33以太網(wǎng)的MAC層及局域網(wǎng)擴(kuò)展ppt課件

1、第三講第三講 以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC層與以太網(wǎng)擴(kuò)展層與以太網(wǎng)擴(kuò)展以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的 MAC 層層以太網(wǎng)的擴(kuò)展以太網(wǎng)的擴(kuò)展高速以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)其他類型的高速局域網(wǎng)接口其他類型的高速局域網(wǎng)接口第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層1. 以太網(wǎng)的 MAC 層 802委員會將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆分為LLCLogical Link Control子層和MACMedia Access Control子層。與接入到傳輸媒體相關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層那么與傳輸媒體無關(guān)。20世紀(jì)90年代后，隨著以太網(wǎng)在局域網(wǎng)市場獲得壟斷位置，LLC子層802.2規(guī)范的作用曾經(jīng)不大了，許多廠商消費(fèi)的網(wǎng)卡上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LL

2、C協(xié)議。因此，暫時(shí)不思索LLC子層。MAC 層的硬件地址在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或 MAC 地址。 802 規(guī)范所說的“地址嚴(yán)厲地講該當(dāng)是每一個站的“名字或標(biāo)識符。 但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種 48 位的“名字稱為“地址，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，雖然這種說法并不太嚴(yán)厲。MAC 層的硬件地址uIEEE 的注冊管理機(jī)構(gòu) RA 擔(dān)任向廠家分配地址字段的前三個字節(jié)(即高位 24 位)。u地址字段中的后三個字節(jié)(即低位 24 位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識符，必需保證消費(fèi)出的適配器沒有反復(fù)地址。u一個地址塊可以生成224個不同的地址。這種 48 位地址稱為 MAC-48，它的通用稱號

3、是EUI-48。u“MAC地址實(shí)踐上就是適配器地址或適配器標(biāo)識符EUI-48。適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個 MAC 幀就首先用硬件檢查 MAC 幀中的 MAC 地址.假設(shè)是發(fā)往本站的幀那么收下，然后再進(jìn)展其他的處置。否那么就將此幀丟棄，不再進(jìn)展其他的處置?！鞍l(fā)往本站的幀包括以下三種幀： 單播(unicast)幀一對一廣播(broadcast)幀一對全體多播(multicast)幀一對多MAC 幀的格式 常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種規(guī)范 ：DIX Ethernet V2 規(guī)范IEEE 的 802.3 規(guī)范最常用的 MAC 幀是以太網(wǎng) V2 的格式。MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類

4、型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式10101010101010 10101010101010101011前同步碼幀開場定界符7 字節(jié)1 字節(jié)8 字節(jié)插入在幀的前面插入的 8 字節(jié)中的第一個字段共 7 個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實(shí)現(xiàn) MAC 幀的比特同步。第二個字段是幀開場定界符，表示后面的信息就是MAC 幀。 為了到達(dá)比特同步，在傳輸媒體上實(shí)踐傳送的要比 MAC 幀還多 8 個字節(jié)以太網(wǎng) MAC 幀物理層MAC層10101010101010 10101010101010101011前同步碼幀開場定界符7 字節(jié)1 字節(jié)8 字節(jié)插入IP層目的地址

5、 源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)的 MAC 幀格式MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式目的地址字段 6 字節(jié)MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式源地址字段 6 字節(jié)MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式類型字段 2 字節(jié)類型字段用來標(biāo)志上一層運(yùn)用的是什么協(xié)議，以便把收到的

6、 MAC 幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個協(xié)議。 MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式數(shù)據(jù)字段 46 1500 字節(jié)數(shù)據(jù)字段的正式稱號是 MAC 客戶數(shù)據(jù)字段最小長度 64 字節(jié) 18 字節(jié)的首部和尾部 = 數(shù)據(jù)字段的最小長度 MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式FCS 字段 4 字節(jié)當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為 1108 時(shí)，MAC 子層可使未檢測到的過失小于 11014。 當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長度小于 46 字節(jié)時(shí)，應(yīng)

7、在數(shù)據(jù)字段的后面參與整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的 MAC 幀長不小于 64 字節(jié)。 數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；用收到的幀檢驗(yàn)序列 FCS 查出有過失；數(shù)據(jù)字段的長度不在 46 1500 字節(jié)之間。有效的 MAC 幀長度為 64 1518 字節(jié)之間。對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不擔(dān)任重傳丟棄的幀。 無效的 MAC 幀 幀間最小間隔為 9.6 s，相當(dāng)于 96 bit 的發(fā)送時(shí)間。一個站在檢測到總線開場空閑后，還要等待 9.6 s 才干再次發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接納緩存來得及清理，做好接納下一幀的預(yù)備。 幀間最小間隔

8、 2. 局域網(wǎng)的擴(kuò)展在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)擴(kuò)展主機(jī)和集線器間的間隔可運(yùn)用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器以太網(wǎng)集線器光纖光纖調(diào)制解調(diào)器光纖調(diào)制解調(diào)器u某大學(xué)有三個系，各自有一個局域網(wǎng)用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)三個獨(dú)立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用集線器組成更大的局域網(wǎng)都在一個碰撞域中一系三系二系主干集線器一個更大的碰撞域碰撞域優(yōu)點(diǎn)使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)展跨碰撞域的通訊。擴(kuò)展了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺陷碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。假設(shè)不同的碰撞域運(yùn)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) 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是運(yùn)用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋任務(wù)在數(shù)

9、據(jù)鏈路層，它根據(jù) MAC 幀的目的地址對收到的幀進(jìn)展轉(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(shí)，并不是向一切的接口轉(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)到哪一個接口 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng) 網(wǎng)橋的內(nèi)部構(gòu)造 站表接口管理 軟件網(wǎng)橋協(xié)議 實(shí)體緩存接口 1接口 2網(wǎng)段 B網(wǎng)段 A111222站地址 接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋接口 1接口 212過濾通訊量。 擴(kuò)展了物理范圍。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10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)的局域網(wǎng)。 運(yùn)用網(wǎng)橋的益處 網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔分開的碰撞域 B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF存儲轉(zhuǎn)發(fā)

10、添加了時(shí)延。 在MAC 子層并沒有流量控制功能。 具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一同時(shí)時(shí)延更大。網(wǎng)橋只適宜于用戶數(shù)不太多(不超越幾百個)和通訊量不太大的局域網(wǎng)，否那么有時(shí)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。 運(yùn)用網(wǎng)橋帶來的缺陷 用戶層IPMAC站 1用戶層IPMAC站 2物理層網(wǎng)橋 1網(wǎng)橋 2AB用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個網(wǎng)橋之間還可運(yùn)用一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 網(wǎng)橋不改動它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對傳輸媒體進(jìn)展檢測。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必需執(zhí)行 CSMA/CD 算法。

11、假設(shè)在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必需停頓發(fā)送和進(jìn)展退避。網(wǎng)橋和集線器或轉(zhuǎn)發(fā)器不同 目前運(yùn)用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent bridge)。 “透明是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，由于網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。 透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其規(guī)范是 IEEE 802.1D。 透明網(wǎng)橋網(wǎng)橋按照以下自學(xué)習(xí)算法處置收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表假設(shè)從 A 發(fā)出的幀從接口 x 進(jìn)入了某網(wǎng)橋，那么從這個接口出發(fā)沿相反方向一定可把一個幀傳送到 A。網(wǎng)橋每收到一個幀，就記下其源地址和進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個工程。在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)是把幀首部中的源地址寫在“地址這一欄的下面。在轉(zhuǎn)發(fā)

12、幀時(shí)，那么是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)的。這時(shí)就把在“地址欄下面曾經(jīng)記下的源地址當(dāng)作目的地址，而把記下的進(jìn)入接口當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)接口。地址 接口轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例B2B1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A BA 1F CF 2 網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個信息 在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。 這是由于以太網(wǎng)的拓?fù)淠軌蚪?jīng)常會發(fā)生變化，站點(diǎn)也能夠會改換適配器這就改動了站點(diǎn)的地址。另外，以太網(wǎng)上的任務(wù)站并非總是接通電源的。 把每個幀到達(dá)網(wǎng)橋的時(shí)間登記下來，就可以在轉(zhuǎn)發(fā)表中只保管網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖钚滦螤钚畔?。這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反

13、映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最新拓?fù)湫螤睢?網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟歸納 網(wǎng)橋收到一幀后先進(jìn)展自學(xué)習(xí)。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的源地址有無相匹配的工程。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中添加一個工程源地址、進(jìn)入的接口和時(shí)間。如有，那么把原有的工程進(jìn)展更新。轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址有無相匹配的工程。如沒有，那么經(jīng)過一切其他接口但進(jìn)入網(wǎng)橋的接口除外進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)。如有，那么按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)。假設(shè)轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，那么應(yīng)丟棄這個幀由于這時(shí)不需求經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)。 為了防止產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子，透明網(wǎng)橋運(yùn)用了生成樹算法 。局域網(wǎng) 2局域網(wǎng) 1網(wǎng)橋 2網(wǎng)橋 1 AF不停地兜圈子A

14、 發(fā)出的幀F(xiàn)1網(wǎng)橋 1 轉(zhuǎn)發(fā)的幀F(xiàn)2網(wǎng)橋 2 轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白耗費(fèi)了 為了防止產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。 互連在一同的網(wǎng)橋在進(jìn)展彼此通訊后，就能找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€子集。在這個子集里，整個連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個站之間只需一條途徑。 為了得出可以反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)的生成樹，在生成樹上的根網(wǎng)橋每隔一段時(shí)間還要對生成樹的拓?fù)溥M(jìn)展更新。 生成樹算法透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。源路由(source route)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時(shí)將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通訊的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的站時(shí)就沿各自的路由前往源站。源站在得知這些路由后，從一切能夠的路由中選擇出一個最正確路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必需攜帶源站所確定的這一路由信息。