, el asteapta o confirmare de la destinatar. Nivelul legaturii de date destinatar detecteaza eventualele probleme aparute la cadrul de date pe parcursul transmisiei. Cadrele de date care nu au fost confirmate sau cele care au fost alterate in timpul transmisiei sunt retransmise.

Fig. Formarea cadrelor (frame-urilor)

Nivelul LEGATURII de DATE are rolul de a imparti fluxul de date in blocuri (cadre) si verifica daca blocurile au ajuns corect la destinatar, iar destinatarul verifica tot la acest nivel daca datele au ajuns corect astfel incit nivele superioare sa nu se ocupe de integritatea datelor, doar de interpretarea lor indiferent de problemele de transmisie care apar datorita mediului de transmisie. Nivelul fizic nu se ocupa de date ci de biti. Din aceasta cauza acest nivel trebuie sa sesizeze ca un pachet a ajuns cu erori si sa ceara retransmiterea sa nivelului de prelucrare de date partener. Aceasta va duce si la o disparitie a sesizarii diferentelor de viteza intre calculatoare partenere la nivele superioare.

Nivelul legaturii de date asigura portionarea unitatilor de informatie in cadre si verificarea erorilor. Acesta utilizeaza serviciul oferit de nivelul fizic si furnizeaza comunicatia dintre doua sau mai multe sisteme adiacente sau altfel spus furnizeaza o legatura între doua entitati gazda (horst). Placa de retea reprezinta nivelul legaturii de date a unui calculator.

Sintetizând, putem spune ca principala sarcina a acestui nivel este de a detecta si de a rezolva erorile aparute în transmisia datelor, formal spus, detectarea si corectarea erorilor.

Probleme:

Detectarea si/sau corectarea erorilor Coduri detectare-erori si corectare-erori Folosirea codurilor Polinomiale sau Codul redondant

ciclic CRC Controlul fluxului Controlul accesului la mediu

1. Detectarea si corectarea erorilor

Erorile de transmisie fac ca ocazional un bit 0 transmis sa fie receptionat ca un bit 1, sau reciproc, un 1 sa fie receptionat ca 0; se mai poate intampla ca un bit sa fie complet pierdut sau un bit (aleator) sa fie inserat in fluxul receptionat.

Daca emitatorul transmite mai multi biti decat strictul necesar pentru transmiterea informatiei, este posibil ca receptorul sa detecteze anumite erori de transmisie, si eventual chiar sa reconstituie mesajul original. In toate situatiile insa, se

presupune ca numarul erorilor nu depaseste o anumita valoare; in caz contrar mecanismul nu functioneaza.

Exemplu: verificarea paritatii. Fiecare octet este transmis ca un sir de 9 biti, primii 8 fiind octetul de trimis, iar al 9-lea construit astfel incat numarul total de biti 1 sa fie par. de exemplu, 11001010 va fi transmis ca 110010100, iar 00101100 va fi transmis ca 001011001. Receptorul verifica daca numarul de biti 1 receptionati este par: daca da, ia primii 8 si-i considera ca fiind mesajul de primit (ignorand apoi al 9-lea), daca nu, decide ca transmisia a fost eronata si cere retrimiterea octetului. Mecanismul este capabil sa detecteze erorile de un singur bit; daca doi biti sunt inversati, eroarea nu poate fi detectata.

PARITATEA DE UN BIT

PARITATEA BIDIMENSIONALA

2. Coduri detectare-erori si corectare-erori

Distanta Hamming : Numarul de biti prin care doua cuvinte de cod difera (de exemplu, 1101 si 1011 au o distanta-H de 2). Pentru ca 1101 sa devina 1011, 2 erori cu un singur bit trebuie sa apara.

Presupunem ca folosim o codare speciala in care doar 01 si 10 sunt recunoscute ca legale unde 01 reprezinta data 0, si 10 inseamna data 1. Sigur, in aceasta codare, sabloanele 00 si 11 sunt ilegale. Mai mult, distanta dintre 01 si 10 este 2. Deci distanta Hamming pentru codare este 2 (aceasta este distanta hamming minima dintre orice doua coduri legale).

Pentru a detecta d erori, este necesara o codare cu distanta hamming de d+1. Deci, codarea cu 2-biti de mai sus poate detecta 1 eroare. Este posibil?

Sa presupunem ca trimitem 01 si acesta devine sau 11 ori 00, atunci receptorul stie ca aceste coduri sunt ilegale. Deci le pate detecta. Dar daca exista erori de 2 biti in 01? Atunci el devine 10 care nu poate fi detectat.

Pentru a corecta d erori, avem nevoie de o codare cu distanta de 2d+1 . Deci in exemplul anterior, nu se poate corecta nici o eroare? Presupunem ca 01 devine 00; poate aceasta fi corectata? Nu. Pentru ca putea fi un 01 sau un 10.

Presupunem folosirea unei codari de 3-biti unde numai 000 si 111 sunt coduri legale. Astfel, distanta acestui cod este de 3. Cate erori de biti poate aceasta detecta? 2. Cate erori de biti poate aceasta corecta? 1. Exemplu: Presupunem ca 000 devine 010, pentru ca distanta dintre 010 si 000 este 1 in timp ce intre 010 si 111 este 2. Deci poate corecta 010 ca 000.

Bitul de paritate: Un exemplu de codare unde bitul extern 1 este generat pentru a detecta erorile. Acesta are distanta de 2 si din acest motiv poate detecta erori cu un singur bit.

Imparitatea: Numarul 1 in orice cuvant de cod legal este intotdeauna impar

Paritatea: Numarul 1 in orice cuvant de cod legal este intotdeauna par.

Exemplu: Daca 11011001 este un cod legal de 8-biti, acesta este de paritate impara sau para? Dar pentru 11000101?

3. Coduri detectare-erori: Folosirea codurilor Polinomiale sau Codul Redondant Ciclic CRC

Functionarea Cyclic Redundancy Check:

vedem datele (un sir de biti), D, ca un numar binar; se alege un generator G de r+1 biti;

[Ex: G(x) = x4+x2+1. Acesta este reprezentat ca 10101 insemnand coeficientii fiecarui termen cu exponent.]

scop: se aleg r biti CRC, R, astfel incat:1. <D,R> sa se imparta exact la G (modulo 2)

2. receptorul cunoaste G, divide <D,R> la G. Daca restul este diferit de zero: s-a detectat eroare;

3. poate detecta un numar de pana la r+1 biti de eronati.

Metoda este larg folosita in practica (ATM, HDCL).

Daca emitatorul transmite mai multi biti decat strictul necesar pentru transmiterea informatiei, este posibil ca receptorul sa detecteze anumite erori de transmisie, si eventual chiar sa reconstituie mesajul original. In toate situatiile insa, se presupune ca numarul erorilor nu depaseste o anumita valoare; in caz contrar mecanismul nu functioneaza.

Exemplu: verificarea paritatii. Fiecare octet este transmis ca un sir de 9 biti, primii 8 fiind octetul de trimis, iar al 9-lea construit astfel incat numarul total de biti 1 sa fie par. de exemplu, 11001010 va fi transmis ca 110010100, iar 00101100 va fi transmis ca 001011001. Receptorul verifica daca numarul de biti 1 receptionati este par: daca da, ia primii 8 si-i considera ca fiind mesajul de primit (ignorand apoi al 9-lea), daca nu, decide ca transmisia a fost eronata si cere retrimiterea octetului. Mecanismul este capabil sa detecteze erorile de un singur bit; daca doi biti sunt inversati, eroarea nu poate fi detectata.

Mecanismul general

In general, detectia erorilor se bazeaza pe urmatorul mecanism: un mesaj de n biti este transmis ca un sir de n+m biti, unde m este un numar natural convenabil ales (a se vedea mai jos). Din cele 2^(m+n) mesaje de m+n biti posibile, sunt considerate valide doar 2^n; fie M multimea acestor mesaje valide. Corespondenta intre mesajele originale de transmis si mesajele din M este biunivoca si fixata prin protocol.

Acum, daca emitatorul vrea sa trimita un sir de n biti, trimite mesajul din M asociat. Receptorul, daca receptioneaza un mesaj din M, deduce ca i-a fost trimis sirul de n biti asociat acelui mesaj valid, altfel declara ca s-a produs o eroare.

Un protocol capabil sa detecteze erori de cel mult k biti trebuie sa aleaga o multime M cu proprietatea ca distanta Hamming (adica nr. de biti care trebuie inversati pentru a transforma un cuvant in celalalt) dintre oricare doua mesaje din M este cel putin k+1. In felul acesta, un mesaj afectat de erori, dar nu mai mult de k erori, va fi transformat intr-un sir ce nu face parte din M, si va fi invalidat de receptor.

M este o multime de "puncte izolate" in {0,1}^(m+n): bila de raza k centrata intr-un punct din M nu contine nici un alt punct din M. Un mesaj trimis va fi insa transformat, in urma erorilor, intr-un element din {0,1}^(m+n), aflat in bila centrata in mesajul original si de raza k.

Daca se doreste corectarea erorilor de cel mult k biti, trebuie ca bilele de raza k centrate in elementele lui M sa fie disjuncte.

In acest mod, daca receptorul primeste un mesaj afectat de erori, el va receptiona un sir care, ca element al lui {0,1}^(m+n) se gaseste in bila de raza k centrata in sirul trimis. Deoarece bilele sunt disjuncte, sirul trimis este unic determinat de sirul primit, astfel incat receptorul poate regasi sirul trimis, adica poate corecta erorile.

Codul redondant ciclic (CRC)

Este mecanismul cel mai utilizat. Fiecare sir de biti este privit ca fiind un polinom cu coeficienti in corpul (F_2, +, *). De exemplu, sirul 01101100 va avea atasat polinomul X^6+X^5+X^3+X^2.

Protocolul presupune alegerea in prealabil a unui polinom de grad m, numit polinom generator, notat G(X). M va fi multimea polinoamelor de grad cel mult m+n-1 divizibile cu G(X).

Codarea se face astfel: sirului initial de n biti i se asociaza polinomul P(X) de grad cel mult n-1. Se calculeaza restul R(X) al impartirii lui X^m*P(X) la G(X); gradul lui R(X) este cel mult m-1. Deoarece R(X) este restul impartirii, rezulta ca X^m*P(X)-R(X) este divizibil cu G(X), si cum in F_2 1+1=0 rezulta ca X^m*P(X)+R(X) = X^m*P(X)-R(X) este divizibil cu G(X). Deci, secvanta formata din sirul de n biti al coeficientilor lui P(X) urmat de sirul de m biti ai coeficientilor lui R(X) este un element din M, si acesta este cuvantul ce va fi trimis.

Deci, sirul trimis este sirul original concatenat cu sirul coeficientilor restului impartirii polinomului X^m*P(X) la G(X).

La receptie, mesajul este recuperat ca fiind primii n biti din mesajul primit, iar verificarea daca au fost erori la transmisie se face impartind polinomul corespunzator mesajului primit la G(X).

Din considerente de linearitate, distanta minima dintre doua elemente din m este egala cu distanta minima intre un multiplu nenul al lui G(X) si polinomul nul. Aceasta distanta minus unu este numarul maxim de erori detectabile.

4. Controlul fluxului de date

Scop:

prevenirea inundarii unui receptor lent de catre un emitator rapid

negocierea retrimiterii mesajelor afectate de erori

La transmisia pe linii seriale, exista 2 metode folosite:

control hard, prin semnalizare pe un fir separat control soft, prin trimiterea inapoi catre emitator a

caracterelor Xoff (^S) (suspenda transmisia) si Xon (^Q) (continua transmisia)

Acest protocol nu permite retrimiterea mesajelor eronate.

Protocol cu confirmare si retransmitere

Protocol posibil: fiecare mesaj trimis este confirmat de receptor. Emitatorul, dupa transmiterea unui mesaj, asteapta confirmarea inainte de-al trimite pe urmatorul. Daca confirmarea nu soseste dupa un anumit intrval de timp, retrimite mesajul.

Problema: daca se pierde confirmarea unui mesaj, emitatorul va retrimite mesajul, dar receptorul va interpreta retransmisia ca fiind noul mesaj.

Solutia: se numeroteaza mesajele; fiecare mesaj va purta numarul de ordine. Daca receptorul primeste o copie a ultimului mesaj primit, o va confirma (caci a fost retrimisa ca urmare a faptului ca prima confirmare a fost pierduta), dar nu il va transmite "utilizatorului final".

Solutie mai buna: se trimite doar ultimul bit din numarul mesajului, deoarece este suficient pentru receptor pentru a distinge intre noul mesaj si retransmiterea vechiului mesaj.

Protocolul ferestrei glisante

Protocolul cu confirmare si retransmitere obliga emitatorul sa astepte confirmarea mesajului trimis inainte de-a transmite urmatorul. Daca timpul necesar propagarii dus-intors a semnalului este mare, in raport cu timpul necesar transmiterii unui mesaj, emitatorul si canalul "dus" vor sta mult timp in asteptarea confirmarii unui mesaj. O imbunatatire consta in a permite emitatorului sa trimita in avans unanumit numar de

pachete. Astfel, emitatorul va avea o fereastra de k1 pachete pe care le poate trimite; fereastra incepe cu primul pachet netransmis sau neconfirmat.

Emitatorul trimite pachetele din fereastra fara sa astepte confirmare. Daca termina de trimis pachetele din fereastra, asteapta. Daca primeste confirmari, avanseaza fereastra. Daca un pachet din fereastra nu este confirmat dupa un anumit interval de timp, este retrimis.

Receptorul poate aplica algoritmul anterior; in acest caz, daca primeste un mesaj cu numar de ordine mai mare decat cel asteptat (datorita pierderii unui mesaj anterior) il va ignora. Dupa expirarea timpului, emitatorul va retrimite mesajul asteptat de receptor, receptorul il va primi si confirma, dupa care va expira timpul si pentru mesajele ulterioare si emitatorul le va retrimite si pe acestea.

Este nevoie de mai mult de 1 bit pentru numarul de ordine al pachetului: care este numarul de biti necesari?

O alta imbunatatire a algoritmului se poate aduce daca receptorul memoreaza pachetele situate dupa un pachet pierdut; in acest fel, daca un pachet se pierde, emitatorul trebuie sa retransmita numai pachetul pierdut, nu si pachetele imediat urmatoare.

Pentru aceasta, receptorul va avea si el o fereastra de receptie, de o dimensiune fixata k2; fereastra incepe cu primul pachet nereceptionat. Daca soseste un pachet din fereastra de receptie, receptorul il memoreaza si trimite inapoi confirmarea. Daca pachetul primit a fost cel de la inceputul ferestrei, esta pasat nivelelor superioare si fereastra este avansata; daca nu, se asteapta mai intai sa fie primite toate pacheele din fata lui.

Astfel, protocolul anterior cu confirmare si retrenasmitere este un caz particular al ferestrei glisante pentru cazul k1=k2=1.

O alta imbunatatire ce se poate aduce este asa-numita confirmare negativa (negative acknowledge, NAK): daca receptorul primeste un pachet cu erori de transmitere, dar din care poate reconstitui numarul de ordine, el va trimite o

confirmare negativa pentru acel pachet. Confirmarea negativa se mai trimite pentru primul pachet asteptat (cel de la inceputul ferestrei) daca receptorul primeste un pachet situat dupa el.

La primirea unei confirmari negative, emitatorul retrimite imediat pachetul confirmat negativ, fara sa mai astepte expirarea timpului.

Evident, confirmarile negative se pot pierde, motiv pentru care confirmarile negative reprezina doar optimizari,

5. Controlul accesului la mediu

fara coliziuni (ex. token bus) cu coliziuni, cu detectarea coliziunilor si retransmitere

Data link layer protocols

ARP Address Resolution Protocol ARCnet CDP Cisco Discovery Protocol DCAP Data Link Switching Client Access Protocol Econet Ethernet FDDI Fiber Distributed Data Interface Frame Relay HDLC High Level Data Link Control LocalTalk L2F Layer 2 Forwarding Protocol L2TP Layer 2 Tunneling Protocol LLDP Link Layer Discovery Protocol LLDP-MED Link Layer Discovery Protocol - Media Endpoint Discovery PPP Point-to-Point Protocol PPTP Point-to-Point Tunneling Protocol SLIP Serial Line Internet Protocol (obsolete) StarLan STP Spanning Tree Protocol Token ring VTP VLAN Trunking Protocol

Ethernet Protocol

The Ethernet protocol is made up of a number of components, such as the structure of Ethernet frames, the Physical Layer and its MAC operation. This section will detail the fundamental structure of the Ethernet Protocol.

Ethernet: IEEE 802.3 Local Area Network (LAN) protocols

Ethernet protocols refer to the family of local-area network (LAN) covered by the IEEE 802.3. In the Ethernet standard, there are two modes of operation: half-duplex and full-duplex modes. In the half duplex mode, data are transmitted using the popular Carrier-Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD) protocol on a shared medium. The main disadvantages of the half-duplex are the efficiency and distance limitation, in which the link distance is limited by the minimum MAC frame size. This restriction reduces the efficiency drastically for high-rate transmission. Therefore, the carrier extension technique is used to ensure the minimum frame size of 512 bytes in Gigabit Ethernet to achieve a reasonable link distance.

Four data rates are currently defined for operation over optical fiber and twisted-pair cables:

10 Mbps - 10Base-T Ethernet (IEEE 802.3)  

100 Mbps - Fast Ethernet (IEEE 802.3u) 1000 Mbps - Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)   10-Gigabit - 10 Gbps Ethernet (IEEE 802.3ae).  

In this document, we discuss the general aspects of the Ethernet. The specific issues regarding Fast Ethernet, Gigabit and 10 Gigabit Ethernet will be discussed in separate documents.

The Ethernet system consists of three basic elements: 1. the physical medium used to carry Ethernet signals between computers, 2. a set of medium access control rules embedded in each Ethernet interface that allow multiple computers to fairly arbitrate access to the shared Ethernet channel, and 3. an Ethernet frame that consists of a standardized set of bits used to carry data over the system.

As with all IEEE 802 protocols, the ISO data link layer is divided into two IEEE 802 sublayers, the Media Access Control (MAC) sublayer and the MAC-client sublayer. The IEEE 802.3 physical layer corresponds to the ISO physical layer.

The MAC sub-layer has two primary responsibilities:

Data encapsulation, including frame assembly before transmission, and frame parsing/error detection during and after reception

Media access control, including initiation of frame transmission and recovery from transmission failure

The MAC-client sub-layer may be one of the following:

Logical Link Control (LLC), which provides the interface between the Ethernet MAC and the upper layers in the protocol stack of the end station. The LLC sublayer is defined by IEEE 802.2 standards.

Bridge entity, which provides LAN-to-LAN interfaces between LANs that use the same protocol (for example, Ethernet to Ethernet) and also between different protocols (for example, Ethernet to Token Ring). Bridge entities are defined by IEEE 802.1 standards.

Each Ethernet-equipped computer operates independently of all other stations on the network: there is no central controller. All stations attached to an Ethernet are connected to a shared

signaling system, also called the medium. To send data a station first listens to the channel, and when the channel is idle the station transmits its data in the form of an Ethernet frame, or packet.  

After each frame transmission, all stations on the network must contend equally for the next frame transmission opportunity. Access to the shared(partajat) channel is determined by the medium access control (MAC) mechanism embedded in the Ethernet interface located in each station. The medium access control mechanism is based on a system called Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). 

As each Ethernet frame is sent onto the shared signal channel, all Ethernet interfaces look at the destination address. If the destination address of the frame matches with the interface address, the frame will be read entirely and be delivered to the networking software running on that computer. All other network interfaces will stop reading the frame when they discover that the destination address does not match their own address.

When it comes to how signals flow over the set of media segments that make up an Ethernet system, it helps to understand the topology of the system. The signal topology of the Ethernet is also known as the logical topology, to distinguish it from the actual physical layout of the media cables. The logical topology of an Ethernet provides a single channel (or bus) that carries Ethernet signals to all stations.

Multiple Ethernet segments can be linked together to form a larger Ethernet LAN using a signal amplifying and retiming device called a repeater. Through the use of repeaters, a given Ethernet system of multiple segments can grow as a "non-rooted branching tree. "Non-rooted" means that the resulting system of linked segments may grow in any direction, and does not have a specific root segment. Most importantly, segments must never be connected in a loop. Every segment in the system must have two ends, since the Ethernet system will not operate correctly in the presence of loop paths.

Even though the media segments may be physically connected in a star pattern, with multiple segments attached to a repeater, the logical topology is still that of a single Ethernet channel that carries signals to all stations.

Protocol Structure - Ethernet: IEEE 802.3 Local Area Network protocolsThe basic IEEE 802.3 Ethernet MAC Data Frame for 10/100Mbps Ethernet:

7 1 6 6 2 46-1500bytes 4

Pre SFD DA SA Length Type Data unit + pad FCS

Preamble (PRE)- 7 bytes. The PRE is an alternating pattern of ones and zeros that tells receiving stations that a frame is coming, and that provides a means to synchronize the frame-reception portions of receiving physical layers with the incoming bit stream.

Start-of-frame delimiter (SFD)- 1 byte. The SOF is an alternating pattern of ones and zeros, ending with two consecutive 1-bits indicating that the next bit is the left-most bit in the left-most byte of the destination address.

Destination address (DA)- 6 bytes. The DA field identifies which station(s) should receive the frame..

Source addresses (SA)- 6 bytes. The SA field identifies the sending station.

Length/Type- 2 bytes. This field indicates either the number of MAC-client data bytes that are contained in the data field of the frame, or the frame type ID if the frame is assembled using an optional format.

Data- Is a sequence of n bytes (46=< n =<1500) of any value. (The total frame minimum is 64bytes.)

Frame check sequence (FCS)- 4 bytes. This sequence contains a 32-bit cyclic redundancy check (CRC) value, which is created by the sending MAC and is recalculated by the receiving MAC to check for damaged frames.

MAC Frame with Gigabit Ethernet Carrier Extension (IEEE 803.3z)

1000Base-X has a minimum frame size of 416bytes, and 1000Base-T has a minimum frame size of 520bytes. The Extension is a non-data variable extension field to frames that are shorter than the minimum length.

7 1 6 6 2   Variable 4 Variable

Pre SFD DA SA Length Type Data unit + pad FCS Ext

Related Protocols:IEEE 802.3 , 802.3u , 802.3z , 802.2 , 802.1, 802.3ae , 802.1D , 802.1G, 802.1Q , 802.1p , 802.1X , FDDI , Token Ring

Reference

http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3-2002.pdf : Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specification.http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/ethernet.htm : Ethernet Technologieshttp://www.cisco.com/warp/public/cc/techno/media/lan/gig/tech/gigbt_tc.htm : Introduction to gigabit Ethernet