Коллизия в сети
Что такое коллизия в сети (collision)? Сегодня мы разберем само понятие коллизий в локальной сети, возможные причины их возникновения и как бороться с подобным явлением? Также узнаем, что такое домен коллизий?
Наша статья, будет состоять из двух частей: в первой (теоретической) мы рассмотрим основные понятия и термины, которые нам пригодятся в дальнейшем, а во второй части я покажу Вам (на примере), какие могут быть проблемы в реальной сети и к чему нужно быть готовым?
Проиллюстрируем возникновение коллизии в компьютерной сети на простенькой схеме:
Учитывая скорости движения данных в сети, вряд ли возникновение коллизии возможно в случае соединения только двух компьютеров? НО! Если компьютеров становится больше?
Случайный характер алгоритма доступа к среде передачи данных, принятый в технологии Ethernet, нельзя назвать идеальным. При большом количестве запросов на доступ к среде передачи, генерируемых узлами в случайные моменты времени, вероятность возникновения коллизий также возрастает, что приводит к неэффективному использованию всего канала. Время обнаружения коллизии и время ее обработки составляют дополнительные временные затраты, а интервал в течение которого канал предоставляется в распоряжение каждому узлу, становится все меньше.
Подобный случай мы рассматривали в статье, о возможности образования петли в локальной сети организации.
Давайте с Вами рассмотрим, какие же бывают разновидности коллизий?
Чтобы покончить с обязательной терминологией, давайте рассмотрим еще одно нужное нам словосочетание: домен коллизий (Collision Domain).
Какие же есть методы, позволяющие предотвратить ситуацию, когда коллизия в сети может стать массовым явлением, что (со временем) приведет к полной ее неработоспособности?
Абсолютно идентично и с компьютерами! Их ведь люди создали, вот и «ведут» они себя так же 🙂
Также нужно четко понимать, что некоторую часть доступной пропускной способности сети отнимает у пользовательских данных широковещательный служебный трафик, который является неотъемлемой частью практически всех стеков протоколов, работающих в локальных сетях.
Несмотря на все эти сложности, принцип разделяемой среды используется достаточно часто. Такой подход, реализован в широко распространенных стандартных технологиях локальных сетей, например: Ethernet, Token Ring, FDDI. Почему? Наверное, из за простоты и дешевизны его конечной реализации (дешево и сердито) 🙂
Физика Ethernet для самых маленьких
Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.
Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.
Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.
Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.
Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра
Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.
Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.
Витая пара и дуплексный режим рабты
Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.
Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).
Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:
Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.
Gigabit Ethernet
В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.
Дальше — больше
10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.
В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:
Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое
UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.
Компьютерные сети от А до Я: технология Ethernet и коммутаторы
Расскажем, что такое технология Ethernet, затронем ее типы, виды, коммутаторы и особенности их работы в коммутируемом типе Ethernet.
Ethernet – технология локальных сетей, отвечающая за передачу данных по кабелю, доступную для устройств компьютерных и промышленных сетей. Данная технология располагается на канальном (подуровни LLC и MAC) и физическом уровнях модели OSI.
Классификация Ethernet
По скорости передачи данных существуют такие технологии:
Современное оборудование позволяет достигать скорости в 40 Гб/с и 100 Гб/с: такие технологии получили название 40GbE и 100GbE соответственно.
Также стоит выделить классический и коммутируемый Ethernet. Первый изначально использовал разделяемую среду в виде коаксиального кабеля, который позже был вытеснен концентраторами (hub). Основные недостатки – низкая безопасность и плохая масштабируемость (искажение данных при одновременной передаче 2-мя и более компьютерами, также известное как «коллизия»).
Коммутируемый Ethernet является более новой и усовершенствованной технологией, которая используется по сей день. Чтобы устранить недостатки предыдущей версии, разделяемую среду исключили и использовали соединение точка-точка. Это стало возможным благодаря новым устройствам под названием «коммутаторы» (switch).
Классический Ethernet
Классическая технология Ethernet давно и успешно заменена новыми технологиями, но некоторые нюансы работы сохранились. Рассмотрим классическую версию.
Физический уровень включает в себя 3 варианта работы Ethernet, которые зависят от сред передачи данных. Это:
Канальный, в свою очередь, включил методы доступа, а также протоколы, что ничем не отличаются для различных сред передачи данных. Подуровни LLC и MAC в классической технологии присутствуют вместе.
MAC-адреса позволяют идентифицировать устройства, подключенные к сети Ethernet, и идентичных при этом быть не должно, в противном случае из нескольких устройств с одинаковыми адресами будет работать только одно.
По типам MAC-адреса разделяются на:
Адреса могут назначаться как производителем оборудования (централизованно), так и администратором сети (локально).
Технология Ethernet и формат кадра:
Также не стоит забывать о коллизиях. Если сигнал, который принят, отличается от переданного, это означает, что произошла коллизия.
Технология CSMA/CD разработана с учетом возникновения коллизий и предполагает их контроль. Модель CSMA/CD выглядит следующим образом:
Классический Ethernet плох тем, что становится неработоспособным при нагрузке более чем 30%.
Коммутируемый Ethernet
На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий и связанных с ними проблем.
Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точка-точка.
Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.
Простейшая таблица коммутации:
Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и извлекает из него адрес отправителя. Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.
Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Если же адрес не найден в таблице, коммутатор работает так же, как и хаб.
Итоги
Технология Ethernet претерпела немало изменений с момента своего появления. Сегодня она способна обеспечить высокоскоростное соединение, лишенное коллизий и не ограниченное небольшой нагрузкой сети, как это было в случае с классическим Ethernet.
В современных локальных сетях используются коммутаторы, которые по своей функциональности значительно эффективнее концентраторов. Больше нет разделяемой среды и связанных с ней коллизий, затрудняющих работу с сетью. Свичи анализируют заголовки и передают кадры только конечному получателю по принципу точка-точка. Способны «изучать» сеть благодаря таблице коммутации и алгоритму обратного обучения.
Плюсами коммутируемого Ethernet являются масштабируемость, высокая производительность и безопасность.
Вас также могут заинтересовать другие материалы по теме:
Ethernet коллизия что это
В беспроводных сетях Ethernet применяется другой метод доступа, известный как CSMА/СА. Это метод рассматривается далее в разделе «Беспроводные локальные сети IEEE 802.11».
Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. В примере, показанном на рис. 12.6, узел 1 обнаружил, что среда свободна, и начал передавать свой кадр. В коаксиальном кабеле сигналы передатчика узла 1 распространяются в обе стороны, так что их получают все узлы сети. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой, которая состоит из 7 байт, каждый из которых имеет значение 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. Последний байт носит название ограничителя начала кадра. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовую и побайтовую синхронизацию с передатчиком. Наличие двух единиц, идущих подряд, говорит приемнику о том, что преамбула закончилась и следующий бит является началом кадра.
Попытка доступа, к шине узла 2
»доступа к шине узла 3
Рис. 12.6. Метод случайного доступа CSMA/CD
Все станции, подключенные к кабелю, начинают записывать байты передаваемого кадра в свои внутренние буферы. Первые 6 байт кадра содержат адрес назначения. Та станция, которая узнает собственный адрес в заголовке кадра, продолжает записывать его содержимое в свой внутренний буфер, а остальные станции на этом прием кадра прекращают. Станция назначения обрабатывает полученные данные и передает их вверх по своему стеку. Кадр Ethernet содержит не только адрес назначения, но и адрес источника данных, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.
Узел 2 во время передачи кадра узлом 1 также пытался начать передачу своего кадра, однако обнаруживает, что среда занята — на ней присутствует несущая частота, — поэтому узел 2 вынужден ждать, пока узел 1 не прекратит передачу кадра.
После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу, равную межпакетному интервалу (Inter Packet Gap, IPG) в 9,6 мкс. Эта пауза нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата сре^ы одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, так как среда свободна. В приведенном примере узел 2 дождался окончания передачи кадра узлом 1, сделал паузу в 9,6 мкс и начал передачу своего кадра.
Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют исключения ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации.
Коллизия — это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. В примере на рис. 12.7 коллизию породила одновременная передача данных узлами 3 и 1. Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций начали передачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятна. Более вероятна ситуация, когда один узел начинает передачу, а через некоторое (короткое) время другой узел, проверив среду и не обнаружив несущую (сигналы первого узла еще не успели до него дойти), начинает передачу своего кадра. Таким образом, возникновение коллизии является следствием распределения узлов сети в пространстве.
Узел 1 I I д- L Узел 3
| Столкновениесигналов |
Среда свободна — узел 3 начинает передачу
Узел 3 обнаруживает коллизию
| Рис. 12.7. Схема возникновения и распространения коллизии |
Коллизия распространяется до узла 1
Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабелехйгналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется факт обнаружения коллизии (Collision Detection, CD). Для повышения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на границе байта) и усугубляет коллизию посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательностью.
После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Случайная пауза выбирается по следующему алгоритму:
Ethernet коллизия что это
Ошибки в работе программного и аппаратного обеспечения сети обычно оказывают непосредственное и значительное влияние на производительность сети, так как время, затрачиваемое на ликвидацию последствий ошибок, является потерянным для выполнения нормальных операций.
2.4.1. Типичные ошибки в кадрах
2.4.1.1. Ошибки в кадрах, связанные с коллизиями
2.4.1.2. Диагностика коллизий
Средняя интенсивность коллизий в нормально работающей сети должна быть меньше 5%. Большие всплески (более 20%) могут быть индикатором кабельных проблем.
Если интенсивность коллизий больше 10%, то уже нужно проводить исследование сети.
Решение проблем, связанных с коллизиями является достаточно сложной задачей, так как результаты наблюдений зависят от точки подключения сетевого анализатора (с точностью до нескольких меторов). Поэтому необходимо делать много измерений в различных точках.
2.4.1.4. Ошибки кадров Ethernet в стандарте RMON
Стандарт RMON определяет следующие типы ошибок кадров Ethernet:
2.4.2. Типичные ошибки при работе протоколов
Кроме явных ошибок в работе сети, проявляющихся в появлении кадров с некорректными значениями полей, существуют ошибочные ситуации, являющиеся следствием несогласованной установки параметров протоколов в разных узлах или портах сети. Ввиду большого количества протоколов, применяемых в локальных сетях на различных уровнях стека, а также большого количества их параметров, невозможно описать все встречающиеся на практике ситуации рассогласования. Ниже приводятся только некоторые из них.
Рис. 2.16. Использование различных интерфейсов между протоколами соседних уровней
2.4.2.1. Несоответствие форматов кадров Ethernet
Кадр стандарта EthernetDIX, называемый также кадром EthernetII, разработан компаниями Digital, Xerox и Intel (первые буквы названия компаний и дали название этому варианту Ethernet) при создании первых сетей Ethernet. Всего было выпущено две версии фирменного стандарта Ethernet, поэтому последняя, вторая версия этого стандарта также иногда указывается при обозначении варианта протокола Ethernet и соответственно его формата кадра. Часто в литературе именно этот вариант формата кадра называют кадром Ethernet, оставляя для международного стандарта технологии EthernetIEEE 802.3 обозначение 802.3.
Одно из принципиальных отличий заключается в том, что вместо поля Type в нем используется поле Length (Длина), также имеющее размер в 2 байта, но содержащее длину поля данных в байтах.
Еще одним отличием кадра IEEE 802.3 является однобайтовое поле Control (Управление), которое предназначено для реализации режима работы с установлением соединенения. В поле Control должны помещаться номера кадров квитанций подтверждения доставки данных, необходимые для отработки процедур восстановления утерянных или искаженных кадров. На практике большинство операционных систем не использует этих возможностей кадра 802.3, ограничиваясь работой в дейтаграммном режиме (при этом значение поля Control всегда равно 03).
Кадр Novell 802.3, который также называют кадром Raw 802.3 (то есть «грубый» или «очищенный» вариант стандарта 802.3) представляет собой кадр МАС-уровня без полей уровня LLC:
Кадр EthernetSNAP (SubNetworkAccessProtocol) активно используется в сетях TCP/IP для достижения совместимости числовых идентификаторов протоколов с теми, которые используются в кадре EthernetDIX. Кадр EthernetSNAP определен в стандарте 802.2H и представляет собой расширение кадра IEEE 802.3 путем введения двух дополнительных полей: 3-х байтового поля OUI (OrganizationUnitIdentifier) и двухбайтового поля Type. Поле Type имеет тот же формат и то же назначение, что и поле Type кадра EthernetDIX. Поэтому числовые значения идентификаторов протоколов, помещаемые в это поле кадра EthernetSNAP, совпадают со значениями, используемыми в кадрах EthernetDIX, и в этом весь смысл введения дополнительных полей заголовка SNAP. В поле OUI указывается код организации, которая определеяет стандартные значения для поля Type. Для протокола Ethernet такой организацией является комитет IEEE 802.3, и его код равен 00 00 00. Наличие поля OUI позволяет использовать заголовок SNAP не только для протокола Ethernet, но и для других протоколов, которые контролируются другими организациями.
Если оборудование или операционная система настроены на поддержку какого-то одного формата кадра Ethernet, то они могут не найти взаимопонимания с другим узлом, который в свою очередь поддерживает также один формат кадра Ethernet, но другого типа. Результатом попыток взаимодействия таких узлов будет отбрасывание поступающих кадров, так как неверная интерпретация формата приведет к неверной контрольной сумме кадра.
Многие современные операционные системы и коммуникационное оборудование умеют одновременно работать с различными типами кадров, распознавая их автоматически. Распознавание идет по значению 2-х байтового поля, расположенного за адресом источника. Это поле может быть полем Type или Length. Числовые идентификаторы протоколов выбраны так, что значение поля Type будет всегда больше 1500, в то время как поле Length всегда содержит значение меньше или равное 1500. Дальнейшее отделение кадров EthernetSNAP от IEEE 802.3 проводится на основании значения полей DSAP и SSAP. Если присутствует заголовок SNAP, то поля DSAP и SSAP всегда содержат вполне определенный числовой идентификатор, зарезервированный за протоколом SNAP.
Автоматическое распознавание типа кадра избавляет пользователей сети от неприятных проблем, однако та же ОС или маршрутизатор могут быть настроены на поддержку только одного типа протоколов, и в этом случае проблема несовместимости может проявляться.
Сетевые анализаторы и средства мониторинга умеют автоматически различать форматы кадров Ethernet. Для задания условий захвата кадров, содержащих пакеты определенных протоколов верхнего уровня, анализаторы позволяют пользоваться как числовыми идентификаторами этих протоколов для полей SAP (DSAP и SSAP), так и числовыми идентификаторами для поля Type (имеющим также название EtherType).
В сетях TokenRing и FDDI всегда используются кадры стандартного формата, поэтому в этих сетях не возникают проблемы, связанные с несовместимостью форматов кадров.
2.4.2.2. Потери пакетов и квитанций
Регулярные потери пакетов или кадров могут иметь очень тяжелые последствия для локальных сетей, так как протоколы нижнего уровня (канальные протоколы) рассчитаны на качественные кабельные каналы связи и работают поэтому в дейтаграммном режиме, оставляя работу по восстановлению потерянных пакетов протоколам верхнего уровня.
Примером может служить протокол NCP в режиме burstmode, когда положительная квитанция посылается не на каждый пакет, а на целую пачку пакетов. Если пакеты из этой пачки с пользовательскими данными дошли благополучно, а квитанция по доставке по каким-то причинам была искажена и тем самым отброшена передающим узлом, то этот узел по истечении тайм-аута повторно пошлет большую порцию информации, содержащейся в данной пачке. Повторные передачи пакетов могут существенно снизить полезную пропускную способность сети.
2.4.2.3. Несоответствие разных способов маршрутизации в составной сети
Каждый протокол обмена маршрутной информации использует свой формат служебных сообщений для распространения своих знаний о топологии сети. Поэтому, если не предпринимать дополнительных мер, то части сети, использующие разные протоколы маршрутизации, вообще не смогут автоматически взаимодействовать.
Для обеспечения совместимости протоколов маршрутизации разработаны специальные протоколы, которые передают маршрутные данные между различными частями сети в унифицированном формате. К таким протоколам относятся протокол EGP (ExteriorgatewayProtocol) и его более поздняя модификация BGP (BorderGatewayProtocol), разработанные и применяемые в сети Internet. Они могут переносить знания о сетях между протоколами RIP, OSPF, NLSP, IS-IS и другими.
Однако, только применение протоколов типа EGP или BGP не решает проблем работы гетерогенной в отношении протоколов маршрутизации сети. Знания о какой-либо сети могут поступить от разных частей сети, и, соответственно, от разных протоколов. В таких случаях для устойчивой работы сети нужно отдавать приоритет более надежно работающим в условиях изменения топологии протоколам типа «состояние связей», таких как OSPF, NLSP и IS-IS. Многие маршрутизаторы позволяют задавать приоритеты одних протоколов маршрутизации перед другими.
В сетях TCP/IP ошибочные ситуации, фиксируемые маршрутизатором при невозможности передать пакет в сеть назначения, сообщаются конечному узлу служебным протоколом ICMP, пакеты которого обязательно нужно анализировать в больших сетях, использующих маршрутизаторы.
2.4.2.4. Несуществующий адрес и дублирование адресов
Отправка пакета по несуществующему адресу естественно не может привести к нормальному взаимодействию узлов в сети. Несуществующие адреса могут появиться в сети только в том случае, когда они хранятся постоянно в базе данных стека протоколов (например, в базе службы DNS стека TCP/IP или службы NDS сетей NetWarе). При этом может наступить момент, когда хранящийся адрес устареет и не будет соответствовать действительности.
В случае, когда адреса изучаются динамически, путем анализа пакетов служебного протокола, подобного SAP, использование несществующего адреса практически исключается, так как информация об адресе только что поступила от узла, которому этот адрес присвоен.
Серьезные проблемы в сети создает дублирование адресов, то есть наличие в сети двух узлов с одним и тем же адресом. Такая ситуация чаще всего приводит к недостижимости обоих узлов с одинаковым адресом, или же к нарушению нормальной работы всей сети, если дублируются не адреса узлов, а адреса сетей (IP или IPX). Проблема дублирования адресов характерна в большей степени для адресов верхних уровней, начиная с сетевого, где адреса назначаются администратором и поэтому могут повторяться в результате человеческих ошибок. Адреса канального уровня (МАС-адреса) присваиваются сетевым адаптерам, портам маршрутизаторов и агентам SNMP-управления компаниями-производителями, поэтому их дублирование маловероятно (только в случае переназначения адреса, что возможно путем его программирования).
Для обнаружения повторяющихся адресов в сетях необходимо использовать анализатор протоколов, настроив его на захват пакетов с определеным адресом сети и/или узла. Некоторые протоколы локальных сетей используют специальную процедуру для проверки дублирования адресов на канальном уровне (например, TokenRing, FDDI).
2.4.2.5. Превышение значений тайм-аута и несогласованные значения тайм-аутов
Наиболее чувствительным к превышению тайм-аута протоклом канального уровня является протокол SDLC стека SNA компании IBM. Из-за этого к территориальным сетям, передающим трафик SDLC, предъявляются повышенные требования к величине и стабильности времени реакции.
Однако, не только протокол SDLC чувствителен к временным задержкам передачи пакетов. Многие протоколы, работающие в режиме логического соединения, обладают таким свойством. Например, протокол TCP следит за целостностью логического соединения путем установки специального таймера, который устанавливается при прибытии очередного TCP-сообщения. Если таймер истекает раньше, то сессия TCP разрывается, что приводит к разрыву сессии протокола прикладного уровня, например, FTP. Так как протокол FTP не обладает свойством продолжения передачи файла с прерванного места после разрыва и повторного установления соединения, то разрывы сессии TCP могут приводить к тому, что файл объемом в несколько мегабайт, который был передан почти полностью, придется передавать заново. Подобная ситуация иногда встречается в сети Internet, когда загруженность FTP-сервера или маршрутизаторов приводит к значительным задержкам отправки очередного TCP-сообщения. Для предотвращения разрывов в протоколе TCP предусмотрена возможность генерации пакетов keepalive в то время, когда отсутствуют пользовательские данные для передачи, однако этот режим является опциональным и не все реализации стека TCP/IP его поддерживают.
В локальных сетях превышение тайм-аута наблюдается гораздо реже, чем в глобальных, но при большой загрузке сети может также иметь место.
Нестабильный характер проявления ошибок истечения тайм-аутов затрудняет диагностику, так как ошибка проявляется в случайных потерях связи пользователей с серверами и может наблюдаться только в периоды большой нагрузки сети, никак не проявляя себя в остальное время.
К аналогичным последствиям приводят несогласованные значения тайм-аутов у взаимодействующих узлов или коммуникационных устройств. Примером такой несогласованности могут служить разные значения тайм-аута у пограничных маршрутизаторов при спуфинге широковещательного трафика. Другим примером может быть различный период обновления базы маршрутной информации у маршрутизаторов.
