計算機網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制子層

計算機網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制子層第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日2本章學(xué)習(xí)要求：了解：局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的主要技術(shù)特點。了解：局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的類型與特點。了解：IEEE802參考模型與協(xié)議的基本概念。掌握：Ethernet局域網(wǎng)的基本工作原理。了解：令牌環(huán)網(wǎng)與FDDI的基本工作原理。掌握：高速局域網(wǎng)、交換局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)的基本工作原理。了解：無線局域網(wǎng)的基本工作原理。掌握：網(wǎng)橋的基本工作原理。第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日35.1.4IEEE802參考模型IEEE802標(biāo)準(zhǔn)所描述的局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型的關(guān)系：第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日4IEEE802委員會為局域網(wǎng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，它們統(tǒng)稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系：

第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日55.2Ethernet局域網(wǎng)

5.2.1Ethernet的發(fā)展

Ethernet的核心技術(shù)是CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法；隨機爭用技術(shù)起源于夏威夷大學(xué)校園網(wǎng)ALOHA；1972年，Xerox公司開始Ethernet實驗網(wǎng)的研究；1979年，Xerox公司宣布了Ethernet產(chǎn)品；1980年，Xerox、DEC與Intel聯(lián)合宣布EthernetV2.0規(guī)范；

20世紀(jì)90年代，10Base-T標(biāo)準(zhǔn)使得Ethernet性能價格比大大提高；目前，交換式Ethernet與最高速率為10Gb/s的高速Ethernet的出現(xiàn)，更確立了它在局域網(wǎng)中的主流地位。第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日65.2.2Ethernet幀結(jié)構(gòu)與幀發(fā)送、接收流程分析

1.Ethernet數(shù)據(jù)發(fā)送流程的分析

第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日7CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為：先聽后發(fā)邊聽邊發(fā)沖突停止延遲重發(fā)三項關(guān)鍵技術(shù)：載波偵聽沖突檢測二進制指數(shù)后退延時第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日8Ethernet結(jié)點

數(shù)據(jù)發(fā)送流程第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日9載波偵聽過程

目的：檢查是否已經(jīng)有結(jié)點利用總線在發(fā)送數(shù)據(jù)。第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日10沖突檢測：比較法和編碼違例判決法第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日11沖突窗口的概念第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日12隨機延遲重發(fā)截止二進制指數(shù)后退延遲算法

τ＝2k·R·a

其中：τ為結(jié)點重新發(fā)送需要的后退延遲時間，a為沖突窗口值，R為隨機數(shù);限定k的范圍,k=min（n，10）;如果重發(fā)次數(shù)n<10，則取k=n；如果重發(fā)次數(shù)n≥10時，則k取值為10;第n次重發(fā)延遲是分布在0與[2min（n，10）-1]個時間片之間，最大可能延遲時間為1023個時間片;在到后退延遲時間之后，結(jié)點將重新判斷總線忙、閑狀態(tài)，重復(fù)發(fā)送流程;當(dāng)沖突次數(shù)超過16時，表示發(fā)送失敗，放棄該幀發(fā)送。第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日132.Ethernet幀結(jié)構(gòu)前導(dǎo)碼與幀前定界符字段目的地址和源地址字段長度字段LLC數(shù)據(jù)字段幀校驗字段字節(jié)第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日14Ethernet幀結(jié)構(gòu)的討論：前導(dǎo)碼與幀前定界符字段

前導(dǎo)碼：7個字節(jié)，10101010…101010比特序列。幀前定界符：1字節(jié)，10101011。目的地址和源地址字段

地址字段長度：2個字節(jié)或6個字節(jié)。

目的地址類型：單一結(jié)點地址（unicastaddress）；多點地址（multicastaddress）；廣播地址（broadcastaddress）。第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日15長度字段

幀的最小長度為64字節(jié)，最大長度為1518字節(jié)。LLC數(shù)據(jù)字段

LLC數(shù)據(jù)字段是幀的數(shù)據(jù)字段，長度最小為46個字節(jié)少于46個字節(jié)，需要填充。幀校驗字段

采用32位的CRC校驗校驗的范圍是：目的地址、源地址、長度、LLC數(shù)據(jù)等字段。第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日15.5IEEE'sVersionofEthernet(802.3)?2009PearsonEducationInc.,UpperSaddleRiver,NJ.Allrightsreserved.16第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日173.Ethernet

接收流程第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日185.2.3Ethernet實現(xiàn)方法第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日19Ethernet網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)

第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日205.2.4Ethernet物理地址

Ethernet地址→網(wǎng)絡(luò)物理地址→物理網(wǎng)絡(luò)地址;Ethernet地址=ManufactureID+NICID24bit+24bit

公司：Cisco00-00-0cNovell00-00-1B00-00-D83Com00-20-AF00-60-8CIBM08-00-5A典型的Ethernet地址：

00-60-8C-01-28-12Ethernet地址具有惟一性，取決于你所使用的網(wǎng)卡。第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日21Ethernet物理地址的十六進制與二進制的表示方法

第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日225.2.5網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器及其應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)分析器或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器是一種用來測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行狀態(tài)的設(shè)備；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分析器連接到被測試的網(wǎng)絡(luò)時，它能監(jiān)控特定的事件，并且報告諸如每秒平均接收幀數(shù)或平均幀長度等統(tǒng)計數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)分析器的另外一個重要的作用是對特定協(xié)議（TCP/IP、FTP、HTTP）的解碼，它按照指定的協(xié)議規(guī)則加以解釋，然后將協(xié)議分析的結(jié)果顯示出來。第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日23網(wǎng)絡(luò)分析器的連入方式第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日24網(wǎng)絡(luò)分析器捕獲的幀數(shù)據(jù)

第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日25網(wǎng)絡(luò)分析器顯示的Ethernet幀結(jié)構(gòu)

第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日265.3

令牌總線網(wǎng)

5.3.1令牌總線的工作原理

第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日275.3.2令牌總線的環(huán)維護工作

環(huán)初始化

新結(jié)點加入環(huán)

結(jié)點從環(huán)中撤出環(huán)恢復(fù)

優(yōu)先級

第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日285.4

令牌環(huán)網(wǎng)與光纖分布式數(shù)據(jù)接口

5.4.1令牌環(huán)網(wǎng)的工作原理

第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日29

5.4.2IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)

單令牌協(xié)議

優(yōu)先級位

監(jiān)控站預(yù)約指示器第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日305.4.3光纖分布式數(shù)據(jù)接口

FDDI作為主干網(wǎng)互連多個局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日31FDDI主要技術(shù)特點

使用802.5的單令牌環(huán)網(wǎng)介質(zhì)訪問控制協(xié)議；使用802.2協(xié)議，與符合802標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)兼容；數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s，連網(wǎng)的結(jié)點數(shù)最大為1000，環(huán)路長度為100km；可以使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，具有容錯能力；可以使用多?；騿文９饫w；具有動態(tài)分配帶寬的能力，能支持同步和異步數(shù)據(jù)傳輸。第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日32FDDI主要應(yīng)用環(huán)境

計算機機房網(wǎng)

辦公室或建筑物群的主干網(wǎng)校園網(wǎng)的主干網(wǎng)多校園的主干網(wǎng)

第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日335.5

高速局域網(wǎng)的工作原理

5.5.1高速局域網(wǎng)的研究方法

推動局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的因素

個人計算機的廣泛應(yīng)用；在過去二十年中，計算機的處理速度提高了百萬倍，而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率只提高了上千倍；從理論上講，一臺微通道或EISA總線的微型機能產(chǎn)生大約250Mb/s的流量；基于Web的Internet/Intranet應(yīng)用也要求更高的帶寬；在數(shù)據(jù)倉庫、桌面電視會議、3D圖形與高清晰度圖像這類應(yīng)用中，人們需要有更高帶寬的局域網(wǎng)。第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日34傳統(tǒng)共享式局域網(wǎng)的缺點傳統(tǒng)的局域網(wǎng)技術(shù)是建立在“共享介質(zhì)”的基礎(chǔ)上，典型的介質(zhì)訪問控制方法是CSMS/CD、TokenRing、TokenBus；介質(zhì)訪問控制方法用來保證每個結(jié)點都能夠“公平”地使用公共傳輸介質(zhì)；每個結(jié)點平均能分配到的帶寬隨著結(jié)點數(shù)的不斷增加而急劇減少；網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷加重時，沖突和重發(fā)現(xiàn)象將大量發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)效率將會下降，網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲將會增長，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量將會下降。第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日35高速局域網(wǎng)的研究方法第一種方案：提高Ethernet的數(shù)據(jù)傳輸速率：

10Mb/s→100Mb/s→10Gb/s；第二種方案：將一個大型局域網(wǎng)劃分成多個用網(wǎng)橋或路由器互連的子網(wǎng)，導(dǎo)致了局域網(wǎng)互連技術(shù)的發(fā)展；第三種方案：將“共享介質(zhì)方式”改為“交換方式”，導(dǎo)致了“交換式局域網(wǎng)”技術(shù)的發(fā)展。

第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日365.5.2快速以太網(wǎng)

FastEthernet的傳輸速率比普通Ethernet快10倍，數(shù)據(jù)傳輸速率達到了100Mb/s；FastEthernet保留著傳統(tǒng)的幀格式、介質(zhì)訪問控制方法與組網(wǎng)方法；每個比特的發(fā)送時間由100ns降低到了10ns；1995年9月，IEEE802委員會正式批準(zhǔn)了FastEthernet標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u。第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日37FastEthernet的協(xié)議結(jié)構(gòu)

第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日385.5.3千兆以太網(wǎng)

用Ethernet組建企業(yè)網(wǎng)的全面解決方案：桌面系統(tǒng)采用傳輸速率為10Mb/s的Ethernet；部門級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用傳輸速率為100Mb/s的FastEthernet；企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用傳輸速率為1000Mb/s的GigabitEthernet。第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日39全雙工以太網(wǎng)關(guān)掉載波偵聽功能關(guān)掉沖突檢測功能關(guān)掉將已發(fā)送數(shù)據(jù)回送接收器的功能在ＬＡＮ中只有兩個設(shè)備物理介質(zhì)支持無干擾發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)接口支持全雙工應(yīng)用環(huán)境交換機到交換機服務(wù)器到路由遠(yuǎn)距離連接：超過半雙工的限制距離。比如光纖兼容半雙工第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日40MAC控制偵格式所有的MAC控制幀的長度為最小以太網(wǎng)幀長度，64字節(jié)PAUSE：實現(xiàn)流量控制，只用于全雙工穩(wěn)定狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)流量端到端的流量控制“?！獑ⅰ绷髁靠刂茩C制類型域0x8808暫停時間：0表示取消暫停。以發(fā)送512比特所需的時間為單位第四十頁，共四十六頁，2022年，8月28日41自動配置功能自動協(xié)商工作于單一線路、點到點鏈路在鏈路初始化時進行可擴展不能確定物理線路的類型不支持非以太網(wǎng)協(xié)商報文以協(xié)商信號形式發(fā)送：16比特報文以100ns寬度的脈沖發(fā)送。第四十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日42載波擴展 最小時隙為4096比特（512字節(jié)）最小幀長64字節(jié)：不夠512字節(jié)時+擴展1—488字節(jié)第四十二