信道分配策略多址協(xié)議.ppt

1、第四章,介質(zhì)（媒體）訪問控制子層 Medium Access Control Sublayer,本章主要內(nèi)容,信道分配策略 多址協(xié)議 令牌環(huán)網(wǎng) 以太網(wǎng)：共享式以太網(wǎng)，交換式以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)，千兆位以太網(wǎng) 無線局域網(wǎng) 數(shù)據(jù)鏈路層交換：網(wǎng)橋，虛擬局域網(wǎng),幾個術(shù)語,Multiaccess channel：多址信道 random access channel：隨機(jī)訪問信道 medium：介質(zhì)，媒體，信道 medium access：使用信道發(fā)送數(shù)據(jù) medium access control（MAC）：決定誰可以使用信道發(fā)送數(shù)據(jù),1 信道分配策略,靜態(tài)分配： 固定分配信道的方式，如FDM和同步TDM

2、； 適用于用戶數(shù)少且數(shù)量固定、每個用戶通信量較大的情況，不會產(chǎn)生沖突。 動態(tài)分配： 按需分配信道的方式，如異步TDM； 適用于用戶數(shù)多且數(shù)量可變、突發(fā)通信的情況。,信道分配策略（2）,動態(tài)分配的三種策略： 競爭方式：各個用戶競爭使用信道，不需要取得發(fā)送權(quán)就可以發(fā)送數(shù)據(jù)，這種方式會產(chǎn)生沖突。 無沖突方式：每個用戶必須先獲得發(fā)送權(quán)，然后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，這種方式不會產(chǎn)生沖突，如預(yù)約或輪轉(zhuǎn)方式。 有限競爭方式：以上兩種方式的折衷。,2 多址協(xié)議,ALOHA 載波偵聽多址協(xié)議（CSMA） 無沖突協(xié)議 有限競爭協(xié)議 無線局域網(wǎng)協(xié)議,2.1 ALOHA系統(tǒng)（1）,純ALOHA的基本思想： 任何節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送就

3、可以發(fā)送； 每個節(jié)點通過監(jiān)聽信道判斷是否發(fā)生了沖突； 一旦發(fā)現(xiàn)沖突，隨機(jī)等待一段時間后重新發(fā)送。 隨機(jī)訪問信道的效率： 當(dāng)有大量的活動節(jié)點、每個節(jié)點總有大量的幀要發(fā)送時，長期運行過程中成功傳輸時間占總時間的份額。,幾個概念,幀時（frame time）：發(fā)送一個標(biāo)準(zhǔn)長度的幀所需的時間。 N：每幀時內(nèi)系統(tǒng)產(chǎn)生的新幀數(shù)目（0N1) G：每幀時內(nèi)系統(tǒng)需要發(fā)送的總幀數(shù)（包括新幀和重發(fā)幀），這其實就是系統(tǒng)負(fù)載。 P0：發(fā)送的幀不產(chǎn)生沖突的概率。 S：系統(tǒng)吞吐量，指每幀時內(nèi)系統(tǒng)能夠成功傳輸?shù)膸瑪?shù)，S = GP0。,純ALOHA的易損時間區(qū),純ALOHA系統(tǒng)的信道效率,假設(shè)G服從泊松分布，則： 在一個給定的

4、幀時內(nèi)，產(chǎn)生k個幀的概率為： Prk= Gke-G/k! 在一個給定的幀時內(nèi)，沒有幀出現(xiàn)的概率為： Pr0= e-G 對于一個給定的幀，在兩個幀時內(nèi)沒有其它幀的概率為：P0 = e-Ge-G = e-2G S = GP0 = Ge-2G 當(dāng)G = 0.5時，S達(dá)到最大值，為0.184。,ALOHA系統(tǒng)（2）,時分ALOHA的基本思想 將時間分成離散的時間片（slot），每個時間片用來傳輸一個幀； 每個節(jié)點只能在一個時間片的開始傳送幀，其 它與純ALOHA系統(tǒng)同。 時分ALOHA系統(tǒng)要求全局時鐘同步。,時隙ALOHA的易損時間區(qū),時分ALOHA系統(tǒng)的信道效率,與純ALOHA相比，每個幀的易損時間

5、區(qū)縮小了，沖突的概率隨之減小，系統(tǒng)吞吐量隨之提高。 P0 = e-G S = GP0 = Ge-G 當(dāng)G = 1時，S達(dá)到最大值，為0.368。,純ALOHA和時分ALOHA的性能比較,2.2 載波偵聽多址協(xié)議-Carrier Sense Multiple Access Protocols,1-堅持CSMA 發(fā)送前先監(jiān)聽信道，信道忙則堅持監(jiān)聽直至發(fā)現(xiàn)信道空閑；若信道空閑立即（概率1）發(fā)送；發(fā)現(xiàn)沖突后隨機(jī)等待一段時間，重新監(jiān)聽信道。 影響協(xié)議性能的因素：信號傳播延遲，1-堅持的策略。 該協(xié)議適合于規(guī)模較小和負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)。,CSMA協(xié)議（續(xù)）,非堅持CSMA 發(fā)送前先監(jiān)聽信道，信道忙則放棄監(jiān)聽，

6、等待一個隨機(jī)時間后再監(jiān)聽，信道空閑則發(fā)送數(shù)據(jù)。 信道利用率高于1-堅持CSMA，但延遲特性要差些 。,CSMA協(xié)議（續(xù)）,p-堅持CSMA，適用于時分信道： 發(fā)送前先監(jiān)聽信道，信道忙則等到下一個時間片再監(jiān)聽；信道空閑則以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)，以概率1-p推遲到下一個時間片。下一個時間片執(zhí)行相同的操作直至發(fā)送成功或檢測到信道忙。 該協(xié)議試圖在1-堅持CSMA和非堅持CSMA間取得性能折衷，影響協(xié)議性能的關(guān)鍵在于p的選擇。,幾個CSMA協(xié)議的性能比較,2.3 CSMA/CD-CSMA with Collision Detection,節(jié)點檢測到?jīng)_突后立即停止沖突幀的發(fā)送，以節(jié)省時間和帶寬。 協(xié)議的狀態(tài)周

7、期：由競爭周期、傳輸周期和空閑周期交織而成。 協(xié)議的效率近似為：= 1/（1+5tprop/ttrans），其中tprop為信號在任意兩個節(jié)點之間傳播的最大時間，ttrans為傳輸一個最大長度的幀所需的時間。 該公式表明，當(dāng)信道很長（即網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大）或幀傳輸時間很短（幀很短或數(shù)據(jù)速率很高）時，協(xié)議的效率較低。,CSMA/CD的狀態(tài)周期,2.4 無沖突協(xié)議（1）,位圖協(xié)議： 節(jié)點在發(fā)送前先預(yù)約，然后按預(yù)約的順序發(fā)送。該協(xié)議不會產(chǎn)生沖突。 輕負(fù)載時，每個節(jié)點在發(fā)送前平均等待N比特；若幀長為d比特，不考慮其它開銷，信道效率為：= d/(N + d)。 重負(fù)載時，每幀的開銷為1比特，不考慮其它開銷，信

8、道效率為：= d/(d+1) 。,位圖協(xié)議,無沖突協(xié)議（2）,Binary Countdown： 節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)前先發(fā)送其二進(jìn)制地址（長度相等），這些地址在信道中被線性相加，地址最高的節(jié)點勝出，可繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。 不考慮其它開銷，信道效率為： = d/(d+log2N)。 若將地址作為幀的第一個字段，則信道效率：= 100%。,Binary Countdown圖示,無沖突協(xié)議（3）,令牌傳遞協(xié)議： 一個小的、稱為令牌（token）的特殊幀在節(jié)點間按固定的次序巡游。 節(jié)點收到令牌后，若沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，就將令牌傳給下一個節(jié)點；否則發(fā)送一定數(shù)量的幀，再把令牌傳給下一個節(jié)點。 網(wǎng)絡(luò)中只有一個令牌，只有持有令

9、牌的節(jié)點允許發(fā)送，所以不會有沖突發(fā)生。,2.5 有限競爭協(xié)議,競爭協(xié)議：輕負(fù)載下延遲特性好，重負(fù)載下信道利用率低。 無沖突協(xié)議：重負(fù)載下信道利用率高，輕負(fù)載下延遲特性不好。 有限競爭協(xié)議：結(jié)合以上兩類協(xié)議的優(yōu)點，克服各自的缺點，在輕負(fù)載下獲得良好的延遲特性，而在重負(fù)載下獲得較高的信道利用率。,協(xié)議基本思想,對節(jié)點分組，每個時隙（slot）內(nèi)只允許一個組的節(jié)點競爭信道，目的是通過減少同一個時隙內(nèi)的競爭節(jié)點數(shù)來提高發(fā)送成功的概率。 組內(nèi)節(jié)點數(shù)隨系統(tǒng)負(fù)載的變化動態(tài)調(diào)整，負(fù)載輕則節(jié)點數(shù)多，負(fù)載重則節(jié)點數(shù)少，在兩個極端上分別退化為競爭協(xié)議和無沖突協(xié)議。 協(xié)議的關(guān)鍵在于如何根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載自適應(yīng)調(diào)整組的劃分，

10、將時隙分配給節(jié)點。,adaptive tree walk,時間片0：A以下站點發(fā)送，沖突,時間片1：B以下站點發(fā)送，沖突,時間片2：D以下站點發(fā)送，無發(fā)送,時間片3：E以下站點發(fā)送，沖突,時間片4：2發(fā)送，成功,時間片5：3發(fā)送，成功,時間片6：C以下站點發(fā)送，無發(fā)送,2.6 無線局域網(wǎng)協(xié)議,無線局域網(wǎng)的兩種模式： （a） 有基站的無線局域網(wǎng) （b） 自組織網(wǎng)（ad hoc network）,Ad Hoc模式的無線網(wǎng)絡(luò),單個節(jié)點的通信范圍不能覆蓋整個網(wǎng)絡(luò)，即節(jié)點的活動不能被網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點檢測到。這種網(wǎng)絡(luò)也稱多跳無線網(wǎng)絡(luò)。 若節(jié)點位于兩個發(fā)送節(jié)點的通信范圍內(nèi)，該節(jié)點接收失敗。,為什么CSMA不適

11、用于多跳無線網(wǎng)絡(luò)？,為什么CSMA不適用于多跳無線網(wǎng)絡(luò)？,通過載波偵聽，發(fā)送節(jié)點只能知道其周圍是否有節(jié)點在發(fā)送；但真正影響此次通信的是接收節(jié)點周圍是否有節(jié)點在發(fā)送。 隱藏節(jié)點：不在發(fā)送節(jié)點的通信范圍內(nèi)、但在接收節(jié)點通信范圍內(nèi)的活躍節(jié)點。 暴露節(jié)點：在發(fā)送節(jié)點的通信范圍內(nèi)、但不在接收節(jié)點通信范圍內(nèi)的活躍節(jié)點。,Multiple Access with Collision Avoidance,問題： 當(dāng)節(jié)點A準(zhǔn)備向節(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)時，如何讓節(jié)點B附近的節(jié)點保持沉默？ MACA的基本思想： 由發(fā)送方主動發(fā)起一次握手過程，引起接收方發(fā)送一個短的確認(rèn)幀；接收端周圍的節(jié)點檢測到這個確認(rèn)幀，并在隨后的一段時間

12、里保持沉默。,MACA協(xié)議圖示,(a) A sending an RTS to B. (b) B responding with a CTS to A.,MACA協(xié)議過程,A向B發(fā)送一個RTS幀，幀中給出后繼數(shù)據(jù)幀的長度。 B收到后回復(fù)一個CTS幀，幀中也給出數(shù)據(jù)幀的長度。 A收到CTS幀后就可以發(fā)送。 在此過程中，若A周圍的節(jié)點監(jiān)聽到了A的RTS幀，它們會在隨后的一段時間內(nèi)保持沉默，以便讓A無沖突地收到CTS幀；而B周圍的節(jié)點監(jiān)聽到B的CTS幀后，也會在隨后的一段時間（由CTS幀中的數(shù)據(jù)長度決定）內(nèi)保持沉默，從而讓B能夠無沖突地收到A發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。 若B和C同時向A發(fā)送RTS幀，則會產(chǎn)生沖突

13、，這時不成功的發(fā)送方會隨機(jī)等待一段時間后再重試。,MACA for Wireless（MACAW）,MACAW是對MACA的改進(jìn)： 每當(dāng)接收端正確收到一個幀后，發(fā)送一個確認(rèn)幀； 發(fā)送端在發(fā)送RTS前，使用CSMA監(jiān)聽信道，避免兩個節(jié)點同時向同一個接收節(jié)點發(fā)送RTS； 改進(jìn)了沖突后的回退算法； 增加了節(jié)點間交換擁塞信息的機(jī)制。,3 局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),IEEE于1980年2月成立局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會，形成的一系列標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)于1984年3月被ISO采納，作為局域網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為ISO 8802標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)主要涉及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層的一部分

14、；數(shù)據(jù)鏈路層又進(jìn)一步分為介質(zhì)訪問控制（MAC）子層和邏輯鏈路控制（LLC）子層。 將數(shù)據(jù)鏈路層分成兩個子層的好處是，利用統(tǒng)一的LLC子層屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)，使得網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議可以獨立于物理介質(zhì)及介質(zhì)訪問控制方法。,IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)系列,4 令牌環(huán)網(wǎng),令牌環(huán)由環(huán)接口和環(huán)接口間的點到點鏈路組成，節(jié)點通過環(huán)接口連到網(wǎng)上。 數(shù)據(jù)沿著一個固定的方向在環(huán)上流動，每個節(jié)點從上游節(jié)點接收數(shù)據(jù)，然后立即轉(zhuǎn)發(fā)到下游節(jié)點（邊收邊發(fā)而不是存儲轉(zhuǎn)發(fā)）。 目的節(jié)點將數(shù)據(jù)接收下來，同時仍向下游轉(zhuǎn)發(fā)。 數(shù)據(jù)返回到發(fā)送節(jié)點時，發(fā)送節(jié)點將其從環(huán)上取消。,令牌環(huán)的幀結(jié)構(gòu)（1）,令牌環(huán)的幀結(jié)構(gòu)（2）,AC：格式為 T：令牌比特，令牌

15、幀中T=0，數(shù)據(jù)幀中T=1。當(dāng)節(jié)點為發(fā)送數(shù)據(jù)而捕獲到一個令牌幀后，將T翻轉(zhuǎn)為1。 PPP：優(yōu)先級比特，當(dāng)節(jié)點想發(fā)送優(yōu)先級為的數(shù)據(jù)幀時，必須捕獲到優(yōu)先級小于或等于的令牌才能發(fā)送。 RRR：預(yù)約比特，節(jié)點在數(shù)據(jù)幀通過時，將自己想要發(fā)送的幀的優(yōu)先級寫到預(yù)約比特中（除非已有其它站預(yù)約了更高的優(yōu)先級）。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)發(fā)完后，新產(chǎn)生的令牌具有已預(yù)約的優(yōu)先級。 M：監(jiān)控比特，監(jiān)控站用來檢測未被發(fā)送站取消的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀發(fā)送時M=0；第一次通過監(jiān)控站時被置為1；第二次通過監(jiān)控站時被檢測到。,令牌環(huán)的幀結(jié)構(gòu)（3）,FS：格式為 A：地址識別比特。數(shù)據(jù)幀發(fā)送時A=0；通過接收站時，接收站置A=1。 C：幀復(fù)制比特。數(shù)

16、據(jù)幀發(fā)送時C=0，接收站將幀接收下來后，置C=1。 數(shù)據(jù)幀返回發(fā)送站時，發(fā)送站檢查A和C，有三種情況： A0，C0：接收站不存在或沒加電； A1，C0：接收站存在，但沒有接收幀； A1，C1：接收站存在，且接收了該幀。,星型環(huán)結(jié)構(gòu),5 以太網(wǎng)（Ethernet）,傳統(tǒng)以太網(wǎng) 交換式以太網(wǎng) 快速以太網(wǎng) 千兆以太網(wǎng),5.1 傳統(tǒng)以太網(wǎng)（Traditional Ethernet）,組網(wǎng)方式： 10Base-5（粗纜以太網(wǎng)）： 使用粗的基帶同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，采用總線型拓?fù)洌?數(shù)據(jù)速率10Mbps，每段電纜最大長度500米。 10Base-2（細(xì)纜以太網(wǎng)）： 使用細(xì)的基帶同軸電纜，采用總線型拓?fù)洌?

17、數(shù)據(jù)速率10Mbps，每段電纜最大長度約200米。 *這兩種以太網(wǎng)在新建的局域網(wǎng)中已很少使用。,圖示,Three kinds of Ethernet cabling. (a) 10Base5, (b) 10Base2, (c) 10Base-T.,傳統(tǒng)以太網(wǎng)組網(wǎng)方式（2）,10Base-T 使用3類雙絞線和集線器（hub）連接計算機(jī)，物理上是星型拓?fù)洌壿嬌鲜强偩€型拓?fù)洌?數(shù)據(jù)速率10Mbps，雙絞線最大長度100米； 使用RJ-45連接器，插拔非常方便； 雙絞線以太網(wǎng)是連接桌面系統(tǒng)最流行的技術(shù)。,傳統(tǒng)以太網(wǎng)組網(wǎng)方式（3）,10Base-F 使用多模光纖作為傳輸介質(zhì)，采用星型拓?fù)洌?數(shù)據(jù)速率1

18、0Mbps，光纖最大長度2000米。 光纖以太網(wǎng)常用于建筑物間的連接。,使用中繼器連接多個以太網(wǎng)段,物理層編碼,傳統(tǒng)以太網(wǎng)在物理層上使用曼徹斯特編碼。 為達(dá)到10Mbps數(shù)據(jù)速率，信號速率（波特率）要達(dá)到20Mbaud。,以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu),DIX以太幀與802.3幀,DIX以太幀結(jié)構(gòu)： 幀邊界：8個前導(dǎo)碼（0 xAA） 類型：指出處理數(shù)據(jù)域的協(xié)議實體 802.3幀結(jié)構(gòu)： SOF：使用與802.4和802.5相兼容的幀起始標(biāo)記 長度：替代DIX幀中的類型域，指出數(shù)據(jù)域的長度。 這兩種格式都可使用，當(dāng)類型/長度域的值大于1500時解釋為類型域，否則解釋為長度域。,MAC地址,每一塊網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）都

19、固定分配了一個地址，稱為MAC地址，也稱物理地址。 MAC地址長6個字節(jié)，一般用由冒號分隔的6個十六進(jìn)制數(shù)表示，如 8:0:2b:e4:b1:2。 全局地址和局部地址： 局部地址：由網(wǎng)管分配且只在本網(wǎng)內(nèi)有效。 全局地址：由IEEE統(tǒng)一分配，確保每塊適配器的地址都是唯一的。,全局地址和局部地址,全局地址和局部地址是以地址的次高比特（地址在線路上傳輸時的第二個比特）來標(biāo)識的： 全局地址：地址次高比特為0 局部地址：地址次高比特為1 TCP/IP規(guī)定包頭中的整數(shù)值在傳輸時用網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序表示， TCP/IP定義網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序為大端，即高位字節(jié)存放在較小的地址。,地址類型,目的地址類型： 單播地址：目的主機(jī)適

20、配器的MAC地址，地址最高比特為0。 多播地址：標(biāo)識一個多播組的邏輯地址，地址最高比特為1。 廣播地址：48位全是1。 以太網(wǎng)中傳輸?shù)拿恳粋€幀可被每一個適配器收到，為減輕主機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，適配器僅將發(fā)給本節(jié)點的幀交給主機(jī)。 網(wǎng)橋、協(xié)議分析器等特殊設(shè)備的適配器可設(shè)置成雜收模式（promiscuous mode），將收到的所有幀交給主機(jī)。,介質(zhì)訪問控制,以太網(wǎng)采用CSMA/CD作為介質(zhì)訪問控制協(xié)議： 發(fā)送前監(jiān)聽信道： 信道忙（監(jiān)聽到信號能量）則堅持監(jiān)聽； 一旦發(fā)現(xiàn)信道空閑，立即發(fā)送； 發(fā)送時繼續(xù)監(jiān)聽信道，若檢測到?jīng)_突（發(fā)現(xiàn)異常的信號能量），立即停止傳送，并發(fā)送一個阻塞信號（加強(qiáng)沖突）； 進(jìn)入指數(shù)回退

21、（exponential backoff）階段，隨機(jī)等待一段時間后重新監(jiān)聽信道。,檢測沖突,當(dāng)信號傳播延遲不可忽略時，為確保發(fā)送節(jié)點能夠檢測到?jīng)_突，發(fā)送的幀必須具有足夠的長度。 若信號在以太網(wǎng)上相距最遠(yuǎn)的兩個適配器之間的往返延遲為2，幀的發(fā)送時間至少應(yīng)為2。 在最大配置的以太網(wǎng)（帶有4個中繼器、直徑為2500米的粗纜以太網(wǎng)）中， 2=51.2s ，這在10Mbps速率下對應(yīng)于512比特（64字節(jié)）的最小幀長。 這解釋了為什么以太幀中需要046字節(jié)的填充域。,檢測沖突所需的最大時間,解決沖突,指數(shù)回退： 沖突產(chǎn)生后，時間被分成一系列長為51.2s的時隙。 第一次沖突后，設(shè)置參數(shù) n = 1，從0

22、1中隨機(jī)選擇一個整數(shù) k，等待 k51.2s 后重試。 以后每發(fā)生一次沖突，就將 n 加倍，然后從02n-1中隨機(jī)選擇一個整數(shù) k，等待 k51.2s 后重試。 算法規(guī)定 n 最大為10。10次沖突后，隨機(jī)等待的最大時隙數(shù)固定在1023。 適配器通常最多嘗試16次，仍沖突則向上層報告出錯。,以太網(wǎng)的性能,以太網(wǎng)適合在輕負(fù)載下工作，一般而言，信道利用率超過30%就認(rèn)為是重負(fù)載了。 多數(shù)以太網(wǎng)工作在較保守的狀態(tài)下： 大部分以太網(wǎng)上的主機(jī)數(shù)小于200； 大部分以太網(wǎng)的規(guī)模遠(yuǎn)小于2500米，往返延遲接近5s而不是51.2s； 主機(jī)通常會提供某種端到端的流量控制機(jī)制。,5.2 交換式以太網(wǎng)（Switch

23、ed Ethernet）,共享式以太網(wǎng)的問題： 在有N個節(jié)點的系統(tǒng)中，每個節(jié)點平均只能獲得總帶寬的1/N； 當(dāng)較多的節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)時，由于沖突增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。 解決網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)性能之間矛盾的幾種方法： 提高網(wǎng)絡(luò)速度：不能從根本上解決沖突增加的問題； 網(wǎng)絡(luò)分段：增加設(shè)備代價，管理困難； 交換技術(shù)：將沖突域中的節(jié)點數(shù)減少到一個，避免沖突的發(fā)生，從根本上改變共享式局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。,交換機(jī)以太網(wǎng)（2）,交換機(jī)是交換式以太網(wǎng)的核心： 由一個高速交換背板和若干線卡組成； 每塊線卡上有一些端口，每個端口可連接一臺主機(jī)； 數(shù)據(jù)幀通過背板在不同線卡間交換。 線卡的兩種構(gòu)造方法： 線卡上的所有端口連接在一起

24、，形成一個沖突域； 線卡上的每個端口有一個輸入緩存，輸入的幀首先緩存在卡的RAM中，然后再拷貝到目的端口所對應(yīng)的RAM中，即每個端口是一個獨立的沖突域。,交換機(jī),A simple example of switched Ethernet.,交換式以太網(wǎng)的優(yōu)點,交換式以太網(wǎng)將“共享”變?yōu)椤蔼毾怼保?交換機(jī)為每個端口提供專用的帶寬 每個節(jié)點通過專用鏈路連到交換機(jī)的一個端口 網(wǎng)絡(luò)的總帶寬為各個交換端口帶寬之和。 隨著用戶（端口）的增多，網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷增加，即使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重也不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。 交換式以太網(wǎng)從根本上解決了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)性能的矛盾問題。,交換式以太網(wǎng)的最小幀長及規(guī)模,交換式以太網(wǎng)不再使

25、用CSMA/CD協(xié)議，理論上說，不再需要限制幀的最小長度；但為了向后兼容，幀的最小長度仍為64字節(jié)。這樣協(xié)議軟件不需要做任何改動。 由于交換式以太網(wǎng)不再使用CSMA/CD協(xié)議，傳輸介質(zhì)的長度只和信號強(qiáng)度及介質(zhì)傳輸能力有關(guān)，與信號的最大往返時間無關(guān)： 3類雙絞線：在不超過100米的距離內(nèi)支持10Mbps 5類雙絞線：在不超過100米的距離內(nèi)支持100Mbps 光纖：可以達(dá)到數(shù)千米以上,5.3 快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet）,標(biāo)準(zhǔn)為802.3u，除了數(shù)據(jù)速率提高到100Mbps以外，完全保留了802.3的MAC層（幀格式、接口及處理規(guī)程）。 定義了三種新的物理層標(biāo)準(zhǔn)（組網(wǎng)方案）： 100

26、Base-TX：5類非屏蔽雙絞線 100Base-T4：3類非屏蔽雙絞線 100Base-FX：光纖 物理層上只使用集線器和交換機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，且傳輸介質(zhì)只使用雙絞線和光纖。,100Base-TX,5類雙絞線組網(wǎng)方案。 5類雙絞線可工作在125MHz的時鐘頻率下，在不超過100米的距離內(nèi)，使用4B/5B編碼可獲得100Mbps的數(shù)據(jù)速率。 因此， 使用兩對雙絞線連接集線器和適配器（采用RJ-45連接器），一對用于輸入，一對用于輸出。 每對雙絞線運行在125Mbaud，可獲得125M4/5 = 100Mbps數(shù)據(jù)速率。 該方案可在兩個方向上獲得100Mbps數(shù)據(jù)速率。,100Base-T4,3類雙絞

27、線組網(wǎng)方案。 3類雙絞線無法在100米內(nèi)支持100Mb/s，因此使用了一根電纜中的全部四對雙絞線，一對固定作為輸入，一對固定作為輸出，還有兩對總是切換到當(dāng)前傳輸方向上。 每對雙絞線運行在25M Baud，傳輸3狀態(tài)信號，將三對雙絞線視為一體，信號狀態(tài)共有27種，每種狀態(tài)至少攜帶4比特數(shù)據(jù)（8B/6T編碼）。 當(dāng)前傳輸方向上可以獲得425M = 100Mbps的數(shù)據(jù)速率，另一方向上提供33.3Mbps帶寬（一對雙絞線）。 該方案僅在一個方向上獲得100Mbps數(shù)據(jù)速率。 該方案仍然采用RJ-45連接器。,100Base-FX,光纖組網(wǎng)方案。 使用兩條多模光纖，一條用于輸入，一條用于輸出。 采用4

28、B/5B編碼，每條光纖均提供100Mbps的數(shù)據(jù)速率。 計算機(jī)與組網(wǎng)設(shè)備間的距離可以達(dá)到2000米。,快速以太網(wǎng)使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,集線器: 所有節(jié)點位于一個沖突域中，采用CSMA/CD協(xié)議，工作于半雙工工作方式。 交換機(jī)： 每個端口是一個沖突域，不再執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議，工作于全雙工方式 。 100Base-T（100Base-T4和100Base-TX）可以使用集線器，也可以使用交換機(jī)；但100Base-FX只能使用交換機(jī)。,自動協(xié)商模式,允許兩個節(jié)點自動配置通信的最佳速率和通信方式（全雙工或半雙工），從而可以方便地連接已有的10Mbps站點，也便于10Mbps站點的升級。 10Mbp、10

29、0Mbps及1000M的設(shè)備都可以通過自動協(xié)商模式進(jìn)行互操作。,5.4 千兆以太網(wǎng)（Gigabit Ethernet）,標(biāo)準(zhǔn)是802.3z，除數(shù)據(jù)速率提高到1Gbps以外，仍然與已有的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)相兼容，包括幀格式、最小和最大幀長限制等。 千兆以太網(wǎng)的所有配置都是點到點的，它允許兩臺計算機(jī)直接相連，也允許用hub或交換機(jī)連接計算機(jī)，或連接其它的hub或交換機(jī)。,千兆以太網(wǎng)的連接方式,千兆以太網(wǎng)的操作模式（1）,全雙工模式： 這是正常模式，當(dāng)使用交換機(jī)連接時使用這種模式。兩根光纖或兩對雙絞線，一根（對）用作輸入，一根（對）用作輸出。 由于不使用CSMA/CD，線路的長度只取決于信號的強(qiáng)度。 交換機(jī)

30、可以隨意混合和匹配速率，也支持自動協(xié)商模式。,千兆以太網(wǎng)的操作模式（2）,半雙工模式： 當(dāng)使用hub連接時使用這種模式。 使用CSMA/CD協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模200米，線路上傳輸?shù)淖钚L增大為512字節(jié)。 為向后兼容，增加以下兩個特性： 載波擴(kuò)展：鏈路層上仍使用64字節(jié)的最小幀長，但由發(fā)送硬件在發(fā)送時填充至512字節(jié)，并由接收硬件自動去除。 幀突發(fā)傳輸（frame bursting）：發(fā)送端可將多個幀放在一起傳輸，以避免將每個幀填充至512字節(jié)。,千兆以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn),千兆以太網(wǎng)組網(wǎng)方式（1）,光纖組網(wǎng)： 激光作為光源，波長0.85m（只用于多模光纖）和1.3m兩種。 光纖10m（單模）、50m

31、（多模）和62.5m（多模）三種。 傳輸距離與所使用的光纖類型及光波段有關(guān)，使用10m光纖和1.3m波長時可以達(dá)到5公里。 傳輸時使用8B/10B編碼，1250Mbaud信號速率，數(shù)據(jù)速率1250M 8/10 = 1000Mbps。,千兆以太網(wǎng)組網(wǎng)方式（2）,雙絞線組網(wǎng)： 屏蔽雙絞線：2對，由于距離太近，很少使用。 5類雙絞線： 使用4對5類線，最大長度100米。 每對運行在125M波特。 采用PAM5編碼，5個電平等級，其中四種電平用于編碼數(shù)據(jù)，一種電平用于控制，因此每個信號攜帶2比特數(shù)據(jù)。 4對雙絞線可以獲得24125M = 1000Mbps數(shù)據(jù)速率。 每對雙絞線都可以雙向傳輸，因此可全雙

32、工地獲得1000Mbps數(shù)據(jù)速率。,流量控制,千兆以太網(wǎng)支持流量控制，原因是： 在1Gb/s這樣的高速下，收發(fā)雙方的同步非常重要； 當(dāng)位于千兆以太網(wǎng)上的主機(jī)向傳統(tǒng)以太網(wǎng)上的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，很容易造成接收主機(jī)緩存溢出。 流量控制的方法： 接收端向發(fā)送端發(fā)送一個特殊的控制幀，要求暫停發(fā)送。 控制幀是類型為0 x8808的普通以太幀，數(shù)據(jù)域的頭兩個字節(jié)給出命令，后續(xù)字節(jié)給出參數(shù)，說明要暫停多長時間，單位為發(fā)送最短幀所需的時間。 在千兆以太網(wǎng)中，時間單位為512ns，最長允許暫停的時間為33.6ms。,6 無線局域網(wǎng)802.11,協(xié)議棧 物理層 MAC子層協(xié)議 幀結(jié)構(gòu) 服務(wù),802.11協(xié)議棧,802

33、.11物理層,802.11 infrared：紅外通信，1Mbps和2Mbps兩種速率。優(yōu)點是各個房間的通信系統(tǒng)互不干擾，缺點是帶寬太低。 802.11 FHSS：跳頻擴(kuò)頻，工作在2.4GHz頻帶， 1Mbps和2Mbps兩種速率。優(yōu)點是安全性好，抗干擾強(qiáng)，常用于建筑物之間的通信，缺點是帶寬太低。 802.11 DSSS：直序擴(kuò)頻， 1Mbps和2Mbps兩種速率。 802.11a OFDM：正交頻分多路復(fù)用，工作于5GHz頻帶，最高速率54Mbps。優(yōu)點是抗窄帶干擾強(qiáng)，并能夠使用非連續(xù)信道。 802.11b HR-DSSS：高速直序擴(kuò)頻，工作于2.4GHz頻帶，有1，2，5.5和11Mbps

34、四種速率，通信范圍是802.11a 的7倍。 802.11g OFDM：工作在2.4GHz頻帶，理論上可以達(dá)到54Mbps。,兩種結(jié)構(gòu)的無線局域網(wǎng),802.11的操作模式（1）,PCF（Point Coordination Function）模式： 該模式只能用于有基礎(chǔ)設(shè)施（基站）的無線網(wǎng)絡(luò)，由基站控制單元內(nèi)的所有通信活動。 輪詢：基站依次詢問單元中的節(jié)點，被詢問到的節(jié)點可以發(fā)送它們的幀，不會有沖突發(fā)生。 新節(jié)點注冊：新加入的節(jié)點可以注冊一個恒定速率的輪詢服務(wù)，聲明自己希望得到的帶寬。 電源管理：基站可以指示某些節(jié)點進(jìn)入睡眠狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)給這些節(jié)點時喚醒它們。 PCF的實現(xiàn)是可選的。,80

35、2.11的操作模式（2）,DCF（Distributed Coordination Function）： 該模式可用于有基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)和無基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)，所有實現(xiàn)必須支持DCF模式。 所有節(jié)點（包括AP）使用CSMA/CA協(xié)議競爭信道。 CSMA/CA支持兩種機(jī)制： 信道預(yù)約機(jī)制（可選） 無信道預(yù)約的機(jī)制,使用信道預(yù)約機(jī)制的CSMA/CA,B欲向C發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀： B向C發(fā)送一個RTS幀，幀中給出隨后要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀及確認(rèn)幀需要的總時間。 C收到后回復(fù)一個CTS幀，幀中給出同樣的時間。 B收到CTS幀后開始發(fā)送，并啟動一個定時器等待確認(rèn)。 C收到幀后，發(fā)送一個ACK幀進(jìn)行確認(rèn)。 A和D收

36、到RTS和CTS后，分別沉默一段時間，直至B收到ACK。 若B定時器超時，重復(fù)以上過程。 若有兩個站同時發(fā)送RTS幀，產(chǎn)生沖突，不成功的發(fā)送方隨機(jī)等待一段時間后重試。,使用RTS/CTS預(yù)約信道,段突發(fā)傳輸機(jī)制,802.11允許發(fā)送站將幀分成較小的段傳輸以減小出錯重發(fā)的通信量。 每個段單獨編號，采用停-等協(xié)議傳輸。 節(jié)點在獲取信道后可以連續(xù)地將一個幀的所有段全部發(fā)完。,段突發(fā)傳輸,幀間距機(jī)制,802.11允許DCF和PCF在一個單元內(nèi)共存，這是通過幀間距機(jī)制實現(xiàn)的。,幀間距機(jī)制（續(xù)）,SIFS：允許正處于會話中的節(jié)點優(yōu)先發(fā)送，如收到RTS的節(jié)點發(fā)送一個CTS，收到數(shù)據(jù)的節(jié)點發(fā)送一個ACK，收到

37、ACK的節(jié)點發(fā)送下一個段。 PIFS：如果在SIFS后沒有節(jié)點發(fā)送，在PIFS之后基站（PCF模式）可以發(fā)送一個信標(biāo)幀或一個輪詢幀。 DIFS：如果沒有基站發(fā)送，DIFS之后任何節(jié)點可以競爭信道。 EIFS：如果以上間隔都沒有發(fā)送，EIFS之后收到壞幀或未知幀的節(jié)點可以發(fā)送一個幀報告錯誤。,不使用信道預(yù)約機(jī)制的CSMA/CA,當(dāng)一個節(jié)點有幀要發(fā)送時，首先偵聽信道： 1）若一開始就偵聽到信道空閑，則在等待了DIFS時間后發(fā) 送該幀。 2）若信道忙，則選取一個隨機(jī)的回退值，并在偵聽到信道 空閑時開始遞減該值。在此過程中若偵聽到信道忙，則 凍結(jié)計數(shù)值。 3）當(dāng)計數(shù)值減為0時，該節(jié)點發(fā)送整個幀并等待確

38、認(rèn)。 4）若收到確認(rèn)幀，表明幀發(fā)送成功；若還要發(fā)送下一個 幀，從第2步開始CSMA/CA協(xié)議；若未收到確認(rèn)，節(jié)點 重新進(jìn)入第2步中的回退階段，并從一個更大的范圍內(nèi) 選取隨機(jī)值。 因此，如果有k個節(jié)點在等待發(fā)送，則它們隨機(jī)選取的回退值確定了它們的發(fā)送順序。,CSMA/CA與CSMA/CD的不同,最根本的不同： CSMA/CD在發(fā)送過程中檢測沖突，而CSMA/CA在發(fā)送過程中不檢測沖突。 沖突對無線網(wǎng)絡(luò)的損害要大得多，應(yīng)當(dāng)盡可能地避免。 由此帶來的協(xié)議處理方面的不同： 在CSMA/CD中，節(jié)點偵聽到信道空閑時立即發(fā)送。 在CSMA/CA中，節(jié)點偵聽到信道空閑后要推遲發(fā)送，尤其在第2步中要隨機(jī)回退。

39、這些措施都是為了盡可能避免沖突。,802.11的幀結(jié)構(gòu),幀類型：數(shù)據(jù)幀、控制幀和管理幀。 每種幀都有一個被MAC層使用的頭，還有一些被物理層使用的頭。,802.11的數(shù)據(jù)幀（只給出MAC層的頭）,802.11的服務(wù),每個遵從802.11的無線局域網(wǎng)必須提供2類共9種服務(wù)。 分配服務(wù)（Distribution service）：由基站提供，管理cell成員關(guān)系，與其它cell中的站進(jìn)行交互。 建立聯(lián)系（association）：移動節(jié)點進(jìn)入一個cell后使用該服務(wù)與基站建立聯(lián)系。 解除聯(lián)系（disassociation）：節(jié)點關(guān)機(jī)或離開前與基站解除聯(lián)系。 重建聯(lián)系（reassociation）：

40、節(jié)點使用該服務(wù)改變首選基站。 分發(fā)（distribution）：基站轉(zhuǎn)發(fā)收到的幀。 集成（integration）：將802.11格式轉(zhuǎn)換成目的網(wǎng)絡(luò)要求的格式。,802.11服務(wù)（續(xù)）,站服務(wù)（station services）：在聯(lián)系建立起來后使用，用于管理cell內(nèi)的活動。 身份鑒別（authentication）：基站驗證移動節(jié)點的身份。 解除鑒別（deauthentication）：一個此前經(jīng)過認(rèn)證的節(jié)點離開網(wǎng)絡(luò)前解除認(rèn)證。 保密（privacy）：處理數(shù)據(jù)的加密和解密。 數(shù)據(jù)傳遞（data delivery）：數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)，802.11提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)是不可靠的。,7 寬帶無線網(wǎng)絡(luò)

41、（802.16）,802.16傳輸環(huán)境,802.11與802.16的比較,802.11主要為個人移動用戶提供因特網(wǎng)接入服務(wù)；802.16主要為建筑物中的固定用戶提供包括話音、視頻、因特網(wǎng)接入在內(nèi)的綜合服務(wù)。 802.11是覆蓋范圍很小的專用網(wǎng)絡(luò)；802.16是覆蓋城區(qū)范圍的公用通信網(wǎng)絡(luò)，因此802.16的安全性要求比802.11高得多。 一個802.11 cell支持的用戶數(shù)量不多，用戶要求的帶寬也不高；一個802.16 cell要支持上千戶家庭，且每個用戶的帶寬要求可能很高，因此802.16要提供比802.11高得多的帶寬。 盡管802.11支持實時通信，但并不是專門針對電話和視頻服務(wù)設(shè)計的

42、；而802.16卻不是這樣，因此802.16要求更好的服務(wù)質(zhì)量。,8 藍(lán)牙（Bluetooth）,藍(lán)牙最初的目的是用短距離、低功率和廉價的無線收發(fā)器將計算設(shè)備與通信設(shè)備、外設(shè)等連接起來。 藍(lán)牙也可用于組建無線局域網(wǎng)，但它和802.11系統(tǒng)是互相干擾的， 因為802.11和藍(lán)牙都工作在2.4GHz頻帶相同的79個信道上。目前尚無解決辦法。 藍(lán)牙是關(guān)于一個完整系統(tǒng)（從物理層到應(yīng)用層）的規(guī)范。 無線個人區(qū)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.15采納了藍(lán)牙1.0版本的規(guī)范，但只標(biāo)準(zhǔn)化了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。,藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu),藍(lán)牙系統(tǒng)的基本單元是piconet（皮可網(wǎng)，微微網(wǎng)），半徑不超過10米，有一個 主節(jié)點，最多七個活躍的

43、從節(jié)點，和最多255個處于低功耗狀態(tài)的停留節(jié)點。 多個piconet可以通過橋節(jié)點連接起來，形成scatternet。 Piconet的核心是一個集中式的TDM系統(tǒng)，主節(jié)點控制時鐘并且決定哪個從節(jié)點在什么時候可以通信. 所有通信都發(fā)生在主節(jié)點和某個從節(jié)點之間，從節(jié)點之間的直接通信是不允許的。,Piconet和scatternet,藍(lán)牙應(yīng)用,13種藍(lán)牙應(yīng)用大致分為4類： 為其它應(yīng)用提供支撐服務(wù)（1-4） 提供聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)（5-7） 提供電話服務(wù)（8-10） 提供數(shù)據(jù)交換服務(wù)（11-13）,9 邏輯鏈路控制協(xié)議802.2,邏輯鏈路控制子層（LLC）的作用： 向網(wǎng)絡(luò)層提供統(tǒng)一的接口，隱藏各種802局

44、域網(wǎng)的差別 為網(wǎng)絡(luò)層提供不同的服務(wù) 服務(wù)類型： 不可靠的數(shù)據(jù)報服務(wù)（因特網(wǎng)只使用這種服務(wù)） 可靠的數(shù)據(jù)報服務(wù) 可靠的面向連接的服務(wù),LLC的位置,(a) Position of LLC. (b) Protocol formats.,802.2幀結(jié)構(gòu),802.2幀結(jié)構(gòu),目的訪問點：接收該幀的協(xié)議實體，作用相當(dāng)于DIX幀中的類型域。 源訪問點：發(fā)送該幀的協(xié)議實體。 控制：類似于HDLC的控制字段，但做了一些修改，其中序號及確認(rèn)僅在要求可靠傳輸?shù)那闆r下使用。 信息：攜帶上層數(shù)據(jù)。,10 局域網(wǎng)互聯(lián),使用網(wǎng)橋連接局域網(wǎng) 透明橋 生成樹算法 遠(yuǎn)程橋 使用交換機(jī)連接局域網(wǎng),用網(wǎng)橋連接兩個局域網(wǎng),用網(wǎng)橋連接

45、不同局域網(wǎng)的困難,用網(wǎng)橋連接不同局域網(wǎng)的困難： 幀格式不同：需要重新組幀和重新計算校驗和。 網(wǎng)絡(luò)速率不匹配：要求網(wǎng)橋能夠緩存大量的幀，但仍有可能因內(nèi)存不夠而丟失幀。 最大幀長不同：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不能處理幀的分片與重組，因此超過目的網(wǎng)絡(luò)最大幀長的幀只能被丟棄。 優(yōu)先級：令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)支持優(yōu)先級，而以太網(wǎng)不支持。 安全措施：802.11支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層加密，而以太網(wǎng)不支持。,10.1 透明橋,設(shè)計目標(biāo)： 即插即用：只需將網(wǎng)橋與各個欲通過它互聯(lián)的局域網(wǎng)連接起來，整個系統(tǒng)就能夠正常工作，不需要做任何硬件或軟件上的設(shè)置。 網(wǎng)橋的插入不會中斷現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的運行。 網(wǎng)橋的存在對網(wǎng)絡(luò)用戶是透明的。,透明橋連接局域網(wǎng)示

46、例,透明橋工作原理（1）,網(wǎng)橋的任務(wù)是接收與之相連的網(wǎng)上傳送的全部幀，篩選出需要轉(zhuǎn)發(fā)的幀發(fā)送到相應(yīng)的端口。 問題一： 網(wǎng)橋如何知道是否應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)幀，以及應(yīng)往哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)？ 解決方法： 網(wǎng)橋內(nèi)部使用一張轉(zhuǎn)發(fā)表，表中記錄各個目的地址在網(wǎng)橋的哪個端口上。 網(wǎng)橋用幀的目的地址查找轉(zhuǎn)發(fā)表，若目的地址所在端口與幀的輸入端口相同，丟棄幀；否則從目的地址所在端口轉(zhuǎn)發(fā)幀。,透明橋工作原理（2）,問題二： 網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表從何而來？ 答案： 網(wǎng)橋通過逆向?qū)W習(xí)法獲知各個目的地址所在的端口，逐步建立轉(zhuǎn)發(fā)表。 逆向?qū)W習(xí)：網(wǎng)橋通過檢查幀的源地址及輸入端口來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點及所在的端口。,透明橋工作原理（3）,問題三： 若轉(zhuǎn)發(fā)

47、表尚未完全建立或出現(xiàn)了新節(jié)點，即幀的目的地址不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，網(wǎng)橋該如何轉(zhuǎn)發(fā)？ 方法： 使用擴(kuò)散法轉(zhuǎn)發(fā)。 擴(kuò)散法：將幀在除輸入端口以外的所有端口上發(fā)送。,透明橋工作原理（4）,問題四： 網(wǎng)橋?qū)W習(xí)到的知識過時了怎么辦？ 解決方法： 給轉(zhuǎn)發(fā)表的每個表項添加一個時間項，稱為生存期。 網(wǎng)橋定期掃描轉(zhuǎn)發(fā)表，遞減每個表項的生存期值，將生存期值減為0的表項刪去。,透明橋的處理過程,當(dāng)透明橋收到一個幀后，要進(jìn)行以下處理： 用幀的目的地址查找轉(zhuǎn)發(fā)表（進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策）： 若目的地址的輸出端口與幀的輸入端口相同，丟棄幀。 若目的地址的輸出端口與幀的輸入端口不同，從輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)幀。 若目的地址不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，在除輸入端口以外

48、的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)幀。 用幀的源地址查找轉(zhuǎn)發(fā)表（更新轉(zhuǎn)發(fā)表）： 若找到該地址，將對應(yīng)表項的生存期設(shè)為最大值。 若沒有找到該地址，將源地址與輸入端口添加到轉(zhuǎn)發(fā)表中，設(shè)置表項的生存期為最大值。 管理程序定期掃描轉(zhuǎn)發(fā)表，遞減每個表項的生存期值，并將那些生存期值減為0的表項刪去。,10.2 生成樹算法,問題： 樹型拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)中，每個網(wǎng)橋是一個單故障點，系統(tǒng)可靠性差。 使用冗余的網(wǎng)橋可提高可靠性，但網(wǎng)絡(luò)中又會形成環(huán)。,如何解決環(huán)的問題？,解決思路： 在有環(huán)的網(wǎng)絡(luò)中，僅在網(wǎng)橋發(fā)生故障時才啟用冗余鏈路，平時只使用沒有環(huán)的拓?fù)滢D(zhuǎn)發(fā)幀。 問題描述： 將網(wǎng)橋抽象成邊，局域網(wǎng)抽象成頂點，形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。求該圖的一棵生成

49、樹（spanning tree），使得覆蓋圖中所有的頂點但沒有環(huán)路。 基于生成樹轉(zhuǎn)發(fā)幀： 生成樹構(gòu)造完成后，只有位于生成樹中的網(wǎng)橋能夠在屬于生成樹的邊上轉(zhuǎn)發(fā)幀。,用生成樹消除冗余鏈路,(a) Interconnected LANs. (b) A spanning tree covering the LANs,生成樹的構(gòu)造算法（802.1D）,選舉根網(wǎng)橋：各個網(wǎng)橋廣播自己的序列號，序列號最小的網(wǎng)橋成為生成樹的根。根網(wǎng)橋可在所有的端口上轉(zhuǎn)發(fā)幀。 每個網(wǎng)橋計算自己到根的最短路徑（跳數(shù)），記錄自己的哪個端口在最短路徑上，這個端口即為該網(wǎng)橋到根的優(yōu)先路徑。 所有連接到同一個LAN上的網(wǎng)橋選出一個指派網(wǎng)橋

50、（designated bridge），指派網(wǎng)橋是這些網(wǎng)橋中離根最近的；若距離相等，則選序列號最小的。 生成樹的節(jié)點由根網(wǎng)橋和指派網(wǎng)橋組成，指派網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋最短路徑上的端口成為生成樹上的邊。 生成樹算法始終在每個網(wǎng)橋（包括非指派網(wǎng)橋）上運行，當(dāng)樹中的某個網(wǎng)橋或局域網(wǎng)出現(xiàn)故障時，重新計算生成樹。,構(gòu)造生成樹的例子,10.3 遠(yuǎn)程橋,遠(yuǎn)程橋之間通過點到點線路相連。 點到點線路上運行某種點到點數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，如PPP。,Remote bridges can be used to interconnect distant LANs.,遠(yuǎn)程橋之間幀的傳輸方式,若源網(wǎng)絡(luò)和目的網(wǎng)絡(luò)相同： 完整的MAC幀放在

51、點到點鏈路層幀的載荷中傳輸。 這種方式最簡單，避免了幀格式轉(zhuǎn)換的麻煩，稱為隧道方式。 若源網(wǎng)絡(luò)和目的網(wǎng)絡(luò)不同： 源網(wǎng)橋?qū)AC幀的載荷取出，裝入點到點鏈路層幀的載荷，目的網(wǎng)橋再取出組裝成目的網(wǎng)絡(luò)上的MAC幀。 這種方式需要較多的處理開銷，而且會由于網(wǎng)橋存儲器中某個內(nèi)存位的損壞引入不可檢測的錯誤。,10.4 用交換機(jī)連接局域網(wǎng),交換機(jī)的應(yīng)用： 可以作為集線設(shè)備，每個端口連接一臺主機(jī)。 可以用來連接以太網(wǎng)，每個端口連接一個網(wǎng)段。 大型交換機(jī)提供不同網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的端口，可以用來連接不同類型的局域網(wǎng)，類似于網(wǎng)橋。 交換機(jī)與網(wǎng)橋類似的地方： 采用逆向?qū)W習(xí)法構(gòu)造轉(zhuǎn)發(fā)表 采用生成樹算法去除冗余鏈路,交換機(jī)與

52、網(wǎng)橋不同的地方,轉(zhuǎn)發(fā)模式： 網(wǎng)橋只使用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)模式；而交換機(jī)支持存儲-轉(zhuǎn)發(fā)和快速轉(zhuǎn)發(fā)（cut through）兩種模式，缺省模式是存儲-轉(zhuǎn)發(fā)。 快速轉(zhuǎn)發(fā)：交換機(jī)在收到幀的前6個節(jié)字后即查找轉(zhuǎn)發(fā)表，在輸入和輸出端口之間建立直通連接，開始轉(zhuǎn)發(fā)幀。 轉(zhuǎn)發(fā)速率： 交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)速率遠(yuǎn)高于網(wǎng)橋，因為交換機(jī)采用專用集成電路芯片實現(xiàn)協(xié)議解析和幀轉(zhuǎn)發(fā)，而不是基于CPU的軟件方法。 端口密度： 網(wǎng)橋一般只有很少的幾個端口，用于連接局域網(wǎng)；交換機(jī)主要用于連接單個主機(jī)，有許多端口。,應(yīng)用多種交換機(jī)實現(xiàn)局域網(wǎng)組網(wǎng),使用二層設(shè)備連接局域網(wǎng)的局限性,可擴(kuò)展性問題： 生成樹算法假設(shè)網(wǎng)絡(luò)是扁平結(jié)構(gòu)的，而扁平結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)不具有可

53、擴(kuò)展性。 用二層設(shè)備連接的局域網(wǎng)在同一個廣播域中，不能阻斷廣播幀在網(wǎng)絡(luò)中的傳播，會造成廣播風(fēng)暴。 異構(gòu)性問題： 二層設(shè)備使用幀頭信息來轉(zhuǎn)發(fā)，一般只支持相同地址格式的網(wǎng)絡(luò)（如48比特地址格式的網(wǎng)絡(luò)），不易推廣到其它類型的網(wǎng)絡(luò)（如ATM網(wǎng)絡(luò)） 。 使用網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備（如路由器）連接局域網(wǎng)是解決以上兩個問題的有效方案；在阻斷廣播幀方面，虛擬局域網(wǎng)是一種有效的解決方案。,11 虛擬局域網(wǎng)（VLAN）,雙絞線和集線器/交換機(jī)的使用，使得管理員可以不依賴于用戶的物理位置來組織網(wǎng)絡(luò)。 為什么要將用戶組織到不同的網(wǎng)絡(luò)中？ 安全的需要 不同部門的網(wǎng)絡(luò)在運行時互不干擾 阻斷廣播風(fēng)暴,使用集線器和交換機(jī)的集中布線,網(wǎng)絡(luò)

54、重配置的問題,當(dāng)人員在部門之間流動時，經(jīng)常需要改變用戶計算機(jī)連接的網(wǎng)絡(luò)，管理員通過改變用戶計算機(jī)的連接器在集線器或交換機(jī)上的端口來完成配置。 當(dāng)這種改變非常頻繁的時候，重新配置網(wǎng)絡(luò)是一件很麻煩的事；而且有時這種方法不可行，比如網(wǎng)線不夠長。 網(wǎng)絡(luò)提供商開始使用軟件的方法來完成網(wǎng)絡(luò)的配置，導(dǎo)致了虛擬局域網(wǎng)概念的提出。,VLAN的基本概念,VLAN的基本思想將網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)浞珠_，用軟件的方法將一個物理網(wǎng)絡(luò)劃分成邏輯上獨立的若干個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)稱為一個VLAN。 每個VLAN在邏輯上是一個獨立的網(wǎng)絡(luò)： 每個VLAN是一個單獨的廣播域，一個VLAN中的所有幀流量被限制在該VLAN中。 屬于不同VLAN的節(jié)點不能互相訪問，它們之間的通信一般要依賴于網(wǎng)絡(luò)層路由。,使用VLAN配置網(wǎng)絡(luò),VLAN的實現(xiàn)基礎(chǔ)是支持VLAN功能的交換機(jī)，不同廠商的VLAN交換機(jī)的工作方式可能有差異。 使用VLAN配置網(wǎng)絡(luò)： 管理員決定將物理網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個VLAN，每個機(jī)器在哪個VLAN上，以及每個VLAN的名字。 為每個VLAN交換機(jī)建立一個配置表，說明通過交換機(jī)的哪個端口可以到達(dá)哪個VLAN