介質(zhì)訪問控制子層(1)課件

1、12本章學習要求本章學習要求： 了解：了解：局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的主要技術(shù)特點。局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的主要技術(shù)特點。 了解：局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的類型與特點。了解：局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的類型與特點。 了解：了解：IEEE 802參考模型與協(xié)議的基本概念。參考模型與協(xié)議的基本概念。 掌握：掌握：Ethernet局域網(wǎng)的基本工作原理。局域網(wǎng)的基本工作原理。 了解：令牌環(huán)網(wǎng)與了解：令牌環(huán)網(wǎng)與FDDI的基本工作原理。的基本工作原理。 掌握：高速局域網(wǎng)、交換局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)的基本掌握：高速局域網(wǎng)、交換局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)的基本工作原理。工作原理。 了解：無線局域網(wǎng)的基本工作原理。了解：無線局域網(wǎng)的基本工作原理。 掌握：網(wǎng)橋的基

2、本工作原理。掌握：網(wǎng)橋的基本工作原理。35.1 局域網(wǎng)與城域網(wǎng)基本概念局域網(wǎng)與城域網(wǎng)基本概念 5.1.1 決定局域網(wǎng)與城域網(wǎng)性能的三要素決定局域網(wǎng)與城域網(wǎng)性能的三要素 網(wǎng)絡拓撲網(wǎng)絡拓撲 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 介質(zhì)訪問控制方法介質(zhì)訪問控制方法 45.1.2 局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)類型與特點局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)類型與特點 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)： 總線型總線型 環(huán)型環(huán)型 星型結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)： 雙絞線雙絞線 同軸電纜同軸電纜 光纖光纖5總線型拓撲構(gòu)型總線型拓撲構(gòu)型特點特點： 總線型局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法采用的是總線型局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法采用的是“共享介共享介質(zhì)質(zhì)”方式；方式； 所有結(jié)點都

3、連接到一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上；所有結(jié)點都連接到一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上； 總線傳輸介質(zhì)通常采用同軸電纜或雙絞線；總線傳輸介質(zhì)通常采用同軸電纜或雙絞線； 所有結(jié)點都可以通過總線傳輸介質(zhì)以所有結(jié)點都可以通過總線傳輸介質(zhì)以“廣播廣播”方式發(fā)方式發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，因此出現(xiàn)送或接收數(shù)據(jù)，因此出現(xiàn)“沖突（沖突（collision）”是不可是不可避免的；避免的； “沖突沖突”會造成傳輸失敗；會造成傳輸失敗； 必須解決多個結(jié)點訪問總線的介質(zhì)訪問控制（必須解決多個結(jié)點訪問總線的介質(zhì)訪問控制（MAC， medium access control）問題。問題。6總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)與沖突與沖突7介質(zhì)訪問控制方法

4、要解決以下幾個問題介質(zhì)訪問控制方法要解決以下幾個問題： 該哪個結(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)？該哪個結(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)？ 發(fā)送時會不會出現(xiàn)沖突？發(fā)送時會不會出現(xiàn)沖突？ 出現(xiàn)沖突怎么辦？出現(xiàn)沖突怎么辦？總線型拓撲的優(yōu)點總線型拓撲的優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易；結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易； 易于擴展，可靠性較好。易于擴展，可靠性較好。8環(huán)型拓撲構(gòu)型環(huán)型拓撲構(gòu)型 結(jié)點使用點結(jié)點使用點點線路連接，構(gòu)成閉合的物理的環(huán)型結(jié)構(gòu)；點線路連接，構(gòu)成閉合的物理的環(huán)型結(jié)構(gòu)； 環(huán)中數(shù)據(jù)沿著一個方向繞環(huán)逐站傳輸；環(huán)中數(shù)據(jù)沿著一個方向繞環(huán)逐站傳輸； 多個結(jié)點共享一條環(huán)通路；多個結(jié)點共享一條環(huán)通路； 環(huán)建立、維護、結(jié)點的插入與撤出。環(huán)建立、維護、結(jié)點的插入

5、與撤出。 9 星型拓撲構(gòu)型星型拓撲構(gòu)型 邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)與與物理結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)的關系的關系 交換局域網(wǎng)交換局域網(wǎng)( (switched LAN)switched LAN)的物理結(jié)構(gòu)的物理結(jié)構(gòu) 105.1.3 傳輸介質(zhì)類型與介質(zhì)訪問控制方法傳輸介質(zhì)類型與介質(zhì)訪問控制方法 局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)類型局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)類型 同軸電纜同軸電纜 雙絞線雙絞線 光纖光纖 無線通信信道無線通信信道討論討論： 雙絞線已能用于數(shù)據(jù)傳輸速率為雙絞線已能用于數(shù)據(jù)傳輸速率為100100Mb/sMb/s、1Gb/s 1Gb/s 的高的高速局域網(wǎng)中；速局域網(wǎng)中； 在局部范圍內(nèi)的中、高速局域網(wǎng)中使用雙絞線，在遠在局部范圍內(nèi)的中、高速

6、局域網(wǎng)中使用雙絞線，在遠距離傳輸中使用光纖，在有移動結(jié)點的局域網(wǎng)中采用距離傳輸中使用光纖，在有移動結(jié)點的局域網(wǎng)中采用無線技術(shù)的趨勢已經(jīng)明朗。無線技術(shù)的趨勢已經(jīng)明朗。 11介質(zhì)訪問控制方法介質(zhì)訪問控制方法: 帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD 令牌總線令牌總線 token bus 令牌環(huán)令牌環(huán) token ring 125.1.4 IEEE 802參考模型參考模型 IEEE 802 標準所描述的局域網(wǎng)參考模型與標準所描述的局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模參考模型的關系型的關系 ：應 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層網(wǎng) 絡 層數(shù)據(jù)鏈路層物 理 層OSI參考模

7、型OSI參考模型邏輯鏈路控制子層IEEE 802參考模型IEEE 802參考模型介質(zhì)訪問控制子層物 理 層13 IEEE 802委員會為局域網(wǎng)制定了一系列標準，它們統(tǒng)委員會為局域網(wǎng)制定了一系列標準，它們統(tǒng)稱為稱為IEEE 802標準；標準； IEEE 802標準之間的關系：標準之間的關系： 802.10 可互操作的局域網(wǎng)安全802.2 邏輯鏈路控制子層802.3CSMA/CD802.4令牌總線802.5令牌環(huán)802.6城域網(wǎng)802.9語音與數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)802.11無線局域網(wǎng) 802.1 體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡互聯(lián)145.2 Ethernet局域網(wǎng)局域網(wǎng) 5.2.1 Ethernet的發(fā)展的發(fā)展 Et

8、hernet的核心技術(shù)是的核心技術(shù)是CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法；介質(zhì)訪問控制方法； 隨機爭用技術(shù)起源于夏威夷大學校園網(wǎng)隨機爭用技術(shù)起源于夏威夷大學校園網(wǎng)ALOHA； 1972年，年，Xerox公司開始公司開始Ethernet實驗網(wǎng)的研究；實驗網(wǎng)的研究； 1979年，年，Xerox公司宣布了公司宣布了Ethernet產(chǎn)品；產(chǎn)品； 1980年，年，Xerox、DEC與與Intel聯(lián)合宣布聯(lián)合宣布Ethernet V2.0規(guī)范規(guī)范 ； 20世紀世紀90年代，年代，10Base-T標準使得標準使得Ethernet性能價格性能價格比大大提高；比大大提高； 目前，交換式目前，交換式Ethernet與最

9、高速率為與最高速率為10Gb/s的高速的高速Ethernet的出現(xiàn)，更確立了它在局域網(wǎng)中的主流地位。的出現(xiàn)，更確立了它在局域網(wǎng)中的主流地位。155.2.2 Ethernet幀結(jié)構(gòu)與幀發(fā)送、接收流程分析幀結(jié)構(gòu)與幀發(fā)送、接收流程分析 1.Ethernet數(shù)據(jù)發(fā)送流程的分析數(shù)據(jù)發(fā)送流程的分析 16CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為的發(fā)送流程可以概括為： 先聽后發(fā)先聽后發(fā) 邊聽邊發(fā)邊聽邊發(fā) 沖突停止沖突停止 延遲重發(fā)延遲重發(fā) 17Ethernet結(jié)點結(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送流程數(shù)據(jù)發(fā)送流程裝配幀沖突次數(shù)過多?沖突嗎？啟動發(fā)送沖突加強發(fā)送完成?計算后退延遲時間沖突次數(shù)N+1N結(jié)束：沖突過多YNY發(fā)送幀總線忙？NY等

10、待后退延遲時間N結(jié)束：發(fā)送成功YN18載波偵聽過程載波偵聽過程 目的：目的：檢查是否已經(jīng)有結(jié)點利用總檢查是否已經(jīng)有結(jié)點利用總 線在發(fā)送數(shù)據(jù)。線在發(fā)送數(shù)據(jù)?？偪偩€線忙忙總總線線空空閑閑v(t)t0119沖突檢測：比較法和編碼違例判決法沖突檢測：比較法和編碼違例判決法V (t)t1V (t)t2V (t)+V (t)t2120沖突窗口的概念沖突窗口的概念結(jié)點A結(jié)點B幀A幀B= D/V幀A +幀 B2總線總線沖突發(fā)生沖突發(fā)生21隨機延遲重發(fā)隨機延遲重發(fā) 截止二進制指數(shù)后退延遲算法截止二進制指數(shù)后退延遲算法 2kRa 其中：其中：為結(jié)點重新發(fā)送需要的后退延遲時間，為結(jié)點重新發(fā)送需要的后退延遲時間，a為

11、沖突為沖突窗口值，窗口值，R為隨機數(shù)為隨機數(shù); 限定限定k的范圍的范圍,k=min（n，10）;如果重發(fā)次數(shù)如果重發(fā)次數(shù)n10，則則取取k=n；如果重發(fā)次數(shù)如果重發(fā)次數(shù)n10時，則時，則k取值為取值為10; 第第n次重發(fā)延遲是分布在次重發(fā)延遲是分布在0與與2min（n，10）-1個時間片之間，個時間片之間，最大可能延遲時間為最大可能延遲時間為1023 個時間片個時間片; 在到后退延遲時間之后，結(jié)點將重新判斷總線忙、閑狀在到后退延遲時間之后，結(jié)點將重新判斷總線忙、閑狀態(tài)，重復發(fā)送流程態(tài)，重復發(fā)送流程; 當沖突次數(shù)超過當沖突次數(shù)超過16時，表示發(fā)送失敗，放棄該幀發(fā)送。時，表示發(fā)送失敗，放棄該幀發(fā)送

12、。 222.Ethernet幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) 前導碼與幀前定界符字段前導碼與幀前定界符字段 目的地址和源地址字段目的地址和源地址字段 長度字段長度字段 LLC數(shù)據(jù)字段數(shù)據(jù)字段 幀校驗字段幀校驗字段前導碼(7位)幀前定界符(1位)目的地址DA(2/6位)LLC數(shù)據(jù)(長度可變)幀校驗字段FCS(4位)源地址SA(2/6位)長度域(2位)23Ethernet幀結(jié)構(gòu)的討論幀結(jié)構(gòu)的討論： 前導碼與幀前定界符字段前導碼與幀前定界符字段 前導碼：前導碼：7個字節(jié)，個字節(jié)，10101010101010比特序列。比特序列。 幀前定界符：幀前定界符：1字節(jié)，字節(jié)，10101011。 目的地址和源地址字段目的地址和源地

13、址字段 地址字段長度地址字段長度：2 2個字節(jié)或個字節(jié)或6 6個字節(jié)個字節(jié) 。 目的地址類型目的地址類型： 單一結(jié)點地址（單一結(jié)點地址（unicast address）；）； 多點地址（多點地址（multicast address）；）； 廣播地址（廣播地址（broadcast address）。）。24 長度字段長度字段 幀的最小長度為幀的最小長度為64字節(jié)，最大長度為字節(jié)，最大長度為1518字節(jié)。字節(jié)。 LLC數(shù)據(jù)字段數(shù)據(jù)字段 LLC數(shù)據(jù)字段是幀的數(shù)據(jù)字段，長度最小為數(shù)據(jù)字段是幀的數(shù)據(jù)字段，長度最小為46個字節(jié)少個字節(jié)少于于46個字節(jié)，需要填充。個字節(jié)，需要填充。 幀校驗字段幀校驗字段 采

14、用采用32位的位的CRC校驗校驗 校驗的范圍是：目的地址、源地址、長度、校驗的范圍是：目的地址、源地址、長度、LLC數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)等字段。字段。 253.Ethernet接收流程接收流程啟動接收8位的整數(shù)倍？地址正確？幀校驗正確?結(jié)束：幀校驗錯NYY接收幀接收完成？N結(jié)束：幀長度錯YN幀太短？幀長度正確?YN結(jié)束：幀比特錯幀拆卸結(jié)束：成功接收NYYN265.2.3 Ethernet實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法系統(tǒng)接口Ethernet控制器（MAC）曼徹斯特編碼譯碼器（PLS）收發(fā)器（MAU）主機系統(tǒng)總線同軸電纜主機系統(tǒng)主機系統(tǒng)AUI接口27Ethernet網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)網(wǎng)卡結(jié)構(gòu) Ethernet控制器（M AC+M

15、ENDEC）IEEEAddressEPROM緩沖存儲器收發(fā)器網(wǎng)卡網(wǎng)卡AUI接口BNC接口接計算機I / O 總線接計算機I / O 總線接接傳傳輸輸介介質(zhì)質(zhì)285.2.4 Ethernet物理地址物理地址 Ethernet地址地址 網(wǎng)絡物理地址網(wǎng)絡物理地址 物理網(wǎng)絡地址物理網(wǎng)絡地址 ; Ethernet地址地址 = Manufacture ID + NIC ID 24bit + 24bit 公司：公司：Cisco 00-00-0c Novell 00-00-1B 00-00-D8 3Com 00-20-AF 00-60-8C IBM 08-00-5A 典型的典型的Ethernet地址地址 ：

16、00-60-8C-01-28-12 000000001010000010001100 000000010010100000010010 Ethernet地址具有惟一性，取決于你所使用的網(wǎng)卡。地址具有惟一性，取決于你所使用的網(wǎng)卡。29Ethernet物理地址的十六進制與二進制的表示方法物理地址的十六進制與二進制的表示方法 08 - 01 - 00 - 2A - 10 - C30000 10000001 00000010 10010000 00000000 00011100 0011十六進制地址格式十六進制地址格式二進制地址格式二進制地址格式305.2.5 網(wǎng)絡協(xié)議分析器及其應用網(wǎng)絡協(xié)議分析器及其

17、應用 網(wǎng)絡分析器或網(wǎng)絡監(jiān)視器是一種用來測試網(wǎng)絡系統(tǒng)運網(wǎng)絡分析器或網(wǎng)絡監(jiān)視器是一種用來測試網(wǎng)絡系統(tǒng)運行狀態(tài)的設備行狀態(tài)的設備 ； 當網(wǎng)絡分析器連接到被測試的網(wǎng)絡時，它能監(jiān)控特定當網(wǎng)絡分析器連接到被測試的網(wǎng)絡時，它能監(jiān)控特定的事件，并且報告諸如每秒平均接收幀數(shù)或平均幀長的事件，并且報告諸如每秒平均接收幀數(shù)或平均幀長度等統(tǒng)計數(shù)據(jù)；度等統(tǒng)計數(shù)據(jù)； 網(wǎng)絡分析器的另外一個重要的作用是對特定協(xié)議網(wǎng)絡分析器的另外一個重要的作用是對特定協(xié)議（TCP/IP、）、）的解碼，它按照指定的協(xié)議規(guī)則加以的解碼，它按照指定的協(xié)議規(guī)則加以解釋，然后將協(xié)議分析的結(jié)果顯示出來。解釋，然后將協(xié)議分析的結(jié)果顯示出來。 31網(wǎng)絡分析器

18、的連入方式網(wǎng)絡分析器的連入方式 32網(wǎng)絡分析器捕獲的幀數(shù)據(jù)網(wǎng)絡分析器捕獲的幀數(shù)據(jù) ADDRADDRHEXHEX000000100020003000400050006002 60 8C 82 24 28 02 60 8C 02 24 20DA 3A 0E 00 FF EF 16 00 00 00 00 00 6B 16 19 01FF 53 4D 42 2D 00 00 01 00 06 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 08 18 04 00 94 06 07 002E 3F 00 09 00 01 FF EE 13 00 00 85 00 00

19、 00 EECA 3C 00 00 FF AF 12 00 06 06 00 00 6D 18 00 00EA 3A 00 00 FF 00 00 00 01 00 00 08 6A 00 12 FF00 81 F0 F0目的地址源地址33網(wǎng)絡分析器顯示的網(wǎng)絡分析器顯示的Ethernet幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) DLC： - DLC Header - DLC： DLC： Frame 1 arrived at 09:20:35.3543；frame size is 143（008F hex）bytes DLC： Destination = Station 3Com 822428 DLC： Source =

20、Station 3Com 022420 DLC： 802.3 length = 129 DLC： LLC： - LLC Header - LLC： LLC： DSAP = F0，SSAP = F0，Command，I frame，N（R）= 29，N（s）=109 LLC： NETB： - NETBIOS Data Only Last - 協(xié)議分析器 協(xié)議分析器345.3 令牌總線網(wǎng)令牌總線網(wǎng) 5.3.1 令牌總線的工作原理令牌總線的工作原理 結(jié)點D結(jié)點E結(jié)點A結(jié)點B結(jié)點C令牌總線令牌總線令牌總線令牌總線結(jié)點A結(jié)點B結(jié)點D結(jié)點C結(jié)點E令牌355.3.2 令牌總線的環(huán)維護工作令牌總線的環(huán)維護工作

21、 環(huán)初始化環(huán)初始化 新結(jié)點加入環(huán)新結(jié)點加入環(huán) 結(jié)點從環(huán)中撤出結(jié)點從環(huán)中撤出 環(huán)恢復環(huán)恢復 優(yōu)先級優(yōu)先級 365.4 令牌環(huán)網(wǎng)與光纖分布式數(shù)據(jù)接口令牌環(huán)網(wǎng)與光纖分布式數(shù)據(jù)接口 5.4.1 令牌環(huán)網(wǎng)的工作原理令牌環(huán)網(wǎng)的工作原理 37 5.4.2 IEEE 802.5標準標準 單令牌協(xié)議單令牌協(xié)議 優(yōu)先級位優(yōu)先級位 監(jiān)控站監(jiān)控站 預約指示器預約指示器 385.4.3 光纖分布式數(shù)據(jù)接口光纖分布式數(shù)據(jù)接口 FDDI作為主干網(wǎng)互連多個局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)作為主干網(wǎng)互連多個局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu) FDDI主干環(huán)網(wǎng)FDDI主干環(huán)網(wǎng)服務器Token Ring路由器以太網(wǎng)路由器39FDDI主要技術(shù)特點主要技術(shù)特點 使用使用 80

22、2.5的單令牌環(huán)網(wǎng)介質(zhì)訪問控制協(xié)議；的單令牌環(huán)網(wǎng)介質(zhì)訪問控制協(xié)議； 使用使用 802.2協(xié)議，與符合協(xié)議，與符合 802標準局域網(wǎng)兼容；標準局域網(wǎng)兼容； 數(shù)據(jù)傳輸速率為數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s，連網(wǎng)的結(jié)點數(shù)最大為連網(wǎng)的結(jié)點數(shù)最大為1000，環(huán)路長度為環(huán)路長度為100km ； 可以使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，具有容錯能力；可以使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，具有容錯能力； 可以使用多?；騿文９饫w；可以使用多?；騿文９饫w； 具有動態(tài)分配帶寬的能力，能支持同步和異步數(shù)據(jù)傳具有動態(tài)分配帶寬的能力，能支持同步和異步數(shù)據(jù)傳輸。輸。 40FDDI主要應用環(huán)境主要應用環(huán)境 計算機機房網(wǎng)計算機機房網(wǎng) 辦公室或建筑物群的主干網(wǎng)辦公室或建筑物

23、群的主干網(wǎng) 校園網(wǎng)的主干網(wǎng)校園網(wǎng)的主干網(wǎng) 多校園的主干網(wǎng)多校園的主干網(wǎng) 415.5 高速局域網(wǎng)的工作原理高速局域網(wǎng)的工作原理5.5.1 高速局域網(wǎng)的研究方法高速局域網(wǎng)的研究方法 推動局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的因素推動局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的因素 個人計算機的廣泛應用；個人計算機的廣泛應用； 在過去二十年中，計算機的處理速度提高了百萬倍，在過去二十年中，計算機的處理速度提高了百萬倍，而網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速率只提高了上千倍；而網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速率只提高了上千倍； 從理論上講，一臺微通道或從理論上講，一臺微通道或EISA總線的微型機能產(chǎn)生總線的微型機能產(chǎn)生大約大約250Mb/s的流量；的流量； 基于基于Web的的Interne

24、t/Intranet應用也要求更高的帶寬；應用也要求更高的帶寬； 在數(shù)據(jù)倉庫、桌面電視會議、在數(shù)據(jù)倉庫、桌面電視會議、3D圖形與高清晰度圖像圖形與高清晰度圖像這類應用中，人們需要有更高帶寬的局域網(wǎng)。這類應用中，人們需要有更高帶寬的局域網(wǎng)。42傳統(tǒng)共享式局域網(wǎng)的缺點傳統(tǒng)共享式局域網(wǎng)的缺點 傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術(shù)是建立在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術(shù)是建立在“共享介質(zhì)共享介質(zhì)”的基礎上，的基礎上，典型的介質(zhì)訪問控制方法是典型的介質(zhì)訪問控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus； 介質(zhì)訪問控制方法用來保證每個結(jié)點都能夠介質(zhì)訪問控制方法用來保證每個結(jié)點都能夠“公平公平”地使用公共傳輸介質(zhì)；地使用公

25、共傳輸介質(zhì)； 每個結(jié)點平均能分配到的帶寬隨著結(jié)點數(shù)的不斷增加每個結(jié)點平均能分配到的帶寬隨著結(jié)點數(shù)的不斷增加而急劇減少；而急劇減少； 網(wǎng)絡通信負荷加重時，沖突和重發(fā)現(xiàn)象將大量發(fā)生，網(wǎng)絡通信負荷加重時，沖突和重發(fā)現(xiàn)象將大量發(fā)生，網(wǎng)絡效率將會下降，網(wǎng)絡傳輸延遲將會增長，網(wǎng)絡服網(wǎng)絡效率將會下降，網(wǎng)絡傳輸延遲將會增長，網(wǎng)絡服務質(zhì)量將會下降。務質(zhì)量將會下降。 43高速局域網(wǎng)的研究方法高速局域網(wǎng)的研究方法 第一種方案：提高第一種方案：提高Ethernet的數(shù)據(jù)傳輸速率：的數(shù)據(jù)傳輸速率： 10Mb/s100Mb/s10Gb/s ； 第二種方案：將一個大型局域網(wǎng)劃分成多個用網(wǎng)橋第二種方案：將一個大型局域網(wǎng)劃分成

26、多個用網(wǎng)橋 或路由器互連的子網(wǎng)，導致了局域網(wǎng)或路由器互連的子網(wǎng)，導致了局域網(wǎng) 互連技術(shù)的發(fā)展；互連技術(shù)的發(fā)展； 第三種方案：將第三種方案：將“共享介質(zhì)方式共享介質(zhì)方式”改為改為“交換方式交換方式”， 導致了導致了“交換式局域網(wǎng)交換式局域網(wǎng)”技術(shù)的發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展。 44交換式局域網(wǎng)交換式局域網(wǎng)基于硬件交換技術(shù)基于硬件交換技術(shù) 并發(fā)連接；并發(fā)連接； S = N10Mb/s共享式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)的比較共享式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)的比較45局域網(wǎng)產(chǎn)品類型與相互之間的關系局域網(wǎng)產(chǎn)品類型與相互之間的關系 局域網(wǎng)共享介質(zhì)局域網(wǎng)交換式局域網(wǎng)以太網(wǎng)令牌總線令牌環(huán)FDDI快速以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)FDDIFFOL交

27、換式以太網(wǎng)ATM局域網(wǎng)仿真IP over ATMMPOA虛擬局域網(wǎng)465.5.2 快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng) Fast Ethernet的傳輸速率比普通的傳輸速率比普通Ethernet快快10倍，數(shù)據(jù)倍，數(shù)據(jù)傳輸速率達到了傳輸速率達到了100Mb/s； Fast Ethernet保留著傳統(tǒng)的幀格式、介質(zhì)訪問控制方保留著傳統(tǒng)的幀格式、介質(zhì)訪問控制方法與組網(wǎng)方法；法與組網(wǎng)方法； 每個比特的發(fā)送時間由每個比特的發(fā)送時間由100ns降低到了降低到了10ns； 1995年年9月，月，IEEE 802委員會正式批準了委員會正式批準了Fast Ethernet標準標準IEEE 802.3u。 47Fast Eth

28、ernet的協(xié)議結(jié)構(gòu)的協(xié)議結(jié)構(gòu) IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MACMII（功能與A U I 相同 ）100 BASE-TX2對5 類 線或S T P100 BASE-FX光纖100 BASE-T44對3 ,4,5類 U T P100 BASE-T集線器485.5.3 千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng) 用用Ethernet組建企業(yè)網(wǎng)的全面解決方案組建企業(yè)網(wǎng)的全面解決方案： 桌面系統(tǒng)采用傳輸速率為桌面系統(tǒng)采用傳輸速率為10Mb/s的的Ethernet； 部門級網(wǎng)絡系統(tǒng)采用傳輸速率為部門級網(wǎng)絡系統(tǒng)采用傳輸速率為100Mb/s的的Fast Ethernet； 企業(yè)級網(wǎng)絡系統(tǒng)采用傳輸速率為企業(yè)

29、級網(wǎng)絡系統(tǒng)采用傳輸速率為1000Mb/s的的Gigabit Ethernet。 49Gigabit Ethernet的協(xié)議結(jié)構(gòu)的協(xié)議結(jié)構(gòu) IEEE 802.2 LLCIEEE 802.3 MACGMII（功能與AUI相同）1000 BASE-CX屏蔽雙絞線1000 BASE-SX多模光纖1000 BASE-T集線器1000 BASE-T非屏蔽雙絞線1000 BASE-LX單模光纖8B/10B編碼解碼方式PAM5編碼解碼方式505.5.4 10Gb/s Ethernet 10Gb/s Ethernet主要具有以下特點主要具有以下特點 10Gb/s Ethernet的幀格式與的幀格式與10Mb/s

30、、100Mb/s和和1Gb/s Ethernet相同；相同； 10Gb/s Ethernet保留了保留了802.3標準對標準對Ethernet最小幀長最小幀長度和最大幀長度的規(guī)定度和最大幀長度的規(guī)定 ； 10Gb/s Ethernet的傳輸介質(zhì)只使用光纖；的傳輸介質(zhì)只使用光纖； 10Gb/s Ethernet只工作在全雙工方式，因此不存在爭只工作在全雙工方式，因此不存在爭用問題用問題 。5110Gb/s Ethernet的物理層協(xié)議的物理層協(xié)議 10Gb/s Ethernet有以下兩種物理層協(xié)議標準：有以下兩種物理層協(xié)議標準： 局域網(wǎng)物理層標準局域網(wǎng)物理層標準 一個一個10Gb/s Ether

31、net交換機可以支持交換機可以支持10個個Gigabit Ethernet網(wǎng)端口；網(wǎng)端口； 可選的廣域網(wǎng)物理層標準可選的廣域網(wǎng)物理層標準 廣域網(wǎng)物理層符合光纖通道技術(shù)速率體的廣域網(wǎng)物理層符合光纖通道技術(shù)速率體的SONET/SDH的的OC-192/STM-64的標準。的標準。 525.6 交換式局域網(wǎng)的工作原理交換式局域網(wǎng)的工作原理 5.6.1 交換式局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)交換式局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 535.6.2 局域網(wǎng)交換機的工作原理局域網(wǎng)交換機的工作原理 地址表165432MAC幀DA=結(jié)點B轉(zhuǎn)發(fā)機構(gòu)緩沖器端口地址映射表端口MAC地址1結(jié)點A : 00-01-0C-12-D1-28234結(jié)點B :

32、06-21-0A-12-61-205結(jié)點C : 30-61-2C-61-02-166結(jié)點D : 01-31-00-0C-12-D1DAMAC幀DA=結(jié)點CDA結(jié)點A : 00-01-0C-12-D1-28結(jié)點B結(jié)點C結(jié)點D : 01-31-00-0C-12-D1局域網(wǎng)交換機局域網(wǎng)交換機結(jié)點E545.6.3 局域網(wǎng)交換機的技術(shù)特點局域網(wǎng)交換機的技術(shù)特點 低交換延遲低交換延遲 支持不同的傳輸速率和工作模式支持不同的傳輸速率和工作模式 支持虛擬局域網(wǎng)服務支持虛擬局域網(wǎng)服務 555.7 虛擬局域網(wǎng)的工作原理虛擬局域網(wǎng)的工作原理5.7.1 虛擬網(wǎng)絡的概念虛擬網(wǎng)絡的概念 虛擬網(wǎng)絡建立在局域網(wǎng)交換機之上虛擬

33、網(wǎng)絡建立在局域網(wǎng)交換機之上; ; 以軟件方式實現(xiàn)對邏輯工作組的劃分與管理以軟件方式實現(xiàn)對邏輯工作組的劃分與管理; ; 邏輯工作組的結(jié)點組成不受物理位置的限制邏輯工作組的結(jié)點組成不受物理位置的限制; ; 一個邏輯工作組的結(jié)點可以分布在不同的物理網(wǎng)段上，一個邏輯工作組的結(jié)點可以分布在不同的物理網(wǎng)段上，但它們之間的通信就像在同一個物理網(wǎng)段上一樣。但它們之間的通信就像在同一個物理網(wǎng)段上一樣。 565.7.2 虛擬局域網(wǎng)的實現(xiàn)技術(shù)虛擬局域網(wǎng)的實現(xiàn)技術(shù) 虛擬局域網(wǎng)的物理虛擬局域網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)57虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)方法虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)方法 用交換機端口號定義虛擬局域網(wǎng)；用交換機端口號定義

34、虛擬局域網(wǎng)； 用用 MAC地址定義虛擬局域網(wǎng)；地址定義虛擬局域網(wǎng)； 用網(wǎng)絡層地址定義虛擬局域網(wǎng)；用網(wǎng)絡層地址定義虛擬局域網(wǎng)； IP廣播組虛擬局域網(wǎng)。廣播組虛擬局域網(wǎng)。58用交換機端口號定義虛擬局域網(wǎng)成員用交換機端口號定義虛擬局域網(wǎng)成員 端口12345678局域網(wǎng)交換機局域網(wǎng)交換機(a)(a)端口12345678端口12345678(b)(b)局域網(wǎng)交換機1局域網(wǎng)交換機1局域網(wǎng)交換機2局域網(wǎng)交換機2VLAN1VLAN2VLAN1VLAN259虛擬局域網(wǎng)的優(yōu)點虛擬局域網(wǎng)的優(yōu)點 方便網(wǎng)絡用戶管理；方便網(wǎng)絡用戶管理； 減少網(wǎng)絡管理開銷；減少網(wǎng)絡管理開銷； 提供更好的安全性；提供更好的安全性； 改善網(wǎng)絡

35、服務質(zhì)量。改善網(wǎng)絡服務質(zhì)量。 605.8 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 5.8.1 無線局域網(wǎng)的應用無線局域網(wǎng)的應用 作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的擴充作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的擴充 建筑物之間的互連建筑物之間的互連 漫游訪問漫游訪問 特殊網(wǎng)絡特殊網(wǎng)絡 61典型的無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)典型的無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu) 移動結(jié)點高速主干局域網(wǎng)高速主干局域網(wǎng)單元移動結(jié)點發(fā)射/ 接收無線發(fā)射與接收的天線62特殊無線網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)特殊無線網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu) ad hoc 是一個臨時需要的對等網(wǎng)絡，無集中服務器的是一個臨時需要的對等網(wǎng)絡，無集中服務器的無線網(wǎng)絡；無線網(wǎng)絡； 主要用于軍事用途主要用于軍事用途 。 635.8.2 紅外無線局域網(wǎng)紅外無線局域網(wǎng) 紅外無線（

36、紅外無線（infrared radio,IR）是按視距方式傳播；是按視距方式傳播； 紅外線頻譜是非常寬，可以提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率；紅外線頻譜是非常寬，可以提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率； 紅外局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸有三種基本技術(shù)：紅外局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸有三種基本技術(shù)： 定向光束紅外傳輸技術(shù)；定向光束紅外傳輸技術(shù)； 全方位紅外傳輸技術(shù)；全方位紅外傳輸技術(shù)； 漫反射紅外傳輸技術(shù)。漫反射紅外傳輸技術(shù)。645.8.3 擴頻無線局域網(wǎng)擴頻無線局域網(wǎng) 1.跳頻跳頻通信通信 (frequence hopping spread spectum,FHSS ) IEEE 80211標準規(guī)定跳頻通信使用標準規(guī)定跳頻通信使用2.4

37、GHz的工業(yè)、的工業(yè)、科學與醫(yī)藥專用的科學與醫(yī)藥專用的ISM頻段頻段; 跳頻擴頻通信的數(shù)據(jù)傳輸速率為跳頻擴頻通信的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s或或2Mb/s。 f1f2f3f4f5f6f7f8頻率時間T652.直接序列擴頻直接序列擴頻(direct sequence spread spectrum,DSSS) 直接序列擴頻也使用直接序列擴頻也使用2.4GHz的工業(yè)、科學與醫(yī)藥專用的工業(yè)、科學與醫(yī)藥專用的的ISM頻段頻段; 數(shù)據(jù)傳輸速率為數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s或或2Mb/s; 系統(tǒng)實際發(fā)送的信號系統(tǒng)實際發(fā)送的信號d(t)是發(fā)送數(shù)據(jù)是發(fā)送數(shù)據(jù)a(t)與偽隨機碼與偽隨機碼c(t)模二加的結(jié)果模二加的結(jié)

38、果; a(t)c(t)d(t)665.8.4 無線局域網(wǎng)標準無線局域網(wǎng)標準IEEE 802.11 802.11層次模型結(jié)構(gòu)層次模型結(jié)構(gòu) 點協(xié)調(diào)功能 PCF分布協(xié)調(diào)功能 DCF(CSMA/CA)物 理 層MAC層無爭用服務爭用服務67CSMA/CA基本工作原理基本工作原理 802.11的的MAC層采用的是層采用的是CSMA/CA (collision avoidance,CA)的沖突避免方法的沖突避免方法; 沖突避免要求每一個發(fā)送結(jié)點在發(fā)送幀之前需要先偵沖突避免要求每一個發(fā)送結(jié)點在發(fā)送幀之前需要先偵聽信道。如果信道空閑，結(jié)點可以發(fā)送幀聽信道。如果信道空閑，結(jié)點可以發(fā)送幀; 發(fā)送站在發(fā)送完一幀之后

39、，必須再等待一個短的時間發(fā)送站在發(fā)送完一幀之后，必須再等待一個短的時間間隔，檢查接收站是否發(fā)回幀的確認間隔，檢查接收站是否發(fā)回幀的確認ACK。如果接收如果接收到確認，則說明此次發(fā)送沒有出現(xiàn)沖突，發(fā)送成功到確認，則說明此次發(fā)送沒有出現(xiàn)沖突，發(fā)送成功; 如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有接收到確認，表明出現(xiàn)沖突，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有接收到確認，表明出現(xiàn)沖突，發(fā)送失敗，重發(fā)該幀。直到在規(guī)定的最大重發(fā)次數(shù)之發(fā)送失敗，重發(fā)該幀。直到在規(guī)定的最大重發(fā)次數(shù)之內(nèi)，發(fā)送成功。內(nèi)，發(fā)送成功。 68CSMA/CA基本工作原理示意圖基本工作原理示意圖 信道空閑源結(jié)點SIFSPIFSDIFS發(fā)送第1幀SIFSSIFSPIFSDI

40、FSNAV(信道忙)爭用窗口發(fā)送下一幀時間時間時間目的結(jié)點其他結(jié)點有幀要發(fā)送有幀要發(fā)送推遲接入695.9 局域網(wǎng)互連與網(wǎng)橋的基本工作原理局域網(wǎng)互連與網(wǎng)橋的基本工作原理 5.9.1 局域網(wǎng)互連的基本概念局域網(wǎng)互連的基本概念 局域網(wǎng)互連的應用環(huán)境局域網(wǎng)互連的應用環(huán)境 一個單位的多個部門局域網(wǎng)的互連；一個單位的多個部門局域網(wǎng)的互連； 辦公樓之間局域網(wǎng)的互連；辦公樓之間局域網(wǎng)的互連； 將數(shù)千臺計算機按地理位置或組織關系劃分為多個子將數(shù)千臺計算機按地理位置或組織關系劃分為多個子網(wǎng)的互連；網(wǎng)的互連； 超過單個局域網(wǎng)的最大覆蓋范圍的多個局域網(wǎng)互連；超過單個局域網(wǎng)的最大覆蓋范圍的多個局域網(wǎng)互連； 企業(yè)中部門的

41、信息對安全、保密方面要求不同的局域企業(yè)中部門的信息對安全、保密方面要求不同的局域網(wǎng)互連。網(wǎng)互連。705.9.2 網(wǎng)橋的基本工作原理網(wǎng)橋的基本工作原理 網(wǎng)橋基本特征網(wǎng)橋基本特征： 網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)局域網(wǎng)互連；網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)局域網(wǎng)互連； 網(wǎng)橋能夠互連兩個采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳網(wǎng)橋能夠互連兩個采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡；輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡； 網(wǎng)橋以接收、存儲、地址過濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實現(xiàn)互連網(wǎng)橋以接收、存儲、地址過濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實現(xiàn)互連的網(wǎng)絡之間的通信；的網(wǎng)絡之間的通信； 網(wǎng)橋需要互連的網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同的協(xié)網(wǎng)橋需要互連的網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)鏈

42、路層以上采用相同的協(xié)議；議； 網(wǎng)橋可以分隔兩個網(wǎng)絡之間的廣播通信量，有利于改網(wǎng)橋可以分隔兩個網(wǎng)絡之間的廣播通信量，有利于改善互連網(wǎng)絡的性能與安全性。善互連網(wǎng)絡的性能與安全性。 71網(wǎng)橋的工作過程網(wǎng)橋的工作過程 725.9.3 網(wǎng)橋的層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)橋的層次結(jié)構(gòu) .EthernetEthernet主機A網(wǎng)橋Token Ring結(jié)點B主機A主機A分組分組分組分組分組802.3網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層LLC子層LLC子層MAC子層MAC子層802.3物理層物理層分組分組分組分組分組802.4主機B主機B分組分組分組分組傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)分組網(wǎng)橋網(wǎng)橋802.3802.3802.3802.4802.4802.4802.4傳

43、輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)73網(wǎng)橋幀轉(zhuǎn)發(fā)過程網(wǎng)橋幀轉(zhuǎn)發(fā)過程 745.9.3 網(wǎng)橋的路由選擇策略網(wǎng)橋的路由選擇策略 1.網(wǎng)橋的基本分類網(wǎng)橋的基本分類 透明網(wǎng)橋（透明網(wǎng)橋（transparent bridge） 源路選網(wǎng)橋（源路選網(wǎng)橋（source routing bridge） 752.透明網(wǎng)橋的主要特點透明網(wǎng)橋的主要特點 透明網(wǎng)橋由各個網(wǎng)橋自己來決定路由選擇，局域網(wǎng)上的透明網(wǎng)橋由各個網(wǎng)橋自己來決定路由選擇，局域網(wǎng)上的各結(jié)點不負責路由選擇，網(wǎng)橋?qū)τ诨ミB局域網(wǎng)的各結(jié)點各結(jié)點不負責路由選擇，網(wǎng)橋?qū)τ诨ミB局域網(wǎng)的各結(jié)點來說是來說是“透明透明”的；的； 透明網(wǎng)橋一般用在兩個使用同樣的透明網(wǎng)橋一般用在兩個使用同樣的MAC層協(xié)議的網(wǎng)段之層協(xié)議的網(wǎng)段之間的互連。例如連接兩個間的互連。例如連接兩個Ethernet網(wǎng)段，或兩個令牌環(huán)網(wǎng)段，或兩個令牌環(huán)網(wǎng)；網(wǎng)； 透明網(wǎng)橋的最大優(yōu)點是容易安裝，是一種即插即用設備。透明網(wǎng)橋的最大優(yōu)點是容易安裝，是一種即插即用設備。 76生成樹（生成樹（spanning tree）算法算法 網(wǎng)橋互聯(lián)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)橋互聯(lián)的環(huán)狀結(jié)構(gòu) 77網(wǎng)絡拓撲與對應的生成樹網(wǎng)絡拓撲與對應的生成樹（a）帶環(huán)圖（