介質(zhì)訪問控制子層

1、介質(zhì)訪問控制子層1第1頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日本章學(xué)習(xí)要求：了解：局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的主要技術(shù)特點。了解：局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的類型與特點。了解：IEEE 802參考模型與協(xié)議的基本概念。掌握：Ethernet局域網(wǎng)的基本工作原理。掌握：交換局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)的基本工作原理。掌握：網(wǎng)橋的基本工作原理。第2頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日25.1 局域網(wǎng)與城域網(wǎng)基本概念 決定局域網(wǎng)與城域網(wǎng)性能的三要素 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?傳輸介質(zhì) 介質(zhì)訪問控制方法 第3頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日35.1.2 局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型與特點 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2、：總線型環(huán)型星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)：雙絞線同軸電纜光纖第4頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日4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)？(集中管理或分布競爭)發(fā)送時會不會出現(xiàn)沖突？ (分布競爭的必然)出現(xiàn)沖突怎么辦？(檢測、延時重發(fā))第5頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日5總線型拓?fù)錁?gòu)型特點：總線型局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法采用的是“共享介質(zhì)”方式；所有結(jié)點都連接到一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上；所有結(jié)點都可以通過總線傳輸介質(zhì)以“廣播”方式發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，因此出現(xiàn)“沖突（collision）”是不可避免的；“沖突”會造成傳輸失??；必須解決多個

3、結(jié)點訪問總線的介質(zhì)訪問控制（MAC， medium access control）問題。第6頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日6總線結(jié)構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；易于擴(kuò)展；可靠性較好。沖突第7頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日7環(huán)型拓?fù)錁?gòu)型結(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)；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；環(huán)建立、維護(hù)、結(jié)點的插入與撤出。 第8頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日8 星型拓?fù)錁?gòu)型 邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)的關(guān)系交換局域網(wǎng)(switched LAN)的物理結(jié)構(gòu) 第9頁，共48頁，2022年，5月

4、20日，13點2分，星期日95.1.3 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 同軸電纜雙絞線光纖無線通信信道雙絞線已能用于數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s、1Gb/s 的高速局域網(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(yuǎn)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。 第10頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日10介質(zhì)訪問控制方法:帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD令牌總線 token bus令牌環(huán) token ring 第11頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日115.1.4 IEEE 802參考模

5、型IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)所描述的局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型的關(guān)系 ：第12頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日12IEEE 802委員會為局域網(wǎng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，它們統(tǒng)稱為IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)；IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系： 第13頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日13802.2 LLC:確定數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)的類型：面向連接確認(rèn)服務(wù)； 無連接確認(rèn)服務(wù)； 無連接不確認(rèn)服務(wù)。支持廣播和組播功能。第14頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日145.2 Ethernet局域網(wǎng) 5.2.1 Ethernet的發(fā)展 Ethernet的核心

6、技術(shù)是CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法；起源于夏威夷大學(xué)校園網(wǎng)的無線隨機(jī)爭用技術(shù)ALOHA；1979年，Xerox公司宣布了Ethernet產(chǎn)品；20世紀(jì)90年代，10Base-T標(biāo)準(zhǔn)使得Ethernet性能價格比大大提高；目前，交換式Ethernet與最高速率為10Gb/s的高速Ethernet的出現(xiàn)，更確立了它在局域網(wǎng)中的主流地位。第15頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日155.2.2 Ethernet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 第16頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日16CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為

7、： 先聽后發(fā) (CS) 多路訪問 (MA) 邊聽邊發(fā) (CD) 沖突停止 延遲重發(fā) 比喻：黑屋子發(fā)言第17頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日17Ethernet結(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送流程第18頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日18載波偵聽過程 目的：檢查是否已經(jīng)有結(jié)點利用總線在發(fā)送數(shù)據(jù)。第19頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日19沖突檢測：比較法和編碼違例判決法第20頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日20沖突窗口的概念第21頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日21隨機(jī)延遲重發(fā)截止二進(jìn)制指數(shù)后退延遲

8、算法 2kRa 其中：為結(jié)點重新發(fā)送的延遲時間，a為沖突窗口值(2D/V,一般固定)，R為隨機(jī)數(shù)(01);限定k的范圍,k=min（n，10）第n次重發(fā)延遲是分布在0與2min（n，10）-1個時間片之間，最大可能延遲時間為1023 個時間片;在到后退延遲時間之后，結(jié)點將重新判斷總線狀態(tài)，重復(fù)發(fā)送流程;當(dāng)沖突次數(shù)超過16時，表示發(fā)送失敗，放棄該幀發(fā)送。 第22頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日222.Ethernet幀結(jié)構(gòu)前導(dǎo)碼與幀前定界符字段目的地址和源地址字段 長度字段LLC數(shù)據(jù)字段幀校驗字段第23頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日233.Eth

9、ernet接收流程第24頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日245.2.3 Ethernet實現(xiàn)方法第25頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日255.2.4 Ethernet物理地址 Ethernet地址 = 制造廠商 ID + 網(wǎng)卡 ID = 24bit + 24bit典型的Ethernet地址 ：00-60-8C-01-28-12Ethernet地址具有惟一性，取決于所使用的網(wǎng)卡。第26頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日265.5 高速局域網(wǎng)的工作原理推動局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的因素個人計算機(jī)的廣泛應(yīng)用； 在過去二十年中，計算機(jī)的處理速

10、度提高了百萬倍，而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率只提高了上千倍；基于Web的Internet/Intranet應(yīng)用也要求更高的帶寬；在數(shù)據(jù)倉庫、桌面電視會議、3D圖形與高清晰度圖像這類應(yīng)用中，人們需要有更高帶寬的局域網(wǎng)。第27頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日27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“共享介質(zhì)”的基礎(chǔ)上，典型的介質(zhì)訪問控制方法是CSMS/CD缺點一：網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷加重時，沖突和重發(fā)現(xiàn)象將大量發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)效率下降。 缺點二：共享介質(zhì)上的信號都是廣播的容易監(jiān)聽，安全問題。缺點三：帶寬不能滿足要求。第28頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日28高速局

11、域網(wǎng)的發(fā)展方案第一種方案：提高Ethernet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)橋或路由器互連的子網(wǎng)，導(dǎo)致了局域網(wǎng)互連技術(shù)的發(fā)展；第三種方案：將“共享介質(zhì)方式”改為“交換方式”，導(dǎo)致了“交換式局域網(wǎng)”技術(shù)的發(fā)展。 第29頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日29交換式局域網(wǎng)基于硬件交換技術(shù)并發(fā)連接； S = N10Mb/s共享式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)的比較第30頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日30局域網(wǎng)產(chǎn)品類型與相互之間的關(guān)系 第31頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期

12、日315.6 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) 第32頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日325.6.2 局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理 第33頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日335.6.2 局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理支持端口間的多個并發(fā)的點對點連接端口/MAC地址映射表學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)丟棄廣播更新 第34頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日345.6.3 局域網(wǎng)交換機(jī)的技術(shù)特點 低交換延遲 支持不同的傳輸速率和工作模式（自動偵測） 支持虛擬局域網(wǎng)服務(wù) 第35頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日355.7

13、 虛擬局域網(wǎng)的工作原理5.7.1 虛擬網(wǎng)絡(luò)的概念虛擬網(wǎng)絡(luò)建立在局域網(wǎng)交換機(jī)之上;以軟件方式實現(xiàn)對邏輯工作組的劃分與管理;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。 第36頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日365.7.2 虛擬局域網(wǎng)的實現(xiàn)技術(shù) 虛擬局域網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)第37頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日37虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)劃分方法 用交換機(jī)端口號定義虛擬局域網(wǎng)；用 MAC地址定義虛擬局域網(wǎng)；用網(wǎng)絡(luò)層地址定義虛擬局域網(wǎng)；IP廣播組虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的實現(xiàn)方法：交換機(jī)在原來的幀格式中添加VLA

14、N頭部第38頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日38用交換機(jī)端口號定義虛擬局域網(wǎng)成員 第39頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日39虛擬局域網(wǎng)的優(yōu)點 方便網(wǎng)絡(luò)用戶管理；減少網(wǎng)絡(luò)管理開銷； 提供更好的安全性； 改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（效率）。 第40頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日405.9 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)互連的應(yīng)用環(huán)境 連接：多個局域網(wǎng)的互連；拆分：將數(shù)千臺計算機(jī)按地理位置或組織關(guān)系劃分為多個子網(wǎng)的互連；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。第41頁，共48頁，2

15、022年，5月20日，13點2分，星期日415.9.2 網(wǎng)橋的基本工作原理 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；翻譯器：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(luò)； 交換機(jī)：以接收、存儲、過濾（202）與轉(zhuǎn)發(fā)（104）的方式實現(xiàn)互連的網(wǎng)絡(luò)之間的通信；網(wǎng)橋可以分隔兩個網(wǎng)絡(luò)之間的廣播通信量，有利于改善互連網(wǎng)絡(luò)的性能與安全性。 第42頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日42網(wǎng)橋的工作過程：作為翻譯器第43頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日43網(wǎng)橋作為不同網(wǎng)絡(luò)間的翻譯器幀格式（字段填充、順序）傳輸速度最大幀長（幀重組）

16、校驗確認(rèn)5.9.3 網(wǎng)橋的層次結(jié)構(gòu) 第44頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日44網(wǎng)橋的工作過程：作為交換機(jī)第45頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日455.9.6 多端口網(wǎng)橋與第二層交換 交換機(jī)可以認(rèn)為是一個多端口的網(wǎng)橋 ；交換機(jī)采用基于硬件轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，其交換時延可以減少到s量級 ；由于交換機(jī)完成幀一級的交換，它是工作在數(shù)據(jù)鏈路層，因此也叫做第二層交換機(jī)。 第46頁，共48頁，2022年，5月20日，13點2分，星期日46小結(jié) 局域網(wǎng)設(shè)計的主要目標(biāo)是覆蓋一個公司、一所大學(xué)、一幢辦公大樓的“有限的地理范圍”；決定局域網(wǎng)特性的三要素是：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、傳輸介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法 ；從采用的介質(zhì)訪問控制方法的角度，可以分為共享介質(zhì)式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類 ；目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)是10Mb/s速率的Ethernet網(wǎng)，