第5章IEEE802模型

1第5章IEEE802模型与局域网IEEE（InstituteofElectricalandElectronicEngineers，美国电子与电气工程师协会）于1980年2月成立了局域网标准委员会，简称IEEE802委员会，专门从事局域网的标准化工作，该委员会为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE802标准。2局域网概述地理范围有限，故早期不需考虑和其它局域网相连的问题。所以在其内部只需考虑通过何种通信手段完成有效传递信息即可拓扑结构简单，早期的局域网参考模型和OSI七层模型相比，它只包含物理层和数据链路层两层★物理层：完成通信的物理连接及传输媒质上的比特传送★数据链路层：对信息帧进行传送和控制随着局域网应用的不断深入以及和广域网相连要求的不断增加，再加上虚拟局域网的出现等原因，使局域网参考模型发生了变化，网络层的功能随之出现3局域网技术决定局域网的主要技术要素：—网络拓扑、传输介质、介质访问控制方法介质访问控制方法：—如何控制多个结点利用公共传输介质发送和接收数据的方法介质访问控制方法需解决的问题：。哪个结点有权发送数据?。发送数据时是否出现冲突?。出现冲突怎么办?4介质访问控制方法信道共享技术TDMFDMSTDMATDM随机访问受控访问CSMACSMA/CD集中控制分散控制轮询令牌静态分配动态分配以太网令牌环网WDMCDM5.1局域网模型5.2令牌网5.3以太网5.4无线局域网WLAN5.5交换式局域网65.1局域网模型5.1.1IEEE802模型5.1.2IEEE802协议标准5.1.3信道的多点共享访问控制75.1.1IEEE802模型IEEE802模型的特点:介质访问控制MAC子层来进行传输介质访问控制，逻辑链路控制LLC子层处理逻辑上的链路。LLC子层与具体局域网使用的介质访问方式无关，主要为高层协议与局域网介质访问控制MAC子层之间提供统一的接口。拓扑结构比较简单,只具备OSI/RM低两层802.1网际互连802.2逻辑链路控制802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.16BBWA……802.1A体系结构802.1B管理、寻址物理层MAC层LLC层网际互连IEEE802模型及其与OSI/RM的比较网络层数据链路层物理层逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC高层OSIIEEE802物理层PHY由TCP/IP和NOS实现9MAC子层的主要功能将上层交下来的数据封装成帧进行发送按MAC地址（即帧地址）寻址进行差错检测MAC层的维护和管理10LLC子层的主要功能提供与高层的接口实现数据链路层的差错控制给帧加上序号为高层提供数据链路层逻辑连接的建立和释放服务115.1.2IEEE802协议标准IEEE802是一个标准系列，经不断增加新的标准，现有的标准有:IEEE802.1A，概述和体系结构;IEEE802.1B，寻址、网际互联及网络管理.IEEE802.2，LLC协议;IEEE802.3，CSMA/CD访问方法及物理层规范；IEEE802.3i，10BASE-T标准；IEEE802.3u，100BASE-T标准;IEEE802.4，令牌传送总线访问方法及物理层规范；IEEE802.5，令牌传送环访问方法及物理层规范；IEEE802.6，城域网（MAN）标准；IEEE802.7，宽带局域网标准；IEEE802.8，光纤局域网标准；IEEE802.9，综合数据/语音网络标准；IEEE802.10，网络安全与保密标准；IEEE802.11，无线局域网标准；IEEE802.12，100BASE-VG标准；……IEEE802.14，有线电视网（CATVBroadband）标准；IEEE802.15，无线个人网络（WPAN）标准；IEEE802.16，无线宽带局域网（BBWA）标准；13IEEE802标准之间关系145.1.3信道的多点共享访问控制多点共享技术是在某一时刻只允许传送一个用户数据的情况下，为解决多个用户争使用引起的信道冲突而采用的介质访问控制方案。无竞争（受控）方式，各个节点必须在某一控制原则下接入，形成一种无冲突的访问控制方式。竞争方式，各节点以竞争方式来取得介质的使用权。155.2令牌网令牌传递是一种受控访问控制方法，按照网络拓扑结构可以分为令牌环和令牌总线两种方法。5.2.1令牌环网与IEEE802.5标准5.2.2令牌总线网与IEEE802.4标准165.2.1令牌环网与IEEE802.5标准令牌环的工作原理IEEE802.5的MAC帧（mediaaccesscontrol介质访问控制）17令牌环的工作原理1.令牌有“闲”和“忙”两个状态，开始时为闲（如将状态寄存器置“1”）。2.一个节点有数据要发送，必须等空闲令牌到来；检测到空闲令牌到来，便将之截获下来，置令牌的状态为“忙”，并把要传送的数据等字段加上去，令其继续往前传送；3.每到一个站点，该站点的转发器便将帧内的目的地与本站的地址进行比较，如果两地址复合，则复制该帧，并在帧中置入“已收到”标志，然后让帧继续传送；4.当传送回源站点时，若没有检查到“已收到”标志则继续发送当前帧，若检查到“已收到”的标志时就停止传送，撤消所发送的数据帧并立即生成一个新的令牌发送到环上。计算机B计算机C计算机D计算机A令牌转发器令牌流动方向19IEEE802.5的MAC帧IEEE802.5是令牌环网的访问方法和物理层的标准，它定义了令牌环网MAC子层的两个基本帧：令牌帧和非令牌帧。起始字段和结束字段中，各有两对“JK”的特殊比特，用于起始和结束的识别标志。起始访问控制结束起始访问控制帧控制目的地址源地址帧校验序列结束帧状态数据1412或62或60~任意411FFZZZZZZ18765432JKEIIKJ0ACrrCArrJK000KJ018765432PPRRRMTP比特字节令牌帧比特非令牌帧字节（a）令牌帧结构（b）非令牌帧结构令牌环的帧结构21访问控制字段优先级比特PPP（占3位），将优先级分为8级，使优先级高的站点可以通过预约取得下一次的发送权。预约比特RRR（占3位），用于按优先权预约下次发送权。一个站要发送数据时，可以在经过本站点的数据帧的RRR字段中进行预约，以取得下一次的发送权，当然，必须是本站的优先权高于当前数据帧中RRR字段的优先权。令牌比特T（占1位），用于表示令牌的“闲”和“忙”。监督比特M（占1位），为防止忙令牌的无限循环而设置。22帧控制字段帧控制字段中前2位FF表示帧的类型，根据FF的取值，帧字段分以下三种类型：FF=00，为MAC控制帧，无数据字段FF=01，为一般信息帧，只发送数据给地址字段指定的目的站点FF=11或FF=10未定义。对于数据帧来说，在结束字段中，要用1位I作为后继比特，当I=1时，表示还有数据要发送，I=0表示最后一帧数据。用1位E作为差错比特，开始时发送站将E置0，环上所有的经过站点都要对经过的帧进行校验，检测到错误，即将E置1。235.2.2令牌总线网与IEEE802.4标准令牌总线网（TokenBus）的物理拓扑为总线，其基本原理是：让令牌一站接着一站地在总线上传递，到最后一个站点时反绕到第一个站点，形成逻辑上的环。13572468令牌总线网的物理和逻辑结构255.3以太网5.3.1CSMA/CD协议5.3.2IEEE802.3与10Mbps以太网5.3.3100Mbps以太网5.3.4IEEE802.3z与千兆位以太网265.3.1CSMA/CD协议以最初的10Mbps速率的以太网为基础探讨其工作原理.传统以太网采用的媒体接入协调方法是CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）带有冲突检测（CD）的载波侦听（CS）多路访问（MA）多点接入载波监听碰撞检测27载波侦听载波侦听CS是欲发送数据的节点进行的第一件工作，即在数据发送之前先要检测线路上有无信号正在传送。坚持与不坚持算法当监听到信道上有信号时，可以有坚持和不坚持两种算法进行处理，具体又演化为如下三种CSMA方法。281_坚持型CSMA（节约信道空闲时间）。信道空闲发送：忙则继续侦听，直到发现空闲则立即发送。如信道有冲突，等待并继续侦听，空闲立即发送P_坚持型CSMA。信道闲,以P的概率发送，以1-P的概率推迟一个时隙；。信道忙,则等待一个时隙后重发，若冲突，则随机延迟一段时间后重复上述过程非坚持型CSMA（减少冲突）。信道空闲,立即发送；信道忙,随机延迟,时间一到,立即发送。虽降低了冲突概率，但随机延迟降低了信道的利用率29冲突检测就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，由信号电压摆动值的大小来判断是否发生了碰撞。1）比较法—利用波形叠加方式对接收信号波形与发送信号波形进行比较2）编码违例判决法—通过检测从总线上接收到的信号波形是否符合规定的编码来判定是否有冲突现象发生30冲突产生的情形每个站点都是在监听到信道“空闲”时才发送数据的，为什么还会发生碰撞？有如下两种：两个以上节点都准备发送信号，并同时进行载波侦听又在侦听到线路空闲后都把信号发送到线路上，因而造成冲突。一个节点先检测到线路空闲后发送了信号，但由于信号传输延迟，另一个节点没有检测到并发送了数据因而造成冲突。为什么会发生碰撞？碰撞第二种情形的根本原因是因为电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。假设局域网两端的站A和站B相距1km（电磁波在1km电缆上的传播时延约为5μs），单程传播时延记为τ。ABAAABBBAt=0A发送数据Bt=2τ－δA检测到发生碰撞t=τ－δB检测到信道空闲发送数据t=τ－δ/2发生碰撞t=τB检测到碰撞停止发送A和B发送数据均失败，它们都要推迟一段时间后再重新发送32争用期最先发送数据帧的站点，在发送数据帧后至多经过2τ就可以知道该帧是否发生了碰撞。以太网的端到端往返时延2τ称为争用期，又称为碰撞窗口或时间槽。一个站点开始发送后，若在时间槽内没有检测到冲突，则本次发送不会再发生冲突33检测条件要使冲突的两端都能检测出，就应当使两端都满足发送时间大于传输延迟时间的条件，并且越大传输效果越好。为了考虑传输延迟的影响，倾听时间要考虑两个因素：一是信号在线路上最远两点间来回传输所需的时间，二是以太网时隙时间（SlotTime）——512位（以太帧格式所规定的最小帧长度）的发送时间。34后退等待一旦检测出冲突，应立即停止发送，同时发出一个干扰信号（JammingSignal），清除（丢弃）已发出帧，并通知所有站点“冲突已经发生”。这个等待停滞称为退让（Backoff），其中发出的干扰信号是一串32~48位的“1”。最常用的后退算法是截断二进制后退算法35退避算法1.令基本退避时间T=2τ（即时间槽长度）；2.k=min（重传次数，10）；3.r=在[0,1,…,(2k-1)]中随机取一个数；4.退避时间=rT。限定最大重传次数＝16，若发送16次仍不成功，则发送失败。36接收处理接收处理主要有两项工作：接收校验和本地处理。接收校验包括碎片校验、目的地址校验和完整性校验：碎片校验，长度小于512位的帧是冲突碎片。目的地址校验用于判断是否是本地地址。完整性校验包括校验是否是畸形帧（长度1518字节）、CRC校验和定界符（长度必须是8位的整数倍）。375.3.2IEEE802.3与10Mbps以太网以太网与802.3以太网的组成10Mb/s以太网的物理层标准IEEE802.3以太网体系结构以太网历史1968年夏威夷大学的NormanAbramson研制了一个名为ALOHA系统的无线电网络。系统将位于Oahu岛上校园内的IBM360主机与分布在其它岛上和海洋船舶上的读卡机和终端连接起来。1972年，施乐的帕洛阿尔托研究中心(PARC)的计算机科学实验室的网络专家Metcalfe设计了一套网络，该网络是以ALOHA系统为基础，世界上第一个个人计算