NET12第5章介质访问控制子层

计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层1复习上一章主要内容•链路、数据链路、相邻结点概念？•数据链路层任务？•数据链路控制功能？•数据链路协议？•差错控制编码？•差错控制机制？•INTERNET中有哪些数据链路协议？•HDLC帧结构？•PPP帧结构？计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层2参考答案•链路、数据链路、相邻结点概念？–Link:一条无源的点到点物理线路段，中间没有任何其他交换结点。•一条物理通路可包含多个物理线路段–datalink:一条物理通路加上必要的数据传输规程或协议后形成的逻辑连接。–相邻结点：指位于同一物理网段中的两个结点•数据链路层任务？–实现网络上两个相邻结点之间的无差错数据传输，也即将有差错的物理线路变化成无差错的数据链路。•数据链路控制？–链路管理：数据链路的建立、维持、释放–帧同步：指接收方从收到的bit流中准确区分出一帧的开始和结束–流量控制：及时控制发方发送的数据速率，保证收方能及时接收的功能–差错控制：前向纠错、差错检测（CRC、奇偶校验码）–帧的透明传输：保证传输的数据比特流是任意的，即不会出现控制字符01111110–寻址：提供有效的物理编址与寻址功能，以便确定接收目标。必须保证每帧都能送到正确的目的站，收方也应知道所收数据帧来自何处。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层3参考答案•数据链路协议？–为实现数据链路控制功能而制定的规程或规则–分面向字符、面向比特两类。•差错控制编码？–差错检测编码：奇偶校验码、CRC循环冗余校验码…–差错纠正编码：卷积码、汉明码…•差错控制机制？–停止等待ARQ方式–连续ARQ方式：Go-Back-N协议，选择性重传协议•INTERNET中有哪些数据链路协议？–SLIP、PPP、PPPoE计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层4参考答案•HDLC帧结构–F、A、C、I、FCS、F–零比特填充法实现帧的透明传输–C：信息帧I、监控帧S、无编号帧U•PPP帧结构–F、A、C、P、I、FCS、F–P(0x0021IP数据报、0xC021LCP数据、0x8021NCP数据、0x0023OSI网络层数据、0x0027DEC网络层数据)–同步传输时：采用零比特填充法实现帧的透明传输–异步传输时：采用字符填充法实现帧的透明传输计算机科学与工程系第5章介质访问控制子层计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层6本章学习要求：•了解：局域网与城域网的主要技术特点•掌握：局域网拓扑结构的类型与特点•理解：IEEE802参考模型与协议的基本概念•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•理解：无线局域网的基本工作原理•掌握：网桥的基本工作原理计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层7主要内容要求•掌握–以太网的特点，以太网成为主流LAN技术。–传统以太网、快速以太网、千兆以太网、万兆以太网–冲突域概念、二层SW和网桥对冲突域的划分。–LAN组网设备、数据链路层设备–介质访问控制方法：CSMA/CD–决定LAN特性的主要技术•理解–IEEE802局域网标准–无线局域网WLAN的组成及相关标准–无线局域网的工作原理计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层85.1局域网与城域网基本概念5.1.1决定局域网与城域网性能的三要素？•用于传输网络数据的传输介质•用于连接网络各种设备的网络拓扑结构•用于共享资源的介质访问控制方法•三要素决定了网络性能指标–网络传输数据的类型–网络的响应事件–网络的吞吐率和利用率–网络应用–★网络的介质访问控制方法。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层95.1.2局域网拓扑结构类型与特点网络拓扑结构：•总线型•环型•星型结构•树型计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层10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；•所有结点都通过网卡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。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层11总线结构与冲突•冲突–网络终端通信时，在介质中发生信号重叠现象。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层12CSMA/CD示例B向D发送数据,在局域网上只有计算机D才能接收此数据计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层13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。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层14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。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层15星型拓扑构型•逻辑结构与物理结构的关系–物理结构是指LAN的外部连接形式–逻辑结构是指LAN结点之间的相互关系与介质访问控制方法–逻辑结构属于总线型与环状的LAN，在物理结构上也可以是星型•交换局域网(SwitchedLAN)的物理结构–出现了物理结构与逻辑结构统一的星状拓扑计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层16树型•星型的扩展•具备星型的所有特点计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层175.1.3局域网的传输介质与介质访问控制方法1、局域网的常用传输介质•同轴电缆•双绞线•光纤•无线通信信道讨论（这些介质用在什么场合？）：•双绞线已能用于数据传输速率为100Mbps、1Gbps、10Gbps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。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层182、介质访问控制方法•介质访问控制方法–将传输介质的频带有效地分配给网上各站点用户的方法。•媒体共享技术分类–静态划分信道•FDM、TDM、WDM、CDM–动态媒体接入控制（也称多点接入）•随机接入（会产生碰撞）•受控接入（轮询机制）•介质访问控制方法决定着LAN的主要性能用于LAN的典型共享介质访问控制方法，主要包括：–总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)CSMA/CD方法，由IEEE802.3规范；–令牌总线(TokenBus)，由IEEE802.4规范。–环型结构的令牌环(TokenRing)，由IEEE802.5规范；计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层195.1.4IEEE802参考模型•IEEE802标准所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系：计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层20LAN的数据链路层•按功能划分为两个子层：–LLC：逻辑链路控制子层，与介质、拓扑无关；–MAC：介质访问控制子层，与介质、拓扑相关。•功能分解的目的：–将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。–共享信道是局域网的典型特征。需要解决介质访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层21LAN链路层与OSI链路层的区别•LAN链路支持多重访问，支持组播、广播；•支持MAC介质访问控制功能；•提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用、流量控制、差错控制...–MAC子层功能：•成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。–LLC子层功能：•向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。–LAN对LLC子层透明•仅在MAC子层才可见LAN的标准(对不同的LAN标准，区别在MAC子层)计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层22LAN对LLC子层是透明的局域网网络层物理层站点1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点2LLC子层看不见下面的局域网计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层23LAN的物理层•功能与OSI物理层相同–实现比特流的传输与接收以及数据的同步控制。–IEEE802规定了物理层所使用的信号与编码、传输介质、拓扑结构和传输速率等规范。•采用基带传输。•数据编码采用曼彻斯特编码、4B/5B、8B/10B•传输介质可是同轴电缆、双绞线、光纤、无线等•拓扑结构可是总线、星型、树型、环型。•传输速率有10Mbps、16Mbps、100Mbps、1000Mbps、10Gbps。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层24LAN的网络层和高层•网络层–由于IEEE802局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接，所以网络层的很多功能(如路由选择等)是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、差错控制等功能可在数据链路层完成，故IEEE802标准没有单独设立网络层。•高层–局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（NOS）来实现，如Unix、WindowsNT、Netware等。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层25•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：IEEE802标准计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层26IEEE802主要标准•802.1–LAN体系结构、网络管理、网络互联、性能测试•802.2-逻辑链路控制LLC子层功能与服务•802.3-CSMA/CD总线介质访问控制协议及物理层规范•802.4-TokenBus式介质访问控制协议及物理层规范•802.5-TokenRing介质访问控制协议及物理层规范•802.6–MAN介质访问控制协议及相应物理层规范•802.7–宽带技术•802.8–FDDI（光纤分布数据接口）•802.9–综合业务数字局域网（ISDN）•802.10–LAN安全技术及解密•802.11–无线LAN访问控制子层与物理层的标准•802.12–高速LAN的介质访问控制协议及物理层规范（100VG-AnyLAN）•802.15：近距离个人无线网络访问控制子层与物理层的标准•802.16：宽带无线城域网访问控制子层与物理层的标准计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层275.2Ethernet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；•LAN产生于20世纪60年代末–夏威夷大学为了使各个岛屿之间能够进行网络通信。研制了一个名为“Aloha”的无线电网络。随机争用技术起源于ALOHA；•LAN发展始于20世纪70年代–1972：美国加州大学贝尔实验室研制的分布计算机系统Newhall环网，采用令牌环控制技术。–1973：Xerox公司开发一个实验性网络“AltoAloha”，1975改名为以太网（Ethernet），以历史上曾表示传播电磁波的“以太”(ether)来命名，认为“以太”对新网络系统来说是个很不错的名字，以太网就这样诞生了。•以太网采用总线争用结构，属于基带总线局域网，数据率为2.94Mbps。–1974：英国剑桥大学研制剑桥环网–1977：日本京都大学研制成功光纤局域网计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层285.2.1Ethernet的发展•LAN发展完善于20世纪80年代–3COMEthernet。(1980年美国DEC、Intel、Xerox联合推出10Mbps以太网DIXV1，1982年修改为DIXEthernetV2，成为世界上第一个LAN产品标准)–令牌环网。IBM公司推出，速率为4Mbps和16Mbps两种。–1983年，IEEE802委员会制定了第一个以太网标准：IEEE802.3