计算机网络4-1

1、第第4章章 介质访问子层介质访问子层1第第4章章 介质访问子层介质访问子层（1）第第4章章 介质访问子层介质访问子层2第第4 4章章 介质访问子层介质访问子层 4.1 局域网概述局域网概述 4.2 局域网拓扑结构和传输介质局域网拓扑结构和传输介质 4.3 信道分配问题信道分配问题 4.4 多路访问协议多路访问协议 4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准 4.6 网网 桥桥 4.7 高速局域网高速局域网第第4章章 介质访问子层介质访问子层3v 局域网产生的原因局域网产生的原因v 定义定义v 局域网的三个属性局域网的三个属性v 局域网的基本特点局域网的基本特点4.1 局域网

2、概述局域网概述第第4章章 介质访问子层介质访问子层44.1 局域网概述局域网概述一、局域网产生的原因一、局域网产生的原因n80年代，微型机发展迅速，彼此需要相互年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离），共享资源；通信（近距离），共享资源；二、定义二、定义 局域网是一种将小区域内的各种通信设备局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。互连在一起的通信网络。第第4章章 介质访问子层介质访问子层5三、局域网的基本特点三、局域网的基本特点-高数据传输率（高数据传输率（10 1000 Mbps）-短距离（短距离（0.1 10 km）-低出错率（低出错率（10-8 10-11）4.

3、1 局域网概述局域网概述第第4章章 介质访问子层介质访问子层6o局域网拓扑结构局域网拓扑结构o传输介质传输介质4.2 局域网拓扑结构和传输介质局域网拓扑结构和传输介质第第4章章 介质访问子层介质访问子层74.2 局域网拓扑结构和传输介质局域网拓扑结构和传输介质一、局域网拓扑结构一、局域网拓扑结构n星型结构星型结构n环型结构环型结构n总线型结构总线型结构n树型结构树型结构二、传输介质二、传输介质双绞线、基带同轴电缆、光纤、无线双绞线、基带同轴电缆、光纤、无线第第4章章 介质访问子层介质访问子层8静态分配静态分配动态分配动态分配4.3 信道分配问题信道分配问题第第4章章 介质访问子层介质访问子层9

4、4.3 信道分配问题信道分配问题计算机网络可以分成两类：计算机网络可以分成两类：n使用点到点连接的网络使用点到点连接的网络 广域网广域网n使用广播信道（多路访问信道，随机访问信使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道）的网络道）的网络局域网局域网w关键问题：如何解决对信道争用关键问题：如何解决对信道争用 解决信道争用的协议解决信道争用的协议称为介质访问控制协议称为介质访问控制协议 MAC（Medium Access Control），），是数据是数据链路层协议的一部分链路层协议的一部分。信道分配方法有两种：静态分配和动态分配。信道分配方法有两种：静态分配和动态分配。第第4章章 介质访问子层介质

5、访问子层10一、静态分配一、静态分配w频分多路复用频分多路复用 FDM（波分复用波分复用WDM）n原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况；通信量都较大的情况；n缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。w时分多路复用时分多路复用 TDMn原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽；原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽；n优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的优点：适合于用户较少，数目基本固定，各

6、用户的通信量都较大的情况；通信量都较大的情况；n缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。4.3 信道分配问题信道分配问题第第4章章 介质访问子层介质访问子层11二、动态分配二、动态分配w信道分配模型的五个基本假设：信道分配模型的五个基本假设：n站点模型站点模型：每个站点是独立的，并以固定的速率：每个站点是独立的，并以固定的速率产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁；锁；n单信道假设单信道假设：所有的通信都是通过单一的信道来：所有的通信都是通过单一的信道来完成的，各个站点都可以从信道上收发信息；完成的

7、，各个站点都可以从信道上收发信息；n冲突假设冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠，结果：若两帧同时发出，会相互重叠，结果使信号无法辨认，称为冲突。所有的站点都能检使信号无法辨认，称为冲突。所有的站点都能检测到冲突，冲突帧必须重发；测到冲突，冲突帧必须重发；n连续时间或分隙连续时间或分隙（确定何时发送）；（确定何时发送）；n载波监听或非载波监听载波监听或非载波监听（确定能否发送）。（确定能否发送）。4.3 信道分配问题信道分配问题第第4章章 介质访问子层介质访问子层12o ALOHA协议协议o 载波侦听多路访问协议载波侦听多路访问协议CSMAo 无冲突协议无冲突协议o 有限竞争协议有限竞争协议o

8、 波分多路访问协议波分多路访问协议o 无线局域网协议无线局域网协议4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层13定义：控制多个用户共用一条信道的协议。定义：控制多个用户共用一条信道的协议。一、一、 ALOHA协议协议70年代，年代，Norman Abramson设计了设计了ALOHA协议协议n目的：解决信道的动态分配，基本思想可目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于任何无协调关系的用户争用单一共享用于任何无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；信道使用权的系统；n分类：纯分类：纯ALOHA协议和分隙协议和分隙ALOHA协议协议4.4 多路访问协议多路访问协议第

9、第4章章 介质访问子层介质访问子层141、纯、纯ALOHA协议协议n由由70年美国夏威夷大学提出，用于地面分组年美国夏威夷大学提出，用于地面分组无线电系统。无线电系统。n基本思想：用户有数据要发送时，可以直接基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，若发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的时间重发产生冲突，则等待一段随机的时间重发;n多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这样的系统称为竞争系统；样的系统称为竞争系统； 帧时：表示发送一个标准长度的帧所需的时帧时：表示发送一个标准长度的帧所需的时间间

10、。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层154.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层162、分隙、分隙ALOHA协议协议n基本思想基本思想：把信道时间分成离散的时间：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始时才允许发送。个站点只能在时槽开始时才允许发送。其他过程与纯其他过程与纯ALOHA协议相同。协议相同。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层17二、载波侦听多路访问协议二、载波侦听多路访问协议CSMA（Carrier Sense Mu

11、ltiple Access Protocols）载波监听（载波监听（Carrier Sense）n站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。使用信道，则不发送帧以避免冲突。多路访问（多路访问（Multiple Access）n多个用户共用一条线路多个用户共用一条线路4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层181、1-持续持续CSMA（1-persistent CSMA）n原理原理w若站点有数据发送，先监听信道；若站点有

12、数据发送，先监听信道；w若站点发现信道空闲，则发送；若站点发现信道空闲，则发送；w若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送；然后完成发送；w若产生冲突，等待一随机时间，然后重新若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。开始发送过程。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层192、非持续、非持续CSMA（nonpersistent CSMA）n原理原理w若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；w若站点发现信道空闲，则发送；若站点发现信道空闲，则发送；w若信道忙，就不再坚持听下去，而是等待一随若

13、信道忙，就不再坚持听下去，而是等待一随机时间，然后重新开始发送过程；机时间，然后重新开始发送过程；w若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。发送过程。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层203、p-持续持续CSMA（p-persistent CSMA）n用于分隙信道用于分隙信道n原理原理w若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；w若站点发现信道空闲，则以概率若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率发送数据，以概率q =1- p 延迟至下一个时隙发送。若下一个时隙仍空闲，延迟至下一个时隙发

14、送。若下一个时隙仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时隙被其他站点所占用；重复此过程，直至数据发出或时隙被其他站点所占用；w若信道忙，则等待到下一个时隙，重新开始发送；若信道忙，则等待到下一个时隙，重新开始发送；w若产生冲突，等待一随机时间然后重新开始发送。若产生冲突，等待一随机时间然后重新开始发送。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层214、带冲突检测的载波侦听多路访问协议、带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD引入原因：引入原因：n当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，送毫无

15、意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以提高信道的利用率，因立即停止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了此产生了CSMA/CD。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层22原理：原理：n站点使用站点使用CSMA协议进行数据发送；协议进行数据发送；n在发送期间如果检测到冲突，立即终止发送，在发送期间如果检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知

16、道发生了冲突；知道发生了冲突；n在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程。重复上述过程。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层23工作状态工作状态n传输周期传输周期n竞争周期竞争周期n空闲周期空闲周期问题问题n一个站点确定发生冲突要花多少时间？一个站点确定发生冲突要花多少时间？w最坏情况下，最坏情况下，2倍电缆传输时间倍电缆传输时间4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层24三、无冲突协议三、无冲突协议（Collision-Free Protocols）1、位图协议（、位图协议（A Bit

17、-Map Protocol）n工作原理工作原理w共享信道上有共享信道上有N个站，竞争周期分为个站，竞争周期分为N个时隙，如个时隙，如果一个站有帧发送，则在对应的时隙内发送比特果一个站有帧发送，则在对应的时隙内发送比特1；wN个时隙之后，每个站都知道哪个站要发送帧，个时隙之后，每个站都知道哪个站要发送帧，这时按站序号发送。这时按站序号发送。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层25n象这样在实际发送信息前先广播发送请求的协象这样在实际发送信息前先广播发送请求的协议称为预留协议（议称为预留协议（reservation protocol）n效率效率w轻负载下，效率为轻负

18、载下，效率为 d / (N + d)，数据帧由数据帧由d个时个时间单位组成；每帧的额外开销是间单位组成；每帧的额外开销是N位，数据量为位，数据量为d位。位。w重负载下，效率为重负载下，效率为 d / (d + 1)。n缺点缺点w与站序号有关的不平等性，序号大的站得到的服务与站序号有关的不平等性，序号大的站得到的服务好；好；w每个站都有每个站都有 1 比特的开销。比特的开销。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层262、二进制倒计数法、二进制倒计数法（Binary Countdown）n工作原理工作原理w所有站的地址用等长二进所有站的地址用等长二进制位串表示，若要占

19、用信制位串表示，若要占用信道，则广播该位串；道，则广播该位串；w不同站发的地址中的位做不同站发的地址中的位做“或或”操作，一旦某站了操作，一旦某站了解到比本站地址高位更高解到比本站地址高位更高的位置被置为的位置被置为“1”，便，便放弃发送请求。放弃发送请求。n效率效率wd / (d + log2N)第第4章章 介质访问子层介质访问子层27四、有限竞争协议四、有限竞争协议（Limited-Contention Protocols）占用信道的策略占用信道的策略n竞争方法竞争方法w例，例，CSMA；w轻负载下，发送延迟小；重负载下，信道效率低。轻负载下，发送延迟小；重负载下，信道效率低。n无冲突方法

20、无冲突方法w例，基本位图法；例，基本位图法；w轻负载下，发送延迟大；重负载下，信道效率高。轻负载下，发送延迟大；重负载下，信道效率高。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层28n有限竞争方法有限竞争方法w结合以上两种方法，轻负载下使用竞争，重负结合以上两种方法，轻负载下使用竞争，重负载下使用无冲突方法。载下使用无冲突方法。wFig. 4-8，减少竞争的站的数目可以增加获取减少竞争的站的数目可以增加获取信道的概率；信道的概率；w基本思路：将站分组，组内竞争；基本思路：将站分组，组内竞争；w问题：如何分组？问题：如何分组？4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介

21、质访问子层介质访问子层29适应树搜索协议（适应树搜索协议（The Adaptive Tree Walk Protocol）n工作原理工作原理w站点组织成二叉树；站点组织成二叉树；4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层30w一次成功传输之后，第一次成功传输之后，第0时隙全部站可竞争信道，时隙全部站可竞争信道，只有一个站要使用信道则发送；有冲突则在第只有一个站要使用信道则发送；有冲突则在第1时时隙内半数站（隙内半数站（2以下站）参与竞争。如其中之一获以下站）参与竞争。如其中之一获得信道，本帧后的时隙留给得信道，本帧后的时隙留给3以下的站；如发生冲以下的站；如发生冲突，

22、继续折半搜索。突，继续折半搜索。n当系统负载很重时，从根结点开始竞争发生当系统负载很重时，从根结点开始竞争发生冲突的概率非常大。为提高效率，可以从中间冲突的概率非常大。为提高效率，可以从中间结点开始竞争。问题：搜索应该从树的哪一级结点开始竞争。问题：搜索应该从树的哪一级开始？开始？4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层31五、波分多路访问协议五、波分多路访问协议 为了能够同时发送多个帧，光谱被划分成不为了能够同时发送多个帧，光谱被划分成不同的信道（波长段），在波分多路访问同的信道（波长段），在波分多路访问WDMA协议中，每个站点分配了协议中，每个站点分配了2个信道

23、。其中窄信道个信道。其中窄信道作为通知站点的控制信道，宽信道作为站点输出作为通知站点的控制信道，宽信道作为站点输出数据帧的信道。数据帧的信道。 每个信道被分成不同的时隙组。每个信道被分成不同的时隙组。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层32每个站点都有每个站点都有2个发送端和个发送端和2个接收端：个接收端：1、一个波长固定不变的接收端，用来侦听本、一个波长固定不变的接收端，用来侦听本站点的控制信道。站点的控制信道。2、一个波长可调的发送端，它用于向其他站、一个波长可调的发送端，它用于向其他站点的控制信道发送帧。点的控制信道发送帧。3、一个波长固定不变的发送端，用

24、于输出数、一个波长固定不变的发送端，用于输出数据帧。据帧。4、一个波长、一个波长可调的接收端，它用来选择要侦听的数可调的接收端，它用来选择要侦听的数据发送端。据发送端。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层33六、无线局域网协议六、无线局域网协议 无线局域网与蜂窝电话系统不同的是：每个单无线局域网与蜂窝电话系统不同的是：每个单元只有一个信道，覆盖了整个带宽，通常其带宽为元只有一个信道，覆盖了整个带宽，通常其带宽为1Mb/s2Mb/s。 若采用若采用CSMA，则存在站点隐藏问题。则存在站点隐藏问题。 一个较早的协议是避免冲突的多路访问一个较早的协议是避免冲突的多路访

25、问MACA。基本思想：发送方激发接收方，使其发送一短帧，基本思想：发送方激发接收方，使其发送一短帧，因此接收方周围的站点就会监听到这个短帧，从而因此接收方周围的站点就会监听到这个短帧，从而不会在即将到来的数据帧期间发送它们自己的帧。不会在即将到来的数据帧期间发送它们自己的帧。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层34七、数字蜂窝无线电七、数字蜂窝无线电1、GSM-全球可移动通信系统全球可移动通信系统数字传输优于模拟传输的几点：数字传输优于模拟传输的几点： 声音、数据和传真可集成在一个系统中。声音、数据和传真可集成在一个系统中。 随着更好的声音信号压缩算法的推出，每

26、信道随着更好的声音信号压缩算法的推出，每信道所需的带宽会越来越窄。所需的带宽会越来越窄。 可采用纠错码技术提高通信质量。可采用纠错码技术提高通信质量。 可对数字信号进行加密以确保安全。可对数字信号进行加密以确保安全。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层35 全球可移动通信系统全球可移动通信系统GSM为欧洲的数字系为欧洲的数字系统，被欧洲内外的统，被欧洲内外的50多个国家所采用。多个国家所采用。 GSM系统中每个蜂窝最多可拥有系统中每个蜂窝最多可拥有200多个多个全双工信道，每个信道包括下行链路频率（从全双工信道，每个信道包括下行链路频率（从基站到可移动站）和上行

27、链路频率（从可移动基站到可移动站）和上行链路频率（从可移动站到基站），每个频段宽站到基站），每个频段宽200kHz。每个信道每个信道均采用时分复用技术，支持均采用时分复用技术，支持8个独立的连接。个独立的连接。 GSM是一个相当复杂的系统，它综合运用是一个相当复杂的系统，它综合运用分隙分隙ALOHA系统，系统，FDM，TDM来控制信道访来控制信道访问。问。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层36 在在GSM中，中，8个数据帧组成个数据帧组成1个个TDM帧，帧，26个个TDM构成构成1个个120ms的多帧。的多帧。 该系统还使用一种该系统还使用一种51时隙的多帧，

28、其中的某些时时隙的多帧，其中的某些时隙是用于系统管理的控制信道。隙是用于系统管理的控制信道。广播控制信道：从基站而来的连续输出流，它包含广播控制信道：从基站而来的连续输出流，它包含了基站的身份以及信道的状态。了基站的身份以及信道的状态。专用控制信道：用于定位更新、注册以及通话建立。专用控制信道：用于定位更新、注册以及通话建立。公共控制信道：分成三个逻辑子信道。呼叫信道、公共控制信道：分成三个逻辑子信道。呼叫信道、随机访问信道和访问授权信道。随机访问信道和访问授权信道。 4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层372、CDMA-码分多址码分多址 CDMA允许所有站点同

29、时在整个频段上进行允许所有站点同时在整个频段上进行传输，多路的传输同时采用编码的原理加以区分。传输，多路的传输同时采用编码的原理加以区分。 在在CDMA中，每比特时间被分成中，每比特时间被分成m个短的时个短的时间段。每个站点被指定一个唯一的间段。每个站点被指定一个唯一的m位的代码或位的代码或芯片序列。当发送比特芯片序列。当发送比特1时，站点就发送其芯片时，站点就发送其芯片序列，需发送序列，需发送0时，站点就发送其芯片序列的补时，站点就发送其芯片序列的补码。码。4.4 多路访问协议多路访问协议第第4章章 介质访问子层介质访问子层38q LAN的参考模型的参考模型q IEEE 802.3 和和Et

30、hernetq IEEE 802.4：令牌总线令牌总线 Token Busq IEEE 802.5：令牌环令牌环 Token Ring4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层394.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准IEEE 802协议协议nIEEE 802系列标准定义了若干种系列标准定义了若干种LAN，包包括对物理层、括对物理层、MAC子层的定义和描述。它子层的定义和描述。它的组成如下：的组成如下：w802.1 基本介绍和接口原语定义基本介绍和接口原语定义w802.2 逻辑链路控制（逻辑链路控制（LLC）子层子

31、层w802.3 采用采用CSMA/CD技术的局域网技术的局域网w802.4 采用令牌总线（采用令牌总线（Token Bus）技术的局技术的局域网域网w802.5 采用令牌环（采用令牌环（Token Ring）技术的局域技术的局域网网第第4章章 介质访问子层介质访问子层40802标准在网络体系结构中的位置标准在网络体系结构中的位置逻辑链路控制子层（逻辑链路控制子层（LLC）802.1 接口原语定义接口原语定义 CSMA/CD 令牌总线令牌总线 令牌环令牌环 DQDB 综合语音综合语音/数据数据 无线无线 交换式局域网交换式局域网第第4章章 介质访问子层介质访问子层41一、一、LAN的参考模型的参

32、考模型n逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层 LLC（Logical Link Control）w引入引入LLC子层的原因：子层的原因：nMAC子层只提供尽力而为的数据报服务，子层只提供尽力而为的数据报服务，不提供确认机制和流量控制（滑动窗不提供确认机制和流量控制（滑动窗口），口），有些情况下，这种服务足够，如有些情况下，这种服务足够，如支持支持IP协议；当需要协议；当需要确认确认和流控的时候，和流控的时候，这种服务就不能满足，需要这种服务就不能满足，需要LLC。wLLC子层提供确认机制和流量控制；子层提供确认机制和流量控制；4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章

33、 介质访问子层介质访问子层42wLLC隐藏了不同隐藏了不同802MAC子层的差异，为网子层的差异，为网络层提供单一的格式和接口；络层提供单一的格式和接口；wLLC提供三种服务选项：提供三种服务选项：n不确认的数据报服务；不确认的数据报服务； n有确认的数据报服务；有确认的数据报服务；n可靠的面向连接的服务；可靠的面向连接的服务；wLLC帧头基于帧头基于HDLC协议协议目的地址 源地址 数据1个字节1个字节4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层43有效地址有效地址128个（最低位另有含义）个（最低位另有含义）目的地址最低位：目的地址最低

34、位：0-单个地址，单个地址，1-组地址；组地址；源地址最低位：源地址最低位：0-命令帧；命令帧；1-应答帧应答帧4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层444.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层45二、二、IEEE 802.3 和和 Ethernet历史历史nALOHA系统系统nALOHA + 载波监听载波监听nXerox 设计了设计了2.94Mbps的采用的采用CSMA/CD协议的协议的EthernetnXerox, DEC, Intel共同制定了共同制定了10Mbps的的C

35、SMA/CD以以太网标准太网标准nIEEE定义了采用定义了采用1-坚持型坚持型CSMA/CD技术的技术的802.3局局域网标准，速率从域网标准，速率从1M到到10Mbps，802.3标准与以太网标准与以太网协议略有差别。协议略有差别。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层461、802.3采用的电缆标准：采用的电缆标准：名名 称称电电 缆缆最大区间长度最大区间长度 节点数节点数/段段优点优点10Base5 粗同轴电缆粗同轴电缆500m100 用于主干很好用于主干很好10Base2 细同轴电缆细同轴电缆200m30 最便宜的系统最便宜的

36、系统10Base-T双绞线双绞线100m1024 易于维护易于维护10Base-F光纤光纤2000m1024 最适于在楼间使用最适于在楼间使用接口接口AUIBNCRJ-454.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层4710Base5含义含义:10：10Mbps; Base：基带传输基带传输（baseband medium）；）；5：500米米w10Base5：粗缆，粗缆，AUI接口；接口；w10Base2：细缆，细缆，BNC接口，接口，T型头；型头；w10Base-T：RJ-45接口，每个站到集线器小于接口，每个站到集线器小于100mn收

37、发器（收发器（transceiver）：）：处理载波监听和冲处理载波监听和冲突检测突检测4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层48第第4章章 介质访问子层介质访问子层49扩展网段长度扩展网段长度-中继器：物理层设备，只对信号进行接收中继器：物理层设备，只对信号进行接收、放大和双向重传；、放大和双向重传；-两个收发器之间最多使用两个收发器之间最多使用4个中继器，最长个中继器，最长2500米。米。802.3的信号编码的信号编码-由于曼彻斯特编码的简单，所有的由于曼彻斯特编码的简单，所有的802.3基基带系统都使用曼彻斯特编码。带系统都使用

38、曼彻斯特编码。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层50 三种以太网三种以太网布线方案布线方案(a)粗缆以太网粗缆以太网(b)细缆以太网细缆以太网(c)双绞线以太网双绞线以太网第第4章章 介质访问子层介质访问子层51Caption: 10Base-T hub, with 10Base-T cables connecting computers to the hub. 第第4章章 介质访问子层介质访问子层522、802.3的的MAC子层帧格式子层帧格式n前导序列（前导序列（7个字节个字节10101010）n帧开始标志（帧开始标志（1字节

39、，字节， 10101011）n目标地址和源地址目标地址和源地址w2 或或 6个字节，以太网为个字节，以太网为6个字节个字节 (IEEE 802 specifies the use of either 16- or 48-bit addresses, no conformant implementation of IEEE 802.3 uses 16-bit addresses.)先导字段先导字段帧开始标志帧开始标志数据字段长度数据字段长度目的地址目的地址源地址源地址填充字段校验和校验和第第4章章 介质访问子层介质访问子层53n帧长度域（帧长度域（2字节，取值在字节，取值在0-1500之间）之间

40、）n数据（数据（0-1500个字节）个字节）n填充（填充（0-46字节）字节）n校验和：校验和：CRC校验（校验（4个字节）个字节）n扩展域：用于千兆以太网扩展域：用于千兆以太网4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层54最短帧长最短帧长n避免帧的第一个比特到达电缆的远端前帧已经发完，避免帧的第一个比特到达电缆的远端前帧已经发完，帧发送时间应该大于帧发送时间应该大于 2 ；n10Mbps LAN，最大冲突检测时间为最大冲突检测时间为51.2微秒，最微秒，最短帧长为短帧长为64字节；字节；n网络速度提高，最短帧长也应该增大或者站点间的网络

41、速度提高，最短帧长也应该增大或者站点间的距离要减小。距离要减小。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层553、二进制指数后退算法（、二进制指数后退算法（binary exponential backoff）w将冲突发生后的时间划分为长度为将冲突发生后的时间划分为长度为51.2微秒的时槽微秒的时槽w发生第一次冲突后，各个站点等待发生第一次冲突后，各个站点等待 0 或或 1 个时槽再个时槽再开始重传；开始重传；w发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0, 1, 2或或3个时槽再开始重传；个时槽再开

42、始重传；w第第 i 次冲突后，在次冲突后，在 0 至至 2i-1 间随机地选择一个等待间随机地选择一个等待的时槽数，再开始重传；的时槽数，再开始重传；w10次冲突后，选择等待的时槽数固定在次冲突后，选择等待的时槽数固定在0至至210-1间；间；w16次冲突后，发送失败，报告上层。次冲突后，发送失败，报告上层。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层564、交换式、交换式802.3 LANn目的：减少冲突；目的：减少冲突；n两种实现方法两种实现方法w一个卡内是一个一个卡内是一个802.3LAN，构成自己的冲构成自己的冲突域，卡间并行；突域

43、，卡间并行；w使用端口缓存，无冲突发生。使用端口缓存，无冲突发生。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层57三、三、IEEE 802.4：令牌总线令牌总线 Token Bus在总线拓扑结构上，实现类似令牌环网的数据传送方法。在总线拓扑结构上，实现类似令牌环网的数据传送方法。物理上：总线型物理上：总线型 逻辑上：环型逻辑上：环型逻辑环的构成：逻辑环的构成： 令牌从节点的地址由高向低传递，最低地址的节点令牌从节点的地址由高向低传递，最低地址的节点传递给最高地址的节点。令牌传递的顺序与站的物理位传递给最高地址的节点。令牌传递的顺序与站的物理

44、位置无关。置无关。 只有当令牌传到某工作站，该站才可发送数据。只有当令牌传到某工作站，该站才可发送数据。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层58令牌帧含有一个目的地址，接收到令牌帧的节点令牌帧含有一个目的地址，接收到令牌帧的节点可以在令牌持有最大时间内发送一个或多个帧。可以在令牌持有最大时间内发送一个或多个帧。以下情况之一，令牌持有节点必须交出令牌：以下情况之一，令牌持有节点必须交出令牌： 该节点没有数据帧等待发送；该节点没有数据帧等待发送； 该节点已发送完所有待发送的数据帧；该节点已发送完所有待发送的数据帧； 令牌持有最大时间到。

45、令牌持有最大时间到。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层59令牌总线逻辑环的维护令牌总线逻辑环的维护1、环初始化：环初始化： 在网络启动或故障发生后，必须执行环在网络启动或故障发生后，必须执行环初始化过程，根据某种算法将所有环中节点排序，动态形初始化过程，根据某种算法将所有环中节点排序，动态形成逻辑环。可看成新站入环的特例。成逻辑环。可看成新站入环的特例。2、新节点加入环：新节点加入环：环建立后，令牌持有者周期性发送特环建立后，令牌持有者周期性发送特殊帧，来询问欲加入环的站点。特殊帧会给出发送者以及殊帧，来询问欲加入环的站点。特殊帧

46、会给出发送者以及后继者的地址，在这两个地址之间的站点可申请加入环。后继者的地址，在这两个地址之间的站点可申请加入环。3、节点从环中撤出：节点从环中撤出：欲离开环的节点发送给其前一个节欲离开环的节点发送给其前一个节点一个特殊帧，告诉它后继帧的地址后，可退出。点一个特殊帧，告诉它后继帧的地址后，可退出。4、环恢复：环恢复：当环中出现令牌丢失或有多个令牌的情况时，当环中出现令牌丢失或有多个令牌的情况时，通过产生新令牌或丢弃部分令牌的方式解决。通过产生新令牌或丢弃部分令牌的方式解决。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层60四、四、IEEE

47、802.5：令牌环令牌环 Token Ring技术产生原因：技术产生原因：n环实际上并不是一个广播介质，而是不同的环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到点链路组成的环，点到点链路有很多技点到点链路组成的环，点到点链路有很多技术优势；术优势；n各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避免冲突发生；避免冲突发生；nIBM选择选择Token Ring作为它的作为它的LAN技术。技术。数据传输速率数据传输速率16Mbps，260个节点。个节点。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层61基本思想：基本

48、思想：n环网设计分析的一个主要问题是环网设计分析的一个主要问题是 1 比特的比特的“物理长度物理长度”，数据传输速率为，数据传输速率为 R Mbps，典型信号传播速率为典型信号传播速率为200米米/微秒，则微秒，则1 比比特的特的“物理长度物理长度”为为 200/R米米；n环接口引入了环接口引入了1比特的传输延迟；比特的传输延迟；nFig. 4-284.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层624.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层63n令牌（令牌（Token）是一种特殊的比特组

49、合模式，是一种特殊的比特组合模式，一个站要发送帧时，需要抓住令牌，并将其一个站要发送帧时，需要抓住令牌，并将其移出环；移出环；n环本身必须有足够的时延容纳一个完整的令环本身必须有足够的时延容纳一个完整的令牌，时延由两部分组成：每站的牌，时延由两部分组成：每站的1比特延迟比特延迟和信号传播延迟。对于短环，必要时需要插和信号传播延迟。对于短环，必要时需要插入人工延迟；入人工延迟；4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层64令牌环的工作过程令牌环的工作过程当网络初始化时，由指定的站点生成令牌；当网络初始化时，由指定的站点生成令牌；令牌沿着网络

50、环单向逐站传送；令牌沿着网络环单向逐站传送；只有当令牌传到某站点，该站点才可发送数据；只有当令牌传到某站点，该站点才可发送数据；数据沿着网络环单向逐站传送；数据沿着网络环单向逐站传送；数据经过目的站时，目的站接收（复制），数据继续沿着数据经过目的站时，目的站接收（复制），数据继续沿着网络环单向逐站传送；网络环单向逐站传送；数据经过源站时，源站收回（不再传送）；数据经过源站时，源站收回（不再传送）；源站交出令牌（传送给下一站）；源站交出令牌（传送给下一站）；4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层65n确认：帧内一个比特域，初值为确认：帧

51、内一个比特域，初值为0，目的站，目的站收到后，将其变为收到后，将其变为1；对广播的确认比较复杂；对广播的确认比较复杂；n重负载下，效率接近重负载下，效率接近100%。n环接口有两种操作模式：监听模式和传输模环接口有两种操作模式：监听模式和传输模式。当一个站点不处于发送数据状态时，就式。当一个站点不处于发送数据状态时，就处于侦听状态。处于侦听状态。n当一个站点有数据发送时，在令牌通过此站当一个站点有数据发送时，在令牌通过此站点时，将令牌从环上取下，发送自己的数据，点时，将令牌从环上取下，发送自己的数据，然后重新生成令牌，发送站负责将发出的帧然后重新生成令牌，发送站负责将发出的帧从环上移去，并转入

52、监听模式。从环上移去，并转入监听模式。4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层66802.5的布线的布线n屏蔽双绞线，速率为屏蔽双绞线，速率为1/4/16M，采用差分采用差分曼彻斯特编码传输；曼彻斯特编码传输；n为解决环断裂导致整个环无法工作的问题，为解决环断裂导致整个环无法工作的问题，使用线路中心（使用线路中心（Wire Center）进行布线，进行布线，线路中心设有旁路中继器。线路中心设有旁路中继器。wFig. 4-294.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层67第第4章章

53、介质访问子层介质访问子层68帧始定界符访问控制符帧控制符帧尾定界符帧状态4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章 介质访问子层介质访问子层69n协议基本操作：无信息传输时，协议基本操作：无信息传输时，3字节的令牌字节的令牌在环上循环；有信息要发送时，站获得令牌，在环上循环；有信息要发送时，站获得令牌，并将第二个字节的某一位由并将第二个字节的某一位由 0 变成变成 1，将令，将令牌的前两个字节变成帧的起始序列，然后输出牌的前两个字节变成帧的起始序列，然后输出帧的其它部分；帧的其它部分；n开始定界符开始定界符SD和结束定界符和结束定界符ED标志着帧的开标志着帧的开始和结束，使用差分曼彻斯特编码模式（始和结束，使用差分曼彻斯特编码模式（HH和和LL，物理层编码违例法）；物理层编码违例法）；n访问控制域访问控制域 AC 包括令牌位、监视位、优先级包括令牌位、监视位、优先级位和保留位；位和保留位；令牌环令牌环MAC子层协议子层协议4.5 局域网和广域网的局域网和广域网的IEEE802标准标准第第4章章