第五章 介質(zhì)訪問控制技術(shù)

第五章介質(zhì)訪問控制技術(shù)第1頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三本章學(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：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。了解：令牌環(huán)網(wǎng)與FDDI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)橋的基本工作原理。2第2頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三5.1局域網(wǎng)與城域網(wǎng)基本概念

一、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)訪問控制方法

3第3頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二、局域網(wǎng)的拓?fù)淦ヅ潆娮韪删€耦合器總線網(wǎng)集線器星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)4第4頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三總線型拓?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；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“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??；必須解決多個結(jié)點訪問總線的介質(zhì)訪問控制（MAC，mediumaccesscontrol）問題。5第5頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三總線結(jié)構(gòu)與沖突6第6頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三介質(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)？發(fā)送時會不會出現(xiàn)沖突？出現(xiàn)沖突怎么辦？總線型拓?fù)涞膬?yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易；易于擴(kuò)展，可靠性較好。7第7頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三環(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。

8第8頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三星型拓?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)

9第9頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三三、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討論：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。

10第10頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三介質(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tokenbus令牌環(huán)tokenring

11第11頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三信道共享技術(shù)分類信道共享時分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用ATDM隨機(jī)接入受控接入CATVSTDMCBXCSMA/CD集中控制分散控制輪詢令牌靜態(tài)分配動態(tài)分配CSMA以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)12第12頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三LAN參考模型IEEE802標(biāo)準(zhǔn)

網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層高層OSIIEEE802由NOS來實現(xiàn)邏輯鏈路控制LLC介質(zhì)訪問控制MAC物理層PHY13第13頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三IEEE802委員會為局域網(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：

14第14頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三

一、以太網(wǎng)的工作原理

1.兩個標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)。DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)與IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)

5.2Ethernet局域網(wǎng)15第15頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的16第16頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三局域網(wǎng)對LLC子層

是透明的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物理層站點1網(wǎng)絡(luò)層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)17第17頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標(biāo)準(zhǔn)中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標(biāo)準(zhǔn)）的作用已經(jīng)不大了。很多廠商生產(chǎn)的網(wǎng)卡上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。18第18頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二、Ethernet的發(fā)展

Ethernet的核心技術(shù)是CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法；隨機(jī)爭用技術(shù)起源于夏威夷大學(xué)校園網(wǎng)ALOHA；1972年，Xerox公司開始Ethernet實驗網(wǎng)的研究；1979年，Xerox公司宣布了Ethernet產(chǎn)品；1980年，Xerox、DEC與Intel聯(lián)合宣布EthernetV2.0規(guī)范；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。19第19頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二、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

最初的以太網(wǎng)是將許多計算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。20第20頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三最初的以太網(wǎng)是將許多計算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。二、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B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)21第21頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送總線上的每一個工作的計算機(jī)都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。由于只有計算機(jī)D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有D才接收這個數(shù)據(jù)幀。其他所有的計算機(jī)（A,C和E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。22第22頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三為了通信的簡便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號，也不要求對方發(fā)回確認(rèn)。這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯的概率是很小的。

23第23頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三以太網(wǎng)提供的服務(wù)以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當(dāng)目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當(dāng)作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。24第24頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三Ethernet/802.3操作每個站點都可以接收到所有來自其他站點的數(shù)據(jù)為決定那個站點接收，需要尋址機(jī)制來標(biāo)識目的站點目的站點將該幀復(fù)制，其他站點則丟棄該幀信號由終端電阻吸收ABCABCABCABCAA(1)C發(fā)現(xiàn)總線空閑(2)C發(fā)送幀，目的地址為A(3)B忽略該幀(4)A復(fù)制該幀A終端電阻25第25頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為：先聽后發(fā)邊聽邊發(fā)沖突停止延遲重發(fā)26第26頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三CSMA/CD的流程圖媒體忙？發(fā)送幀碰撞？發(fā)送完？發(fā)送JamN≥16?YesNoNoYes發(fā)送成功Yes發(fā)送失敗No延遲隨機(jī)時間NoYes發(fā)送幀碰撞次數(shù)N++27第27頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。“多點接入”表示許多計算機(jī)以多點接入的方式連接在一根總線上。“載波監(jiān)聽”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞?？偩€上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。28第28頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三沖突檢測“碰撞檢測”就是計算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。當(dāng)幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當(dāng)一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認(rèn)為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。29第29頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三沖突檢測：比較法和編碼違例判決法30第30頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三沖突窗口的概念31第31頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三檢測到?jīng)_突后在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)時間后再次發(fā)送。32第32頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當(dāng)某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達(dá)B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。33第33頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三1kmABt碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=t=0單程端到端傳播時延記為

34第34頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三1kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=ABABABt=0A檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=B檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為

35第35頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三重要特性使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）。每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。36第36頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三爭用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2（兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。37第37頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機(jī)時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義重傳次數(shù)k，k10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k1)]中隨機(jī)地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。

38第38頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三爭用期的長度以太網(wǎng)取51.2s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。39第39頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三最短有效幀長如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。40第40頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三強(qiáng)化碰撞當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時，除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。41第41頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三2.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42第42頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三Ethernet幀結(jié)構(gòu)的討論：前導(dǎo)碼與幀前定界符字段

前導(dǎo)碼：7個字節(jié)，10101010…101010比特序列。

幀前定界符：1字節(jié)，10101011。目的地址和源地址字段

地址字段長度：2個字節(jié)或6個字節(jié)。

目的地址類型：單一結(jié)點地址（unicastaddress）；多點地址（multicastaddress）；廣播地址（broadcastaddress）。43第43頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三長度字段

幀的最小長度為64字節(jié)，最大長度為1518字節(jié)。LLC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46個字節(jié)少于46個字節(jié)，需要填充。幀校驗字段

采用32位的CRC校驗校驗的范圍是：目的地址、源地址、長度、LLC數(shù)據(jù)等字段。44第44頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三3.Ethernet

接收流程45第45頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三Ethernet實現(xiàn)方法46第46頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三Ethernet網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)

47第47頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三四、Ethernet物理地址

Ethernet地址→網(wǎng)絡(luò)物理地址→物理網(wǎng)絡(luò)地址;Ethernet地址=ManufactureID+NICID24bit+24bit公司：Cisco00-00-0cNovell00-00-1B00-00-D83Com00-20-AF

00-60-8CIBM08-00-5A典型的Ethernet地址：

00-60-8C-01-28-12

000000001010000010001100

000000010010100000010010Ethernet地址具有惟一性，取決于你所使用的網(wǎng)卡。48第48頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三Ethernet物理地址的十六進(jìn)制與二進(jìn)制的表示方法

49第49頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三五、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器及其應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)分析器或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器是一種用來測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行狀態(tài)的設(shè)備；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分析器連接到被測試的網(wǎng)絡(luò)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)或平均幀長度等統(tǒng)計數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)分析器的另外一個重要的作用是對特定協(xié)議（TCP/IP、FTP、HTTP）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。50第50頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)絡(luò)分析器的連入方式51第51頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)絡(luò)分析器捕獲的幀數(shù)據(jù)52第52頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)絡(luò)分析器顯示的Ethernet幀結(jié)構(gòu)53第53頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三六、傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法

傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜或細(xì)纜）銅線（雙絞線）光纜這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。10BASE5粗纜10BASE2細(xì)纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜以太網(wǎng)媒體接入控制MAC54第54頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三802.3的介質(zhì)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)范10Base5粗同軸10Base2細(xì)同軸10BaseT雙絞線10BaseFMMF100BaseT雙絞線100BaseFMMF/SMF1000BaseX屏蔽短雙絞線/MMF/SMF1000BaseT雙絞線數(shù)據(jù)率（Mbps）基帶或?qū)拵ase，Broad段最大長度（百米）或介質(zhì)類型（T，F(xiàn)，X）10

Base

555第55頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)

的示意圖主機(jī)箱主機(jī)箱主機(jī)箱雙絞線集線器BNCT型接頭收發(fā)器電纜網(wǎng)卡插入式分接頭MAUMDI保護(hù)外層外導(dǎo)體屏蔽層內(nèi)導(dǎo)體收發(fā)器DB-15連接器BNC連接器插口RJ-45插頭56第56頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三以太網(wǎng)的最大作用距離250m750m500m500m500m50m50m50m網(wǎng)段1轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)段2網(wǎng)段3轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器57第57頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三細(xì)纜以太網(wǎng)10BASE2用更便宜的直徑為5mm的細(xì)同軸電纜(特性阻抗仍為50W)，可代替粗同軸電纜。將媒體連接單元MAU和媒體相關(guān)接口MDI都安裝在網(wǎng)卡上，取消了外部的AUI電纜。細(xì)纜直接用標(biāo)準(zhǔn)BNCT型接頭連接到網(wǎng)卡上的BNC連接器的插口。58第58頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)卡的功能數(shù)據(jù)的封裝與解封發(fā)送時將上一層交下來的數(shù)據(jù)加上首部和尾部，成為以太網(wǎng)的幀。接收時將以太網(wǎng)的幀剝?nèi)ナ撞亢臀膊?，然后送交上一層。鏈路管理主要是CSMA/CD協(xié)議的實現(xiàn)。編碼與譯碼即曼徹斯特編碼與譯碼。59第59頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三星形網(wǎng)10BASE-T不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。在星形網(wǎng)的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)。集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。60第60頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位10BASE-T的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過100m。這種10Mb/s速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。61第61頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三集線器的一些特點集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。62第62頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三具有三個端口的集線器集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線63第63頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三5.3令牌總線網(wǎng)

一、令牌總線的工作原理

64第64頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三TokenRing/802.5的操作舉例AT=0TAT=0TAT=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）幀循環(huán)一圈后A將數(shù)據(jù)幀回收并放出空令牌A有數(shù)據(jù)要發(fā)送，它抓住空令牌A將令牌修改為數(shù)據(jù)幀，并加掛數(shù)據(jù)65第65頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二、令牌總線的環(huán)維護(hù)工作

環(huán)初始化

新結(jié)點加入環(huán)

結(jié)點從環(huán)中撤出環(huán)恢復(fù)

優(yōu)先級

66第66頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三實際結(jié)構(gòu)——星型環(huán)路ABCDE集線器67第67頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三3.令牌總線（TokenBus）IEEE802.4特點：物理上是總線網(wǎng)，邏輯上是令牌網(wǎng)物理層：傳輸媒體為75寬帶同軸電纜，數(shù)據(jù)速率為1Mb/s、5Mb/s或10Mb/s；傳輸機(jī)制為以太網(wǎng)和令牌環(huán)的結(jié)合：物理傳輸采用廣播方式；介質(zhì)訪問控制采用令牌方式。 68第68頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三5.4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)

69第69頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三FDDI主要技術(shù)特點

使用802.5的單令牌環(huán)網(wǎng)介質(zhì)訪問控制協(xié)議；使用802.2協(xié)議，與符合802標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)兼容；數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s，連網(wǎng)的結(jié)點數(shù)最大為1000，環(huán)路長度為100km；可以使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，具有容錯能力；可以使用多模或單模光纖；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。

70第70頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三FDDI主要應(yīng)用環(huán)境

計算機(jī)機(jī)房網(wǎng)

辦公室或建筑物群的主干網(wǎng)校園網(wǎng)的主干網(wǎng)多校園的主干網(wǎng)

71第71頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三5.5高速局域網(wǎng)的工作原理

一、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

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；從理論上講，一臺微通道或EISA總線的微型機(jī)能產(chǎn)生大約250Mb/s的流量；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)。72第72頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三傳統(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、TokenRing、TokenBus；介質(zhì)訪問控制方法用來保證每個結(jié)點都能夠“公平”地使用公共傳輸介質(zhì)；每個結(jié)點平均能分配到的帶寬隨著結(jié)點數(shù)的不斷增加而急劇減少；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)效率將會下降，網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲將會增長，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量將會下降。73第73頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三高速局域網(wǎng)的研究方法第一種方案：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。

74第74頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三交換式局域網(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75第75頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三局域網(wǎng)產(chǎn)品類型與相互之間的關(guān)系76第76頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二、快速以太網(wǎng)

FastEthernet的傳輸速率比普通Ethernet快10倍，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了100Mb/s；FastEthernet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；每個比特的發(fā)送時間由100ns降低到了10ns；1995年9月，IEEE802委員會正式批準(zhǔn)了FastEthernet標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u。77第77頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三FastEthernet的協(xié)議結(jié)構(gòu)78第78頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三三、千兆以太網(wǎng)

用Ethernet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10Mb/s的Ethernet；部門級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用傳輸速率為100Mb/s的FastEthernet；企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用傳輸速率為1000Mb/s的GigabitEthernet。79第79頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三GigabitEthernet的協(xié)議結(jié)構(gòu)

80第80頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三四、10Gb/sEthernet

10Gb/sEthernet主要具有以下特點10Gb/sEthernet的幀格式與10Mb/s、100Mb/s和1Gb/sEthernet相同；10Gb/sEthernet保留了802.3標(biāo)準(zhǔn)對Ethernet最小幀長度和最大幀長度的規(guī)定；10Gb/sEthernet的傳輸介質(zhì)只使用光纖；10Gb/sEthernet只工作在全雙工方式，因此不存在爭用問題。81第81頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三10Gb/sEthernet的物理層協(xié)議

10Gb/sEthernet有以下兩種物理層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：

局域網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)

一個10Gb/sEthernet交換機(jī)可以支持10個GigabitEthernet網(wǎng)端口；

可選的廣域網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)

廣域網(wǎng)物理層符合光纖通道技術(shù)速率體的SONET/SDH的OC-192/STM-64的標(biāo)準(zhǔn)。82第82頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三5.6交換式局域網(wǎng)的工作原理

一、交換式局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

83第83頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二、局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理

84第84頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三三、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支持虛擬局域網(wǎng)服務(wù)85第85頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三5.7無線局域網(wǎng)

一、無線局域網(wǎng)的組成有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)基本服務(wù)集BSS擴(kuò)展的服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSSAB漫游接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)86第86頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)基本服務(wù)集BSS擴(kuò)展的服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)一個基本服務(wù)集BSS包括一個基站和若干個移動站，所有的站在本BSS以內(nèi)都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信時都要通過本BSS的基站。87第87頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)基本服務(wù)集BSS擴(kuò)展的服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)基本服務(wù)集中的基站叫做接入點AP(AccessPoint)其作用和網(wǎng)橋相似。88第88頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三擴(kuò)展的服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSS基本服務(wù)集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點AP連接到一個主干分配系統(tǒng)DS(DistributionSystem)，然后再接入到另一個基本服務(wù)集，構(gòu)成擴(kuò)展的服務(wù)集ESS(ExtendedServiceSet)。89第89頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三擴(kuò)展的服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSS基本服務(wù)集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)ESS還可通過叫做門橋(portal)為無線用戶提供到非802.11無線局域網(wǎng)（例如，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門橋的作用就相當(dāng)于一個網(wǎng)橋。90第90頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三擴(kuò)展的服務(wù)集ESS基本服務(wù)集BSS基本服務(wù)集BSSAB接入點AP接入點AP分配系統(tǒng)DS門橋門橋802.x局域網(wǎng)因特網(wǎng)移動站A從某一個基本服務(wù)集漫游到另一個基本服務(wù)集，而仍然可保持與另一個移動站B進(jìn)行通信。91第91頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三無固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)

自組網(wǎng)絡(luò)(adhocnetwork)

自組網(wǎng)絡(luò)AEDCBF源結(jié)點目的結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點自組網(wǎng)絡(luò)沒有上述基本服務(wù)集中的接入點AP而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網(wǎng)絡(luò)。92第92頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三移動自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。這種組網(wǎng)方式也能夠應(yīng)用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機(jī)群。當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時，在搶險救災(zāi)時利用移動自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時的通信往往很有效的，93第93頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三移動自組網(wǎng)絡(luò)

和移動IP并不相同移動IP技術(shù)使漫游的主機(jī)可以用多種方式連接到因特網(wǎng)。移動IP的核心網(wǎng)絡(luò)功能仍然是基于在固定互聯(lián)網(wǎng)中一直在使用的各種路由選擇協(xié)議。移動自組網(wǎng)絡(luò)是將移動性擴(kuò)展到無線領(lǐng)域中的自治系統(tǒng)，它具有自己特定的路由選擇協(xié)議，并且可以不和因特網(wǎng)相連。94第94頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二、802.11標(biāo)準(zhǔn)中的物理層1997年IEEE制訂出無線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的第一部分，802.11。在1999年又制訂了剩下的兩部分，802.11a和802.11b。802.11的物理層有以下三種實現(xiàn)方法：跳頻擴(kuò)頻FHSS直接序列擴(kuò)頻DSSS紅外線

IR

95第95頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三802.11標(biāo)準(zhǔn)中的物理層（續(xù)）802.11a的物理層工作在5GHz頻帶，采用正交頻分復(fù)用OFDM，它也叫做多載波調(diào)制技術(shù)（載波數(shù)可多達(dá)52個）?？梢允褂玫臄?shù)據(jù)率為6,9,12,18,24,36,48和56Mb/s。802.11b的物理層使用工作在2.4GHz的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，數(shù)據(jù)率為5.5或11Mb/s。96第96頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三三、802.11標(biāo)準(zhǔn)中的MAC層

1.CSMA/CA協(xié)議

無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用CSMA/CD協(xié)議。這里主要有兩個原因。CSMA/CD協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實現(xiàn)這種功能就花費過大。即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。97第97頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三A的作用范圍無線局域網(wǎng)的特殊問題C的作用范圍ABCD當(dāng)A和C檢測不到無線信號時，都以為B是空閑的，因而都向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題(hiddenstationproblem)98第98頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三B的作用范圍無線局域網(wǎng)的特殊問題C的作用范圍ADCB？B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C又想和D通信。C檢測到媒體上有信號，于是就不敢向D發(fā)送數(shù)據(jù)。其實B向A發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響C向D發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露站問題(exposedstationproblem)99第99頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三CSMA/CA協(xié)議無線局域網(wǎng)不能使用CSMA/CD，而只能使用改進(jìn)的CSMA協(xié)議。改進(jìn)的辦法是將CSMA增加一個碰撞避免(CollisionAvoidance)功能。802.11就使用CSMA/CA協(xié)議。而在使用CSMA/CA的同時還增加使用確認(rèn)機(jī)制。下面先介紹802.11的MAC層。

100第100頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三802.11的MAC層MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11MAC層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集BSS中的移動站在什么時間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。101第101頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三802.11

的

MAC

層在物理層之上包括兩個子層MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11102第102頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三DCF子層在每一個結(jié)點使用CSMA機(jī)制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此

DCF

向上提供爭用服務(wù)。MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11103第103頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三PCF

子層使用集中控制的接入算法將發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)

輪流交給各個站從而避免了碰撞的產(chǎn)生MAC層無爭用服務(wù)爭用服務(wù)分布協(xié)調(diào)功能DCF(DistributedCoordinationFunction)(CSMA/CA)點協(xié)調(diào)功能PCF(PointCoordinationFunction)物理層2.4GHzFHSS1Mb/s2Mb/s2.4GHzDSSS1Mb/s2Mb/sIR1Mb/s2Mb/s5GHzOFDM6,9,12,18,24,36,48,54Mb/s2.4GHzDSSS5.5Mb/s11Mb/s802.11b802.11aIEEE802.11104第104頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三幀間間隔IFS所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔IFS(InterFrameSpace)。幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)，但低優(yōu)先級幀就必須等待較長的時間。若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會。105第105頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS其他站有幀要發(fā)送SIFS，即短(Short)幀間間隔，長度為28s，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。使用SIFS的幀類型有：ACK幀、CTS幀、由過長的MAC幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答AP探詢的幀和在PCF方式中接入點AP發(fā)送出的任何幀。106第106頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS其他站有幀要發(fā)送PIFS，即點協(xié)調(diào)功能幀間間隔（比SIFS長），是為了在開始使用PCF方式時（在PCF方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。PIFS的長度是SIFS加一個時隙(slot)長度（其長度為50s），即78s。時隙的長度是這樣確定的：在一個基本服務(wù)集BSS內(nèi)當(dāng)某個站在一個時隙開始時接入到媒體時，那么在下一個時隙開始時，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。107第107頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三三種幀間間隔時間SIFSPIFSDIFS媒體空閑發(fā)送第1幀SIFSPIFS時間NAV（媒體忙）DIFS爭用窗口發(fā)送下一幀推遲接入等待重試時間有幀要發(fā)送源站時間目的站ACKSIFS其他站有幀要發(fā)送DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的IFS），在DCF方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS的長度比PIFS再增加一個時隙長度，因此DIFS的長度為128s。108第108頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三CSMA/CA協(xié)議的原理欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在802.11標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)行物理層的載波監(jiān)聽。通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)源站發(fā)送它的第一個MAC幀時，若檢測到信道空閑，則在等待一段時間DIFS后就可發(fā)送。

109第109頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三為什么信道空閑還要再等待這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。如有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。110第110頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時間間隔SIFS后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀ACK。若源站在規(guī)定時間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀ACK（由重傳計時器控制這段時間），就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。111第111頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三虛擬載波監(jiān)聽虛擬載波監(jiān)聽(VirtualCarrierSense)的機(jī)制是讓源站將它要占用信道的時間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時間）通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣就大大減少了碰撞的機(jī)會?！疤摂M載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。112第112頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三虛擬載波監(jiān)聽的效果這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。所謂“源站的通知”就是源站在其MAC幀首部中的第二個字段“持續(xù)時間”中填入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時間（以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認(rèn)幀所需的時間。113第113頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)絡(luò)分配向量當(dāng)一個站檢測到正在信道中傳送的MAC幀首部的“持續(xù)時間”字段時，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡(luò)分配向量NAV(NetworkAllocationVector)。NAV指出了必須經(jīng)過多少時間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。114第114頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三爭用窗口信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時，任何一個站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，不僅都必須等待一個DIFS的間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計算隨機(jī)退避時間以便再次重新試圖接入到信道。在信道從忙態(tài)轉(zhuǎn)為空閑時，各站就要執(zhí)行退避算法。這樣做就減少了發(fā)生碰撞的概率。802.11使用二進(jìn)制指數(shù)退避算法。115第115頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三二進(jìn)制指數(shù)退避算法第i

次退避就在22+i

個時隙中隨機(jī)地選擇一個。第1次退避是在8個時隙（而不是2個）中隨機(jī)選擇一個。第2次退避是在16個時隙（而不是4個）中隨機(jī)選擇一個。116第116頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三使用退避算法僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)幀。除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即：在發(fā)送第一個幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。在每一次的重傳后。在每一次的成功發(fā)送后。

117第117頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三A的作用范圍B的作用范圍2.對信道進(jìn)行預(yù)約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。ACBDERTSRTS源站A在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個短的控制幀，叫做請求發(fā)送RTS(RequestToSend)，它包括源地址、目的地址和這次通信（包括相應(yīng)的確認(rèn)幀）所需的持續(xù)時間。118第118頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三A的作用范圍B的作用范圍2.對信道進(jìn)行預(yù)約802.11允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。CTSACBDECTS若媒體空閑，則目的站B就發(fā)送一個響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送CTS(ClearToSend)，它包括這次通信所需的持續(xù)時間（從RTS幀中將此持續(xù)時間復(fù)制到CTS幀中）。A收到CTS幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。

119第119頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三RTS和CTS幀以及數(shù)據(jù)幀和ACK幀的傳輸時間關(guān)系時間DIFSRTSSIFS時間NAV（RTS）DIFS爭用窗口推遲接入源站時間目的站ACK其他站CTSSIFSSIFS數(shù)據(jù)NAV（CTS）NAV（數(shù)據(jù)）120第120頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三5.8局域網(wǎng)互連與網(wǎng)橋的基本工作原理

一、局域網(wǎng)互連的基本概念

局域網(wǎng)互連的應(yīng)用環(huán)境

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；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；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)中部門的信息對安全、保密方面要求不同的局域網(wǎng)互連。121第121頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)

一系二系三系集線器集線器集線器集線器主干集線器122第122頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機(jī)能夠進(jìn)行跨碰撞域的通信。擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。

用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)123第123頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三HUB原理1.HUB從某一端口A將收到的幀發(fā)送到所有端口124第124頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三2.非廣播幀時，地址與幀目的MAC地址相同的站響應(yīng)用戶A125第125頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三3.廣播幀時，所有用戶都響應(yīng)用戶A126第126頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個端口二、網(wǎng)橋的基本工作原理127第127頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三過濾通信量。擴(kuò)大了物理范圍。提高了可靠性?？苫ミB不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。使用網(wǎng)橋帶來的好處128第128頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。這就是所謂的廣播風(fēng)暴。使用網(wǎng)橋帶來的缺點129第129頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T①⑨②⑧③④⑥⑦⑤物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路130第130頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進(jìn)行檢測。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進(jìn)行退避。在這一點上網(wǎng)橋的接口很像一個網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡。

由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址。網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同131第131頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(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)；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(luò)之間的通信；網(wǎng)橋需要互連的網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同的協(xié)議；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。

132第132頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)橋的工作過程

133第133頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三三、網(wǎng)橋的層次結(jié)構(gòu)

134第134頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)站表端口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實體端口1端口2緩存①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥135第135頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三四、網(wǎng)橋的路由選擇策略

1.網(wǎng)橋的基本分類

透明網(wǎng)橋（transparentbridge）源路選網(wǎng)橋（sourceroutingbridge）

136第136頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三2.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)上的各結(jié)點不負(fù)責(zé)路由選擇，網(wǎng)橋?qū)τ诨ミB局域網(wǎng)的各結(jié)點來說是“透明”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)段之間的互連。例如連接兩個Ethernet網(wǎng)段，或兩個令牌環(huán)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(shè)備。137第137頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三(1)從端口x收到無差錯的幀（如有差錯即丟棄），在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找目的站MAC地址。(2)如有，則查找出到此MAC地址應(yīng)當(dāng)走的端口d，然后進(jìn)行(3)，否則轉(zhuǎn)到(5)。(3)如到這個MAC地址去的端口d=x，則丟棄此幀（因為這表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。否則從端口d轉(zhuǎn)發(fā)此幀。(4)轉(zhuǎn)到(6)。(5)向網(wǎng)橋除x以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀（這樣做可保證找到目的站）。(6)如源站不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則將源站MAC地址加入到轉(zhuǎn)發(fā)表，登記該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的端口號，設(shè)置計時器。然后轉(zhuǎn)到(8)。如源站在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則執(zhí)行(7)。(7)更新計時器。(8)等待新的數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)到(1)。網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)按照以下算法

處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表138第138頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三站地址：登記收到的幀的源MAC地址。端口：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的端口號。時間：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時間。轉(zhuǎn)發(fā)表中的MAC地址是根據(jù)源MAC地址寫入的，但在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時是將此MAC地址當(dāng)作目的地址。如果網(wǎng)橋現(xiàn)在能夠從端口x收到從源地址A發(fā)來的幀，那么以后就可以從端口x將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址A。

網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中

登記以下三個信息139第139頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。透明網(wǎng)橋使用了支撐樹算法局域網(wǎng)2局域網(wǎng)1網(wǎng)橋2網(wǎng)橋1AFF2④F1③不停地兜圈子①②A發(fā)出的幀⑤網(wǎng)橋1轉(zhuǎn)發(fā)的幀⑥網(wǎng)橋2轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了140第140頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三每隔幾秒鐘每一個網(wǎng)橋要廣播其標(biāo)識號(由生產(chǎn)網(wǎng)橋的廠家設(shè)定的一個惟一的序號)和它所知道的其他所有在網(wǎng)上的網(wǎng)橋。支撐樹算法選擇一個網(wǎng)橋作為支撐樹的根(例如，選擇一個最小序號的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個結(jié)點。當(dāng)互連局域網(wǎng)的數(shù)目非常大時，支撐樹的算法很花費時間。這時可將大的互連網(wǎng)劃分為多個較小的互連網(wǎng)，然后得出多個支撐樹。支撐樹的得出141第141頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c對應(yīng)的生成樹142第142頁，共157頁，2023年，2月20日，星期三透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網(wǎng)橋