КОНТРОЛЬНЫЕ СУММЫ L2-, L3- И L4-ЗАГОЛОВКОВ

Настало время дать корректный ответ на приведенный выше тест. Но вначале я хочу дать некоторые вводные.

Оценка корректности ответа
Прежде всего хочу сказать, что, с моей точки зрения, важен не только сам факт выбора корректного ответа, но и причина этого выбора. Если вы выбрали корректный ответ, но при этом сделали это с некорректным обоснованием, то я рекомендую считать это ошибкой. Вы не на экзамене, где надо набрать нужное количество баллов, а делаете проверку своих знаний для самого себя.

Описание контрольных сумм
Теперь пройдусь по самим контрольным суммам:
1. Контрольная сумма канального уровня (FCS) используется для проверки целостности всего кадра. То есть при изменении любого бита в кадре должен произойти пересчет контрольной суммы канального уровня.
2. Контрольная сумма IPv4-заголовка (заголовок сетевого уровня) используется для проверки целостности только самого заголовка.
3. Контрольная сумма TCP-заголовка (заголовок транспортного уровня) используется для проверки целостности TCP-заголовка, TCP-псевдозаголовка и полезных данных.

TCP-псевдозаголовок
Как я уже написал выше, контрольная сумма TCP-заголовка учитывает содержимое TCP-псевдозаголовка. Что же это такое? TCP-псевдозаголовок − это виртуальный заголовок, в котором среди прочей информации учитывается информация об IP-адресе отправителя и IP-адресе получателя.

Подвох в вопросе
Основной подвох в вопросе кроется в TCP-псевдозаголовке, который учитывается при расчете контрольной суммы и содержит информацию об IP-адресах. То есть если произойдет изменение хотя бы одного IP-адреса, то будет выполнен пересчет контрольной суммы TCP-заголовка, даже если не был изменен ни один из номеров портов.

Обоснование выбора правильного ответа
1. Контрольная сумма канального уровня будет изменена как минимум из-за того, что в процессе передачи кадра будут изменены оба MAC-адреса.
2. Контрольная сумма IP-заголовка будет изменена, т.к. будет изменен IP-адрес отправителя.
3. Контрольная сумма TCP-заголовка будет изменена, т.к. из-за изменения IP-адреса отправителя поменяется содержимое TCP-псевдозаголовка.


🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶

КАК ПОЛУЧИТЬ ИНФОРМАЦИЮ ИЗ КУРСА БЕСПЛАТНО?

Практически вся информация, которая есть в курсе "Архитектура современных компьютерных сетей", доступна в открытом виде. Обращаю ваше внимание на то, что я говорю об информации, а не о самих материалах курса.

В этом посте я расскажу о том, как не платить за обучение и получить знания бесплатно. Все очень просто, ну или, наоборот, непросто. Тут уже кому как удобнее будет.

*️⃣ Надо изучить стандарты в оригинале на английском языке. Примеры некоторых стандартов сразу со ссылками: RFC 768 (UDP), RFC 791 (IPv4), RFC 792 (ICMP), RFC 826 (ARP), RFC 2131 (DHCP), RFC 3022 (NAT), RFC 9293 (TCP) и многие другие. Некоторые из них короткие, вроде UDP − всего 3 страницы, а некоторые более объемные, как TCP, объем которого 98 страниц.

*️⃣ Надо понять содержание этих стандартов. Я не о переводе с английского на русский, а об осмыслении того, что было переведено на русский язык.

*️⃣ Закрепить полученные знания. Тут уже в свободном доступе намного меньше ресурсов. Под закреплением я подразумеваю выполнение лабораторных работ и т.д. То есть то, что закрепляет понимание изученного материала и позволяет понять, как эту информацию использовать на практике.

*️⃣ Попрактиковаться, чтобы понять, как те или иные протоколы используются на практике, т.к. теория и практика иногда имеют некоторый разбег, а также для того, чтобы понять, как протоколы работают совместно. Например, что при получении IP-адреса по DHCP зачастую используются запросы ARP Probe.

*️⃣ Ну и, конечно же, придется отсеять огромное количество мракобесия, когда вы попытаетесь читать что-то, отличное от стандартов. Я, например, видел учебник с очень хорошей полиграфией, авторами которого являлись вузовские преподаватели. Так вот, в этом учебнике рассказывалось, например, о том, что коммутаторы можно заменить маршрутизаторами.

Вам только осталось выбрать один из трех вариантов:
1️⃣ Знания из моего замечательного курса вам не нужны.
2️⃣ Знания из моего замечательного курса вам нужны, но вы предпочтете сэкономить деньги и получите их бесплатно.
3️⃣ Знания из моего замечательного курса вам нужны, и вы предпочтете сэкономить время и получить знания у меня.


🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶

СТРУКТУРА ETHERNET-КАДРА

Начну с правильного ответа на предыдущий вопрос. Не являются частью ethernet-кадра: преамбула, ограничитель начала кадра и межкадровый интервал.

Преамбула (preamble) – последовательность битов, которая используется для синхронизации приемника и передатчика (7 x 10101010).

Ограничитель начала кадра (SFD – start frame delimiter) – последовательность битов, которая используется для обозначения начала кадра (1 x 10101011).

Ethernet-заголовок – блок со служебной информацией, необходимой для передачи данных на L2.

Данные – полезные данные и заголовки протоколов верхнего уровня.

Контрольная сумма (FCS, Frame Check Sequence) – данные, используемые для проверки целостности передаваемых данных и обнаружения ошибок при передаче.

Межкадровый (межпакетный) интервал (IPG – interpacket gap) – промежуток времени между двумя кадрами, который требуется для подготовки устройств для отправки и приема следующего кадра. Интервал равен промежутку времени, который необходим для передачи 12 байт (96 бит).


🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶

СТРУКТУРА ЗАГОЛОВКА ETHERNET-КАДРА

В состав заголовка кадра формата Ethernet II входят три поля:
* MAC-адрес получателя;
* MAC-адрес отправителя;
* EtherType – поле с помощью которого становится понятно, какой протокол инкапсулирован в данные кадра:
≤ 1500 (0x05DC) – объем полезных данных (для Ethernet 802.3)
1501–1535 (0x5DD – 0x5FF) – не определено
** ≥ 1536 (0x0600) – EtherType

Задержусь на поле EtherType, т.к. его понимание чаще всего вызывает больше всего затруднений. За счет этого поля становится понятно каким именно образом надо воспринимать данные, которые находятся далее. Формально далее идет набор нулей и единиц. И вот за счет поля EtherType становится понятно какому именно обработчику надо передать эти нули и единицы для их дальнейшей интерпретации. Это могут быть протоколы ARP, IPv4, IPv6 и многие другие.


🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶

ОЦЕНКА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ИНТЕРФЕЙСА

Скорости интерфейсов можно измерять по-разному:
* Layer 1 – пропускная способность интерфейса равна его заявленной скорости.
* Layer 2 – пропускная способность интерфейса зависит от размера передаваемых кадров и может изменяться.

По умолчанию "на коробочках" указывают скорость для первого уровня модели OSI. Но дело в том, что реальная скорость зависит от размеров передаваемых кадров и, как результат, для ответа на предыдущий вопрос нам надо сделать оценку для второго уровня модели OSI.

Оценка пропускной способности выполняется следующим образом:
Накладные расходы протокола: (a - b) : a × 100
Эффективность протокола: b : a × 100
Layer 2 – пропускная способность интерфейса: c × d : 100

Накладные расходы + эффективность = 100 %

Где:
a – размер кадра, включая преамбулу и межкадровый интервал;
b – размер полезных данных;
c – эффективность протокола;
d – скорость интерфейса.

Итого получаем:

Накладные расходы протокола
Кадр минимального размера: (84 - 46) : 84 × 100 ≈ 45,2 %
Кадр максимального размера: (1538 - 1500) : 1538 × 100 ≈ 2,4 %

Эффективность протокола
Кадр минимального размера: 46 : 84 × 100 ≈ 54,7 %
Кадр максимального размера: 1500 : 1538 × 100 ≈ 97,5 %

Пропускная способность интерфейса 1000 Мбит/с на Layer 1
Кадр минимального размера: 1000 Мбит/с
Кадр максимального размера: 1000 Мбит/с

Пропускная способность интерфейса 1000 Мбит/с на Layer 2
Кадр минимального размера: 54,7 × 1000 : 100 = 547 Мбит/с
Кадр максимального размера: 97,5 × 1000 : 100 = 975 Мбит/с

Вот такие вот дела. При скорости "на коробочке" в 1000 Мбит/с такой она не будет никогда.

И это мы учли только накладные расходы на втором уровне модели OSI. А есть еще и накладные расходы третьего и четвертого уровня. А еще может оказаться, что у нас какой-то VPN-трафик, который добавит дополнительные заголовки.


🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶

УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКОМ

Управление потоком (flow control) – механизм, уменьшающий повторную передачу потерянных кадров в случае переполнения буфера принимающего устройства.

При использовании этого механизма не гарантируется отсутствие потерь. Механизм работает только в полнодуплексном режиме передачи данных.

Есть разные взгляды на реализацию. В одном технология должна быть включена только на портах конечного устройства и портах коммутатора к которым подключены конечные устройства. В другом механизм должен быть задействован на всем пути кадра от отправителя до получателя.

При использовании механизма на всем пути он останавливает любую передачу данных, а не конкретный проблемный поток. Теоретически это должно повысить производительность сети. На практике же возможно ухудшение производительности сети. И чем выше скорость канала, тем выше вероятность ухудшения ситуации.

Включение/выключение происходит с помощью специальных Pause-кадров.

Посмотрите на прикрепленный рисунок. В нем сервер отправил кадры Pause-кадры до PC1. А в итоге из-за этого PC2 и PC3 не могут обмениваться данными.


🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶

Пользователь: у меня Wi-Fi плохо ловит в углу комнаты.
Админ: это не угол комнаты. Это зона естественного радиочастотного отбора.

WI-FI HALOW

Wi-Fi HaLow – это вариант Wi-Fi на базе поправки IEEE 802.11ah, который работает не в привычных диапазонах 2,4, 5 или 6 ГГц, а в диапазоне ниже 1 ГГц. За счет использования меньшей частоты и более узких каналов (1, 2, 4, 8 и 16 МГц) достигается большая дальность связи и более предсказуемая работу там, где обычный Wi-Fi уже работает плохо.
 
Во-первых, при прочих равных условиях радиоволна меньшей частоты лучше проходит препятствия и меньше затухает на расстоянии.

Во-вторых, в HaLow используются более узкие каналы: 1, 2, 4, 8 и 16 МГц. Для сравнения: в обычном Wi-Fi минимальная ширина канала обычно 20 МГц. Чем уже канал, тем меньшая мощность шума попадает в приемник. А если шума меньше, то приемнику проще разобрать слабый полезный сигнал. Но за это приходится платить скоростью.

Поэтому Wi-Fi HaLow не надо воспринимать как замену Wi-Fi 6 или Wi-Fi 7 для ноутбуков, смартфонов и телевизоров. Это не про «дать всем гигабит по воздуху». Это про датчики, счетчики, телеметрию, склад, производство, ферму, большой участок и другие сценарии, где устройство большую часть времени молчит, иногда просыпается, передает небольшой объем данных и снова засыпает.

При этом HaLow остается частью семейства Wi-Fi. Есть точка доступа, есть клиентские устройства, есть IP-связность. Но обычные Wi-Fi-клиенты к такой сети не подключится. Для этого нужна поддержка IEEE 802.11ah на стороне точки доступа и на стороне клиента.

🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶

ЗНАКИ, КОТОРЫЕ МОГУТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ ПРИ ЗАПИСИ MAC-АДРЕСА

1️⃣ MAC-адрес – это 48-битное число.
2️⃣ Для записи MAC-адреса используется двенадцать шестнадцатеричных цифр.
3️⃣ Шестнадцатеричное число может быть представлено в виде цифр от 0 до 9 и латинских букв от A до F.
4️⃣ При записи MAC-адреса могут использоваться буквы в верхнем или нижнем регистре.
5️⃣ При записи разделители нужны исключительно для удобства восприятия записи человеком.

Последние два ответа из предыдущего теста содержат буквы, которых не может быть в шестнадцатеричных числах: N и G.

🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶

КОЛЛИЗИИ

Коллизия (collision) – это наложение друг на друга двух и более кадров, созданных разными отправителями.
Домен коллизий – это участок сети, в котором может произойти коллизия.

Надо учитывать, что домен коллизий и широковещательный домен – это не одно и то же. Часто встречал такое заблуждение. Поэтому и пишу о нем.

Коллизии возникают из-за того, что нельзя определить факт начала передачи данных другим устройством при использовании полудуплексного режима связи. При использовании симплексного или дуплексного режима коллизии возникнуть не могут.

Коллизии являются условно нормальным явлением в полудуплексных средах передачи данных. Это что-то вроде неизбежного зла, от которого никуда нельзя деться.

В проводных сетях коллизии могут появиться только на скоростях до 1 Гбит/с включительно, т.к. на больших скоростях стандартами не предусмотрена возможность использования полудуплексного режима связи.


🔶 ОНЛАЙН-КУРС «АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ» 🔶