第5章介质访问控制子层.

第5章介质访问控制子层2本章学习要求：了解：局域网分类与特点。理解：IEEE802参考模型与MAC的基本概念。掌握：Ethernet局域网的基本工作原理。掌握：高速局域网、交换局域网与虚拟局域网的基本工作原理。掌握：无线局域网及802.11的基本概念。掌握：网络互联的基本概念与网桥的基本工作原理。35.1局域网技术的发展与演变5.1.1局域网技术的发展与演变局域网技术的发展过程介质访问控制的基本概念共享介质、多路访问、冲突45.1.2介质访问控制方法常用的三种方案共同之处体系结构、传输介质、共享介质的控制策略不同之处：CSMA/CD的特点5总线型拓扑构型特点：总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送或接收数据，因此出现“冲突（collision）”是不可避免的；“冲突”会造成传输失败；必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC，mediumaccesscontrol）问题。6总线结构与冲突7介质访问控制方法要解决以下几个问题：该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？总线型拓扑的优点：结构简单，实现容易；易于扩展，可靠性较好。8环型拓扑构型结点使用点—点线路连接，构成闭合的物理的环型结构；环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；多个结点共享一条环通路；环建立、维护、结点的插入与撤出。9星型拓扑构型逻辑结构与物理结构的关系交换局域网(switchedLAN)的物理结构105.1.3传输介质类型与介质访问控制方法局域网的传输介质类型同轴电缆双绞线光纤无线通信信道讨论：双绞线已能用于数据传输速率为100Mb/s、1Gb/s的高速局域网中；在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线技术的趋势已经明朗。11介质访问控制方法:带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD令牌总线tokenbus令牌环tokenring125.1.4IEEE802参考模型IEEE802标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系：应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI参考模型逻辑链路控制子层IEEE802参考模型介质访问控制子层物理层13IEEE802委员会为局域网制定了一系列标准，它们统称为IEEE802标准；IEEE802标准之间的关系：802.10可互操作的局域网安全802.2逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网802.1体系结构与网络互联145.2Ethernet局域网5.2.1Ethernet的发展Ethernet的核心技术是CSMA/CD介质访问控制方法；随机争用技术起源于夏威夷大学校园网ALOHA；1972年，Xerox公司开始Ethernet实验网的研究；1979年，Xerox公司宣布了Ethernet产品；1980年，Xerox、DEC与Intel联合宣布EthernetV2.0规范；20世纪90年代，10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高；目前，交换式Ethernet与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位。155.2.2Ethernet帧结构与帧发送、接收流程分析1.Ethernet数据发送流程的分析16CSMA/CD的发送流程可以概括为：先听后发边听边发冲突停止延迟重发17Ethernet结点数据发送流程装配帧冲突次数过多?冲突吗？启动发送冲突加强发送完成?计算后退延迟时间冲突次数N+1→N结束：冲突过多YNY发送帧总线忙？NY等待后退延迟时间N结束：发送成功YN18载波侦听过程目的：检查是否已经有结点利用总线在发送数据。总线忙总线空闲v(t)t0119冲突检测：比较法和编码违例判决法V(t)t1V(t)t2V(t)+V(t)t2120冲突窗口的概念结点A结点B帧A帧Bτ=D/V帧A+帧B2τ总线冲突发生21随机延迟重发截止二进制指数后退延迟算法τ＝2k·R·a其中：τ为结点重新发送需要的后退延迟时间，a为冲突窗口值，R为随机数;限定k的范围,k=min（n，10）;如果重发次数n10，则取k=n；如果重发次数n≥10时，则k取值为10;第n次重发延迟是分布在0与[2min（n，10）-1]个时间片之间，最大可能延迟时间为1023个时间片;在到后退延迟时间之后，结点将重新判断总线忙、闲状态，重复发送流程;当冲突次数超过16时，表示发送失败，放弃该帧发送。222.Ethernet帧结构前导码与帧前定界符字段目的地址和源地址字段长度字段LLC数据字段帧校验字段前导码(7位)帧前定界符(1位)目的地址DA(2/6位)LLC数据(长度可变)帧校验字段FCS(4位)源地址SA(2/6位)长度域(2位)23Ethernet帧结构的讨论：前导码与帧前定界符字段前导码：7个字节，10101010…101010比特序列。帧前定界符：1字节，10101011。目的地址和源地址字段地址字段长度：2个字节或6个字节。目的地址类型：单一结点地址（unicastaddress）；多点地址（multicastaddress）；广播地址（broadcastaddress）。24长度字段帧的最小长度为64字节，最大长度为1518字节。LLC数据字段LLC数据字段是帧的数据字段，长度最小为46个字节少于46个字节，需要填充。帧校验字段采用32位的CRC校验校验的范围是：目的地址、源地址、长度、LLC数据等字段。253.Ethernet接收流程启动接收8位的整数倍？地址正确？帧校验正确?结束：帧校验错NYY接收帧接收完成？N结束：帧长度错YN帧太短？帧长度正确?YN结束：帧比特错帧拆卸结束：成功接收NYYN265.2.3Ethernet实现方法系统接口Ethernet控制器（MAC）曼彻斯特编码译码器（PLS）收发器（MAU）主机系统总线同轴电缆主机系统AUI接口27Ethernet网卡结构Ethernet控制器（MAC+MENDEC）IEEEAddressEPROM缓冲存储器收发器网卡AUI接口BNC接口接计算机I/O总线接传输介质285.2.4Ethernet物理地址Ethernet地址→网络物理地址→物理网络地址;Ethernet地址=ManufactureID+NICID24bit+24bit公司：Cisco00-00-0cNovell00-00-1B00-00-D83Com00-20-AF00-60-8CIBM08-00-5A典型的Ethernet地址：00-60-8C-01-28-12000000001010000010001100000000010010100000010010Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。29Ethernet物理地址的十六进制与二进制的表示方法08-01-00-2A-10-C3000010000001000000101001000000000000000111000011十六进制地址格式二进制地址格式305.2.5网络协议分析器及其应用网络分析器或网络监视器是一种用来测试网络系统运行状态的设备；当网络分析器连接到被测试的网络时，它能监控特定的事件，并且报告诸如每秒平均接收帧数或平均帧长度等统计数据；网络分析器的另外一个重要的作用是对特定协议（TCP/IP、FTP、HTTP）的解码，它按照指定的协议规则加以解释，然后将协议分析的结果显示出来。31网络分析器的连入方式32网络分析器捕获的帧数据ADDRHEX000000100020003000400050006002608C82242802608C022420DA3A0E00FFEF1600000000006B161901FF534D422D0000010006000000000000000000000000000008180400940607002E3F00090001FFEE13000085000000EECA3C0000FFAF1200060600006D180000EA3A0000FF000000010000086A0012FF0081F0F0目的地址源地址33网络分析器显示的Ethernet帧结构DLC：-----DLCHeader-----DLC：DLC：Frame1arrivedat09:20:35.3543；framesizeis143（008Fhex）bytesDLC：Destination=Station3Com822428DLC：Source=Station3Com022420DLC：802.3length=129DLC：LLC：-----LLCHeader-----LLC：LLC：DSAP=F0，SSAP=F0，Command，Iframe，N（R）=29，N（s）=109LLC：NETB：-----NETBIOSDataOnlyLast-----协议分析器345.3令牌总线网5.3.1令牌总线的工作原理结点D结点E结点A结点B结点C令牌总线令牌总线结点A结点B结点D结点C结点E令牌35环初始化新结点加入环结点从环中撤出环恢复优先级365.3.2令牌环网与FDDI37IEEE802.5标准单令牌协议优先级位监控站预约指示器38光纤分布式数据接口FDDI作为主干网互连多个局域网的结构FDDI主干环网服务器TokenRing路由器以太网路由器39FDDI主要技术特点使用802.5的单令牌环网介质访问控制协议；使用802.2协议，与符合802标准局域网兼容；数据传输速率为100Mb/s，连网的结点数最大为1000，环路长度为100km；可以使用双环结构，具有容错能力；可以使用多模或单模光纤；具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。40FDDI主要应用环境计算机机房网办公室或建筑物群的主干网校园网的主干网多校园的主干网415.4高速局域网的工作原理5.4.1高速局域网的研究方法推动局域网技术发展的因素个人计算机的广泛应用；在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；从理论上讲，一台微通道或EISA总线的微型机能产生大约250Mb/s的流量；基于Web的Internet/Intranet应用也要求更高的带宽；在数据仓库、桌面电视会议、3D图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。42传统共享式局域网的缺点传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、TokenRing、TokenBus；介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质；每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。43高速局域网的解决方法第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：10Mb/s→100Mb/s→10Gb/s；第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发展；第三种方案：将“共享介质方式”改为“交换方式”导致了“交换式局域网”技术的发展。44交换式局域网—基于硬件交换技术并发连接；S=N×10Mb/s共享式局域网与交换式局域网的比较45局域网产品类型与相互之间的关系局域网共享介质局域网交换式局域网以太网令牌总线令牌环FDDI快速以太网千兆以太网FDDIⅡFFOL交换式以太网ATM局域网仿真IPoverATMMPOA虚拟局域网465.4.2快速以太网FastEthernet的传