第5章：4局域網(wǎng)3

1、Review 1堅持CSMA 非堅持CSMA CSMA/CD IEEE802協(xié)議結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)第二講 IEEE 802.3 IEEE 802.5 透明網(wǎng)橋 生成樹網(wǎng)橋6.4局域網(wǎng)的IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)（1）6.4.1IEEE 802.3 和 Ethernet歷史 ALOHA系統(tǒng) ALOHA + 載波監(jiān)聽 Xerox 設(shè)計了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-堅持型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。

2、 802.3采用的電纜標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)的IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)（2） 物理層類型用以下域表示： 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：RJ-45接口局域網(wǎng)的IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)（3） 802.3的信號編碼 由于曼徹斯特編碼的簡單，所有的802.3基帶系統(tǒng)都使用曼徹斯特編碼。4.3 以太網(wǎng)的 MAC 層4.3.1 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 標(biāo)準(zhǔn)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)

3、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 bit 的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太嚴(yán)格。第 1最高位最先發(fā)送最低位最高位最低位最后發(fā)送00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001最低位最先發(fā)送最高位最低位最高位最后發(fā)送機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)志符 OUI擴(kuò)展標(biāo)志符高位在前低位在前十六進(jìn)制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80二進(jìn)制表示的 EUI-48 地址：第 1 字節(jié)第 6 字節(jié)I/G 比特I/G 比特字節(jié)順序第 2第 3第 4第 5第 6第 1字節(jié)順序第

4、 2第 3第 4第 5第 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4802.5802.6網(wǎng)卡上的硬件地址 路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同時連接到兩個網(wǎng)絡(luò)上，因此它有兩塊網(wǎng)卡和兩個硬件地址。 網(wǎng)卡檢查 MAC 地址 網(wǎng)卡從網(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. 如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其

5、他的處理。 否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。 “發(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）4.3.2 兩種不同的 MAC 幀格式 常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn) ： DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn) IEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn) 最常用的 MAC 幀是以太網(wǎng) V2 的格式。MAC 幀字節(jié)6624IP 層物理層目的地址源地址長度/類型FCSMAC 層10101010101010 10101010101010101011前同步碼幀開始定界符7 字節(jié)1 字節(jié)8 字節(jié)插入數(shù) 據(jù)MA

6、C 子層IP 層LLC 子層802.2LLC 幀當(dāng)長度/類型字段表示長度時 802.3MAC 幀以太網(wǎng) V2 MAC 幀這種 802.3 + 802.2 幀已經(jīng)較少使用目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 150043 1497111DSAP SSAP111 控制 數(shù) 據(jù)字節(jié)DSAPSSAP控制IP 數(shù)據(jù)報IP 數(shù)據(jù)報MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報以太網(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 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6

7、624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式源地址字段 6 字節(jié)MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式類型字段 2 字節(jié)類型字段用來標(biāo)志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的 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 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式數(shù)據(jù)字段 46 1500 字節(jié)數(shù)據(jù)字段的正式名稱是 MAC 客戶數(shù)據(jù)字段最小長度

8、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 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報以太網(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，MAC 子層可使未檢測到的差錯小于 11014。 當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長度小于 46 字節(jié)時，應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(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)。 MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網(wǎng) V2 MAC 幀目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報以太網(wǎng) V2 的 M

9、AC 幀格式10101010101010 10101010101010101011前同步碼幀開始定界符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，用來迅速實現(xiàn) MAC 幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC 幀。 為了達(dá)到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比 MAC 幀還多 8 個字節(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)； 用收到的幀檢驗序列 FCS 查出有差錯； 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

10、幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)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)送時間。 一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待 9.6 s 才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。 這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。 幀間最小間隔 局域網(wǎng)的IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)（6）IEEE 802.4：令牌總線 Token Bus（感興趣自學(xué)）IEEE 802.5：令牌環(huán) Token Ring技術(shù)產(chǎn)生原因 環(huán)實際上并不是一個廣播介質(zhì)，而是不同的點到點鏈路組成的環(huán)，點到點鏈路有很多技術(shù)優(yōu)勢； 各個站點是公平的，獲得信道的時間有上限，避免沖突發(fā)生；

11、IBM選擇Token Ring作為它的LAN技術(shù)。基本思想 環(huán)網(wǎng)設(shè)計分析的一個主要問題是 1 比特的“物理長度”，數(shù)據(jù)傳輸速率為 R Mbps，典型信號傳播速率為200米/微秒，則1 比特的“物理長度”為 200/R米； 環(huán)接口引入了1比特的傳輸延遲；局域網(wǎng)的IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)（7） 802.5的布線 屏蔽雙絞線，速率為1/4/16M，采用差分曼徹斯特編碼傳輸； 為解決環(huán)斷裂導(dǎo)致整個環(huán)無法工作的問題，使用線路中心（Wire Center）進(jìn)行布線，線路中心設(shè)有旁路中繼器。 令牌環(huán)MAC子層協(xié)議4 IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)：令牌環(huán) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 工作原理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)串行連接串行連接多路訪問單元多路訪

12、問單元MAU連接連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ABC站點站點干線耦合器干線耦合器(TCU)單向環(huán)單向環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點到點鏈路連接，構(gòu)成閉合環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點到點鏈路連接，構(gòu)成閉合環(huán)傳輸媒體：屏蔽雙絞線、光纖，速率傳輸媒體：屏蔽雙絞線、光纖，速率1M、4M、16Mbps，最多站點數(shù)：最多站點數(shù)：250， 信號采用曼徹斯特編碼信號采用曼徹斯特編碼TCU：Trunk Coupling UnitDLLCMACPHYMIC媒體接口連接器媒體接口連接器干線耦合器的工作原理發(fā)送方式發(fā)送方式 （站點發(fā)送數(shù)據(jù)時）（站點發(fā)送數(shù)據(jù)時）工作狀態(tài)工作狀態(tài)： 收聽（轉(zhuǎn)發(fā)）方式收聽（轉(zhuǎn)發(fā)）方式 （其他時候）（其他時候）工作原理工作原理：1) 收聽

13、方式下，收聽方式下，TCU與與DTE斷開斷開a.延遲一位，將位流再生并轉(zhuǎn)發(fā)延遲一位，將位流再生并轉(zhuǎn)發(fā)b.監(jiān)視幀中是否出現(xiàn)監(jiān)視幀中是否出現(xiàn)或或令牌令牌 若出現(xiàn)本站地址，則將開關(guān)若出現(xiàn)本站地址，則將開關(guān)K閉合，閉合，TCU與與DTE 接通，位流復(fù)制到接通，位流復(fù)制到DTE，同時繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；若出，同時繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；若出 現(xiàn)現(xiàn) 令令 牌且該牌且該DTE有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則截獲令牌有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則截獲令牌,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 為發(fā)送方式，發(fā)送數(shù)據(jù)幀。為發(fā)送方式，發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 DTE延遲延遲TCUDTE延遲延遲TCUK發(fā)送方式發(fā)送方式 收聽方式收聽方式2) 發(fā)送方式下，數(shù)據(jù)以幀為單位從發(fā)送方式下，數(shù)據(jù)以幀為單位從TCU的輸出端發(fā)

14、送到下一個的輸出端發(fā)送到下一個TCU的輸入端。的輸入端。 截獲：將令牌的獨特標(biāo)志轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔臉?biāo)志截獲：將令牌的獨特標(biāo)志轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔臉?biāo)志 數(shù)據(jù)在繞環(huán)一周后回到源站數(shù)據(jù)在繞環(huán)一周后回到源站? 源站檢查返回的數(shù)據(jù)幀，確定發(fā)送是否成源站檢查返回的數(shù)據(jù)幀，確定發(fā)送是否成功；若沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則產(chǎn)生新令牌發(fā)送到環(huán)路上。功；若沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則產(chǎn)生新令牌發(fā)送到環(huán)路上。 發(fā)送方式三件事：發(fā)送方式三件事：1 1）首先截獲）首先截獲tokentoken2 2）發(fā)送方負(fù)責(zé)回收所發(fā)出的）發(fā)送方負(fù)責(zé)回收所發(fā)出的frameframe3 3）發(fā)送完畢后產(chǎn)生新的令牌）發(fā)送完畢后產(chǎn)生新的令牌 發(fā)送方式舉例ATDBCA站截獲

15、令牌站截獲令牌ADBCC接收并轉(zhuǎn)發(fā)，環(huán)路中無令牌接收并轉(zhuǎn)發(fā)，環(huán)路中無令牌ADBCA收回發(fā)出的數(shù)據(jù)幀收回發(fā)出的數(shù)據(jù)幀ATDBCA站發(fā)送完畢后生成令牌站發(fā)送完畢后生成令牌IEEE802.5的幀結(jié)構(gòu)(1)訪問控制字段：訪問控制字段：起始起始 訪問控制訪問控制結(jié)束結(jié)束1B1B1B起始起始訪問控制訪問控制 幀控制幀控制 目的地址目的地址 源地址源地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)FCS結(jié)束結(jié)束 幀狀態(tài)幀狀態(tài)1112/62/6 0411BP P P T M R R R優(yōu)先級位優(yōu)先級位 令牌位令牌位監(jiān)督位監(jiān)督位預(yù)約位預(yù)約位優(yōu)先級與預(yù)約：優(yōu)先級與預(yù)約：規(guī)定只有優(yōu)先級高于令牌內(nèi)規(guī)定只有優(yōu)先級高于令牌內(nèi) PPP的站點才允許截獲令牌。要

16、的站點才允許截獲令牌。要發(fā)送數(shù)據(jù)的站點可以在其他站點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀經(jīng)過本站時進(jìn)行預(yù)約，將本站發(fā)送數(shù)據(jù)的站點可以在其他站點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀經(jīng)過本站時進(jìn)行預(yù)約，將本站的優(yōu)先級寫入該幀的預(yù)約位的優(yōu)先級寫入該幀的預(yù)約位優(yōu)先級限制優(yōu)先級限制PPP：升高優(yōu)先級的站點在發(fā)送完數(shù)據(jù)之后，還要負(fù)責(zé)將令牌的優(yōu)升高優(yōu)先級的站點在發(fā)送完數(shù)據(jù)之后，還要負(fù)責(zé)將令牌的優(yōu)先級降低先級降低令牌位令牌位T：幀類型標(biāo)識。幀類型標(biāo)識。0 - 令牌；令牌；1 - 信息信息/控制幀控制幀監(jiān)督位監(jiān)督位M：防止無效幀在環(huán)路中無限循環(huán)。防止無效幀在環(huán)路中無限循環(huán)。 幀發(fā)出時，幀發(fā)出時，M=0；首次經(jīng)過監(jiān)；首次經(jīng)過監(jiān)控站時，控站時，M置為置為1；若該

17、幀再次經(jīng)過監(jiān)控站，則由監(jiān)控站將該幀清除；若該幀再次經(jīng)過監(jiān)控站，則由監(jiān)控站將該幀清除IEEE802.5的幀結(jié)構(gòu)(2)幀控制字段：幀控制字段：地址字段：地址字段： 同同IEEE 802.3數(shù)據(jù)字段：長度無下限，上限值受限于令牌繞環(huán)一周的最長時間數(shù)據(jù)字段：長度無下限，上限值受限于令牌繞環(huán)一周的最長時間FCS字段：字段： 任一站點轉(zhuǎn)發(fā)時都進(jìn)行校驗任一站點轉(zhuǎn)發(fā)時都進(jìn)行校驗幀狀態(tài)字段：供源站了解數(shù)據(jù)幀傳送情況。幀狀態(tài)字段：供源站了解數(shù)據(jù)幀傳送情況。 A C X X A C X X 發(fā)出時，發(fā)出時， A=C=0 目的站識別此幀，則令目的站識別此幀，則令A(yù)=1 目的站接收此幀，則令目的站接收此幀，則令C=1結(jié)

18、束字段：結(jié)束字段：X X X X X X X E，其中，其中E為差錯位為差錯位 發(fā)出時，發(fā)出時， E=0； 站點轉(zhuǎn)發(fā)時，若發(fā)現(xiàn)校驗錯，則令站點轉(zhuǎn)發(fā)時，若發(fā)現(xiàn)校驗錯，則令E=1源站根據(jù)返回幀中的源站根據(jù)返回幀中的A、C、E位就可以了解幀的傳送是否正確位就可以了解幀的傳送是否正確 幀類型幀類型控制幀類型控制幀類型 1 2 3 4 5 6 7 8 位位 01 - 信息幀信息幀 00 - 控制幀控制幀1) A=C=0 目的站不存在或目的站不存在或未加入到環(huán)路中未加入到環(huán)路中2) A=1 C=0 目的站存在但未目的站存在但未將該幀復(fù)制將該幀復(fù)制3) A=C=1 目的站存在且復(fù)目的站存在且復(fù)制了數(shù)據(jù)幀制了

19、數(shù)據(jù)幀問題思考 為什么Token Ring的環(huán)路延遲必須保證24bit？局域網(wǎng)的IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)（8）三種局域網(wǎng)的比較 802.3 優(yōu)點 使用最為廣泛； 算法簡單； 站點可以在網(wǎng)絡(luò)運行中安裝； 使用無源電纜； 輕負(fù)載時，延遲為0。 缺點 使用模擬器件，每個站點在發(fā)送的同時要檢測沖突； 最短幀長64字節(jié)，對于短數(shù)據(jù)來講開銷太大； 無優(yōu)先級，發(fā)送是非確定性的，不適合于實時工作； 電纜最長2500米（使用中繼器）；局域網(wǎng)的IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)（9） 速率提高時，幀傳輸時間減少，競爭時間不變（2），效率降低； 重負(fù)載時，沖突嚴(yán)重。 802.4 優(yōu)點 發(fā)送具有確定性，支持優(yōu)先級，可處理短幀；

20、 使用寬帶電纜，支持多信道； 重負(fù)載時，吞吐量和效率較高。 缺點: 使用大量的模擬裝置； 協(xié)議復(fù)雜； 輕負(fù)載時，延遲大； 很難用光纖實現(xiàn)。局域網(wǎng)的IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)（10） 802.5 優(yōu)點 使用點到點連接，完全數(shù)字化； 使用線路中心，自動檢測和消除電纜故障； 支持優(yōu)先級，允許短幀，但受令牌持有時間限制，不允許任意長的幀； 重負(fù)載時，吞吐量和效率較高。 缺點 中央監(jiān)控； 輕負(fù)載時，延遲大。網(wǎng)橋技術(shù)（1）定義：網(wǎng)橋（bridge）是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的一種網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，它在互連的LAN之間實現(xiàn)幀的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。為什么使用橋？ 學(xué)校和企業(yè)的各個部門分別擁有自己獨立管理的LAN，為了進(jìn)行交互，需要

21、使用橋來實現(xiàn)互連； 一個企業(yè)分布在相隔很遠(yuǎn)的不同建筑物內(nèi)，在每個建筑物內(nèi)組建單獨的LAN，并使用橋?qū)⑦@些LAN連接起來，是比較經(jīng)濟(jì)的方案；Caption: A bridge connecting LAN segments in two buildings. An optical fiber is used to connect the bridge to a remote LAN segment.網(wǎng)橋技術(shù)（2） 將一個負(fù)載很重的大LAN分隔成使用網(wǎng)橋互連的幾個LAN以減輕負(fù)擔(dān)； LAN上的兩臺機(jī)器其距離超過2500米，必須使用網(wǎng)橋?qū)⑦@個 LAN 分隔以保證網(wǎng)絡(luò)的正常工作； 網(wǎng)橋可以互連不同類型

22、的LAN； 網(wǎng)橋可以隔離負(fù)載，防止出故障的站點損害全網(wǎng)； 網(wǎng)橋可以有助于安全保密。6.5 網(wǎng)橋技術(shù)（3）Caption: A bridge using a leased satellite channel to connect LAN segments at two sites. A satellite bridge can span arbitrary distance. 網(wǎng)橋技術(shù)（4） 網(wǎng)橋的工作原理 連接k個不同LAN的網(wǎng)橋具有k個MAC子層和k個物理層。網(wǎng)橋技術(shù)（5）連接 802.X和 802.Y的網(wǎng)橋 互連時需要解決的相同問題 不同LAN幀格式的轉(zhuǎn)換； Fig. 4-36 不同的LA

23、N速率不同，網(wǎng)橋要有緩存能力； 高層協(xié)議的計時器設(shè)置； 不同的LAN支持的最大幀長度不同，分別為1500，8191，5000。解決辦法：丟棄無法轉(zhuǎn)發(fā)的幀。 三種不同的LAN互連共有九種組合 Fig. 4-37 動作 格式轉(zhuǎn)換和重新計算校驗和 變換位的順序網(wǎng)橋技術(shù)（6） 復(fù)制優(yōu)先級 產(chǎn)生一個虛擬的優(yōu)先級 放棄優(yōu)先級 把環(huán)排空 設(shè)置A/C位 解決速率快慢問題 處理幀太長的問題網(wǎng)橋技術(shù)（7）透明網(wǎng)橋/生成樹網(wǎng)橋工作原理： 網(wǎng)橋工作在混雜（promiscuous）方式，接收所有的幀； 網(wǎng)橋接收到一幀后，通過查詢地址/端口對應(yīng)表來確定是丟棄還是轉(zhuǎn)發(fā)； 網(wǎng)橋剛啟動時，地址/端口對應(yīng)表為空，采用洪泛（flooding）方法轉(zhuǎn)發(fā)幀； 在轉(zhuǎn)發(fā)過程中采用逆向?qū)W習(xí)（backward learning）算法收集MAC地址。網(wǎng)橋通過分析幀的源MAC地址得到MAC地址與端口的對應(yīng)關(guān)系，并寫入地址/端口對應(yīng)表； 網(wǎng)橋軟件對