介質(zhì)訪問(wèn)控制子層

介質(zhì)訪問(wèn)控制子層1第一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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(diǎn)。了解：局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的類型與特點(diǎn)。了解：IEEE802參考模型與協(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。第二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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)鋫鬏斀橘|(zhì)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法

第三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日35.1.2局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型與特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：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四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日4介質(zhì)訪問(wèn)控制方法要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：該哪個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)？(集中管理或分布競(jìng)爭(zhēng))發(fā)送時(shí)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)沖突？(分布競(jìng)爭(zhēng)的必然)出現(xiàn)沖突怎么辦？(檢測(cè)、延時(shí)重發(fā))第五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日5總線型拓?fù)錁?gòu)型特點(diǎn)：總線型局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法采用的是“共享介質(zhì)”方式；所有結(jié)點(diǎn)都連接到一條作為公共傳輸介質(zhì)的總線上；所有結(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)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(huì)造成傳輸失??；必須解決多個(gè)結(jié)點(diǎn)訪問(wèn)總線的介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC，mediumaccesscontrol）問(wèn)題。第六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日6總線結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；易于擴(kuò)展；可靠性較好。沖突第七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日7環(huán)型拓?fù)錁?gòu)型結(jié)點(diǎn)使用點(diǎn)—點(diǎn)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(gè)方向繞環(huán)逐站傳輸；多個(gè)結(jié)點(diǎn)共享一條環(huán)通路；環(huán)建立、維護(hù)、結(jié)點(diǎn)的插入與撤出。

第八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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)(switchedLAN)的物理結(jié)構(gòu)

第九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日95.1.3傳輸介質(zhì)類型與介質(zhì)訪問(wèn)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(wú)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(dòng)結(jié)點(diǎn)的局域網(wǎng)中采用無(wú)線技術(shù)的趨勢(shì)已經(jīng)明朗。

第十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日10介質(zhì)訪問(wèn)控制方法:帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)CSMA/CD令牌總線tokenbus令牌環(huán)tokenring

第十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日115.1.4IEEE802參考模型IEEE802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：第十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日12IEEE802委員會(huì)為局域網(wǎng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，它們統(tǒng)稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系：

第十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日13802.2LLC: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(wú)連接確認(rèn)服務(wù)；

無(wú)連接不確認(rèn)服務(wù)。支持廣播和組播功能。第十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日145.2Ethernet局域網(wǎng)

5.2.1Ethernet的發(fā)展

Ethernet的核心技術(shù)是CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法；起源于夏威夷大學(xué)校園網(wǎng)的無(wú)線隨機(jī)爭(zhēng)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(jià)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。第十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日155.2.2Ethernet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

第十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日16CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為：先聽(tīng)后發(fā)(CS)

多路訪問(wèn)(MA)

邊聽(tīng)邊發(fā)(CD)沖突停止延遲重發(fā)比喻：黑屋子發(fā)言第十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日17Ethernet結(jié)點(diǎn)

數(shù)據(jù)發(fā)送流程第十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日18載波偵聽(tīng)過(guò)程

目的：檢查是否已經(jīng)有結(jié)點(diǎn)利用總線在發(fā)送數(shù)據(jù)。第十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日19沖突檢測(cè)：比較法和編碼違例判決法第二十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日20沖突窗口的概念第二十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日21隨機(jī)延遲重發(fā)截止二進(jìn)制指數(shù)后退延遲算法τ＝2k·R·a

其中：τ為結(jié)點(diǎn)重新發(fā)送的延遲時(shí)間，a為沖突窗口值(2D/V,一般固定)，R為隨機(jī)數(shù)(0~1);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(gè)時(shí)間片之間，最大可能延遲時(shí)間為1023個(gè)時(shí)間片;在到后退延遲時(shí)間之后，結(jié)點(diǎn)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(guò)16時(shí)，表示發(fā)送失敗，放棄該幀發(fā)送。第二十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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(zhǎng)度字段LLC數(shù)據(jù)字段幀校驗(yàn)字段第二十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日233.Ethernet

接收流程第二十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日245.2.3

Ethernet

實(shí)現(xiàn)方法第二十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日255.2.4Ethernet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。第二十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日265.5

高速局域網(wǎng)的工作原理

推動(dòng)局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的因素

個(gè)人計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用；在過(guò)去二十年中，計(jì)算機(jī)的處理速度提高了百萬(wàn)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(cāng)庫(kù)、桌面電視會(huì)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)。第二十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日27傳統(tǒng)共享式局域網(wǎng)的缺點(diǎn)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(wèn)控制方法是CSMS/CD缺點(diǎn)一：網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷加重時(shí)，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(diǎn)二：共享介質(zhì)上的信號(hào)都是廣播的容易監(jiān)聽(tīng)，安全問(wèn)題。缺點(diǎn)三：帶寬不能滿足要求。第二十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日28高速局域網(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/s→100Mb/s→10Gb/s；第二種方案：將一個(gè)大型局域網(wǎng)劃分成多個(gè)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。

第二十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日29交換式局域網(wǎng)—基于硬件交換技術(shù)并發(fā)連接；S=N×10Mb/s共享式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)的比較第三十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日30局域網(wǎng)產(chǎn)品類型與相互之間的關(guān)系

第三十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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)

第三十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日325.6.2局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理

第三十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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(gè)并發(fā)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接端口/MAC地址映射表學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)丟棄廣播更新第三十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日345.6.3局域網(wǎng)交換機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

低交換延遲

支持不同的傳輸速率和工作模式（自動(dòng)偵測(cè)）支持虛擬局域網(wǎng)服務(wù)第三十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日355.7

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(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯工作組的劃分與管理;一個(gè)邏輯工作組的結(jié)點(diǎn)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(gè)物理網(wǎng)段上一樣。

第三十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日365.7.2虛擬局域網(wǎng)的實(shí)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)第三十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日37虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)劃分方法

用交換機(jī)端口號(hào)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(shí)現(xiàn)方法：交換機(jī)在原來(lái)的幀格式中添加VLAN頭部第三十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日38用交換機(jī)端口號(hào)定義虛擬局域網(wǎng)成員

第三十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日39虛擬局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

方便網(wǎng)絡(luò)用戶管理；減少網(wǎng)絡(luò)管理開(kāi)銷；提供更好的安全性；

改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（效率）。第四十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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(gè)局域網(wǎng)的互連；拆分：將數(shù)千臺(tái)計(jì)算機(jī)按地理位置或組織關(guān)系劃分為多個(gè)子網(wǎng)的互連；企業(yè)中部門的信息對(duì)安全、保密方面要求不同的局域網(wǎng)互連。第四十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互連；翻譯器：網(wǎng)橋能夠互連兩個(gè)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(chǔ)、過(guò)濾（202）與轉(zhuǎn)發(fā)（104）的方式實(shí)現(xiàn)互連的網(wǎng)絡(luò)之間的通信；網(wǎng)橋可以分隔兩個(gè)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。第四十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日42網(wǎng)橋的工作過(guò)程：作為翻譯器第四十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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(zhǎng)（幀重組）校驗(yàn)確認(rèn)5.9.3網(wǎng)橋的層次結(jié)構(gòu)

第四十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日44網(wǎng)橋的工作過(guò)程：作為交換機(jī)第四十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28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(gè)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(shí)延可以減少到μs量級(jí)；由于交換機(jī)完成幀一級(jí)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)。第四十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日46小結(jié)

局域網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是覆蓋一個(gè)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(wèn)控制方法；從采用的介質(zhì)訪問(wèn)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