第5章4局域网3

Review•1坚持CSMA•非坚持CSMA•CSMA/CD•IEEE802协议结构局域网第二讲•IEEE802.3•IEEE802.5•透明网桥•生成树网桥6.4局域网的IEEE802系列标准（1）6.4.1IEEE802.3和Ethernet•历史–ALOHA系统–ALOHA+载波监听–Xerox设计了2.94Mbps的采用CSMA/CD协议的Ethernet–Xerox,DEC,Intel共同制定了10Mbps的CSMA/CD以太网标准–IEEE定义了采用1-坚持型CSMA/CD技术的802.3局域网标准，速率从1M到10Mbps，802.3标准与以太网协议略有差别。•802.3采用的电缆标准局域网的IEEE802系列标准（2）•物理层类型用以下域表示：–datarateinMb/smediumtypemaximumsegmentlength(*100m)–10Base5含义:10：10Mbps;Base：基带传输（basebandmedium）；5：500米•10Base5：粗缆，AUI接口；•10Base2：细缆，BNC接口，T型头；•10Base-T：RJ-45接口局域网的IEEE802系列标准（3）•802.3的信号编码–由于曼彻斯特编码的简单，所有的802.3基带系统都使用曼彻斯特编码。4.3以太网的MAC层4.3.1MAC层的硬件地址•在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。•802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。•但鉴于大家都早已习惯了将这种48bit的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。第1最高位最先发送最低位最高位最低位最后发送001101010111101100010010000000000000000000000001最低位最先发送最高位最低位最高位最后发送机构惟一标志符OUI扩展标志符高位在前低位在前十六进制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80二进制表示的EUI-48地址：第1字节第6字节I/G比特I/G比特字节顺序第2第3第4第5第6第1字节顺序第2第3第4第5第6101011001101111001001000000000000000000010000000802.5802.6802.3802.4802.5802.6网卡上的硬件地址路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。网卡检查MAC地址•网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址.–如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。–否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。•“发往本站的帧”包括以下三种帧：–单播(unicast)帧（一对一）–广播(broadcast)帧（一对全体）–多播(multicast)帧（一对多）4.3.2两种不同的MAC帧格式•常用的以太网MAC帧格式有两种标准：–DIXEthernetV2标准–IEEE的802.3标准•最常用的MAC帧是以太网V2的格式。MAC帧字节6624IP层物理层目的地址源地址长度/类型FCSMAC层1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入数据MAC子层IP层LLC子层802.2LLC帧当长度/类型字段表示长度时802.3MAC帧以太网V2MAC帧这种802.3+802.2帧已经较少使用目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~150043~1497111DSAPSSAP111控制数据字节DSAPSSAP控制IP数据报IP数据报MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式目的地址字段6字节MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式源地址字段6字节MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式类型字段2字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式数据字段46~1500字节数据字段的正式名称是MAC客户数据字段最小长度64字节18字节的首部和尾部=数据字段的最小长度MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式FCS字段4字节当传输媒体的误码率为1108时，MAC子层可使未检测到的差错小于11014。当数据字段的长度小于46字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节。MAC帧物理层MAC层IP层以太网V2MAC帧目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报以太网V2的MAC帧格式1010101010101010101010101010101011前同步码帧开始定界符7字节1字节…8字节插入在帧的前面插入的8字节中的第一个字段共7个字节，是前同步码，用来迅速实现MAC帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC帧。为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节•数据字段的长度与长度字段的值不一致；•帧的长度不是整数个字节；•用收到的帧检验序列FCS查出有差错；•数据字段的长度不在46~1500字节之间。•有效的MAC帧长度为64~1518字节之间。•对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。无效的MAC帧•帧间最小间隔为9.6s，相当于96bit的发送时间。•一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6s才能再次发送数据。•这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。帧间最小间隔局域网的IEEE802系列标准（6）IEEE802.4：令牌总线TokenBus（感兴趣自学）IEEE802.5：令牌环TokenRing•技术产生原因–环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到点链路组成的环，点到点链路有很多技术优势；–各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避免冲突发生；–IBM选择TokenRing作为它的LAN技术。•基本思想–环网设计分析的一个主要问题是1比特的“物理长度”，数据传输速率为RMbps，典型信号传播速率为200米/微秒，则1比特的“物理长度”为200/R米；–环接口引入了1比特的传输延迟；局域网的IEEE802系列标准（7）•802.5的布线–屏蔽双绞线，速率为1/4/16M，采用差分曼彻斯特编码传输；–为解决环断裂导致整个环无法工作的问题，使用线路中心（WireCenter）进行布线，线路中心设有旁路中继器。•令牌环MAC子层协议4IEEE802.5标准：令牌环拓扑结构工作原理拓扑结构串行连接多路访问单元MAU连接拓扑结构ABC站点干线耦合器(TCU)单向环拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环传输媒体：屏蔽双绞线、光纤，速率1M、4M、16Mbps，最多站点数：250，信号采用曼彻斯特编码TCU：TrunkCouplingUnitDLLCMACPHYMIC媒体接口连接器干线耦合器的工作原理发送方式（站点发送数据时）工作状态：收听（转发）方式（其他时候）工作原理：1)收听方式下，TCU与DTE断开a.延迟一位，将位流再生并转发b.监视帧中是否出现本站地址或令牌若出现本站地址，则将开关K闭合，TCU与DTE接通，位流复制到DTE，同时继续转发；若出现令牌且该DTE有数据要发送，则截获令牌,转为发送方式，发送数据帧。DTE延迟TCUDTE延迟TCUK发送方式收听方式2)发送方式下，数据以帧为单位从TCU的输出端发送到下一个TCU的输入端。截获：将令牌的独特标志转变为信息帧的标志数据在绕环一周后回到源站?源站检查返回的数据帧，确定发送是否成功；若没有数据要发送，则产生新令牌发送到环路上。发送方式三件事：1）首先截获token2）发送方负责回收所发出的frame3）发送完毕后产生新的令牌发送方式举例A向C发送帧ATDBCA站截获令牌ADBCC接收并转发，环路中无令牌ADBCA收回发出的数据帧ATDBCA站发送完毕后生成令牌IEEE802.5的帧结构(1)访问控制字段：起始访问控制结束1B1B1B令牌帧非令牌帧（信息帧/控制帧）起始访问控制帧控制目的地址源地址数据FCS结束帧状态1112/62/60411BPPPTMRRR优先级位令牌位监督位预约位优先级与预约：规定只有优先级高于令牌内PPP的站点才允许截获令牌。要发送数据的站点可以在其他站点发送的数据帧经过本站时进行预约，将本站的优先级写入该帧的预约位优先级限制PPP：升高优先级的站点在发送完数据之后，还要负责将令牌的优先级降低令牌位T：帧类型标识。0-令牌；1-信息/控制帧监督位M：防止无效帧在环路中无限循环。帧发出时，M=0；首次经过监控站时，M置为1；若该帧再次经过监控站，则由监控站将该帧清除IEEE802.5的帧结构(2)帧控制字段：地址字段：同IEEE802.3数据字段：长度无下限，上限值受限于令牌绕环一周的最长时间FCS字段：任一站点转发时都进行校验帧状态字段：供源站了解数据帧传送情况。ACXXACXX发出时，A=C=0目的站识别此帧，则令A=1目的站接收此帧，则令C=1结束字段：XXXXXXXE，其中E为差错位发出时，E=0；站点转发时，若发现校验错，则令E=1源站根据返回帧中的A、C、E位就可以了解帧的传送是否正确帧类型控制帧类型12345678位01--信息帧00--控制帧1)A=C=0目的站不存在或未加入到环路中2)A=1C=0目的站存在但未将该帧复制3)A=C=1目的站存在且复制了数据帧问题思考•为什么TokenRing的环路延迟必须保证24bit？局域网的IEEE802系列标准（8）三种局域网的比较•802.3–优点•使用最为广泛；•算法简单；•站点可以在网络运行中安装；•使用无源电缆；•轻负载时，延迟为0。–缺点•使用模拟器件，每个站点在发送的同时要检测冲突；•最短帧长64字节，对于短数据来讲开销太大；•无优先级，发送是非确定性的，不适合于实时工作；•电缆最长2500米（使用中继器）；局域网的IEEE802系列标准（9）•速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变（2），效率降低；•重负载时，冲突严重。•802.4–优点•发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；•使用宽带电缆，支持多信道；•重负载时，吞吐量和效率较高。–缺点:•使用大量的模拟装置；•协议复杂；•轻负载时，延迟大；•很难用光纤实现。局域网的IEEE802系列标准（10）•802.5–优点•使用点到点连接，完全数字化；•使用线路中心，自动检测和消除电缆故障；•支持优先级，允许短帧，但受令牌持有时间限制，不允许任意长的帧；•重负载时，吞吐量和效率较高。–缺点•中央监控；•轻负载时，延迟大。网桥技术（1）•定义：网桥（bridge）是工作在数据链路层的一种网络互连设备，它在互连的LAN之间实现帧的存储和转发。•为什么使用桥？–学校和企业的各个部门分别拥有自己独立管理的LAN，为了进行交互，需要使用桥来实现互连；–一个企业分布在相隔很远的不同建筑物内，在每个建筑物内组建单独的LAN，并使用桥将这些LAN连接起来，是比较经济的方案；Caption:AbridgeconnectingLANsegmentsintwobuildings.