電子科大局域網(wǎng)與城域網(wǎng)第3章局域網(wǎng)體系結構

1、第第3 3.1 協(xié)議參考模型協(xié)議參考模型 3.2 LLC層層 3.3 MAC層層 3.4 LLC層的變遷層的變遷 3.5 參考文獻參考文獻 3.1 協(xié)議參考模型協(xié)議參考模型 3.1.1 概述概述 3.1.2 IEEE 802參考模型參考模型 3.1.3 IEEE 802實現(xiàn)模型實現(xiàn)模型 3.1.4 IEEE 802協(xié)議族協(xié)議族 3.1.1 概述概述 n協(xié)議參考模型協(xié)議參考模型 nOSI參考模型：一個抽象的概念和基礎框架參考模型：一個抽象的概念和基礎框架 nTCP/IP參考模型：以參考模型：以N層為中心的實現(xiàn)模型層為中心的實現(xiàn)模型 n802網(wǎng)絡參考模型：網(wǎng)絡參考模型：LAN/MAN的參考模型的參

2、考模型 n802網(wǎng)絡參考模型網(wǎng)絡參考模型 nDL層：分成層：分成LLC/MAC子層子層 n目的是適應介質訪問技術的復雜性目的是適應介質訪問技術的復雜性 nPh層：可以分成層：可以分成PMI/PMD子層子層 n以便在各種傳輸介質上構造高性能網(wǎng)絡以便在各種傳輸介質上構造高性能網(wǎng)絡 3.1.2 IEEE 802參考模型參考模型 nIEEE 802 RM for ES n摘自：摘自：Fig.1 IEEE std 802-2001 LLC： Logical Link Control 邏輯鏈路控制（子層）邏輯鏈路控制（子層） MAC： Medium Access Control 介質訪問控制（子層）介質訪

3、問控制（子層） LSAP： Link Service Access Point 鏈路服務訪問點鏈路服務訪問點MSAP： MAC Service Access Point MAC服務訪問點服務訪問點PhSAP： Physical Service Access Point 物理服務訪問點物理服務訪問點 Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical MediumMedium PhysicalPhysical MAC LLC MAC LLC Scope of IEEE 802 Standards Upper

4、Layer Protocols Upper Layer Protocols MSAP LSAP PhSAP 3.1.2 IEEE 802參考模型參考模型-說明說明 n802網(wǎng)絡參考模型由網(wǎng)絡參考模型由IEEE 802委員會制委員會制 n定義定義802網(wǎng)絡的層次結構和協(xié)議體系網(wǎng)絡的層次結構和協(xié)議體系 n802網(wǎng)絡的協(xié)議層次與網(wǎng)絡的協(xié)議層次與OSI/BRM的對應的對應 n低二層：低二層：DL、Ph nDL層分為：層分為： LLC/MAC兩個子層兩個子層 n向高層提供服務：通過向高層提供服務：通過LSAP nPh層越來越復雜，近年來也開始劃分子層層越來越復雜，近年來也開始劃分子層 n大致分為：大致分

5、為：PMI/PMD子層子層 注意注意:802的標準包括了對介質的規(guī)范的標準包括了對介質的規(guī)范 3.1.3 IEEE 802實現(xiàn)模型實現(xiàn)模型 n802實現(xiàn)模型實現(xiàn)模型 n特別加強了物理層的結構特別加強了物理層的結構 DL PHY 高層高層 MII MDI medium LLC MAC PMI PMD LLC：邏輯鏈路控制子層：邏輯鏈路控制子層 MAC：介質訪問控制子層：介質訪問控制子層 PMI：物理介質無關子層：物理介質無關子層 Physical Medium Independent sublayer PMD：物理介質相關子層：物理介質相關子層 Physical Medium Dependent

6、 sublayer MII：介質無關接口：介質無關接口 Medium Independent Interface MDI：介質相關接口：介質相關接口 Medium Dependent Interface 3.1.4 IEEE 802標準族標準族 nIEEE 802標準族成員及其相互關系標準族成員及其相互關系 n摘自：摘自：IEEE std 802.1Q-2003 nIEEE802.1: 綜述、編址、橋接、管理、綜述、編址、橋接、管理、 n IEEE802.2: 屏蔽不同類型的屏蔽不同類型的LAN，向上提供一致的服務，向上提供一致的服務 n IEEE802.3/11/15/16/17， n定義不

7、同類型的定義不同類型的LAN/MAN n內(nèi)容包括：內(nèi)容包括：MAC協(xié)議、物理接口、介質需求協(xié)議、物理接口、介質需求 n 所有的所有的LAN具有相同的具有相同的LLC子層及不同的子層及不同的MAC子層和物理層子層和物理層 n 不同的不同的MAC和物理層構成了不同的和物理層構成了不同的LAN 3.1.4 IEEE 802標準族標準族-簡圖簡圖 802.3 802.2 802.11 物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 PHY MAC LLC OSI 層次層次LAN層次層次 802.17 802.1 3.2 LLC層層 3.2.1 LLC概述概述 3.2.2 LLC服務服務 3.2.3 LLC PDU

8、 3.2.4 LLC地址地址 3.2.5 LLC協(xié)議應用模式協(xié)議應用模式 3.2.1 LLC概述概述 nLLC協(xié)議：源于協(xié)議：源于HDLC標準標準 nLLC提供提供DL層的功能層的功能 n兩個站點間兩個站點間DL_PDU的傳送的傳送 n支持共享介質上的多路訪問支持共享介質上的多路訪問 n組播組播/廣播功能廣播功能 nLLC：當年位于中心位置：當年位于中心位置 n向下支持多種向下支持多種MAC協(xié)議協(xié)議 n向上層提供統(tǒng)一接口：向上層提供統(tǒng)一接口：LSAP n當前的演變、正在退出實用當前的演變、正在退出實用 3.2.2 LLC服務服務 nLLC提供的基本服務提供的基本服務 n無確認無連接服務無確認無

9、連接服務 nUnacknowledged connectionless- mode services n連接式服務連接式服務 nConnection-mode services n有確認無連接式服務有確認無連接式服務 nAcknowledged connectionless-mode services 3.2.3 PDU與數(shù)據(jù)封裝與數(shù)據(jù)封裝 LSAP X LLC MAC PHY LLCLLC MAC PHY LLC X 站點站點A 站點站點B DATADATA DATA LLC頭頭 DATA MAC尾尾MAC頭頭 LLC PDU MAC幀幀 LLC頭頭 DATA nLLCLLC頭部：頭部：LL

10、CLLC協(xié)議信息協(xié)議信息 n含源含源/ /宿宿LLCLLC地址（地址（DA/SADA/SA）及其他控制信息）及其他控制信息 nMACMAC頭部：頭部：MACMAC協(xié)議信息協(xié)議信息 n含源含源/ /宿宿MACMAC地址及其他控制信息地址及其他控制信息 nMACMAC尾部：尾部： FCSFCS，用于對，用于對MACMAC幀檢錯幀檢錯 n一般而言，協(xié)議頭部在各層協(xié)議中是必要的一般而言，協(xié)議頭部在各層協(xié)議中是必要的 n 源、宿地址指明誰與誰通信源、宿地址指明誰與誰通信 n其他控制信息指明如何實現(xiàn)通信其他控制信息指明如何實現(xiàn)通信 3.2.3 LAN協(xié)議頭部信息協(xié)議頭部信息 IP IPX. 3.2.4 L

11、LC地址地址 nLLC地址地址 n是是LLC的的LSAP地址的簡稱地址的簡稱 nLLC地址標識一個地址標識一個LLC用戶用戶 nLLC用戶通常是網(wǎng)絡層的一個實體用戶通常是網(wǎng)絡層的一個實體 n網(wǎng)絡層有多個用戶：通常是多種網(wǎng)絡層協(xié)議網(wǎng)絡層有多個用戶：通常是多種網(wǎng)絡層協(xié)議 nLLC/SAP nLLC支持多重支持多重SAP n每一個每一個SAP都有自己的都有自己的LLC地址地址 LLC MAC PHY LLC LSAP 3.3 MAC層層 3.3.1 背景背景 3.3.2 MAC層的功能層的功能 3.3.3介質訪問控制技術介質訪問控制技術 3.3.4 MAC幀結構幀結構 3.3.5 MAC地址地址 3

12、.3.6 MAC服務服務 3.3.7 MAC幀發(fā)送與接收幀發(fā)送與接收 3.3.1 背景背景 n早期：局域網(wǎng)大都使用共享信道早期：局域網(wǎng)大都使用共享信道 n必須提供對傳輸介質進行訪問控制的機制，這就是必須提供對傳輸介質進行訪問控制的機制，這就是 MAC協(xié)議協(xié)議 n目前：高性能局域網(wǎng)正在使用獨享信道目前：高性能局域網(wǎng)正在使用獨享信道 n不需要介質訪問控制協(xié)議不需要介質訪問控制協(xié)議 n在高性能局域網(wǎng)標準中，介質訪問控制協(xié)議名存實亡在高性能局域網(wǎng)標準中，介質訪問控制協(xié)議名存實亡 n以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的CSMA/CD在點對點鏈路中并不使用在點對點鏈路中并不使用 n萬兆位以太網(wǎng)已經(jīng)不支持共享信道萬兆位以太網(wǎng)已

13、經(jīng)不支持共享信道 nMAC協(xié)議仍然是重要的研究課題協(xié)議仍然是重要的研究課題 n在新的接入網(wǎng)技術中使用在新的接入網(wǎng)技術中使用 n是學術論文的重要題材是學術論文的重要題材 3.3.2 MAC層功能層功能 n編址編址 n成幀成幀 n幀發(fā)送與接收幀發(fā)送與接收 n幀過濾幀過濾 n介質訪問控制介質訪問控制 n向上層提供無連接的服務向上層提供無連接的服務 nMAC的功能基本上由網(wǎng)卡（的功能基本上由網(wǎng)卡（NIC）來完成）來完成 n 網(wǎng)卡硬件與主機獨立，有網(wǎng)卡硬件與主機獨立，有CPU、ROM、RAM等等 n 獨立對獨立對MAC幀進行處理，不占主機的時間和空間幀進行處理，不占主機的時間和空間 n 介質訪問管理介質

14、訪問管理 n 完成物理層的功能：編完成物理層的功能：編/解碼，同步等解碼，同步等 3.3.3 介質訪問控制技術介質訪問控制技術 n共享信道環(huán)境一定需要信道訪問控制共享信道環(huán)境一定需要信道訪問控制 n信道訪問控制面臨的問題信道訪問控制面臨的問題 nWhere：在哪里控制？：在哪里控制？ n集中式控制與分布式控制集中式控制與分布式控制 n目前多使用分布式仲裁機制目前多使用分布式仲裁機制 nHow：如何控制？：如何控制？ n靜態(tài)分配與動態(tài)分配靜態(tài)分配與動態(tài)分配 n典型的控制機制典型的控制機制 n輪轉、預約、爭用輪轉、預約、爭用 3.3.3.1 典型典型MAC技術輪轉技術輪轉 n時間片輪轉，各站點輪流

15、得到傳輸時間片時間片輪轉，各站點輪流得到傳輸時間片 n使用時間片長度可能受限使用時間片長度可能受限 n仲裁：集中、分布皆可仲裁：集中、分布皆可 n優(yōu)點優(yōu)點 n適用于各站點普遍需要發(fā)送數(shù)據(jù)適用于各站點普遍需要發(fā)送數(shù)據(jù) n重載性能好重載性能好 n典型實例典型實例 n集中式：輪詢集中式：輪詢 n分布式：令牌環(huán)分布式：令牌環(huán) 3.3.3.2 典型典型MAC技術預約技術預約 n預約技術的基本特點預約技術的基本特點 n各站點預約成功后方可傳輸數(shù)據(jù)各站點預約成功后方可傳輸數(shù)據(jù) n仲裁：集中、分布皆可仲裁：集中、分布皆可 n優(yōu)點優(yōu)點 n適應長時延信道：提前預約適應長時延信道：提前預約 n典型實例典型實例 n預

16、約預約ALOHA：用于衛(wèi)星信道：用于衛(wèi)星信道 3.3.3.3 典型典型MAC技術爭用技術爭用 n爭用技術基本特點爭用技術基本特點 n各站點競爭成功立即使用各站點競爭成功立即使用 n仲裁：通常是分布式仲裁仲裁：通常是分布式仲裁 n優(yōu)點優(yōu)點 n輕載網(wǎng)絡時延短輕載網(wǎng)絡時延短 n典型實例典型實例 n是局域網(wǎng)最常用的是局域網(wǎng)最常用的MAC機制機制 nCSMA系列系列 3.3.4 MAC幀結構幀結構 nMAC幀通用格式幀通用格式 n不同的不同的LAN具有相似幀格式，控制信息有差異具有相似幀格式，控制信息有差異 如：以太幀有長度控制，如：以太幀有長度控制，802.5幀有優(yōu)先級等幀有優(yōu)先級等 同步位同步位 D

17、ATA幀頭幀頭 用于幀同步、用于幀同步、 幀定位，硬件幀定位，硬件 完成（物理層）完成（物理層） 源、目地址及源、目地址及 其他控制信息其他控制信息 上層上層 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 幀尾幀尾 校驗校驗 字段字段 3.3.5 MAC地址地址 3.3.5.1 MAC地址概述地址概述 3.3.5.2 全局地址、局部地址全局地址、局部地址 3.3.5.3 單播、組播、廣播地址單播、組播、廣播地址 3.3.5.4 MAC地址表示法地址表示法 3.3.5.1 MAC地址概述地址概述 nLAN的的MAC地址地址 n在在LAN站點間識別的唯一標識站點間識別的唯一標識 nLAN站點的相互通信的物理地址站點的相互通信的物理地

18、址 n在一個在一個LAN中地址唯一中地址唯一 n地址長度：通常采用地址長度：通常采用48位地址位地址 n標準定義了標準定義了16位、位、48位兩種地址位兩種地址 n地址分類地址分類 n按管理策略分類：全局地址和局部地址按管理策略分類：全局地址和局部地址 n全局地址：網(wǎng)卡的硬件地址，全世界唯一全局地址：網(wǎng)卡的硬件地址，全世界唯一 n局部地址：人為設置的地址，一個局域網(wǎng)內(nèi)唯一局部地址：人為設置的地址，一個局域網(wǎng)內(nèi)唯一 n按通信對象分類：廣播、組播和單播地址按通信對象分類：廣播、組播和單播地址 nMAC地址可以使用全局地址，也可使用局部地址地址可以使用全局地址，也可使用局部地址 3.3.5.2（1）

19、 全局全局MACMAC地址地址 n 全局地址固化在網(wǎng)卡硬件上全局地址固化在網(wǎng)卡硬件上 n全局地址全世界唯一全局地址全世界唯一 nIEEEIEEE向全世界網(wǎng)卡生產(chǎn)廠分配廠商代號向全世界網(wǎng)卡生產(chǎn)廠分配廠商代號OUI OUI （organizational Unique Identifier), organizational Unique Identifier), 占前占前3 3字節(jié)字節(jié), ,保證網(wǎng)卡地址全球唯一保證網(wǎng)卡地址全球唯一 例：例：3Com3Com公司公司OUI OUI ：00-60-8000-60-80 Intel Intel公司公司OUI OUI ： 00-90-27 00-90-27

20、 等等等等 n如使用全局地址，更換網(wǎng)卡則站點如使用全局地址，更換網(wǎng)卡則站點MAC地址隨之改變地址隨之改變 n好處：網(wǎng)上的新老設備不會發(fā)生地址沖突好處：網(wǎng)上的新老設備不會發(fā)生地址沖突 n不利之處：地址不連續(xù)，管理不便不利之處：地址不連續(xù)，管理不便 3.3.5.2（2）局部局部MACMAC地址地址（本地地址）（本地地址） n本地地址由人工配置，可以根據(jù)需要更改本地地址由人工配置，可以根據(jù)需要更改 n一般只在本地網(wǎng)絡中使用一般只在本地網(wǎng)絡中使用 n本地地址本地網(wǎng)中唯一本地地址本地網(wǎng)中唯一 n可按一定規(guī)律配置本地地址可按一定規(guī)律配置本地地址 n 如：樓號如：樓號樓層號樓層號辦公室辦公室等編址等編址 n

21、好處：主機更換網(wǎng)卡可不改變好處：主機更換網(wǎng)卡可不改變MACMAC地址（設置）地址（設置） n不利之處：不利之處： n加重管理員的負擔，必須人工配置加重管理員的負擔，必須人工配置 n網(wǎng)卡壞了換新卡時必須重新配置網(wǎng)卡壞了換新卡時必須重新配置 n特別提醒特別提醒 n若不手動設置若不手動設置MACMAC地址，則站點的地址，則站點的MACMAC地址為網(wǎng)卡的固化地址地址為網(wǎng)卡的固化地址 n如手動設置了如手動設置了MACMAC地址，則站點的地址，則站點的MACMAC地址為手動設置的地址地址為手動設置的地址 3.3.5.2 單播、組播、廣播地址單播、組播、廣播地址 n單播地址（單播地址（U Uncast)nc

22、ast) n表示一個站的唯一地址表示一個站的唯一地址 n組播地址（組播地址（mulitcast)mulitcast) n表示一組站的地址表示一組站的地址 n廣播地址廣播地址 (boardcast)(boardcast) nLANLAN所有站的地址所有站的地址 n4848位全位全1 1 nFF-FF-FF-FF-FF-FFFF-FF-FF-FF-FF-FF n注：網(wǎng)卡能識別的地址：注：網(wǎng)卡能識別的地址： n一般能識別單播地址和廣播地址一般能識別單播地址和廣播地址 n要接收組播幀，必須對網(wǎng)卡進行配置要接收組播幀，必須對網(wǎng)卡進行配置 3.3.5.2 單播、組播、廣播地址單播、組播、廣播地址 假設假設

23、A、B、C、D四站屬于同一個沖突域四站屬于同一個沖突域 （共享域），請問下列各種情況下，（共享域），請問下列各種情況下， MAC幀的目的地址可能是何種地址？幀的目的地址可能是何種地址？ （假設（假設MAC幀到達各站都是無錯的）幀到達各站都是無錯的） nA 、B將數(shù)據(jù)上交高層，其他站丟棄。將數(shù)據(jù)上交高層，其他站丟棄。 nA將數(shù)據(jù)上交高層，其他站丟棄。將數(shù)據(jù)上交高層，其他站丟棄。 nA、B、C、D各站都將數(shù)據(jù)上交高層。各站都將數(shù)據(jù)上交高層。 1)A、B、C、D各站都丟棄。各站都丟棄。 3.3.5.3 MAC地址表示法地址表示法 n802標準中的傳送順序標準中的傳送順序 n高八位組先傳、低八位組后傳

24、高八位組先傳、低八位組后傳 n每八位組中，低位先傳、高每八位組中，低位先傳、高bit位后傳位后傳 nMAC地址示例地址示例(以下是線路是發(fā)送的順序）以下是線路是發(fā)送的順序） 0011 0101 0111 1011 0001 0010 0000 0000 0000 0000 0000 0001 n Hexdecimal representation（IETF） n 十六進制表示法：十六進制表示法：AC-DE-48-00-00-80（機內(nèi)存儲順序）（機內(nèi)存儲順序） n Bit-reversed representation（IEEE） n 比特反轉表示法：比特反轉表示法：35:7B:12:00:0

25、0:01（線路發(fā)送順序）（線路發(fā)送順序） 八位組八位組 八位組八位組八位組八位組 高到低高到低 順序順序 b7b0 低到高位低到高位 3.3.6 MAC服務服務 n數(shù)據(jù)發(fā)送請求數(shù)據(jù)發(fā)送請求 nMA-UNITDATA request n數(shù)據(jù)到達指示數(shù)據(jù)到達指示 nMA-UNITDATA indication n發(fā)送狀態(tài)指示發(fā)送狀態(tài)指示 nMA-UNITDATA-STATUS indication n向上層提供前一數(shù)據(jù)發(fā)送請求的狀態(tài)信息向上層提供前一數(shù)據(jù)發(fā)送請求的狀態(tài)信息 n僅具有本端含義僅具有本端含義 n例如，例如，CSMA/CD網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡中的“沖突過多沖突過多”狀態(tài)狀態(tài) 3.3.6 MAC子

26、層提供的服務質量子層提供的服務質量 n無連接無連接 ，盡力而為，盡力而為 n 只負責將只負責將MAC幀盡可能快的傳到信道幀盡可能快的傳到信道 n 只簡單的丟棄無效幀，無差錯恢復功能只簡單的丟棄無效幀，無差錯恢復功能 n 幀中不含序號，丟失幀幀中不含序號，丟失幀MAC子層不知道子層不知道 n不保證可靠的服務，可靠性由上層保證不保證可靠的服務，可靠性由上層保證 3.3.7 MAC幀發(fā)送與接收（網(wǎng)卡完成）幀發(fā)送與接收（網(wǎng)卡完成） n工作站對幀發(fā)送工作站對幀發(fā)送 nMAC幀頭中含源、目幀頭中含源、目MAC地址地址 n目的目的MAC地址由上層提供地址由上層提供 n目的目的MAC地址可為單播、組播或廣播地

27、址可為單播、組播或廣播 上層數(shù)據(jù)上層數(shù)據(jù)高層高層 MAC幀幀MAC層層 MAC幀幀同步位同步位 物理層物理層 編碼編碼 位流通過介質發(fā)送位流通過介質發(fā)送 3.3.7 MAC幀發(fā)送與接收（網(wǎng)卡完成）幀發(fā)送與接收（網(wǎng)卡完成） n工作站對幀接收工作站對幀接收 收到幀收到幀 No Yes 有效幀有效幀？ ？ No Yes 剝?nèi)^幀尾剝?nèi)^幀尾 數(shù)據(jù)交上層數(shù)據(jù)交上層 丟丟 棄棄 ？ 指向本站指向本站 目的地址目的地址 v 丟棄無效幀丟棄無效幀 v什么是無效幀？什么是無效幀？ v 四種可接收情況四種可接收情況 n 單播、廣播，地址相符的組播單播、廣播，地址相符的組播 n 單播、廣播單播、廣播 n 單播、廣播、所有組播單播、廣播、所有組播 n 所有幀（監(jiān)控用）所有幀（監(jiān)控用） n 長度不是整字節(jié)數(shù)長度不是整字節(jié)數(shù) n 長度不在規(guī)定范圍之內(nèi)長度不在規(guī)定范圍之內(nèi) n 校驗出錯校驗出錯 3.4 LLC層的變遷層的變遷 nLLC設立的初衷設立的初衷 nLLC位于位于LAN參考模型的中心位置參考模型的中心位置 n向上提供一致的服務供多個向上提供一致的服務供多個N層協(xié)議使用層協(xié)議使用 n向下使用多種向下使用多種LAN（MAC）提供的