ch42-4讲MACSUBLAYER

1第四章介质访问控制子层概述4.1信道分配问题4.2多路访问协议4.3以太网(2讲)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逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点2LLCLLC子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIXEthernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2标准）的作用已经不大了。很多厂商生产的网卡上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“网卡”。网卡的重要功能：-进行串行/并行转换。-对数据进行缓存。-在计算机的操作系统安装设备驱动程序。-实现以太网协议4.3.1以太网电缆名称电缆最大的段长度每段节点数优点10Base5粗同轴电缆500m100早期的电缆,现在已经废弃了10Base2细同轴电缆185m30不需要集线器10Base-T双绞线100m1024最便宜的系统10Base-F光纤2000m1024最适合于在楼与楼之间使用主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNCT型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器BNC连接器插口RJ-45插头2图4.43种以太网电缆(a)10Base5;(b)10Base2;(c)10Base-T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-收发器（transceiver）：处理载波监听和冲突检测布线拓扑结构-总线形，脊椎形，树形，分段图4.15电缆拓扑结构(a)线形;(b)主干;(c)树型(d)分段扩展网段长度-中继器：物理层设备，只对信号进行接收、放大和双向重传；-两个收发器之间最多使用4个中继器，最长2500米网卡的功能-数据的封装与解封发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。-链路管理主要是CSMA/CD协议的实现。-编码与译码即曼彻斯特编码与译码。3行星网10BASE-T-不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。-在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)。-集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。-10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。-这种10Mb/s速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。-10BASE-T双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。集线器的特点:-集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。-使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。-集线器很像一个多端口的中继器(转发器)，工作在物理层。4.3.2802.3的信号编码--曼彻斯特编码-为区分0v信号和空闲状态,采用+1—1-1—0-为同步,每一位(bit)的周期分成两个相等的间隔.—要求带宽是直接二进制编码的2倍.-总之,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。4.3.3以太网MAC子层协议在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。如:00-E0-4C-53-BE-7548bit6BEUI扩展的唯一标识符第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6101011001101111001001000000000000000000010000000802.5802.6802.5802.6802.3802.4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。4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。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。FCS--帧检验序列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8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802.2LLC帧当长度/类型字段表示长度时802.2LLC帧当长度/类型字段表示长度时802.3MAC帧802.3MAC帧以太网V2MAC帧以太网V2MAC帧这种802.3+802.2帧已经较少使用这种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46~1500目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~150043~1497111DSAPSSAP111控制数据字节DSAPSSAP111控制数据字节DSAPSSAP控制IP数据报IP数据报IP数据报IP数据报IP数据报IP数据报“发往本站的帧”包括以下三种帧：(目的地址字段)-单播(unicast)帧（一对一）-广播(broadcast)帧（一对全体）-多播(multicast)帧（一对多）-全局地址46位,约70万亿.-目的地址第一位（LSB:LeastSignificantBit）为0，表示单地址（individualaddress）；为1，表示组地址（groupaddress），支持multicast，目的地址全1，为广播地址。源地址第一位（LSB）为0。-地址中的第二位（LSB）用来区分本地地址和全球地址5长度/类型字段若数值1500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。若数值1500表示长度域.802.3与DIX折中.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.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。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: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。无效的MAC帧-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。最短帧长-避免帧的第一个比特到达电缆的远端前帧已经发完，帧发送时间应该大于2；-—单程端到端延迟,电磁波在1km电缆的传播延迟约为5s.-对于一个最大长度为2500m,具有4个中继器的10MbpsLAN来说,最差情况下往返一周的时间大约是50s,其中包括了通过4个中继器所需要的时间,强化碰撞延续时间等因素.（2.5km*2*5us/km=25us;4*2中继器的中继时间；强化碰撞时间）图4.18冲突检测需要2时间-考虑到安全余量,10MbpsLAN，最大冲突检测时间为51.2微秒，最短帧长为64字节；-网络速度提高，最短帧长也应该增大或者站点间的距离要减小。如1Gbps网,2500m,最短帧长应为6400字节或640字节,250m长.4.34二元指数后退算法算法-将冲突发生后的时间划分为长度为51.2微秒的时槽-发生第一次冲突后，各个站点等待0或1个时槽再开始重传；6-发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0,1,2或3个时槽再开始重传；-第i次冲突后，在0至2i-1间随机地选择一个等待的时槽数，再开始重传；-10次冲突后，选择等待的时槽数固定在0至210-1间；-16次冲突后，发送失败，报告上层。为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施-采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。-以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。-这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。-以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。-当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。-如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。4.3.5交换式以太网(以太网交换机)目的：减少冲突；两种实现方法-一个卡内是一个802.3LAN，构成自己的冲突域，卡间并行；-使用端口缓存，无冲突发生。1990年问世的交换式集线器(switchinghub)，可明显地提高局域网的性能。交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。以太网交换机通常都有十几个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。以太网交换机的特点-以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。-交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。7-以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。-对于普通10Mb/s的共享式以太网，若共有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10Mb/s)的N分之一。-使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是10Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有N对端口的交换机的总容量为N10Mb/s。这正是交换机的最大优点。4.3.6快速以太网(3讲)标准-1995年，IEEE通过802.3u标准，实际上是802.3的一个补充。向后兼容:原有的帧格式、接口、规程不变，只是将比特时间从100ns缩短为10ns。对10Mbps802.3LAN的改进-一种方法是改进10Base-5或10Base-2，采用CSMA/CD，最大电缆长度减为1/10，未被采纳；-另一种方法是改进10Base-T，使用HUB，被采纳(因:10Base-T连接方式具有压倒性优势),所以快速以太网均采用集线器和交换机,而不使用分接头或BNC连接器的电缆.名称线缆最大的段距离优点100Base-T4双绞线100m使用4对3类UTP100Base-TX双绞线100m100Mbps的速率,全双工(2对5类UTP)100Base-FX光纤2000m100Mbps的速率,全双工;长距离2对光纤100Base-