計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件第四章局域網(wǎng)

1、第四章 局域網(wǎng),第四章 局域網(wǎng),4.1 介質(zhì)訪問(wèn)控制方法 4.2 ALOHA原理 4.3 CSMA方式 4.4 局域網(wǎng)概述 4.5 局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) 4.6 CSMA/CD和以太網(wǎng)802.3標(biāo)準(zhǔn) 4.7 IEEE 802.4 令牌總線局域網(wǎng) 4.8 IEEE 802.5 令牌環(huán) 4.9 局域網(wǎng)的擴(kuò)展,4.1 介質(zhì)訪問(wèn)控制方法,介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)是局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 所謂介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)，就是研究如何有效地利用通道(介質(zhì))的問(wèn)題，目的是如何適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g歇(突發(fā)性)特點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)膹?fù)用策略，以提高通道的利用率，減少數(shù)據(jù)傳輸中的時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。 網(wǎng)絡(luò)性能在很大程度上與所采用的介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)有關(guān)。

2、 介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)的中心問(wèn)題是解決通道復(fù)用問(wèn)題。,多點(diǎn)訪問(wèn)協(xié)議,一條共享的通信信道 兩個(gè)或多個(gè)結(jié)點(diǎn)可同時(shí)發(fā)送信號(hào): 相互干擾 在某一時(shí)刻只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以成功地發(fā)送信號(hào) 多點(diǎn)訪問(wèn)協(xié)議: 分布式的算法來(lái)決定如何共享信道, i.e., 決定工作站何時(shí)可以發(fā)送 注意：有關(guān)共享通道的通信（協(xié)商）也必須在該通道自身上解決! 我們希望多點(diǎn)訪問(wèn)協(xié)議能夠解決什么問(wèn)題: 同步還是異步 了解其他站點(diǎn)的信息 健壯性 (e.g.如何對(duì)待信道錯(cuò)誤) 性能,MAC 協(xié)議: 分類(lèi),通道分割 將信道分割成較小的 “片” (時(shí)隙, 頻率) 將小片分給各站點(diǎn)使用 隨機(jī)訪問(wèn) 允許沖突 從沖突中“恢復(fù)” “排隊(duì)” 嚴(yán)格協(xié)調(diào)訪問(wèn)來(lái)避免沖突,

3、目標(biāo): 高效, 公平, 簡(jiǎn)單, 分散控制,隨機(jī)訪問(wèn)協(xié)議,當(dāng)結(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)： 使用信道全部的傳輸速率 R. 在諸多結(jié)點(diǎn)中不存在“預(yù)先”協(xié)商的機(jī)制 可能發(fā)生兩個(gè)以上結(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸 - “沖突” 隨機(jī)訪問(wèn)的 MAC協(xié)議定義了: 如何檢測(cè)沖突 如何從沖突中恢復(fù) (e.g., 通過(guò)延遲重發(fā)) 隨機(jī)訪問(wèn) MAC協(xié)議的實(shí)例: ALOHA 時(shí)隙ALOHA CSMA and CSMA/CD,4.2 ALOHA原理,4.2.1 純ALOHA 4.2.2 時(shí)隙ALOHA,4.2.1 純ALOHA,純Aloha 工作原理 站點(diǎn)可在任意時(shí)刻發(fā)送幀 檢測(cè)到?jīng)_突，等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后重發(fā)（注：如等待時(shí)間不隨機(jī)，會(huì)因再次沖突

4、而死鎖） 缺點(diǎn)：極容易沖突 性能 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載G=0.5時(shí)，吞吐率Smax=0.184,4.2.1 純ALOHA,純Aloha( 參考動(dòng)畫(huà):純ALOHA演示) 純Aloha系統(tǒng)的工作原理圖,4.2.1 純ALOHA,純ALOHA的吞吐量的極大值只能達(dá)到理想值的18.4。實(shí)際上為安全起見(jiàn)，純ALOHA的吞吐量S不應(yīng)超過(guò)10。這就是為什么在純ALOHA出現(xiàn)之后，又提出了多種改進(jìn)的ALOHA系統(tǒng)。,4.2.2 時(shí)隙ALOHA,時(shí)隙Aloha（slotted aloha） 工作原理 將時(shí)間劃分成等長(zhǎng)的時(shí)隙，站點(diǎn)只在時(shí)間片到來(lái)的瞬間發(fā)送幀 信道利用率提高一倍 重發(fā)策略：同純ALOHA 性能：網(wǎng)絡(luò)負(fù)載G=1時(shí)

5、，吞吐率Smax=0. 368 代價(jià)：需要全網(wǎng)同步；可設(shè)置一個(gè)特殊站點(diǎn)，由該站點(diǎn)發(fā)送時(shí)鐘信號(hào) 幀發(fā)送成功的條件：沒(méi)有其他幀在同一時(shí)隙內(nèi)到達(dá),4.2.2 時(shí)隙ALOHA,時(shí)隙Aloha（slotted aloha） 時(shí)隙Aloha系統(tǒng)的工作原理圖,4.2.2 時(shí)隙ALOHA,4.3 CSMA方式,4.3.1 CSMA的概念 4.3.2 CSMA的分類(lèi),4.3.1 CSMA的概念,在使用廣播式的無(wú)線或有線局域網(wǎng)中，假設(shè)一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時(shí)其他站點(diǎn)很快就可以察覺(jué)到，如果某一站點(diǎn)在發(fā)報(bào)前已知道通道上有報(bào)文在傳送，它就不必再發(fā)報(bào)，以免產(chǎn)生沖突。這種用監(jiān)聽(tīng)通道情況以決定是否可以發(fā)報(bào)的方法，就是載波監(jiān)聽(tīng)多重訪

6、問(wèn)(CSMA: Carrier Sense Multiple Access)方式。,4.3.1 CSMA的概念,載波監(jiān)聽(tīng)（carrier sense） 站點(diǎn)在為發(fā)送幀而訪問(wèn)傳輸信道之前，首先監(jiān)聽(tīng)信道有無(wú)載波，若有載波，說(shuō)明已有用戶(hù)在使用信道，則不發(fā)送幀以避免沖突 多路訪問(wèn)（multiple Access） 多個(gè)用戶(hù)共用一條線路,CSMA: Carrier Sense Multiple Access,CSMA: （載波檢測(cè)多路訪問(wèn)）發(fā)送前偵聽(tīng): 如果信道閑置: 發(fā)送整個(gè)分組 如果信道忙, 推遲發(fā)送 堅(jiān)持性 CSMA: 當(dāng)信道閑置時(shí)，以p的概率立即重試 (可能導(dǎo)致不穩(wěn)定) 非堅(jiān)持性 CSMA: 在

7、某個(gè)隨機(jī)間隔以后再試 為人處事的規(guī)則之一: 不要打斷別人的發(fā)言!,4.3.2 CSMA的分類(lèi),載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議CSMA 堅(jiān)持CSMA 1-堅(jiān)持CSMA（1-persistent CSMA） 原理 若站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽(tīng)信道； 若站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)信道空閑，則發(fā)送； 若信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)直至發(fā)現(xiàn)信道空閑，然后立刻（以概率1）開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)； 若產(chǎn)生沖突，等待一隨機(jī)時(shí)間，然后重新開(kāi)始發(fā)送過(guò)程。 優(yōu)點(diǎn) 減少了信道空閑時(shí)間； 缺點(diǎn) 增加了發(fā)生沖突的概率； 傳播延遲對(duì)協(xié)議性能的影響 傳播延遲越大，發(fā)生沖突的可能性越大，協(xié)議性能越差；,4.3.2 CSMA的分類(lèi),載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議CSMA 堅(jiān)持CSMA p-

8、堅(jiān)持型CSMA（p-persistent CSMA） 適用于分時(shí)隙信道 原理 若站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽(tīng)信道； 若站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)信道空閑，則以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)（即以概率q=1-p延遲至下一個(gè)時(shí)隙發(fā)送）。若下一個(gè)時(shí)隙仍空閑，重復(fù)此過(guò)程，直至數(shù)據(jù)發(fā)出或時(shí)隙被其他站點(diǎn)所占用； 若信道忙，則等待下一個(gè)時(shí)隙，重新開(kāi)始發(fā)送； 若產(chǎn)生沖突，等待一隨機(jī)時(shí)間，然后重新開(kāi)始發(fā)送。,4.3.2 CSMA的分類(lèi),載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)協(xié)議CSMA 非堅(jiān)持型CSMA（nonpersistent CSMA） 原理 若站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送，先監(jiān)聽(tīng)信道； 若站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)信道空閑，則立刻發(fā)送數(shù)據(jù)； 若信道忙，等待一隨機(jī)時(shí)間，然后再監(jiān)聽(tīng)信道； 若產(chǎn)生沖突

9、，等待一隨機(jī)時(shí)間，然后重新開(kāi)始發(fā)送過(guò)程。 優(yōu)點(diǎn) 減少了沖突的概率； 缺點(diǎn) 增加了信道空閑時(shí)間，數(shù)據(jù)發(fā)送延遲增大； 信道效率比1-堅(jiān)持CSMA高，傳輸延遲比1-堅(jiān)持CSMA大。,CSMA 的沖突,沖突可能發(fā)生在: 由于傳播延遲兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可能聽(tīng)不到對(duì)方的發(fā)送,沖突: 整個(gè)分組的傳輸時(shí)間被浪費(fèi),以太網(wǎng)結(jié)點(diǎn)間的時(shí)空?qǐng)D,注意: 這里的沖突概率是由距離和 傳播延遲來(lái)決定的,CSMA/CD (Collision Detection，沖突檢測(cè)),CSMA/CD: 在沖突發(fā)生后，短時(shí)間內(nèi)可探測(cè)到 立即中斷傳輸, 減少信道的時(shí)間浪費(fèi) 堅(jiān)持性或非堅(jiān)持性重傳 沖突檢測(cè): 在有線 LAN中簡(jiǎn)便易行: 檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度, 比較

10、收、發(fā)的信號(hào) 在無(wú)線 LAN比較困難: 傳輸時(shí)接收器是關(guān)閉的 人類(lèi)社會(huì)的范例: 彬彬有禮的交談?wù)?CSMA/CD 沖突檢測(cè),4.4 局域網(wǎng)概述,4.4.1 局域網(wǎng)的基本組成 4.4.2 局域網(wǎng)的特點(diǎn) 4.4.3 局域網(wǎng)的分類(lèi),4.4.1 局域網(wǎng)的基本組成,硬件：由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器: 提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，共享資源，網(wǎng)絡(luò)管理。 網(wǎng)絡(luò)工作站：客戶(hù)機(jī) 網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)絡(luò)適配器、網(wǎng)卡）：實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和傳輸介質(zhì)之間的物理連接。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：集線器（HUB）、中繼器、交換機(jī)（Switch）、網(wǎng)橋、路由器（Router）。 傳輸介質(zhì)：非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、基帶同軸電纜、光纜。,4.4.1 局域網(wǎng)的

11、基本組成,服務(wù)器,4.4.1 局域網(wǎng)的基本組成,以太網(wǎng)卡,4.4.1 局域網(wǎng)的基本組成,集線器,4.4.1 局域網(wǎng)的基本組成,集線器,4.4.1 局域網(wǎng)的基本組成,路由器,4.4.1 局域網(wǎng)的基本組成,交換機(jī),4.4.1 局域網(wǎng)的基本組成,網(wǎng)絡(luò)軟件 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS） 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件 網(wǎng)絡(luò)通信軟件 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件為用戶(hù)提供實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。,4.4.2 局域網(wǎng)的特點(diǎn),局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是: 網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。,4.4.2 局域網(wǎng)的特點(diǎn),局域網(wǎng)還具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)： 能方便地共享昂貴的外部設(shè)備、主機(jī)以及軟件、數(shù)據(jù)，從一個(gè)站點(diǎn)可訪問(wèn)全網(wǎng)。 便于系統(tǒng)的擴(kuò)展

12、和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。 提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。,4.4.3 局域網(wǎng)的分類(lèi),局域網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為以下四類(lèi)： 星形：所有結(jié)點(diǎn)都連接到中央結(jié)點(diǎn) 環(huán)型：結(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與相臨結(jié)點(diǎn)連接 總線型：所有結(jié)點(diǎn)都直接連接到共享信道 樹(shù)型：類(lèi)似總線型（非直接，或結(jié)合星型）,4.4.3 局域網(wǎng)的分類(lèi),4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),局域網(wǎng)參考模型 對(duì)應(yīng)于OSI參考模型最低兩層： 物理層：透明傳輸位流，規(guī)定信號(hào)編碼、傳輸媒體、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)率 數(shù)據(jù)鏈路層(802委員會(huì)將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層) 介質(zhì)訪問(wèn)控制子層 MAC（Medium Access Control） 邏輯鏈路

13、控制子層 LLC（Logical Link Control）,4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),將數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩層后： 與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層。 LLC子層則與傳輸媒體無(wú)關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對(duì)LLC子層來(lái)說(shuō)都是透明的。,4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),局域網(wǎng)參考模型,4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),MAC子層： 數(shù)據(jù)鏈路層中與接入各種傳輸媒體有關(guān)的問(wèn)題。還負(fù)責(zé)在物理層的基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)的通信。更具體些講，MAC子層的主要功能是： 將上層交下來(lái)的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送(接收時(shí)進(jìn)行相反的過(guò)程，將幀拆卸) 實(shí)現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議 比特差錯(cuò)檢測(cè) 尋址,4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),媒體接入控制MAC子層 8

14、02標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定MAC地址字段可采用6字節(jié)(48 bit)或2字節(jié)16bit這兩種中的一種。 如：0050BA 213E04 :0050BA 廠商代碼 在生產(chǎn)網(wǎng)卡時(shí)，這種6字節(jié)的MAC地址已被固化在網(wǎng)卡中。,LAN 地址,每個(gè) LAN上的網(wǎng)卡都有具唯一性的LAN 地址,LAN 地址 (續(xù)),MAC 分配由 IEEE管理 制造商購(gòu)買(mǎi)部分MAC地址空間 (以保證唯一性) 比方: (a) MAC地址: 美國(guó)人的社會(huì)保險(xiǎn)號(hào) (b) IP地址: 類(lèi)似郵政地址 MAC 平面地址 = 可以遷移 可以將 LAN卡從一個(gè)LAN換到另一個(gè) IP 層次性地址不可遷移 取決于某個(gè)站點(diǎn)接入的網(wǎng)絡(luò),4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),平

15、常所講的物理地址或MAC地址，也就是通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)中網(wǎng)卡的硬件地址，共48位,高24位由IEEE分配,世界上凡是制造局域網(wǎng)網(wǎng)卡的廠家都必須向IEEE購(gòu)買(mǎi)這24位高地址,該地址被稱(chēng)為地址塊或廠家代碼。低24位地址由廠家分配。,4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，硬件地址的作用就是用來(lái)找到我們所要進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)。網(wǎng)卡從網(wǎng)上每收到一個(gè)MAC幀就首先檢查其硬件地址。如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。這里“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀： 單播(unicast)幀(一對(duì)一通信)，即收到的幀的MAC地址與本站的硬件地址相同。 廣播(broadcas

16、t)幀(一對(duì)所有通信)，即發(fā)送給所有站點(diǎn)的幀(全1地址)。 多播(multicast)幀(一對(duì)多通信)，即發(fā)送給一部分站點(diǎn)的幀。 所有的網(wǎng)卡都至少應(yīng)當(dāng)能夠識(shí)別前兩種幀，即能夠識(shí)別單播和廣播地址。有的網(wǎng)卡可以用編程的方法識(shí)別多播地址。當(dāng)操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，它就將網(wǎng)卡初始化，使網(wǎng)卡能夠識(shí)別某些多播地址,4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),LLC子層： 數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體接入無(wú)關(guān)的部分，其主要功能是： 建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接 提供與高層的接口 差錯(cuò)控制 給幀加上序號(hào),4.5局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),LLC子層向上主要提供三種操作類(lèi)型(operation type)的服務(wù)： 操作類(lèi)型1一一即LLC1，不確認(rèn)的無(wú)連接服

17、務(wù)，即數(shù)據(jù)報(bào)，可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)，特別適合于廣播和多播通信； 操作類(lèi)型2一一即LLC2，面向連接服務(wù)，開(kāi)銷(xiāo)較大，每次通信需要經(jīng)過(guò)連接建立、數(shù)據(jù)傳送、連接斷開(kāi)這三個(gè)階段； 操作類(lèi)型3一一即LLC3，帶確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)，用于傳送某些非常重要且時(shí)間性也很強(qiáng)的信息，如過(guò)程控制或自動(dòng)化。,回顧前面與局域網(wǎng)相關(guān)的知識(shí),信道共享技術(shù) 信道復(fù)用FDM、TDM等 信道競(jìng)爭(zhēng)- （1）有控 （2）隨機(jī) ALOHA、CSMA。CSMA/CD 深入探討CSMA/CD,4.6 CSMA/CD和802.3標(biāo)準(zhǔn),4.6.1 CSMA/CD協(xié)議的提出 4.6.2 CSMA/CD的要點(diǎn) 4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng) 4.6.

18、4 802.3標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn),4.6.1 CSMA/CD協(xié)議的提出,為了通信的簡(jiǎn)便，以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施： (1) 采用較為靈活的無(wú)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)。 (2) 以太網(wǎng)對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)。 所以，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。,4.6.1 CSMA/CD協(xié)議的提出,剩下的一個(gè)重要的問(wèn)題是如何協(xié)調(diào)總線上的各計(jì)算機(jī)的工作，即在同一時(shí)間只能允許一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送信息，否則各計(jì)算機(jī)之間就會(huì)相互干擾，結(jié)果大家都無(wú)法正常發(fā)送數(shù)據(jù)。,4.6.1 CSMA/CD協(xié)議的提出,以太網(wǎng)采用的協(xié)調(diào)方法是使用一種特殊的協(xié)議，即CSMA/CD

19、 (載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)) 原理 站點(diǎn)使用CSMA協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送； 在發(fā)送期間如果檢測(cè)到?jīng)_突(CD)，立即終止發(fā)送，并發(fā)出一個(gè)瞬間干擾信號(hào)，使所有的站點(diǎn)都知道發(fā)生了沖突； 在發(fā)出干擾信號(hào)后，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重復(fù)上述過(guò)程。,4.6.2 CSMA/CD的要點(diǎn),“載波監(jiān)聽(tīng)” 指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測(cè)一下總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。以太網(wǎng)使用曼徹斯特編碼信號(hào)。 “多點(diǎn)接入” 許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上。 “碰撞檢測(cè)” 計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小，如果檢測(cè)到電壓超過(guò)一定的門(mén)限值，就認(rèn)為發(fā)生了碰撞。,問(wèn)題？

20、,要監(jiān)聽(tīng)多久為空才發(fā)送 要監(jiān)聽(tīng)多久才知道自己正確發(fā)送 監(jiān)聽(tīng)不為空要等多久 發(fā)現(xiàn)碰撞后要等多久。等等 要靠協(xié)議保證,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng)協(xié)議,IEEE 802.3和Ethernet 歷史 ALOHA系統(tǒng) ALOHA+載波監(jiān)聽(tīng) Xerox設(shè)計(jì)了2.94Mbps的采用CSMA/CD協(xié)議的Ethernet Xerox, DEC, Intel共同制定了10Mbps的CSMA/CD以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE定義了采用1-堅(jiān)持CSMA/CD技術(shù)的802.3局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，速率從1M到10Mbps，802.3標(biāo)準(zhǔn)與以太網(wǎng)協(xié)議略有差別。,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng)協(xié)議,IEEE 802.3和Ethe

21、rnet 802.3 MAC子層協(xié)議 802.3的MAC子層幀格式 前導(dǎo)序列（7個(gè)字節(jié)10101010） 幀開(kāi)始標(biāo)志（1字節(jié)，10101011）,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 802.3 MAC子層協(xié)議 802.3的MAC子層幀格式 目標(biāo)地址和源地址 2或6個(gè)字節(jié)，10Mbps以太網(wǎng)規(guī)定為6個(gè)字節(jié) 目的地址的最高位為0是普通地址，為1時(shí)是組播地址，全1時(shí)為廣播地址；源地址第一位（LSB）為0。 地址中的第二位用來(lái)區(qū)分本地地址和全球地址。 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度域（2字節(jié)，取值在01500之間） 數(shù)據(jù)（01500個(gè)字節(jié)） 填充（046字節(jié)） 校驗(yàn)和：CRC校驗(yàn)（4

22、個(gè)字節(jié)），校驗(yàn)區(qū)間：DAPAD 擴(kuò)展域：用于千兆以太網(wǎng),802.3/Ethernet v2幀格式,PA： 前同步碼 - 10101010序列，用于使接收方與發(fā)送方同步 SFD： 幀首定界 - 10101011 DA： 目的MAC地址； SA： 源MAC地址 LEN：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（數(shù)據(jù)部分的字節(jié)數(shù)）（0-1500B） Type： 類(lèi)型。高層協(xié)議標(biāo)識(shí) LLC PDU+pad - 最少46字節(jié), 最多1500字節(jié) Pad：填充字段，保證幀長(zhǎng)不少于64字節(jié)(若Data域46字節(jié)，則無(wú)Pad) FCS： 幀校驗(yàn)序列（CRC-32）,8 6 6 2 46-1500 4字節(jié),FCS,SA,Type,PA,DA,

23、Data,Pad,Ethernet,IEEE 802.3,7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字節(jié),校驗(yàn)區(qū)間,64-1518 字節(jié),4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 802.3 MAC子層協(xié)議 最短幀長(zhǎng) 避免幀的第一個(gè)比特到達(dá)電纜的遠(yuǎn)端前幀已經(jīng)發(fā)完，幀發(fā)送時(shí)間應(yīng)該大于 2；,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 802.3 MAC子層協(xié)議 最短幀長(zhǎng) 802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：任意兩個(gè)站點(diǎn)間最多可有三個(gè)同軸電纜段（即4個(gè)中繼器），接到中繼器的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路總長(zhǎng)不能超過(guò)1000米，所以允許最大電纜長(zhǎng)度2500米。若加

24、上6節(jié)50米中繼器電纜，則整個(gè)局域網(wǎng)最大作用距離為2800米。理論:5 S /KM*5.6=28 S 考慮中繼最多:45 S +48bit加強(qiáng)碼傳輸時(shí)間4.8 S =49.8 S-計(jì)算機(jī)一般表示成2的n次方的表示形式51.2 S ,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 802.3 MAC子層協(xié)議 最短幀長(zhǎng) 802.3規(guī)定：在10Mbps局域網(wǎng)中，時(shí)間片2t=51.2s 最短幀長(zhǎng)度：10Mbps(2t)/8=64 Byte 注：最短幀長(zhǎng)度不包括前同步碼，范圍應(yīng)為從“目的地址校驗(yàn)和” 網(wǎng)絡(luò)速度提高，最短幀長(zhǎng)也應(yīng)該增大或者站點(diǎn)間的距離要減小,最小幀長(zhǎng)計(jì)算,設(shè)信號(hào)

25、在介質(zhì)上端點(diǎn)到端點(diǎn)的傳播延時(shí)為t秒，數(shù)據(jù)傳輸速率為R b/s，則在最壞情況下能使任何站監(jiān)聽(tīng)到?jīng)_突的最小幀長(zhǎng)為2tR bits。 例題：教材習(xí)題四（14題）。,以太網(wǎng): 應(yīng)用CSMA/CD,A: 檢測(cè)信道, if 閑置 then 發(fā)送并檢測(cè)信道; If 檢測(cè)到了其他站點(diǎn)傳輸 then 中止傳輸并發(fā)送沖突信號(hào); 更新沖突 #; 按指數(shù)退避算法延遲發(fā)送; goto A else 幀發(fā)送結(jié)束;將沖突次數(shù)置0 else 等待正在進(jìn)行的傳輸結(jié)束并goto A,截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)類(lèi)型的退避算法,以太網(wǎng)中隨機(jī)等待時(shí)間采用二進(jìn)制指數(shù)后退算法BEB（Binary Exponential Backoff）： 設(shè)退讓時(shí)間

26、片數(shù)為R，取值范圍k（的k次方），其中 K=min (n,i) 式中，n為沖突次數(shù)，i為退讓極限（Back off limit）。 當(dāng)ni時(shí)，K=n；當(dāng)ni時(shí)，K=i；當(dāng)n=j時(shí)，其中j為嘗試極限（Attempt limit），放棄發(fā)送，并通知高層。 確定基本退避時(shí)間，一般是取爭(zhēng)用期 2t 定義參數(shù)K，它等于重傳次數(shù)，但一般不超過(guò)退避極限值（如10）。故K=MIN重傳次數(shù)，退避極限值。 隨機(jī)地取退讓時(shí)間片數(shù)，退避時(shí)間即為2t,以太網(wǎng)的 CSMA/CD (續(xù)),指數(shù)退避（Exponential Backoff）: Goal目的: 使得重發(fā)的企圖能夠與推測(cè)出的當(dāng)前負(fù)載相適應(yīng) 在重負(fù)荷下: 隨機(jī)等待

27、的時(shí)間將更長(zhǎng)些 首次沖突: 從0,1中選擇 K； 延遲的時(shí)長(zhǎng)為 K x 512 bit 傳輸時(shí)間 第二次沖突后:從 0,1,2,3選擇K 在10次或更多的沖突發(fā)生后：從 0,1,2,3,4,1023選擇K,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 802.3采用的電纜標(biāo)準(zhǔn),物理層類(lèi)型的表示方法 10Base5含義：10：10Mbps； Base：基帶傳輸（baseband medium）；5：500米 10Base5：粗纜，AUI接口； 10Base2：細(xì)纜，BNC接口，T型頭； 10Base-T：雙絞線，RJ-45接口；,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),

28、IEEE 802.3和Ethernet 三種802.3電纜 Transceiver（收發(fā)器）：處理載波監(jiān)聽(tīng)和沖突檢測(cè),4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線形，脊椎形，樹(shù)形，分段 擴(kuò)展網(wǎng)段長(zhǎng)度 中繼器：物理層設(shè)備，只對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收、放大和雙向重傳 兩個(gè)收發(fā)器之間最多使用4個(gè)中繼器，最長(zhǎng)2500米。,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 10Base5 分插頭 : 插入電纜 收發(fā)器 : 發(fā)送/接收, 沖突檢測(cè), 電氣隔離，超長(zhǎng)控制 AUI : 連接件單元接口 用于骨干網(wǎng),4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太

29、網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 10Base2 BNC T型接頭 無(wú)需插入電纜 用于辦公室LAN,4.6.3 802.3標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng),IEEE 802.3和Ethernet 10BaseT Hub（集線器）相當(dāng)于多端口轉(zhuǎn)發(fā)器 用于辦公室LAN 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形，邏輯上仍然是總線形。 轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼器的作用：擴(kuò)充信號(hào)傳輸距離。將信號(hào)放大并整形后再轉(zhuǎn)發(fā)，消除信號(hào)傳輸?shù)氖д婧退p。物理層設(shè)備。,10BaseT/100BaseT自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò),10/100 Mb/s傳輸速率; 后者被稱(chēng)為 “快速以太網(wǎng)” T: 代表雙絞線（ Twisted Pair） 所有結(jié)點(diǎn)通過(guò)雙絞線連接到集線器（Hub）,物理

30、上呈現(xiàn)出 “星型拓?fù)洹?CSMA/CD 算法在集線器（Hub）中實(shí)現(xiàn) 從結(jié)點(diǎn)到集線器的最長(zhǎng)距離為 100米 集線器可以與發(fā)生故障的適配器斷開(kāi)而不影響其他 需要注意：網(wǎng)卡、網(wǎng)線規(guī)格、集線器技術(shù)參數(shù)的匹配,4.6.4 802.3標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 使用最為廣泛； 算法簡(jiǎn)單； 站點(diǎn)可以在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中安裝； 使用無(wú)源電纜； 輕負(fù)載時(shí)，延遲為0。,4.6.4 802.3標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn),缺點(diǎn)： 使用模擬器件，每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送的同時(shí)要檢測(cè)沖突； 最短幀長(zhǎng)64字節(jié)，對(duì)于短數(shù)據(jù)來(lái)講開(kāi)銷(xiāo)太大； 無(wú)優(yōu)先級(jí)，發(fā)送是非確定性的，不適合于實(shí)時(shí)工作； 電纜最長(zhǎng)2500米（使用中繼器）； 速率提高時(shí)，幀傳輸時(shí)間減少，競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間不變

31、（2t），效率降低； 重負(fù)載時(shí)，沖突嚴(yán)重。,4.7 IEEE 802.4 令牌總線局域網(wǎng),IEEE 802.4 令牌總線（Token Bus） 特點(diǎn) 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)率1M、5M或10M； 基帶信號(hào)需要調(diào)制,4.7 IEEE 802.4 令牌總線局域網(wǎng),IEEE 802.4 令牌總線（Token Bus） 幀結(jié)構(gòu) 先導(dǎo)字節(jié)：10101010 優(yōu)先級(jí)：0，2，4或6 開(kāi)始/結(jié)束界符：模擬編碼 幀最大長(zhǎng)度：8182/8174字節(jié) CRC校驗(yàn),4.8 IEEE 802.4 令牌總線局域網(wǎng),IEEE 802.4 令牌總線（Token Bus）

32、邏輯環(huán)的維護(hù) 初始化、站點(diǎn)要求加入、令牌丟失/多令牌,4.8 IEEE 802.5 令牌環(huán),4.8.1 IEEE 802.5 令牌環(huán)的產(chǎn)生原因 4.8.2 IEEE 802.5 令牌環(huán)的基本思想 4.8.3 令牌環(huán)MAC子層協(xié)議 4.8.4 802.5標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn),4.8.1 IEEE 802.5 令牌環(huán)的產(chǎn)生原因,產(chǎn)生原因 環(huán)實(shí)際上并不是一個(gè)廣播介質(zhì)，而是不同的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路組成的環(huán)，點(diǎn)到點(diǎn)鏈路有很多技術(shù)優(yōu)勢(shì)； 各個(gè)站點(diǎn)是公平的，獲得信道的時(shí)間有上限，避免沖突發(fā)生； IBM選擇令牌環(huán)(Token Ring)作為它的LAN技術(shù)。,4.8.2 IEEE 802.5 令牌環(huán)的基本思想,基本思想 令牌（

33、Token）是一種特殊的比特組合模式，一個(gè)站要發(fā)送幀時(shí)，需要抓住令牌，并將其移出環(huán)； 環(huán)本身必須有足夠的時(shí)延容納一個(gè)完整的令牌，時(shí)延由兩部分組成：每站的1比特延遲和信號(hào)傳播延遲。對(duì)于短環(huán)，必要時(shí)需要插入人工延遲； 環(huán)接口有兩種操作模式：監(jiān)聽(tīng)模式和傳輸模式； 當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，在令牌通過(guò)此站點(diǎn)時(shí)，將令牌從環(huán)上取下，發(fā)送自己的數(shù)據(jù)，然后重新生成令牌，發(fā)送站負(fù)責(zé)將發(fā)出的幀從環(huán)上移去，并轉(zhuǎn)入監(jiān)聽(tīng)模式； 確認(rèn)：幀內(nèi)一個(gè)比特域，初值為0，目的站收到后，將其變?yōu)?；對(duì)廣播的確認(rèn)比較復(fù)雜； 重負(fù)載下，效率接近100%。,4.8.2 IEEE 802.5 令牌環(huán)的基本思想,基本思想 環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)分析的一個(gè)主要

34、問(wèn)題是1比特的“物理長(zhǎng)度”，數(shù)據(jù)傳輸速率為R Mbps，典型信號(hào)傳播速率為200米/微秒，則1比特的“物理長(zhǎng)度”為 200/R米； 環(huán)接口引入了1比特的傳輸延遲； Fig. 4-28,4.8.2 IEEE 802.5 令牌環(huán)的基本思想,4.8.3 令牌環(huán)MAC子層協(xié)議,令牌環(huán)MAC子層協(xié)議 協(xié)議基本操作：無(wú)信息傳輸時(shí)，3字節(jié)的令牌在環(huán)上循環(huán)；有信息要發(fā)送時(shí)，站獲得令牌，并將第二個(gè)字節(jié)的某一位由 0 變成 1，將令牌的前兩個(gè)字節(jié)變成幀的起始序列，然后輸出幀的其它部分； 開(kāi)始定界符SD和結(jié)束定界符ED標(biāo)志著幀的開(kāi)始和結(jié)束，使用差分曼徹斯特編碼模式（HH和LL，物理層編碼違例法）；,令牌傳遞(1),

35、令牌是一種小幀，3個(gè)字節(jié) 如果計(jì)算機(jī)沒(méi)有信息要傳遞，它只是將令牌向下傳遞。,令牌幀,1B,1B,1B,接入控制,結(jié)束,起始,P P P T M R R R,令牌位,優(yōu)先級(jí),監(jiān)督位,預(yù)約位,1B,1B,1B,非令牌幀,1B,1B,1B,訪問(wèn)控制,結(jié)束,起始,幀狀態(tài),幀控制,目的地址,源地址,FCS,1 1 1 2/6 2/6 0 4 1 1,數(shù)據(jù),令牌傳遞(2),如果計(jì)算機(jī)有信息要傳遞，它抓住令牌，將T比特置1，然后將數(shù)據(jù)裝入幀中，向下游的計(jì)算機(jī)傳遞該幀。一個(gè)令牌一幀。,令牌傳遞(3),該數(shù)據(jù)幀在環(huán)中按一定方向循環(huán)，直到目的計(jì)算機(jī)，目的計(jì)算機(jī)將幀中幀狀態(tài)字段中的A比特置1，表示收到，將幀中幀狀態(tài)

36、字段中的C比特置1，表示Copy，然后該幀繼續(xù)向下傳遞。,令牌傳遞(4),源計(jì)算機(jī)檢查幀狀態(tài)字段中的A、C比特，確認(rèn)信息傳遞成功，于是將數(shù)據(jù)從幀中移除，將數(shù)據(jù)幀還原成令牌幀，向下傳遞。,優(yōu)先級(jí)和預(yù)約,P P P T M R R R,令牌位,優(yōu)先級(jí),監(jiān)督位,預(yù)約位,令牌幀接入控制域,計(jì)算機(jī)的優(yōu)先級(jí)大于等于令牌的優(yōu)先級(jí)，才能抓住令牌 計(jì)算機(jī)的優(yōu)先級(jí)大于等于令牌的優(yōu)先級(jí)，才能預(yù)約令牌 計(jì)算機(jī)升高令牌的優(yōu)先級(jí)，完成傳輸后，釋放令牌的時(shí)候必須把優(yōu)先級(jí)降回它抓住令牌的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)。,4.8.3 令牌環(huán)MAC子層協(xié)議,環(huán)的維護(hù) 環(huán)上存在一個(gè)監(jiān)控站，負(fù)責(zé)環(huán)的維護(hù)，通過(guò)站的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生； 監(jiān)控站的職責(zé) 保證令牌不丟失

37、； 處理環(huán)斷開(kāi)情況； 清除壞幀，檢查無(wú)主幀。,令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)監(jiān)視(Active Monitor ),選舉、時(shí)鐘、維護(hù),例如：清除剩余幀，釋放新令牌,4.8.4 802.5標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 使用點(diǎn)到點(diǎn)連接，完全數(shù)字化； 使用線路中心，自動(dòng)檢測(cè)和消除電纜故障； 支持優(yōu)先級(jí)，允許短幀，但受令牌持有時(shí)間限制，不允許任意長(zhǎng)的幀； 重負(fù)載時(shí)，吞吐量和效率較高。,4.8.4 802.5標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn),缺點(diǎn)： 中央監(jiān)控； 輕負(fù)載時(shí)，延遲大。,4.9.1 局域網(wǎng)的基本組成,硬件：由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器: 提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，共享資源，網(wǎng)絡(luò)管理。 網(wǎng)絡(luò)工作站：客戶(hù)機(jī) 網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)絡(luò)適配器、網(wǎng)卡）：實(shí)

38、現(xiàn)計(jì)算機(jī)和傳輸介質(zhì)之間的物理連接。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：集線器（HUB）、中繼器、交換機(jī)（Switch）、網(wǎng)橋、路由器（Router）。 傳輸介質(zhì)：非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、基帶同軸電纜、光纜。,4.9.1 局域網(wǎng)的基本組成,服務(wù)器,4.9.1 局域網(wǎng)的基本組成,以太網(wǎng)卡,4.9.1 局域網(wǎng)的基本組成,集線器,4.9.1 局域網(wǎng)的基本組成,集線器,4.9.1 局域網(wǎng)的基本組成,路由器,4.9.1 局域網(wǎng)的基本組成,交換機(jī),4.9.1 局域網(wǎng)的基本組成,網(wǎng)絡(luò)軟件 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS） 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件 網(wǎng)絡(luò)通信軟件 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件為用戶(hù)提供實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。,4.9.2 局域網(wǎng)的特點(diǎn),局域網(wǎng)最主要

39、的特點(diǎn)是: 網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。,4.9.2 局域網(wǎng)的特點(diǎn),局域網(wǎng)還具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)： 能方便地共享昂貴的外部設(shè)備、主機(jī)以及軟件、數(shù)據(jù)，從一個(gè)站點(diǎn)可訪問(wèn)全網(wǎng)。 便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。 提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。,4.9.3 局域網(wǎng)的分類(lèi),局域網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為以下四類(lèi)： 星形：所有結(jié)點(diǎn)都連接到中央結(jié)點(diǎn) 環(huán)型：結(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與相臨結(jié)點(diǎn)連接 總線型：所有結(jié)點(diǎn)都直接連接到共享信道 樹(shù)型：類(lèi)似總線型（非直接，或結(jié)合星型）,4.9.3 局域網(wǎng)的分類(lèi),4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),局域網(wǎng)參考模型 對(duì)應(yīng)于OSI參考模型最低兩層

40、： 物理層：透明傳輸位流，規(guī)定信號(hào)編碼、傳輸媒體、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)率 數(shù)據(jù)鏈路層(802委員會(huì)將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層) 介質(zhì)訪問(wèn)控制子層 MAC（Medium Access Control） 邏輯鏈路控制子層 LLC（Logical Link Control）,4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),將數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩層后： 與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層。 LLC子層則與傳輸媒體無(wú)關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對(duì)LLC子層來(lái)說(shuō)都是透明的。,4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),局域網(wǎng)參考模型,4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),MAC子層： 數(shù)據(jù)鏈路層中與接入各種傳輸媒體有關(guān)的問(wèn)題。還負(fù)責(zé)在物理層的基礎(chǔ)上進(jìn)行

41、無(wú)差錯(cuò)的通信。更具體些講，MAC子層的主要功能是： 將上層交下來(lái)的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送(接收時(shí)進(jìn)行相反的過(guò)程，將幀拆卸) 實(shí)現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議 比特差錯(cuò)檢測(cè) 尋址,4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),媒體接入控制MAC子層 802標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定MAC地址字段可采用6字節(jié)(48 bit)或2字節(jié)16bit這兩種中的一種。 如：0050BA 213E04 :0050BA 廠商代碼 在生產(chǎn)網(wǎng)卡時(shí)，這種6字節(jié)的MAC地址已被固化在網(wǎng)卡中。,LAN 地址,每個(gè) LAN上的網(wǎng)卡都有具唯一性的LAN 地址,LAN 地址 (續(xù)),MAC 分配由 IEEE管理 制造商購(gòu)買(mǎi)部分MAC地址空間 (以保證唯一性) 比方: (a) M

42、AC地址: 美國(guó)人的社會(huì)保險(xiǎn)號(hào) (b) IP地址: 類(lèi)似郵政地址 MAC 平面地址 = 可以遷移 可以將 LAN卡從一個(gè)LAN換到另一個(gè) IP 層次性地址不可遷移 取決于某個(gè)站點(diǎn)接入的網(wǎng)絡(luò),4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),平常所講的物理地址或MAC地址，也就是通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)中網(wǎng)卡的硬件地址，共48位,高24位由IEEE分配,世界上凡是制造局域網(wǎng)網(wǎng)卡的廠家都必須向IEEE購(gòu)買(mǎi)這24位高地址,該地址被稱(chēng)為地址塊或廠家代碼。低24位地址由廠家分配。,4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，硬件地址的作用就是用來(lái)找到我們所要進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)。網(wǎng)卡從網(wǎng)上每收到一個(gè)MAC幀就首先檢查其硬件地址。如果是發(fā)往本

43、站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。這里“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀： 單播(unicast)幀(一對(duì)一通信)，即收到的幀的MAC地址與本站的硬件地址相同。 廣播(broadcast)幀(一對(duì)所有通信)，即發(fā)送給所有站點(diǎn)的幀(全1地址)。 多播(multicast)幀(一對(duì)多通信)，即發(fā)送給一部分站點(diǎn)的幀。 所有的網(wǎng)卡都至少應(yīng)當(dāng)能夠識(shí)別前兩種幀，即能夠識(shí)別單播和廣播地址。有的網(wǎng)卡可以用編程的方法識(shí)別多播地址。當(dāng)操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，它就將網(wǎng)卡初始化，使網(wǎng)卡能夠識(shí)別某些多播地址,4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),LLC子層： 數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體接入無(wú)關(guān)的部分，其主要功能

44、是： 建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接 提供與高層的接口 差錯(cuò)控制 給幀加上序號(hào),4.10局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),LLC子層向上主要提供三種操作類(lèi)型(operation type)的服務(wù)： 操作類(lèi)型1一一即LLC1，不確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)，即數(shù)據(jù)報(bào)，可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)，特別適合于廣播和多播通信； 操作類(lèi)型2一一即LLC2，面向連接服務(wù)，開(kāi)銷(xiāo)較大，每次通信需要經(jīng)過(guò)連接建立、數(shù)據(jù)傳送、連接斷開(kāi)這三個(gè)階段； 操作類(lèi)型3一一即LLC3，帶確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)，用于傳送某些非常重要且時(shí)間性也很強(qiáng)的信息，如過(guò)程控制或自動(dòng)化。,4.11 擴(kuò)展的局域網(wǎng)：集線器（Hubs）,物理層設(shè)備: 本質(zhì)上是工作在位流層面上的中繼器: 將接

45、收到的位流在所有其他接口上復(fù)制發(fā)送 集線器可以按照層次結(jié)構(gòu)“級(jí)聯(lián)” ,把骨干 （backbone ）集線器置頂端,集線器(續(xù)),每個(gè)被連接的 LAN稱(chēng)為 LAN網(wǎng)段（ segment） 集線器不隔離碰撞域: 任意LAN網(wǎng)段中的結(jié)點(diǎn)都可能與其他網(wǎng)段中的結(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突 集線器的優(yōu)點(diǎn): 簡(jiǎn)單,廉價(jià)設(shè)備 多層結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)性能略微降低較大的互聯(lián)LAN: 即使一個(gè)集線器故障，部分 LAN結(jié)點(diǎn)仍可以繼續(xù)工作 擴(kuò)展了結(jié)點(diǎn)間的距離 (每個(gè)Hub 100m),集線器的局限,單一的沖突域?qū)е铝俗畲笸掏铝坎豢赡茉黾?多層結(jié)構(gòu)的吞吐量實(shí)際與單個(gè)網(wǎng)段相同 對(duì)單個(gè) LAN中同樣的沖突域的限制也強(qiáng)加到了所有新近加入到這個(gè)互聯(lián)

46、LAN的結(jié)點(diǎn)上 不能連接不同類(lèi)型的以太網(wǎng) (e.g., 10BaseT 和 100baseT),4.11擴(kuò)展的局域網(wǎng)：網(wǎng)橋(Bridge),鏈路層設(shè)備: 使用以太網(wǎng)幀工作, 檢查幀的首部的信宿地址后，選擇性的進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā) 由于網(wǎng)橋可以緩存幀，網(wǎng)橋可以隔離碰撞域 當(dāng)在網(wǎng)段間轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí),網(wǎng)橋使用 CSMA/CD方式訪問(wèn)網(wǎng)段并進(jìn)行傳輸,擴(kuò)展的局域網(wǎng)：網(wǎng)橋(續(xù)),網(wǎng)橋優(yōu)點(diǎn): 隔離沖突域使得網(wǎng)絡(luò)的最大總吞吐量提高, 對(duì)接入的結(jié)點(diǎn)數(shù)和地理覆蓋的范圍沒(méi)有限制 由于是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，所以可以連接不同的以太網(wǎng) 透明: 不需要改變主機(jī)的LAN網(wǎng)絡(luò)接口適配器,主干網(wǎng)橋（Backbone Bridge）,不使用主干方式的互聯(lián)

47、,不推薦的兩個(gè)理由: - 在 Computer Science hub故障可能引出的問(wèn)題 - 所有在EE 和 SE 之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須通過(guò) CS 網(wǎng)段,網(wǎng)橋: 幀的過(guò)濾,轉(zhuǎn)發(fā),網(wǎng)橋過(guò)濾幀 同LAN網(wǎng)段內(nèi)傳輸?shù)膸晦D(zhuǎn)發(fā)到其他的LAN網(wǎng)段 轉(zhuǎn)發(fā): 如何知道那個(gè)LAN網(wǎng)段在哪，如何轉(zhuǎn)發(fā)? 看起來(lái)好像是路由選擇問(wèn)題 (只不過(guò)距離短一點(diǎn)!),網(wǎng)橋過(guò)濾,網(wǎng)橋可以通過(guò) 自學(xué) 了解某臺(tái)主機(jī)可以從哪個(gè)接口到達(dá): 維護(hù)過(guò)濾表 當(dāng)幀到達(dá)時(shí),網(wǎng)橋“得知”發(fā)送方的位置:信號(hào)進(jìn)入的 LAN網(wǎng)段 在過(guò)濾表中記錄發(fā)送方的位置 過(guò)濾表的條目: (結(jié)點(diǎn)的 LAN地址, 網(wǎng)橋的接口,時(shí)間戳-Time Stamp) 過(guò)濾表中過(guò)期的條

48、目會(huì)被丟棄 (TTL 可以為 60 分鐘),過(guò)濾,filtering procedure: If 信宿LAN地址與接收到的幀處于同一網(wǎng)段 then 丟棄該幀； else 查詢(xún)過(guò)濾表 if 發(fā)現(xiàn)了信宿的條目 then 按條目所指的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā); else 泛洪（flood）; /* 在除了接收該幀的接口以外的所有接口上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)*/ ,網(wǎng)橋自學(xué)過(guò)程: 舉例,假設(shè) C 給D發(fā)送幀， D再用幀對(duì)C進(jìn)行應(yīng)答,C 發(fā)送幀, 網(wǎng)橋沒(méi)有D的資料,因此在兩個(gè)LAN進(jìn)行泛洪 網(wǎng)橋注意C是在1#端口 位處上部的LAN將該幀忽略 D接收到了該幀,網(wǎng)橋的自學(xué)過(guò)程: 舉例,D 產(chǎn)生了給 C的應(yīng)答, 并發(fā)送 網(wǎng)橋注意到了D發(fā)出的幀 網(wǎng)橋查出D處在2#接口上 網(wǎng)橋已知 C 在1#接口上,所以有選擇的 通過(guò)1#接口轉(zhuǎn)發(fā),忽略同網(wǎng)段通信的幀 自學(xué)源地址 轉(zhuǎn)發(fā)異網(wǎng)段的幀 廣播未知幀,網(wǎng)橋工作原理小結(jié),網(wǎng)橋支撐樹(shù)(Spanning Tree),為增強(qiáng)可靠性, 一般希望有一些冗余,比如在信源、信宿間設(shè)立具有可替換的路徑 如果同時(shí)有了多條路經(jīng)，就有可能產(chǎn)生循環(huán) 網(wǎng)橋會(huì)產(chǎn)生